專(zhuān)利名稱(chēng)：制造花紋表面板材的方法及用該方法制造的板材產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在建筑工業(yè)中使用的復(fù)合材料上施加表面花紋的能力。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及當(dāng)復(fù)合材料仍處于半漿狀態(tài)時(shí)使用輕型、撓性模具在復(fù)合材料上施加表面花紋。
美國(guó)石膏公司的石膏纖維板工藝表示及描述在美國(guó)專(zhuān)利第5,320,677號(hào)中，該專(zhuān)利在本說(shuō)明書(shū)中全文引作參考，該專(zhuān)利描述一種復(fù)合產(chǎn)品和生產(chǎn)復(fù)合材料的方法，其中，石膏顆粒和纖維素纖維的稀漿在壓力下加熱，將石膏即穩(wěn)定的二水合物狀態(tài)的硫酸鈣(CaSO4·2H2O)轉(zhuǎn)變成具有針狀晶體的硫酸鈣α半水合物。纖維素纖維在表面具有孔隙，α半水合物晶體在纖維素纖維的孔隙內(nèi)部、孔隙上面及圍繞孔隙形成。然后加熱的漿被除水以形成板狀物，這最好是使用類(lèi)似造紙?jiān)O(shè)備的設(shè)備進(jìn)行的，使?jié){充分冷卻，以便開(kāi)始使半水合物再水化成石膏，從而使片狀物壓制成需要形狀的板。被壓制的片狀物經(jīng)過(guò)放熱反應(yīng)，再水化成石膏以形成尺寸穩(wěn)定的、牢固和有用的建筑板材。然后，這種板材經(jīng)過(guò)修整及干燥處理。
在美國(guó)專(zhuān)利第5,320,677號(hào)中公開(kāi)的方法的許多優(yōu)點(diǎn)之一是，當(dāng)石膏板材正在形成時(shí)可將表面花紋施加在板材上。這種板的兩個(gè)實(shí)例是用于房屋建筑的花紋板和用于各種市場(chǎng)的表面浮雕板(surfacerelif panels)。
在線加工過(guò)程中表面花紋石膏纖維板的挑戰(zhàn)在于在漿或溫板上進(jìn)行壓印的定時(shí)。當(dāng)再水化開(kāi)始且物料固化開(kāi)始出現(xiàn)時(shí)，發(fā)生放熱反應(yīng)。首先，在煅燒之后，在漿被除水，例如通過(guò)真空抽取和沿移動(dòng)的輸送帶或網(wǎng)布置的主壓機(jī)除水時(shí)板被冷卻。除水的主壓機(jī)用作第一壓機(jī)以消除在真空抽取后留存的自由水份的大約90％。在再水化之前，重要的是通常要消除80-90％的自由水份，同時(shí)使濾餅的溫度下降。除水過(guò)程顯著利于降低濾餅的溫度。當(dāng)想得到花紋，將濾餅濕壓成需要的產(chǎn)品形狀時(shí)抽取自由水份是必要的?；蛘撸闪⒓词篂V餅干燥，然后冷卻至穩(wěn)定的但可再水化的半水合物以備后用。因此，在溫度降至再水化溫度之前，也需要盡可能多地除去復(fù)合團(tuán)塊中不需要的水分。
當(dāng)達(dá)到再水化溫度時(shí)，這可能要求附加冷卻，會(huì)發(fā)生放熱反應(yīng)。放熱反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致溫度對(duì)于時(shí)間或沿輸送器的距離繪制的水化曲線。當(dāng)漿狀的可再水化的硫酸鈣半水合物和纖維素纖維離開(kāi)壓力盒時(shí)，半水合物晶體的溫度會(huì)大致在大約180°F至大約210°F的范圍內(nèi)。其后，漿被鋪在輸送器上，開(kāi)始用真空泵來(lái)除去自由水份，溫度顯著下降。輸送器上的再水化溫度可根據(jù)所使用的添加劑和加速劑而變化，但一般在大約60°F至120°F的范圍內(nèi)。這將繪制成水化或所謂的溫度描跡曲線。在該點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生放熱反應(yīng)，并放熱、溫度曲線將顯示一條遞增曲線直至達(dá)到增加溫度對(duì)時(shí)間或距離的顯著恒定的坡度(直線)圖為止。然后，放熱反應(yīng)減弱，圖形從向上的直線坡度變彎，達(dá)到一個(gè)峰值溫度，標(biāo)致著水化速率下降。其后，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束到達(dá)100％水化時(shí)，曲線坡度向下。最后，板可被干燥以除去過(guò)多的水份。
施加花紋的關(guān)鍵是找到在水化開(kāi)始至其終止之間的溫度曲線上在那里應(yīng)該開(kāi)始施加花紋，從而使得(1)變形不致結(jié)束太快而不能固化復(fù)合物以保持浮雕，(2)所形成的針狀石膏晶體結(jié)構(gòu)不致被破壞，(3)壓印不致施加得太晚，因?yàn)楣袒喂滩荒芙邮芑y，從而使表面花紋破損。
在寬板上施加花紋通常選用的方法是，采用一個(gè)輥在可模制表面上壓印花紋，就象使用濕氈頂棚瓦所做的那樣。但是，這種輥的制造需要的時(shí)間長(zhǎng)、成本高。另一種方案是制造平板，然后將平板膠貼在輥上。不幸的是，這兩種方案所制成的輥幾乎不可能再改變花紋圖案。迄今為止的輥工藝都未獲得高度的成功。
第三種輥方法是在KEVLAR品牌的對(duì)芳族聚酰胺或鎳上制造橡膠套筒，一般使用壓縮空氣可使其滑套在一心軸上或從心軸滑離。這種方法通過(guò)在共用的心軸上使用價(jià)格較低的套筒可改變花紋，但初始制造時(shí)間仍較長(zhǎng)。
通常用于壓花硬板和某些水泥板產(chǎn)品的非輥方案涉及機(jī)加工鋼臺(tái)板，將其鋪放在表面上，施加足夠的壓力和/或在印壓機(jī)中加熱，以便向板面施加花紋。這樣施加花紋的表面一般有很高的質(zhì)量。這種鋼臺(tái)板的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只要儲(chǔ)備不同的臺(tái)板圖案就易于改變花紋圖案。但是，這種方法需要復(fù)雜笨重的設(shè)備，還要搬運(yùn)鋼臺(tái)板，特別是大型板的情形。另外，這種大型鋼臺(tái)板模具一般成本昂貴。
深的圖案，例如木紋板或護(hù)墻板可用四種方式中的至少一種來(lái)制造。木模制品可以切割并連接于板材產(chǎn)品上。這種方法的缺點(diǎn)是成本高，精加工模制的角、邊，以及保持板材的一致性費(fèi)時(shí)。通過(guò)使用輥向可模制表面施加花紋可增加一致性，這就象使用濕氈頂柵瓦的情形一樣。但是，這種輥的制造一般費(fèi)時(shí)且成本高、較深的特征，例如模制護(hù)墻板，需要較高成本的機(jī)加工，更費(fèi)時(shí)。這種輥幾乎不能改變壓花圖案。第三種方案涉及機(jī)加工鋼臺(tái)板，如上所述，將其鋪放在表面上，施加足夠的壓力和/或加熱，以便將花紋施加在板面上。第四種方法是在板上機(jī)加工形狀或浮雕，這會(huì)產(chǎn)生較為粗糙的表面，并且產(chǎn)生必須加以收集、處置或回收的粉塵。
本發(fā)明一般涉及生產(chǎn)帶有表面花紋的石膏纖維板材。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及當(dāng)板材處于半漿狀態(tài)時(shí)使用重量輕的撓性模具將表面花紋施加在石膏纖維板材上。
本發(fā)明涉及一種在再水化開(kāi)始不久之后將花紋施加在石膏纖維板材上并使水化曲線與沿生產(chǎn)線的各加工點(diǎn)合并的方法。本發(fā)明通過(guò)對(duì)離開(kāi)壓力盒的漿進(jìn)行真空抽吸除水，然后剛好在達(dá)到再水化溫度后將漿送至第一壓機(jī)，在那里進(jìn)一步除水，將留下的自由水份的大致80-90％除去。此時(shí)，半水合物再水化的一個(gè)小的百分比已經(jīng)開(kāi)始，濕的纖維板離開(kāi)第一壓機(jī)即主壓機(jī)。此時(shí)，漿的溫度已降低，并且當(dāng)再水化出現(xiàn)時(shí)將上升。然后，準(zhǔn)備一個(gè)在本說(shuō)明書(shū)中定義的花紋模具，其適于在第二壓機(jī)上運(yùn)行。沿加工線用于開(kāi)始施加花紋的位置相應(yīng)于在水化曲線上從低點(diǎn)溫度速率的增加，因而花紋模具基本在板是柔韌且部分再水化的點(diǎn)上遇到板的。然后，使花紋模具在水化加速時(shí)與板壓力接觸。在使?jié){成形過(guò)程的早期，石膏中的針狀晶體結(jié)構(gòu)和纖維素纖維已經(jīng)混合并形成型片。該型片在第一壓機(jī)中經(jīng)過(guò)預(yù)壓縮，并且被花紋模具再次壓縮。由于水化晶體和纖維構(gòu)造膨脹向上抵靠模具，按照制造廠商的需要留下壓紋和其它表面浮雕。帶有纖維的正在水化的石膏在擠壓機(jī)中膨脹至一定的預(yù)先設(shè)定的壓機(jī)咬合區(qū)厚度。成形和再水化晶體的破壞被減至最小。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在稍許經(jīng)過(guò)再水化開(kāi)始時(shí)的低溫點(diǎn)時(shí)開(kāi)始，并且繼續(xù)至等于最終溫升的大約25-60％的溫度水平，可以最佳地實(shí)現(xiàn)與水化曲線相關(guān)的形成花紋的起始點(diǎn)和持續(xù)時(shí)間，因而在離開(kāi)花紋模具之前，水化中的板達(dá)到曲線頂點(diǎn)出現(xiàn)的最高溫度水平的大約25-60％。
用于生產(chǎn)大型表面花紋板材、較小的較深圖案的護(hù)墻板、噴濺擊落浮雕、邊緣錐度和其它花紋的所公開(kāi)的方法涉及到使用帶有花紋表面的撓性聚氨酯模具。這種聚氨酯模具最初是借助具有所需花紋的主表面制成的。當(dāng)將聚氨酯施加在主表面上時(shí)，使其硬化，然后取下。所得到的材料是撓性的聚氨酯模具，其上具有模制在內(nèi)的主表面。
然后，將該撓性聚氨酯模具施加在仍處于半漿狀態(tài)的復(fù)合材料上。向聚氨酯模具施加足夠的壓力，以便在復(fù)合材料硬化時(shí)將其花紋施加在復(fù)合材料上，在經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間后，從復(fù)合材料取下聚氨酯模具，所得到的產(chǎn)品是花紋表面板，然后將其切至板材尺寸。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明如下

圖1是一立體圖，表示一個(gè)工人正向一個(gè)主板上澆入聚氨酯復(fù)合物，主板保持在壩內(nèi)，具有表面浮雕，聚氨酯硬化時(shí)具有與其相應(yīng)的花紋。
圖2是覆蓋在圖1主板上的聚氨酯的橫剖圖，以剖面線表示主板雕紋被聚氨酯填注。
圖3表示硬化聚氨酯層的剝離，其上已施加了主板的花紋。
圖3A以橫剖圖表示一個(gè)邊緣錐形的模具正從板取下，為所得到的板材的板緣留下錐形。
圖4以立體圖表示一個(gè)工人正從主板剝離硬化了的撓性聚氨酯花紋模具，其具有護(hù)墻板形部分和木顆粒表面花紋部分，因而形成了深的花紋和表面花紋部分。
圖4A是板材的平面圖，該板材具有可用本發(fā)明生產(chǎn)的一種稱(chēng)為噴濺擊落(spatter knock-down)的花紋。
圖4B是圖4A的板材的橫剖圖，表示花紋特征。
圖5的示意圖表示用于形成石膏纖維板的生產(chǎn)線，它具有一個(gè)壓力盒、除水真空、除水主壓機(jī)、與副壓機(jī)組合的花紋模具的輸入和輸出組件，其用于在輸送器上加工可再水化的石膏纖維漿。
圖6是水化溫度時(shí)間曲線，它具有通用或模型形狀，反映沿圖5生產(chǎn)線的各加工階段，從這時(shí)起煅燒的漿在輸送器上開(kāi)始再水化。
圖6A是沿圖5生產(chǎn)線各階段達(dá)到的再水化(硬化)大致百分?jǐn)?shù)范圍的模型曲線圖。
本發(fā)明涉及一種成形系統(tǒng)，其用于將花紋施加在大表面石膏纖維板上以形成花紋板材和表面浮雕板材，具體來(lái)說(shuō)，使用重量輕的撓性模具在板材仍處于半漿狀態(tài)時(shí)將花紋施加在板材表面上。圖5所示、標(biāo)號(hào)為10的成形系統(tǒng)包括一個(gè)壓力盒12；真空盒14；一個(gè)濕(主)壓機(jī)16，其用于(1)將濾餅板壓成需要的厚度，(2)除去留存水份的大約80-90％；以及一個(gè)副壓機(jī)18，其用于(1)施加表面花紋，該花紋是所用皮帶表面或花紋模具的負(fù)圖象，(2)當(dāng)硬化的復(fù)合物反抗壓機(jī)皮帶或模具膨脹時(shí)實(shí)現(xiàn)最后校準(zhǔn)的板厚，(3)有助于提高撓曲強(qiáng)度，這是由于結(jié)晶復(fù)合材料在再水化時(shí)抵抗壓機(jī)皮帶或模具膨脹。
壓力盒12用來(lái)均勻地在成形工作臺(tái)或輸送器的寬度上分散煅燒的漿，其具有重量占70％的液體，真空盒14用于使?jié){除水而成為水份含量大致為28-41％(濕基礎(chǔ))(在干基礎(chǔ)上40-70％水份)的板。濕(主)壓機(jī)16包括抽吸輥和普通輥的咬合區(qū)，以及一條多孔帶，進(jìn)一步在真空和壓力的作用下使板除水及強(qiáng)固，使板的水含量(濕基礎(chǔ)上)為23-35％(在干基礎(chǔ)上為30-55％)。與木材纖維制板工業(yè)中公知的成形線的相似性使其易于轉(zhuǎn)變。在第一和第二壓機(jī)之間的空間-無(wú)論是用時(shí)間還是用距離度量-都受水化曲線約束。在主壓機(jī)16中只發(fā)生稍許的水化(大約5-10％)。副壓機(jī)18用于中至高密度產(chǎn)品，取決于所使用的帶表面或模具，向產(chǎn)品表面施加花紋(或光滑度)。該壓機(jī)18的固定間隙的咬合區(qū)稍小于需要的最終板厚，因而也減小了厚度上的變化。抵抗上固定間隙的表面的石膏的膨脹也提高了最后的抗彎強(qiáng)度。本發(fā)明的重量輕的撓性模具20是與成形系統(tǒng)10的副壓機(jī)18結(jié)合使用的，以便將選擇的花紋施加在復(fù)合材料制成的大型板材的表面上。中間夾有纖維顆粒的晶體生長(zhǎng)的膨脹迫使硬化中的板抵抗花紋模具20，這是由于再水化速率提高而達(dá)到一個(gè)溫度水平，在再水化溫度和再水化曲線上最高溫度之間的差(ΔT)為一個(gè)一定的百分?jǐn)?shù)，在該點(diǎn)上板離開(kāi)壓機(jī)18。
使用重量輕的撓性模具的本發(fā)明的方法特別適用于凝結(jié)材料如石膏纖維板的連續(xù)生產(chǎn)方法。推薦的材料是聚氨酯模具，其易于手工送過(guò)一個(gè)連續(xù)壓機(jī)，具有足夠的強(qiáng)度將精細(xì)花紋壓制或變形在剛剛處于凝固開(kāi)始點(diǎn)之后的板上。然后，在一定的溫升和凝固已經(jīng)發(fā)生之后，將板取出。在輸送器上的復(fù)合材料板存在反彈，這可以被控制以得到更高的精度并控制花紋的生成。與可形成花紋及可壓印的介質(zhì)有關(guān)，聚氨酯模具在本專(zhuān)業(yè)中是公知的。在本發(fā)明中，具有形成輕度表面花紋及較深圖案的能力，例如，可用于形成深的木紋或護(hù)墻板。現(xiàn)在參閱圖1，圖中一工人正將液體的聚氨酯材料30澆在主板32上，主板以壩34為邊界以擋住澆入的聚氨酯材料30。
如圖所示，主板32具有深的護(hù)墻板部分W和木紋部分T，木紋部分T圍繞護(hù)墻板部分W及在其中。主板32可以按照這個(gè)方式制成，或者，可以只有木紋部分T、護(hù)墻板部分W或者兩者都有，這是本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以理解的。在另一實(shí)施例中，可以制成流行的噴濺擊落花紋，其模仿大家熟知的下述手工技術(shù)使用一個(gè)寬片離開(kāi)光滑的平頂而在頂部形成花紋峰部，而上述平頂是由花紋谷部包圍的，這將對(duì)照?qǐng)D4A和4B所示花紋描述。在另一個(gè)實(shí)施例中，板可制有邊緣錐部，如圖3A中標(biāo)號(hào)E所示，其中，花紋不是木紋的或條紋的，而只是具有深度比板的其余部分小的邊緣部分。圖3A所示的板最后沿中心線切成兩塊板B1和B2。也可以制成其它公知的花紋。例如，刷點(diǎn)效果、拉毛狀等。在本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求中所用術(shù)語(yǔ)“花紋”廣義地指可施加在凝結(jié)板上的各式表面深、淺浮雕，包括但不局限于簡(jiǎn)單的局部厚度變化如邊緣錐度，以致于更為規(guī)則的圖案，即，護(hù)墻板、方格板、柵狀結(jié)構(gòu)、重復(fù)的曲線、弧形等，也包括不規(guī)則的隨機(jī)圖案，例如，木紋、噴濺擊落花紋、刷點(diǎn)效果、拉毛表面等。
現(xiàn)在參閱圖2的橫剖圖，如圖所示，主板32具有石膏或其它材料的底板36和在其上用于形成護(hù)墻板W和花紋T的浮雕圖案的硬化花紋材料38?；y材料38首先涂覆在石膏底板36上。在花紋材料38凝固前，它可以手工地用工具如刷子或其它形成圖案的工具壓印，或者可以將其抵靠在木模上，木模具有與護(hù)墻板W逆反的形狀或其它選擇的圖案。在公開(kāi)的實(shí)施例中，花紋材料38包括美國(guó)石膏公司生產(chǎn)的TUF-TEX牌的花紋材料。
當(dāng)已將聚氨酯材料30澆入34內(nèi)時(shí)，在大約170-185°F的溫度下有一個(gè)硬化時(shí)間，一般大約為12小時(shí)，這是本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員公知的。當(dāng)然，如果簡(jiǎn)單地將聚氨酯置于環(huán)境溫度下也可硬化，但是需時(shí)較長(zhǎng)。預(yù)先在花紋材料38上施加脫模材料可使硬化的聚氨酯材料30剝離并向上抬起，如圖3和4所示，并被卷起來(lái)形成完成的花紋模具20。
在圖4中，一個(gè)工人正在剝?nèi)∮不木郯滨ゲ牧?0，其可以被卷起以備在本發(fā)明的方法中使用，如圖5所示(未按比例畫(huà)出)。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，可得到的模具20的長(zhǎng)度是可以改變的。如通過(guò)硫化或其它接合法，接合其端部，可以將其制成連續(xù)的帶，以便在副壓機(jī)18上使用。
模具20的長(zhǎng)度是根據(jù)意圖從硬化的板上切成的板長(zhǎng)來(lái)確定的。對(duì)于斷續(xù)的模具應(yīng)用來(lái)說(shuō)，單個(gè)模具可足以適應(yīng)一個(gè)板長(zhǎng)，或者，如果對(duì)于較長(zhǎng)的板來(lái)說(shuō)，多個(gè)模具部分可以接合得具有足夠的長(zhǎng)度，以便可以有一部分從輸入輥組件40通過(guò)副壓機(jī)18伸至輸出輥組件42。寬度取決于輸送器的寬度和待制板的尺寸。在推薦的形式中，一個(gè)連續(xù)的花紋模具20伸過(guò)圖5所示的輸送器44。一般來(lái)說(shuō)，石膏纖維板工藝在連續(xù)法中將生產(chǎn)8英尺寬、16英尺長(zhǎng)的板材。為了便于處置，在8英尺寬、16英尺長(zhǎng)的情形中，花紋模具20將具有至少大約16英尺的長(zhǎng)度，從輸入輥組件40穿過(guò)輸出輥組件42。
可以看出，成形系統(tǒng)10形成一硬化板46，該板的公稱(chēng)深度約為1/4英寸至3/4英寸，以便滿足通常的建筑結(jié)構(gòu)要求。因此，可以想見(jiàn)，圖2-4中的花紋T、圖4A及4B中的花紋S和圖3A中的花紋E將具有大約0.025至0.050英寸范圍的深度，以達(dá)到美觀的效果?；yS一般淺于木紋花紋T。護(hù)墻板W的深度取決于被生產(chǎn)的板的最終撓性強(qiáng)度，也取決于在特定系統(tǒng)中使用的加速劑和添加劑。護(hù)墻板W一般可以形成高達(dá)所得到的板的厚度的一半。
使用重量輕的撓性模具的方法特別適用于凝固材料的連續(xù)工藝，例如圖5所示的及美國(guó)專(zhuān)利第5,320,677號(hào)中所述纖維板成形工藝。聚氨酯模具20可以容易地手工送過(guò)連續(xù)壓機(jī)18，該壓機(jī)具有足夠的壓力，剛剛在硬化開(kāi)始之后將精細(xì)花紋壓制在板上，然后在適當(dāng)程度的硬化出現(xiàn)后，但在沿水化曲線達(dá)到最大放熱反應(yīng)溫度之前將模具除去。
在副壓機(jī)18的主要頂部帶49上的壓力應(yīng)當(dāng)足以驅(qū)動(dòng)聚氨酯模具20和副壓機(jī)18的輥48。模具20的卷可以手工打開(kāi)，當(dāng)其進(jìn)入副壓機(jī)18時(shí)使花紋側(cè)壓在板M的頂部上。如圖5所示，聚氨酯模具20在輸入副壓機(jī)18處，板仍未硬化，且具有柔韌性時(shí)接觸板M。在板進(jìn)入副壓機(jī)18之前，水化剛剛開(kāi)始。然后，帶有壓印花紋或表面浮雕的板M在聚氨酯模具20的壓力下開(kāi)始硬化。模具20與從副壓機(jī)18出來(lái)的成形的板材46分開(kāi)，此時(shí)板材46已硬化至較為堅(jiān)硬的狀態(tài)，但尚未達(dá)到最大的硬化程度。這種硬化程度是用人的食指的中等壓力不會(huì)留下凹印。
然后在輸送輥組件42處，模具20可以容易地卷起，并在輸入輥組件40處再次送入副壓機(jī)18。或者，模具20的兩端可被接合，例如通過(guò)硫化接合，以形成一環(huán)形帶，圍繞壓機(jī)18設(shè)置，并繞其運(yùn)轉(zhuǎn)，以便連續(xù)地壓在板M上。對(duì)于較大的板長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，也可以將多個(gè)模具20連接起來(lái)。在制造護(hù)墻板W表面浮雕時(shí)，在邊緣上增大的壓力形成密度增加、強(qiáng)度提高的邊緣，以便在搬運(yùn)及在安裝過(guò)程中減小損傷，并且提供極好的緊固件固定性能。同樣，當(dāng)模具20具有形成圖3A所示邊緣錐形E的形狀時(shí)，在E處的板的邊緣密度增加，使緊固強(qiáng)度提高。邊緣錐形E一般用于接合材料并在板的接合部位形成錐度。硬化的板材46可沿中心線分開(kāi)，并對(duì)邊緣進(jìn)行修整，從而形成兩塊具有邊緣錐形E的板B1和B2。
在圖4A和4B中，模具20的形狀具有噴濺擊落式花紋S的負(fù)象。這種淺花紋外觀具有平的峰頂或棱51，其高于圍繞的花紋谷部52，從而形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)所需要的美觀的外觀。
圖6是凝固石膏纖維板的典型水化曲線。該曲線的形狀也是本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以理解的，它代表當(dāng)離開(kāi)煅燒釜后，將燒石膏與水混合并且溫度降至再水化水平時(shí)的溫度曲線。沿該水化曲線的某些點(diǎn)對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)是很重要的，這關(guān)系到水化曲線與生產(chǎn)線過(guò)程上相應(yīng)加工點(diǎn)或步驟的合并，即從(a)從壓力盒12開(kāi)始向著輸送器44，(b)通過(guò)其空盒14除水，(c)穿過(guò)第一壓機(jī)16，(d)沿輸送器44移過(guò)一個(gè)距離，以及(e)穿過(guò)副壓機(jī)18一定時(shí)間，然后板46在沿圖6的水化曲線的一個(gè)需要的點(diǎn)上離開(kāi)副壓機(jī)18。
圖6A是在相應(yīng)于圖6中標(biāo)出的點(diǎn)的一定點(diǎn)上評(píng)估的硬化范圍的曲線，表示在每個(gè)點(diǎn)上最大水化(硬化)的百分?jǐn)?shù)范圍。Y軸是達(dá)到的水化百分?jǐn)?shù)，X軸是在板移過(guò)成形系統(tǒng)10時(shí)所處的位置。
如圖6所示，Y軸是溫度，X軸是時(shí)間。溫度曲線反映在漿從壓力盒送向輸送器44并由真空盒14除水降至再水化溫度(一般為大約60°F至大約120°F)的點(diǎn)上的零時(shí)上的一個(gè)起始點(diǎn)A。當(dāng)送至壓力盒12時(shí)溫度已從煅燒釜中的較高煅燒溫度下降，溫度在剛澆在輸送器44上時(shí)可以為大約200°F。點(diǎn)A是再水化溫度。點(diǎn)A’是其稍后的點(diǎn)，其時(shí)板M進(jìn)入主壓機(jī)16，已開(kāi)始水化。主壓機(jī)16利用交錯(cuò)的抽吸和普通輥除去所有留下的自由水份的大約80-90％。板M在點(diǎn)A”離開(kāi)壓機(jī)16，在該點(diǎn)放熱反應(yīng)已達(dá)到最大溫升的大約5-10％。已經(jīng)知道，成功形成表面壓印的起始點(diǎn)B在少許水化和硬化出現(xiàn)之后，只在其后的水化期間的一部分上繼續(xù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這段時(shí)間是足以使溫度達(dá)到一個(gè)值B’的時(shí)間，如圖6所示。點(diǎn)C是放熱反應(yīng)達(dá)到的最高溫度。板M在點(diǎn)B進(jìn)入副壓機(jī)16，在該點(diǎn)溫度已達(dá)到從A至C的溫升(ΔT)的大約15-25％。板M在點(diǎn)B’離開(kāi)副壓機(jī)18，在該點(diǎn)溫度已達(dá)到從A至C的溫升(ΔT)的大約25-60％。在副壓機(jī)18中，石膏纖維板硬化并膨脹。副壓機(jī)18和在其上承載的模具20壓縮板M。再水化的石膏的膨脹壓力使板充滿模具花紋W，T，E或S。
當(dāng)模具20和板46至B’點(diǎn)結(jié)束接觸時(shí)，已有足夠的硬化程度來(lái)保持細(xì)部花紋。因此，本方法的關(guān)鍵是要求(a)板M在柔軟時(shí)進(jìn)入與模具20的接觸，(b)在模具的壓力下硬化中的板膨脹一段時(shí)間以達(dá)到充分硬化，(c)然后在點(diǎn)B’離開(kāi)模具，符合沿溫度曲線的圖6所示的所述范圍，其后就可以使浮雕得以保持。使用添加劑、減速劑或其它催化劑可以減慢或加速放熱反應(yīng)的溫度控制，這在現(xiàn)有技術(shù)的再水化硫酸鈣半水合物的方法中是公知的。當(dāng)然必須使?jié){的溫度下降，以盡可能減少留下的水份，從而不致在過(guò)多水存在的情況下發(fā)生再水化。
與圖6的溫度曲線有關(guān)，X軸也可以是沿輸送器44的距離而不是時(shí)間。在距離上的曲線形狀是基本相同的，其中，離開(kāi)壓力盒至一個(gè)點(diǎn)有一個(gè)溫降，再水化在點(diǎn)A開(kāi)始，然后曲線上升至點(diǎn)B，然后至點(diǎn)B’，點(diǎn)B’是沿曲線的一部分上的點(diǎn)，該部分是直線，具有一個(gè)基本不變的斜度直至點(diǎn)B”。放熱反應(yīng)正是沿著上述不變斜度的直線迅速加速，來(lái)自模具20的形成花紋的壓力在至最高溫度點(diǎn)C的爪升的大約25-60％過(guò)程中出現(xiàn)。在達(dá)到點(diǎn)B”之后，反應(yīng)減慢，直線圖形在達(dá)到最高放熱溫度點(diǎn)C之前變成一條上升曲線?？梢韵胍?jiàn)，在約為60°-120°F的水化開(kāi)始水平A時(shí)，最高的溫度C將為大約70°-140°F。上述溫度受到制板廠的環(huán)境條件及沿輸送線存在金屬結(jié)構(gòu)的吸熱等因素的顯著影響。在點(diǎn)C之后，當(dāng)復(fù)合材料趨近在點(diǎn)P處的完全再水化時(shí)溫度曲線下降。
點(diǎn)A，A’，B，B’，B”，C和D在圖5中已標(biāo)出，表示在成形成形系統(tǒng)10的示意圖中的相應(yīng)位置。圖5不是按比例畫(huà)出的。
圖6A表示對(duì)于圖5和6的點(diǎn)A，A’，B，B’，B”，C和D來(lái)說(shuō)在X軸上的相應(yīng)位置上的在Y軸上的完全硬化(水化)的百分?jǐn)?shù)。在點(diǎn)A’上，板M以不到大約5％的水化進(jìn)入主壓機(jī)16。在進(jìn)入副壓機(jī)18時(shí)，已發(fā)現(xiàn)板M已達(dá)到20-30％的硬化。當(dāng)在點(diǎn)B’離開(kāi)副壓機(jī)18時(shí)，人可以用中等壓力留下指痕，水化估計(jì)已完成大約40-70％。在放熱反應(yīng)放出熱量所產(chǎn)生的最高溫度C，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水化已完成大約80-90％。然后，通常板被切至需要的板寬和板長(zhǎng)，并在點(diǎn)D達(dá)到最終的硬化。隨后在爐中或在環(huán)境條件下進(jìn)行干燥。
在水化過(guò)程中的溫升及發(fā)生溫升的時(shí)間或距離取決于各種煅燒因素，例如，石膏與纖維的比率、含水量、當(dāng)然還有添加劑、加速劑、減速劑、催化劑等，它們可以被改變，以便增、減硬化時(shí)間。
本發(fā)明并不局限于用聚氨酯材料制造模具，也可以使用其它等同的柔韌、撓性的材料。
上面已結(jié)合本發(fā)明的圖示實(shí)施例具體圖示和描述了本發(fā)明的各種特征。但是，這是具體的產(chǎn)品及其制造方法顯然并不是限定性的，而只是用于描述，本發(fā)明的完全解釋是在權(quán)利要求書(shū)中限定的。
權(quán)利要求
1.用于制造花紋石膏纖維板的方法，它包括以下步驟將地石膏和纖維加強(qiáng)材料的基質(zhì)顆粒和足夠液體混合，以便形成含重量至少約70％的液體的稀漿；在壓力下加熱所述稀漿，在存在所述基質(zhì)顆粒的情形中煅燒所述石膏，以便形成針狀硫酸鈣α半水化晶體；使所述液體的大部分與所述燒石膏和基質(zhì)顆粒分離以形成濾餅；將所述濾餅的溫度降至所述燒石膏的再水化溫度，以便開(kāi)始硬化；首先將所述濾餅壓成板，并從其除去另外的水份；提供一個(gè)撓性模具，其一個(gè)側(cè)面具有花紋，然后在所述板正在硬化且是柔韌的時(shí)候，將所述撓性模具的花紋壓在所述板上；在所述撓性模具的壓力下，使所述板繼續(xù)硬化；在完全硬化前，將所述板與所述撓性模具分開(kāi)；以及使所述板干燥以除去任何留下的自由水份。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述提供撓性模具的步驟還包括用一個(gè)具有花紋的主板制備一個(gè)撓性的聚氨酯模具。
3.制造花紋石膏纖維復(fù)合材料的方法，它包括以下步驟用一個(gè)主表面制造一個(gè)聚氨酯模具；使所述聚氨酯模具固化；從所述主表面取下所述聚氨酯模具；將所述聚氨酯模具的花紋表面在再水化石膏和纖維復(fù)合材料仍處在固化狀態(tài)時(shí)施加在所述復(fù)合材料上；使所述石膏和纖維復(fù)合材料繼續(xù)硬化，從而使所述聚氨酯模具的所述花紋表面在所述石膏和纖維復(fù)合材料上形成花紋表面；以及在完全硬化前從所述復(fù)合材料取下所述聚氨酯模具。
4.制造花紋產(chǎn)品的方法，它包括以下步驟在存在木纖維的情形中，煅燒石膏以形成針狀晶體硫酸鈣半水合物，以便形成漿；使所述漿除水，以便除去大部分水份，形成濾餅板；將所述板的溫度降至燒石膏的再水化溫度；壓縮所述濾餅板，以便進(jìn)一步除去水份；通過(guò)將撓性的花紋模具在所述板正在硬化并柔韌時(shí)壓向所述濾餅板，從而再壓制所述濾餅板；在所述再壓制的步驟中，使所述板部分硬化；使所述板脫離與所述花紋撓性模具的接觸；以及繼續(xù)所述板的硬化，直至完全硬化而在其上具有所述花紋模具的負(fù)象。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述脫離接觸的步驟包括當(dāng)所述板已達(dá)到最后硬化的大約40％至大約70％的時(shí)候使所述板脫離接觸。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述再壓制的步驟包括使用由聚氨酯制成的撓性的花紋模具的再壓制。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述再壓制步驟包括使用帶有一層聚氨酯的撓性花紋模具的再壓制。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述再壓制步驟包括使用帶有聚氨酯環(huán)形帶的撓性花紋模具的再壓制。
9.形成重量輕的撓性模具的方法，所述模具用于將表面花紋施加在正在硬化中的石膏纖維板上，所述方法包括以下步驟制備一個(gè)帶有花紋表面的主板；向所述主板的所述花紋表面施加聚氨酯涂層，使聚氨酯填注所述主板的所述花紋表面；使所述聚氨酯固化；以及使所述聚氨酯與所述主板分離，從而形成一個(gè)在一側(cè)面帶有花紋表面的重量輕的撓性模具。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述制備帶有花紋表面的主板的步驟包括將形成花紋的材料施加在主板外表面上的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的步驟，其特征在于還包括向所述形成花紋的材料施加花紋浮雕的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于還包括干燥所述形成花紋的材料的步驟。
13.如權(quán)利要求9所述的步驟，其特征在于所述制備帶有花紋表面的主板的步驟包括制備在外表面帶有噴濺擊落花紋形式的表面浮雕的主板的步驟。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述制備帶有花紋表面的主板的步驟包括制備在外表面帶有木紋形式的表面浮雕的主板的步驟。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述制備帶有花紋表面的主板的步驟包括制備在外表面帶有邊緣錐形形式的表面浮雕的主板的步驟，以便將石膏纖維板切成板材。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述制備帶有花紋表面的主板的步驟包括制備在外表面上帶有護(hù)墻板形式的表面浮雕的主板的步驟。
17.制造花紋石膏纖維板的方法，它包括以下步驟混合地石膏和纖維加強(qiáng)材料的基質(zhì)顆粒和足夠的液體，以形成重量占至少大約70％的液體的稀漿；在存在所述基質(zhì)顆粒的情形中，在壓力下加熱，從而煅燒所述石膏，形成硫酸鈣半水合物；使所述液體的大部分與所述燒石膏和基質(zhì)顆粒分離以形成濾餅；將所述濾餅溫度降至硫酸鈣半水合物的再水化溫度；首先將所述濾餅壓成板并從其進(jìn)一步除去水份；提供一個(gè)具有花紋的模具；然后，當(dāng)所述板正在硬化且是柔韌的時(shí)候?qū)⑺瞿＞叩幕y壓制在所述板上；以及在再水化中的一點(diǎn)上從所述模具分離所述板，在所述點(diǎn)上，所述板的溫度不高于在再水化溫度和在再水化過(guò)程中達(dá)到的最高溫度之間的溫升的大約一半。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述分離的步驟是在板的溫度處于在再水化溫度和所述最高溫度之間的溫升的大約25％-60％的范圍中出現(xiàn)的。
19.制造花紋石膏纖維復(fù)合材料的方法，它包括以下步驟向一個(gè)具有浮雕的主表面輸送聚氨酯；使所述聚氨酯固化；從所述主表面除去所述聚氨酯，形成一個(gè)具有表面浮雕的撓性模具；當(dāng)再水化的燒石膏和纖維復(fù)合材料正在硬化且柔韌的時(shí)候，將所述聚氨酯模具的表面浮雕施加在復(fù)合材料上；使所述石膏和纖維復(fù)合材料繼續(xù)水化和硬化，使所述聚氨酯模具的所述浮雕表面在所述石膏和纖維復(fù)合材料上形成浮雕表面；以及在所述復(fù)合材料的一個(gè)溫度點(diǎn)上從所述復(fù)合材料除去所述聚氨酯模具，所述溫度點(diǎn)不高于在再水化溫度和在再水化過(guò)程中達(dá)到的最高溫度之間的溫升的大約60％。
20.制造花紋板的方法，它包括以下步驟在存在木纖維和水的情形中煅燒石膏以形成硫酸鈣半水合物，從而形成漿；對(duì)所述漿除水，以便除去大部分自由水份，形成濾餅板；將所述濾餅板的溫度降至硫酸鈣半水合物的再水化溫度；壓制所述濾餅板，以便進(jìn)一步除去水份，形成板；當(dāng)所述板柔韌且出現(xiàn)再水化時(shí)將花紋模具壓印在板上，從而再壓制所述板；在再壓制過(guò)程中使所述板部分硬化；以及在一個(gè)溫度點(diǎn)上使所述板與所述花紋模具脫離接觸，所述溫度點(diǎn)不高于再水化開(kāi)始溫度和最高再水化溫度之間的大約一半的溫度點(diǎn)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述再壓制步驟包括再壓制用的一個(gè)撓性花紋模具是一層材料。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述再壓制步驟包括再壓制用的一個(gè)撓性花紋模具是一環(huán)形帶。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述再壓制步驟包括再壓制用的撓性花紋模具包括聚氨酯。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于在所述濾餅板達(dá)到在再水化溫度和最高再水化溫度之間溫度增加的大約10％至大約25％之后開(kāi)始所述再壓制步驟。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于沿再水化材料的放熱反應(yīng)溫升曲線，在再水化開(kāi)始至放熱反應(yīng)溫度曲線最高點(diǎn)的溫升的大約25％至大約60％的一點(diǎn)上進(jìn)行所述脫離接觸的步驟。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述溫升曲線具有一個(gè)基本不變斜度的部分，所述脫離接觸的步驟是在沿該部分的一點(diǎn)上進(jìn)行的。
27.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于當(dāng)板處于大約40％至大約70％完全水化時(shí)進(jìn)行使板與花紋模具脫離接觸的步驟。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于所述板是足夠硬化的，因而人的食指的中等壓力不會(huì)留下壓印。
29.一種通過(guò)權(quán)利要求1，3，4，9，17，19或20的方法制成的產(chǎn)品。
全文摘要
用于使石膏纖維板形成花紋和生產(chǎn)表面花紋板材、邊緣錐形板材和較深圖案的護(hù)墻板式的板材的改進(jìn)的方法,包括使用帶有花紋表面的撓性模具。剛剛在放熱再水化反應(yīng)開(kāi)始之后將模具壓在板上。在用模具壓制以形成花紋板的過(guò)程中出現(xiàn)部分水化和硬化。沿再水化溫度曲線。在向著最高再水化溫度升溫的大約一半或不到一半處使板與模具脫離接觸。
文檔編號(hào)C04B16/02GK1262986SQ0010183
公開(kāi)日2000年8月16日 申請(qǐng)日期2000年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月9日
發(fā)明者戴維·保羅·米勒, 馬修·赫斯 申請(qǐng)人:美國(guó)石膏公司