[发明专利]防火石膏板

说明书

技术领域

本发明涉及一种石膏板产品和制造该石膏板产品的方法。更特别地，本发明涉及一种利用膨胀表层而具有改进的防火性能的石膏板。

背景技术

石膏板是已经使用多年的已知建筑产品。它们主要用作室内墙壁和天花板产品，而且在一定程度上用作室外产品。包括硫酸钙半水化合物和水的浆料(slurry)用于形成芯体，且在搅拌器下方移动的纸面平装板上连续沉积。第二纸面平装板施加在其上且所成的组件形成板形。硫酸钙半水化合物或灰泥与充足的水反应以将半水化合物灰泥转换成联锁(interlocking)二水硫酸钙晶体矩阵，使它凝固并变得坚固。这样形成的连续带材在皮带上传输直到煅烧石膏凝固，且之后该带材被切割以形成所需长度的板材，该板材被传输通过干燥炉以消除过多的湿气。

该二水化合物晶体中的化学结合水有利于该石膏板的耐火特性。当暴露于热或火中时，该二水合物转变回半水化合物或甚至无水石膏的形式。水合作用的过量的水以蒸汽的形式被蒸馏出去。当蒸汽释放时，随着来自火焰的热能被用于推动脱水反应和蒸发水分，通过石膏板的热传递被降低。较厚的石膏板比较薄的石膏板更加耐火，因为热量穿透石膏板的整个厚度以蒸馏全部晶体水需要花费更长时间。

结晶水的损失通常导致石膏的收缩。因为损失了大量晶体水，并且原始的紧密的联锁石膏矩阵被放松，该石膏产品在火焰下也变得非常脆并且失去了它的强度和完整性。由于收缩，在石膏板内会形成很大的裂缝。收缩也引起在边缘接缝处的石膏板之间的开口放大。边缘接缝的放大、大裂缝和其他开口使得热量和热气加速传递通过该墙壁，且也使得火焰到达石膏板后面的木立筋(wood stud)而进一步为火焰增加燃料。

已知将特定纤维、矿石和/或无机微粒引入石膏芯体以改善石膏板的耐火性能。在美国专利No.4,647,486中教导了使用玻璃纤维保持石膏板强度和完整性。该专利也公开了将无水硫酸钙II(calcium sulfate anhydrite II)加入到芯体浆料中以降低收缩。

将膨胀(expandable)材料加入石膏芯体中也已经用作改善这些板的耐火性能的方法。当该墙板在火焰面前加热时，膨胀材料膨胀以至少部分代替所移除的水分。与非膨胀石膏芯体相比，这种墙板将花费更多时间烧穿或形成大裂缝。但是，整个石膏芯体都使用膨胀材料是相对昂贵的且引起健康和环境问题，因为需要大量无机添加剂用于均匀散布在整个石膏浆料中。

将珍珠岩和/或蛭石添加到墙板中用于防火是本领域公知的。美国专利No.3,376,147公开了将珍珠岩和蛭石添加到石膏板材中。该参考文献教导了这些材料是可膨胀的并且当暴露于火中时将膨胀。玻璃纤维也可选择地添加到芯体复合物(composition)中。在美国专利No.3,462,341中描述了在具有增大的边缘浓度的墙壁中的玻璃纤维的分布。美国专利No.5,601,888教导了石膏复合物的制造，该石膏复合物包括石膏、纸纤维和一个或更多个性能增强物质，例如无机纤维、粘土、蛭石和聚合物粘合剂。这些参考文献都没有示出共同起作用以改善耐火性能的芯体和涂层的结合。

墙壁或地板/天花板组件着火测试简单地测量该系统在标准ASTM(美国试验与材料学会)E119测试程序中达到指定的限制标准所花费的时间。对于墙壁组件，该限制标准定义为热能通过墙壁的路径，在墙壁的未暴露表面上超过所规定的温升，在着火过程中该墙壁承载双重设计载荷的能力(对于承重墙)，或水通过该组件射出。根据ASTM C36，按照ASTM E119测试，当应用在承重木立筋墙壁的每个表面上的单层中时，5/8-英寸(16mm)厚X型板必须具备不小于一小时耐火等级。1/2-英寸(12mm)X型板在相同组件上必须具备45分钟的耐火等级。

第二类型的耐火石膏板，已知为类型C(增强的X型)，甚至提供更好的性能。除了玻璃纤维添加剂，C型板材还包括特殊矿物，该特殊矿物在加热时膨胀，稍微弥补由于石膏熔化和脱水导致的板材收缩。这有助于增加石膏芯体的稳定性，显著增强板材的耐火性能。

发明内容

本领域存在对具有改善的耐火性能而不需要大量典型膨胀材料的石膏板的需求。本领域也存在对能用于石膏板上的耐火层的需求，该石膏板膨胀以改善防火性能。

具有包括石膏和高温抗收缩材料的芯体的石膏板满足这些和其他需求。所述芯体形成在具有至少二个相对表面和二个相对边缘的板材内。边缘和/或表面至少之一涂覆膨胀层，该膨胀层包括具有高于芯体密度的石膏矩阵和膨胀或可扩充材料。饰面材料覆盖该膨胀层的至少一部分。