本發(fā)明一般地涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，更具體地涉及擠出的水泥基材料。
背景技術(shù)：
一般使用大量的水以形成漿料產(chǎn)生水泥基材料，該漿料太濕不能擠出。
發(fā)明概述
本發(fā)明提供一種由混合物形成的可擠出的水泥基材料，所述混合物包含水泥、水、石膏、輔助材料、增強(qiáng)纖維和流變改性劑。注意，水泥可包含石膏，使得石膏不添加到混合物中?？蓴D出的水泥基材料是具有約1.4至2.4g/cm3范圍內(nèi)的密度、約5至100MPa范圍內(nèi)的抗壓強(qiáng)度和約5至35MPa范圍內(nèi)的抗彎強(qiáng)度的輕質(zhì)材料。
另外，本發(fā)明提供一種由混合物形成的可擠出的水泥基材料，該混合物包含以濕重百分比計(jì)約0.1-90％范圍內(nèi)的水泥、約10-60％范圍內(nèi)的水、以濕重百分比計(jì)約0.1-90％范圍內(nèi)的石膏、以濕重百分比計(jì)約0.1-50％范圍內(nèi)的輔助材料(例如砂、巖石、飛灰、礦渣、硅粉(silica fume)、碳酸鈣等)、以濕重百分比計(jì)約1-20％范圍內(nèi)的增強(qiáng)纖維和以濕重百分比計(jì)約0.5-10％范圍內(nèi)的流變改性劑。注意，水泥可以包含石膏，使得石膏不添加到混合物中。
另外，本發(fā)明提供一種用于通過以下制備可擠出的水泥基材料的方法：將水泥、石膏、輔助材料、增強(qiáng)纖維和流變改性劑與水混合，使用擠出機(jī)通過模具擠出混合物，和使擠出的混合物凝固。注意，水泥可以包含石膏，使得石膏不添加至混合物。
另外，本發(fā)明提供了一種通過以下步驟制備可擠出的水泥基材料(復(fù)合材料)的方法：(1)將約0.1-90％濕重的水泥和0.1-90％濕重的石膏與約10-60％濕重的水混合；(2)將水泥-石膏-水混合物與約0.1-50％濕重的輔助材料(例如砂、巖石、飛灰、礦渣、硅粉、碳酸鈣等)和約1-20％濕重的增強(qiáng)纖維共混；和(3)添加約0.5-10％濕重的流變改性劑至混合物。然后可擠出并固化(例如使靜置、加熱、蒸汽處理等)得到的可擠出的水泥基材料。注意，水泥可以包含石膏，使得石膏不添加至混合物。
附圖簡述
可通過結(jié)合附圖參照以下描述更好地理解本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)，其中：
無。
發(fā)明描述
盡管下文詳細(xì)討論了本發(fā)明的各種實(shí)施方案的制備和使用，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明提供了可以在各種各樣的具體上下文中體現(xiàn)的許多可應(yīng)用的發(fā)明構(gòu)思。本文所討論的具體實(shí)施方案僅僅是說明制備和使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
以其濕的狀態(tài)、具有在凝固之前加入的水的普通波特蘭水泥(OPC)、鋁酸鈣水泥(CAC)、Sorel水泥(氧化鎂和氯化鎂水泥)、CSA水泥(硫鋁酸鈣水泥)、磷酸鹽水泥或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它水泥類型，可以流變改性成粘土狀材料，這允許使用稱為擠出的常規(guī)粘土生產(chǎn)方法。
具有水的水泥可以在與多種材料諸如細(xì)石灰石、砂、石膏、硅粉、火成二氧化硅(fumed silica)、熟石膏、飛灰、礦渣、巖石、纖維素纖維、玻璃纖維、塑料纖維、PVA纖維、德蘭尼特纖維等組合的復(fù)合材料組合物中作為粘結(jié)劑使用，當(dāng)流變改性時(shí)可如上所述將其擠出。注意，水泥可以包含少量的石膏(例如0.3％等)，因此當(dāng)所需的石膏含量在該范圍的下端時(shí)，可以不需要向混合物中添加石膏(見下文)。
通過添加流變改性劑來穩(wěn)定水泥-石膏-水混合物，典型地以約0.5至10％濕重的量添加。
流變改性劑分為以下類別：(1)多糖及其衍生物，(2)蛋白質(zhì)及其衍生物，和(3)合成有機(jī)材料。多糖流變改性劑可以進(jìn)一步細(xì)分為(a)纖維素基材料及其衍生物，(b)淀粉基材料及其衍生物，和(c)其他多糖。
適合的纖維素基流變改性劑包括例如甲基羥乙基纖維素、羥甲基乙基纖維素、羧甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、羥乙基丙基纖維素等。
適合的淀粉基材料包括例如小麥淀粉、預(yù)膠凝小麥淀粉、馬鈴薯淀粉、預(yù)膠凝馬鈴薯淀粉、支鏈淀粉、直鏈淀粉、海凝膠(seagel)、淀粉乙酸酯、淀粉羥乙基醚、離子淀粉、長鏈烷基淀粉、糊精、胺淀粉、磷酸鹽淀粉和雙醛淀粉。
目前優(yōu)選的流變改性劑是羥丙基甲基纖維素，其實(shí)例是Methocel 240和Methocel 240S。
對(duì)于擠出，使具有總濕材料的約10-60wt.％的水和適合的流變改性混合物的水泥基復(fù)合材料感覺和表現(xiàn)與塑性粘土相似。材料觸摸起來感覺是塑性的/可變形的，并且可以類似于粘土使用粘土擠出機(jī)將其擠出，其中通過螺旋輸送機(jī)將材料向前輸送通過筒并且通過模具連續(xù)地形成具有形狀穩(wěn)定性的最終形狀。
根據(jù)水含量和流變改性混合物的量，擠出的材料可具有或多或少的形狀穩(wěn)定性。
通過向材料中添加增強(qiáng)纖維，在水泥凝固之前將實(shí)現(xiàn)增加的穩(wěn)定性。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)纖維添加減少或消除在生產(chǎn)過程的干燥階段期間的材料收縮和干燥收縮裂紋，并且進(jìn)一步提供干材料的增加的抗彎強(qiáng)度和韌性。纖維的優(yōu)選類型是纖維素(硬木或軟木)纖維、塑料(基于聚乙烯醇或丙烯酸)纖維和玻璃纖維；纖維素纖維和塑料纖維主要用于目的是低于凍結(jié)或環(huán)境溫度的絕緣，而玻璃纖維主要用于目的是高于環(huán)境的溫度或需要耐火性的絕緣。此外，可以應(yīng)用纖維類型的組合。優(yōu)選的纖維長度對(duì)于纖維素纖維為約1至2mm，對(duì)于塑料纖維為約4至10mm，對(duì)于玻璃纖維為約6至20mm。優(yōu)選的纖維直徑為約10至40微米。
為了增加在凝固(硬化)之前可以擠出水泥基材料的時(shí)間，使用少量添加的適合的常規(guī)混凝土緩凝劑(例如，來自BASF公司的Delvo)可以將凝固時(shí)間延遲最長達(dá)數(shù)小時(shí)?？梢酝ㄟ^使用螺旋輸送機(jī)將混合物輸送通過筒，并使用擠出機(jī)通過模具連續(xù)地將混合物成形為具有形狀穩(wěn)定性的最終形狀來擠出水泥基材料。擠出后，材料將在幾小時(shí)內(nèi)形成最終產(chǎn)品的初始和最終凝固。
為了形成由OPC水泥制成的產(chǎn)品的最終28天強(qiáng)度，可以使該產(chǎn)品在潮濕的環(huán)境中靜置約28天，或者可以借助其自身內(nèi)部(放熱)熱產(chǎn)生或借助如現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的蒸汽固化，通過加熱在24-48小時(shí)內(nèi)加速強(qiáng)度形成。
由CAC水泥、Sorel水泥、CSA水泥、磷酸鹽水泥或其他水泥類型制成的產(chǎn)品將在24小時(shí)內(nèi)達(dá)到其最終強(qiáng)度，并且不必需要額外的固化。
在實(shí)現(xiàn)最終強(qiáng)度形成后，將產(chǎn)品干燥以產(chǎn)生成品復(fù)合材料。硬化后，可以根據(jù)需要(例如，切割成一定尺寸、砂磨、修整、涂漆、密封、紋理化、圖像化等)來精加工硬化的材料。
在一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過用水或溶劑基硅烷噴涂產(chǎn)品使成品具有防水性。這種產(chǎn)品Protectosil BHN通常由BASF出售。還可以用抗真菌或抗微生物涂料來噴涂成品。此外，成品可以進(jìn)行涂漆、染色或紋理化。
制成的輕質(zhì)水泥基復(fù)合材料將具有約1.4至2.4g/cm3范圍內(nèi)的密度、約5至100MPa范圍內(nèi)的抗壓強(qiáng)度和約5至35MPa范圍內(nèi)的抗彎強(qiáng)度。
組成范圍如下所示：
水泥可以為以重量計(jì)0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％或90％或之間的其它增量百分比。
水可以為以重量計(jì)10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％或之間的其它增量百分比。
石膏可以為以重量計(jì)0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％或90％或之間的其它增量百分比。
輔助材料可以為以重量計(jì)0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％或之間的其它增量百分比。
增強(qiáng)纖維可以為以重量計(jì)0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％或之間的其它增量百分比。
流變改性劑可以為以重量計(jì)0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4.0％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％、5.0％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％、5.5％、5.6％、5.7％、5.8％、5.9％、6.0％、6.1％、6.2％、6.3％、6.4％、6.5％、6.6％、6.7％、6.8％、6.9％、7.0％、7.1％、7.2％、7.3％、7.4％、7.5％、7.6％、7.7％、7.8％、7.9％、8.0％、8.1％、8.2％、8.3％、8.4％、8.5％、8.6％、8.7％、8.8％、8.9％、9.0％、9.1％、9.2％、9.3％、9.4％、9.5％、9.6％、9.7％、9.8％、9.9％或10％或之間的其它增量百分比。
緩凝劑可以為以重量計(jì)0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4.0％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％、5.0％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％、5.5％、5.6％、5.7％、5.8％、5.9％、6.0％、6.1％、6.2％、6.3％、6.4％、6.5％、6.6％、6.7％、6.8％、6.9％、7.0％、7.1％、7.2％、7.3％、7.4％、7.5％、7.6％、7.7％、7.8％、7.9％、或8.0％或之間的其它增量百分比。
因此，本發(fā)明提供了由包含水泥、水、石膏、輔助材料、增強(qiáng)纖維和流變改性劑的混合物形成的可擠出的水泥基材料?？蓴D出的水泥基材料是輕質(zhì)材料，其具有約1.4至2.4g/cm3范圍內(nèi)的密度、約5至100MPa范圍內(nèi)的抗壓強(qiáng)度以及約5至約35MPa范圍內(nèi)的抗彎強(qiáng)度。注意，水泥可以包含石膏，使得石膏不添加到混合物中。在一些實(shí)施方案中，可以向混合物中添加緩凝劑。
另外，本發(fā)明提供了一種可擠出的水泥基材料，其由混合物形成，該混合物包含以濕重量百分比計(jì)約0.1至90％范圍內(nèi)的水泥、約10至60％范圍內(nèi)的水、以濕重百分比計(jì)約0.1至90％范圍內(nèi)的石膏、以濕重百分比計(jì)約0.1至50％范圍內(nèi)的輔助材料(例如砂、巖石、飛灰、礦渣、硅粉、碳酸鈣等)、以濕重量百分比計(jì)約0.5至20％范圍內(nèi)的增強(qiáng)纖維和以濕重百分比計(jì)約0.5至10％范圍內(nèi)的流變改性劑。注意，水泥可以包含石膏，使得石膏不添加到混合物中。在一些實(shí)施方案中，約0.1至8％濕重范圍內(nèi)的緩凝劑可以加入到混合物中。
此外，本發(fā)明提供一種通過以下制造可擠出的水泥基材料的方法：將水泥、輔助材料、增強(qiáng)纖維和流變改性劑與水混合，使用擠出機(jī)通過模具擠出混合物，并使擠出的混合物凝固。注意，水泥可以包含石膏，使得石膏不添加到混合物中，或者石膏與水混合，或兩者。在一些實(shí)施方案中，可以向混合物中加入緩凝劑。
此外，本發(fā)明提供了通過以下步驟制備可擠出的水泥基材料(復(fù)合材料)的方法：(1)混合約0.1-90％濕重的水泥和0.1-90％濕重的石膏與約10至60％濕重的水，其中水泥包含石膏，或石膏與水泥和水混合，或兩者；(2)將所述水泥-石膏-水混合物與約0.1至50％濕重的輔助材料(例如砂、巖石、飛灰、礦渣、硅粉、碳酸鈣等)和約0.5至20％濕重的增強(qiáng)纖維共混；和(3)加入約0.5至10％濕重的流變改性劑至混合物。然后可將得到的可擠出的水泥基材料擠出并固化(例如，使靜置、加熱、蒸汽處理等)。在一些實(shí)施方案中，可以將約0.1至8％的濕重范圍內(nèi)的緩凝劑添加到混合物中。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，可擠出的水泥基材料(復(fù)合材料)可以通過以下步驟制備：(1)將批料的所有成分同時(shí)計(jì)量加入混合器(例如，Eirich強(qiáng)力混合器等)中并混合這些成分；(2)將混合物倒入料斗中并通過模具擠出混合物以形成細(xì)長片材；(3)將細(xì)長片材通過一組或多組(例如兩組等)壓延機(jī)軋制到最終厚度；(4)將細(xì)長片材切割成具有特定長度的一組單獨(dú)片材；(5)拾取單獨(dú)片材中的一個(gè)或多個(gè)并將它們堆放在托盤上；(6)用塑料和絕緣覆蓋物覆蓋堆疊物，并將堆疊物放置在固化室中保持特定的一段時(shí)間(例如24至48小時(shí)或固化各片材所需的其它時(shí)間段)；(7)精加工每個(gè)單獨(dú)的片材(例如，弄方正邊緣，砂磨以使表面平滑和使尺寸精確(exact)；以及(8)將一種或多種涂料或油墨施加到每個(gè)單獨(dú)的片材(例如借助涂布或印刷工藝施加UV涂料、防火涂料、顏料、圖像、紋理化或其組合)。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離如所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中進(jìn)行各種修改。