ES2568026T3 - Esteras de revestimiento reforzadas con fibras que contienen microfibras y método para fabricarlas - Google Patents
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Abstract
Una estera de material compuesto reforzado con fibra que comprende: (i) una banda no tejida de fibras, en la que las fibras comprenden: a) un primer grupo de fibras que tienen un diámetro medio de fibra de 8 μ a 25 μm; y b) un segundo grupo de fibras que tienen un diámetro medio de fibra de 0,5 μm a 6,5 μm; y ii) un aglomerante para aglomerar las fibras de la banda no tejida en forma de un material compuesto reforzado con fibra, en el que el material compuesto tiene una permeabilidad al aire de menos de 7079,209 litro/0,0929 m2 (250 cfm/ft2).
Description
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DESCRIPCION
Esteras de revestimiento reforzadas con fibras que contienen microfibras y metodo para fabricarlas Campo de la invencion
Las realizaciones de la invencion se refieren a materiales de construccion usados en construccion de edificios, que incluyen paneles de construccion revestidos de material compuesto reforzado con fibra, tal como panel de yeso. Los revestimientos de material compuesto reforzado con fibra sobre superficies expuestas del panel de construccion pueden incluir una estera de fibra de vidrio hecha de una mezcla de fibras de vidrio de diametros grandes y pequenos aglomeradas con un aglomerante, tal como un aglomerante organico o inorganico.
El documento US 7842629 B2 describe un panel de yeso que comprende como revestimiento una estera fibrosa no tejida que tiene dos grupos de fibras de diferentes diametros y una permeabilidad al aire de 7079,209 litro/0,0929 m2 (250 cfm/ft2) o mas.
Antecedentes de la invencion
El panel de pared formado de un nucleo de yeso intercalado entre capas opuestas se usa en construccion de virtualmente todos los edificios modernos. En sus diferentes formas, el material se emplea como superficie para paredes y techos y similares, tanto interiores como exteriores. Es relativamente facil y barato de instalar, acabar, y mantener, y en formas apropiadas, es relativamente resistente al fuego.
El panel de pared revestido de papel (por ejemplo, panel de pared de yeso) se usa comunmente para acabar paredes interiores y techos. El panel de pared de yeso y los paneles de yeso se fabrican tradicionalmente por un procedimiento continuo. En este procedimiento, se genera una suspension de yeso y se deposita sobre una lamina de revestimiento inferior de avance continuo, tal como papel kraft. Se deposita una lamina de revestimiento superior que avanza continuamente sobre el yeso y los bordes de las laminas de revestimiento inferior y superior se pegan entre sf con un adhesivo apropiado. Las laminas de revestimiento y la suspension de yeso se hacen pasar entre placas o rodillos formadores paralelos inferior y superior para generar una tira plana integrada y continua de yeso sin fraguar intercalado entre las laminas. Tal tira plana de yeso sin fraguar se conoce como revestimiento o forro. La tira se transporta sobre una serie de cintas y rodillos moviles continuos durante un periodo de varios minutos, tiempo durante el que el nucleo se comienza a hidratar. El procedimiento se denomina convencionalmente “fraguado” dado que el yeso rehidratado es relativamente duro. Durante cada transferencia entre cintas y/o rodillos la tira se tensiona en un modo que puede provocar que el revestimiento se desestratifique del nucleo de yeso si su adhesion no es suficiente.
Aunque el papel se usa mucho como material de revestimiento para productos de panel de yeso debido a su bajo coste, muchas aplicaciones demandan resistencia al agua que muchos revestimientos de papel no pueden proporcionar. Al exponerlo al agua directamente en forma lfquida o indirectamente por exposicion a alta humedad, el papel es muy propenso a la degradacion, tal como por desestratificacion, que compromete sustancialmente su resistencia mecanica. Los productos de yeso se basan en la integridad del revestimiento como principal contribuidora a su resistencia estructural. Consecuentemente, los productos revestidos de papel generalmente no son apropiados para el exterior u otros usos de construccion en los que se suponen condiciones de exposicion a la humedad.
Ademas, se esta prestando cada vez mas atencion al problema del crecimiento de hongo y moho en interiores de edificios y el potencial efecto adverso sobre la salud que puede tener tal actividad sobre los ocupantes de los edificios. El revestimiento de papel de panel de yeso convencional contiene pasta de madera y otros materiales organicos que pueden actuar en presencia de humedad o alta humedad como nutrientes para tal crecimiento microbiano. Se busca mucho un material de revestimiento alternativo satisfactorio menos susceptible al crecimiento.
Un inconveniente adicional del panel de yeso con revestimiento de papel es la resistencia al fuego. En un fuego en un edificio, el revestimiento de papel expuesto rapidamente se quema. Aunque el yeso mismo no es inflamable, una vez que desaparece el revestimiento se deteriora enormemente la resistencia mecanica del panel. En algun momento a continuacion el panel es muy probable que se colapse, permitiendo que se extienda el fuego a los miembros estructurales subyacentes y areas adyacentes de un edificio, con obvias y serias consecuencias. Un panel que tiene un revestimiento menos susceptible a quemarse por lo menos sobrevivina mas tiempo en un fuego y de este modo es muy deseable para proteger tanto la gente como la propiedad.
Para superar estos y otros problemas, se han propuesto alternativas al revestimiento de papel. Por ejemplo, se han desarrollado sistemas de aislamiento exterior que incluyen un panel de yeso con revestimiento de estera fibrosa. Sin embargo los productos de panel de yeso que incorporan las esteras fibrosas han mostrado tener ciertos inconvenientes: Se encuentra que algunas personas son bastante sensibles a la estera de fibra de vidrio, y desarrollan irritaciones de la piel y abrasiones cuando se exponen a la estera en varias etapas, incluyendo la produccion inicial de la estera, la fabricacion del panel de yeso de material compuesto con el revestimiento de estera, y durante el corte, manejo, y operaciones de sujecion (por ejemplo, con clavos o tornillos) que sirven para la instalacion del producto final durante la construccion del edificio. El manejo de la estera, y especialmente el corte, se
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cree que libera fibras de vidrio responsables de la irritacion. Las fibras se pueden transportar por el aire o transferirse por contacto directo. Como resultado, los trabajadores se ven forzados generalmente a llevar camisas de manga larga y pantalones largos y a usar equipo protector como mascaras de polvo. Tales medidas son especialmente desagradables en las condiciones calidas, humedas y sudorosas que se encuentran a menudo en las instalaciones de construccion o en el sitio de trabajo de construccion.
Ademas, muchos paneles de construccion de revestimiento de fibra comerciales tienen una rugosidad superficial que hace diffcil terminarlos satisfactoriamente por pintura normal, porque la textura de la estera sigue siendo perceptible a traves de la pintura. Las fibras mismas en la estera dan lugar a diversas asperezas, y a adicionales irregularidades de mayor tamano denominadas a menudo en la industria con calificativos tales como "piel de naranja", "berberechos", o terminos similarmente evocadores que describen la no planaridad de la superficie. La uniformidad percibida de la superficie del panel es el resultado de una compleja interaccion entre varias caractensticas topograficas del panel, que incluye el tamano, profundidad, espaciado y regularidad de las caractensticas. Aunque algunos de estos atributos pueden ser cuantificados algo usando tecnicas de analisis de imagenes, la comparacion visual, especialmente bajo la luz incidente oblicuamente, es mas que suficiente para comparar la uniformidad relativa de diferentes superficies.
Ademas, fabricar el panel de construccion puede implicar la deposicion de una suspension relativamente humeda sobre la estera reforzada con fibra, que se encuentra generalmente que da como resultado considerable intrusion de la suspension a traves de la estera y sobre la superficie revestida. La prevencion de este exceso de intrusion tipicamente requiere un control muy cuidadoso de la viscosidad de la suspension, que, a su vez, frecuentemente conduce a otros problemas de produccion. Las esteras alternativas, que limitan inherentemente la intrusion, aun asf tienen suficiente permeabilidad para permitir que escape agua durante la formacion y secado termico del panel de construccion se buscan afanosamente de este modo como alternativa mas sencilla. Estos y otros problemas se tratan en la presente solicitud.
Breve sumario de la invencion
Se describen esteras de material compuesto reforzado con fibra para uso en paneles de construccion y otros materiales de construccion, asf como procedimientos para fabricar esteras, paneles y materiales. Los paneles de construccion de revestimiento de estera pueden tener una o mas de una superficie mas lisa, una union interna mas fuerte para prevenir la desestratificacion del revestimiento cuando se someten a humedad prolongada despues de la instalacion, una superficie que requiere menos pintura para producir una pared acabada esteticamente aceptable, etc., y mejor resistencia a la llama y al moho.
Las esteras de material compuesto reforzado con fibra ejemplares pueden incluir una mezcla de fibras grandes y pequenas para dar a las esteras mas baja permeabilidad al aire que las esteras convencionales para aplicaciones de revestimiento de panel de construccion. Las esteras de material compuesto reforzado con fibra se pueden usar como revestimientos para panel de construccion, tal como un panel de yeso que tiene una capa de yeso fraguado con una primera cara y una segunda cara y la estera de material compuesto reforzado con fibra sujeta como un revestimiento a por lo menos una de las caras. El panel de yeso se puede usar para una serie de propositos en la construccion de edificios, tales como material superficial para paredes y techos, y como capa subyacente para pisos, techos, y similares. El presente panel de construccion puede encontrar aplicacion tanto en entornos interiores como exteriores. Como resultado de la seleccion de fibras en el revestimiento, el panel tiene una superficie lisa, uniforme que facilmente acepta pintura u otros tratamientos de superficie para proporcionar un aspecto estetico agradable.
La baja permeabilidad al aire de las esteras (tfpicamente menos de 7079,209 litro/0,0929 m2 a 1,27 cm de agua (250 cfm/ft2 a 0,5" w.c) reduce la penetracion de suspensiones acuosas de materiales de construccion aplicadas a la estera. Estas suspensiones pueden incluir sulfato de calcio, sulfato de calcio hemihidrato, y/o cemento de fraguado hidraulico que a menudo se usan para hacer el panel de yeso, entre otros materiales de panel de construccion. La baja permeabilidad al aire de las esteras permite que se apliquen composiciones de suspension con viscosidad mas baja sin incrementar la velocidad a la que la suspension pasa a traves de la estera para crear una superficie rugosa, irregular sobre las caras expuestas del panel de construccion.
Las realizaciones de la invencion incluyen esteras de material compuesto reforzado con fibra que incluyen una banda no tejida de fibras. La banda de fibras puede incluir un primer grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de alrededor de 8 pm a alrededor de 25 pm, y un segundo grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de alrededor de 0,5 pm a alrededor de 6,5 pm. Un aglomerante aglomera la banda no tejida de fibras en el material compuesto reforzado con fibra que tiene una permeabilidad al aire de menos de 7079,209 litro/0,0929 m2 a 1,27 cm de agua (250 cfm/ft2)
Las realizaciones de la invencion incluyen adicionalmente panel de yeso que tiene por lo menos un revestimiento de material compuesto reforzado con fibra sujeto a por lo menos una superficie del panel de yeso. El revestimiento reforzado con fibra puede incluir una banda no tejida de fibras, en la que las fibras pueden ser una mezcla de un primer grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de 8 pm a 25 pm, y un segundo grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de 0,5 pm a 6,5 pm. Los revestimientos reforzados con fibra pueden incluir tambien un aglomerante que aglomera la banda no tejida de fibras en el material compuesto reforzado con fibra. El
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material compuesto puede tener una permeabilidad al aire de menos de 7079,209 litro/0,0929 m2 (250 cfm/ ft2).
Las realizaciones de la invencion incluyen mas adicionalmente procedimientos para la fabricacion de un material compuesto reforzado con fibra. Los procedimientos pueden incluir la mezcla de un primer grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de 8 pm a 25 pm con un segundo grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de 0,5 pm a 6,5 pm para formar una banda no tejida de fibras. La banda no tejida de fibras se puede poner en contacto con una disolucion de aglomerante para formar una estera humeda, que se puede curar para formar una estera de material compuesto reforzado con fibra. La estera de material compuesto reforzado con fibra puede tener una permeabilidad al aire de menos de 7079,209 litro/0,0929 m2 (250 cfm/ ft2).
En realizaciones adicionales, se puede aplicar una suspension acuosa a una superficie de la estera de material compuesto reforzado con fibra. La suspension puede incluir uno o mas materiales tales como sulfato de calcio, sulfato de calcio hemihidrato, y cemento de fraguado hidraulico.
En realizaciones mas adicionales, se puede proporcionar un primer revestimiento hecho del anteriormente descrito material compuesto reforzado con fibra, y la suspension acuosa se puede distribuir en el primer revestimiento para formar una capa. Un segundo revestimiento (que se puede hacer de la misma estera de material compuesto reforzado con fibra que el primer revestimiento o de un material diferente) se puede aplicar encima de la capa para formar un estratificado. El estratificado se puede cortar en longitudes especificadas, que se pueden secar para formar trozos secos que tienen una uniformidad suficiente para ser pintados directamente. Los trozos secos ejemplares incluyen paneles de yeso de interior para la construccion de edificios.
Se exponen en parte realizaciones y caractensticas adicionales en la descripcion a continuacion, y en parte seran evidentes para los expertos en la tecnica tras el examen de la memoria descriptiva, o se pueden aprender por la practica de la invencion. Las caractensticas y ventajas de la invencion se pueden hacer realidad y alcanzar por medio de los instrumentos, combinaciones y metodos descritos en la memoria descriptiva.
Breve descripcion de los dibujos
Un entendimiento adicional de la naturaleza y ventajas de la presente invencion se puede hacer realidad por referencia a las partes restantes de la memoria descriptiva y a los dibujos en los que se usan numeros de referencia en todos los distintos dibujos para referirse a similares componentes. En algunos casos, se asocia una subetiqueta con un numero de referencia seguido de un guion para denotar uno o multiples componentes similares. Cuando se hace referencia a una referencia numerica sin especificacion a una subetiqueta existente, se pretende referirse a todos de tales multiples componentes similares.
La Fig. 1 muestra una vista de seccion transversal simplificada de un panel de construccion revestido de estera segun las realizaciones de la invencion;
La Fig. 2 muestra las etapas seleccionadas en un procedimiento para fabricar un material compuesto reforzado con fibra segun realizaciones de la invencion; y
La Fig. 3 muestra las etapas seleccionadas en un procedimiento para fabricar un panel de construccion revestido segun realizaciones de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
Se describen paneles de construccion (tales como un panel cementoso y de fraguado hidraulico) que tienen grandes superficies frontal y posterior, por lo menos una de las cuales esta revestida con estera de material compuesto reforzado con fibra. Por fraguado hidraulico se entiende un material capaz de endurecerse para formar un compuesto cementoso en presencia de agua. Los materiales de fraguado hidraulico incluyen yeso, cemento Portland, materiales puzolanicos, y similares.
Panel de construccion revestido con estera de material compuesto reforzado con fibra ejemplar
Refiriendonos ahora a la FIG. 1, se muestra generalmente en 30 a una vista en seccion a traves de la direccion de la anchura de una realizacion de un panel de construccion revestido con estera de material compuesto reforzado con fibra. En la realizacion mostrada, el panel tiene una capa de yeso 28 fraguado que esta intercalada entre la primera y segunda estera fibrosa 14, 20, y unida a ellas. Se forman dos pliegues en angulo recto en cada borde lateral de la primera estera 14, un primer pliegue hacia arriba y un segundo pliegue hacia abajo. Los dos pliegues estan separados por una pequena distancia, por lo que el grosor del panel esta generalmente determinado. El segundo pliegue define tiras 16 y 18 que se extienden longitudinalmente que son sustancialmente paralelas a la parte principal de la estera. Una segunda estera 20 fibrosa cubre el otro lado del nucleo 28 de yeso fraguado. Los respectivos bordes laterales de la segunda estera 20 estan sujetos a las tiras 16 y 18, preferentemente con adhesivo 22, 23. Ordinariamente el panel 30 se instala con el lado que lleva la estera 14 orientado hacia un espacio acabado. El panel esta ventajosamente listo para pintar, pero se pueden aplicar tambien con un mmimo de preparacion de la superficie otras formas de acabado tales como enlucido, papel de pared u otros conocidos revestimientos de pared.
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Las esteras para una o ambas grandes caras del panel de yeso pueden incluir una banda no tejida aglomerada con un aglomerante resinoso. La banda comprende fibras de vidrio continuas cortadas, que pueden ser una mezcla de fibras de mayor diametro (por ejemplo, fibras de hilo cortado, fibras cortas) y fibras de menor diametro (por ejemplo, microfibras). Las fibras de diametro mas largo pueden tener un diametro medio de fibra de 7 pm o mas. Los intervalos de tamano ejemplares para las fibras de diametro grande pueden incluir de 8 pm a 25 pm, de 10 pm a 20 pm, de 12 pm a 14 pm, 13 pm, etc. Las fibras de diametro menor pueden tener un intervalo de tamano medio de menos de 7 pm. El tamano ejemplar vana para las fibras de menor diametro de 0,5 pm a 6,5 pm, de 2 pm a 5 pm, 2,5 pm, etc.
Las realizaciones incluyen la mezcla de una gran cantidad de las fibras de mayor diametro con una pequena cantidad de las fibras de menor diametro para fabricar la banda de fibra no tejida. Por ejemplo, las fibras de mayor diametro pueden ser mas de la mitad del peso total de la mezcla de fibra en la banda. Las cantidades ejemplares de las fibras de mayor diametro pueden incluir de 70% en peso a 90% en peso del peso total de las fibras (por ejemplo 80% en peso). Las cantidades ejemplares de las fibras de menor diametro pueden incluir de 10% en peso a 30% en peso del peso total de las fibras (por ejemplo, 20% en peso).
La longitud de fibra de las fibras de mayor diametro y las fibras de menor diametro usadas en la mezcla puede ser la misma o diferente. Las longitudes de fibra ejemplares pueden incluir de 6 mm a 18 mm. La banda de fibras puede incluir tambien fibras que estan rotas en dos o mas trozos y fibras de vidrio pequenas (por ejemplo, de menos de 1 mm), virutas, y copos.
La banda de fibras puede incluir fibras de hilo cortado, fibras cortas, o ambas. Las fibras cortas se preparan usualmente por procedimientos tales como fiberizacion rotatoria o atenuacion de la llama de vidrio fundido. Tfpicamente tienen un intervalo mas amplio de longitudes y diametros de fibra que las fibras de hilo cortado.
Las superficies de los presentes paneles de construccion pueden tener una “mano” mejorada, es decir, un tacto subjetivo mejorado, y aceptar mejor los tratamientos de superficie debido a su mayor uniformidad. En contraste con los paneles de construccion convencionales en los que incluso cantidades sustanciales de pintura aplicada en capas multiples pueden aun dejar visible y esteticamente desagradable la estera de revestimiento, los presentes paneles se pueden acabar para proporcionar una superficie estetica y funcional con menos pintura y trabajo asociado para preparar la superficie y aplicar la pintura u otro acabado deseado, papel de pared u otro revestimiento, o similar.
El vidrio usado en las fibras de las presentes bandas puede incluir uno o mas tipos de vidrio seleccionado del grupo que consiste en vidrios de tipo E, C y T y de borosilicato de sodio, y sus mezclas. El vidrio C tfpicamente tiene una composicion de sosa-cal-borosilicato que le proporciona estabilidad qrnmica mejorada en medios corrosivos, y el vidrio T usualmente tiene una composicion de aluminoborosilicato de magnesio y especialmente alta resistencia a la traccion en forma de filamento. El vidrio E, que se denomina a veces vidrio electrico, generalmente tiene una composicion de aluminoborosilicato de calcio y un maximo contenido de alcali de alrededor de 2,0% en peso. Las fibras cortadas de mayor diametro medio pueden tener longitudes variables, pero mas comunmente son sustancialmente de similar longitud. La fibra de vidrio E tiene suficiente alta resistencia y otras propiedades mecanicas para producir esteras aceptables y es de coste relativamente bajo y esta ampliamente disponible. Los tamanos ejemplares de fibras de vidrio E pueden incluir un diametro medio de fibra de 9 pm a 13 pm, y una longitud que vana de 6 a 12 mm.
Las fibras de vidrio anteriormente mencionadas se pueden unir con un aglomerante organico o inorganico. Este puede incluir aglomerantes resinosos resistentes al agua y a la llama tal como urea formaldefndo, urea formaldefndo modificado, resinas acnlicas, resinas de melanina, homopolfmeros o copolfmeros de poli(acido acnlico); copolfmeros acnlicos de reticulacion (por ejemplo, copolfmeros acnlicos que tienen una temperatura de transicion vttrea (GTT) de por lo menos 25°C); copolfmeros de acrilato y cloruro de vinilo (por ejemplo, copolfmeros que tienen una GTT de 113°C o menos), entre otros tipos de aglomerantes. Una GTT menor puede promover mejor suavidad y uniformidad de la superficie de la estera, pero la resistencia a la traccion se puede mejorar con una mayor GTT. La GTT ejemplar puede variar de 15°C a 45°C. Los sistemas de aglomerante ejemplares pueden incluir adicionalmente aglomerantes de resina de urea formaldetndo acuoso modificado y plastificado.
El aglomerante puede incluir una cantidad efectiva de un repelente del agua para limitar la intrusion de suspension acuosa durante la produccion del panel. Por ejemplo, los copolfmeros de latex de acrilato de vinilo pueden incorporar adicionalmente melanina estearilada para mejora de la repelencia del agua. Las concentraciones ejemplares de la melanina estearilada puede incluir de 3% en peso a 10% en peso (por ejemplo, 6% en peso). Las emulsiones de melanina estearilada acuosa estan comercialmente disponibles de Omnova Solutions Inc., con el nombre comercial SEQUAPEL™ 409. La melanina estearilada esta en forma lfquida que tiene un contenido de solidos de alrededor de 40 por ciento en peso y esta mezclada con un apropiado latex de copolfmero y agua para preparar aglomerantes para las esteras. Esta mezcla de material tiene un pH de alrededor de 9, una viscosidad de alrededor de 45 centipoises y es anionica. En algunos casos, el panel de construccion revestido con estera de material compuesto reforzado con fibra que incorpora un repelente del agua en el aglomerante puede tambien ser mas resistente a la abrasion que las esteras similares que no usan un repelente del agua.
Los aglomerantes ejemplares para las esteras de material compuesto reforzado con fibra pueden incluir un latex de
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aglomerante de copoKmero de acrilato con una GTT de alrededor de 25°C. Estos aglomerantes estan comercialmente disponibles de Noveon, Inc. de Cleveland, Ohio, con el nombre comercial Hycar™ 26138. Tal como se suministra, este latex de copolfmero de acrilato tiene un contenido de solidos de alrededor de 50 por ciento en peso, y en algunos casos se puede diluir con agua hasta una concentracion de alrededor de 25 por ciento en peso de solidos antes de ser aplicado a la banda de fibras. Se puede anadir un reticulador al sistema de aglomerante de acrilato, tal como un reticulador de melamina formaldefndo en una concentracion de hasta alrededor de 10% en peso (por ejemplo, de 2% en peso a alrededor de 5% en peso del peso de disolucion de aglomerante). En algunas realizaciones, las bandas de fibras unidas con el latex de copolfmero de acrilato son mas uniformes y la estera mas delgada para el peso y propiedades equivalentes que con otros aglomerantes conocidos. Los sistemas de aglomerante no requieren emulsiones fluoroqmmicas, que pueden ser caras.
La cantidad de aglomerante de latex de copolfmero de acrilato (y cualquier reticulador adicional) que queda en la estera humeda durante la fabricacion se puede determinar por un ensayo de perdida de ignicion (LOI), siendo especificado su resultado en forma de porcentaje del peso seco de la estera acabada. Las cantidades ejemplares de aglomerante en la estera final, basadas en su peso seco, pueden variar de 15% en peso a 35% en peso (por ejemplo, de 20% en peso a 30% en peso, 25 + 2,5% en peso, etc.). El lfmite superior puede estar dictado por restricciones de proceso y coste, mientras que se requiere el mmimo para una adecuada resistencia a la traccion.
Opcionalmente las esteras reforzadas con fibra pueden contener adicionalmente cargas, pigmentos, u otros ingredientes inertes o activos por toda la estera o concentrados sobre una superficie. Por ejemplo, la estera puede contener cantidades efectivas de partfculas finas de cal, vidrio, arcilla, pigmentos colorantes, biocida, fungicida, material intumescente, o sus mezclas. Tales aditivos se pueden anadir para conocidas calidades estructurales, funcionales, o esteticas impartidas por ellos. Estas calidades incluyen coloracion, modificacion de la estructura o textura de la superficie, resistencia a formacion de moho u hongos, y resistencia al fuego. Se pueden anadir retardantes de la llama para proporcionar resistencia a la llama (por ejemplo, ASTM standard E84, Class 1, por la American Society para el ensayo de materiales). Se puede anadir un biocida a la estera y/o suspension acuosa para resistir el crecimiento de hongos, siendo medible su efectividad segun el ASTM Standard D3273. La capa de yeso y estera de revestimiento puede tener un muy bajo contenido de fibra celulosica de la que los microbios podnan obtener nutricion. En algunas realizaciones, cualquier fibra celulosica presente en las esteras o yeso es solo una impureza de otros ingredientes.
El presente panel de construccion se puede revestir con una estera de material compuesto reforzado con fibra que tiene un peso base que vana de 29,2 a 107 g/m2 (de 0,6 a 2,2 libras por 100 pies cuadrados), por ejemplo que vana de 43,9 a 107 g/m2 (de 0,9 a 2,2 libras/100 pies2); 83 + 9,76 g/m2 (1,7 + 0,2 lbs./100 ft2, etc.). El contenido de aglomerante ejemplar de las esteras secas y curadas puede variar de 10% en peso a 35% en peso (por ejemplo, de 15 a 30% en peso; 25 + 3% en peso, etc. basado en el peso de la estera acabada). El peso base debe ser suficiente grande para proporcionar a la estera suficiente resistencia a la traccion para producir panel de construccion de calidad. Al mismo tiempo, el contenido de aglomerante se debe limitar para que la estera permanezca suficientemente flexible para permitir doblarla para formar las esquinas del panel, como se muestra en la Fig. 1. Una estera demasiado gruesa puede tambien hacer el panel diffcil de cortar durante la instalacion. Tales cortes son necesarios tanto para el tamano global como para ajustar el panel alrededor de protrusiones tales como canenas e instalacion electrica.
Es convencional en la industria de paneles de pared caracterizar esteras usando maquinas de ensayo mecanico con muestras de alrededor de 7,5 cm (3 pulgadas) de ancho. Los ensayos se efectuan con tension aplicada en la direccion de la maquina (es decir, a lo largo de la dimension alargada de la estera) o en la direccion transversal a la maquina (es decir, a lo largo de su anchura). Se requieren esteras que tienen resistencia adecuada tanto en la direccion de la maquina como en la direccion transversal a la maquina para producir panel de yeso que soportara las tensiones que se encuentra invariablemente en la fabricacion, manejo, transporte, e instalacion del panel. Se prefiere tambien que las resistencias combinadas en las dos direcciones sean altas por la misma razon.
Las presentes esteras de material compuesto reforzado con fibra estan adicionalmente mejoradas en su relativamente baja permeabilidad al aire. Durante el procedimiento de formacion del panel de construccion, una suspension acuosa de material cementoso (por ejemplo, uno o mas de sulfato de calcio, sulfato de calcio hemihidrato, y/o cemento de fraguado hidraulico) se aplica a las esteras y es susceptible de migrar a traves de las esteras y sobre su superficie exterior. En casos severos, la suspension se puede filtrar a traves de la estera y gotear sobre el soporte de estera subyacente que entonces requerira mas frecuente y complicada limpieza. Disminuir la permeabilidad al aire de la estera tambien disminuye la velocidad de migracion de la suspension a traves de la estera, que a su vez reduce los casos de penetracion de la suspension que puede causar irregularidades sobre la superficie exterior del revestimiento y, en casos severos, la migracion de la suspension sobre el equipo de procesado subyacente.
La permeabilidad al aire de la estera se puede medir por el flujo de aire entre depositos separados por la estera. Uno de tales ensayos se denomina el ensayo de Frazier y se describe adicionalmente por el metodo estandar ASTM D737, dando los resultados ordinariamente en unidades de pies cubicos por minuto por pie cuadrado (cfm/ft2). El ensayo se lleva a cabo a una diferencia de presion de alrededor de 1,27 cm (0,5 pulgadas) de agua.
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La permeabilidad al aire de las presentes esteras de material compuesto reforzado con fibra es menor de 7079,209 litro/0,0929 m2 (250 cfm/ft2). Los niveles ejemplares de permeabilidad al aire para las presentes esteras pueden incluir un intervalo de 7079 a 4247; 7079 a 5663; 6795 a 6229; 6654 a 6371 y 6654 a 6512 litro/0,0929 m2 (250 a 150; 250 a 200; 240 a 220; 235 a 225; y 235 a 230 cfm/ft2) entre otros intervalos ejemplares. Estas impermeabilidades al aire producen esteras para paneles de construccion que tienen un reducido nivel de penetracion para suspensiones fraguadas a viscosidades convencionales, que da como resultado una superficie de revestimiento exterior con rugosidad reducida. Ademas de la menor permeabilidad al aire, la seleccion de las mezclas de fibra puede producir una estera con suficiente uniformidad para permitir el pintado directo sin la aplicacion de cintas y/o materiales de acabado superficial (por ejemplo, enlucido) para el revestimiento. De este modo, estas esteras son bien apropiadas como componentes de panel de construccion tal como panel de yeso interior.
Procedimientos ejemplares
La Fig. 2 muestra las etapas seleccionadas en un procedimiento 200 ejemplar de fabricacion de un material compuesto reforzado con fibra segun realizaciones de la invencion. El procedimiento 200 puede incluir la etapa 202 de mezclar un primer y segundo grupo de fibras para formar una banda to tejida de fibras. El primer grupo de fibras puede tener un diametro medio de fibra de 8 pm a 25 pm, mientras que el segundo grupo de fibras puede tener un diametro medio de fibra de 0,5 pm a 6,5 pm. Una tecnica ejemplar para la mezcla puede incluir la formacion de una suspension (por ejemplo, una suspension acuosa) con las fibras. La suspension de fibras se puede agitar mecanicamente a continuacion para dispersar las fibras mas homogeneamente por toda la dispersion. Despues de la agitacion, la suspension se puede dispensar sobre una malla movil. Se puede aplicar un vado para retirar una parte sustancial de la disolucion acuosa, que se puede reciclar a mas disolucion para la suspension. Con una porcion substancial de la disolucion acusa retirada, se forma la banda no tejida de fibras sobre la malla movil.
La banda no tejida de fibras se puede poner en contacto a continuacion con una disolucion de aglomerante 204 para formar una estera humeda. La disolucion de aglomerante puede ser una disolucion de aglomerante acuoso aplicada a la banda usando, por ejemplo, un revestidor de cortina o un aplicador de sumergir y exprimir. La disolucion de aglomerante en exceso puede pasar a traves de la malla que soporta la estera humeda revestida de aglomerante.
La estera humeda se puede curar 206 a continuacion para formar la estera de material compuesto reforzado con fibra. Las tecnicas de curado ejemplares pueden incluir calentamiento, entre otras tecnicas. Continuando con la tecnica de la malla movil descrita anteriormente, se puede aplicar calor despues de retirar el exceso de aglomerante a traves de la banda de fibras para evaporar cualquier agua restante y curar los precursores polimericos en la disolucion de aglomerante en un aglomerante polimerizado que aglomera las fibras. La fuente de calor puede ser un horno a traves del que se hace pasar la estera humeda sobre la malla movil.
En algunas realizaciones, el procedimiento de fabricacion de la estera reforzada con fibras puede ser un procedimiento continuo, proporcionando la malla movil un bucle de tipo de cinta transportadora continua que puede estar con una inclinacion ligeramente hacia arriba mientras que la suspension de fibra se deposita sobre ella. Subsecuentemente, el exceso de suspension se retira y la banda no tejida de fibras se transporta a un area en la que se aplica la disolucion de aglomerante. Despues de la pulverizacion, revestimiento de cortina, etc., de la disolucion de aglomerante, la estera humeda se transporta sobre la malla movil a traves de un horno para el secado de la estera y la polimerizacion del aglomerante. Las condiciones de calentamiento ejemplares pueden incluir someter la estera humeda a temperaturas de 120°C a 330°C durante periodos de, por ejemplo, 1 a 2 minutos, menos de 40 segundos, etc. La estera final puede tener un grosor de, por ejemplo, de 0,25 a 0,762 mm (de 10 mils a 30 mils).
Refiriendonos ahora a la Fig. 3, se muestran las etapas seleccionadas en un procedimiento 300 para fabricar un panel de construccion revestido segun realizaciones de la invencion. El procedimiento 300 incluye la etapa 302 de formar una estera de material compuesto reforzado con fibra que actuara como un primer revestimiento para el panel de construccion. La estera de material compuesto reforzado con fibra se puede formar segun los procedimientos descritos anteriormente.
El procedimiento 300 puede incluir adicionalmente la etapa 304 de distribuir una suspension de material de construccion sobre el primer revestimiento para formar una capa. La suspension puede ser una suspension acuosa que incluye uno o mas materiales seleccionados del grupo de sulfato de calcio (CaSO4), sulfato de calcio hemihidrato (CaSO4 A H2O), y cemento de fraguado hidraulico. La suspension puede contener tambien opcionalmente fibras de refuerzo, agentes de control de proceso, biocidas, retardantes de la llama, y repelentes de agua, entre otros aditivos de suspension.
El procedimiento 300 puede incluir tambien la etapa 306 de aplicar un segundo revestimiento sobre la parte superior de la capa formada por la suspension acuosa para formar un estratificado de material de suspension intercalado entre el primer revestimiento y el segundo revestimiento. El estratificado se puede separar 308 en trozos individuales. Las tecnicas de separacion pueden incluir cortar el estratificado en laminas que tienen dimensiones estandar para panel de construccion comercialmente vendido (por ejemplo, anchuras de por lo menos 0,61 m a 1,22 m (2 pies a 4 pies) y longitudes de por lo menos 0,61 m (por ejemplo de 2,44 a 3,66 m) (2 pies (por ejemplo de 8 a
5
10
15
20
25
12 pies)). Los trozos individuals de estratificado se pueden secar 310 a continuacion para formar el panel de construccion final que esta revestido para proporcionar una uniformidad suficiente para permitir que el ardculo seco se pinte directamente.
Los presentes paneles de construccion exhiben varias cualidades deseables: La estera fibrosa usada da como resultado una superficie que es mas uniforme y mas dispuesta a la pintura u otros procedimientos de acabado superficial, haciendolos excelentes candidatos para panel de construccion interior. La estera es tambien mas flexible, facilitando las operaciones de doblado necesarias para doblar el revestimiento alrededor del nucleo durante la produccion, como se ilustra para la estera 14 en la Fig. 1. Ademas, el panel que incorpora la estera fibrosa de la invencion tiene una tendencia reducida a generar polvo irritante durante el corte y manejo.
Experimental
Se presentan los siguientes ejemplos para proporcionar una comprension mas completa de la invencion. Las espedficas tecnicas, condiciones, materiales, proporciones y datos citados expuestos para ilustrar los principios y practica de la invencion son ejemplares y no se debe considerar que limitan el alcance de la invencion.
Preparacion y ensayo de una estera de fibra de vidrio no tejida convencional
Una estera de fibra de vidrio no tejida de los tipos tfpicamente usados como revestimiento para panel de yeso convencional se prepara usando una maquina de estera depositada en humedo de la manera descrita en la patente de EE.UU. No. 4.129.674. La estera, designada como ejemplo comparativo 1, contiene fibras de vidrio cortadas y estan aglomeradas con un aglomerante polimerico. Los materiales espedficos usados se exponen en la Tabla I. Las fibras de vidrio M137 y K137 estan comercialmente disponibles de la Johns Manville Corporation de Denver, Colo. Se aplica un aglomerante de urea formaldelddo modificado convencional con una tecnica de saturacion/revestimiento de cortina.
Tabla I
Constituyentes de esteras de fibra de vidrio no tejida convencionales
- Propiedad
- Ejemplo comparativo 1
- Fibra
- Tipo K137
- Longitud media (mm)
- 19
- Diametro medio de la fibra (pm)
- 13
- Cantidad (% en peso de la estera)
- 79
- Aglomerante
- Tipo Urea formaldefndo modificada
- Cantidad (% en peso de la estera)
- 21
Se llevan a cabo ensayos estandar para caracterizar las propiedades ffsicas y mecanicas en la estera del ejemplo comparativo, incluyendo el peso base por unidad de area, la perdida de peso por ignicion, y el grosor. Los resultados del ensayo se resumen en la Tabla II.
Tabla II
Propiedades ffsicas y mecanicas de esteras de fibra de vidrio no tejido convencionales
- Propiedad ffsica/mecanica
- Ejemplo comparativo 1
- 1
- Peso base g/m2 (lbs/100 sq.ft)
- 102,5 (2,1)
- LOI (%)
- 21
- Grosor (mils)
- 36,5
- Direccion de la maquina (resistencia a la traccion lbs/7,62 cm de ancho)
- 124
- Direccion transversal a la maquina (resistencia a la traccion lbs/7.62 cm de ancho)
- 84
- Rigidez Tabor
- 45
- Permeabilidad Frazier m3/min/0,093 m2 (cfm/ft2)
- 17,73 (625)
Las resistencias se miden tanto a lo largo de la direccion de banda como a traves de la banda, usando una maquina de ensayo mecanico convencional para determinar la maxima resistencia a la traccion de una muestra de alrededor
5 de 7,5 cm de ancho. La rigidez se determina usando el ensayo de rigidez de Tabor estandar, en el que una banda de 38 mm de ancho se flexiona aplicando una fuerza en un punto a 50 mm de un punto de sujecion. La torsion (en g- cm) requerida para conseguir una desviacion de 15° se denomina convencionalmente rigidez Tabor. La permeabilidad al aire se mide usando el ensayo de Frazier a una diferencia de presion de 1,27 cm (0,5 pulgadas) de agua segun el metodo ASTM D737.
10 Preparacion y ensayo de esteras de material compuesto reforzado con fibra ejemplares
Se combinan mezclas de fibra que usan fibras con un diametro de 8-14 pm con microfibras para incrementar la uniformidad y densidad de la estera de revestimiento de fibra de vidrio producida en los ejemplos 2A-B. Las presentes microfibras tienen diametros que vanan de 0,5-6,50 pm, y se producen usando un procedimiento de llama atenuada o rotatorio. Las microfibras pueden constituir hasta 5-30% en peso del peso total de la estera.
15 Las mezclas de fibra producen una lamina de revestimiento densa, cerrada, uniforme y lisa que ayuda a minimizar la penetracion de yeso, y proporciona proteccion al nucleo de yeso. Las esteras de fibra de vidrio se producen con menor permeabilidad al aire y menortamano de poro que las esteras hechas en el ejemplo comparativo 1. La tabla III a continuacion muestra el impacto de diferentes combinaciones de fibra sobre la permeabilidad al aire.
Tabla III
20 Constituyentes de esteras ejemplares de material compuesto reforzado con fibra
- Propiedad
- Ejemplo 2A Ejemplo 2B
- Fibras mayores
- Longitud media (mm) 10 10
- Diametro medio de fibra (pm)
- 13 13
- Cantidad (% en peso de estera)
- 80 80
- Fibras menores
- Longitud media (mm) 10 10
- Diametro medio de fibra (pm)
- 2,5 2,5
- Cantidad (% en peso de estera)
- 20 20
- Aglomerante
- Tipo Copolfmero de estireno y acnlico Copolfmero de estireno y acnlico + repelente del agua
- Cantidad (% en peso de estera)
- 21 21
Las esteras de material compuesto reforzado con fibra de los ejemplos 2A-B se ensayaron para ver la permeabilidad al aire usando el ensayo de Frazier a una diferencia de presion de 0,5 pulgadas de agua segun el metodo ASTM D737. La Tabla IV lista los datos de medida de la permeabilidad al aire y la velocidad de penetracion para una suspension acuosa de yeso.
5 Tabla IV
Propiedades ffsicas de esteras ejemplares de material compuesto reforzado con fibra
- Ejemplo
- Peso base g/m2 (lbs/100 ft2) Grosor (mm) Permeabilidad al aire m3/min/0,093 m2 (cfm/ft2) Tamano medio de poro (pm) Tiempo de penetracion de la suspension (s)
- 2A
- 83 (1,7) 20,3 6,55 (231) 13,0 87
- 2B
- 83 (1,7) 19,9 6,61 (233) 12,9 485
La baja permeabilidad al aire de los ejemplo 2A y 2B se correlaciona con mayores tiempos de penetracion de la suspension. La adicion del repelente del agua a la composicion de aglomerante en el ejemplo 2B ayudo tambien a 10 incrementar el tiempo de penetracion de la suspension (es decir, rebajar la velocidad de penetracion de la suspension) haciendo la estera mas hidrofoba y por consiguiente mas diffcil que una suspension acuosa migre a traves de la estera.
Claims (17)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Una estera de material compuesto reforzado con fibra que comprende:(i) una banda no tejida de fibras, en la que las fibras comprenden:a) un primer grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de 8 p a 25 pm; yb) un segundo grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de 0,5 pm a 6,5 pm; yii) un aglomerante para aglomerar las fibras de la banda no tejida en forma de un material compuesto reforzado con fibra, en el que el material compuesto tiene una permeabilidad al aire de menos de 7079,209 litro/0,0929 m2 (250 cfm/ft2).
- 2. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que la permeabilidad al aire del material compuesto es menor de 7079,209 litro/0,0929 m2 (250 cfm/ft2) a 4247,5254 litro/0,0929 m2 (150 cfm/ft2), preferentemente menor de 7079,209 litro/0,0929 m2 (250 cfm/ft2) a 5663,3672 litro/0,0929 m2 (200 cfm/ft2), lo mas preferentemente de 6512,8723 litro/0,0929 m2 (230 cfm/ft2) a 6654,4564 litro/0,0929 m2 (235 cfm/ft2).
- 3. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que el primer grupo de fibras tiene un diametro medio de fibra de alrededor de 13 pm.
- 4. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que el segundo grupo de fibras tiene un diametro medio de fibra de alrededor de 2,5 pm.
- 5. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1 en el que:(i) el primer grupo de fibras comprende de 70% en peso a 90% en peso de un peso total de fibras; y(ii) el segundo grupo de fibras comprende de 10% en peso a 30% en peso del peso total de fibras, preferentemente 20% en peso del peso total de las fibras.
- 6. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que el grosor del material compuesto reforzado con fibra comprende de 0,254 mm (10 mils) a 0,762 (30 mils).
- 7. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que copolfmero de estireno-acnlico.
- 8. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que aditivo repelente del agua.
- 9. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que el material compuesto es un revestimiento para un material de construccion.
- 10. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que el material de construccion comprende panel de yeso.
- 11. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que las fibras se seleccionan del grupo que consiste en vidrio, mineral, lana, ceramica, carbono, metal, materiales refractarios, y sus mezclas.
- 12. El material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1, en el que las fibras se seleccionan del grupo que consiste en vidrio E, vidrio C, vidrio T, vidrio de borosilicato, y sus mezclas.
- 13. Un panel de yeso que comprende un revestimiento de material compuesto reforzado con fibra sujeto a por lo menos una superficie del panel de yeso, en el que revestimiento es la estera de material compuesto reforzado con fibra de la reivindicacion 1.
- 14. El panel de yeso de la reivindicacion 13, en el que el panel de yeso comprende dos o mas de los revestimientos de material compuesto reforzado con fibra.
- 15. Un procedimiento para fabricar un material compuesto reforzado con fibra como se define en la reivindicacion 1 que comprende:(i) mezclar un primer grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de 8 p a 25 pm con un segundo grupo de fibras que tienen un diametro medio de fibra de 0,5 pm a 6,5 pm para formar una banda no tejida de fibras;(ii) poner en contacto la banda no tejida de fibras con una disolucion de aglomerante para formar una estera humeda; y(iii) curar la estera humeda para formar una estera de material compuesto reforzado con fibra.el aglomerante comprende un el aglomerante comprende un
- 16. El procedimiento de la reivindicacion 15, en el que el procedimiento comprende adicionalmente aplicar una suspension acuosa a una superficie de la estera de material compuesto reforzado con fibra, en el que la suspension comprende por lo menos un material seleccionado del grupo que consiste en sulfato de calcio, sulfato de calcio hemihidrato, y cemento de fraguado hidraulico.5 17. El procedimiento de la reivindicacion 15, en el que el procedimiento comprende adicionalmente:(i) proporcionar un primer revestimiento que comprende la estera de material compuesto reforzado con fibra;(ii) distribuir una suspension acuosa para formar una capa sobre el primer revestimiento, en el que la suspension acuosa comprende por lo menos un material seleccionado del grupo que consiste en sulfato de calcio, sulfato de calcio hemihidrato, y cemento de fraguado hidraulico;10 (iii) aplicar un segundo revestimiento sobre la parte superior de la capa formada de la suspension acuosa para formar un estratificado;(iv) separar el estratificado en trozos individuales; y(v) secar los trozos,en el que el primer revestimiento proporciona una primera cara del trozo seco con una uniformidad suficiente para 15 permitir pintar directamente el artfculo seco.
- 18. El metodo de la reivindicacion 17, en el que el trozo seco comprende un trozo de panel de yeso.
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