由水硬性材料构成的可密封液密薄壁容器及其制法

发明领域

本发明涉及可密封的、液密（不渗透液体）的和耐压（受压条件下仍不渗漏）的、用于贮存和分配物质如碳酸饮料的薄壁容器。更具体地，本发明涉及可以商业化地和经济地用水硬性粘结剂如水硬性水泥和石膏制得的容器及生产该类容器的方法。这类容器具有一个用水硬性粘结剂制得的基体，此基体的性能是以前使用该类粘结剂不曾达到的。有时或者可对粘结剂一起加用一些添加剂，这同样使基体具有独特的性能。具体地说，容器基体能作为不透液体的和耐压的屏障。此外，基体能承受高达约10兆帕的内外压力差。

相关技术

A.可密封的液密和耐压容器。

传统的可密封的液密和耐压容器（以下称“容器”）具有各种不同的结构形状，并且是用不同材料制成的。这些容器包括用金属、玻璃、塑料和复合纸制成的听、瓶、罐和纸箱。

容器通常用来盛装物质，如饮料、食品和家用物品。饮料的例子包括：碳酸饮料，酒精饮料和非碳酸饮料如果汁、牛奶和水。食品包括所有以液体溶液形式封于容器（如瓶、听、和纸板箱）中的食物以及以干燥状态封于容器的食物。用于食品的液体溶液包括：水、油、糖溶液和非中性溶液。家用物品和其他典型地贮藏于容器中的物品的例子包括：喷雾剂、除臭剂、香水、化妆品、清洁剂、油类、润滑剂和颜料。

容器具有许多不同的结构形状，并且曾经历了许多变化才发展目前的状态。在设计可密封的，液密的和耐压的容器中及其演变中，一个重要的因素是容器能作为对容器所贮藏的液体和气体不渗透的屏障，并且能作为不可渗透的屏障保护所贮存的液体和气体不与容器外部的物质发生接触。

此外，可密封的、液密和耐压的容器必须能够承受容器内外间的压力差。这种压力差是由所封装的物质如碳酸饮料产生，在正压力下封装物质，在负压下封装物质，在无压力下封装物质但随后因物质受到温度变化或者化学平衡的改变，以及由于装运和堆放容器时受到的压力而形成的。在设计可密封的，液密的和耐压的容器及其演变中，其他重要的因素是强度、韧性、重量、足够保护所贮藏物质的能力、经济性、安全性和环境考虑。足够保护贮藏物质的能力包括：保护物质免受液体或气体的侵入、光、微生物、害虫、物理振动、冲击、震动、渗漏或打翻的影响。

容器必须不将外来物质引入所装的物质或者渗入所含的物质。容器还必须是化学上与所装物质不起反应或惰性的。大多数容器采用涂层或衬里来保证物质获得足够的保护，玻璃容器除外。但是，玻璃器皿的缺点是容易破碎，所以必须有厚而重的壁以提供必要的，防止打碎的牢度。

传统容器所用的材料通常被认为是能够安全地充分保护所贮藏物质的材料。但是，最近健康和环境方面的考虑日益受到重视，因此已经注意减少使用传统的材料来制造容器。尽管如此，这些材料仍在继续使用。因为它们具有出色的强度而且更主要的是可以大规模生产。此外，对于任何一种指定的用途，这些材料相对较易成形，而且牢固耐用，不易在使用中降解，而且除玻璃容器外，它们通常重量轻，壁很薄。

B.传统容器中对环境和经济的冲击

使用金属、玻璃、塑料和复合纸制成的容器，在很多方面对环境造成危害。环境的危害发生在必要原料的开采、原料的加工处理、容器的制造、用过的容器的处置以及其再回收过程中（如果再回收的话）。

用于制造传统容器的主要原料来自于金属矿;尤其是铝、锡和铅;矿物;石油产品;木材。为了开采必要的原料，全世界的生态系统都受到影响，导致侵蚀和自然循环及关系的破坏。此外，许多用于制造传统容器的原料是不可再生的。

加工原材料如金属矿、矿物、石油产品和木材，会导致空气、水和土壤的污染。虽然，由于加工各种原料而造成的环境损害是各式各样的，但是每一种都导致很大的环境恶化。尽管仅有一部分损害是由于加工制造容器的原料而造成的，但是这种工业规模是十分巨大的。例如，每年在美国通常有超过一千亿的铝罐被用来贮藏软饮料和酒精饮料。

此外，对原料如金属矿、矿物、石油产品和木材产品的加工能耗很大。加工处理这些原料通常需要加热并应用化学和机械手段产生金属、玻璃、塑料和复合纸。此外，用这些材料成形容器通常也是一个高能耗的过程。

与容器有关的最明显的问题是弃置的问题。容器的弃置对整个国家的各城市废物处理系统造成的冲击是极其巨大的。此外，因已用容器而产生的废屑也是一个重要问题。容器弃置问题和废屑问题促使一些欧洲国家禁止使用铝罐。回收是最有效地减少丢弃的传统容器的净体积的方法，但是，回收办法仅仅部分地解决了弃置和废屑问题。对某些用传统材料制成的容器进行回收的一个缺点是需要一分选以及额外的加工过程。从而进一步冲击环境，造成额外的污染和通常超过原来需求的能量消耗。与使用传统材料有关的另一问题是材料和加工的成本。铝罐的材料成本大约为每罐＄0.045，而包 括加工的成本约为每罐＄0.03-＄0.09，玻璃瓶的材料和加工成本约为每瓶＄0.095-＄0.13。

虽然传统容器存在着环境问题与成本问题。但是广泛使用这类从金属、玻璃、塑料、复合纸制成的容器贮存物质已经发展了众多的容器构型。目前用来制造传统容器的材料能方便地制成容器，安全地保护贮存在容器中的物质。但是，一贯地使用这些传统材料也是由于经济因素，例如积习难改，以及事实上沿没有可接受的替代材料。

C.传统的胶结材料

长期以来一直需要以价廉和环境良性的材料来大规模生产可密封的、液密的和耐压的容器以便安全地为贮存在容器中的物质提供充分的保护。不能满足这些要求的容器是不能够用商业上可行的方式制造的。

对于用于制造可密封的，液密和耐压容器的价廉和环境良性材料的需求，并没有导致使用水硬性材料如水泥或石膏（以下称“水硬固化的”，“水硬性的”，或“胶结质的”组合物，材料或混合物）。但是水硬性材料是价廉的而且包含的组分是对环境无害的，例如岩石、砂、粘土、和水。从经济和生态学角度看，水硬性材料是可理想地作为这些容器材料选用，而替代金属、玻璃、塑料和复合纸。由于人们对水硬性材料性能的认识以及加工这些材料有关的问题，所以水硬性材料并没有大规模地用于生产薄壁与轻质的物品如容器。这些材料已知的性能和有关的问题包括，高流动性、低抗拉强度、多孔隙度和对酸溶液（如碳酸饮料）的敏感性。这些材料制成物品中涉及的问题包括在材料成形后的形状稳定性差、硬化时间长、容器附着于成形工具的表面，水渗透至成形物品的表面等。由于水硬性材料的这些已知的性能以及加工问题。所以它们的用途通常局限于大而笨重的，坚固耐用而且价廉的构件。

这些含有水硬性水泥的构件，其成形通常是将水和常用的某种类型的骨料（或称为“集料”）与水硬性水泥混合，从而形成胶结混合物，然后硬化成混凝土。理想的是，刚混合的胶结混合物是相当粘滞的半流体，因此能适于手工混合和手工成形。由于它的流体特性，混凝土的成形通常是将其注入模子，进行加工以驱除大的气泡，然后听其硬化。

某些混凝土混合物也能通过挤压方式形成形状简单的、基本上平整的坯条。在挤压成形情况下，胶结混合物必须是粘滞性的而且有足够的粘合力从而不会塌陷（即从所期望的形状变成不期望的形状）。如果混凝土构件的表面是暴露的，比如在混凝土人行道上，那么就需要用另外的办法对表面进行精整处理使之更功能化，并且赋予所期望的表面特性。

因为典型的胶结混合物需要有很大的流动性以保证其足够的可加工性，因此混凝土以及其他水硬性混合物的使用仅局限于简单的形状，它们通常大而笨重，而且需要机械支撑来维持其形状，直至这些材料充分硬化为止。胶结材料的用途同样由于混凝土的强度性能上的特点，即高比率的抗压强度/抗拉强度（典型的为10∶1）而受到限制。

水硬性材料特别不适合用于制造可密封的、液密的和耐压的容器，因为材料的孔隙度大。水硬性材料的孔隙来自于差的压缩，因而产生夹带的空气，而且也来自未反应的水的蒸发。这些材料的多孔本性就引起了毛细作用现象。在导致液体透过水硬性基体方面，毛细吸引作用超过纯粹的重力渗漏作用。毛细吸引的传输机理是将液体通过基体牵引的作用。这种高孔隙度的结果是，水硬性的高孔隙度材料不能作为液体和气体的屏障。这些材料的高孔隙度导致几个世纪之前人们意识到陶器的孔太多，不宜盛天然苏打水时，厚壁玻璃容器的出现。

简而言之，胶结质材料被习惯上认为是脆、硬、多孔、不能弯折，而且其弹性、挠度和挠曲强度都很低。

此外，胶结质材料对酸性的敏感更进一步说明，这种材料不适宜盛装酸性饮料如大多数碳酸饮料。

另一个局限之处在于传统的胶结混合物或其糊浆只有很小的形状稳定性或根本没有形状稳定性，因而要将混合物注入一个有外壁支承的空间才能将其制成最终形状。恰恰因为这种模塑性的缺乏，加上每单位重量的抗拉强度较低，所以胶结质材料传统上仅用于尺寸和重量不受限制的场合，以及作用于混凝土上的力或负荷一般仅限于压缩力或负荷的场合，例如，用于柱、道路、地基、人行道和墙壁等。

事实普遍地证明，混凝土的抗拉强度（1-4MPa）不足。这些事实是混凝土只经轻微的收缩或弯曲便容易断裂或折断，而不象其他材料如金属、纸、塑料或陶瓷。因此，典型的胶结混合物不适宜用于制作小的、薄壁的和轻的物品，如容器，而这些物品必须用与典型的胶结混合物相比具有更高抗拉强度和挠曲强度（每单位重量）的材料来制造，而且典型的胶结混合物不适合于横截面大的场合。

最近，已经开发了高强度的胶结质材料，也许可用来制作更小、更密致的物品。一种这类材料被称为“无宏观缺陷（macro-defectfree）”即“MDF”混凝土，如授于Birchall等人的美国专利US.No.4，410，366中所公开的。也可以参见S.J.Weiss，E.M.Gartner & S.W.Tresouthick，“High Tensile Cement Pastes as a Low Energy Substitute for Metals，Plastics，Ceramics，and Wood，”U.S.De-partment of Energy CTL Project CR7851-4330.（最后报导，1984年11月）。但是，这种高强度胶结质材料的价格昂贵，令人望而却步，而且在已有更价廉的材料（如纸和塑料）更适于用于该用途的场合，则不适用。另一个缺点在于，MDF混凝土不能用于小而轻的物 品的大规模生产上，因为在材料的成形和硬化过程上相当费事而且耗时，并且它在水中的溶解度很大。此外，这种材料的粘度大，而且屈服应力高，这些都妨碍成形和成形后获得形状稳定性。

传统的混凝土甚至连最近开发的高强度混凝土的另一个问题在于，大多数混凝土几乎普遍需要长时间来硬化。用可流动的混合物制成典型的混凝土产品，它在机械强度上要能达到自我支承需要10-24小时的硬化时间，而混凝土基本上达到其最大强度则需长达一个月的时间。因此，在具有足够强度从而能去除模子之前，不得不格外小心，避免移动此胶结质制件。在此之前的移动或脱模常常在胶结质构件的基体中造成裂纹或缺陷。一旦能自我支承，制件便可脱模，尽管一般是在数日甚至数周之后才能达到其最终强度的大部分。

因为用于使胶结质制作成形的模子通常在混凝土产品的生产中是重复使用的，而且由于甚至起码的混凝土硬化也需要很长的时间，因此，很难在商业上有经济效益地大规模生产胶结制件。成形上的困难在制造小而质轻的、而且较薄（壁厚至1/4英寸）的物品时更为明显。尽管无塌陷混凝土已可用于大规模地制造体积较庞大的制作（例如模制的长条、大型管子、或砖，它们都能立即自我支承），这种生产只有按每天生产数千件的速度时才是有用的。这样的组合物和方法是不能按每小时生产数千件的速度大规模生产小型、质轻、薄壁的制件。此外，无塌陷混凝土通常粘度大，而且屈服应力高，这些都妨碍成形以及成形后获得形状稳定性。

胶结质制件进行脱模时，会进一步产生一些问题。当混凝土硬化时，它易于与模子粘合，除非使用昂贵的脱模剂如脱模油。通常还必须将模子劈分开来以脱除之。在此过程中，如果每次做得不是很恰当和小心的话，常常在构件边缘造成裂纹和破碎。这个问题还限制了制造小而轻的薄壁胶结质制件以及除单条块之外的胶结质异 形制件的能力，尤其是在任何一种类型的大规模生产中。

如果模制的胶结质制件的外壁与模面之间的粘合程度大于制件内部的粘合强度或抗拉强度的话，那么脱除模子时容易弄碎制件的较脆弱的壁或其他有结构特征的部位。因此，为了防止在脱模过程中破碎，传统的胶结质制件必须体积很大且厚，而且形状极为简单（除非使用昂贵的脱模剂并采用其他的预防措施）。

典型的混凝土制造技术还需要混凝土在浇置之后加以恰当地致密化，以保证在模板之间或构件基体中没有空隙。这通常是用各种不同的震动或搅拌的方法来实现的。但是，致密化时又会产生一个问题，即在混凝土浇置之后若震动过度会导致混凝土的分层或渗水。

“渗水”这个现象是新浇的混凝土中，因为更重的骨料发生沉积而造成的水向上表面迁移的过程。过分的渗水导致在靠近混凝土条块的上表面处，水对水泥的比值的增大，从而相应地降低了条块表面的耐用性。在混凝土制作过程中，为去除空隙的而进行的加工操作若过度的话，不仅会令过多的水而且也会使过多的细小材料迁移至表面，从而造成随后的表面缺陷。

由于上述的诸多理由以及其他众多的理由，胶结质材料除了用于形成大的、条块状物件（例如建筑物，地基，人行道，公路、屋顶材料），或者作为灰浆用于粘结砖块或已硬化的混凝土砖块之外没有重要的用途。甚至只要设想一下（更不用说实际的经验）用胶结质材料制造目前用金属、玻璃、塑料和复合纸制造的小而轻的薄壁物件如容器，这是完全与人们的直觉相反的。

简言之，即需要改进的容器及其制造方法。它们不会因为开采所需的原料、加工这些原料、生产容器、弃置用过的容器、杂屑以及回收过程而造成目前的环境危害。

如果能提供容器和制造这类容器的方法，而这些容器化学组成 与土壤相容使得它们最终被丢弃时对环境无害的话，这将是一个崭新的和重要的进步。

如果降低生产容器的成本，尤其是饮料和食物容器成本，这也是一个重大的进步。

如果能够使用不同于传统材料（如金属、玻璃、塑料和复合纸）的材料提供具有通常认为所需性能的容器的话，这也将是本领域的一大进步。所述合适的性能包括：足够的抗拉强度、在容器内外压力差作用下的不透过性、足以承受横向内应力的抗拉强度、重量轻、薄壁、最小的气体和液体透过性、最小的可能引起的盛装物质氧化的氧气进入、最小的碳酸气流失，低成本、以及因为容器中所贮存物质的pH值造成的腐蚀程度最小、不产生萃取作用以防止可能会改变物质口味或产生有害反应产物的外来物质引入所贮藏的物质、最小的环境危害以及制造分发和使用容器时的安全性等等。

如果能够提供容器及其制造方法，这些容器能价廉地大规模生产，容器的最佳结构又适合于运输、堆放、封装、贮存和分发物质以及再封装，这也将是一大进步。

如果能从价廉的水硬材料如水硬性水泥和石膏提供容器及其制造方法，而且材料没有那些通常不适用的性能如低抗拉强度、多孔隙度和被浸析出化学物质，这也将是本领域一大进步。

从制造角度看，如果能够提供容器和其制造方法，这些容器能够在商业上从水硬性材料成形制得，能快速地获得形状稳定性，并在成形之后不久就能维持形状而不必外部支撑以供随后的处理，这也是本领域的一大进步。

如果能够提供由水硬性混合物制成的容器以及其大规模生产的方法，而容器不会粘着于成形工具，而且一成形后就可从成形工具中移去而不受损，这也将是本领域的一大进步。

如果能够提供容器及其制造方法，而这种水硬性材料的容器表 面无需进行精整，而且容器能方便地进行涂层或印刷，这将是本领域的又一大进步。

最后本领域需要的是能够用现在用来制造传统容器的步骤和设备来制造容器，其方法在此公开并作为权利要求提出。

本发明的简要概述和目的

本发明涉及可密封的、液密的、耐压的和薄壁的，具有水硬性材料如水硬水泥、石膏和其他与水发生固化即硬化的材料制成的基体的容器以及制造这种容器的方法。用水硬性粘结剂形成的容器的基体具有以前使用这种粘结剂所没有达到的性能，使用这些材料可以大规模地生产容器而不存在这种材料通常有的加工处理问题。此外，或者还可以和粘结剂一起使用添加剂，同样可以形成性能独特的基体。

在本发明范围内的容器能用于盛装饮料、食品、家用物品和其他产品等物质，它们现在是盛装在用金属、玻璃、塑料和复合纸制成的传统容器如听、瓶、罐和纸板箱中的饮料的例子包括碳酸饮料，酒精饮料和非碳酸饮料如果汁、牛奶和水。食品包括所有以液体形式封装于传统容器（如瓶、金属所载纸板箱）中的食品以及以干燥状态密封于容器中的食品。用于食品的液体溶液包括水、油、糖溶液和非中性溶液。家用物品和其他典型的贮存于传统容器中的物品的例子包括：喷雾剂、除臭剂、香水、化妆品、清洁剂、油类、润滑剂和颜料。

对于可密封的、液密的、耐压的薄壁容器，其通常认为需要的性能包括：能保存和保护物质并使得盛装物质的损失或改变降至最低程度，而且是以价廉的、对环境无害的和安全的方式实现的。达到这些性能是靠使用水硬性材料，而同时克服传统水硬性材料的不合格性能以及加工处理问题。这些不合格的性能和加工处理问题，例如高孔隙度、低抗拉强度，低形状稳定性，长的硬化时间等可以通过卓越的混合物的配方设计和特殊的加工处理过程这两方面的独特结 合来克服。

容器保存和保护物质的能力（同时所盛装物质的损失或改变被降至最低程度）是与容器的韧性，不可透过性以及容器与所贮存物质的化学相容性（即容器是一种不会被浸析的并且化学上惰性的屏障）有关的。而韧性和不可透过性与容器的水硬性材料基体的抗拉强度和孔隙度直接相关。对某一特定容器所需的韧性和不可透过性的程度取决于待贮存物质的类型，贮存的方式，物质被封装于容器后可能发生的过程，随后的运输贮藏处理以及配方上的其它要求。对于化学上的其容性和非反应性的配方要求也是类似地针对被贮存物质的。无机基质材料对于为具有最佳化学共容器性和非反应性的容器进行配方设计是较适宜的。

本发明范围内的耐压容器具有足够的牢度并在承受容器内外压力差条件下具有不可透过性。当内外和外部的压力不相等时，压力差便存在。压力差可来自于所贮存物质的类型，物质贮藏的方式，也可以是物质被封装容器后某一过程的结果，或者由于容器被挤压而造成。发生这种压力差的例子有：在容器中贮存碳酸饮料，在压力下将物质封装于容器，在真空下将物质封装于容器，改变封装于容器的物质的温度，改变封装于容器的物质的化学平衡，以及因为堆放和运输过程上被封装容器的挤压。

此外，容器保存和保护物质使得所盛装物质的损失或改变降至最低的能力，取决于为气体和液体基本上不透过的容器进行的配方设计。这种能力也与容器的孔隙度有关。基本上不透过的容器最大限度地防止废气或氧气进入，从而避免所贮存物质的氧化，或者最大限度地减少了二氧化碳气体从容器中的贮存碳酸饮料逃逸。保存和保护物质还要求容器不致给被贮存物质带来外来的气味，而且要求容器能够承受被贮存物质的pH值。就制造、分发、和使用而言，还要求容器重量轻、价廉并且安全。

使用水硬性材料制造具有如液密和耐压所需性能的容器，而没有不适合的性能，也不出现传统水硬性材料遇到的加工处理问题，这是通过显微结构工程来实现的。显微结构工程是控制最终产品的水硬性材料的显微结构来获得某些所需的、预先确定的性能的方法，这种显微结构工程方法可以设计采用范围非常广泛的常用材料制成其基体具有预先确定性能的容器。使用这种方法，所期望的性能就被“设计”到基体的显微结构中，同时在价格方面以及其他大规模生产问题的其它方面进行优化。

由于显微结构工程研究的结果，能够制造出具有众多性能的容器，这些性能是至今为止用金属、玻璃、塑料和复合纸制得的容器具有的，并且其成本通常与这些其他材料相比具有可竞争性，在大多数情况下而且占优势。此外，因为本发明的容器所含的组分对于环境是无害的，所以与那些用金属、玻璃、塑料和复合纸制造的容器相比，制造这种容器对环境的影响小得多。

本发明容器中的主要组分主要包括无机材料，例如水硬性粘结剂（如水泥和石膏）、骨料（如砂、方解石、矾土、白云石、花岗石、石英、玻璃、二氧化硅、珍珠岩蛭石、粘土、甚至废弃的混凝土材料），纤维（有机和无机纤维），流变性改性剂，分散剂和促凝剂，以及与水硬性粘结剂水合或反应所必需的水。这些材料构成水硬性混合物。

根据本发明的优选的容器基体是由水泥的或其他水硬性混合物的反应产物形成的。水硬性混合物最少需含一种水硬性粘合剂（例如水硬性的水泥或石膏半水化合物）和水。用这些混合物制得的水硬性基体的孔隙度可以通过维持低的水对水硬性粘结剂的比例而降低。

为了将所期望的性能赋予水硬性混合物和/或硬化的结构基体，可以水硬性混合物中加入各种各样的其他添加剂，例如一种或多种骨料、纤维、流变性改性剂、分散剂、加气剂、发泡剂或活泼的金属。任何添加剂的种类和数量取决于水硬性混合物和最终由其制得 的硬化的容器两者期望的性能。

在某些情况下，为了产生光滑的表面并为了增加混合物的体积并且降低其成本，在混合物中最好加入一种或多种骨料。骨料常常显著地增加其强度性能并改进其可加工性。这样的骨料的例子包括普通的砂，方解石、石灰石、矾土、白云石、花岗石和石英，它们对环境是完全安全的，极其价廉而且基本上是耗之不尽的。

在另一些情况下，可以加入轻质骨料从而产生更轻而且通常更绝热的最终硬化产品。轻质骨料的例子有膨胀的珍珠岩、膨胀的珍珠岩、蛭石、空心玻璃珠、气凝胶、干凝胶、和其他轻质矿物材料。这些骨料同样对环境是安全的，而且比较便宜。

为了增加容器的抗压、抗拉、挠曲、粘合和抗冲击诸强度，可以在水硬性混合物中加入纤维。纤维最好要具有高的撕裂强度、突裂强度和抗拉强度。具有很高形状比的纤维能出色地将强度和韧性共同赋予水硬性材料。

因为用于制造容器的水硬性混合物的多样性，所以可以使用种类广泛的有机和无机的纤维。优选纤维的例子包括生物可降解的塑料，二氧化硅，陶瓷、金属、碳、大麻，植物的叶和茎，木纤维（如南部松），亚麻、甘蔗渣（甘蔗纤维），棉花和大麻（高形状比的）。蕉麻是一种优选的纤维，是从菲律宾天然的类似香蕉的大麻植物提取的。此外，可以使用连续纤维，如凯夫拉尔纤维、polyaramite、玻璃纤维、碳纤维以及纤维素纤维。

可以加入流变性改性剂以增加混合物的粘合强度、“塑料状”的行为以及在模制或挤压时维持其形状的能力。流变性改性剂起增稠的作用，从而增加水硬性混合物的粘度和屈服应力，后者是使混合物变形所必须的力。这会在模制的或挤压的产品中产生高的“生坯强度”。合适的流变性改性剂包括以纤维素、淀粉或蛋白质为基的各种材料，它们都之所以起流变性改性剂的作用是由于将单个的水硬性 粘结剂颗粒桥连在一起，并且和水起凝胶化反应。

另一方面，分散剂的作用是将水硬性粘结剂分散成单个颗粒，从而使混合物的粘度和屈服应力下降。这样在维持足够的可加工性的同时，可以使用较少的水。合适的分散剂包括任何可吸附于水硬性粘结剂颗粒表面而且能起分散颗粒作用的物质，分散通常是通过在颗粒表面上产生一个带电区域或在其邻近的胶体双电层中罩入电荷而达到的。

在流变性改性剂和分散剂一起使用的情况下，为了发挥这两者的功能，先加入分散剂然后再加入流变性改性剂通常是有利的。相反，如果粘结剂颗粒先吸附了流变性改性剂，可能会产生保护性的胶体层，它会阻止分散剂被颗粒吸附，从而不利于其对水硬性混合物分散的作用。

水硬性基质主要是由无机材料构成的，尽管某些实施方案也包括有机组分如纤维素基纤维，和/或流变性改性剂。但这些有机组分仅占用来制造容器的水硬性材料总质量的一小部分。此外某些用于本发明的有机纤维，能够由农业来种植和收获，例如蕉麻纤维。

容器也可以用传统的涂料来涂覆、或加衬里或层叠，以增加容器的强度和不可透过性或者作为酸性，碱性，含糖或油的溶液的屏障。

除了能采用衬里、涂层和层压以及能改变混合物中各组分的类型和数量来影响容器的水硬性材料基体的性质之外，许多种不同的用来成形容器的加工步骤都能增进或赋于可密封的、液密的和耐压的容器一般被认为需要为性能。

一个增进或赋于可密封的、液密的和耐压的容器合适性能的方法的例子是，将基本上干燥的水硬性水泥粉末压成所期望的形状，然后令水泥水化而不将水泥和水进行显著的机械混合。这种方法减少了在机械混合水泥中常有的间隙空间。间隙空间即空隙的减少导 致抗拉强度的增加和孔隙度的下降。因此，这样硬化的水硬性材料基体，韧性更好，而且透过性下降。

另一种常用的制造容器的方法包括：（1）在高剪切混合机中的机械混合水泥粉末和水，形成水泥浆;（2）由混合物成形可密封的、液密的、耐压的薄壁容器。除了混合水泥器和水之外，可能还需要加入其他材料如骨料、纤维、流变性改性剂、分散剂和促凝剂以形成具有所期望的流变性及最终强度和重量、成本低廉的水硬性混合物。由混合物成形的容器随后会干燥或硬化。混合和硬化的方式也会影响已硬化的水硬性材料容器的最后性能。

在机械混合混合物之后，成形容器可以用多种方法实现，这些方法都会影响容器的最终性能。这些方法包括：模制成形，用预制的板材成形和挤压法成形。但是，模制成形和用干板材成形，也可以采用挤压混合物作为一个步骤，然后将挤出的物件进一步加工。也可以结合使用这些方法。此外，为了形成一种屏障和赋于容器表面所期望的光洁度，也可以通过本技术领域已知的方法来用涂层、衬里和层压。

水硬性混合物的性能使得人们可以采用塑料、陶瓷、金属或复合纸时所用的一些复杂模制成形方法。复杂模制法可以成形各种形状不同的容器。复杂模压技术包括例如：拼合模法、多接缝法、多腔膜法和顺序模法。其结果是，可以成形出最佳的结构，以便于容器的运输、堆放、贮存物质、封装、分发物质和再封装。

成形一个具有完整的单一连续的表面的整个容器是在本发明范围内的，但是，大多数容器通常具有两个主要构件：空心壳体部分和罩盖部分。这些构件可以用不同的制造方法成形，并经最终加工处理，然后装配成容器。此外，构件也可以先装配成容器，然后再经最终加工处理过程。而且，待贮存和封装于容器中的物质固然可放入已制成的容器中，但也可在成形容器的同时，放入被贮存的物 质，这也是在本发明范围之内的。

本发明的一个优点是制造这些容器不会由于开采生产所需的原料、加工这些原料和制造容器而造成目前的环境问题。

本发明的另一优点是能方便地回收利用这些容器。回收的容器能方便地作为骨料掺入新的混合物，采用类似的材料如传统的水泥或混凝土来制作新的容器或其他产品。

本发明的那些事实上不再利用的或不回收的容器，在弃置时对环境造成的影响远远小于用传统材料如金属、玻璃、塑料和复合纸制成的容器。一旦丢弃，本发明的容器会降解成颗粒状材料，其组成与其被放弃置所在的土壤的组成是互补的。

上述粉碎过程并不依赖生物降解的作用，而是由于遇到无论何种力量引起的。此外，如果以废屑形式丢弃地在面上，水和风的力量，甚至偶然的压力（如车子辗过或人们踩过）都会使废弃的水硬性材料降解成大多是无害的无机粉末。

如果容器被丢弃在弃物填埋场，在其他垃圾的压力之下，容器会被压成粒状材料。与典型的金属、玻璃、塑料和复合纸在没有水、光和空气的作用下在弃物填埋场分解所需的时间相比，容器在弃物填埋场降解成粒状材料所需的时间很短。

本发明的一个目的是制造一种容器，它们不会因为开采所需的原料，加工处理原料和制造容器，弃置用过的容器和废物以及回收而造成目前的环境问题。

另一个目的是将基本上是存在于土壤中材料的水硬性粘结剂制造容器，这种容器容易破碎成性质与灰尘相似的粒状材料。因此，本发明的另一目的是制造能容易剥裂的容器，它不会污染环境或需要传统的弃置处理方法，也不象传统容器那样需要回收的设施。

本发明的另一目的是降低生产容器的成本，尤其是饮料和食品容器的成本。

本发明的另一目的是制造具有预定性能和品质的水硬性基体的容器。被认为需要的性能和品质包括能保存和保护物质，使物质的损失或改变降至最少，并且是价廉完全地实现的。某些特定的性能的品质包括：能承受容器内外间正的或负的压力差，能承受高的纵向和横向的内应力，抗拉强度高，对气体和液体透过性最小，导致所装物质氧化的氧气进入量最少，最少CO2损失，对所装物质引入的外来气味最少，因物质的pH值而造成的腐蚀最小。从容器的制造、分发和使用的角度考虑，也还需要容器重量轻质、壁薄、便宜和安全。

本发明的另一目的是用水硬性粘结剂制得的容器和其制造方法，这种容器在成形之后能快速地获得形状稳定性，并且可在不需外部支撑的情况下维持其形状，从而能在成形之后就能快速地进行堆放运送等处理。

本发明的另一目的是提供用便宜的水硬性材料如水硬性水泥和石膏制造的，没有不期望的性能（如低抗拉强度和会浸析出化学物品）的容器以及经济地制造这种容器的方法。

本发明的另一目的是提供用水硬性混合物制成的容器和其大规模生产的方法，在生产中，容器不会粘着于成形工具，而且能在成形之后就能从成形工具中移去而不会受损。

本发明的另一目的是提供生产容器的方法和设备，在此方法中不需对容器表面进行精整。

最后，在这里公开的容器和制造方法，一个重要目的是能够采用现已用来制造传统容器的工艺步骤和设备由水硬性材料制造容器。

本发明的其他一些目的和优点将在下面的说明书中阐述，有些也不难从说明书中明显看出，或者通过实施本发明而学到。本发明的目的和优点可以通过使用尤其是在所附的权利要求书中指出的设 备及其组合而达到。

图的简述

为了获得本发明上述的优点和目的，将参考一些具体的实施例方案来更详细描述上文简述的特征，这些实施方案由附图给出。应该理解，这些附图仅仅是本发明的典型实施方案，而不应认为是本发明范围的限定，通过使用下述附图可以描述本发明另外的特性和细节。

图1是本发明一个优选的容器例子的部件透视图。

图2A是本发明另一优选的容器例子顶部透视图。

图2B是本发明另一优选的容器例子的底部透视图。

图3是本发明另一优选的容器例子的部件透视图，一部分外层的水硬性材料被除去，以显露一部分内层水硬性化材料。

图4是本发明的另一优选的容器例子的部件透视图。

图5是本发明的另一优选的容器例子的部件透视图。

图6是本发明的另一优选的容器例子的透视图。

图6A是本发明的一个罩盖装置的透视图。

图6B是本发明的一个罩盖装置的透视图。

图7是本发明的另一优选的容器例子的部件透视图。

图8是本发明的另一优选的容器例子的部件透视图。

图9A是本发明的另一优选的容器例子的透视图。

图9B是本发明的另一优选的容器例子的透视图。

图9C是沿图9B例子得到的横截面图。

图10A是本发明的另一优选的容器例子的透视图。

图10B是本发明的另一优选的容器例子的透视图。

图10C是沿图10B例子得到的横截面图。

图11是本发明的另一优选的容器例子的透视图。

优选实施方案的详细描述

本发明包括新型的容器以及将水凝固化混合物制成这种容器的方法，这些容器可以按与传统容器相似的方式使用，应用显微结构工程可以配方设计出一种水硬性混合物，它能方便和经济地大规模生产容器，同时与传统容器相比，对环境的影响小得多。这种容器具有足够的韧性和不透过性从而能在容器中保存和保护所贮存的物质，从而使得物质的损失和改变降至最低。

Ⅰ.一般论述

本发明范围内的可密封的，液密的、耐压的薄壁容器能基本上保存和保护容器中所贮藏的物质，使得被贮存物质的损失和改变降至最低。容器是用价廉、特别是耗之不尽的材料制成的，它与传统材料相比对环境的影响大大降低。此外，在容器的制造，分发和使用方面容器重量轻，壁薄，可大规模生产并且安全。

与传统容器相比，这种容器的材料和生产成本较低，同时在开采原料，将原料制成容器以及弃置和回收用过的容器等过程中对环境造成的影响很小。这些目标是通过使用用水硬性材料制得的容器，同时克服了与传统水硬性材料有关的加工处理问题以及不适用的性能来实现的。

传统水硬性材料的不合格的性能表明，水硬性材料迄今尚不能用于大规模生产可密封的、液密的、耐压的薄壁容器。那些使传统水硬性材料不能用于制造容器的性能包括：多孔隙度和低抗拉强度。此外，其妨碍大规模生产的问题包括：材料成形之后形状稳定性差，固化时间长，粘附于成形工具以及水会渗到成形物件的表面。这些不合格的性能以及加工处理中的问题可以通过混合物配方和加工方法的独特组合加以克服。

为了使得到的容器具有所期望的性能而没有传统水硬性材料的不合格性能和加工问题，运用显微结构工程方法已经开发了适用的水硬性粘结剂。用于制造食品或饮料容器的水硬性粘结剂的详细描 述，在以Per Just Andersne，Ph，D.，和Simon K.Hodson的名义于1993年7月21日申请的，目前仍未审定的，序号为No.08/095，662，标题为“Hydraulically Settable Containers for Storing，Dispensing，and Packaging Food and Beverages and Methods for their Manufacture”的申请中有详细阐述。该申请是Per Just Andersen，ph.D.，和Simin K，Hodson于1992年8月11日申请的序号为No 07/929，898，题为“Cementitious Food and Beverage Storage，Dispensing，and Packaging Containers and the Methods of Manufacturing Same，”（现已放弃）的续展申请。此外，制造一般的用于各类物品的包装和贮藏容器的水硬性材料的详细描述，在Per Just Andersen，Ph.D.，和Simon K.Hodson于1993年2月17日申请的序号为No.08/019，151题为“Cementitious Materials For Use in Packaging Containers and Their Methods of Manufacture，”（未审定）的申请中有详细描述。为了公开这些申请，它们在此引入作为参考。一旦生产出水硬性材料，便开发了更快和更便宜的生产容器的特定方法，这些容器和方法在此予以公开并作为权利要求提出。

简而言之，传统水硬性材料的不合格性能和加工处理问题，在本发明中部分地是通过下列诸方面的协同配合加以克服的：水硬性混合物的组分、混合物中组分的比例、混合物组分的形态和化学性质、各组份加入的顺序、采用显微结构工程合适地加入各组分使得容器各处性能均匀、混合物组分的压实、用混合物成形容器的方法、成形设备、硬化方法、涂层、衬里、层压的应用以及结构设计。更具体地说，传统水硬性材料的低抗拉强度和多孔隙度可以通过维持低的水和水硬性粘结剂的比率（小于化学计量比），将混合物组分压实，和使用涂层，衬里和层压而克服。大规模生产的障碍如材料成形后形状稳定性低，硬性时间长，粘着于成形工具和渗水至成形物件的表 面，这些问题也可以用几个方法克服。其中包括：通过显微结构工程控制混合物的流变性，使用流变性改性剂，加热成形设备将水从混合物中去除，加速硬化等等。这些技术在下文将更详细地公开。

A.显微结构工程设计

如上所述，本发明的容器是通过显微结构工程开发的。显微结构工程乃是设计一种微结构，采用加工处理步骤来实现这种均匀的显微结构，使得终产品的基体具有均一性。显微结构工程能将某些所期望的预定的性能赋予水硬性材料的显微结构，并且同时仍顾及到成本问题及其他制造方面的复杂因素。此外，与传统的试验-错误、混合-测试的方法相反，显微结构工程分析方法有可能设计制出具有韧性、最小透过性、强度、重量、绝热性、成本、和环境中性等等对于合适的容器缺一不可的性能的水硬性材料。

可以用于一特定产品的不同原料的数目是非常巨大的，估计在5万和8万之间。它们可以从下列根本不同的大组中选出：金属、聚合物、弹性体、陶瓷、玻璃、复合材料和水泥。在一个给定的材料大组中，其性质、加工方法和使用方式有许多共性。例如，陶瓷的弹性模量高，而聚合物的弹性模量低;金属可以通过铸造和锻造成形，复合材料需要用层叠或其他的特殊模压技术;水硬性材料，包括用水硬性水泥配制的，其挠曲强度向来一直是低的，而弹性体则有很高的挠曲强度。

但是，将材料按性质不同而区分是有一定危险性的;它会导致专业化（冶金学家对陶瓷一点也不了解）和思想上的保守（“我们用钢材，因为那是我们一直使用的。”）。正是这种专业化和思想上的保守，限制了使用水硬性材料制作各种不同产品的设想，例如制作可密封、液密、耐压的薄壁容器。然而，人们一旦认识到水硬性材料有如此广泛的用途，而且能在配方上进行设计并在其显微结构上工程化，那么它们可应用于许多种不同的潜在产品就显而易见了。

本发明材料的组成已获得了发展，并已限定在一定范围，这首先是由于配方上的设计所主要决定的，其次又决定于探寻能最大限度发挥其各组分性能的材料种类。但在研究这些问题时，有一点始终是很重要的，即所设计的产品必须能按在成本上具有竞争性的方法进行生产。

材料选择中的主要限制因素取决于某种构件设计的特点，这个特点对于成功的产品而言是很关键的。对于容器，主要的限制因素包括：最小的不可透过性、最轻的重量，强度（包括抗压缩和抗拉强度）和韧性上的要求，同时成本要与金属、塑料、玻璃和复合纸的成本不相上下。

如上所述，过去水硬性材料的一个问题是，典型的这种材料是注入模子中，经过加工，然后放置令其硬化硬化。需很长时间，甚至数天乃至数周。专家们一般认为，传统的混凝土产品至少需一个月才基本达到其最佳强度。这么长的时间对于进行有经济效益的大规模生产一次性容器及类似的产品是确实不切实际的。

结果，本发明的一个重要特征是，当水硬性混合物成形以后，它在生坯状态就可以在无外部支承条件下维持其形状（即在经受较小的力例如重力和在工艺设备中的运动力的条件下能支持其自身的重量）。此外，从制造角度看，为了使生产有经济效益，有一点至关重要，即所成形的容器应能快速地（几分钟，甚至几秒）获得足够的强度，从而能用常规的制造程序进行操作，尽管水硬性混合物还处于生坯状态未完全硬化。

本发明的显微结构工程方法的另一优点在于，能开发出其结构基体的横截面比现有技术中一般所得的更为均匀的组合物。理想的是，任取两个水硬性结构基体的约0.5n3（n是材料的最小横截面），它们在空隙量、骨料量、纤维量和其他添加物的量以及性质上，都是基本相同的。基质均匀性是否能实现取决于混合物组分的合适配置， 它应优化每种混合物组分的性能并使各组分起协同作用，实现所期望的性能。这种均匀性的总的效果就是产品的性能处处均匀。通过这种方法达到各组分的协同作用的证明就是其抗拉强度和抗压强度的比例比传统的水硬性材料大得多。

从下面的论述，可以了解水硬性混合物中的每种组分材料是如何对容器的设计限制因素起影响的。

B.可密封液态耐压的薄壁容器

本说明书和所附权利要求书所用的术语“可密封的”，是指能将物质密封于某一容器中。可以用多种方法将物质密封于容器中。通常容器在物质周围将其封闭是通过诸结构部件的联锁连接，在结构部件、结合剂或锁缝之间保持极为紧密的空隙。此外，容器还可以用单一的连续表面围绕着物质将其封入。

本说明书和所附的权利要求书所用的术语“液密的”是指能够作为屏障基本上阻止密封容器中贮存的液态物质渗漏出去也能阻止液体进入容器。本说明书和所附的权利要求书中所用的术语“耐压的”是指能够作为屏障防止容器中所贮存的气体和液体逸出，也可防止气体和液体侵入容器。“耐压的”容器包括具有能承受容器内外之间高达约十兆帕的压力差的水硬性基体的容器。

本说明书和所附的权利要求书所用的术语“容器”，是指用于贮存物质的任何盛器或器皿，这些物质被封于容器中然后被分发。容器的例子包括：一般用金属、玻璃、塑料和复合纸制成的听、瓶、罐、和纸板箱。

容器包括二大类结构部件，一个是盛物质的空心壳体部份，另一个是将物质封于容器中并且可分发贮存于容器中物质的罩盖部分。在某些应用中，罩盖部分也被用来将物质再密封于听中。术语“罩盖部分”包括盖、闭合的盖、旋盖、瓶盖、拉片（pulltab）、防塞盖、泵式喷嘴、其它机构的喷嘴等，这些都是在传统容器（如听、瓶、罐和 纸板箱）中使用的。

包括在术语“罩盖部分”中心还有合纸产品如牛奶、水果汁和冰冻水果汁所用纸罐的罩盖部分。牛奶纸罐是一种折成的纸产品，其构形是它具有一个密封的顶部。其密封的一部分能被打开，使得内容物被分发拿用。复合纸容器另一种有用的罩盖部分是为许多果汁所采用的折成的密封顶部，该顶部具有一个薄的金属箔或塑料覆盖物，麦管桶破它就可吸取所贮存的果汁。此外，冰冻果汁中所用的罩盖部分也是有用的。这种构形包括位于在将旋缠绕的复合纸管两端的盖子以及绕着每个盖子的可方便吸取内含物的塑料释放装置。

“容器”这一术语指任何一种盛器或器皿而不涉及装在其中贮存的特定物品即物品的类型。这样，本发明的容器将完全不局限于用它来贮存的是哪一特定类型物品。术语，“物质”是指任何需要使用传统容器，用金属、玻璃、塑料和复合纸制得的听、罐、瓶和纸板箱来盛装的任何物品。最典型需要容器的物质的例子包括饮料、食品和家用产品。饮料的例子包括碳酸饮料、酒料饮料和非碳酸饮料如牛奶、果汁、水。食品包括所有以干贮存形式或溶液形式装于瓶、听和纸板箱之类的容器中的食物。用于食物的液体溶液包括水、油、糖溶液和非中性溶液。一般要贮存在容器中的家用产品和其他物质包括喷雾剂、除臭剂、香水、化妆品、清洗剂、油类、润滑剂和颜料。

本发明的一个主要目标是制造用于饮料的容器。因此，在本发明的某些实施例方案中所用的水硬性材料的配方就开发了出来，以适应在安全的环境中贮存、封装、分发、分配、和再封装饮料产品的特定的特定需要。

C.可密封的、液密的、耐压的薄壁容器的必要性能

容器使所盛物质的损失或改变减少。该容器是用价廉和实际上耗不尽的材料制成的，其造成的环境冲击力小于传统材料。此外，容器是轻质，薄壁，可大规模生产并且在容器的制造，分发和使用 方面是安全的。

与传统容器相比，这种容器降低了材料及生产成本。同时减少了在开采制造容器的原料、将材料加工处理成容器以及弃置和回收用过的容器等过程中对环境的影响。这些目标是靠使用由水硬性材料制得的容器，同时克服了传统水硬性材料不合格的性能和加工处理中的问题而实现的。这些不合格的性能和问题，例如高孔隙度。低抗拉强度、低形状稳定性、长固化时间都是通过混合物配方和加工方法的独特组合加以克服的。

基于容器的韧性和不可透过性，容器性能保存和保护所贮存的物质，并使所贮存物质的损失和改变降至最低容器也能够经受与水、非中性溶液以及含油或糖的溶液的接触。尽管容器与这些物质接触，但是仅有极少量的外来物质引入所贮存的物质。而且不发生浸出现象。

在制造方法中用水硬性材料的另一优点是，没有典型的水硬性材料产品通常存在的可浸析的重金属。因此，本发明特别适用于饮料工业，在这种工业中，通常是用一次性的听、瓶、罐和纸板箱来贮存和分发食物的。

容器的韧性和不可透过与容器的水硬性基体的抗拉强度和孔隙度直接相关。一个特定容器所需的韧性和不可透过性的大小可以不同。取决于待贮存物质的类型、贮存方式，物质被封装后可以发生的过程。随后的堆放运送以及其他设计上的要求。

本发明范围内的耐压容器必须具有足够的韧性和不可透过性，以硬承受容器内外的压力差。当内外压力不相等时，便产生“压力差”。压力差可以来自于所贮存物质一类型。贮存的方式，也可以来自物质封装于容器后的发生的过程，也可能由于容器被挤压。发生这种压力差例子包括：将碳酸饮料贮存于容器中，在真空条件下将物质封装于容器中，改变容器中所封物质的温度和反应平衡，以及 由于容器侧壁受挤压或由于将大量的容器一个一个地上下堆放而引起的容器受压。

将足够的抗拉强度和最小的孔隙度设计到容器的机体中，也能够使耐压容器承受由于容器内压力产生的纵向内应力和横向内应力，用于本说明书和所附的权利要求书中的术语“纵向内应力”和“横向内应力”，是指作用于容器基体的纵向和横向上的应力。纵向内压力应力由下式确定：

δL＝（p*r）/（2t）

其中P为内部压力、r为容器内半径，t为壁厚度。类似地横向内应力由下式确定：

δT＝（p*r）/t或δT＝2δL

其中符号的定义如上。

横向内应力是纵向内压力的两倍，因此，横向内应力决定了承受某一特定内部压力所需的抗拉强度。最佳的混合物配方就按所述规定的范围掺合上述一原料，以便制造其基体能承受在横向向量上高达约10MPa的横向内应力的容器。耐压容器的抗压强度的典型值在约50-150MPa之间的范围。

此外，通过设计水硬性基体使之基本上对气体和液体不可透过，这样，容器能保存和保护所贮存的物质，使所其损失或改变降至最低。基体作为不可透过一屏障的能力也是基体孔隙度的函数。基本上不可透过的容器构成了对下例物质传输的屏障：氧气的进入从而防止所贮存物质的氧化;氮气的进入或逸出从而可利用氮气监测压力差;二氧化碳的漏失;以液态贮存物质的渗漏。可以用几种方法使容器不透气和不透液体。可以采用粉末压实技术将体做得非常致密，如在以“Hamlin M.Jennings，Ph.D.，Per Just Andersen，Ph.D.，和Simon K，Hodson，名义于1992年11月25日申请序号为No.07/981，615，目前未审定的题为：“Methods of Manufacture  and Use For Hydraulically Bonded Cement”的申请中有详细描述。该申请是Hamlin M.Jennings Ph.D.和Simon K.Hodson在1992年3月25日申请的专利申请号为No.07/856，257，题为“Hydraulically Bonded Cement Compositions and Their Methods of Manufacture and Use”（现在放弃）的续展申请。后者是Hamlin M.Jennings Ph.D.和Simon K.Hodson于1990年5月18日申请的专利申请号为No.07/526，231题为：“Hydraulically Bonded Cement Compositions and Their Methods of Manufacture and Use”（也已放弃）的续展申请。为了理解这些压实技术及其使用方法，上述申请公开的内容已参考结合入本发明。其他实现不透液体和不透气的方法包括使用掺入聚合物浸渍材料和增塑剂的混合物，以及水与水硬性粘结剂之比低的混合物。其他的实现不透气和不透液体水的方法涉及使用涂料、衬里、和/或叠层。涂层、封里或叠层也可以用来最大限度地减少因某些物质的pH值如碳酸饮料中的酸而导致的腐蚀。

本发明的基体可被制成其抗拉强度与体积密度之比在约1-300MPa-cn3之间。基质的抗拉强度与体积密度之比为约2-50MPa·cn3/g，更佳，约3-20MPa·cm3/g最佳。

容器可具有足够的韧性和不可透过性，但仍然是轻质和薄壁的。

本发明容器的基体被设计成具有不同的有效厚度，视容器仅仅是液密的还是又耐压的。本说明书及所附权利要求书中所用的术语“有效厚度”定义为容器最弱处的厚度。仅是液密的容器的基体的有效厚度可达约1cm，约5mm更佳，约1mm最佳。即液密又耐压容器的基体的有效厚度可达约5cm，更达约1cm更佳，达约3mm最佳。

本发明容器的基体被设计成具有不同的有效厚度，视容器仅仅是液密的还是又耐压的。本说明书及所附权利要求书中所用的术语“有效厚度”定义为容器最弱处的厚度。仅是液密的容器的基体的有 效厚度可达约1cm，约5mm更佳，约1mm最佳。即液密又耐压容器的基体的有效厚度可达约5cm，达约1cm更佳，达约3mm最佳。

由传统水硬性材料制成液密和耐压的容器，过去未能实现是因为其基体做不具有足够的抗拉强度和尽可能低的孔隙度，除了要设法达到这些要求外，还要克服加工处理这类材料中遇到的问题。运用显微结构工程，就能成形出具有高形状稳定性的容器，而其具硬化时间短，对成形设备粘附很小，也基本上不存在水渗至成形容器表面的问题。

D.容器结构

本发明范围内的容器结构可以各不相同，主要取决于待贮存物质的性质，贮存方式，物质封装于容器后可能发生的过程以及堆放输送等方面的考虑。由于有这些种种各不相同的需求，就出现了许许多多有用的结构构型。

容器在结构上通常包括两个部件：空心壳体部分和罩盖部分。空心壳体部分有侧壁、底部和开口端。其底部与侧壁相连，结果能将物质通过开口端置放在空心壳体内，被侧壁和底部即封闭端所支托。使用罩盖部分和空心壳体的开口端啮合，结果就将物质封装在容器中。在某些实施方案中，也可来用罩盖部分来分发物质供使用也可用来将物质再封装在容器中。

容器的构件即空心壳体部分和罩盖部分，可按类似于用金属、玻璃、塑料和复合纸制成的，用于贮存如饮料、食品、和家用产品等物质的传统容器的构件那样进行设计。

用于碳酸饮料、酒精饮料和非碳酸饮料如果汁、牛奶和水的容器的结构设计为用水硬性材料容器的设计提供了许多例子。本发明的设计基本上与用玻璃或塑料制成的传统饮料瓶或饮料铝制罐相似。此外，本发明的构件能根据目前流行的容器作为光例进行设计。

一种优选的特别适用于饮料的容器结构见图1。所示的本发明 的容器10通常具有一个空心壳体部分12和罩盖部分14。空心壳体部分12有侧壁16、底部18和开口端20。底部18是与侧壁16一起作为一个整个成形的。空心壳体部分12在开口端20附近的外缘还有外螺纹22。外螺纹22的构型能与罩盖部分14中成形的相应内螺纹啮合，下面会更详细描述。

侧壁10的厚度宜小于约3mm，更佳小于约1.5mm，最佳小于0.75mml。在优选的实施方案中，空心壳体部分16的外直径约为6cm，其内直径约为5.8cm，其沿纵轴的长度约为12cm。

如图1中进一步所示，罩盖部分14包括一个盖子24和一个帽子26。盖子24具有一个通中心端28、圆体部分30和远中心端32。盖子的近中心端28的构型使之能与空心壳体部分12的开口端20配合，将其盖住。沿盖子24的近中心端28的内缘成形了内螺纹34，它与空心壳体部分12的外螺纹22能相应啮合。在优选实施例中，盖子24的内螺纹34和空心壳体部分的外螺纹22是左旋螺纹。盖子24的远中心端32的末尾为一喷嘴。在喷嘴36的外缘有外螺纹38。此外螺纹38的构型使之能与帽子26的内螺纹相应啮合，下面对此将详细描述。

在优选实施例中的盖子26是一种封闭的盖子。帽子26具有一个扁平部分40，其形状大致为圆板形。在此园板的一侧整体地连接着同心的内环42和外环44。外环44的外直径大致与盖子24的近中心端28的外直径以及空心壳体部分12的外直径相等。这样，当容器10的所有部件装配在一起时，容器10的外形象一个，外直径在长度方向比较均匀的长圆柱体。内环42的构型使之能与盖子24的喷嘴36配合，将其围住在内环42的内缘有内螺纹46，它与喷嘴36的外螺纹38能相应啮合。内环42的内螺纹46和螺嘴36的外螺纹68是右旋螺纹。

下文将详细讲到，容器10的各个部件，即空心壳体部分12，盖 子24和帽子26是分别由水硬性材料模制成的，然后装配成为容器10。

图1这个实施方案的优点是，因为容器的顶部和底部都是扁平形状，所以能在无支撑包装物情况下堆放，而且在大规模生产中能通过空心壳体的开口端方便地将物质如饮料装入容器。此外，可以利用与空心壳体部分的开口端啮合的罩盖部分，将物质封装于容器中，也便于分发物质，也便于将物质再封装于容器中。容器可以象许多传统容器那样堆放，而且这个实施方案中的罩盖部分可以将物质再封装于容器中。

图2A和2B描述了另一优选的容器实施方案。其结构设计与目前铝制的饮料容器相似。所示的容器10通常具有一个空心壳体部分12和一个罩盖部分14。其底部18是与侧壁18一起作为一个整体成形的。侧壁16和底部18可用水硬性化材料成形，而将物质封装于容器中的罩盖部分14可用其他材料如金属和复合材料制成。

底部18被构造成具有最佳强度并减少为形成具有足够强度和不透过性的容器所必需的材料的数量。在铝听工业中为达到此目的的设计技术可以在本发明范围内使用，以优化用水硬性制成的这种容器的设计。此外，也可以使用在用其它材料如它他金属、玻璃、塑料和复合纸制造容器中所用的设计技术。

这个实施方案的优点是，因为容器的顶部和底部都是扁平形状所以能在无支撑包装物条件下堆放，而且能在大规模生产中通过容器的开口端方便地将物质如饮料装入容器。但是，其罩盖部分不能将物质再封装于容器中。

图3为另一种优选实施方案的容器，容器10具有空心壳体部分12和罩盖部分14。空心壳体部分12在两端开口。而且，底部18与空心壳体部分12是分开的。

下面将详细讲到，空心壳体部分是用两层水硬性材料成形成 的。正如图3所示，内层48是水硬性材料按一个方向螺旋形地绕成的，而外层50是按另一个方向螺旋形地绕成的。用一种适当的粘合剂将内层48的外表面和外层50的内表面粘合在一起。在内层48和外层50之间加入连续纤维，可使空心壳体部分的抗拉强度增加。下文将详细叙述，水硬性材料是先螺旋形地绕在心轴上形成一个长的、连续的圆柱形管子，接着用传统方法切割，用来形成多个空心壳体部分16。

底部18具有一个扁平部分54和一个与之整体成形的沿着其周边的边环56。如图中所示，边环56的构型恰能套住空心壳体部分12。但是，底部18也可以藉其它的方式构造成与空心壳体部分12一端配合连接。无论用哪一种方式连接，底部18与空心壳体部分的一端需用适合的粘合剂粘合。

图3所示的实施方案还包括了另一种罩盖部分的例子。此罩盖部分14是一个带箔片60的盖子58。盖子58基本上与此实施方案中的底部相同，所不同的是盖子上有一个被切除的部分（用箔片60盖住），在去除箔片60后通过该切除口可以分发饮料。箔片60与目前用于传统的非碳酸饮料容器的箔片相似。和底部18一样，罩盖部分14也是被构造成恰能套住空心壳体部分12的一端，并且用适当的粘合剂粘合。

或者，图1中所示的罩盖部分也可与图3中所示的空心壳体部分配合使用，这样能用于将物质再封装于容器中。在这种情况下，盖子24的近中心端28内缘就没有内螺纹34，而近中心端28被构造成恰能套住空心壳体部分12的一端。此外，图2A和图2B中所示的罩盖部分也可与图3中所示的空心壳体部分配合使用。

也可以将水硬性板材螺旋形地绕成其他形状，制成的容器可以与用螺旋形地绕复合纸制成的容器一样地使用。这些形状的例子是复合纸容器绕制成的容器，如传统的麦片粥容器，冷冻橙汁容器， 生面团（dough）容器，冰淇淋纸箱和发动机油桶。这些容器的侧壁一般用复合纸，但是底部和罩盖部分可以有不同的构型。这样的底部和罩盖部分的例子有平的复合纸盖，螺旋形绕成的盖子和金属盘，它们的构型适合于将物质封装于容器中。

而本发明范围内的螺旋形绕成的容器的成形方法，可以是将水硬性材料板材象图3中容器一样螺旋形地绕成。底部和罩盖部分也是可以用水硬性材料板材螺旋形地绕制成的。下文详细描述的其他方法，也可以用于制造底部或罩盖部分。此外，用水硬性材料成形侧壁，而用其他材料成形底部或罩盖部分也在本发明范围之内。这种螺旋形绕制构型的优点是容器的强度好，便于堆放也便于从容器中分发物质。

图4和图5显示的是容器10的另两个实施方案，基本上与图3相同，不同的是空心壳体部分12的结构。在图4中，空心壳体部分12的成形方法是将一块水硬性材料板材围成一根圆柱形管子。围好后，板材的相对的两端互相重叠，如15所示，并且用适当的粘合剂粘合在一起，就形成了空心壳体部分12。在图5中，空心体部分12的成形方法是挤压出一根连续的长圆柱形管子，随后切成数段，即得数个空心壳体部分。在这两个实施方案中，底部18基本上与图3中所示的相同，其构型或是恰能套住空心壳体12的一端，或是恰能套入空心壳体部分12的一端的内部。图4和图5都有一个类似于图3中所示的罩盖部分14，但是应该理解，图1、图2A和图2B中的以及本领域的已知的其他罩盖部分都可以配合用于图4和图5中的实施方案。

图6所示的实施方案是用玻璃或塑料制成的饮料瓶的设计，这些瓶子一般是用吹模法制成的。容器10具有一个可用吹模法成形的整体制作的空心壳体部分12和一个罩盖部分14。罩盖部分可啮合空心壳体部分的开口端，以便将饮料封装于听中，以便分发，以便 将饮料再封装于容器中。如图6A所示，螺盖62是一种有用的罩盖部分，而图6B所示的瓶盖64也可以采用。罩盖部分可以用不同方法，从水硬性材料制得，也可以采用传统材料，如金属和塑料。和瓶子一起使用的某些这类罩盖部分的优点是能将饮料再封装于容器中。能够再封装饮料，对于那些容量大于一次饮用需要量的容器特别有用外包装。但是，由于这种容器顶部的形式，所以需要在堆放这种容器使用塑隔之用的外包装物。

传统上用来贮存食品的结构设计，例如金属听、玻璃罐和复合纸箱等，也能用于设计本发明范围内的容器结构。图7中所示的设计就是用于贮存食品如金枪鱼的金属罐的设计。容器10包括具有侧壁16的空心壳体部分12、底部18和开口端20。底部18是用金属与侧壁16整体地一起制成。罩盖部分14被用来与开口端20啮以将物质封于罐中。罩盖部分14的构型恰能套住空心壳体部分12侧壁16的一部分，然后通过加压、卷曲或使用粘合剂封粘在一起。这种扁平构型罐的优点是能在无支撑包装物的情况下堆放。此外，在罩盖部分的材料中也可掺入金属，便于该罩盖部分中需要磁性质的容器的开启。也可以使用其他的罩盖部分，如环状盖子或牵拉式盖子等构型。

图8显示了另一实施方案的容器，其构型与传统玻璃罐相似。容器10具有一个空心壳体部分12和罩盖部分14。空心壳体部分12包括侧壁16、底部18和开口端20。沿开口端20的外缘有外螺纹22。罩盖部分14侧有内螺纹（未画出），该内螺纹与空心壳体部分12的外螺纹22能相应啮合。

图9A，9B，10A和10B描绘了两种容器，它们类似传统的用复合纸制成的牛奶容器和果汁容器。容器10具有空心壳体部分和罩盖部分，这两部分都是用板材经折成，再封成一般为长方体形状制成的。图9A和图9B所示的年奶盒设计被构造成有一个用粘合剂封 住的顶部，该封住的一部分可以破开，取用其内含物。图9A中的牛奶盒设计描绘了用粘合剂封在一起重叠部分，而图9B描绘了密封在一起的重叠部分。被密封的重叠部分可被压在一起或卷在一起。图9C显示了密封重叠部分的横截面。

与图10A和10B中所示的果汁容器一起使用的罩盖部分是折叠和封闭的盖，带有一箔片覆盖物，可以用麦管刺穿以吸取所贮存的果汁。图10A中的果汁盒设计描绘了用粘合剂封在一起的重叠部分，而图10描绘了密封在一起的重叠部分。被密土的重叠部分可被压在一起或卷在一起。图10C显示了密封重叠部分的横截面。

传统的用复合纸制成的果汁容器时常采用在美国专利号为No.4，287，247，标题为“Packing Laminates Provided With Crease Lines”的专利中公开的技术。在美国专利No.4，287，247（转让给瑞士的Tetra Pak International AB）中公开的技术指出，将叠片层制成带有独特折痕线（crease lines）的包装容器，这些折痕线能防止在叠片层中形成裂痕和因此引起的渗漏。

图11所示的泵式喷嘴容器提供了本发明范围内的另一种容器设计方案。泵式喷嘴容器10一般具有一个空心壳体部分12，底部和开口端。使用空心壳体部分12罩盖部分14和空心壳体部分的开口，从而可将物质封装于容器和分发物质。用于分发物质的罩盖部分一般为泵式喷嘴或其他喷射装置。罩盖部分也可用传统材料制造。

传统容器通常具有许许多多构型。这种构型上的不同主要是由于容器中所贮存的物质的多样性以及不同的顾客对每种物质的需求不同而产生的。本发明并不局限于所述的这些构型。而是包括用水硬性材料制得容器的一切构型。用水硬性材料成形空心壳体部分，而用选自金属、玻璃、塑料和复合纸的材料制成的罩盖部分来构成容器，也是在本发明范围之内。而用选自金属、玻璃、塑料和复合纸的材料制成的空心壳体部分，却用水硬性材料成形罩盖部分来构成容 器同样也在本发明范围之内。

Ⅱ.水硬性混合物的组分

A.水硬性材料

在本发明的方法中使用的材料是通过水和水硬性粘结剂（如水水硬性的水泥、硫酸钙（即石膏）半水合物和其他在与水接触后会硬化的物质）的化学反应而获得其强度。此说明书及所附的权利要求书中的术语“水硬性材料”包括其结构基体（或基质）和强度性能是来自于水硬性粘结剂的硬化而得到的任何材料。这类材料包括此处定义的胶结材料、熟石膏和其他符合此定义的水硬性材料。用于本发明的水硬性粘结剂须与诸如水不溶性的可聚合的有机粘结剂如胶合剂或胶粘剂之类的其他粘结剂相区别。

此外用到的术语“水硬性材料”、“水凝固化材料”、“水胶结材料”或“胶结质材料”，都是用来广义地定义含有水硬性粘结剂和水的组合物与材料，而不论所发生的水化作用与硬化的程度如何。因此术语“水硬性材料”是指包括处于生坯状态（即未硬化状态）的水硬性糊浆或水硬性混合物以及已硬化的水硬性材料产品或混凝土产品。

1.水硬性粘结剂

用于本说明书中所附的权利要求书的术语“水硬性粘结剂”指包括任何无机粘结剂，例如水硬性水泥，石膏半水合物或氧化钙，它们通过与水的化学反应，在某些情况下通过与空气或水中的二氧化碳和水的化学反应而得到强度性质和硬度。用于本说明书和所附的权利要求书的术语“水硬性水泥”即“水泥”指包括熟料和经压碎、粉碎、磨碎和其它加工的熟料，且可指处于上述细碎过程的不同阶段因而具有各种不同的粒度。

本技术领域中已知的典型的水硬性水泥的例子包括：波特兰水泥这一大类（包括不含石膏的普通波特兰水泥）、铝酸钙水泥（包括不含定形调节剂的铝酸钙水泥）、熟石膏、硅酸盐水泥（包括β-硅酸二 钙，硅酸三钙及其混合物），石膏水泥、磷酸盐水泥、高铝氧水泥、微细水泥、矿渣水泥、氯氧化镁水泥和涂覆以微细水泥颗粒的骨料。

术语“水硬性水泥”还包括本技术领域已知的其他水泥，它们能在本发明范围内的水化条件下变成水硬性的，如α-硅酸二钙。在本发明范围内的水硬性水泥的基本化学组分通常包括CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO，SO3，它们以各种不同的方式相化合。这些组分在一系列复杂反应中一起反应，形成不溶性的硅酸钙水合物、碳酸盐（从空气及加入的水中的CO2产生）、硫酸盐、以及钙和镁的其他盐类或产物，加上它们的水合物。组分铝和镁据认为是在上述不溶性盐类中结合成复杂的配合物。硬化的水泥产物是不溶性水合物和盐通过配合作用互相交联在一起的复杂基体，很象石头，而且一样是惰性的。

水硬性组合物的典型配制方法是将一种水硬性粘结剂（如水硬性水泥）或多种（水硬性粘结剂）和水加以混合;得到的混合物可以称为“水硬性糊浆”（或“水泥糊浆”）。水硬性粘结剂和水的混合或者同时进行，或相继进行，并加入某种类型的骨料以形成“水硬性混合物”。灰泥和混凝土是将水硬性水泥、水和某种类型的骨料（如砂或石）混合形成的水硬性混合物的例子。

石膏也是能水化起硬化作用的的水硬性粘结剂。石膏的一种可水化形式是硫酸钙半水合物，通常称为“石膏二水合物”。硫酸钙半水合物也可以和通常称作“无水石膏”的硫酸钙脱水物进行混合。

尽管石膏粘结剂和诸如氧化钙之类的其他水硬性粘结剂通常并不象水硬性水泥那样强度大，但在某些应用中，高强度并不那么重要，就成本而言，石膏和氧化钙比起水硬性水泥是有优点的，因为它们稍为便宜一些。此外，在水硬性材料含有较高百分数的脆而轻的骨料（如珍珠岩）时，这种骨料常在结构基体内构成“弱的连接”。这种骨料的加入量达到某种程度时，加入更强的粘结剂并不有效， 因为高含量的较弱骨料使粘结剂高的潜在强度不能发挥出来。

此外，已知石膏半水合物可在比传统的水泥短得多的时间内硬化。事实上，用于本发明，它在30分钟内会硬化，获得其最终强度的大部分。因此，石膏半水合物可以单独使用，也可以和其他在本发明范围内的水硬性材料一起使用。

诸如“水化的”或“熟化的”水硬性混合物、材料或基体之类的术语指基本上由水催化的反应达到了足以产生基本上具有其潜在的或最终的最大强度的水硬性成形产品的程度。然而，水硬性材料在其获得显著的硬度和其最终的最大强度的很大一部分之后很长时间仍会继续在进行水化作用。

除了水硬性粘结剂和水之外，本发明的水硬性混合物可以包括骨料、纤维、流变改性剂、分散剂、加气剂和其他的添加剂，以便将所期望的强度和其他性能赋于硬化的和未硬化的混合物的基质。

诸如“生的”或“生坯状态”等术语是与还没有基本达到其最终强度的水硬性混合物相连系而使用，不论这种强度是通过人工干燥、熟化、还是其他方式得到的。刚好在被模制成所期望的形状之前或之后，水硬性混合物被说成是“生的”或处于“生坯状态”。水硬性混合物不再是“生的”或处于“生坯状态”的时刻并不一定是界限分明的，因为这样的混合物通常是随着时间才逐渐基本上获得其最终强度的。当然，水硬性混合物能在仍处于“生坯状态”时，其“生态强度”显示着增加。由于这个原因，此处的论述经常是指处于生坯状态的水硬性材料的形状稳定性。

如上所述，优选的水硬性粘结剂包括：白水泥、波特兰水泥、微细水泥、高铝氧水泥、矿渣水泥、石膏半水合物和氧化钙，主要是因为它们价格低廉而且适用于本发明的制造方法。水泥的这份清单是无法完全的，并且在可用于制造此处所附的权利要求书的范围中的水硬性材料容器的粘结剂的类型方面，也绝无限制。

本发明可包括其他类型的胶结组合物，例如在待批的专利申请No.07/981，615中论述的，该申请是以Hamlin M.Jennings，Ph.D.，Per Just Andersen，Ph.D和Simon K.Hodson的名义，于1992年11月25日申请的。题目为“Methods of Manufacture and Use for Hydraulically Bonded Cement”，它是专利申请序号为No.07/856，257的继展申请，后者是以Hamlin M.Jennings，Ph.D.和Simon K.Hodson的名义，于1992年5月25日申请，题目是“Hydraulically Bonded Cement Compositions and Their Methods of Manufacture and Use”（现已放弃），该申请又是专利申请号No.07/526，231的续展申请，后者是以Hamlin M.Jennings，Ph.D和Simon K.Hodson的名义，于1990年5月18日申请的，题目为“Hydraulically Bonded Cement Compositions and Their Methods of Manufactutr and Use”（也已放弃）。在这些申请中，将水硬性水泥粉末放在接近净的最终位置（a near net final position），并在加水进行水化作用之前先进行压实。

其他类型的水硬性水泥组合物包括那些有二氧化碳与水硬性水泥和水参与混合的类型。已知用这种方法制造的水硬性水泥组合物能较快速地获得其生态强度。这种类型的水硬性水泥组合物在待批的专利申请No.07/418，027中有论述，此申请是以Hamlin M.Jennings，Ph.D.和Simon K.Hodson的名义，于1989年10月10日申请的，题目为“Process for Producing Improved Building Material and Products Thereof”。其中水和水硬性水泥是在一种二氧化碳源存在条件下进行混合的，二氧化碳源可以是二氧化碳、一氧化碳、碳酸盐及其混合物。

使用水硬性混合物的一大优点在于，由之得到的基体通常是不溶于水的（至少在其使用期间），从而使其可以将加于水硬性混合物中的水溶性骨料或其他材料包住而不致溶于水中。因此，水溶性组 分可以掺入溶解性极小的水硬性基体中（若不如此，这种组分将会溶于水中），从而能将其有利的性能和品质带给最终产品。

2.水硬性糊浆

在本发明的每一个实施方案中，水硬性糊浆或水泥糊浆是最终使容器能够产生并发展其强度性能的组成部分。术语“水硬性糊浆”应指已经与水混合的水硬性粘结剂。更具体地，术语“水泥糊浆”应指已经与水混合的水硬性水泥。术语“水硬性的”或“胶结质的”混合物应指已经加入骨料、纤维、流变改性剂、分散剂或其他材料的水硬性水泥糊浆，无论它是处于生坯状态还是在其硬化之后。加于水硬性糊浆的其他成份是用于改变未硬化的以及最终硬化的产品的性能，这些性能包括（但不局限于）强度、收缩、柔软性、体积密度、绝热能力、色彩、孔隙度、表面光洁度和结构。

尽管水硬性粘结剂被理解为是一种使水硬性混合物硬化，从而达到材料强度性能的绝大部分的组分，但是某些水硬性粘结剂也有助于改善早期的粘附强度和生态强度。例如，已经知道水硬性水泥颗粒甚至在其变硬之前，便和水发生早期的胶凝作用;这对混合物的内粘附是有帮助的。

据信，各种铝酸盐，例如那些在波特兰灰水泥中更常见的铝酸盐（以铝酸三钙形式存在）在水化作用早期已引起了水泥颗粒之间胶体相互作用。这一情况继而造成了水泥颗粒之间发生一定程度的絮凝/胶凝作用。已经表明，这类粘结剂的凝胶化的，胶体的和絮凝有效应会使从该类粘结剂制成的水硬性混合物的模制性（即可塑性）增加。

下面将更充分地论述，象纤维和流变改性剂之类的添加剂能在抗拉、挠曲和挤压诸强度方面对水硬性材料有很大益处。但是即使纤维和/或流变改性剂作用的浓度很高并因此它们对硬化材料的抗拉和挠曲强度有很大贡献，现已表明，水硬性粘结剂却仍继续将最终 硬化材料的抗压强度提高不少。水硬性水泥还会显著降低硬化材料在水中的可溶性。

水硬性粘结剂在整个混合物中的百分含量可以是很不同的，取决于希望通过显微结构工程赋于水硬性材料容器的性能以及加入的其他组分的种类。然而，水硬性粘结剂的加入量最好约5%至90%（以湿的水硬性混合物的重量为基），较佳为约8-60%，最佳为约10-45%。

尽管对含量的范围在前面已有论述，但是应该认识到，所有的浓度和含量都严格取决于最终产品中所期望的质量和性能。例如，对于一种非常薄的壁结构（甚至薄至0.5mm），而又需要强度的场合，采用非常高百分含量的水硬性粘结剂而用很少或不用骨料将会更经济。在这种情况下，加入较多量的纤维以增进柔韧性或牢度是合乎要求的。

水硬性糊浆的另一个主要组分是水。根据定义，水是本发明范围内的水硬性材料不可缺少的组分。水硬性粘结剂和水之间的水化反应产生产物，使水硬性材料能产生和发展其强度性能。

在本发明的大多数应用中，为了获得模制后在生坯状态已能自我支承的水硬性混合物，仔细的控制水与水泥的比是很重要的。但是水的用量取决于众多的因素，包括在水硬性混合物中的水硬性粘结剂、骨料、纤维材料，流变改性剂和其他材料或添加剂的类型和用量，使用的模制或成形方法，以及要制造的产品类型和其性能。

对于任何给定的用途，水的优选用量主要取决于两个关键变量：（1）与粘结剂反应和水化所需要的水量;（2）赋予水硬性混合物必要的流变性和加工性所需要的水量。

为了生坯状态的水硬性混合物具有足够的加工性，水的通常用量必须足以润湿各种特定组分，而且也至少能部分填满颗粒（包括例如粘结剂颗粒、骨料、和纤维材料）的间隙或空隙。如果加入了水溶 性添加剂，还必须加入足够的水以溶解添加剂或与添加剂反应。在某些情况下，例如在加入分散剂的场合，使用较少的水能改善其加工性。

水的用量必须加以仔细平衡，从而使水硬性混合物具有足够的加工性能，同时应也认识到降低水含量会增加生态强度和硬化产品的最终强度。当然，如果在混合物中最初存在的水量较少，那么为了使产品硬化必须除去的水量也较少。

符合这些需求的合适的流变性可用屈服应力来作为表征。水硬性混合物的屈服应力通常在约5kPa至约5000kPa之间，较佳的混合物的屈服应力在约100kPa至约1000kPa之间，而最佳的混合物的屈服应力在约200kPa至约700kPa之间。所期望的屈服应力值能够予以调整（并且可能必须予以调整），这取决于用于成形容器的特定的模制方法。

在每一种成形方法中，最初含有相对较高的水对水泥的比是比较适宜的，因为考虑到多余的水可以在成形过程之中或其后不久对产品加热而除去。与造复合纸相比，本发明的重要特征之一是，最初混合物中的水含量低得多;因此，水硬性混合物的屈服应力较大。其结果是，与造复合纸相比，在本发明的情况下为了获得自我支承的材料（即形状稳定的材料），必须从最初混合物中除去的总水量就少得多。

但是，本领域技术人员应该理解，当含有较多的骨料或其他吸水性添加剂时，为了提供可与水硬性粘结剂水化的水以及相同程度的加工性能，水对水硬性粘结剂的比值应该较大。这是因为较大的骨料浓度所提供的颗粒之间的间隙或空隙体积较大，须用水填充之故。多孔质轻的骨料也因含很多的空隙，能在其内部吸收多量的水，并且导致透过性增大。

这两个相互矛盾的目标，即足够的加工性能和足够的生坯强度 这两者能够通过起初加入较多量的水，然后在成形过程中和用干燥隧道窑将大部分的水以蒸汽形式驱除来达到。此外，这两个互相予盾的目标可以在成形过程中通过采用高压力减少间隙体积来取得均衡，使得加工性能是足够的，而在成形后水含量低，因而生坯强度也是足够的。

通常最好在高剪切混合机中混合水硬性粘结剂、水和其他组分，这种混合机例如是在下列专利中公开和提出权利要求的那一种：美国专利No.5，061，319，标题为“Process for Producing Cement Building Material”;美国专利No.4，889，428，标题为“Rotary Mill”;美国专利No.4，944，595，标题为“Apparatus for Producing Cement Building Materials”;美国专利No.4，552，463，标题为“Method and Apparatus for Producing a Colloidal Mixture”;和美国专利No.4，225，247，标题为“Mixing and Agitating Device”。为了便于理解此类高剪工能量混合机及其使用方法，上述的美国专利No.5，061，319;4，944，595;4，552，463和4，225，247公开的内容已参考结入到本发明中。这些专利范围内的高剪切混合机可从本发明的受让者，加利福尼亚的E.Khashoggi Industries of Santa处得到。使用高剪切混合机，就会产生更为均质的水硬性混合物，以而导致产品具有更高的强度。

基于上述的条件说明，本发明范围的典型水硬性混合物的水对水泥之比应约0.01～4，约0.1～0.35较好，约0.15～3最好。此外，未反应的水的总量小于10%（重量）。此百分数是对干燥的已硬化的材料而言。应当理解，因为粘结剂颗粒与水发生化学反应，因而减少颗粒间隙中的自由水的含量，所以水硬性粘结剂对于水硬性混合物有内在干燥的效应。这种内在的干燥效应，能通过加入诸如石膏半水合物之类的快速反应的水硬性粘结剂连同慢反应的水硬性水泥而增强。

B.纤维

本说明书及附的权利要求书所用的术语“纤维”和“纤维材料”包括无机纤维和有机纤维。纤维能加入到水硬性混合物，以增加获得的水硬性材料的内聚力、韧性、断裂能量、抗拉强度甚至有时也会增加其抗压强度。纤维材料降低了水硬性材料容器在受到强大的截面力时震裂的可能性。

可掺入基体的纤维包括天然存在的纤维，也包括从玻璃、氧化硅、陶瓷金属和碳制得的纤维。玻璃纤维最好先经预处理以提高其耐碱性。其他天然存在的纤维包括从大麻、植物叶子、或茎中抽取的纤维以及木质纤维。其它可加入的纤维有塑料纤维、凯夫拉尔纤维和polyaramite。生物可降解的塑料，如聚乳酸和Biopol，是对环境中性的纤维，能大大增强基体。

可优先选用的纤维包括玻璃纤维、蕉麻、蔗渣、木质纤维（硬木和软木皆可，例如南部松）和棉花。可以使用回收的纸质纤维，但是因为它们在原来造纸过程上已发生了纤维的断裂，因此较不适用。但是任何等效的纤维，只要能引入强度和柔韧性的都在本发明范围之内。蕉麻纤维可从菲律宾的Isarog公司得到。玻璃纤维;例如Cemfill（R）可以从英国的Pilkington公司得到。

因为上述这些纤维，成本低，强度高，并容易得到，因此是可优选用于本发明的。然而，赋予抗压强度、抗拉强度以及韧性和柔软性（若需要的话）的任何等效的纤维都一定是在本发明范围之内的。唯一的限制性因素是加入的纤维在给予所期望的性能的同时，不与水硬性材料的其他组分发生有害的反应，而且不致污染用含该纤维的容器贮存的食物。

纤维最好要具有大的长宽比（即“形状比”），因为较长较窄的纤维可以将更大的强度赋予结构基材，而不显著增加水硬性混合物的体积和质量。纤维的形状比应该至少约10∶1，至少约900∶1较佳， 至少约3000∶1则最佳。

优选的纤维长度也应数倍于水硬性粘结剂颗粒的直径。其长度至少两倍于水硬性粘结剂颗粒直径的纤维才能用，10倍较佳，至少100倍更佳，而至少1000倍则最佳。

加入于水硬性材料基体的纤维用量可以很不相同，取决于最终产品所期望的性能，其中强度，韧性，柔软性和成本对决定在任何混合物配方中所应加入的纤维量是主要的标准。在大多数情况下纤维的加入量为水硬性混合物体积的约0.2%-约50%，较佳的为约0.5%-约30%，最佳的为约1%-约15%。

但应理解，纤维强度是决定纤维用量的一个非常重要的因素。纤维的抗拉强度愈大，就可以使用愈少的量，使制到产品获得相同的抗拉强度。当然，尽管一些纤维抗拉强度大，但是抗拉强度低的其他类型纤维可能弹性更好。因此，为了使获得的产品最大限度地具有多种性能，例如高抗拉强度和高弹性，可以混合使用两种或多种纤维。

还应理解，有些纤维例如南部松和蕉麻，具有高的撕裂强度和急裂强度，而其他纤维例如棉花则具有较低的强度，但却有较好的柔软性。在期望同时具有柔软性、高撕裂强度和高急裂强度的情况下，可以在混合物中混合加入具有不同性能的纤维。

此外，某些实施方案可以在混合物中使用连续纤维或用诸如凯夫拉尔纤维，polyaramite，玻璃纤维，碳纤维和纤维素纤维等的丝线绕组。连续纤维以螺旋形绕组方式使用也非常有用，因为它有显著增强基体的作用。螺旋形绕组是以螺旋形缠绕形式包上一层在容器壁上面或掺加在容器壁中。无论是这种螺旋形绕组缠在容器壁上或掺加在容器壁中，都可用第二层。这两层绕组，只要纤维缠绕的方向是交叉的就可以使强度有显著的增加。连续纤维可以与管材一起共挤压，形成容器的侧壁，其共挤压方式使纤维交叉式地互相重 叠。同样，连续纤维也可作为外部增强物用于由混合物成形的材板。该方法是将板材缠绕成一螺旋形绕的管子它在管的侧壁上同时将连续纤维缠包在板材上。

连续纤维也可和其他形式的纤维一起使用。使用连续纤维以及为其他形式的纤维和连续纤维结合起来使用，可以减少混合物中纤维的体积百分比。

C.流变性改性剂

加入流变性改性剂的作用是增加水硬性混合物的塑性或内聚性特征，其目的是使其行为更象粘土。流变性改性剂能在不很增加混合物粘度的情况下藉增加其屈服应力使水硬性混合物稠化。相对于粘度提高其屈服应力使得材料更有塑性，容易成形，同时使其生态强度有很大的增加。

可以使用众多天然的和合成的有机流变性改性剂，它们具有范围广泛的一些性质，包括在水中的粘度和溶解度。例如，在需要容器较迅速降解成环境良性组分时，最好使用更易溶于水的流变性改性剂。相反，为了为能够为经受长时间与水接触的材料制定配方，则最好使用在水硬性混合物硬化后，在水中溶解度较小的流变性改性剂，或者采用相对于流变性改性剂来说更高含量的水硬性粘结剂。

本发明期望用的众多流变性改性剂可以粗略地归为下列几类：（1）多糖及其衍生物，（2）蛋白质及其衍生物，（3）合成有机材料。多糖类流变性改性剂可以进一步细分为：（a）以纤维素为基的材料及其衍生物，（b）以淀粉为基的材料及其衍生物，（c）其他多糖类物质。

合适的纤维素基的流变性改性剂包括例如，甲基羟基乙基纤维素、羟基甲基乙基纤维素、羧基甲基纤维系、甲基纤维素、乙基纤维素、羟基乙基纤维素、羟基乙基丙基纤维素、木屑等。其可能变化的范围是很巨大的，在此不能一一列出，但是具有这些纤维素材料性能性相同或相似的其它纤维素材料，同样可很好地使用。

合适的淀粉基的材料包括例如，支链淀粉、直链淀粉、seagel、淀粉乙酸酯、淀粉羟基乙醚、离子性淀粉、长链烷基淀粉、糊精、胺淀粉、磷酸盐淀粉、和淀粉二醛。

其它的天然多糖基的流变性改性剂包括例如，algenic acid、藻胶、琼脂、阿拉伯（树）胶、瓜耳胶、利槐豆胶、剌梧桐胶和黄蓍胶。

合适的蛋白质基的流变性改性剂包括例如，玉米酵溶蛋白（取自玉米的酵溶蛋白）、胶原蛋白（从动物结缔组织中提取的衍生物，如白明胶和动物胶）和酷蛋白（牛奶中的主蛋白）。

最后，合适的合成有机增塑剂包括例如，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯甲基醚、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐，聚乙烯丙烯聚，聚乙烯丙烯酸盐，聚丙烯酰亚胺（polyacrylimide），环氧乙烷和胶乳，后者是一种苯乙烯-丁二烯共聚物。

上面列出的流变性改性剂中的不只一种可以用于某一特定的混合物，以达到所期望的塑性或流变改性效果，并优化屈服应力。此外，几种流变改变剂结合使用，可以在温度和水含量差别最小的情况下优化流变改性效果对形状稳定性的关系。

另一种不一定能清楚地归属于上述各种类型范围内的，可能有价值的流变性改性剂为聚乳酸。这种聚合物的流变性可通过加热而显著地改变，它可单独或与前述其它流变性改性剂结合起来使用。

有一种优选的流变性改性剂为甲基羟基乙基纤维素，例如Tylose F国15002和Tylose 4000，它们都可从Hoechst Aktiengesellschaft （Frankfurt，Germany）购得。分子量较低的流变性改性剂如Tylose 4000，能使混合物增塑而不是使它变稠，这在模制过程中是有用的。

更为具体地说，分子量较低的流变性改性剂在模制过程中对颗粒有润滑作用，这样就改善了水硬性混合物内流动性，从而降低了颗粒间以及混合物和与其接触的模具表面之间的摩擦。尽管甲基羟 基乙基纤维素流变性改性剂是优选的，但几乎任何能赋予所希望性能的无毒流变性改性剂（包括上述已列的任何一种）都是合适的。

能替代Tylose（R）或与Tylose（R）结合起来使用的另一种优选的流变性改性剂是分子量为20，000至35，000的聚乙二醇。聚乙二醇较多地是作为润滑剂使用，并使混合物具有更能产生光滑表面的稠度。因此，聚乙二醇可称作“增塑剂”。此外，它能使模制的水硬性成形材料具有更光滑的表面。最后，聚乙二醇可在混合物可溶组分的周围生成一层涂层，从而使硬化产品的水中溶解度更小，并且降低硬化产品的透过性。

本发明水硬性材料中的流变性改性剂的加入量通常为混合物重量的约0.5-50%。

D.分散剂

“分散剂”这个术语在此是指一类材料，它的加入可降低水硬性混合物的粘度和屈服应力。对分散剂用途更具体的阐述可见Anderson，P.J.的硕士论文，“Effects of Organic Superplasticizing Admixtures and their Components on Zeta Potential and Related Properties of Cement Materials”（1987）。

分散剂一般的作用是通过被吸附到水硬性粘结剂颗粒的表面和/或粘结剂颗粒的附近的胶体双电层中来进行的，这就在颗粒表面上或附近产生了负电荷，使颗粒互相排斥。颗粒的这种排斥使用使摩擦即吸引力减小，从而增加了“润滑”，而该吸引力在没有这种排斥作用情况下就会使颗粒的相互作用更大。所以在要保持水硬性混合物的加工性能时，开始只需加入较少的水。

在粘土状性能内聚力和/或形状稳定性要求不高的场合，大大减低粘度和屈服应力是希望的。甚至在加入很少量的水特别是“缺”水时，加入分散剂可帮助水硬性混合物保持加工性能。所以，加入一种分散剂就可以更少地加水，不过如果加入太多的分散剂，会使 成形的容器的形状稳定性有某种程度的下降。但开始加入较少的水，根据Feret方程从理论上讲，会使最终硬化的产品强度更高。

水量是否不足，这取决于用来使粘结剂水化所需要的化学计算水量和占据水水硬性混合物中颗粒之间空隙的水量，这是所述的颗粒包括水硬性粘结剂颗粒本身和骨料材料和/或纤维材料的颗粒。如前所述，颗粒填充减少了水硬性粘结剂和骨料之间的间隙，所以，充分使粘结剂水化和通过填充间隙空间以保持水硬性混合物的加工性能所必要的水，也就减少了。

但是，由于分散剂具有涂覆机理的特点，其加入到混合物中的次序经常产关键的。如果辊入一种絮凝/胶凝剂例如纤基乙酸钠Tylose），必须先加分散剂再加絮凝剂，否则，由于絮凝剂会不可逆地吸附到水硬性粘结剂颗粒的表面上形成保护胶体，阻止分散剂被吸附，因而分散剂就不能吸附到粘结剂结剂颗粒的表面上。

较好的分散剂是磺化萘甲醛缩合物，比如WRDA19，它从Maryland等，Baltimore的W.R.Grace公司可买到。其它的作用良好的分散剂包括碘化密胺甲醛缩合物，木质素碘酸酯和聚丙烯酸。

分散剂的加入量通常占水硬性粘结剂重量的约5%，较好的约0.25%-约4%较好，约0.5%-约2%最好。但是，由于分散剂会延缓例如水硬性水泥和水之间的水化反应，所以切不可加入太多的分散剂。事实上如加入太多，就妨碍了水化作用，从而破坏了整个水泥糊浆的粘合能力。

在本发明中所考虑用的分散剂有时候在混凝土工业中初称为“超增塑剂”。为了更好地将分散剂与经常作为增塑剂的流变性改性剂区分开来，在本发明中不用“超增塑剂”这一术语。

E.骨料

混凝土工业中常用的骨料都可用于本发明的水硬性混合物中， 但常常须磨得更细，这是由于本发明通常的薄壁结构所决定的尺寸的限制。用于来硬性混合物的骨料典型的直径约0.1μm-3mm。约0.1μm-0.5mm更佳，0.2μm-100μm最佳。

可以加入骨料到混合物中以增加其强度，用作填料降低其成本，减轻其重量，并/或增加其绝热性。骨料尤其是片状骨料也有助于产生光滑的表面洁度。有用的骨料的例子包括：珍珠岩、蛭石、砂（石英、煅烧的铝土和白云石的任何组合），砾、岩石、石灰石、砂石、玻璃珠、气凝胶、干凝胶、seagel，云母、粘土、合成粘土、硅藻、氧化铝、氧化硅、飞灰、氧化硅烟尘、片状氧化铝、高岭土、微球粒、空心玻璃珠、多孔陶瓷珠、石膏二水合物、碳酸钙、铝酸钙、软木、种子、轻质聚合物、硬硅钙石（一种结晶态的硅酸铝凝胶），轻质膨胀粘土、未反应的水泥颗粒、浮石、层状岩石和其他地质材料。

从广义角度看，未反应的水泥颗粒也可被认为是“骨料”。甚至废弃的水硬性材料，如本发明的废弃容器都能用作骨料填料和增强剂。

粘土和石膏两者都是特别重要的骨料材料，因为它们容易得到，价格极低，易加工，易成形，同时也因为如果以足够多的含量加入的话，它们还能提供一定程度的粘合作用和强度。粘土是一个广义词术语，用来定义几乎所有的可与水混合成形糊浆并且在干燥后硬化的泥土。主要的粘土含有氧化硅和氧化铝（用于制作陶器，瓦，砖和管道）和高岭土。两种高岭土是富硅高岭石（其化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O）和蒙脱石（其化学式为Al2O3·4SiO2·H2O），但是粘土可以含有各种各样的其他物质，例如氧化铁、氧化钛、氧化钙、氧化锆和黄铁矿。

此外，尽管粘土已有数千年使用历史，并且甚至不经煅烧就可变硬，但这种未经煅烧的粘土易受到水的碎裂作用，因此不用于制造将暴露于湿潮环境的容器。但是未煅烧和煅烧的粘土在水硬性材 料的基体中是一种好的、价廉的骨料。

类似地，石膏半水合物也是可以水化的，在水存在的条件下形成硫酸钙二水合物。这样，石膏可以表现出骨料和粘结剂两者的作用，这取决于加于水硬性混合物的是呈半水合物还是二水合物的形式（及其浓度）。

能将轻质性能赋于水硬性混合物的骨料的例子包括：珍珠岩、蛭石、玻璃珠、空心玻璃珠、碳酸钙、合成材料（例如，多孔陶瓷球、片状氧化铝等）、软木、轻质膨胀粘土、砂、砾、岩石、石灰石、砂石、浮石和其他地质材料。

除了用于水泥工业的常规骨料外，种类众多的其他骨料，包括填料、增强剂，包括金属和金属合金（如不锈钢、铝酸钙、铁、铜、银和金）、球或空心球材料（如玻璃、聚合物和金属的）、锉屑、块粒、粉末（如细微氧化硅）、和纤维（例如石墨、氧化硅、氧化铝、玻璃纤维、聚合物、有机纤维和典型地用于制备不同类型的组合材料的其它纤维）还都能与本发明范围内的水硬性水泥结合使用。甚至如种子、淀粉、明胶和琼脂类型的材料，在本发明中都能作为骨料加入。

从上面所述，可以理解，在混合物中某一种骨料的用量可以变化，这取决于一定的食品或饮料容器所期望的性能标准。骨料的用量可以极不相同，从不含骨料至骨料约占水硬性混合物重量的约80%，占约3-60%更佳，占约20-50%最佳。

还应该理解，对于某一给定的产品，这些骨料中有一些是用起来很好的，而其他一些则不能使用。例如，某些骨料可能含有有害物质，这些物质在某些用途时，可从水硬性混合物中浸析出来。然而，大多数优选的材料，不仅大多数无毒，而且比现有的一次性产品对环境的危害更小。

在本发明中使用纤维材料主要为了改善水硬性混合物的重量特性同，赋予混合物形状稳定性，并赋予所得基体以强度和柔韧性， 尽管某些纤维还将某种程度的绝热性能赋予最终产品。因此，“骨料”这个术语指所有其他的填充材料，它们是非纤维的，而且其功能主要是将强度、流变性，织构和绝热性能赋于材料。

按照本发明，时常最好还加入许多种不同尺寸和不同级配的骨料，这些骨料能够使骨料和水硬性粘结剂之间的空隙更完全地被填满。采用最佳的颗粒填充密度，可以通过消除空间而减少为获得足够好的加工性能所需的水量，那些空间是被通常称为“毛细水”的间隙水所填满的。此外，用水量减少，也就增加了最终硬化产品的强度（按Feret公式）。

为达到最佳的颗粒填充密度，可使用小至约0.5μm，大至约2mm范围的不同级配的颗粒尺寸。（当然，最终产品的用途和厚度将决定所用的不同骨料的合适颗粒尺寸。）本技术领域中的人员一般都知道，为了在最终水硬材料容器中获得所需性能，应加入哪些种类和哪些尺寸的骨料。

在本发明的某些优选实施方案中，为最大限度地发挥骨料的性能（如强度好、密度低、绝热性能高），可能需将水硬性混合物中骨料的用量最大限度地增加。为此，对水硬性材料可使用颗粒填充技术。

关于颗粒填充问题的详细讨论，可参阅本发明的发明人之一参与撰写的下述文章：Johansen V.与Anderson，P.J.，“颗粒填充与混凝土性质”，《混凝土材料科学Ⅱ》p111-147，美国陶瓷学会（1991）。其进一步的资料，可见Anderson，P.J.的博士论文“混凝土生产的控制与监测-颗粒填充与流变性能的研究”，丹麦技术科学院。由下面将给出的一些实施例，不难进一步理解骨料颗粒填充带来的好处，在这些例子中，混入了一些空心玻璃珠，这些玻璃珠是用多种不同尺寸的，目的是能最大限度地提高其在水硬性混合物中的用量。

在那些需要制成绝热性能高的实施方案中，最好在水硬性基料 中加入一种传导率或k因子（单位为W/m·K）低的轻质骨料。在美国，通常用来描述一给定材料总热阻的参数称为R因子，其单位为hr·ft2F/BTU，上述的k因子粗略地即是R因子的倒数。R因子这个参数描述一给定材料总热阻，是不考虑材料厚度的。但用于比较时，常将R因子归一化，以便描述每英寸厚度给定材料的热阻，单元为hr·ft2F/BTU·in。

在本说明书中，一给定材料的绝热能力则仅用衡量热导性的IUPAC方法的k因子来表示。将英制单位（hr·ft2F/BTU·in）表示的归一化R因子转化为用IUPAC法单位表示，只需乘以6.9335，然后对此乘积取倒数即可。一般来说，k因子很小的骨料也就含有多量的残存间隙空间即空气，这种情况也就大大降低骨料的强度。因此，绝热性与强度性质是相互竞争的，当对混合物进行一特定的配方设计时，应对这两方面进行权衡。

较优的绝热轻质骨料有膨胀的或层状的蛭石、珍珠岩、煅烧硅藻土、空气玻璃珠等，它们都含有大量的间隙空间。但是，可用的骨料决不止这些，上述的骨料常被选用，是由于价格低廉而且容易获得。尽管如此，任何骨料只要其k因子很低，能赋予水泥质容器充分地绝热性能，就在本发明的范围内。

F、空气空隙

当绝热性能而非强度是压倒一切的因素时（无论是用来对热的还是冷的材料进行绝热），可以使容器的水硬性基体中存在有细小的空气空隙来补充或代替采用轻质骨料来增加容器的绝热性能。渗入水泥质混合物中的空气量应仔细计算，以给出必要的绝热性能而又不致令容器的不透水性和强度降低到使容器不能使用的地步。但是，一般来说，如果绝热性能并非产品的重要性能，则应使所含的空气空隙量尽量小，这样就在最大限定地减小体积的同时，最大限度地提高强度和不透水性。含有空气空隙的基体，除非与涂层、衬里或叠 层一道使用以增加容器的强度和不透水性，一般只用于制造在低压条件下贮藏物质的容器。可与含空气空隙的基体一起使用的涂层、衬里或叠层，下面将详细讨论。

在某些实施方案中，引入非聚集空气空隙的办法可以是对水硬性混合物进行高剪切高速混合，此时且加入一种起泡剂或稳定剂以促进空气空隙的掺入。前面所述的高剪切高速搅拌机对此目的特别适用。合适的起泡剂和稳定剂包括常用的表面活性剂。目前一种较好的表面活性剂是多肽亚烷基多元醇类，如Mearlcrete 起泡液体。

在使用表面活性剂的同时，也可能需要用一种稳定剂如Mearlcel 3532 （一种阳离子型可生物降解的溶液）使夹带的空气稳定化。Mearlcrete 与Mearcel 均可从New Jersey的Mearl公司购得。另一种起泡稳定剂是松香皂树脂。此外，流变性改性剂也可起促使夹带空气稳定的作用。

在引入空气空隙的过程中，可以将高速搅拌机上面的气氛用一种气体如二氧化碳饱和，据发现二氧化碳能引起提前硬化，并有助于水硬性材料成形后的形状和其中空隙的稳定。这两个效果，据信是由于CO2与水硬性混合物中的氢氧离子发生反应，生成可溶的碳酸钠和碳酸钾的离子，这两种盐又进而与水泥中的铝酸盐相发生相互作用，从而加速混合物硬化的缘故。

泡沫稳定性有助于分散体系的保持，防止未硬化水硬性混合物中空气空隙的聚集。若未能防止空气空隙的聚集，水硬性混合物硬化后的绝热效果将降低，其强度也将减小。提高pH值，增大可溶性碱金属如钠或钾的化合物的浓度，加入诸如多糖类流变性改性剂之类的稳定剂，以及仔细调节水硬性混合物中表面活性剂和水的含量，这些措施都有助于提高水硬性混合物的泡沫稳定性。

另一个在水硬性混合物中引入空气空隙的可用办法，是将易氧 化金属如铝、锌、镁或锡加入到水硬性混合物中，如果该混合物原本是碱性的（例如是一种水泥质的或含氧化钙的混合物），或者已被改为碱性的，如含石膏或另一种较低碱性水硬粘结剂的混合物。这类易氧化金属与上述碱性的水硬性混合物发生反应，就在混合物中产生细小的氢气泡。将碱如氢氧化钠加入水硬性混合物和/或对其加热，就可增加产生氢化泡的速率。

在令水硬性混合物成形和/或硬化的过程中，时常需要对其加热以增加空气空隙体系的体积。加热措施还有助于迅速地从水硬性混合物去除大量的水分，从而增大成形产品的生坯强度。

如果将气体掺入了水硬性混合物，对其加热到例如250℃，气体体积会增加约85%（按理想气体方程）。若加热是适用的话，据发现，加热温度宜在约100℃至约250℃之间。更为重要的是，加热应适当地控制好，就不致在容器基体中产生开裂现象或在容器的表面结构中产生缺陷。

在其它一些用途中，水硬性混合物的粘度需要较大（例如某些成形工艺需要如此），这时通过高剪切混合产生足够量的空气空隙要难得多。在此情况下，在水硬性混合物中引入空气空隙的办法可以是加入一种易氧化金属如铝、镁、锌或锡到水硬性混合物中，如果该混合物原本是碱性的（例如是一种水泥质的或含氧化钙的混合物），或者已变成碱性的，如含石膏或另一种碱性水硬粘结剂的混合物。这类易氧化金属与上述碱性的水硬性混合物发生反应，就在混合物中产生细小的氢气泡。将碱如氢氧化钠加入水硬性混合物和/或对其加热，如下所述，就可增加产生氢气泡的速率。

还可能需要的是对混合物加热，以起动化学反应，增大氢气泡生成的速率。已经发现，将成形产品加热到约50℃至约100℃范围，更好是约7.5℃至约85℃范围，可以有效地控制反应，并驱去多量的水分。而且，这样的加热过程不致引起成形基体的开裂。在某些成 形工艺需用低粘度水硬性混合物的情况下，在基体中引入空气空隙的这第二种方法可以与高速高剪切混合引入空气结合起来采用，或者代替它。

在成形过程中，将空气空隙引入水硬性混合物中，可以采用加入发泡剂到混合物中的方法，当混合物加热时，该发泡剂会膨胀。典型的发泡剂含有一种低沸点液体和碳酸钙细粉（滑石）。将这两种物质混入水硬性混合物，然后一面加热，一面保持受压状态。发泡剂液体就渗入滑石颗粒的孔隙，当压力突然降低时，发泡剂就由那些孔隙中蒸发，并产生热膨胀。

在成形过程中，对混合物在加压的同时还进行加热。虽然热量一般会令发泡剂蒸发，增加压力却阻止其蒸发，暂时呈平衡。当成形或挤压过程结束，压力去除后，发泡剂就蒸发，令水硬性材料膨胀。这种水硬性材料最后硬化的状态就是在其基体中含有很细小的分散均匀的空气空隙。当混合物加热到水的沸点以上的温度，并保持压力达50巴，水也能起发泡剂的作用。

空气空隙增加了水硬成形容器的绝热性能，也大大降低了其体积密度，因而也就降低了最终产品的重量。这也就减少了制造容器所需的材料重量，并且减少了用后可弃置容器最终丢弃的材料量。

G.促凝剂

有时需要对混合物加入一种合适的促凝剂以促进水硬性混合物的初始硬化。这些促凝剂有Na2CO3、K2CO3、KOH、NaOH、CaCl2、CO2、三乙醇胺、铝酸盐、以及如HCl、HNO3和H2SO4这些强酸的无机碱金属盐。实际上，任何能增加石膏和Ca（OH）2的溶解度的化合物会加速水硬性混合物，特别是水泥质混合物的初始硬化。

加入到某一水硬性混合物中的促凝剂用量视听需加速硬化的程度而异。而这又取决于许多不同因素，包括混合物的配方、原料混合的步骤与成形或挤压步骤之间的时间间隔、混合物温度、促凝剂本身 的种类等。本领域的一般技术人员是不难按某一特定制造工艺的诸多参数来调节加入促凝剂的用量，以优化水硬性混合物的硬化时间的。其加入量一般小于水硬性粘结剂重量的2%。

Ⅲ.可密封的、液密的薄壁容器的成形

本发明可密封的、液密的耐压薄壁容器的成形方法有许多种。一种方法是将水硬性材料压紧成所需形状，然后令材料进行水化，这时材料与水之间基本上无机械搅和。另一些方法是先将材料与水进行机械搅和，然后用直接挤压法、模制法或薄板成形法加以成形。当容器通过上述之一的方法成形后，即可进行几个其它工艺步骤，如加热、覆以涂层或衬里、覆以叠层。

将水硬性粘结剂、骨料、纤维、以及可能还有空气空隙结合在一起可以获得一种组合物，该组合物能成形为与通常容器厚度大致相同的壁较薄的容器。这种化合物能容易地制成形状各异，包括空心壳体部分和罩盖部分之类的容器构件。

为使材料具有最佳的抗拉强度、韧性、绝热性能，在本发明中，纤维可以在整个基体中单向或双向地排列，而非混乱分散地排列。常用的较好办法是令纤维铺排在与水硬成形板材或器壁的两个表面的任一表面平行的平面上。

这样的纤维排列可以藉例如盘车拉坯法、冲压法、挤拉法、热压法、挤压法或压延法对水硬性混合物进行加工成形来实现。一般来说，纤维是沿成形过程中材料流动的方向取向的。通过控制模制过程中材料的流动方式，可以生产出具有所期望的纤维取向的容器。这些成形加工方法可以几乎完全消除比较大而连续的不需要的气泡，而在通常的混凝土制造中，这些气泡通常是不可避免地存在的。这就大大提高了水硬成形材料的抗压和抗拉强度，从而减少了容器受外部机械力时基体开裂的可能。

一般水泥质产品中不希望有的上述空隙缺陷与水硬成形基体中 不相连通的微细空气（或其它气体）孔隙不同，后者是通过导入气体，使用高剪切混合机或者加入活泼金属而有意识使之产生的。不希望有的空隙缺陷比较大，并且是混乱分布的，对绝热性能很少有好处，却大大降低基体的完整性，从而减小其强度。与此相反，有意引入的气泡或气隙一般是均匀细分散在整个水硬性混合物中的。这些气隙既有助于绝热，也仍能为制造容器提供足够的强度和不透水性，尤其当与涂层、衬里和叠层连用时。

采用含空气空隙的轻质骨料，一般有可能使容获得适用的绝热性能而仍增加其强度。这时应用更连续的、强度更高的水硬性粘结剂基体将颗粒聚结在一起。

为使本发明水硬性混合物能有效地成形，很重要的是，水硬性组合物在生坯状态应是形状稳定的，即成形了的产品须迅速（最好在三秒或更短时间之内）能够支撑自重。而且，它应充分地硬化，以便能承受迅速顶出模子时所受的力。否则，模制的成本会很高，以致工艺变得不经济。此外，成形制品的表面不可太粘，因为这会使出模、搬卸、堆放都遇到困难。

改变水泥，水、骨料、纤维和流变性改性增塑剂的量，可以控制水硬性糊浆的流变性即流动性。例如，若使用冲压法、盘车拉坏法或注射模制法来成形，常需由较高粘度的水硬性混合物开始，这就会获得在生坯状态形状很稳定的制品;在被成形后，它可以一直保持其形状，甚至直至干燥或硬化之前。

若使用挤压法、压延法、挤拉法或热压法，则水硬性混合物不宜太粘，其屈服应力应较低，使它更易流动和加工成形。因为用这些方法成形的容器通常须经加热以去除许多水分来获得更干燥、形状更稳定的产品，因此水硬性混合物无需象其它成形方法那样具有较高的屈服应力或初始形状稳定性。

然而，即使这种粘度较小的水硬性混合物在受热后也能很快地 获得形状稳定性，这就使得这几类方法在商业上是可取的，可以大量生产制品。这一点很重要，因为制品留在模子中时间越久，多数情况下制造成本就越高。

无论是需要粘度较大还是较小的水硬性粉浆，通常总是希望加入尽可能少的水量，只要能保证所用特定成形方法需要的流变性能。尽可能少用水的理由之一是为了控制水硬性混合物中水的毛细管作用，因为这个作用会使水硬性混合物发粘，从而在脱模时产生问题。水用得尽量少，就消除了自由水的存在，减少了材料与模子之间的化学和机械粘着。因此，应尽量减小水的毛细管作用和相关的表面张力，为的是使水硬成形制品快速脱模。

而且，水用得少，所得的水硬成形产品的强度会更大。何况最初水加得多，干燥或硬化过程中要去除的水量就较多，从而增加了制造成本。

为使水硬性混合物具有适宜的加工性能和生坯强度，重要的是调节水的含量并在其中结合使用流变性改性剂（有时还用分散剂）。如前所述，合适的流变性改性剂有许多种。

流变性改性剂会减小混合物的屈服应力，并使它塑性更好，从而易于形变和模制，并在模制压力卸去后仍保持其形状。模制产品就能承受各种的力，例如重力（即能在无外部支撑情况下支持自重），以及脱模时，在其基本上硬化前搬卸时所遇到的力。

为使制造过程方便，对各种常规的模制方法最好采用一些修正措施。例如，常需要一种脱模剂对模子进行处理，以防止粘模。适用的脱模剂有硅油、特氟隆、Deleron 和UHW 等。模子本身最好用不锈钢作材料，并/或覆以一层表面非常光滑的材料，如特氟隆、Deleron ，或者镀铬再抛光至0.1RMS。

利用摩擦力也可获得同样效果。令模具的顶部相对于水泥质材料的内表面和/或外表面旋转，可以防止任何化学的和机械的附着 即粘附。

在水硬性混合物成形和/或硬化过程中，常需对它加热以控制空气空隙体系，为的是适当控制其孔隙度和体积。加热还可使制品表面迅速获得强度，从而使之在成形之后的生坯状态立即具有形状稳定性。当然，加热又能迅速将大量的水分由水硬性混合物中去除。这些好处的结果就是采用加热步骤使容器的制造更为简便。

如果水硬性混合物中引入了气体，对该混合物加热到250℃，其中气体的体积将增加约85%（按理想气体状态方程）。若可以加热，温度宜在约100℃至约250℃范围。更为重要的是，只要控制得当，加热并不会在容器基体中引起开裂，也不会在容器的表面结构上引起缺陷。

事实上，在其模制过程中将CO2气体引入水硬性混合物，有助于模制产品迅速获得稳定性。从上面的讨论很明显地可以看出，稳定性的获得可藉通入CO2气体或引入产生CO2的材料，如锌或铝等易氧化金属来实现，而CO2产生的过程又可通过加入碱和/或加热的措施来加速。

A.水硬性材料的粉末压制

采用在以Hamlin M.Jennings，Ph.D.，Per Just Anderson，Ph.D.，Simon K.Hodson名义，于1992年11月25日提出的，题为“水硬性粘结水泥的制造与用途”的，申请号为07/981，615的待批申请中详细叙述的粉末压制方法，可以制成很致密的基体。该申请前面曾引用结合作为参考。

粉末压制是将水硬性粘结剂先固定成一所需的结构，然后将它用水进行水化，水化时基本无需将它与水进行机械搅拌。在水化之前将水硬性粘结剂粉末固定成所需结构的好处，是骨料可放在容器的基体中而不致受到通常制成水硬性糊浆时往往有害的、破坏性的搅拌力。

水硬性粘结剂粉末固定成预定的结构后，即予以水化。水化是通过水（气态和/或液态）扩散到容器的预结构中实现的。采用高压，水就可有效地穿透到容器的预结构中，与水硬性粘结剂起化学反应。可以在蒸压器中进行水化，它是一种可改变压力和温度的有用设备，便于控制水化条件。或者，还可加用载气来促进水化过程。

有许多种不同的方法可以将水硬性粘结剂粉末在水化前固定成预定的容器构件形状。适合的方法包括各种经改进适用的固体粉末加工技术，例如加压压紧即压制法、粉浆浇注法、塑性成形法、振动压实法、热压法、气动机械冲击法。

干压这种压制法是将粉末在一闭合式空腔的模子的表面之间进行压紧。粉浆浇注法特别适用于制造薄壁容器;这种方法是通过将水硬性粘结剂粉末的悬浮液浇入多孔模子来成形容器构件的，悬浮液的液体一般用水。多孔的模子将粉浆中的液体吸去，在模壁表面聚积一层颗粒。若令粉浆干燥，则含适当水量的制品就收缩，从而易于从模卸除。将剩余的粉浆倾出，就获得其外表面与模子内表面造成反象的制品。

此外，可用连续等静压法由水硬性材料成形管材，作为容器的侧壁。连续等静压制是将一个室内的混合物向着模子的方向进行压缩，并按与材料向着模子流动的方向垂直的方向进行压缩。模子的形状适合于能制出管子。连续等静压制的方法可得自德国的Handle。

在粉末压制过程中，可对粉末混合物加入内润滑剂以产生增塑作用。粉末混合物既经增塑后，即可用通常的塑性成形方法如挤压、盘车拉坯、湿压、注射模制等法进行操作。振动充填压制法则采用合适振幅的振动，能获得100%的理论充填密度，它是对一给定粒度分布所能获得的最大充填密度。

通常用于水泥工业的骨料是在水硬性粘结剂水化之前与它使用 在一起的。所加的骨料最好具有各种不同的尺寸，使它能填充骨料与水硬性粘结剂粉末颗粒之间的空隙，以达到更大密度。在水硬性粘结剂粉末水化之前还可加入其它的混合物组分。

和水硬性粘结剂粉末一起使用轻质骨料，可降低所得容器的密度。为降低所得容器密度，还可压制混有某种固体材料的水硬性粘结剂，这种固体材料例如冰、干冰、冰冻的水溶液或某些盐类，以后会熔化、挥发或溶解掉，在所得容器壁中留有空隙。

采用这些成形方法可以制得具有高抗拉强度和低孔隙率的容器构件。用这些方法成形的构件可以再进行加热，进行涂层，覆以衬里和叠层，进行印花和装配。

在本发明范围内，可将粉末压制法与其它一些已述的成形容器构件的方法结合起来使用。例如，可以用粉末压制法成形容器的空腔壳体部分，而用模制法成形该容器的罩盖部分。在本发明范围内，还可利用粉末压制法成形由水硬性材料与其它材料制成的多层叠板。这种用途的一个例子是在一个用粉末压制法成形的空腔壳体周围，将水硬性的片材层叠上去。

B.水硬性材料的机械混合

用于制备本发明容器的水硬性材料的混合系统包括一混合机、一传送装置、一挤压装置。各种原料通过一料斗经分别称重装入混合机，以使形成水硬性混合物。如前所述，应对水硬性混合物进行配方设计，使其具有所需的性质。因此，应按水硬性混合物的配方设计规定，控制各种散料的计量称重以保证合适的比例。

对于用模制法、挤压法或由预制干板材制造容器的方法来说，所用的混合方法基本上相同。但混合物的组成可以不同。混合物混合好以后，即可用任何一种上述方法成形为容器。

制备所需混合物的一种方法包括下列步骤：（a）将水硬性粘合剂粉末与水混合，形成糊浆即混合物，有时还添加一种分散剂;（b）用 高剪切能量混合法将一种纤维状材料（如纤维素纤维或其它来源的纤维材料如玻璃、塑料或金属的纤维）混入粉浆，纤维应在粉浆中良好分散;（c）在粉浆中加入一种流变性改性剂（如甲基羟基乙基纤维素）使它具有塑料状的流变性能;（d）用通常的低剪切能量混合法将一种或多种骨料混入粉浆，使它具有所需性能。在另一些实施方案中，可在混合物中还掺入其它添加剂，如加气剂和活泼金属使混合物具有所需性质。加入混合物的水量会影响高剪切混合所需的时间。含水量较少，所需的混合时间一般较长。

为保证纤维状材料充分分散在混合物中，添加纤维状材料是用高剪切能量式混合的。所得的混合物能更加均匀，这可以改善未硬化混合物的稠度，并增加最终硬化产品的强度。

若采用通常的水泥混合方法来加入纤维材料，结果会导致纤维材料的聚集，使所得容器或制品产生缺陷。标准混合机如圆筒混合机是对所需混合物的各组分起低能量搅拌作用或旋转作用来混合的。与此相反，高剪切能量混合机则与重型混合机相似，能够快速地混和，此时对水硬性材料的颗粒和加入的纤维材料施加高剪切力而不损坏纤维。结果纤维材料在整个混合物中分散均匀，为后来的容器带来均匀的结构。用高速混合机也可将较高强度的细颗粒状骨料如砂、二氧化硅或氧化铝混入。也可混入增塑剂、表面活性剂、稳定剂等。

然而，对于轻质骨料如珍珠岩、浮石、片状岩石等，通常最好采用低速混合机，以免将骨料碎裂成粉末。此外，用Tylose对水硬性混合物进行絮凝也常在低剪切混合条件下进行。

有一个实施方案，是将混合物中所用的各种原料自动而连续地计量、混合、去气、用双螺杆挤压机进行挤压。双螺杆挤压机中具有各种特定用途（如低剪切混合、高剪切混合、抽真空、泵送）的工作段。双螺杆挤压机中具有各种不同的螺纹间距和螺纹取向，使得各工作段 能完成其特定用途。也可以视需要先将各组分在一容器中预先混合。然后将预混合物用泵输送到双螺杆挤压机中。较好的双螺杆挤压机是采用转速相同的两根螺杆，且这两根螺杆按同向旋转。反向旋转的双螺杆挤压机，其两根螺杆转动方向相反，也可达到同样目的。捏和机也可同样地用于此用途。

另一个实施方案，是用一种既能进行高剪切混合又能进行低剪切混合的水泥混合机，如RV-11混合机（购自德国的EIRICH）按分批方式对原料进行计量和混合。这一简单混合机一般可供应水硬性混合物给下游成形容器的生产线。此混合机每批可处理13立方英尺的物料;如果每个混合周期为六分钟，物料为每立方英尺重31磅，则每小时能生产4000磅水硬性材料。

在又一个可选用的方案中，混合水硬性混合物的设备可用下述一些专利中所述的高能量混合机，这些专利是：题为“生产水泥建筑材料的方法”的美国专利No.5，061，319;题为“生产水泥建筑材料的设备”的美国专利No.4，944，595，题为“生产胶体混合物的方法和装置”的美国专利No.4，552，463，题为“混合与搅拌设备”的美国专利4，225，247;这些专利均曾参考结合于本发明中。这些专利范围内的高剪切能量混合机可得自California，Santa  Barbar地方的E.KHASHOGGI INDUSTRIES。

混合机内部的部件一般有硬质碳化物涂层，以便抵抗骨料和水泥对它的磨损，从而延长其使用寿命。但是本发明的水硬性混合物与许多类似混合物相比，造成的磨损较小，这是由于操作中所用的压力较小，而且是由于有过量水分存在，在施加压力时它很大程度上起着润滑作用。

C.由机械混合好的水硬性材料制造容器的方法

水硬性材料混合好后，即可用来成形容器的构件。主要的构件是空腔壳体部分和罩盖部分。这些构件成形后，在装配为容器之前， 可能仍需进行进一步的加工处理。

在本发明范围内，由水硬性混合物可用好几种不同的方法制成容器构件。容器的成形可采用这些不同方法的多种组合，这样就可以增大设计许多种具有所需性质容器的可能性。用这些方法由水硬性材料制造容器，使得通过选择成形方法来优化混合物的流变性质成为可能，并可以在成形后不久，由于其形状稳定性甚佳而就可对容器进行输卸等操作。

制造方法可分为三大类：模制成形法、干板材成形法、挤压成形法。模制成形，常需在将混合物成形为容器前将混合物进行去气处理。混合物的去气可藉挤压来进行。因此在混合物模制之前可进行挤压。与此类似，在由混合物成形为板材用于制造容器之前，对混合物去气也常是一个工艺步骤。

为在混合过程后对水硬性混合物去气，是令混合物通过一常规的活塞式挤压机，该挤压机使混合物穿过挤压模。从混合物挤压出来的制品的形状就取决于挤压模的横截面形状。模的形状应能使挤压出的混合物的比表面积达到最小，从而尽可能减少空气的混入，这是避免产生有缺陷的或不均匀的基体所必需的。如下面将更详尽讨论的那样，按照本发明，混合物可挤压为具有许多不同形状的制品，如柱形塞、平板材和空心圆柱形管材。挤压制品的形状取决于所生产容器的类型，也取决于挤压制品的成形是作为制品模制成形的预备步骤，还是作为由水硬性板材制成容器的预备步骤。

对混合物挤压时施加的压力数值与几个因素有关。高压挤压对生产高强度的容器有利。一般水的浓度越低，挤压制品的强度越大。但随着水浓度减少，混合物的加工性能也降低。这部分地是因为这时没有足够量的水包围颗粒来减少摩擦力之故。结果，混合物就难以定位和成形。

当较高压力施加到含水量低的水硬性混合物时，颗粒间的空间 就减小，结果混合物内所含的水对包覆颗粒就更有效，从而降低了颗粒间的摩擦力。因而随着压力施加于混合物，混合物就变为更富流动性即更易加工，结果需加入的水量就减少。相应地，水浓度的减少提高了所得制品的强度。将这一点应用于本发明，就是挤压机施加的压力越大，使混合物可加工所需加入的水量就越少。甚至在含水量很少的情况，也可加入内部润滑剂来使挤压易于进行，如同这种润滑剂用于粉末压制的情况一样。

虽然采用高的压力一般是需要的，但它在低体积密度容器、轻质容器和有绝热性能容器的生产中却也有负面效应。生产轻质制品，在混合物中一般是加入低密度骨料（如珍珠岩或空心玻璃珠）。当挤压机压力增大时，这些骨料会被破碎，从而增加骨料的体积密度，也就增加所制容器的密度;而且压碎骨料也使骨料的绝热效果降低，因为它已不再含有空气空隙。

一个较佳实施方案是在混合物挤压成容器前先对它施以一负的压力。其方法可以或是对挤压机连接一个真空系统，或是采用通用的真空挤压机，后者可以采用直接进料。负压力可以从混合物中去除夹带的空气。若未能去除这种空气，挤压制品的结构会有缺陷或不均匀。当然，在某些实施方案中，会需要在混合物中含有均匀分散的细小空气孔，此时则不需采用负压力。

但是，夹带的空气对于绝热性能是个有效的手段，因此某些混合物是有意设计成含有一定百分数的夹带空气。所以壁中含有夹带空气孔的成形制品具有低的k因子。

不难理解，通过挤压模对水硬性混合物进行挤压，将使该混合物中的纤维材料单向地取向，且取向方向基本上与挤压流向平行。

采用挤压法还可以直接成形容器的构件。可以改变挤压模的结构，以制成所需形状的容器构件。主要的构件是空腔壳体部分和罩盖部分。空腔壳体部分有侧壁、一个开口端和一个底部。通过改变挤 压模结构，例如可成形出一根管子作为空腔壳体部分的侧壁，也可成形出圆盘用作容器的底部。利用连续纤维或丝线绕组（其材料可是凯夫拉尔纤维、polyaramite、玻璃纤维、碳纤维和纤维素纤维）可以使挤压管子加固。此外，改变挤压模结构，还可以挤压出板材，这种板材还可以在其处于生坯状态时盘卷起来形成空腔壳体的侧壁。更具体地说，挤压出的板材可以切成所需的长和宽，切后的板有两个纵向边缘和两个横向边缘，然后对其横向边缘涂以粘结剂，再搭接起来。

1.模制法成形构件

有许多可能的模制法可用来制造本发明的容器，例如：注射模制、直接模制、湿板模制、干板模制和吹喷模制。使用一些装置，如剖分式模、多腔式模、顺序式模、多重脱离法模等，可以采用模制工艺中已知的一些常规模制法成形出容器。

大多数模制设备是用于热成形材料如塑料的，而本发明的水硬性材料却是热固性的。热成形过程是将一受热的材料加以成形，然后令其冷却，而热固成形过程则是成形后趁热令其固化。本发明范围内所用的方法和设备正是基于这个差别而加以改进的。此外，模制的方法和设备还作了改进，能够对成形时或成形后的水硬化过程进行化学活化。另一改进是，由本发明水硬性材料成形为容器所用的压力比由通常材料成形容器所用的压力小，这是由于水硬性材料中的用水量高，因而其流动特性优良之故。

但模制之前，水硬性混合物须先混合并在流变性能上制备成具有模制过程所需的稠度。为此，上述过程宜用挤压法，因为有些挤压机可用作连续计量、混合与去气的设备，以提高调节改变混合物和最终产品许多不同性能的能力。

2.注射模制法和直接模制法

（a）定位

水硬性混合物如上述制备之后，注射模制和直接模制的下一步就是将水硬性混合物定位在一套模子中，以便随后成形为水硬性材料的容器。一套模子包括一个具有所需形状的阳模和一个形状与阳模基本上互补的阴模。结果，当水硬性混合物在阳模的阴模间压制以后，它就成形为具有模内空间形状的容器。注射模制是利用一真空螺杆进料器将水硬性混合物注射进入模子中的。此真空螺杆进料器施加一定的压力差给混合物，使之定位在模子中。这个压力差将水硬性混合物中的夹带空气加以去除。若未能去除这种空气（除非这种空气是用于产生提供绝热处理性能所必要的空隙），则容器的基体结构会有缺陷或不均匀。

注射模制还可使用挤压机作为注射装置，它在活塞作用下向模制设备运动，将混合物挤压进去，然后离开。这种装置可用于在不同温度条件下挤压与模制，其好处是可避免挤压机被因模子热量而硬化的混合物所堵塞。这种挤压机的活塞作用可最大限度地减少模子向挤压机的热量传递，并且生产安全。

一旦混合物被挤压出来后，对混合物进行注射模制和直接模制的过程就是将混合物定位在阳模和阴模之间。阳模是部分地插在阴模之中，使得在两个模子之间有一段“空隙距离”。此“空隙距离定义为：为使两模配合，一个模相对于另一个模需移动的距离。当两模达到配合时，它们就互相套合，在其间构成一“模制区域”，所谓“模制区域”定义为容器所需的形状，它就是当模子配合时水硬性混合物所推入的区域。

当阴、阳两模定位在有空隙距离存在的情况下，在两模之间留有一空腔。此空腔涉及两个区域，一个是模子区域，一个是与空隙距离对应的模间区域。一旦模中空腔形成，就可将水硬性混合物通过阴或阳模中的小孔或通过空隙距离注入，定位到此空腔中，即处于两模之中。

在一较佳实施方案中，阴模是垂直地位于阳模之上。将水硬性混合物通过一个贯穿阴模的注入孔道注射到两模之间。阴模位于阳模之上的这种装置是较好的，因为一旦水硬性材料的容器压制成形好，而且两模分离以后，容器的重力就让它留在阳模上。这是很有利的，因为随后可从阳模上移去成形的容器而不致使它变形。

在将水硬性混合物定位之前，两模间的空隙距离宜尽量小，以限制后来压制即两模配合过程中水硬性混合物的运动，这样就减小了在最后容器中由于水硬性混合物的流动差异带来结构不规则性的机会。

阳阴两模之间的间隙距离一般约2mm至5cm，约2mm至3cm较好，约2mm至1cm最好。但应指出，对于通常的大型制件，间隙距离可能会大得多，以便于水硬性混合物的定位。

另一个将水硬性混合物定位在两模之间的方法是趁两模仍完全分离时进行的。这个方法是先将其量足以成形出容器的水硬性混合物先成形为一料块，然后将它置于两模之间，一般是放在阳模的预部。以后，随着两模的配合过程，料块就在模中受到压制。

在另一个实施方案中，用一型板来定位水硬性料块。在此实施方案中，阴模有一个带周边的底部;而型板则有一个基本上与阳模基部的周边可相配合的通道。

该方法是将一定量的水硬性混合物成形为一个具有直径足够大能跨过型板通道的料块。然后把此料块置于型板上跨过通道。最后将型板置于阳模和阴模之间，使通道与模板相配合地对齐。所以当两模被压到一起时，阳模就通过型板的通道把水硬性混合物压在两模之间。上述方法还包括一个步骤，即把型板放到阳模上使得当料块独立地被搁置在阳模上时，型板定位于阳模的基部。随后当两模被压到一起时，料块就在两模之间再被压制。与型板的应用相联系的其它优点，将在下面针对将成形的容器取出模子的步骤来讨论。

示于图1、2、7、8和11的容器的构件都是可用注射模制或直接模制这两种模制方法来成形的。例如，图1容器的成形，就是模制出图中的容器10的单个部件：空心壳体部分12、盖子24和帽子26。对每个单个部件，需用单个的模子。

为了整体地成形图1中的空心壳体部分，宜将一个挤压出的平板或柱塞定位于阳模的顶部。阳模上升将它向上顶入部分式的阴模。配合好的阴阳两膜就将挤压出的平板或柱塞模制成所需形状。阳模所保持的温度应低于阴模温度，以便于将模制构件脱卸。阳模的温度可在约85°-120℃。阴模的温度宜在约140°-150℃。两膜的温度差宜约10℃。由于在空心壳体开口端20的外面有外螺纹22，阴模需用剖分式的，以便将空心壳体部分从分成的两个半阴模之间卸除。

盖子24和帽子26的成形也是用类似的模制过程，不同的是阴模的两半需是剖分式的，而且阴模需能折迭（collapse），便以能卸除这种具有螺纹构件的部件。这类的模，例如有剖分式模、多重脱离法模、多腔式膜和顺序式模，它们属于常用来在模制技术中保证具有螺纹构型以及其它复杂构型的部件进行负脱卸的方法。

（b）模制中的加压成形过程

制造过程的下一步是将处于阳模和阴模的水硬性混合物进行压制，从而将它模制成水硬成形容器的所需形状。

将水硬性混合物成形为容器所需的形状是通过模子施加的压力实现的，因此压力应足够大。同时压力也应足够使容器具有均匀而光滑的表面。

对水硬性混合物施加的压力大小，对所得容器的强度也有影响。研究发现，所得产品的强度随混合物中水泥颗粒的接近而增大。在模间压制混合物所用的压力越大，水泥颗粒就被推得越靠近，从而增加制得容器的强度。也就是说，水硬性混合物中的孔隙度越小， 所得产品的强度越大。

对含水量少的水硬性混合物施加高的压力时，颗粒间的空间就减小。结果，存在于混合物中的水在包围颗粒方面变得更有效，从而减小其间的摩擦力。实际上，随着压力施加于水硬性混合物，它就变得更有流动性即更易加工。因此需加的水量便可减少。相应地所得产品的强度增大了。在本发明的应用中，由模子施加的压力越大，需加入混合物的水量就越少。

尽管大的压力一般是希望用的，但它也有负面效应。生产轻质水硬成形容器时，一般在混合物中加入密度小的骨料（如珍珠岩或空心玻璃珠）。当模子施加的压力增大时，这些骨料会被粉碎，结果增加骨料的密度，也增加所得容器的密度，同时就降低骨料的绝热效应。

因此，模子施加的压力应就尽可能大的强度和结构完整性以及水硬成形容器的低密度要求进行优化。本发明中，阳模和阴模施加于水硬性混合物的压力较好是约50psi至约100，000psi，更好是约100psi至约20，000psi，最好是约150psi至约2000psi。但如下所述，压力的大小随模制过程的温度和时间而异。此外，深度大的容器常需增加压制速度以减少压制所需时间。这是为了防止材料过早干燥而影响模制所需的混合物流动性之故。

压制过程中的作用还包括当模子压在一起时，将模间的空气驱动走的过程。若未能驱走这种空气将导致在水硬成形容器的基体中残存空气泡。一般来说，当模子受压时，模间的空气就通过空隙距离被驱除。

在某个实施方案中，阴阳两模可具有许多贯穿的出气孔使之可以透气。结果当两模受压靠近时，其间空气即通过这些气孔排出。这些出气孔就防止在模子空腔中生成会损坏水硬性材料容器的空气孔。

当两模分离时，出气孔还可防止在模子空腔中产生真空，因为空气会通过这些孔返回空腔中。这种真空会对新成形的容器产生不该有的力，从而破坏其结构完整性。而且，出气孔可以让加热过程（以后将论述）中产生的大量水蒸汽逸出。出气孔可以开在阴、阳两模的任何一个模上，也可开在两个模上。

（c）加热与形状稳定性

制造过程的再一下步是将模中的水硬性混合物加热一段足够时间，以赋予成形容器的形状稳定性。较好的方法是压制水硬性混合物之前，将阳模和阴模分别加热到某一温度。

在压制步骤前提高模子的温度具有几个作用。为便于将水硬性混合物模制成容器而又不使骨料破碎，混合物中要加过量的水。当经加热的模子与混合物接触时，其中的一部分水蒸发成水蒸汽，这就降低了水的体积百分数，增加了容器的最终强度。

而且，当容器表面的水分蒸发时，该部分的水硬性混合物迅速变得干燥。在水硬性混合物中的干燥颗粒就在容器的表面构成一个强度较大的薄壳，从而给容器赋予了形状稳定性。

热量传到水硬性混合物也增加了硬化速度。但如下所述，热的模子压在水硬性混合物上的时间很短，混合物中只有很少一部分发生硬化。因此形状稳定性所需的强度的大部分来自于干燥颗粒之间的摩擦力和相互粘着力以及内毛细管力。所以，即使在获得形状稳定性后，这时的容器仍处在生坯状态（未硬化状态）。

水硬性材料容器尚处于生坯状态就能迅速获得形状稳定性，这是很重要的，因为这样可以大规模生产容器。由于有了形状稳定性，容器就能迅速从压制设备移去，让同一设备继续成形新的容器。

令模子温度提高的另一目的是最大程度地减小水硬性材料与模子的粘着。当水蒸汽从水硬性混合物逸出时，它在模子与混合物之间生成一种边界层。这边界层产生相当大的均匀作用力，将水硬性 材料推离模壁，也就防止它粘着于模壁。

再者，实验发现，若阳模与阴模在温度上有差别，当两模分离时，水硬性材料有留在温度较低模子上的趋势。因此，可以选择当两模分离时要水硬成形的容器留在哪一个模子上，只要使该模温度较低即可。

为最大限度地加快制造过程，两模的各自温度如何是很重要的，而且部分地决定于模子与水硬性材料接触的持续时间。温度一般宜尽可能高，因为温度越高，容器表面干燥越快，从模子移去容器也越快，因此单位时间生产的容器数目越多。

但是，较高的温度也会产生问题，就是如果水硬性混合物太热的话，那么在整个混合物中而非仅限于容器的表面上的水，会转变为水蒸汽。这样，一旦两模分离时，所模制容器脱模时压力的突然卸除会导致容器产生裂纹甚至爆炸。（但这种产生裂纹的现象常可藉更快速地开启或封闭压模来解决）。

而且，水硬性材料硬化得越快，由于材料流动性有差别的缘故，水硬性材料容器中产生成形缺陷的可能性也越大。因为在两模相压靠近时，水硬性材料是靠流动变成所需容器形状的。但一旦容器表面的材料开始干燥，干材料与余下湿材料的流动性不同，这种流动性差异就会在水硬性材料容器的基体中引起一些缺陷，如聚团、空隙、开裂以及其它不规则性。

因此，时间与温度的关系是，随着模子与水硬性混合物接触的时间减少，模子的温度可以增高。而且随着模间空隙距离的缩短，温度也可增高，但是温度能提高是有限度的，以免水硬性材料容器损坏。

为达上述目标，加热阳模和阴模的温度宜在约50℃至约200℃，更好在约75℃至160℃，更好在约120℃至约140℃。由于前述的原因，两模分离后宜令水硬性材料的容器留在阳模上，故其温 度就较低。两模的温度差别应在约10℃至约30℃的范围。

加热的阴、阳模与水硬性材料都接触的时间，即两模保持配合的时间宜为0.05秒至约30秒，更好约0.7秒至约10秒，最好约0.8秒至5秒。

在一个可选用的实施方案中，对水硬性材料容器加热的步骤还包括：在两模分离后，但在容器从模子移去之前仍在阳模上时，将容器与加热的空气接触一段时间。这样做的目的是保证容器在移去之前是形状稳定的。

在另一个可供选用的实施方案中，对水硬性材料容器的加热步骤是通过对它用微波、X射线和红外线进行幅照。

（d）从模子移去

当模制制品获得某种程度的形状稳定性后，就从模子移去。在一较优实施方案中，当两模分离后，新成形的水硬性材料容器是留在阳模上的。在另一实施方案中，在两模分离时，模具作旋转运动以避免容器附着在其上面。

一旦两模分离，可向容器加热空气吹几秒钟（如前所述）以进一步增加其稳定性。这样，水硬性材料容器可以从阳模上移去而不致受损。较好的办法是用一种称为气动输送的方法来将水硬性材料容器从阳模上移去。气动输送这个过程是对容器施加一负压力将容器吸离阳模。然后容器通过-U形管道，正向垂直地堆放起来。

气动输送的方法是优选的，因为它对形状稳定的容器处置轻柔，投资成本和操作成本均较低廉。对容器进行干燥的空气可用来为沿管道输送容器提供气流。此空气的出口是穿过阳模的，空气通过该出口以一种均匀的力将容器推离阳模。这种空气出口的尺寸、形状和位置与前述的出气孔基本上相同。

在一实施方案中，空气出口与出气孔可以是同一的。穿过出口鼓出的空气量必须较低以防止损坏容器。在较优实施方案中，空气 出口可设计为位于阳模上，以便将容器冲顶离开阳模并进入管道中。

另一可用的实施方案是将水硬性材料容器用机械方式从阳模上移去，其具体方式就是拣起容器。但这种方法需非常仔细，以免损坏容器。用机械方式移去水硬性材料容器的较佳方法涉及应用一块型板。

将型板以其周边环绕地置于阳模的底部，它是可除去的。或者升高型板，或者降低阳模，通过水硬性材料容器的口承（lip），将水硬性材料容器承载于型板上。当容器从模子中移去时，因为其表面干燥，它的形状是稳定的。但是容器在其两壁之间的内部仍有生态的水泥，所以还没有达到其最大强度。在这种情况下，水硬性材料容器沿其垂直轴方向，其抗压强度最大。因此，使用型板的好处在于用来移去容器的力是沿着容器的最强轴施加的，从而最大限度地减少了容器变形的可能。

（e）初始硬化

一旦模制好以后，水硬性材料容器即令其按所需形状硬化。为经济地生产本发明容器，硬化需迅速进行到容器具有足够强度能承受装箱、运输和使用而不致损坏的程度。

容器的硬化可令受热空气与之接触（如在隧道窑中）来实现。受热空气可将水硬性材料中的一部分水分驱去，这样就增加颗粒间的摩擦力，从而提高所得容器的强度。而且，受热空气还提高制品中水泥的反应速度，这就是说，制品通过熟化获得早期强度。因此，硬化既是由于颗粒间摩擦力的增加，也是由于水硬性混合物的熟化。

在较佳实施方案中，容器硬化程度只达到它具有能装箱和运输而不受损的强度。理想的情况是，硬化后的容器仍含有少量未反应的水，以便容器在使用前的运输和贮存过程中继续熟化，增大其强度。

在另一实施方案中，用空气吹容器，以增加水硬性材料干燥的速度，也就增加硬化的速度。

空气还可用能调节容器固化时所在氛围中的湿度、压力和温度的蒸压器来提供。增加湿度和温度有助于水硬性混合物水化得更为完全，因此可生产出强度较大，透液性更低的容器。

无论如何，隧道窑中的温度不宜超过250℃，以免水硬性基体开裂，纤维或增塑添加物损坏。优先选用的温度为20°-250℃，较佳为30°-200℃，最好为20°-250℃。

容器构件在隧道窑中的停留时间取决于窑中的温度，也取决于被处理容器构件的厚度。若壁厚为1mm，且隧道窑中温度为200℃，则构件在窑中停留的时间宜为45秒。

总之，关于水硬性材料产品的干燥硬化处理，可作下列结论：

1）温度越高，处理时间越短。

2）空气速度越大，处理时间越短。

3）一旦大量的水由容器去除之后，若温度超过250℃，材料中的纤维将发生燃烧，结果纤维和容器的抗拉强度降低。

4）容器壁越薄，处理时间越短。

5）温度越高，容器的抗拉强度越低。

6）空气速度与窑中处理的总时间对容器抗拉强度影响不大。

3.湿板材模制法

（a）挤压

一旦水硬性混合物调和好以后，就将它通过批量转移输送系统运送给挤压机。在其中，水硬性混合物通过合适的挤压模先被挤压成厚度精确的板材，然后令此挤压材料再通过一对或多对减薄轧辊。

在挤压机的内室中，有一螺杆起前向压力的作用，将内室中的水硬性混合物推进，朝向一个具有横向狭缝的挤压模头。模头狭缝 的模截面形状恰能产生所需宽度和厚度（一般对应于狭缝的宽度和厚度）的板材。

另一办法是，挤压机设备中是使用活塞代替螺杆产生前向的压力，令水硬性混合物沿内室前进。其优点是对混合物施加的压力大得多。然而，由于本发明一般采用的混合物塑性很大，因此产生比螺杆式挤压机压力更大的压力并不需要，有时甚至并无好处。

而采用螺杆式挤压机的一个重要优点，在于它能够去除水硬性混合物中不宜有的较大空气空隙。若未能去除这些空隙，将使板材的结构有缺陷或不均匀。去除这种空气空隙，可以用挤压工艺中人们熟知的常规放气手段来进行，即混合物先藉第一根螺杆输入一真空室，然后藉第二根螺杆挤压通过挤压模头。

作为另一办法，可用被称为“排气”的方法将空气空隙从水硬性混合物中除去，即过量的空气在内室的压力下先聚集起来，然后当混合物藉螺杆作用受到压缩并推动向前时，空气由挤压室逸出。

虽然挤压模头狭缝的宽与厚取决于所制板材需要的宽与厚，但挤压出的板材厚度常至少为最终经减薄压延后板材厚度的两倍，有时为多倍。压延减薄量（因而对应的厚度放大倍数）取决于所制板材材料的性质。因为减薄过程有助于控制纤维取向，减薄量常也要与所需取向度相适应。

此外，厚度减薄量越大，板材的伸长度也越大。在一代表性制造过程中，厚约6mm的挤压板材被压延成厚约0.5mm至约1mm的湿板材。

虽然模头狭缝通常呈长方形，但它的形状也可以是厚度沿其宽度而增加的，这样就能成形出沿其宽度具有不同厚度的挤压板材。在此情况下，一般也需将此种板材通过具有不同凹口或空隙的一系列轧辊，这些凹口或空隙对应于挤压板材厚度增加的区域。这样，就能生产出具有更大强度和刚性的加固区域的板材。

除用窄的模头狭缝成形平板材外，也可用其它模头成形其它形状的制件，唯一要满足的条件是挤压出的制件的形状应能通过一对轧辊。此外，挤压非常宽的板材是不适宜的，因为这将需用一种很大因而价格昂贵的模头。可用的办法是先挤压出一根管子，然后就在模头外面用一刀具将它连续切开，展开成板材。

厚板材含材料较多，当然也需要较多的被挤压材料。挤压出厚板材，然后采用减薄，仍能获得高生产率。

前已述及，当水硬性混合物水量不足并且具有一定程度优化的颗粒填充时，需用充足的压力来暂时地增加混合物加工性能。混合物中水量不足，颗粒间隙中的水就不够润滑颗粒来提供正常含水量条件下的充分加工性能。

然而，当混合物在挤压机内受压时，压力就将颗粒压紧，减小其间隙，从而增加可用于润滑颗粒的表观水量。这样，混合物的加工性能就增加直到混合物被挤压通过模头为止，正是在些位置，混合的内聚力、塑性、模制性和生坯强度等性能都增加，而这些一般都是需要的。

应该知道，挤压过程中对水硬性混合物所施加的压力不可太大，以致使轻质强度骨料（如珍珠岩、空心玻璃珠、浮石或层状岩石）破碎。

鉴于上述的因素，挤压机压力约为50kPa至约70MPa较好，约150kPa至约30MPa更好，约350kPa至约3.5MPa最好。

在某些场合，特别是需要制成低密度高绝热性的板材时，在挤压过程前添加一种发泡剂可能是有利的。

应该知道，水硬性混合物通过模头的挤压过程会使混合物中的一根根纤维沿“Y”轴即挤压板材的长度方向取向。下面可见到，压延过程将使纤维在板材减薄拉长过程中进一步取向。此外，采用在“Z”方向具有不同空隙距离的轧辊（如圆锥形辊辊），有些纤维也会 沿“X”方向即沿板材宽度方向取向。因此通过挤压与压延相结合，可以制出具有双向取向纤维的板材。

（b）模制中的成形过程

板材成形后，下一步是将板材的一部分制作成容器或制件所需的形状。在较佳的实施方案中，板材是在一个具有所需形状的阳模和一个形状基本上与阳模成反象的阴模之间进行压制。随着板材的一部分在模子中受压制，混合物就成形为符合于模中形状的构件。

虽然整体单件模子（阳模和阴模都各是一个整体件）由于简便价廉而较好，但也可以用剖分式模和顺序式模。采用多件剖分式模可以生产复杂形状的构件，并且还能方便地脱模。

与模子的各部件是同时压成制品的部分式模不同，顺序式模是一种其各部件依序压成所需容器的模子。选择模子各部件施压的顺序和时间，可以成形出厚度更为均匀的复杂容器。

例如，可用顺序式模来制造具有一个底部和侧壁的碗。先压出其底部，板材的其余部分被拉入靠紧阴模的侧面。阳模的侧件然后加压，就形成碗的侧壁而不致拉长板材，结果碗的厚度就比较均匀。

如同直接模制法一样，当确定该使用多大的压力时，应考虑到模子施加在板材上的压力有好几个作用。与直接将混入物注入进行模制一样，用湿板材进行模制时，上述的条件参数和注意事项一般也适用。

由板材制作成容器，通常用于塑料工业的各种真空成形方法也可采用。真空成形是将大气压力（约14.7psi）迫使板材贴于模壁，与其形状一致。阳模和阴模都可用于真空成形。

用于说明书与所附权利要求书中的“真空模”这一术语包括用于真空成形的阳模或/和阴模。

披盖式成形技术是用于阳模的。板材被定位在阳模的顶部，或 者阳模放入板材之中。然后对板材与阳模之间的空气抽以真空，将板材紧贴于阳模周围。所得产品在其中部最厚。因为在中部，材料最先接触模子。而最后接触模子的边缘部分的高拉伸区域则最薄。

直接真空成形是使用阴模的。将板材密贴于阴模的顶部。对模腔抽真空，大气压力就将材料推压贴紧于模腔的侧壁。这种成形方法得到的材料分布是在中部薄，在边缘厚，与用在阳模上的披盖式成形法所得的同一部件基本上相反。

披盖式真空成形与披盖式成形相反，却与直接真空成形相似，不同的是在模腔抽真空之前板材的边缘一直被压向阴模的底部。这就为模制过程提供了较佳的真空度。

急速返回式、波浪/空气滑动式、空气披盖式的成形技术都是用来改进在阳模上的制出的产品的壁厚均匀性的多步骤真空成形技术，其方式都是在板材与阳模接触之前，对其先进行预延伸。结果板材的表面积也有所增加，从而与模子吻合得更为紧密。

急速返回式真空成形法是用一真空盒对板材进行预延伸。真空盒装在与阳模相对的一个台板上。水硬性板材与真空盒紧贴，然后让真空盒产生足以使板材作所需量变形的部分真空。模子于是被推压进入凹形的板材。将真空盒通大气，于是真空就吸模子、大气压力就迫使板材紧贴着模子。

波浪/空气滑动式真空成形法则是采用一个压力盒，阳模置于其内部，先让材板贴着压力盒。用压缩空气对压力盒充压，于是板材就鼓浪形成一个泡，这样就使板材产生了适当的延伸。将阳模推压进入板材的凸形泡中。然后对压力盒和阳模抽以真空，迫使板材紧贴着模子。

波浪披盖式真空成形法是一种反向延伸技术。它是采用一个压力盒在板材上鼓出一个泡。装在压力盒对面的阳模被推压进入板材的凸形泡中。将气泡中的压力空气以控制的方式放空。通过被放空 的空气量与被模子置换的空气量的配合，板材就被涂抹（即披盖）在模子上。当模子完全充填板材后，对模子抽以真空，然后压力盒放空于大气，完成成形操作。

柱塞协助式成形技术和波浪/柱塞协助/急速返回式成形技术都属于多步骤真空成形技术，它们是用来改进用阴模生产的部件的壁厚均匀性的方法。这些技术都利用机械的协助手段（柱塞）迫使更多的材料进入部件的高度干燥区域。

柱塞协助式真空成形是与直接真空成形或披盖式成形结合起来采用的。柱塞装在阴模对面的台板上。将板材紧贴着模子，在模子抽真空前，柱塞将板材推入模子中。对模子抽真空后，板材就受力脱离柱塞，紧贴于模腔的壁上。

波浪/柱塞协助/急速返回式成形技术则是结合了几种成形技术。将板材紧贴着阴模。对模子充压，在板材上喷吹出一个泡，使之产生延伸。装在模子对面的一个柱塞受力压进板材的凸形泡中，令泡中被置换的空气有控制地放空，结果板材就披盖在柱塞上面。当柱塞充分伸出后，就对模子抽以真空，板材被推离柱塞，压向模子。

压力成形技术除用大气压力外，还可用压缩空气。压力一般约40Pa至约200Pa。压力成形技术需要特殊的设备，该设备是采用置于压力箱中的台板和/或模子，压力箱能保持所需的压力。压力成形法又可与任何一种前述的真空成形法结合使用。

用双板材成形法可制造空心体部件。两块板材定位在两个具有配合周缘或接触表面的阴模之间。这两个阴模的空腔形状可以相同或不相同。两个阴模移动到一起时，就将两块板材在两模配合的地方结合在一起。这两块板材可以同时压力成形，也可以先真空成形，然后再用通常的方法进一步成形。

用于权利要求书中的“真空成形法”一词除了指上述各种真空成形方法外，还包括压力成形法或双板材成形法。

（c）加热与形状稳定性

模制成形后，使水硬性材料产品获得初始形状稳定性的方法与前述直接模制法产品的情况基本上相同。

（d）干燥硬化

一旦水硬性材料产品具有了初始形状稳定性，就可用与前述直接模制法产品一样的各种方法进行干燥硬化。

4.由干板材成形构件

（a）挤压

用于“由干板材成形构件”的挤压法，在所有实质性方面都与用于湿板模制法的挤压法基本上相同。当然，沿生产线使用不同的加工设备，会需要对挤压法进行某些修改，但根据上述的内容，这些修改是本领域技术人员能够胜任的。

（b）压延

在干板材成形法的大多数实施方案中，最好令挤压出的板材通对至少一对轧辊进行压延。这样就可使板材减薄，使板材中的纤维取向或改进材板的均匀性和表面质量。在某些实施方案中，压延步骤可用作减薄步骤、纤维取向步骤、表面加工步骤或一个干燥步骤。

当板材通过一对轧辊其厚度减薄时，它在向前运动的方向上也伸长。伸长的一个结果就是纤维将进一步在“Y”方向上取向排列。这样，压延减薄过程与原来的挤压过程相结合，就制出纤维沿“Y”方向即长度方向基本上单向取向的板材。

对板材的这种轧压过程，以及进入的板材与轧辊的速度差对板材产生着一定大小的剪切力。若此剪切力过大，板材基体的完整性会受到损坏，其内部会产生缺陷，其强度会显著降低。因此，板材的减薄应分阶段进行，每一阶段的减薄应很小，以防止损伤板材。大多数情况下，板材通过每一对轧辊的减薄量应小于约80%，小于约50%更好。

每个轧辊的直径应按水硬性混合物的性能和板材的减薄量进行优化确定，此时应考虑两个互相竞争的因素。第一个要考虑的是，较小直径的轧辊，当其间有板材通过时对板材施加的剪切力较大。这是因为板材通过较小直径轧辊时，对一给定速度，水硬性材料板材的减薄速度大得多。而采用较大直径的轧辊，当板材通过其间时，板材的较多部分与轧辊表面接触。所以与用直径较大的轧辊相比，用较小直径的轧辊时，将板材轧压变薄的过程是沿更短的距离并在更短时间内完成的。

然而，采用大直径轧辊也有缺点，就是水硬性材料与轧辊的接触时间较长，结果在压延过程中板材的干燥程度增加。虽然某种程度的干燥是有利的，但压延时干燥太快会在材料基体中引起裂缝和其它缺陷。而采用较小直径的轧辊，压延过程的干燥效果就可以小些。

对轧辊表面最好进行处理以防止水硬性材料板材对它的粘着。一个方法就是加热轧辊，它会使水硬性混合物中的某些水分蒸发，在板材与轧辊之间产生了水蒸汽屏障。部分水分的蒸发降低了混合物中的水含量，从而提高板材的生坯强度。但轧辊的温度不可太高，以免板材表面干燥硬化到在板材中产生剩余应力、开裂、剥落或其它缺陷的地步。因此当板材压延减薄时，轧辊加热的温度宜为约50℃至约140℃，更好约70℃至约120℃，最好约85℃至约105℃。但当对板材压延的主要目的是干燥板材时，如下所述，可用高达250℃的温度。

此外，加入比表面积小的骨料，可以减小板材的干燥速率。较小表面积的骨料与较大表面积的骨料相比，它较难放出吸附在骨料中的水分。

最后，据发现对本发明水硬性混合物加热，会增加混合物与水之间水化反应的速度。对本发明水硬性混合物加热就有可能在短至 一天的时间内导致水硬性粘结剂的显著水化。因为在水化反应达到标准的28天程度之前，即可达到最大强度的很大一部分，所以本发明水硬性材料的板材如果受热，则在短至10分钟内即可达到其最终强度的很大一部分。

在一个可选用的实施方案中，水硬性材料板材与轧辊之间的粘着可藉冷却轧辊至室温或室温以下的办法来减小。在挤压机中将混合物加热至例如约85℃，然后冷却挤压板材的表面，就使蒸发的水分凝结，据认为这就在板材与轧辊之间产生一层水薄膜。轧辊的冷却固然应足够防止板材表面粘着于轧辊，但不宜太冷，以致板材冻结或者变得刚性太大即难以变形，结果在压延过程中发生裂纹或碎裂现象。

对材料冷却过分也会大大阻碍水化反应，虽然在某些情况下这是需要的。因此，将轧辊冷却到约20℃至约40℃为宜，约0℃至35℃更好，约5℃至约30℃最好。

减小轧辊与水硬性材料板材之间粘着程度的另一方法是处理轧辊。轧辊一般用抛光的不锈钢制造，并覆以一层非粘着材料，例如抛光的铬、镍或聚四氟乙烯。

已经发现，采用一个略呈圆锥形的轧辊与一个平轧辊相配合，可以在获得相同减薄量的同时，使板材中纤维的取向受轧辊向下压力向量的影响。由圆锥形造成的“Z”方向上的空隙差异可以控制，以防止板材在“X”方向上的铺展即加宽（除非这种加宽是需要的）。加宽往往是不适宜有的，因为加宽的部分通常厚度不一致，需修整除去。采用圆锥形轧辊，可以获得较大的伸长量和减薄量而无需对板材施加更大的剪切力。

使纤维取向能最大限度地提高抗拉强度，赋予纤维在取向方向上的性能。此外，纤维取向对加固板材中的“铰链区”或“划痕”特别有利。长度比弯折宽度大的纤维在弯折的两侧起着连接材料的桥接 作用，即使基体沿弯折处已部分地或显著地开裂。如果纤维一般都与弯折部分垂直，则桥接作用增大。

最后应该知道，由于水硬性混合物有可塑性和较好的加工性能，压延过程在板材中一般不会产生很大的压缩。换句话说，在压延过程中板材密度基本上保持不变，虽然会期待有某种程度的压实，特别是材板通过减薄轧辊时已经很大程度干燥了话。若需压实，板材可在一干燥步骤之后通过一对压实轧辊，对此后面将较详叙述。

本领域的普通技术人员不难理解，挤压步骤并不一定需要采用本领域意义上的“挤压机”。挤压步骤的目的是为轧辊连续而有调节地供应水硬性材料。而且挤压步骤可有利地产生在材料流动方向上的纤维取向。也可以采用本领域技术人员所知的其它机械，来实现“挤压”（即材料通过一适当开孔产生流动）。

（c）滚筒干燥

虽然压延步骤时常对水硬性材料板材产生部分的、甚至很大程度的干燥作用，但最好还要进行进一步干燥以获得具有所需拉抗强度和韧性的板材。为此可采用若干种方法，它们都是加热板材以驱除其中的过量水分。一种较好的干燥方法是使用大直径的加热干燥滚筒。有些加热干燥滚筒在本技术领域中称为“Yankee”滚筒。关键是几个滚筒的所有表面积之和应足以有效地实现板材的干燥。

与减薄轧辊（一对对排列的轧辊即滚筒）不同，干燥滚筒是单个地排列的，板材是依序地经过这些滚筒的表面。这样，水硬性材料板材的两面都相继逐步受到干燥。板材在压延步骤中是按平直的途径通过一对对压延减薄轧辊，而在干燥步骤中板材一般是按正弦形状的途径包绕着一个个滚筒（如“Yankee”滚筒）。

板材与第一个干燥滚筒相邻贴的这一面被该滚筒干燥，这时另一面则曝露于空气。受热的材板以蒸汽的形式失去水分，蒸汽可从 滚筒的边上或与滚筒相对的板材那一面逸出。蒸汽也可在板材与滚筒之间提供防止粘着的屏障。干燥滚筒的表面可以有一些小孔让水蒸汽在干燥步骤中逸出。

当板材继续行进时，它被卷到第二个干燥滚筒上，其另一面与滚筒表面接触，进行干燥。这个过程可按板材干燥的所需量进行多次。有时可能需要对板材的一个面比另一面多干燥一些。

干燥滚筒的温度决定于几个因素，包括板材经过该滚筒时的含水量。无论如何，干燥滚筒的温度应低于约300℃。虽然水硬性材料不应加热超过250℃以防止有机组分（如流变性改性剂或纤维）破坏，但滚筒也可超过这个温度，只要混合物中有足量的水分能在蒸发时起冷却作用。但干燥过程中，随着水分的减少，滚筒温度应有所降低以免材料过热。

有时，将一干燥室或干燥隧道窑与干燥滚筒结合使用较为适宜。为充分发挥热对流干燥的作用，常需令加热空气流通以加速干燥过程。

有些情况下，上述的干燥过程就是板材处理的最后一步，以后板材即可用于成形容器等部件，绕在卷筒上或叠置待用。另一些情况下，特别是需要表面更光滑的、更象纸一样的光洁度时，在干燥步骤后尚须添加一步或多步（包括一压实步和/或一精整步），对此下面将作详述。若是压实，一般应在板材中留有一些水分以防压实步骤中基体产生裂缝。若干燥后不进行压实，则一般应将板材充分干燥以尽快最大限度地达到其强度和韧性。

（d）压实与精整

很多情况下，需对水硬性材料板材进行压实或精整，以获得最终厚度、尺寸公差和表面光洁度。压实过程还可用来去除基体内不需要的空隙。板材在显著干燥后通过一对压实轧辊，压实后的板材一般密度和强度较大，表面缺陷减少，厚度较薄。

压实过程最好应只减小厚度并提高密度，而不使板材进一步伸长，并且没有使其基体强度降低或产生碎裂。为此，重要的是控制好干燥过程，使板材的含水量在一最佳范围。若板材含水分太多，压实轧辊将如同减薄轧辊那样使板材伸长。事实上，压实轧辊基本上与减薄轧辊相同，仅有的差别是只要板材干燥足够，它只产生压实作用而无伸长。

另一方面，在压缩步骤之前，板材若过分干燥，则产生的板材强度有所降低。水硬性材料板材若干燥硬化到某一程度，其基体将不可能压实而不产生裂缝，若产生裂缝，即使很微小，肉眼看不到，也会降低其最终强度。但是干板材的压缩过程可通过在其表面喷水加以改进，它有为板材提供足够水分，并使压实颗粒固定在板材表面上的作用。

有时还需将水硬性材料板材通过一对或多对精整轧辊以改善其表面质量。例如，为生产一面或两面非常光滑的板材，可令它在一对硬、软轧辊之间通过。

其它一些实施方案，精整轧辊可在板材表面上产生一种所需的织构，如交错网格式的织构。这时不是用一个硬轧辊和软轧辊，是用能在板材表面印制所需织构的轧辊。若需要，轧辊还可在板材表面上印制出标识或其它花纹。可以将能印制水印的特殊轧辊单独使用或与上述其它轧辊结合起来使用。

有时可能需将板材表面加工成波纹状，如同制波面纸板那样。为此，是将半湿的板材经过一对波面轧辊。此时板材的含水量应控制好，免得波纹加工过程引起板材基体受损。一般用水蒸汽控制板材的水分。

（e）刻痕

在某些情况下，可能需对板材表面进行刻痕、刻切或打孔，目的是在板材上划出一条可以让板材打折或弯曲的线。可以利用装在 刻切机上的锐利刀片或连续模切轧辊进行刻切。在板材上刻痕可用刻痕模。打孔则可用打孔刀。

刻痕、刻切或打孔的目的是在水硬性材料板材上定出板材可以打拆或弯曲的位置线。就其作用来说，就好象在板材上制出一条“铰链”。与未经这样处理的水硬性材料板材相比，沿该条“铰链”的可弯性和回弹性好得多。有时也可能需要多条刻切或打孔线。

出于多种原因，在板材表面内部切出刻痕线或打孔，以提供一条较好的折线即绞链。首先，它提供了一个板材可自然无损地进行弯曲或打折的地方。其次，切出了刻痕线，板材在该线部位就比其余部位薄一些，在该部位弯曲板材时，表面的伸长量就有所减少，这也就减少了打折或弯曲时基材开裂的可能。第三，刻切或打孔使得基体中万一产生裂缝时能控制裂纹的形成。

有时候，需要在板材上预定进行刻切或打孔的地方聚集多一些纤维。为此，可在预定的时间间隔内共挤压上另一层含纤维量较多的水硬性材料层，其位置对应于刻切或打孔的位置。此外，还可以在挤压或压延过程中，将纤维放置在板材上或注入其中，使在所需位置的纤维含量比较多。

在刻痕与打孔过程中，水硬性材料板材最好是在基本上干燥或半硬化的状态。这是需要的，为的是防止刻痕，刻切或所打的孔通过湿材料的物质迁移而自行愈合。因为刻痕一般是（打孔总是）涉及到切割穿透一部分基体的，所以板材可以在完全干燥的状态进行上述操作而无损于板材。但是，对板材不是切割而是压印来形成印痕的话，则板材的含水量应足够大，以避免基材因有变形而开裂。

多数情况下，进行刻切的板材较薄（＜1mm），刻切的深度相对于板材厚度宜约10%至约50%，约20%至约35%则更佳。对于较厚板材，刻切需要较深，因为较厚板材的可弯性较差。

有时需要在板材表面打上印记或其它标记。这可以采用纸张或 纸板产品用的印刷方法来进行。水硬性材料板材象纸张或纸板一样，孔隙度较高，施加的印墨干燥很快。此外，用本技术领域已知的方法可以将印花釉、标牌或其它标记粘着在水硬性材料板材上。

最后，已基本上硬化的板材可立即用于容器等制品的成形，或贮存待用，贮存的方法例如将板材卷绕成筒，或切割后堆叠之。

按上述各种方法制成的水硬性材料板材，可象纸张或纸板一样制作成无数种容器或其它用具，并且可用目前以纸张或纸板为原料的那些容器制造设备。

（f）由干板材成形物件

由干板材制造构件，特别是制造容器壳体的侧壁时，是由一块板材成形出空心管子。成形构件的这个方法是将一窄条水硬性材料板材螺旋形地绕成空心壳体部分12，如图2所示。为了制成空心壳体部分12，一条长而窄的板材先在其一面涂上润滑剂如石腊，然后按螺旋形绕在一心轴上，每转一圈，板材的一个边搭接在前一转已绕在心轴上的板材的一个对边上，如图3所示。卷绕的角度一般对心轴的法线呈15°。这个角的角度对容器的最佳弹性和抗拉强度有影响。

可将第二层水硬性材料以类似的方式绕在第一层上以增加强度。如图所示，第二层绕制的角度也是对心轴的法线呈15°，但方向相反，使得第一层48与第二层50成大约30°。在第二层50的内表面涂一层粘附剂，使它与第一层48的外表面结合起来。也可绕上一层连续的纤维绕组52以增加强度。连续纤维如凯夫拉尔纤维、polyaramite、玻璃纤维、碳纤维和纤维素纤维可与板材同时进料，如图3那样夹在第一层48和第二层50之间。控制纤维绕制的角度可以增加其增强能力。而且使用连续纤维增强也可减少混合物中所需纤维的体积百分数。

成形构件的另一种方法，是将一块水硬性材料板材围成一空心 壳体12，如图4所示。容器侧壁的制法如下：切出一块长度和宽度符合要求的板材，朝一个方向将该板材围成一空心管子，在板材的相搭接的两边涂以合适的粘附剂结合起来，就得到图4所示的空心壳体12。所用板材在一个方向的尺寸应等于空心壳体沿其纵轴的所需长度，在另一个方向的尺寸应等于空心壳体12的所需周长。此空壳体配上底部即得到完工的空心壳体。这个过程在许多工业，尤其是纸杯工业的大规模生产上已经机械化。

成形容器的再一种方法是如上面所述将板材先进行刻痕，然后折成所需的形状。用这类方法制出的容器表示于图9A、9B、10A和10B。图9A、9B、10A和10B所示的由水硬性材料板材制成的常规容器，经常用于盛装果汁和牛奶。图中所示的这些容器可以采用那些用来使纸质复合材料成形的方法和机械来制作成形。当要被贮装的液体通过容器上部的开口注入这类折制成形的容器后，即行封口。贮装在图9A、9B的容器中的液体，可与通常贮装牛奶的纸盒一样，取出使用。在图10A、10B中，贮装的饮料，可将一吸液麦杆插入用金属箔封口的小孔吸出饮用。吸液麦杆也可由水硬性材料制造。如下所述，板材可以用其它材料涂层或层叠，也可用一种衬里。

图9A和图10A所示容器的搭接部分用一种粘结剂密封。图9B和10B所示的搭接部分已经完全密封在一起。几个已密封的搭接部分可以再压在一起或卷在一起。图9C和10C表示密封的搭接部分可以再压在一起或卷在一起。图9C和10C表示密封塔接部分的截面。

5.用挤压法成形构件

图5所示的容器的空心壳体部分是直接用挤压法成形的。水硬性混合物经制备后，放入一挤压机，通过一模头进行挤压。该模头的形状恰能使挤出的制品为一根长的空心管子，由之可切成许多段空心壳体部分12。空心壳体部分12然后按本说明书前面所述的方式与底部18和各种罩盖部分14连接成为最后的容器。连续纤维也 可作为增强部分与管子共挤压。在挤压机中有一些互相反向旋转的圆片，它们可用于挤压，令连续的纤维呈一种相互交错的形式。控制圆片转动速度和前向挤压速度可以控制纤维的角度，从而达到最佳的弹性和抗拉强度。此外，也可改变纤维间的空间大小获得不同的强度。适当选择纤维间隙但仍达到所需强度，可以限制所用的纤维量。

另一些成形构件的方法是将多种方法结合使用，包括使用多种制法的组合制成叠层。例如，可将一块板材在一根挤压或模制的空管即空心壳体部分外面，再围上一层或螺旋形绕上一层。另一个例子是三叠层的管子，挤压或模制的管子为最内层，围制成或螺旋形绕制的管子为中间层，与该中间层呈交叉取向的围制或螺旋形绕制的管子为最外层。另一种三叠层管子是在螺旋形绕制的管子上挤压一层中间管子，再在其上围制或螺旋形绕制出最外层管子。

D.容器的最后加工

成形好的各种构件在装配成容器之前可进行一些加工处理，包括涂层、加衬里、印制。但这些最后处理步骤虽可在构件成形后进行，也可在构件装配成容器后进行。

1.涂层、叠层和衬里

容器的表面特性可以用几种方法加以改变，例如对容器进行涂层、制出叠层和施加衬里。采用这些方法既可增加容器的抗拉强度，又可提高容器作为不透过液体和气体的屏障的能力。此外，它们还可防护容器免受碱性溶液、酸性溶液、糖溶液或油基溶剂的作用。它们还可提供更为平滑、更富光泽的表面，它们甚至可使水硬性材料产品起增强作用，特别是在板材成形为容器的弯曲线或打折线部位。涂层还可改善容器抗老化的性能，并有可能在容器开裂后能暂时维持使用。

有些涂层可在板材成形过程中，或在产品模制过程中施加到表 面上，这称为“在机”法。在“在机”法中，涂层物质可以是液体、气体、乃至一层薄膜。但最好是在水硬性材料产品成形后并至少干燥至一定程度后施加涂层，这称为“离机”法。

涂层的目的常是为了在产品表面上产生一层缺陷最少的均匀薄膜。选用一种特定的涂层方法取决于基材的多个变量以及涂层的配方变量。基材变量包括强度、润湿性、孔隙度、密度、表面平滑度、结构均匀性等。涂层的配方变量则包括其固体含量、溶剂基料的种类（包括水溶性和挥发性）、表面张力和流变性能。本领域中可用于本发明水硬性材料板材或产品的涂层方法有喷涂、印刷、照相凹板印制、用刮刀、搅拌、用空气刀等。涂层的量可藉改变喷雾量或构件在喷雾中居留的时间，或改变两者来进行调节。此外，也可将涂层物质与水硬性混合物一道进行共挤压制成容器构件，以便将涂层过程与挤压过程合而为一。

在有些情况下，希望涂层是弹性体物质，可以变形。有些涂层又可用来增强那些水硬性材料有剧烈弯曲的地方，如折成法容器的绞连部位，此时宜采用易弯的，可能属弹性体的涂层。抗酸性也很重要，例如当容器是与含酸量较高的食物或饮料如软饮料或果汁接触的场合。当需要保护容器免受碱性物质作用时，容器可用例如用于纸质容器的一种合适的聚合物或蜡来涂层。除了这许多种涂层外，任何FDA批准的涂层材料视用途均可采用。

例如，一种FDA批准的含硅酸钠的抗酸性涂层是特别有用的。许多种硅酸盐基的涂层是既抗酸，又是不透过的。原硅酸盐和硅氧烷类物质对容器涂层特别有用，因为这些材料容易填充已硬化的水硬性基体的细小孔隙。此外还可用二氧化硅在有机聚合物中的胶态分散体、薄膜、纤维等制成涂层。这些涂层组合物不透水性良好，并能增加硬度和耐用性。

可生物降解的塑料物质也可用作特别有用的涂层。可生物降解 塑料例如聚乳酸和生物高聚物（Biopol），对液体和气体均不透过，而且不溶于水和酸性溶液。

第一种有用的涂层材料是碳酸钙，它能抗酸，并能作为标记印在容器表面。其它可能适用的涂层材料有丙烯酸系衍生物、聚丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、蜜胺、聚乙烯、合成聚合物、羟基丙基甲基纤维素、聚乙烯乙二醇、高岭土、Zein、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、陶瓷、蜡（如峰蜡或石油基蜡）。

另一种可涂于本发明容器表面的涂层是一种可将热量向容器中反射或从容器中反射出来的反射性涂层。这类反射性涂层是本技术领域中人们所熟知的，虽然它用于水硬性材料容器尚是新颖的。

衬里起着与涂层同样的作用，但衬里是作为连续的片材施用于容器表面，而涂层是通过喷雾或浸渍等方法施加的。可用塑料（如聚乙烯）衬里来使容器在各种溶液中获得不渗透性和不溶解性。也可用箔作衬里。叠层则包括多层片材、涂层、衬里，而其中至少有一层是由水硬性材料制成的。采用叠层可以生产其内部有一层与外部的涂层或衬里性质不同的涂层或衬里。

2.印制

制造过程的另一个可选用的步骤是将印记或图样采用一种通常的印刷手段，如胶板印刷、Van Dam印刷、激光印刷、直接转移接触印刷、温场照相印刷等法印在容器上。此外，可用的方法还包括凸板印刷、凹板印刷、模板印刷和热压印刷等。实际上，任何手动的装置或机械装置均可使用。当然，这里所公开的水硬性材料产品是特别适于用这些方法的。此外，印花、标签或其它标记之类都可用本领域的已知方法附着在容器壁上。同时，如上所述，用政府批准的涂层覆在容器上也属本发明的范围，这些涂层的多数是目前使用的，可适于将标记印于其上。为了如速印墨的干燥，可将构件通过第二个干燥隧道窑。

3.构件装配成容器

将构件装配成容器构成了将饮料“装瓶”即“包装”入本发明容器的过程中的一部分。采用这种工艺到例如示于图1中的容器，其基本步骤如下：将空心壳体部分12，沿一传送线输送到其第一台，充以预定量的饮料;其次，此已充饮料的空心壳体部分12继续沿传送线移动到第二台，在其外螺纹22上涂以某种合适的粘附剂，然后将盖子24施紧在已装饮料的空心壳体部分12的顶部，其方法是令空心壳体部分12和/或盖子24相对旋转，最后，容器再沿传送线移动到第三台，将帽子26旋紧在盖子24上，其方法是令帽子26和/或盖子24相旋转。或者，也可先将盖子24和帽子26装配成一组件，然后一起装到空心壳体上。

Ⅵ.优选实施例

迄今进行了许许多多试验，对不同组成的和不同方法制造的容器的性能进行了比较。下面是按本发明创造的水硬性组合物的一些例子。

实施例1

可密封的、液密的薄壁容器用模制法成形，其材料组分如下：

重量百分数  体积百分数

水泥  47.2  36.6

砂  39.6  36.6

纤维  3.3  3.0

水  8.5  20.3

分散剂  0.9  2.3

流变性改性剂  0.5  1.1

加速剂  0.05  0.1

总量  100.0  100.0

对此特定容器所需的抗拉强度可用内横断应力公式计算得出。重量和成本也经估算一并列出。

壁厚  0.25mm  0.5mm  1mm  2mm  3mm

估计体积 27.5cm355.0cm3107.7cm3206.3cm3296.1cm3

估计重量g  66.0g  131.9g  258g  494.8g  710.2g

估计成本/单元  $.0048  $0.0096  $0.019  $0.036  $0.052

抗拉强度  25.8MPa  12.9MPa  6.5MPa  3.2MPa  2.2MPa

实施例2

对含下述组分的水硬性混合物用盘车拉坯法成形制成了容器：

波特兰水白水泥  2.0kg

水  1.004kg

珍珠岩  0.702kg

Tylose 4000 60g

波特兰水泥、Tylose 和珍珠岩混合约2分钟;然后加入水，再混合10分钟。所得组合物水对水泥之比约0.5。在此混合物中，水泥浆（水泥和水）占79.8重量%，珍珠岩占18.6重量%，Tylose 占1.6重量%。

将此水硬性混合物用盘车拉坯法铸作成容器形状。此容器壁厚为4.5mm，可绝热至65℃，其意义是当容器装了热水（88℃）时，其外部的最高温度将为65℃。容器材料的配方设计是加入一种多孔性骨料（此例中为珍珠岩），使容器具有预定的体积密度。

另一些多孔性骨料如硅酸钙微珠或空心玻璃珠也可使用（见后面的实施例）。因此多孔性骨料的比重小，所以能为容器材料提供一定程度的绝热性。这一实施例和后面的实施例表明，有可能用水泥制造出对特定用途具有足够绝热性能的轻质容器。因为提高容器的 绝热效果通常伴随着强度的降低，故材料的配方设计只需对一给定用途来说达到所需的绝热效果即可。后面的实施例还表明，可以对容器材料的配方进行改变，使容器的绝热性能足够而不降低容器内材料的实际绝热效果。

在本例中，容器的壁较厚是为了提高容器的绝热性，并非提高其强度。但所得容器表面很光洁，易于用盘车拉坯法制作。虽然容器的密度较大（体积比重约1.6），但确实表明了水硬性混合物是可以制成在生坯状态具有形状稳定性，并仍能用通常方法模制的。为使材料液体和气体不透过，涂覆了内涂层。

实施例3

由含下述各组分的水硬性混合物，用盘车拉坯法成形了容器：

波特兰水白水泥  2.0kg

水  1.645kg

珍珠岩  0.645kg

Tylose＊4000  20g

Tylose FL15002 15g

Cemfill 玻璃纤维（4.5mm） 370g

制备此水硬性混合物所用的步骤与实施例2相同，不同的是在水泥、水、Tylose 和珍珠岩混合约10分钟后加入纤维，再混10分钟。所得水硬性混合物的水对水泥之比约0.82。混合物中，水泥浆（水泥和水）占77.6重量%，珍珠岩占13.7重量%，Tylose 4000和FL15002各占0.43重量%和0.32重量%，玻璃纤维占7.9重量%。

所得水硬性混合物然后用盘车拉坯法铸作成形为容器。该容器和例2的容器一样，表面光洁度很好，但因添加了玻璃纤维，故比例2容器的韧性和断裂能量更高。制得的容器，其强度足够，由2米 高落到混凝土或大理石地面不碎裂，这是薄壁水硬性材料容器由此高度落下应该预期的。为使材料对液体和气体不透过，施涂了内涂层。

实施例4

由含下列组分的水硬性混合物先用挤压法，继以盘车拉坯法成形了容器。

波特兰水白水泥  4.0kg

水  1.179kg

硅酸钙微珠  1.33kg

Tylose FL15002 30g

Cemfill 玻璃纤维 508g

（4.5mm;抗碱性）

这种水硬性混合物的制备步骤如同例3，不同的是用玻璃微珠代替珍珠岩。所得混合物的水对水泥之比约为0.29，比例2和例3低得多。这表明，因骨料体系的不同，组成中水对水泥之比可有很大的不同。混合物中，水泥浆（水泥和水）占73.5重量%，微珠占18.9重量%，Tylose 占0.43重量%，玻璃纤维占7.2重量%。

所得容器的表面光洁度不如例2和例3，但较轻。这种水硬性混合物容易用挤压法和盘车拉坯法成形，其容器可绝热热水至63℃。

虽然本发明的容器原型即按实施例2-4制备的容器表明了所试验的本发明概念是有效的，但也说明了在此水硬性混合物中仅仅添加轻质骨料一般不足以获得象聚苯乙烯那样好的绝热性能。加入珍珠岩或硅酸钙微珠都未能为贮装的热物质提供所需的绝热性。因此，除了仅在水硬性基体中加无机材料的方法之外，还开发了其他能赋于基体绝热性的方法。在以下的实施例中，对水硬性混合物引入了细分散的、不连续的微细空气空隙，它可大大增加所制容器 的绝热能力。为使材料对液体和气体不透过，施涂了内涂层。

实施例5

由含下列组分的混合物用盘车拉坯法成形了容器：

波特兰白水泥  2.52kg

水  1.975kg

蛭石  1.457kg

松香皂热塑料树脂  2.5g

Tylose＊4000 25g

Tylose FL15002 75g

蕉麻纤维  159g

制备此水硬性混合物，是先对蕉麻纤维（其制造厂家曾用氢氧化钠对它进行了处理，因而其纤维素的85%是α-羟基纤维素）作了预润湿处理，然后与除蛭石以外的其它组分混合约10分钟，之后加入蛭石再混10分钟。所得水硬性混合物的水对水泥之比约0.78。混合物中，水泥浆（水泥和水）占72.3重量%，蛭石占23.4重量%，Tylose 4000和FL15002各占0.40重量%和1.21重量%，松香皂热塑料树脂（一种加气剂）占0.04重量%，蕉麻纤维占2.6重量%。

此实施例5的容器是用盘车拉坯法铸作的，壁厚约2.5mm，比例2-4的容器壁薄得多。然而，实施例5的容器能够绝热至62℃，鉴于其壁较薄，因此比前述的容器是个很大的改进。容器表面的光洁度非常好，韧性与断裂能量也很高。容器容量约390cc，重约95g。为使材料对液体和气体不透过，施涂了内涂层。

实施例6

由含下列组分的水硬性混合物用盘车拉坯法成形了容器：

波特兰水白水泥  2.52kg

水  2.31kg

蛭石  2.407kg

松香皂热塑料树脂  2.5g

Tylose＊400 25g

Tylose FL15002 75g

蕉麻纤维  159g

铝粉（＜100目）  0.88g

此水硬性混合物的制备步骤如同例5。所得混合物的水对水泥之比约0.92。这种混合物容易用盘车拉坯法铸作，尽管其水对水泥之比较高。混合物中，水泥浆（水泥和水）占64.4重量%，蛭石占32.1重量%，Tylose 4000和Tylose 15002各占0.33重量%和1.0重量%，松香皂热塑料树脂（一种加气剂）占0.03重量%，蕉麻纤维占2.1重量%，铝粉占0.01重量%。

铝粉的效果是在水硬性混合物中产生了细分散的氢气泡。因此，所得容器比实施例5的容器更轻，重仅85g，而且质地更为多孔。尽管如此，这种容器的表面光洁度良好。并且韧性、断裂能量或绝热能力并未变差。为使材料对液体和气体不透过，施涂了内涂层。

实施例7

由含下列组分的水硬性混合物用盘车拉坯法成形了容器

波特兰白水泥  2.52kg

水  1.65kg

蛭石  1.179kg

珍珠岩  0.262kg

松香皂热塑料树脂  5.0g

Tylose＊4000 12.5g

Tylose FL15002 37.5g

蕉麻纤维  159g

铝粉（＜100目） 1.5g

这种水硬性混合物的制备方法与例5相同。所得混合物的水对水泥之比约0.65。混合物中，水泥浆（水泥和水）占71.6重量%，珍珠岩占4.5重量%，蛭石占20.2重量%，Tylose 4000和Tylose 15002各占0.21重量%和0.64重量%，松香皂热塑料树脂（一种加气剂）占0.086重量%，蕉麻纤维占2.7重量%，铝粉占0.026重量%。

所得容器的性能与例6所得容器基本上类似。

实施例5-7的容器，与以前诸例比较，在强度，特别是绝热能力方面，试验结果较好。这些实施例的容器能够绝热至62℃，它表明了引入细微的空气空隙能大大增大容器的绝热能力，而不显著降低强度。这些实施例还表明，加入铝粉可用来在水硬性混合物中产生夹留的细微气泡。

这些实验和其它实验证明，珍珠岩会降低容器的强度，虽然能为容器提供相同程度的绝热性能而不论水泥浆是如何混合和模制的。另外一方面，因为蛭石呈片状，所以在器壁中令单片都沿着平行的平面取向，就强度和绝热性能而言，都是有利的。用盘车拉坯法、冲压法、挤压法或压延法都可实现此目的。

与蛭石类似，为使加入的纤维发挥最大效果，已发现在水硬性材料基体中使纤维取向同样是有利的。用上述的各种模制方法同样可达到此目的。纤维的取向使所得容器的强度和韧性都大得多。

还发现，当使用的是粘度较大的水硬性粉浆时，为使水泥浆呈良好的聚集性能并有塑性，混合需时5至10分钟。此外，为使Tylose 在有水存在的条件下与凝胶“反应”，对混合物产生增稠效果，需时约5分钟。为使材料对液体和气体不透过，施涂了内涂层。

实施例8

由含下列组分的水硬性混合物模制成形了容器：

水泥  4.0kg

玻璃球  1.1kg

蕉麻  0.1kg

水  1.6kg

TyloseFL15002 0.1kg

由这种混合物得到的材料较硬，重45克。施涂内涂层后，向容器内部通压缩空气进行了耐压试验，结果容器在25-35psi的压力破裂。

实施例9

由含下列组分的水硬性混合物模制成形了容器：

水泥  3.0kg

玻璃球  1.1kg

蕉麻  0.1kg

水  1.6kg

TyloseFL15002 0.1kg

由这种混合物获得的材料较硬，容器重38g。施涂内涂层后，向容器内部通压缩空气进行了耐压试验，结果在25-35psi的压力破裂。

实施例10

由含下列组分的水硬性混合物模制成形了容器：

水泥  2.0kg

玻璃球  1.1kg

蕉麻  0.1kg

水  1.6kg

TyloseFL 0.1kg

15002

由这种混合物制得的材料较硬，容器重35g。施涂内涂层后，向容器内部通以压缩空气进行了耐压试验，结果容器在25-35psi的压力硬裂。

实施例11

由含下列组分的水硬性混合物模制成形了容器：

水泥  1.0kg

玻璃球  1.1kg

蕉麻  0.1kg

水  1.6kg

TyloseFL 0.1kg

15002

由这种混合物制得的材料较硬，容器重28g。施涂内涂层后，向容器内部通以压缩空气进行了耐压试验，结果容器在25-35psi的压力破裂。

实施例12

由实施例6所述的水硬性混合物用盘车拉坯法成形了容器，然后施加蜜胺涂层，所得容器比实施例8-11的容器强度更大。经耐压试验，容器在约50psi（3.4巴）破裂，这个压力是大多数可乐饮料产生的压力。

实施例13

由预制的水硬性材料板材成形了容器。作为该板材原料的水硬性混合物的组成如下：

水泥  1.0kg

珍珠岩  0.5kg

Tylose  0.2kg

纤维  0.25kg

水  2.15kg

板材切成宽为1英寸的两块，分别以交叉方式螺旋形地绕在心轴上。两层板材的厚度共为0.42-0.46mm。还用凯夫拉尔纤维按交叉方式螺旋形地绕在板材上面。凯夫拉尔纤维的直径为0.02mm，缠绕时其间距约5mm。板材的外层厚约0.25mm。总厚约2mm，重约66g。容器内壁经涂层，装以可乐饮料。经耐压试验，容器在60psi破裂。

实施例14

由预制的水硬性材料板材成形了容器。作为该板材原料的水硬性混合物与例13相同。板材围成一圆柱体，其中纤维沿其周缘方向平行，其破裂压力经试验为20psi。然后，将直径0.02mm的凯夫拉尔纤维松弛地绕在此基体表面，而不是与基体一起作为整体成形或粘结于基体上面。纤维缠绕时的间距约10mm，结果容器的平均壁厚为约0.30mm至约0.35mm。这样得到的容器经耐压试验，结果在约25psi破裂。

实施例15

由预制的水硬性材料板材成形了容器。作为该板材原料的水硬性混合物的组成如下：

水泥  1.0kg

珍珠岩  0.1kg

Tylose  0.5kg

纤维  0.25kg

水  2.2kg

此混合物经挤压，然后通过一系列成对的轧辊成形为厚0.4mm的板材。经完全干燥后，发现板材的强度和伸长性质很优越，挤压和压延过程具有使纤维基本上单向地作纵向排列的效果。因此，板材具有一个“强”方向和一个“弱”方向。这种板材在两个方向上作了抗拉强度试验，从0°表示强方向，以90°表示弱方向;破坏前的伸长度和杨氏弹向模量也作了测量。

试验得出，抗拉强度在强方向为39.05MPa，在弱方向为18.86MPa;伸长度在强方向为1.97%，在弱方向为1.23%;弹性模量为强方向为3935，在弱方向为2297，这与通常的纸相近。

这种板材围成了圆柱体，经耐压试验，其破裂压力为30psi。然后，将直径为0.02mm的凯夫拉尔纤维松弛地绕在基体表面，而不是与基体一起作为整体成形或粘结于基体上面。纤维缠绕时的间距约10mm，结果容器的平均壁厚为约0.36mm至约0.40mm。这样得到的容器经耐压试验，结果其破裂压力大于60psi。

实施例16

由实施例16所述的预成形水硬性材料板材成型了容器，但施加了叠层以增加容器的强度和不透过性。

实施例17

水硬性混合物经模制成形为容器。其步骤是：将两块预制的水硬性材料板材装在容器的两个半拼模之间，在其内部通入压缩空气来成形容器，此时对板材几乎进行了喷吹模制，而这两层板材是从两侧拉伸的。在施压过程中两层板材被模子切割，然后藉模制压力在边缘上接合起来。可使用任何新制的或重新打湿的纸板材。

实施例18

对水硬性混合物用连续等静压法成形制成了容器。该混合物含50体积%的水混和50体积%的二氧化硅砂。另加入占最后体积 2%的长5mm的玻璃纤维加以混合。用此方法成形的管子然后在控制湿度的条件下进行硬化。

实施例19

象实施例18一样，对水硬性混合物用连续等静压法成形制成了容器，但用连续的丝线绕组进行了增强。

由上述可见，本发明提供了一种新颖的容器，它可用于本由通常容器担当的为饮料或食物等物质贮装、发放及其它用途。更具体地说，本发明涉及一种容器及其生产方法，这种容器可由水硬性粘结剂如水硬性水泥和石膏为主要原料，容易而经济地成形制造。

本发明提供了新颖的容器及其制造方法，其制造成本是比较低的。

本发明提供了新颖容器及其制造方法，在其制造和使用过程中，不会引起纸质产品生产和使用所引起的剧烈的生态系统破坏、森林砍伐以及废弃物的产生等问题，这些问题是与纸质产品的回收和填埋问题有关的。

此外提供了新颖容器及其制造方法，该种容器的化学组成与容器最终弃置时所在的土地的化学组成是相容的。

本发明提供了新颖容器及其制造方法，该容器具有所需性能和质量可预先确定的基体。所需性能和质量包括贮存和保护物质的能力，此时物质的损失和变质可最大限度的减小，该种能力的获得是成本便宜和安全的。还有一些性能和质量是承受容器内外压力差别的能力，承受很高的纵向和横向应力的能力;还有相当高的抗拉强度、最小的气液透过性、最小的会引起所装物质氧化的氧的侵入、最小的碳酸气损失、最小的外来物气味对所装物质的影响、最小的因所装物质pH值引起的腐蚀等。就其制造、运输和使用而言，容器还需要重量轻、薄壁、价格便宜以及安全。

本发明提供了新颖容器及其制造方法，这类容器是由例如水硬性水泥和石膏等便宜的水硬性材料制造的，而且并无不好的性能，例如强度低和被所贮装化学物质萃取。

本发明提供了新颖容器及其制造方法，该容器能由水硬性材料进行商业规模地成形制造，并且能迅速地获得形状稳定性，无需外部支撑就能保持形状，因此在成形后很快就能进行运送和推放等。

本发明提供了新颖容器及其制造方法，该容器具有充分的形状稳定性，在成形后立即送其硬化的过程中不致引起变形。

本发明提供了新颖容器及其制造方法，该容器对成形设备不粘连，因此在成形后可立即从成形设备移去而不受损伤。

本发明提供了新颖容器及其制造方法，该方法中无需对容器的表面进行精整加工。

本发明提供了新颖容器及其制造方法，所用的步骤与设备是一般容器制造中已用的。

本发明可以在不违背其精神和特征的情况下，以其它的具体形式来实施。所述的实施例只是在所有方面起说明性的作用，但不起限制作用。因此本发明的范围为所附的权利要求书，而不是为上述的描述所限定。一切落在与权利要求书等同的定义和范围内的修改，均应视为在本发明的范围之内。