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石棉水泥顶板的替代:进展及局限

  发表日期:2007年4月15日      作者:V. 帕塔比     【编辑录入:smxhwg

一、每个行业都始终在探寻改进的方法,以优质的产品及更低的成本服务于客户的需求。

    在保温行业,诸如REFS 及 MMFS等替代性纤维的使用确实带来了技术、经济上具有优势的产品。

在现阶段替代掉石棉水泥板中的石棉并不能归为此类。

蛇纹石纤维即便在小剂量下也对健康产生影响的错觉迫使此行业走向替换石棉纤维的探索。

受社会、政治考量影响的规则及禁令进一步使替换成为继续业务而需立即办理的必要事项。

这样,此行业的一部分不能等到优质产品的出现,被迫在这个设定的时间框架内引入折衷性产品。

二、初期选择用以替代石棉的产品有:

    a) 聚丙烯类纤维,因其更低的成本、更易获得;另外,

b) 玻璃纤维,因其上乘的强度性能。

由于聚丙烯纤维的厌水特性及很高的伸展性,导致聚丙烯的使用失败。但其经济性的优势立即导致了克服此缺点的探索,其结果就是萨里大学所研制的纤化网。

三、玻璃纤维扩散不佳且发现它不适于哈氏Hatscheck)加工方法。

   这些事项立即引发了对适合使用这些纤维的加工方法的探索。

   RETIFLEX

聚丙烯板沿机器方向被伸展八倍的长度作为其分子的选择方向从而被纤化。

四、这样纤化的薄层被一层层地叠加,其中有些层是相互交错的,以具备加强作用。典型的情况是,一张平板具有4层而且4层都是顺着机器方向。一张瓦楞板具有8层且其中4层方向不同。

    这个网在端部密封以避免卷曲。这种网称作RETIFLEX,由意大利的蒙蒂狄森(MONTIDISSON)公司制造。

     NETCEM

   建造了一台机器,利用流淌原理制作这种薄板。

   一个移动的毡子起着传送带和过滤板的作用。一组连续的纤化聚丙烯网件被送到毡子上。毡子根据流淌原理挂上水泥胶合灰浆,而一台压力机将此灰浆压入网中。这种薄层连续不断地从湿压力机下通过并由其脱水,而后被飞转的锯所切割。

   虽然此产品具有很强的抗冲击强度,胶合剂在网中的填充充分且均匀,特别是在边缘部位,但由于胶合实质上是结合性差的机械性楔入,可观测到叠层上的微观龟裂,这种龟裂被认为是可自行愈合的。实际中,这种龟裂大到足以弄湿板的底面。

    RETICEM

   对NETCEM的改进,就是以强力将灰浆喷到网子上,并同时铺撒切断的玻璃纤维丝并加上过滤纸以防止颗粒沾在毡子上。虽然具有高抗冲击强度,由于抗断裂性能差,板子仍有在负载下龟裂和断裂的烦恼。

    RETIVERA

   产品是通过在瓦楞板边缘和洼槽中加入延续不断的粗纱而进一步改进的,这样板子就能够承载而不发生应力龟裂。

    WELLCRETE

   与此同时在德国,类似的加工方法得到开发而不使用聚丙烯。其观念就是,玻璃纤维在设计好的微观混凝土中是更为稳定的。

   虽然这些产品的抗冲击强度也是很高,不可能断裂成两半,但弯曲运动较小,为40 nm/m。此外宽度方向上的强度也低。厚度作成8毫米以克服这些缺点。这样一来扳子沉重,可搬动性差。它们切割困难而且湿废料也不能被回收利用。无法模制。

   这样,哈氏(Hatscheck)方法就作为通过一定的加工过程和机器的改良,用其他纤维替代石棉的方便的加工过程。

   对生产石棉板所广泛采用的哈氏加工过程的成功,石棉所起的作用得到认定。这些特性在用替代性纤维时也得到关注。

石棉的优点

    a)   扩散不难

    b)   天然的絮凝作用

    e)   不同的长度及直径,具有良好的结网及保持颗粒的性能

    d)   高抗碱性

    e)   可模制的湿板

    f)   天然亲水从而与水泥结合得更好

    g)   断裂时伸展小

    h)   高抗张强度和弹性模量

单纯使用合成纤维不能够保持住固体,而且有碍于纤维的均匀扩散。除了加工过程中的困难之外,纤维密度低的部位上龟裂也会是一个主要问题。

在哈氏机器中使用纤维素作为基质纤维是必要的。纤维素具有许多适于本加工过程的特征。事实上,这个过程就是使用纤维素制板机的一个分支。纤维素当打散到45-60 SR时具有较大的表面积而且保持固体颗粒的效率可达50至60% Vat

使用纤维素的优点和缺点值得关注

局限性:

    01. 由于纤维构造原因吸收大量水分

02. 可燃、甚至在低温时也在氧化条件下降解

03. 低密度,在相同重量下需更多的纤维

04. 较低的抗张强度

05. 保持固体的性能一般

06. 抗碱性——一般

室外使用的板子的制造商们减少3%的纤维素使用量,以克服上述缺点。加入合成浆以改善固体保持性能而不增加吸水率。

与纤维素一起被考虑的合成纤维有聚丙烯聚丙烯腈(PAN)及聚乙烯醇(PVA)。考虑聚丙烯的初始原因是其经济性及易获得性。

聚丙烯具有厌水从而与水泥结合差的缺点。其高伸展性及低韧性导致在小负荷下的龟裂。聚丙烯易在潮湿的条件下不断地丧失强度,且抗紫外性能低。

由于强烈的经济性方面的考量,在此方面进行了进一步的工作。使用了纤化板用以克服由于网内机械性锁和而产生的不良结合,这一点已作过讨论。曾作过努力,试图将韧性从250/300改善到700-900 MPA,将断裂伸展率从14/30改善到7/8。此外还有若干种专利涂料被用来改善与水泥的结合,结果使该材料提高到接近聚丙烯腈(PAN)的特性。

这些发展有助于改善抗冲击强度并减少龟裂。但是高水泥含量的纤维水泥的单薄基体以及干燥中的收缩导致结合强度的损失。

聚丙烯腈(PAN)纤维也经试用并成功地在制造管件中与石棉纤维一同使用,以获得更好的扩散而其挺度因数仍在安全范围内。

但是,用聚丙烯腈(PAN)纤维做替代的结果,主要是由于高弹性以及水泥的干燥收缩,产生了随着时间而出现的产品龟裂。

不像聚乙烯醇(PVA),聚丙烯不吸水,这样,当水泥在水中膨胀并在干燥时收缩。聚丙烯则保持不变,长此以往就打乱了各连续环节中的结合键。

   聚乙烯醇(PVA)是使用量远远占优势的替代品

            ·亲水

            ·吸水达20%

            ·聚乙烯醇(PVA)潮湿时损失其强度。

 

抗张

MPA

模量

GPA

伸展

标准

1100-1300

25-28

7-8

潮湿

800-850

12-14

11-72

 

RELATIVE FIBRE CHARACTERISTICS 相关的纤维特性

 

石棉

聚乙烯醇

聚丙烯腈

聚丙烯

抗张

(MPA)- 270/540

3000

1400/1600

700/900

250/300

杨氏模量 (GPA)

165

35/40

17./25

4.8

密度(g/cc)

2.55

1.3

1.16

 

断裂伸展率

-----

4/8

8/12

14/30

用聚乙烯醇制造的过程中,可加工性通过添加剂得到改善。

改进内容

     

·固体保持性

·层间结合

·低密度

·成本

·强度

· 絮凝剂、膨胀土、高度打散的纤维素

· 超细硅石、土

· 低纤维素的合成硅石浆

· 聚四氟乙烯、碳酸钙

· 挤压、超细硅石

备注:

    若干种其他添加剂被不同的制造商用于为其具体用途而进行的产品改良中。

聚乙烯醇为基的板子,即便是在短期内其强度也是较低的,而且其标准本身也是较低的结果。其长期的性能仍是未解的问题。这些板子一般比石棉水泥板贵出25-30%。常见的一个问题是,由于碳化及水分移动所形成的应力大过基体的抗张强度。

 

高压釜加工

用高压釜加工对平板产品而言是改良结合剂的一个成功的方法。游离的石灰通常低于百分之一,因而为纤维素提供了中性介质。由于高温的原因,没有使用塑料纤维,虽然后来有过尝试,试图减小高压釜的压力以便使用一些塑料纤维。此增加项将加强抗冲击强度。

制造屋顶用的低密度产品的一些尝试不得不面对严厉的抱怨。

按同样方法生产的压制瓦楞板在屋顶也有问题,大概是由于纤维素丧失柔软性而变脆。

   然而,用这种加工方法制造出来的这种产品有许多种类,其中大部分是用于室内及耐火要求的。

   这些板子的密度根据其纤维的特性在1~1.4 g/cc范围变化。这些板子当被挤压到密度为1.5~1.7时,可用于室外用途。

   该加工过程的基本构成为,水泥、硅石(也可加石灰、飞灰)与作为原材料用的纤维素混合在一起。用常规的哈氏(HATSCHECK)方法,m/c板得以制作。

   然后它们被置于压力在7~10 个大气压的蒸汽中达12小时。仅用纤维素时,必须逐渐提高和降低压力以避免发生层离。

   仅有的缺点是初期资本的高成本,但可通过经济性的原材料得到补偿。

    在这个由错觉强加给各公司的替代过程中,有时候,客户有许多选择项这一点被人们遗忘了。

   石棉水泥为何受欢迎的原因如能理解的话,则很容易注意到,替代性材料丧失了这些优点,造成市场转移到与其竞争的材料上,这正是实实在在地正在发生的事。

    只有当这种具有竞争力的产品出现时,此行业才会被吸引去拥抱能够使他们继续提供所选的成本效率型产品的新技术。


 
 
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