压制夹心板的方法

长期以来夹心板构造已经在建筑物和船舶中广为应用。在建筑物中， 夹心板最初的外观呈现出由被称为芯的隔绝层相互分隔的薄混凝土板形 式。因为这些结构中的芯一般不能承受保持夹心板构造完整性所需的力，因 此，在板之间通常设置桥形连接。然后，夹心板构造中引入由表面薄层例如 金属板或片状层形成的面层。这些夹心板构造一般用于办公室和工业场所 内的隔板或用作船上的舱壁。

在夹心板构造中引入薄且柔性的面层的同时，产生了对加劲芯的需 求。尽管发泡聚合物材料能满足这个需求，但是，其他因素例如有关防火 和隔声的规定在实践中也有指导作用，因此矿棉成为芯材料的一种选择。 为获得足够刚性的芯，有时候使用高密度的芯材料就足够了。然而在多数 情况下，最好借助被称为片状技术的方法来制作芯。

在制造矿棉板时，固有形成了纤维朝向和分层，因此，主要的纤维线 状排列朝向平行于板平面，且使板分裂成平行于板平面的薄层要比分裂成 其它朝向的薄层更容易产生。这种纤维线状排列和分层导致制成的矿棉板 具有高度的各向异性。结果，板表现出不均匀的特性，以致与其它方向相 比，在垂直于板表面的方向上施加的压力所产生的变形阻力更弱。而且， 当板的绝热性能在厚度方向上最高时，显然，矿棉主要用于这个固有的纤 维朝向上。

然而，绝热特性并非总是唯一的性能，甚至不是矿棉产品所需的性能 中主要的一项性能。有时候，产品具有高抗压缩压力的特性是十分理想的。 通过增加矿棉的密度或者粘合剂的含量，或者两者都增加，可以提高这种 性能。然而，这些技术增加了产品的制造成本。一个可以选择的方法是， 通过重新排列纤维来改进纤维结构。这里，通过采用略微增加厚度很容易 补偿绝热性能的降低，通常，这不会导致制造成本增加，以至增到与由于 使用高密度等级的矿棉或大量粘合剂的制造成本一样高。

重新排列可以以许多不同的方式实施。其中一项最重要的技术是在制 造板期间，转动纤维的主要线状排列朝向，因此采用纤维垂直线状排列， 以代替平行于矿棉产品的主平面排列。

在所谓的片状技术中采用这一种方法。这里，随着粘合剂完全固化， 传统的矿棉板切割成用做片状件的较窄的板条。它们绕纵轴转动90°并装进 被称为片状板的一个新的平面结构中。结果，与用来切割片状件的原始板 相比，片状板可大大提高施加到板表面上的外部压力作用下的变形阻力。 这项技术有许多用途，其中一个实例公开在例如WO 90/07039中。

在本领域中尽管其它纤维重新排列技术也是公知的，但它们或多或少 基于相同的原理。一个典型的方法包括在片状件进入固化炉之前，在垂直 于片状件的移动方向，将由未固化的粘合剂润湿的矿棉底板切割成片状 件，然后将切割的片状件绕其纵轴转动90度，接着在适当的压力下并排式 布置，以便形成随后经过固化炉的新的重新排列的材料底板。在此，粘合 剂的固化不仅使纤维相互粘接，而且形成一定强度的片间粘接。

在片状件进入固化炉之前，还可以进行片状件的线状排列，因此在机 加工方向，移动的矿棉底板(mineral wool mat)切割成连续的窄板条，这些窄 板条绕其纵轴转动90度，然后在适当的压力下并排排列好，以便形成随后 经过固化炉的新的重新排列材料的移动底板，如上所述，该制造工艺连续 进行。

这些实例说明的方法给出了真实片状特征的矿棉结构，其中各向异性 的程度较高。而且，在本领域中，另一项技术也是公知的，该技术提供一 种极少应用的具有不显著片状特征的板结构。这种重新排列技术中的一项 是纵向压缩纤维底版，在该方法中，当移动的矿棉底板输送进入固化炉时， 该移动的矿棉底板受阻碍，结果移动速度下降，底板中的纤维的线状排列 开始平行于底板平面，该底板在纵向上或多或少受到压缩，因此其纤维相 对于移动底板的主平面以一个钝角排列。在经过固化炉之后，这种纵向压 缩的矿棉底板表现出的性能，落在传统的矿棉板和真正片状板的性能之 间。实际上，具有真正片状结构的板的制造总是带来较高的成本，因此纵 向压缩板比传统的矿棉板制造更经济。

一项技术更接近于一种真正片状结构的性能，其中矿棉底板开始制成 较薄，然后底板以曲折方式打褶，以便形成较厚的底板。除位置靠近打褶 的底板的两个外表面的纤维之外，这种打褶的矿棉底板具有基本上垂直于 底板主平面纤维的线状排列。

当由足够薄的矿棉底板开始制造时，这种真正片状板的结构偏离可忽 略不计。因此，这种矿棉打褶技术使板结构的性能基本上与真正片状结构 的性能相同，然而更经济的制造技术导致重新排列的矿棉板，可直接由被 称为“伪片状”板的生产线来生产。

在下列描述的内容中，假定夹心板构造中使用的矿棉板具有由独立的 互相粘接的板条制成的真正片状型。然而，必须理解这里公开的技术也可 与多少具有相同特性的其它矿棉结构结合应用。

本领域的最新发展已扩展到将覆以金属板的夹心板用于这种外墙和天 花板的衬砌中。为此目的，夹心板建筑构件的长度必须基本上比隔板和船 舱壁中通常所需的构件长度要长。这种细长的夹心板构造需要设计成具有 最大强度，该最大强度基于夹心板构造中使用的结构元件、以及所述元件 的相互作用的最优化。相同的要求还应用于结构的制造技术。

参见图1a，这种类型的夹心板构造的制造方法基本上包括：形成一种 重新排列的矿棉板1，图中所示的是一种片状结构，该片状结构由许多相 邻排列的片状体2或者相邻成排的这种片状件组成，然后，在矿棉板的外 侧和与之粘接的面层的内侧涂敷粘附层4之后，从两侧给如此形成的矿棉 板衬以通常由板制成的面层3。板面层的横截面外形不一定必须是完全平 面的外形，还可以呈隆脊或凹陷以及起伏状边缘的形式，其中包括与其主 平面有序偏离的形状。

通常，重新排列的片状件高度相等，因此形成带有侧面为平面的片 状矿棉板。然而，在一些情况下，为了获得例如特殊的美学效果，最好矿 棉板由一些高度不同，而且可能宽度也不同的板条装配而成。该技术如图 1b所示，其中，片状件2’与片状件2”相比高度较高但宽度较窄。结果， 片状板1’具有起伏状表面。如图1a所示，该结构的一个面层板3’是平 面，而另一个面层板3”呈起伏状，其起伏方式与片状结构的顶表面相同。 两个面层都具有向下弯曲的边缘，该边缘与片状结构的边缘表面连接。

实际上，仅通过使用由独立的板条装配成的矿棉芯就能制造起伏的 片状芯。

尽管粘合剂优先使用热固型的，但也可以使用例如需要暴露在超声 波下的自固化型和外固化型粘合剂。在加热时或者其它外部施加的影响下 进行压制操作时，面层粘接到矿棉芯上，而且粘合剂固化。为了获得受控 制的压制效果，抵靠制动器来进行压制，该制动器确定了在压板之间的最 小距离，由此，在压制机中确定了夹心产品的最终厚度。

然而，通过压制技术控制到预先调整值的该尺寸带来了低劣的效 果，其表现形式例如不平坦的外表面和低质量的粘接。在产品功能方面， 这个缺点会引起视觉的问题，因为，甚至以板表面波纹或皱纹形式产生的 很小的不平整也很容易注意到，特别是在最常用的完全平面的板上。同时， 产品的强度降低，这一般是不可接受的。为了解决这些问题，人们已经尝 试使用大量的粘合剂，厚的面层，高密度等级的矿棉与增加粘合剂用量相 结合，其中，这些措施或者引起制造成本的大量增加和/或同时无法以满意 的方式改进最终效果，或者无法充分控制最终效果。这里，最后但不是最 后的令人烦恼的一点是，同样高代价的措施也必须应用在没有上述缺点的 产品的样品中。

这个背景导致进行了广泛的和彻底的研究和试验，这样才产生了本 发明。完成的这些研究显示，主要问题归因于矿棉材料的刚度变化，部分 归因于矿棉材料的少量的无意中的厚度变化，而且，在压制期间，特别是 如果加热的话，还归因于面层材料的可释放的内应力。

上述第一个问题发生在具有重新排列纤维结构的所有芯材料内，并且 如果执行压制步骤是在压板之间预先设定的间隙内终止尺寸控制，该问题 不能在现实方法中得到解决。

这些主要问题的第二个方面在片状芯结构中特别明显，而且与制造片 状重新排列的矿棉芯一起得到部分解决。其中，两种解决问题的方法是可 行的。一种方法是首先装配一堆传统的矿棉板，在把这些矿棉板切割成片 状件之前将其粘接在一起。因此，为形成装配式片状重新排列的矿棉芯， 所需要的制造片状重新排列的所有片状件，由成堆的原始板利用通常是带 锯或锯刀的一件工具，经一次单独操作切割而成。然而这种方法不适用于 制造起伏状的夹心板产品。

利用一种粘合剂，或者如SE368949的专利公开说明书中所公开的方 法，通过将外部粘接层粘接到板堆的端表面上，该板堆平行于由所述堆切 割而成的片状板的平面，这样原始矿棉板相互粘接，因此，在制造的夹心 板构造中，粘接层还形成一个外表面。

两种方法具有明显的缺点。原始矿棉板相互粘接成一个堆导致成本加 大，绝热性能降低和防火性降低。外粘接层很难以可控制方式粘接到矿棉 板堆的端表面上。采用附加材料层进行外部粘接，也带来了较高的制造成 本。

根据第二项技术，许多板条或同时或依次从矿棉板进行切割，然后相 互粘接，以便形成片状重新排列的矿棉板，其中下侧成固有平面且平滑， 与此同时，顶侧需要磨削以便使其平滑并平行于下侧。在此需要一个附加 的工作阶段，特别在制造起伏状夹心板构造时更是如此，该阶段需要除尘 且带来了材料损耗。而且，磨削设备的保养和操作导致的成本决非可以忽 略。

实际上不可避免的是，片状件的高度具有小量的而且无意识的变化， 并且片状重新排列的矿棉板的至少一侧并非完全平滑，或者在起伏状片状 板的情况下，其横截面并非完全规则，该片状重新排列的矿棉板通过将片 状板条相互粘接而成。

本发明的目的通过变换传统的压制步骤来实现，通常，该传统的压制 步骤的实施是，如果需要的话，在加热情况下进行的、新颖的压制技术是 由在压板之间的制动器确定预先设定的厚度来进行的，所述技术包括利用 压力进行压制，该压力值依照所制造的夹心板构造中使用的元件即矿棉 芯、面层和粘合剂的性能，在一定区间内确定。其中，压制的两个端点由 两种不同的现象支配。

这些现象中的第一个确定了下限，该点的主要目标是达到最佳的粘接 效果。在抗拉强度测试中通过检查粘接强度来控制粘接质量，在该抗拉强 度测试中，拉动面层离开矿棉芯。既可以内聚破坏形式也可以相干破坏形 式产生分离。在内聚破坏时，分离发生在包含的一种材料中。这里，破坏 通常发生在不包含粘合剂的矿棉的局部，即在矿棉板的一定深度内，有时 候粘合剂会失效。粘合剂的破坏发生在矿棉芯和粘接层之间的交界面，或 者发生在粘接层和面层之间的交界面。如果压制步骤在很高的压力下实 施，以致在成品中不发生粘附破坏，这样就可获得强度最高的夹心板构造。

因此，施加压力的下限等于在产品中没有发现粘附破坏时的最低压 力。这是本发明基本思想在实施过程中的第一个步骤。

当施加压力的逐渐增加到该下限之上时，最终达到矿棉结构具有负面 效果的水平，因此，夹心板结构的强度降低。这样，确保矿棉芯具有足够 的强度以便承受施加的不会导致破坏的压力是十分必要的。传统上，主要 通过选择具有适当的密度和粘合剂含量的等级的矿棉来满足先决条件，在 一些情况下，通过选择矿棉纤维的重新排列的程度来补充。能够变化的其 他可能的参数是矿棉中纤维直径和纤维含量。压力的有害效果可能在矿棉 芯的屈服压力极限已经开始产生，下面将对此详述。

为了确定最大压力，该最大压力是根据本发明应保持的压力区间内的 上限。有必要考虑，一方面在压力下重新排列的矿棉如何工作，另一方面， 用作夹心板构造的芯的重新排列的矿棉板由单个部件制成，该单个部件具 有非均匀变形的特性。

一个重新排列的矿棉部件在压力下的特性基本上如图3所示。该曲线 图的横轴表示变形，纵轴表示施加的压力。这些轴没有标绝对单位的刻度， 因为该曲线图的实际值取决于密度，粘合剂含量，重新排列的程度和其他 参数。该图表示真正片状矿棉板的较简单的特性，但原则上对变形机构的 描述也适用于其他类型的重新排列的矿棉构造。

在压力下，板结构的改变并不适合用严格限制的术语来描述。因此， 下面的描述基于模型理论，该理论虽然收集了大量实验数据但还是只代表 一个模型。在图的原点上，施加压力是零变形也是零。随着压力增加，试 件的初始变形在图中由字母A表示的曲线的初始区域内变形的速率较低， 被称为适应屈服阶段的该区域表示这样一阶段，在该阶段期间矿棉板的不 规则形状的顶部在施加压力下连续屈服，以便形成与测试仪器的压缩板的 平滑表面相对应的平面。因此，很容易确定压板如何首先接触一根或较多 根突出的纤维，该纤维仅能施加很小的阻力。接着，当更多的纤维和纤维 束与压力结合时，变形阻力逐渐达到较高的值。

逐渐达到这样一种状态，即矿棉结构的整体在压力下变形。这里，曲 线进入被称为弹性区域的区域B，其中，压力增加和变形之间的关系基本 上成正比。在该区域内，根据模型理论产生相干压缩的芯，在图4a中，如 垂线所示理想的纤维平面开始在垂直方向上屈服，但仍保持相互间距和平 行性。该过程如图4b表示，其中纤维平面的相干变形如S形线表示。

根据纤维层的均匀性和其相互类似性，弹性区域可能在一个较大或较 小的变形区间内伸展。而且，这里的弹性几乎很强。

当承载压力增加到一个足够高的值时，变形进入一个无相干的或无秩 序的压碎阶段，纤维平面不再平行，这对应于图3和图4C中的区域C。

从弹性区域B到不相干压碎区域C的过渡点被称为屈服压力极限，如 图3中的Pg标示。

对于很大的变形，结构承受到倒塌，其中施加的压力实际上根本不需 要增加，与此同时，结构的变形连续如图3中的区域D所示，该区域例如 相当于钢的屈服强度。在区域C中，当减压时，矿棉芯恢复其初始厚度的 能力部分丧失，在区域D中丧失更多。从区域C至区域D的过渡称为压缩 破坏极限。

在包含基本上平面纤维层的材料中，屈服压力极限值可以是压缩破坏极 限值的约70-80％。

对于由非平面纤维层和具有不相干结构的纤维层组成的材料来说，屈 服压力极限更难测定。在这些情况下，Pg的值定义为压缩破坏极限值的百 分比，典型的是70％，或者如果破坏点不能测量，它定义为在材料厚度中 引起一定变形时的压力，该变形典型的是1％。

本发明基于这样的发现，即，形成或多或少重新排列的矿棉板的独立 件，一方面开始具有不同高度，另一方面，呈现不同形状的压力-变形曲线， 就象图3中的曲线。如图5所示，图中表示三个压力-变形曲线。曲线(a)表 示一个较刚性的板条部件与较平面的顶/底边缘。结果，过渡区域较窄，其 压力-变形曲线的弹性区域很陡，其屈服压力较低。曲线(b)表示一条等高但 刚性小的板条的特征，因此过渡区域也较宽，压力-变形曲线的弹性区域不 太陡，并且屈服压力较高。最后，曲线(c)表示较小高度的一个板条部件。 因此，只有在其他两个部件已经承受一定程度的压缩变形之后，它才开始 变形并有助于阻止整个板变形。

现在很显然，在三个片状件中一定程度的变形对应于图5的曲线(a)、 (b)和(c)。片状件b在压力Pb下位于其弹性区域，与此同时，作用在片状件 a上的压力Pa已经引起在部件结构中的不可逆转的变形。相反，承受压力 Pc的片状件c甚至没有通过其压力一变形曲线的弹性区域。

结果，矿棉板表现出一种特征，该特征被认为是所有的片状板条或片 状件的平均。结果，矿棉板作为一个整体具有其独立的适应的和弹性的区 域和独立的屈服压力。本发明的第二个基本概念是防止压制压力超过后 者。

因此，本发明包括通过压制将一块平面的重新排列的矿棉板与一个薄 的刚性面层叠压在一起，该面层用粘合剂粘到矿棉板的两侧，该面层例如 是聚合物涂层的钢板，因此形成夹心板的构造，这样利用一个压力区间内 的压力进行压制，该区间一方面由一个为避免在粘接层内出现粘附破坏所 需的最小压力P1来限制，另一方面由压制过程中平均屈服压力极限P2来 限制，因此选择夹心板构造的基本元件的即矿棉芯的面层和粘合剂以便使 得P1＜P2。

使用的粘合剂可以是热固型，因此在压制步骤期间加热。或者粘合剂 可以是一种通过一些其他种类的外部作用例如超声波来固化的粘合剂，因 此，在压制期间，相应施加所述外部作用。

更准确地，本发明基于如下观察，即，当施加的压力允许达到矿棉板 的弹性压力极限时，板内的一个或多个相邻的部件或板条已经超出该极 限。然而，统计和实验研究认识到在正常条件下，在不引起其结构基本损 坏的前提下，允许层压力至多增加到矿棉板的平均弹性压力极限的70％。 在等于极限的50％水平上，安全性更高。

如上所述，这里给出的说明主要针对由许多独立的重新排列的片状板 条制成的矿棉板。然而，相同的原则可应用于由一些其他类型的重新排列 的纤维板制成的任意矿棉板，因此，片状板条对应于矿棉板中的不同部分。

尽管根据上述方法制造的夹心板构造一般呈现出很好的结构特性，但 在压制之后，由于在下层的矿棉板内的不均匀厚度或弹性，结构的一侧或 两侧有可能呈现凸/凹。这种凸凹不匀的板面是最不理想的，特别是在某种 光照的条件下，面层可能显示出与精确的平表面不一致的很小的偏差。

板的表面皱纹最适当地是测定为以min/m显示的表面轮廓的偏差，如 果偏差保持小于0.5min/m，则获得可以接受的平整度。而且结合本发明对 此作了研究，特别是当矿棉板是由装配成侧靠侧或者成排的板的片状板条 组成时，还形成一种限制的基础。

这里，通过使用足够高的层压压力，在芯表面上的不平整通过两种相 互影响的部分处理而消除，该不平整由不可控制的芯厚度的变化所致。这 些部分处理中，其中之一是包括对过高的片状板条或部件的较重的压缩， 而另一个部分处理包括使粘合剂流动，以便填满板内在两个相邻布置的不 同高度元件之间仍存在的高度差。如图2a和2b所示，它表示将许多片状件 安装成一个平表面，该平表面用做一个平顶部面层的基件。图2a表示在压 制之前的状态，图2b表示在压制后的状态。在图中表示三个片状件5，6 和7，一个顶部面层8和一个粘合层9。尽管粘合层9涂敷在面层8的下 侧，但实际上取而代之的是涂敷在片状件5-7的顶部边缘表面上。

在压制之前，片状件具有轻微的高度差，因此片状件6低于其他片状 件，在压制过程中，所有片状件承受压力并压缩。最高的部件受到的压力 超过较低的部件受到的压力，因此，高度上的偏差几乎完全相等。如果有 遗留的高度差，将由粘合剂填满。这是消除不同的片状件高度差效应的第 二种部分处理。

在压制后跟随弹性恢复到初始的片状件的高度。然而，对于最高的片 状件，它发生在通过面层和粘合剂粘接，防止较低高度的部件恢复到其初 始高度。如图所示，相同作用发生在高度变化，该高度变化可能发生在一 个和相同的片状件内，以及在轮廓上的无意的偏差，所述轮廓处的表面呈 起伏状。如果在原始板中的高度差不过大，这种高度差过大能够通过单独 片状件细心的和较实际的以及成本低的后磨削来避免，最后形成的是具有 均匀厚度或正确起伏轮廓的包括粘合层矿棉板。结果，面层满足必要的第 一前提条件而获得平滑的或适当起伏的表面。

在压制期间，特别是如果在加热时压制，面层材料的内部应力有可能 释放，从而导致显露或放大皱纹。因此，在压制步骤期间的压力必须保持 足够高，以避免这种不匀度。为了防止在压制后，在干扰程度上重新出现 皱纹，有必要使用粘合层，该粘合层的强度足以抑制这种趋势。结果，粘 合剂与矿棉芯结合，在压制步骤期间施加的压力和可能采用的热循环，必 须设计成使粘合剂保证渗透进矿棉中，使其与矿棉粘接并通过矿棉纤维用 粘合剂强化，对本领域的技术人员在上述介绍的基础上，有可能考虑到其 面层的需要，并选择相关开始部位。而且，粘合剂充分渗透进矿棉中很容 易得到证实。

而且，通过选择具有适当流动性和润湿性的粘合剂，并通过采用不易 皱边的面层材料，可以影响在压制步骤中的所需压力。

接着讨论为了在产品质量说明书的限度内，以及使用的实际产品元件 的性能内，获得压制后产品的可接受的表面平整度，选择适当的压力水平 P3。实际上，通过同时保证在压制期间施加最小的压力，和选择实际元件 以便使P2＜P3，这样可获得所需的表面平整度。压制压力的下限高于P2和 P3。

特别是当包括相邻的重新排列的板条或成排的重新排列的板条时，通 过在压制之前或期间在垂直于板的纵向平面内承受施加的压缩，而使矿棉 的矿棉芯的平整度改进。这样，作用在较低强度的部件上的力有效的传递 到相邻的部件上。通过在压制之前或期间，使形成矿棉板的相邻的重新排列 的片状板条或成排的重新排列的板条，承受施加在纵向平行的平面上的压 缩，可获得相同的效果。

在压制期间粘合剂固化后，保持施加的压力和/或压缩力直到获得永久 的效果。

在涂敷粘合剂之前，矿棉芯有必要对松散的颗粒物质进行清理，利用 真空实施这项操作，通过使芯板穿过很薄且较强的气刀或风帘可提高清理 效率，该风帘用来从矿棉芯表面分离松散的颗粒物质。

已经发现包含纤维片的颗粒物质通过静电力粘固在矿棉板上。通过使 粘接纤维片及其周围受到除静电器的影响很有可能提高清理的效果。

选择适当的粘合剂对于技术上和经济上的可接受的最终结果来说都是 很重要的。其中发现聚氨基甲酸乙酯粘合剂具有满意的效果。在该组合中 特别有利的是双组分等级的粘合剂。最好，在通过压制进行层压之前将粘 合剂涂在面层上。粘合剂的需要量在一定程度上取决于矿棉芯的密度和结 构，以及所需粘合剂的平整度。通常，涂敷量在100-400g/m2的范围内，最 好约为200g/m2。

用做制造片状件和片状矿棉板的原始材料的矿棉板，最好由具有密度 为80-140kg/m3，粘合剂含量为2-5％的矿棉制成。用其他技术重新排列的 矿棉板也应具有至少这些矿棉密度和粘合剂含量值。

发现在层压夹心板元件中能够提供改进的平整度和视觉更美观的面层 表面的一项技术，基于在压制步骤的前半个阶段期间，在一个很短的时间 内瞬间显著减轻层压压力或者完全去除层压压力，紧随其后是在没有任何 变形的危险情况下而不是普通的弹性恢复该产品的厚度，于粘合剂固化或 安全地从压制机移走夹心板产品所需要的一段时间重新施加压力。这项技 术用来减轻面层材料产生的例如由于对产品加热而形成的应力。

避免产品出现皱纹的一个实用的方法是拉动面层抵靠压板。为此目 的，采用真空，如果面层是磁性材料，可以施加作用在压板表面上的磁场。 这种方法允许力P3降低，例如，在由于高密度的矿棉芯而需要高压的情况 下，这可能是一个很大的优点。

本发明适用于连续的和批量的压制，以及其中间形式，例如包括压制 产品以步进方式移动或在快速和低速之间循环改变输送速度的情况。