本发明涉及用于制造高无机填充的组合物的新颖组合物和方 法，它们通常被称为“多组分”，“多层次”、“纤维增强的”显微混合 物。通过小心地掺入多种不同的，能引入各自的但却又协同相关的 性能的材料，有可能创造出具有卓越的强度、韧度性能，对环境无 害，又能大规模生产并且价廉的显微混合物。一个关键的方面在于， 通过仔细选择无机颗粒的大小，可以生产高均质的材料。
具体地，含有有机聚合物粘合剂、纤维(有机的和无机的)和无 机骨料的材料能被模压成具有与传统的纸或纸板相似的性能的板 材。本发明的高无机填充板还能替代从塑料、聚苯乙烯、甚至金属制 得的板材。这些板能被切割并制成(如通过卷或折)大量不同的容器 以及其他制品。这些组合物和方法(包括由其制得的板)在大规模生 产一次性的容器和包装材料(如用于快餐工业的)中是尤其有用的。 Ⅰ.一般论述
A.传统纸产品
“纸”是针对大量成乱蓬状(matted)或毡状(fetted)的植物纤维 (主要是木材)的网状物的统称，它们是从水悬浮液，在筛网 (screen)上形成的。被大多数人所指的“纸”或“纸板”的木材产品通 常是“树纸”(tree paper)因为它们是从由树木制得的木浆而制得的。 尽管树纸可以含有无机填料或增量剂，淀粉或其他次要的组份，但 是它典型地含有较多的木纤维含量，通常占纸板的体积的约80％- 约98％。正如前面已充分详细地阐述，制造树纸是通过以下方法： 加工木浆直至原始木浆纤维的木质素和半纤维素被释放出来，并且 使纤维本身绽裂和断裂，以便获得纤维、木质素和半纤维素的混合 物，该混合物通过成网物理过程基本上能自我粘结。
树纸或纸板的各种性能极大程度上取决于所用的纸浆的性能。 纸浆的性能取决于用于制备用于造纸的纸浆的原料及加工技术。例 如，层状(course)包装纸基本上总是以未漂白的牛皮纸软木纸浆制 得的。高级纸张典型的通常从漂白的纸浆制得的，用于需要印刷、书 写和其他诸如防水和/或防止气状渗透剂之类的特殊功能性能的场 合中。
典型的，造纸是通过产生高含水的浆或配料，它们接着能充分 脱水，即先将浆料置于多孔筛或金属丝网(wire sieve)上，接着用轧 辊浆水挤压出(“squeegeeing”out)。这第一脱水过程得到的板的水 含量为约50-60％。此外，部分干燥的纸板被进一步干燥，都通过 加热板，通常是使用加热的滚筒。因为造纸过程以及成网物理过程 的局限性，能浸渍入造纸的无机骨料填充剂量是存在上限的。
例如，授于Post等人的美国专利No.4，445，970，题目为 “High Mineral Composite Fine Paper”，总结了在其之前的已有技 术：即“通常加入的填料占纸成品重量的4-20％，尽管偶尔在欧洲 使用多达30％而美国使用多达25％的填料。据信高级纸张的制造， 部分取决于氢键，而在高级纸张制造中使用大于20％填料时产生 的问题是，填料太多从而减少了氢键并导致网状结构失去其强度” (栏1，行42-50)。Post等人进一步指出，为了获得更高填充的板， 有必要用淀粉或树胶涂料以增加强度并维持成品板的完整性。
Post等人告诉我们如何通过合适的乳胶材料强化板的网格结 构从而获得更高填充的而且依然是用传统造纸方法制得的纸。即使 如此，Post等人仅仅告诉人们如何获得具有30％-70％(重量)无机 填料的纸板，这实际上对应于仅约15-35％(体积)的无机填料含 量。〔这种从重量百分比转变为体积百分比是根据Post等人所公开 的无机填料(即高岭土和滑石)在干燥时比重为2.6，而其中使用的 木浆纤维和有机粘合剂在干燥时比重仅为1.2而得出的〕。正如实施 例中所证明的那样，在Post等人中，优选的板的填料含量仅为 50％(重量)(或约25％(体积))。这与本发明的高无机填充板形成鲜 明的对比，后者至少含有40％(体积)的无机骨料，而较佳情况下为 更多骨料，正如下文将要详细阐述的那样。
为了获得已知的纸张的典型性能，加入代用纤维材料替代从木 材衍生而得的纤维。这包括种类众多的植物纤维(即“次级纤维”)，例 如稻草，亚麻，蕉麻，大麻和甘蔗渣。得到的纸常被称为“植物纸”。 与树纸一样，在制造过程中植物纸依靠成网物理过程，高强度加工 的纤维和含水量高的纤维纸浆。
除了含有更多浓度的无机骨料，本发明与传统的造纸方法在许 多方面存在差别。首先，与典型的纸浆相比(典型地含水量大于97％ (体积)，其至高达99.9％)，本发明的可模压混合物含有少得多的水 (小于约50％(体积))。更重要的，板是从高凝聚性的而且可模压的 混合物(而不是水性纸浆)制得的，从而一旦被制成某形状，它通常 会维持其形状，除非有进一步的加工。此外，可模压混合物的收缩 不超过约10％，而且在某些情况下甚至不收缩。而纸浆却相反，在造 纸过程中会收缩60％或更多。
尽管在组成和制造上存在不同，但是本发明的高无机填充板能 被制成具有强度，韧性，挠曲性，耐弯折性，弯曲性以及具有普通 纸的外观和手感。当然，用来设计用于制造无机填充板的可模压混 合物的显微结构工程方法使得制造具有极广泛的而纸所不具备的性 能的板成为可能。 B.板、容器和其他物品
用于本说明书和所附的权利要求书中的术语“板”意指用此处描 述的方法制造的任何大致平的、波纹状的、弯曲状的、弯曲的或起纹 理的(textared)的板。唯一本质上的有关组成的限制因素是，至少一 部分板的结构基体含有具有水可分散的有机粘合剂的高无机填充组 合物。除了高无机填充的/有机粘合剂基体部分，板可以含有其他材 料，如纸、有机涂层、油墨或其他有机材料。
本发明范围之内的板的厚度可以极不相同，取决于板材的特定 用途。可以薄至约0.01mm，也可以厚至1cm或者更厚(在强度、耐 用性和/或体积是重要的考虑因素时)。
本说明书及所附的权利要求书中的“容器”这一术语意指包括用 于贮藏、分发、包装、分配装运大量不同的产品和物品(包括，但并不 局限于，食品及饮料产品)任何物品、接受器或器皿。这样的容器的 例子包括：盒、杯、“蛤壳式”容器、罐、瓶、盘、硬板箱、柜、筐、碟、蛋 箱、盖、吸管、信封和其他类型的容器。
除了形状完整的容器，术语“容器”还包括那些与容器一起使用 的附属产品。这样的产品包括，例如：盖子，衬套(liner)，隔板，包 裹物，衬垫材料，厨房用具和其他任何用于在容器中包装、贮藏、装 运、分配、提供或分发物品的产品。
除了板和容器，任何能用此处所述的高无机填充板制得的物品 都在本发明范围之内。这包括不同的物品，例如，模型飞机、玩具、 软质窗帘，排雨管、邮筒、衬衫包装模型和暂时的汽车窗帘。
在说明书及所附的权利要求中，“可大规模生产性”或者以“商 业”或“经济”的方式进行生产这些词句，是指能够按使其制造在经 济上可与由其他材料(如纸、纸板、聚苯乙烯或金属)制得的板相比拟 的速度快速生产板的能力。本发明涉及一些新颖的组合物，它解决 了已有技术中存在的将高百分比的无机骨料掺入到产品基体中的问 题，从而能够用机器快速生产，而不是单个地、一次一个地用手工 生产产品[如“抛罐”(throwing pot)法]。
由其制成的板、容器和其他产品是为了在市场上能与目前用各 种不同的材料如纸、塑料、聚苯乙烯、或金属制成的这些物品进行竞 争。因此，本发明的板(及其制品)在其制造上必须是经济的(即，成 本不超过几分钱/每件)。对成本的这样的限制就要求在很短的时间 的自动生产数以千计的物件。因此，本发明的产品必须经济地大规 模生产，这一点是对材料及产品质量的一个值得注意的制约因素。
C.显微结构工程设计
本发明的高无机填充板，是通过显微结构工程开发的，为了能 将某些所期望的、预定的性能赋予高无机填充材料的显微结构，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 有可能以更有效的方式设计具有强度、重量、绝热性、成本、和环境中 性等性能，合适用于制造印刷材料、容器和其他物品的高无机填充 材料。
可以用来设计特定产品的不同原料材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 材料组中，在性质、加工方法和使用式样上有一些共性。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而 成形；复合材料需要用叠层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 则在断裂之前有很高的挠曲强度和伸长率。
但是，将材料按性质而分门别类是有一定危险的；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。”)。是这种专业化和思想上的保守限 制了使用高无机填充材料制作各种不同(例如制造纸状板)产品的构 想。
然而，人们一旦认识到高无机填充材料有如此广泛的用途，并 且能在配方上进行设计和在其显微结构上工程化，那么它们可应用 于大量不同的潜在产品就显而易见了。这样的材料具有其他传统材 料所不具备的优点：即它能在相对温和且非破坏性的条件下获得其 性能。(其他材料需要高能量、强热和剧烈的化学反应过程，这些都 极大地影响材料的组份。)此外，某些传统材料或其组分，能够掺入 本发明的高无机填充材料中，并带来令人惊奇的协同性能或结果。
本发明的组合物的设计已获得了发展并被限定，首先，这主要 是为设计用途所支配的，其次又决定于探寻能最大限度发挥其组分 的性能的材料范围。但在研究这些问题的过程中，有一点很重要， 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。
在材料选择中的主要限制因素取决于某种组件设计的特点，这 个特点对于成功的产品而言是很关键的。对于用于制造例如食品及 饮料容器的板，那些主要的限制因素包括：最轻的重量，强度(包括 抗压缩和抗张强度)和韧性的需求，同时要成本与纸、纸板、塑料和 金属的成本不相上下。
如上所述，过去具有高含量无机材料的材料的一个问题典型地 是它们被注入模子中，经过加工，然后放置，此时的硬化和固化需 很长时间，甚至数天乃至数周。这样的时间周期对于经济地进行大 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高无机填充的混合物被模压 成板后，它在生态下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，为了使生产经济，有一点至关 重要，即所模压的薄板应能快速地(几分种，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，尽管高无机填充的混合 物还处于生态未完全硬化。
本发明的显微结构工程和材料科学的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典型所得的更为均匀的组 合物。理想的是，任取两个无机填充的结构基体的约1-2mm3的给 定样品，它们在空隙量、骨料量、纤维量和任何其他添加物的量以及 性质上，都是基本相同的。
就其最简单的形式来说，将材料科学用于显微结构工程和设计 无机填充材料的过程，包括表征、分析、和改进(如果需要的话)等 以下诸方面；(a)骨料，(b)预计的颗粒填充，(c)体系的流变性， (d)纤维平均长度和填充密度；(e)制造系统的加工处理方法和能量。 在表征骨料时，测定平均粒度，测定颗粒的自然填充密度(它也是 颗粒密度的函数)，并求出颗粒的强度。
有了这些资料，即可以根据数学模型对颗粒填充进行预测。已 经确定，颗粒填充是设计最终产品的所期望的要求时的主要因素， 这些要求例如：加工性、形状稳定性、收缩，体积松密度、绝热能力、 抗张强度、抗压强度、挠曲强度、弹性，耐用性和最优成本。颗粒填充 不仅受颗粒和骨料性能的影响，而且受水含量以及其与填充骨料的 间隙体积的关系的影响。
体系流变学包括宏观流变学和微观流变学两个方面。宏观流变 学问题涉及固体颗粒之间的相互关系，这取决于颗粒之间的填充。 微观流变学问题则取决于体系中润滑剂所占的分数。通过改变润滑 剂(可以是水、水可分散性粘合剂、增塑剂、分散剂或其他材料)，可 以用化学方法改变粘度和屈服应力。微观流变性也可以用物理方法 改变，印改变颗粒的形状和大小，例如截短的纤维、片状云母，圆形 氧化硅粉末(fume)或者水硬成形粘合剂颗粒，它们与润滑剂的相 互关系都会不同。
最后，也可以改变制造过程，以掌握加工性和形状稳定性之间 的平衡。应用于本发明时，在制品成形过程中通过化学添加剂(如 加入特足的水可分散的粘合剂)或者对体系加入能量(如对模子加 热)以显著增加屈服应力这方面，这个平衡变得很重要了。事实上， 正是发现了如何掌握无机填充组合物的组成以迅速提高其在成形过 程中组合物的形状稳定性，才使得本发明成为本技术领域中的重大 进步。
从下面的论述，可以了解无机填充混合物中的每种组分材料以 及工艺参数是如何对待制造的特定的材板的设计限制因素起主要影 向的，从而能经济地大规模生产。为了表明每种组分的性能的最大 化(maximization)是如何实现所期望的性能的组合，在下面给出的 实施例中给出了一些特定的组合物。 D.可模压的混合物
术语“无机填充混合物”或“可模压的混合物”之间的意思是能互 换的，都指能模压成板的混合物，这些在这里公开并提过权利要 求。这样的混合物的特征在于，无机填料或骨料的含量高(至少占干 燥板的总固体体积含量的约40％)，并含水，水可分散的粘合剂和 纤维材料、混合物也可含有其他掺合剂，如增塑剂，润滑剂，分散 剂，水硬成形粘合剂和气隙形成剂。
可模压的混合物的特征是，在被模压成所期望的形状之后立即 或不久便具有较高的屈服应力，从而使其具有高加工性和凝聚力以 及形状稳定性。术语“无机填充混合物”，“无机填充的可模压混合 物”或“可模压混合物”都指混合物，而不论其已经发生的干燥或固 化的程度。这样的混合物包括高加工性的混合物，它们可以是部分 干燥的，也可以是已经完全干燥的(尽管一定量水通常将作为水可 分散的粘合剂的结合水而保留在板中)。
可模压的混合物被制成所期望的形状之后，得到的由其制得的 板或物品具有“高无机填充的/有机聚合物基体“(或基块)”，“无机 填充的基体”或“无机填充的，有机聚合物基体”。这些术语都指这种 同样的基体，而不论已发生的干燥或固化的程度，唯一的限制在 于：由其制得的板或物品是形状稳定的。尽管，高无机填充基体可 以指由其制得的新浇的板或物品，以及已经部分或完全干燥的板或 物品。
可模压混合物及由其形成的无机填充基体都能构成“高无机填 充材料”或“无机填充混合物”。和上面一样，这些术语指材料或组合 物，而不论已发生的潮湿，固化，干燥或硬化的程度。它们应包括处 于“湿态”(green state)(即未硬化状态)的材料和混合物，以及在被 模压成板、或容器、或其他制品之后半硬化或硬化材料。 E.水可分散的有机粘合剂
用于制造本发明的高无机填充板的可模压混合物通过基本成溶 剂化物的水可分散的有机粘合剂的干燥而得到其强度生能。通过对 混合物加入一定量的水，即足够润滑固体无机骨料颗粒的纤维并且 使水可分散的有机粘合剂成溶剂化物，或者至少使其分散，从而使 可模压混合物首先获得可加工性和流动性。此后，去除水分(例如通 过蒸发)可使水可分散的粘合剂具有其最大的强度性能。
例如，某些淀粉基的材料能以细小颗粒的形状(处于粉末状形 式)购得。通过溶解并且加热悬浮液至高于凝胶化温度从而使淀粉粘 合剂在水中凝胶化，可以“活化”淀粉基的粘合剂。在水去除之后， 这种淀粉基的材料可以通过自身之间作用具有高达约40-50MPa 的抗张强度。通过仔细的显微结构工程，高无机填充板(和容器或其 他制品)能有不同的抗张强度，在某些情况下甚至可达40MPa。
水可分散的有机粘合剂不仅通过干燥或固化(从而形成结构基 体或高无机填充基体)从而使各个骨料颗粒和纤维在混合物中结合 在一起，而且它们常常也会影响可模压混合物的流变学性能。事实 上，此处公开的水可分散的粘合剂已经作为流变学改性剂用于胶结 和其他水硬成形混合物中，尽管已经知道如果含有足够大的量的 话，它们也会将一定程度的粘结性(binding)赋予最终的硬化材料。
本发明期望的众多水可分散的有机粘合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，和(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)纤维素基材料及 其衍生物，(b)淀粉基材料及其衍生物，(c)其他多糖。
合适的纤维素基流变性改性剂包括，例如，甲基羟基乙基纤维 素，羟甲基乙基纤维素，羧甲基纤维素，甲基纤维素，乙基纤维素， 羟乙基纤维素，羟乙基丙基纤维素等。基可能变化的范围是很巨大 的，在此不能一一列出，但是具有这些相同或相似性能的其它纤维 素材料同样可很好地使用。某些纤维素基的粘合剂在溶液中也可以 是交联聚合的；其中一个例子是Cellosize，一种可从Union Carbide购得的羟乙基纤维素产品。(Celosize在水中可与二醛，羟 甲基脲或蜜胺甲醛树脂交联，从而形成水溶性较低的粘合剂。
合适的淀粉基的粘合剂包括。例如，支链淀粉，直链淀粉， 海草胶(sea gel)，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粘合剂包括，例如，藻酸，藻胶，琼脂， 阿拉伯(树)胶，瓜耳胶，利槐豆胶，刺梧桐胶和黄蓍胶。
合适的蛋白质基的粘合剂包括，例如，玉米醇溶谷蛋白(取自玉 米的醇溶谷蛋白)，胶原蛋白(从动物结缔组织中提取的衍生物，如月 明胶和动物胶)，和酪蛋白(牛奶中的主蛋白)。
最后，合适的可水分散的合成有机粘合剂包括，例如，聚乙烯 基吡咯烷酮，聚乙二醇，聚乙烯醇，聚乙烯甲基醚，聚丙烯酸，聚 丙烯酸盐，聚乙烯丙烯酸，聚乙烯丙烯酸盐，聚丙烯酰亚胺(polya crylimide)，环氧乙烷聚合物，聚乳酸和胶乳(胶乳范围很广，包括 各种在水乳化液中形成的可聚合物质，一个例子是苯乙烯-丁二烯共 聚物)。
本发明的可模压混合物中的水可分散的有机粘合剂的含量最好 能使得由其制得的硬化的板在硬化板中含有占总固体体积含量约 1％-约50％的有机粘合剂，更佳地为占约2％-约30％，最佳地为占约 5％-约20％。
F．水
如上所述，在可模压混合物中加水，以便使混合物中的水可分 散的有机粘合剂成溶剂化或者至少使之分散。在许多情况下，部分水 的确与有机粘合剂反应并在粘合剂中化学结合。在另一些情况下，与 有机粘合剂的结合更松散，常常以氢键形成。一定量的水还可以与混 合物中的其他添加剂反应，如水硬成形粘合剂或其他与水发生化学反 应的材料。
水作用还包括产生具有所期望的流变学性能(包括粘度和屈服应 力)的可模压混合物。这些性能即通常所谓的可模压混合物的“加工 性”或流动性。
为了可模压混合物具有足够的加工性，水的通常用量必须足以 润湿无机的骨料颗粒、纤维和其他颗粒中的每种组分，使有机粘合 剂“成溶剂化”或至少分散，而且也至少能部分填满颗粒之间的间隙 或空隙。在某些情况下，如在加入分散剂或润滑剂的场合下，使用 较少的水便能维持足够的加工性。
加入可模压混合物的水的用量必须加以仔细平衡，从而使混合 物具有足够的加工性，而同时应认识到降低最初水含量会增加硬化 产品的湿强度和最终强度。水较少会导致终产品强度更高，因为在 模压过程中总孔隙度下降了。此外如果在可模压混合物中最初含有 较少的水，那么为了使模压产品或板硬化必须除去的水也较少。
符合这些需求的合适的流变学可以屈服应力来作为表征。可模 压混合物的屈服应力较佳在约2KPa至约5MPa之间，更佳的混合 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。所期望的屈服应力的水 平能够调整并优化，以适应用于制造板及其他制品的特定的模压方 法。
在某些情况中，最初含有相对较多的水是较适宜的，因为考虑 到多余的水可以在模压过程之中或其后不久对模压板加热而除去。 尽管与造纸相比，本发明的重要特征之一是，可模压混合物中远比 用于造纸的纤维纸浆中常见的水含量低得多；这导致与纸浆相比， 在混合物中具有较大的屈服应力和形状稳定性。结果是与用于造纸 的纸浆相比，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)，必须从混合物中除去的总水量就少得多。事实上，典 型的造纸纸浆直到脱水达到相当程度时才有形状稳定性。
正如下文所要详细说明的那样，可以选择各种骨料颗粒和纤维 的大小，以便增加得到的可模压混合物的颗粒填充密度。为了得到 具有特定流变性能或屈服应力的可模压混合物而必须加入的水的含 量在很大程度上取决于颗粒填充密度。例如，如果可模压混合物的 颗粒填充密度是0.65，那么为了基本上填满颗粒间的间隙所需的水 约占体积的35％。另一方面，颗粒填充密度为0.95的可模压混合 物，为了基本填满间隙只需约占体积5％的水。同样为了基本填满间 隙，后者的水用量是原来的1/7，从而会影响可模压混合物的流变性 和加工性。
综上所述，应加于混合物中的水的量在很大程度上取决于混合 物中颗粒填充密度，加入的水可分散的粘合剂的数量以及所期望的 得到的可模压混合物的流变性。因此，为形成可模压混合物而加入 的水的量为可模压混合物的体积的5％-50％。水的精确量很大程 度上取决于混合物中其他组份和掺合剂的种类和体积。对任何给定 的制造工艺，本领域的熟练技术人员是能够调节水的含量以获得足 够的加工性的。
在大多数情况下，只含有为了赋予可模压混合物所需的加工性 而必须的最小含水量，从而减少必须从制成板中去除的水的数量是 优选的。减少必须去除的水的数量通常降低制造成本，因为去除水 需要能量。尽管，与用于造纸的纸浆(通常含95％(体积)以上的水相 比，本发明的组合物只含很少的水，甚至在较高的含水量时，也是 如此。 G.骨料
通常用于造纸业的无机材料，以及用于混凝土工业的更细粉碎 的骨料材料，都可以用于本发明的可模压的混合物。改管骨料或无 机填料材料的尺寸常常是用于造纸业的无机填料材料的许多倍。尽 管用于造纸业的无机填料中的颗粒的平均直径通常小于2微米，但 是用于本发明的骨料的平均颗粒直径典型地为100微米或更大，取 决于得到的板的壁厚，因而通常也更便宜。
用于造纸业的无机填料不仅要求要远小于用于本发明的可模压 混合物中的骨料颗粒，而且前者中的填料的尺寸通常比后者更均 匀。事实上，在本发明中使用大小差别很大的颗粒通常是较佳的， 以便增大可模压混合物的颗粒填充密度。大小均一的颗粒的典型的 填充密度约为0.624。结果，用于要明的无机材料通常比用于造纸业 中的无机填料便宜得多。
在造纸业中，为了维持所需的极小的颗粒尺寸公差以及维持均 一的颗粒尺寸是十分昂贵。与造纸相比，颗粒尺寸范围的大扩展使 得更大量的不同的无机骨料可以用于本发明。
因为与用于造纸的无机填料相比，可以有更大量不同的骨料可 以用于本发明的可模压混合物，因此，本发明的骨料经选择后可以 将更大量不同的性能赋予最终的成品板。在纸中，加入无机填料主 要是实现所得到的纸板的色泽和表面质量，可以将本发明中所用的 骨料加入到混合物中以增加其强度(拉张强度和(尤其)压缩强度)， 增加弹性和伸长模量，用作价廉填料降低其成本，减轻其重量，和/ 或增加所得的高无机填充板的绝热性。此外，可以使用片状骨料， 如云母和高岭土，以便产生光滑的表面光洁度。典型的，较大的骨 料，如碳酸钙，会得到无光泽的表面，而较小的颗粒会产生磨光的 表面。比起传统的造纸，本发明的优点在于这些材料中的任何一种 都能直接加入基体中。
有用的骨料的例子包括：珍珠岩，蛭石，砂，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， 氧化铝，氧化硅，飞灰，微粉氧化硅(fumed silica)，熔凝硅石，片状 氧化铝，高岭土，微球粒，空心玻璃球粒，多孔陶瓷球，石膏二水合 物，碳酸钙，铝酸钙，云雀石，种子，轻质聚合物，硬硅钙石(一种 晶状硅酸钙凝胶)，轻质膨胀粘土，水合的或未水合的水泥颗粒，浮 石，分层的岩石和其他地质材料。部分水合和水合的水泥颗粒，以 及微粉氧化硅具有高表面积，因而提供出色的优点，例如刚形成的 板的初始凝聚力强。甚至废弃的无机填充材料，如废弃的薄板、容器 或本发明的其他物件都能用作骨料填料和增强剂。应理解，本发明 的板和其他物品可以方便而有效地进行再利用，即只需将它们作为 骨料加入新制的可模压混合物中。
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，同时也因为如果足够高的含量加 入的话，它们还能提供一定的粘合作用和强度。“粘土”是一个术语， 指在土壤中能找到的，具有某种化学组成和性能的材料。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。 高岭土有富硅高岭石(其化学式为Al2O3·SiO2·H2O)和蒙脱石(其 化学式为Al2O3·SiO2·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，尽管粘土已有数千使用历史，并且甚至在不用煅烧的情 况下变得更硬，但这种未经煅烧的粘土易受到水的降解作用并在与 水接触时受损，而且是极脆的，只有很低的强度。然而，粘土在本发 明的无机填充组合物中是一种好的、价廉的骨料。
类似的，石膏半水合物也是可水化的，并在水存在下形成硫酸 钙二水合物。这样，石膏可以表现出骨料和粘合剂两者的作用，这 取决于加于可模压混合物的是呈半水合物还是二水合物的形式(及 其浓度)。
甚至水硬水泥，如波特兰水泥，能作为无机填料加于本发明的 可模压的混合物中。水硬水泥不仅较便宜而且来源丰富，而且它们 能将一定程度的粘合性赋予无机填充基体(如果含量足够高的话)。 此外，水硬水泥能与水起化学反应，从而在可模压混合物中导致内 部干燥，从而有效地去除混合物中的部分水分而不必蒸发。这一点 对于石膏半水合物和煅烧过的粘土是同样的。预水合的水泥颗粒也 可以作为骨料加入。未水合的和预水合的水泥之间的差别在于后者 具有可板和小板的可确定的结构形态。
此外，水硬水泥会影响可模压混合物的流变性，至少部分是通 过与水化学反应，从而减少了供润滑骨料颗料和纤维的水的数量而 达到的。此外，已发现波特兰灰水泥增加了可模压混合物的内聚力， 可能是因为这种水泥中氧化铝的含量增大。最后，尽管不是确切知 晓，但是很可能水硬水泥会与许多有机聚合物粘合剂上存在的大量 羟基基团发生某种程度的作用。至少，这类粘合剂的羟基会与高极 性的水硬水泥凝胶产物有类似氢键的相互作用，从而被吸附于水泥 颗粒的表面。
因为可模压混合物及由其制得的板的性质，可以加入轻质的， 具有大量孔隙的骨料，以便将绝热性赋于模压成形的板。能将轻质 性能赋于可模压混合物的骨料的例子包括：珍珠岩，蛭石，玻璃珠， 空心玻璃球，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。
除了用于造纸和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，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，和其他典型地用于制备不同类型的组合材料的 纤维)，都能加入本发明范围内的可模压混合物。甚至如种子、淀粉、 明胶和琼脂类型的材料，都能作为骨料加入。尽管这些后面例举的 骨料是有机的(尽管易生物降解)，但是因为它们主要作为填料而不 是作为粘合剂，所以可以包含在其中。
根据本发明，常常优选的是加入许多种不同大小和分级的骨 料，使得能够充分填充可模压混合物中骨料颗粒与纤维之间的空 隙。对颗粒的填充密度优化可以减少为获得所期望的加工性所需要 的用水量，这种减少是通过消除空隙而达到的，若颗粒的填充密度 不优化，则这些空隙将被空隙水填充，空隙水也常称为“毛细水”。
为了优化填充密度，可以使用小至约0.05微米和大至约2mm 范围的不同粒度的骨料颗粒。(当然，对所得产品所期望的用途及厚 度会决定所使用的不同的骨料的合适粒度)。为了达到湿的可模压的 混合物的所期望的流变性能，以及最终硬化的无机填充组合物的最 终强度及重量性能等性能，应使用的骨料的种类和粒度是本领域的 技术人员一般知道的。
在本发明的某些优选实施例中，为了使骨料的性能和特征(如 强度性能，低密度或高绝热性)最优化，需要使可模压混合物中的 骨料用量最大。为了使骨料的含量最大，可以将颗粒填充技术用于 无机填充材料。
有关颗粒填充的详细论述可以在由本发明的发明者之一共同撰 写的下列文章中找到：Johansen，V.＆ Andersen，P.J.，“Particle Packing and Concrete Properties，”Materials Science of Concrete Ⅱ111-147页，The American Ceramic Society(1991)。进一步的信 息可见Andersen，P.J.的博士论文：“Control and Monitoring of Concrete Production - - A Study of Particle Packing and Rheology，”The Danish Academy of Technical Sciences。为了公 开，前述的文章以及博士论文在此作为特别参考结合引用。通过参 考下面的例子能进一步理解这种骨料填充的优点。在这些例子中， 为了使可模压混合物中的绝热球用量最大，是将不同大小的空心玻 璃球加以混合。
在需要获得具有高绝热性的板(或其制品)的实施例中，可以优 选地将热传导率或“K-因子”(用W/m.K定义)低的轻质骨料掺入 高无机填充的基体。K-因子粗略地是在美国通用的用于描述给定材 料的总热阻的表达量即“R-因子(它通常定义为具有单位hr.ft2F/ BTU)的倒数。“R-因子”这个术语是美国最常用于描述给定材料的 总热阻的，此时未计及材料的厚度。但是，出于比较的目的，通常是 将R因子归一化以表示所考虑的材料每英寸厚度的热阻，即，hr· ft2F/BTU·in。
在本说明书中，给定材料的绝热能力在这里及以后将仅用表示 热传导率的IUPAC方法即“K因子”来表达。(将用英制单位(hr· ft2F/BTU·in)表示的热阻转换成IUPAC单位，可以对其归一化 了的值乘以6.9335，然后取其乘积的倒数)一般，K因子非常低的骨 料也含有大量的夹入的间隙空间或空气，气体混合物，或部分真 空，从而也就很大地降低这骨料的强度。因此，对于绝热性和强度 两方面的考虑会发生冲突，当制定一个特定的对这两方面都有要求 的设计时，对为两者应当仔细地平衡。
优选的绝热轻质骨料包括膨胀的或分层的蛭石，珍珠岩，煅烧 过的硅藻土，空心玻璃球粒，所有这些都常含有大量内部的间隙空 间。但是，上面列举的这些绝热轻质骨料的种类是不完全的，之所 以选择这些骨料是因为它们价廉，容易得到。不过，任何K因子低 的能将足够的绝热性能赋予板或其他制品的骨料都是在本发明的范 围之中的。
综上所述，可以加入可模压混合物的骨料的数量取决于许多不 同因素，其中包括：其他添加成分的种类和数量，以及骨料自身的 颗粒填充密度。优选地，无机骨料的含量为硬化的板的总固体体积 的约40％-约98％，更佳地为约50％-约95％，最佳为约60％-约 80％(占总固体的体积比)。
正如前面所述，可以加入不同量的，大小不一的骨料，以便达 到可模压混合物的颗粒填充密度。取决于每种骨料的天然填充密度， 以及颗粒的相关尺寸，有可能使混合后的骨料的体积小于混合前骨 料的体积之和。
H.纤维
本发明书及所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。纤维是一种特定类型的骨料，它能加入到 可模压的混合物，以增加获得的无机填充材料的粘附、伸长能力、偏 折能力、韧性、断裂能量、挠曲强度、抗张强度和(某些情况下的)抗 压强度。纤维材料降低了高无机填充板或其制品在受到强大的截面力 时震裂的可能性。
可掺入于无机填充基体的纤维最好是天然存在的有机纤维，例如 从大麻，棉花，植物叶子，木或茎中抽取的纤维素纤维，或者从玻 璃、石墨、氧化硅、陶瓷、金属材料制得的无机纤维。
优先选择的纤维包括玻璃纤维，蕉麻，甘蔗渣，木纤维(硬木和 软木皆可，例如南部硬木和南部松)，和棉花。可以使用回收的纸纤 维，但是因为在原来造纸过程中发生了纤维的断裂，所以某种程度上 它们不甚合乎需要。但是任何等效的纤维，只要能引入强度和挠曲性 的都在本发明范围之内。出于阐述目的，蕉麻纤维可从菲律宾Isarog 公司买到，玻璃纤维，例如Cemfill可以从英国的Pilk ington 公司得到。
因为上述这些纤维，价格便宜，强度高，并容易得到，因此是 优选用于本发明的。然而，可引入抗压强度和抗张强度以及韧性和挠 曲性(至所需要的程度)的任何等效的纤维都一定是在本发明范围之 内的。唯一的限制性标准是，引入的纤维在赋予所期望的性能的同 时，不与无机填充材料的其他组分发生有害的反应，而且不会污染用 含该纤维板制得的容器贮藏或分装的物品(如食物)。
用于制造本发明的板的纤维最好要具有高的长宽比(即“形状 比”或“长径比”)，因为较长较窄的纤维可以将更多强度赋予无机填 充结构基体而不显著增加混合物的体积和质量。纤维的平均形状比应 该至少约10∶1，至少约100∶1较佳，大于约200∶1则最佳。尽 管，较小形状比的纤维通常更易置于板中，并得到更均匀和缺陷更 少的板。
加入于可模压混合物的纤维用量可以很不同，取决于最终产品 所期望的性能，其中抗张强度，韧性，挠曲性和成本对决定在任何 混合配方中所要加入的纤维量是主要标准。在最终的硬化板中的纤 维浓度较佳的是总固体体积的约0.5％-约50％，更佳的是约 2％-约30％，最佳的是约5％-约20％。(考虑到这些浓度范围以 及有关有机聚合物粘合剂的范围，在硬化的板中的有机物的总量较 佳的是小于总固体体积含量的约60％，更佳的是小于约40％，最佳 的是小于约30％)。
已经发现，纤维含量低于20％(体积比)时的微小增加会极大地 增大制得的板的强度，韧性和耐弯曲性。加入纤维超过20％(体积 比)时板的挠曲性和强度的增加不甚显著，尽管在某些情况下这样 的增加是经济的。
然而可以理解，纤维强度是决定纤维用量的一个非常重要的因 素。纤维的抗张强度愈大，就可以使用愈少的量，使制到的产品获 得相同的抗张强度。当然，尽管一些纤维抗张强度撕裂强度和破裂 强度大，但是抗张强度低的其他类型纤维可能更具有弹性。形状比 较小的纤维更容易被置于板中并且产生缺陷更少的板，而较大形状 比会增加纤维中强度引入的效果。为了使获得的产品最大限度地具 有多种性能，例如高抗张强度、高弹性或更佳的纤维放置，可以混 合使用两种或多种纤维。
应当理解，有些纤维例如南部松和蕉麻，具有高的撕裂强度和 破裂强度，而其他纤维例如棉花则具有较低的强度但却有较好的挠 曲性。在期望具有更好的放置，更高的挠曲性、高撕裂强度和破裂强 度的情况下，可以在混合物中混合加入具有不同长径比和强度性能 纤维。例如，南部硬木和南部松的混合物能使纤维在可模压混合物 中分散得更好，从而产生具有纤维分散优良而且耐弯折性出色的 板。在任意情况下，正如前面详细所阐述，用于本发明的纤维不经 历造纸纤维的高强度加工过程。正因为如此，它们极大地保留了它 们的原始强度。
最后，应知道，某些纤维和无机填料可以与某些淀粉基有机聚 合物粘合剂发生化学反应并结合，从而在本发明的材料中引入其他 的尺寸(dimension)。例如，已知许多纤维和无机填料本质上是阴离 子的，因而带负电荷。因此，为了最大程度地使有机粘合剂与阴离 子纤维和无机材料反应，加入正电荷的有机粘合剂，例如阳离子淀 粉，是有好处的。
通过用松香和明矾(Al2(SO4)3)或NaAl(SO4)2处理纤维，可以 获得更佳的耐水性，其中后者使松香沉积于纤维表面，使之成为高 憎水性的。由明矾形成的铝矾絮流剂，在纤维表面产对于正电荷有 机粘合剂，如阴离子淀粉，吸附阴离子的位点。 I.分散剂
“分散剂”这个术语在此是指一组材料，它的加入可降低可模压 混合物的粘度和屈服应力，对分散剂用途更具体的描写可见 Anderson，P.J.的硕士论文，“Effects of Orgaric Superplasticizing Admixtures and their Components on Zeta Potential and Related Properties of Cement Materials”(The Pennsylvania State University Materials Research Laboratory，1987)出于公开的目 的，该硕士论文在此作为特别参考结合引用。
分散剂一般的作用是通过被吸附到骨料颗粒的表面和/或颗粒 的附近的胶体双电层中来进行的，尤其加入水硬水泥颗粒时。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 排斥作用使摩擦或吸引力减小，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 持可模压混合物的加工性时，开始只需加入较少的水，而且填充密 度有所增加。
在塑性、粘着性和/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。甚至在加入很少水时，加入分散剂可帮 助可模压混合物保持加工性。
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 常是关键的。如果加入某种水可分散的有机粘合剂(例如 (Tylose))，必须先在含有水和至少部分无机骨料的混合物中加分 散剂再加粘合剂，否则，由于Tylose会不可逆地吸收到骨料颗粒的 表面上形成保护胶体，阻止分散剂被吸附，因而分散剂就不能很好 地吸附到骨料颗粒的表面上。
较好的分散剂是磺化萘甲醛缩合物，比如WRDA19，它从 W.R.Grace公司可买到。其它的作用良好的分散剂包括磺化密胺甲 醛缩合物，木质素磺酸酯和聚丙烯酸。
在本发明中所考虑用的分散剂有时候在混凝土工业中是指“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。
分散剂的加入量通常占到重量的约5％，较好的为在约 0.5％-约4％范围内，最好在约1％-约2％范围内。 J.气隙
在绝热性而非强度是主要因素的地方(不管希望是隔热或隔冷 材料)，希望在板的结构基体中除了用轻质骨料外还掺入微小的气 隙，使板或其制品的绝热性提高。要仔细计算掺入可模压混合物中 的气隙的量，使板在不降低强度到无用的程度情况下具有必要的绝 热性能。但如果绝热性不是某种产品的重要特性时，一般所希望的 是把所有气隙减低到最少以获得最大的强度和最小的体积。
在某些实施例中，掺入非聚集的气隙是用加入混合物帮助气隙 掺入时的发泡剂或稳定剂，掺入的方法是对可模压混合物进行高剪 切、高速的混合。要达到该希望的目标，前述的高剪切、高能量混合 器是特别有用的。适合的发泡剂和加气剂包括常用的表面活性剂， 当前较好的一种表面活性剂是多肽亚烷基聚醇，例如Mearlcrete Foam Liquid。
与表面活性剂结合，为了使材料所夹含的空气稳定，使用象 Mearlcel 3532(一种合成液体阴离子生物降解溶液)的稳定剂。 Mearlcrete和Mearlcel都可从新泽西州的Mearl分司买到。另一 种发泡和加气剂是松香皂热塑性树脂，另外，有机聚合物粘合剂性 剂也起着稳定所夹含空气的作用。不同的加气剂和稳定剂可将不同 程度泡沫稳定性赋予水硬成形混合物，因而可以选择不同的种类以 便赋予最适合于特定的制造工艺的性能。
泡沫稳定性有助于未硬化可模压混合物中空气空隙的分散，阻 止其聚结。如不能阻止气隙的聚结，实际上就降低了绝热效果，也 大大降低了硬化的可模压混合物的强度。提高pH值，提高可溶性 碱金属例如钠或钾的浓度，加入稳定剂例如多糖流变性改性剂，并 小心调节可模压混合物中表面活性剂和水的浓度，都有助于增加混 合物的泡沫稳定性。
在模压和/或硬化可模压混合物过程的时候，为增加气隙系统 的体积常希望对可模压混合物加热，这也有助于从可模压混合物中 快速排除水，从而增加模压产品的湿强度。
如果气体已入掺入可模压混合物，则把混合物例如加热到250 ℃将使气体体积膨胀约85％(根据理想气体方程)。当加热是适当 时，已发现加热到约100℃-约250℃的范围是恰当的。上限是由可 模压混合物中可能产生的有害反应而决定的，例如纤维和有机粘合 剂的着火燃烧。更为更要的是，如果适当地加以控制，加热并不会 在板结构基体上产生裂纹或在板表面结构中产生缺陷。
另一种发泡剂是被制成细小颗粒状并且涂覆着蜡、淀粉或水溶 性涂层的柠檬酸和碳酸氢盐的混合物或者碳酸氢盐。这可以以两种 方式用于形成气隙：(1)与水反应并生成CO2，以便在无机填充基体 中形成蜂窝状泡沫结构，或(2)包裹颗粒作为基体，并且在基体硬 化之后通过加热产品超过180℃(这导致颗粒的吸热分解)从而去除 泡沫颗粒，从而产生控制良好的蜂窝状轻质结构。
在其它可模压混合物粘度高的应用中，例如某些模压过程所要 求的场合，通常高剪切混和得到足够数目的气隙就更难。在这种情 况下，通过把易于氧化的金属例如铝、锌或锡或入可模压混合物， 这种混合物可以是天然碱性的(例如含有水硬性水泥或氧化钙的混 合物)或通过加入强碱(如NaOH)而制备成碱性的，也可以将空气 空隙引入可模压混合物。这个反应应使得在整个可模压混合物中有 微小的氢气泡发生。
为了引发化学反应，并提高氢气泡的生成速率，还希望对混合 物进行加热。已发现，加热模压的产品到约50℃-约100℃的范围， 较好到约75℃-约85℃的范围，可有效控制反应并驱除多量的水。 而且，可以控制该加热过程使之不会将裂纹引入模压产品的基体。 把气隙引入结构基体这个第二种方法可与前述的方法结合运用或代 替之，前述的该方法即是在用于某些模压过程的可模压混合物粘度 低的情况下，通过高速高剪切混合来引入空气。
最后，空气空隙被引入可模压混合物可在模压过程中通过向混 合物加入一种混合物被加热时会膨胀的发泡剂来进行。典型的发泡 剂由低沸点液体和细分散的碳酸钙(白垩)组成。将滑石和发泡剂均 匀地混入可模压混合物并在加热情况下同时加压。这种液体发泡剂 渗透到各个白垩颗粒的孔隙中，然后，在压力突然降低时，发泡剂 可通过其热膨胀以这些颗粒为中心上蒸发起来。
在模压或挤压过程中，混合物在加压时同时加热。虽然加热通 常会引起发泡蒸发，而增加压力则阻止发泡剂蒸发，因而临时地形 成了一个平衡。在材料模压或挤压之后，卸去压力，发泡剂蒸发，因 而使可模压材料膨胀或“发泡”，最后可模压材料硬化，整个无机填 充结构基体中分布着极细小的空隙。在混合物被加热到水的沸点以 上且保持直至50巴压力时，水也可作发泡剂。
气隙增加了板及其制品的绝热性能，也大大降低了其松密度， 因而大大降低了最终产品的重量，这就减少了所形成产品的总质 量，减少了制造板所需的材料量，也就减少了一次性板及由其制得 的容器最终被弃去的材料量。 Ⅱ.由可模压的混合物制造薄板
本发明的全部制造过程见图1，包括进行下列制造步骤的设备： (1)混合可模压的混合物；(2)通过一个合适的挤出和模具将混合物 挤出成薄板、管子或其它物件；(3)将挤出的薄板通过一系列成对的 滚筒以减小厚度和/或改进薄板的表面质量；(4)通过将薄板在一个 或多个干燥滚筒上轧光而使之至少部分干燥；(5)任意地在一稍微潮 湿条件下压制薄板以消除去薄板无机填充基体中的不需要的空间， 以及增加薄板的密度和生态强度；(6)在薄板压制之后任意地干燥薄 板；(7)任意地将薄板通过一对或多对滚筒(包括一个硬质和一个软 质滚筒)以精整薄板；和(8)任意地在一滚筒上轧光基本上硬化的和 干燥的薄板，以形成一个可贮存并在需要时可使用的卷状。
在Andersen-Hodson Technology中登载了用于制造具有水 硬结构基体的薄板的相同方法的更详细讨论。对比公开的内容，此 处全部编入用作参考。
当将可模压混合物挤压成任何非薄板的物件时，可能从须“展 开”物件使之成为薄板，如连续切割管子以形成薄板。如果挤出另外 的形状，其它方法(如使用附加的轧光过程)也必须被使用。然而， 此处所述的相同原则可应用于其它挤出的形状。以下更全面地登载 各个这些制造步骤。 A.制造可模压的混合物
制造薄板的第一步骤及具有所需性质加工性和湿强度及最终硬 化产物的强度、挠曲性、韧性和降解性的合适的可模压无机填充混合 物的制造。利用显微结构工程技术方法，在技术领域的普通人员可 选择组份及其相应的浓度以获得具有所需性质的可模压混合物。
与可模压混合物相关的通常所需考虑的某些性质为对于预定的 挤压、轧光和/或模压过程足够的加工、塑料样性质及湿强度。如上 所述，含水量、水可分散有机聚合物粘合剂和(任意的)分散剂以及 在混合物中的其它组份如骨料、纤维、加气剂等都将确定混合物的可 工作性和挤出性。然而，没有一种组份可完全地确定可模压混合物 的流变性和其它性质。倒不如是每种组份在一个相关处理中一起工 作。 1.组份对混合物流变性的效应
应被加入以得到具有足够加工性能和流动性的混合物的水量取 决于无机填料的浓度和颗粒填充密度、纤维量、有机粘合剂的本性和 数量及其它掺合物(如分散剂、增塑剂或润滑剂)的本性和数量。通 常，然而，加入更多的水份将减少混合物的粘度和屈服应力，从而 增加混合物的流动性并减小由此模压所得的物件的形状稳定性。
水可分散有机聚合物粘合剂能显著影响混合物的流变性，这取 决于有机粘合剂的本性，浓度和凝胶化程度。如上所述，较佳的有 机聚合物粘合剂可大致分成下列几类：纤维素基的、淀粉基的、蛋白 质基的、多糖类基的和合成的有机物。在各个这些较宽分类中有许多 亚类和分类。各个这些材料的统一特性为它们通常溶解于或至少部 分地分散于水中。因此，它们需要足够的水份，使其能在可模压混 合物中分散和活化(包括凝胶化)。
然而，有机聚合物粘合剂具有各种不同程序的水溶解性或分散 性水平，以及各种不同的粘度和屈服应力。在相同的分类中的有机 聚合物可具有显著改变的粘度，这取决于分子量，例如，在20℃下 的2％TyloseFL15 002溶液的粘度为约1500CPS，而相同浓度的 Tylose4000溶液的粘度为约4000CPS。前者显著地增加了可模压 混合物的屈服应力和塑料样性质，而后者更可作为润滑剂或增塑剂 使用。
其它有机聚合物在水中在不同的速率和不同的温度下反应。虽 然许多有机聚合物粘合剂如Tylose在被加入至可模压混合物时 既不聚合也不解聚，但却凝胶化和干燥以形成粘合的基体，这也在 本发明的范围内，即将水溶性或水分散性可聚合单体加入至可模压 混合物中，使之可以在后的全部时间内在施用地点聚合。聚合反应 的速率可通过调节温度和/或加入一种催化剂或抑制剂而调节。可 被加入可模压混合物的可聚合的单体的举例包括Ceilosize和胶乳 成形单体。
至于凝胶化作用，大多数纤维素基的聚合物(如Tylose)在水 中于室温下可稳定地凝胶化。其它如许多淀粉仅在水中于高温下凝 胶化。然而，某些改性过的淀粉可在室温下凝胶化。因此，纤维素基 的和改性的淀粉基聚合物粘合剂在在室温下由此形成可模压混合物 的情况下是有利的。但是，它们与那些必须加热而凝胶化的典型的 淀粉基聚合物相比通常却是明显较昂贵的，较佳的淀粉基聚合物为 Nationel 51-6912，它可从National Starch购买到。
根据可模压混合物所需的流变性，包括需要作为时间或温度的 函数以影响粘度或屈服应力的，较佳的是将大量的不同有机聚合物 粘剂加入可模压混合物中。纤维素基有机聚合物粘合剂通常几乎立 即影响它们的最大流变性，而可聚合的粘合剂在全部时间内变稠， 以及当混合物温度升高时淀粉基粘合剂也将变稠。
其它可加入而直接影响可模压混合物流变性的掺合物包括分散 剂、增塑剂和润滑剂。分散剂如磺酰基为基础的材料在保持含水量恒 定的同时显著地降低粘度并增加可模压混合物的可加工性。一个推 论是使用分散剂可允许含有较少的水份，但同时又有维持相同水平 的可加工性。较佳的增塑剂和润滑剂为聚乙二醇。
无机骨料填料的数量、本性和颗粒的填充密度可显著地影响可 模压混合物的流变性和可加工性。无机骨料为多孔的或具有一高比 表面积，它可在无孔的骨料吸收更多的水份，因此减少可润滑颗粒 的含水量。这导致产生一种更硬的、更粘的混合物。颗粒的填充密度 也可通过决定通常必须由水份、润滑剂、有机聚合物或其它为了使混 合物流动的液体填充的空隙量而对混合物的流变性产生巨大的影 响。
现在举例如下，一个具有填充密度为0.65的骨料系统通常需 要35％(包括水份)体积的液体，从而能在颗粒间基本填充空隙。另 一方面，一个具有填充密度为0.95的骨料系统通常需要约5％(体 积)的液体以基本上填充空隙。这表明需用于填充空隙空间的含水量 减少到1/7，它直接与流变学性质，包括与混合物的可加工性有关。 实际上的颗粒填充密度通常在这二个极端值之间变动，当决定需加 入多少水份至少可模压混合物中时，就应计算其密度值。骨料颗料 的大小和形态也会在某种程度上影响可模压混合物的流变性和流动 性质。
在可模压混合物经受高压如挤出或其它高压模方法时，可以利 用颗粒填充和水份不足之间的相互关系以在压制混合物时暂时的增 加可加工性和流动性。在这说明书和附加的权利要求的内容中，“术 语”“水份不促”应指的是在一种可模压混合物中，没有足够的水份 (或其它液体)以完全占据颗粒间的空隙。因此，就没有足够的水份 适当地润滑颗粒。
然而，当施加一足够大于暂时增加颗粒填充密度的压力时，颗 粒之间的空隙量减少。由于水是不可压缩的，并且在压力下保持相 同的体积，因此，压力增加也就增加了可以润滑颗粒的水份的表观 量，从而增加混合物的可加工性和流动性。在去除压力之后，通常 在完成模压过程之后，骨料颗粒将恢复其在压缩前的密度，从而增 加空隙的数量和产生内部压力。这几乎立即地导致增高形状稳定性 和湿强度。
水硬性无机骨料如水硬性水泥、石膏半水合物和氧化钙可以因 其吸水的理机而被利用。这些材料与水化学反应，从而减小在可模 压混合物中有效的水量而不必借助加热或干燥技术。这些材料可以 水合度的函数(也是时间的函数)形式显著地影响可模压混合物的流 变学性能。另外，现已发现水硬性水泥增加了湿可模压混合物及由 此新制得的的薄板的粘合强度。是内聚力将无机填充材料维持在一 起，从而薄板被推动通过滚筒，并且保持其形状，直至充分干燥以 得到足够的强度。
最后，在混合物中的其它固体组份如纤维也将以与无机骨料相 同的方式影响混合物的流变性。某些纤维可吸收水份，这取决于它 们的孔隙率和溶胀能力。另外，某些纤维经处理后成为离子型带电 荷的，这使得它们可与离子型带电荷的有机增塑剂如离子型淀粉起 化学反应。通过这种方法可在某种程度影响混合物的流变性。 2.组份对最终性质的影响
至于最终干燥或硬化的产品，通常设计薄板的结构基体通常所 需的一些性质包括抗张强度(以普通或特别的矢量)、挠曲强度、挠曲 性和伸长能力、烧折或弯曲。在某些情况下，人们还期望得到基本上 包括现有纸张或纸板产品性质的薄板。然而，在其它情况下，人们 还期望得到利用普通木浆或其它传统的造纸原料不能得到的性质的 结构基体。这些性质包括增加的韧性、高模量、耐水性或低的松密度。
与树木纸张或纸板相反，它们的薄板性质极大地限决于所用纸 浆的性质，而本发明的无机填充板的性质是基本上与在制造薄板中 所用的纤维的性质无关的。现已确定，使用较长、更柔韧的纤维将比 更短、更硬的纤维赋予板更好的挠曲性能。然而，在传统纸张上在很 大程序上取决于纸浆的性质可通过调整可模压混合物的无纤维组份 的浓度及所用的或加工技术而被设计进无机填充板中。这样性质如 硬度、刚度、表面光洁度、孔隙率等通常不依赖于在无机填充板中所 用的纤维类型。
通过改变在可模压混合物中组份及组份的相对浓度就可使挠曲 性、抗张强度、挠曲强度或模量适合薄板、容器或其它由此制得的物 件的特别性能标准。在某些情况下，高抗张强度可能是一个重要的 特性。在其它情况下，它可能又是不太重要的。一些薄板较佳的应是 更柔韧的，而另一些则应是更硬的。有些应是相对地密度大的，而 另一些则应是更厚的，更轻和更绝缘的，重要的的是在保持对成本 和其它实际生产线性参数的认识的同时，得到具有适合持别用途的 性质的材料。然而，具有“太多”或“太少”的特殊性质从性能观点来 说可能是无关紧要的，从成本观点来看提供特殊性质又可以是浪费 的或无效的。
通常，增加有机聚合物粘合剂的数量将增加最终硬化板的抗张 强度和挠曲强度，并且会显著地增加薄板的挠曲性和弹性。加入更 多的有机聚合物也会减小薄板的硬度。相同地，增加在混合物中的 纤维的含量也会增加最终薄板的抗张强度，尤其是较高的抗张强度 纤维如陶瓷纤维，虽然这样的纤维是硬的并将得到一相对较硬的硬 化薄板。相反地，加入柔韧的纤维如天然纤维素纤维将显著地增加 薄板的挠曲性及抗张强度、撕裂强度和破裂强度。
不同的纤维具有显著不同的撕裂强度和破裂强度、挠曲性、抗张 强度，不破裂的伸长能力和硬度。为了得到不同类型纤维的优越性 质，在某些情况下在可模压混合物中结合二种或多种不同种类的纤 维是较佳的。
可以理解的是某些薄板成形过程如挤出和滚压将使在混合物或 薄板的伸长方向上的纤维定向。为了在某一方向上最大限度地增大 薄板的抗张强度是有利的。例如，当要求薄板沿着铰接处弯曲时， 较佳地是在一个方向上定向纤维，从而通过垂直折叠线定向而更有 效地在铰接处或弯曲面的二侧连接。在铰接处或薄板需要增加的韧 性和强度的区域中浓集更多的纤维是所期待的。
骨料的类型也可影响最终硬化薄板的性质。通常含有较硬的、不 可挠曲的、较小的颗粒如粘土、高岭土或白垩的骨料通常导致具有增 加脆性的更光滑的薄板。轻质骨料如珍珠岩或中空玻璃球导致了一 种具有更低密度、较纸脆性和更大绝缘性的薄板。骨料如碎砂、氧化 硅、石膏或粘土是特别便宜的并且可显著地减少由此制造薄板的成 本。任何具有高比表面的材料表现出增加的干燥收缩和收缩缺陷。具 有较低比表面的材料是有利的，这是因为它们不太粘稠，这使得可 通过没有粘性的低温滚筒来加工薄板。
水硬性骨料如水硬性水泥、石膏半水合物和氧化钙可在硬化板 中提供较少的粘接度，这取决于所加入的这些水硬性骨料的量。这 些可增加最终薄板的硬度和压缩强度，以及在某种程度上的抗张强 度。水硬性水泥还可降低薄板在水中的溶解度，从而增加薄板对水 降解的抵抗力。
最后，在可模压混合物中的其它掺合物可向最终产品附加防水 性质，例如通过添加松香和明矾至混合物中。这些物质互相反应以 形成在无机填充基体中的各种防水组份。在缺少这些防水剂的有效 数量存在时，水可被用于重新湿润薄板并且暂时增加挠曲性、弯曲 性和薄板在破裂前的伸长性，尤其是板并且暂时增加挠曲性、弯曲 性和薄板在破裂前的伸长性，尤其是当薄板被形成另一个制造的物 件，例如容器。当然，在薄板被丢弃后，水可促进薄板的降解。通过 用5-10％w/w淀粉溶液处理薄板表面以封接表面的孔隙率，从而 将耐水性引入。
一般情况下，具有低含量有机聚合物粘合剂和纤维的无机填充 板将会更硬、具有更高的绝缘性、具有较低的粘合性、耐热损害、具有 较低的抗张强度和抗水降解性(尤其是当它们含有更多的水硬性水 泥，其包括的性质还有可增加最终产品的压缩强度)。
具有较低含量的有机粘合剂但较高的纤维含量的薄板具有更高 的抗张强度，具有更高的韧性、具有更低的压缩性和挠曲强度，具 有较低的硬度和更高的挠曲性，和能较好地耐水的降解(尤其是当 水硬性水泥量增加时)。
具有较高有机聚合物粘合剂含量和较低纤维含量的无机填充板 为更易水溶性的和水降解的、更易模压(允许制造更薄的板)、具有中 等较高的压缩性和抗张强度、更高的韧度、中等的挠曲性和更低的硬 度。
最后，具有更高有机聚合物粘合剂和纤维含量的无机板具有与 纸张(树木或植物纸张)更相似的性质，具有更高的抗张强度，韧度 和折叠持久性，具有中等较高的压缩强度、具有极低的耐水降解性， 具有更低的耐热性(尤其是那些接近纤维着火点或粘合剂分解温 度)、和具有更高的挠曲性和更低的硬度。
利用如上所述的组合物形成的高无机填充板较佳的抗张强度范 围为约0.05MPa-70MPa，更佳的为约5MPa-40MPa。另外，薄板 的较佳的松密度范围为约0.6g/cm3-2g/cm3。薄板的密度是具有在 该范围的较低值、中间值或较高值，这通常取决于用于给定用途的 所需的性能标准。如上所述，本发明的高无机填充板较佳地具有抗 张强度与松密度之比为约2MPa·cm3/g-200MPa·cm3/g，更佳的 为约3MPa·cm3-50MPa·cm3/g。
本发明的高无机填充板的定向比强度性质与纸张的对比，后者 已知具有与抗张和撕裂强度有关的较强和较弱方向。在传统纸张中 的较强方向为机器方向，而较弱方向为垂直机器方向。虽然在普通 纸中在较强和较弱方向的强度比率为约3∶1，在本发明中为约2∶ 1，它还可接近约1∶1，这取决于所使用的特殊成形方法。通常，降低 不同的成形速度则可以允许纤维在一个更随机的定向中保持。
在说明书和附加的权利要求中与高无机填充板有关的术语“伸 长”指的是薄板的结构基体能拉伸而不损坏，并且仍保持一精整的 表面。换言之，本发明的薄板无机填充结构基体通过力施加如“推 动”或“伸长”能移动或改变化的形状，而不损坏。可通过Instron抗 张试验和一应力应变试验测定薄板的结构基体在损坏的伸长能力。
通过优选混合设计，可以制造一种薄板，该板具有可在扯裂或 破坏发生之前在新制得的薄板中伸长约20％并且在干板中伸长为 约0.5％-8％的结构基体。这通常可通过优选在可模压混合物和生 成的基体中的纤维和有机粘合剂数量而完成。通过在可模压混合物 中包含纤维可以完成具有一能在特定范围内伸长的结构的薄板的制 造，从而最终硬化板含有纤维量可高至约50％(体积)。加入更多的 纤维或有机粘合剂的量或改进基体与纤维的交界面，通常就可得到 更大的伸长而薄板不损坏。另外，通过向薄板增加蒸汽或湿度〔高达 薄板干重的10％(重量)〕可增加干板的伸长。然而，该重新润湿暂时 减少了薄板的强度，直至其再次干燥。
可以理解的是更高的抗张强度及更大的伸长通常可通过增加在 无机填充基体中的纤维量而获得。这可通过加入更多的纤维至少模 压混合物中或粘附一纤维层(如一张纸)于高无机填充板表面或内 部，或组合具有各种强度性质和挠曲性质的纤维来完成。
在说明书和附加的权利要求中所使用的与无机填充板有关的术 语“弯折”指的是薄板具有一个可以弯曲和卷曲而不会在精整的表面 产生破裂和变化的结构基体。通过使用现有技术中已知的方法测定 薄板的弹性模量和断裂能量而测定薄板弯折的能力。至于使用何种 材料，根据本发明制造的薄板的弯曲能力在很大程度上取决于薄板 的厚度。
一种测定弯折而不考虑薄板厚度的方法是当与薄板另一例相比 薄板一侧相对地伸长来确定弯曲。当薄板围着一个轴心卷装或弯曲 时，薄板外侧的长度伸长，而薄板内侧不伸长。然后，虽然在较薄的 板中的外侧的相对伸长与内侧的伸长相比是大致相同的，但是，较 薄的板可弯曲更大的程度，而较厚的板几乎不能弯曲得这样历害。
薄板的这种弯曲性质与薄板弹性能力有关，这由杨氏模量测 得；然后，不依赖于伸长就可优选用于得到所需弯折范围的优选的 混合配方。但是，在将薄板成形为合适的容器或其它物件时，可通 过重新湿润簿板而暂时增加薄板的弯曲性。据信，水份可被纤维、水 份散性有机粘合剂和骨料颗粒之间的空隙吸收。在干燥所形成的薄 板时，弯曲程度通常会降低，而薄板的硬度和韧度通常增加。
为了得到具有所需的强度、弯曲性、绝缘性、韧性、重量或其它性 能标准的性质，薄板的厚度可通过调节以下更详细地说明的滚筒之 间的空间而改变。根据厚度和所需的性能标准调整组份及其相对含 量，以适应特定的薄板厚度。本发明的薄板可被设计成具有显著差 异的厚度的；然而，大多数需要薄壁材料的产品的厚度通常为约 0.01mm-3mm。但是，在绝缘性或更高强度或硬度是更重要的情况 下，薄板厚度可上至约1cm。
本发明的薄板的较佳厚度将根据无机填充板、容器或由此制得 的物件的指定用途而变化。此外仅举一个例子，当需要高弯折性时， 一个较薄的板是通常较佳的。相反，当强度、耐久性和/或绝缘性和 不可弯曲性是占主要的内容时，较厚的板通常是较佳的。然而，当 需要沿着划痕弯曲薄板，或至少将其弯曲成容器时，无机填充板的 厚度较佳的为约0.05mm-2mm或更多，更佳的为约0.15mm- 1mm。
当将薄板用于印刷杂志或其它阅读材料时，其厚度与传统的纸 张产品差不多，典型地为约0.05mm。需要更大挠曲性和较低硬度 的可印刷板(如杂志或小册子的正页)典型地具有厚度为约0.025- 0.075mm。那些需要较高强度、硬度和较低挠曲性的产品(如杂志或 小册子封面)的厚度为约0.1-2mm。任何特殊的薄板的厚度和挠曲 性取决于所需的阅读或其它印刷材料的所需的性能标准。
本发明的另一个方面是挤压和卷装材料具有较高湿强度的能 力。这通过调节加入可模压混合物中的水可分散有机粘合剂的数量 和/或本性以及含水量而实现。虽然一开始加入相对较低的水量可 显著地提高可模压材料的湿强度，但是，在一开始就包括一较高的 含水是可以的，也是通常所需的，这是因为它增了些处所述的某些 模压方法的可加工性和能力。可通过加热而迅速地除去过多的水份。
如在以下更详细地说明，可模压混合通常被推动通过一系列加 热的滚筒，这些滚筒赶走了大量的水份并且有助于模压具有高湿强 度的薄板。但是在技术领域中的普通技术人员可以调节含水量以便 可模压混合物具有一合适的流变性，从而使它可容易地和有效地通 过一个特殊的模具挤出，并且具有足够的形状稳定性，以在其它过 程期间薄板通过一系列滚筒之间仍能保持其完整性。
如上所述，可模压混合物经微结构处理后具有某些所需的性 质，混合物本身的及最终硬化的产品的。然后，精确地计算在任何 批量或连续掺合组份期间加入的材料量是重要的。
目前较佳的在一工业设备上制备合适的可模压混合物的实施例 为通过自动地和连续地测定、混合(或搅拌)、除气和由一螺杆挤出设 备挤出所加进的可模压混合物的材料。如果需要的话，还可以在一 容器中预混合某些组份，并且将预混合的组份泵入捏和混合设备 中。
一个具有用于挤出的螺杆的双轴θ浆叶捏和混合器是一较佳的 混合器种类。该混合器可被调节成具有各种RPMs值以及适合不同 组份的不同剪切。典型地，可模压混合物最多被混合约10分钟，然 后再通过挤出(最多3分钟)将它从混合器中除去。
在本发明的可模压混合物中被组合的各种组份材料是肯定可得 到的，并可批量便宜地买到。它们可在包袋、盒、或火车车厢中装运 和贮存，并且可使用现有技术中公知的传统方法最后移去或卸去。 另外，这些材料可在大型贮存仓库中贮存并可通过运输带传送并转 移至混合地点。
在某些情况下，期望在高剪切混合物中一起混合某些组份以形 成更均匀分散的，单一的混合物。例如，某些纤维需要这样混合以 完全解聚或互相破裂。高剪切混合导致了一种更均匀地混合的混合 物，它改进未硬化可模压混合物的相密性并且增加了最终硬化的薄 板的强度。这是因为高剪切混合更均匀地在混合物中分散纤维，骨 料颗粒和粘合剂，从而在硬化薄板中产生更均匀的结构基体。
不同的混合器具有传递不同剪切至可模压混合物中的能力，例 如，与普通水泥混合器相比捏和器传递更高的剪切，但与Eirieh Intensive Mixer或双螺杆食物挤出器相比却是较低的。
然而，可以理解的是，高剪切、高速度混合不适用于在该条件 下具有破裂或易碎倾向的材料。某些轻质骨料，如珍珠岩或中空玻 璃球具有在高剪切条件下粉碎或压碎的倾向。另外，通过浆叶的高 剪切混合仅在混合物具有相对较低的粘度时才有效。在某些情况下， 当需要得到更大粘合性、塑性混合物时，要求在高剪切混合器中混 合某些组份包括水，然后利用较低剪切捏和混合器增加固体如纤维 或骨料的含量。
如上所述，当需要通过在可模压混合物中加入加气剂填充小 的、非聚集的气隙时，高剪切混合是特别有用的。在这些情况下，当 水硬性材料如水硬性水泥或氧化钙被加入混合物中时，较有利地是 在高剪切混合器上部使用二氧化碳气流，以使二氧化碳与混合物反 应，现已发现二氧化碳可增加水硬性混合物的泡沫稳定性，并且引 起水硬性水泥的早期假性固化。这也构成了与二氧化碳的反应，从 而产生碳酸钙，它是一种不溶性的粘合沉淀。
对于产生此处所述的更均匀混合物为在下列专利中公开和提出 权利要求的：美国专利No.4，225，247标题“Mixing and Agitating Device”；No.4，552，463标题“Method and Apparatus for Producing a Colloidal Mixture”；美国专利No.4，889，428标题 “Rotary Mill”；美国专利No.4，944，595标题“Apparatus for Producing Cement Building Materials”；和美国专利No.5，061，319 标题“Process for Producing Cement Building Material.”。对于公开 的内容，此处将上述专利全部编入作为特殊参考。这些专利范围内 的高剪切混合器可以从本发明的受让者，加利福尼亚的 E.Khashoggi Industries of Santa处得到。 B.由可模塑混合物成形薄板
一旦可模塑混合物被正确地混合，就将它转移至薄板成形设 备，后者典型地含有一挤出机和/或一组或一系列滚筒。在某些情 况下还可使用即可混合又可挤出可模塑混合物的设备，以使操作流 水线化和在系统中最小程度地减小各种组份的调整。根据图1做参 考，它说明了由可模塑混合物制造薄板的目前较佳的系统。该系统 包括一混合设备10、挤出机20、减缩滚筒40、干燥滚筒50、任意的压 实滚筒60、第二干燥滚筒70(任意的)、任意的精整滚筒80和任意的 卷绕机90。
在目前较佳的薄板成形的第一步中，可模塑混合物成形为厚度 精确的薄板，首先通过合适的挤出机模头将材料挤出，接着将经挤 压的材料通过一对或多对减缩滚筒(图1)。
图2为螺旋挤出机20的近视图，它包括一将可模塑混合物喂 入位于挤出机20中的第一内腔24中的喂入器22。在第一内腔24 中，有一第一螺杆26，它施加向前的压力并且将可模塑混合物推动 通过第一内腔24至真空室28。典型地，把负压力或真空施加至真空 室28，以除去在可模塑混合物中不需的气隙。
因此，可模塑混合物被喂入第二内腔30。第二螺杆32将混合物 推向一具有横向狭缝36和模宽38及模厚39的模头34。模头狭缝 36的横截面形状被设计成能形成具有与模头狭缝的宽度和厚度相 对应的所期望的模宽38和模厚39的薄板。
或者，如图3所示，挤出机可含有一柱塞挤出机20’以替代螺 旋螺杆挤出机20，柱塞挤出机利用一柱塞22’以及替代螺旋螺杆 22，以施加向前的压力将可模塑混合物推着通过内腔24’。使用柱 塞式挤出机的好处是能在可模塑混合物上施加大得多的压力。然而， 因为典型地用于本发明的混合物具有很高的塑性，所以，施加比使 用螺杆挤出机所得到的压力更大的压力通常不必要，甚至也没有好 处。
相反，使用螺杆挤出机的重要优点是，它允许连续的挤出过 程，因此柱塞挤出机通常对于批量挤出是有用的。另外螺杆挤出机 能除去在可模塑混合物中的不需要的大的气隙。若未能去除不需的 气隙会导致薄板的结构基体具有缺陷或不均匀。在随后的干燥步骤 中，尤其是当使用相对高的加热时，不需要的气囊会显著膨胀并引 起空气泡缺陷。去除气隙可以使用如图2所示的挤压技术中已知的 常规排气方法，即将混合物先被第一螺杆26推着通过进入真空室 28，接着被第二螺杆32通过挤出机的模头34挤出。
尽管最佳的模头狭缝的宽度和厚度取决于待制造的特定薄板的 宽度和厚度，但是挤出的薄板的厚度通常至少两倍于，有时数倍 于，最终轧光过的薄板的厚度。减薄量(以及相应的厚度的倍数)取 决于所制薄板的性质。因为减薄过程有助于控制纤维的取向，所以 减薄量常常与所期望的取向程度对应。
此外，厚度的减薄量越大，薄板的伸长便越大。在一个典型的 制造方法中，约6mm厚的挤出薄板被轧光生成厚度在约0.2mm- 约0.5mm的湿薄板。(因为厚度减小了12-30倍，所以在挤压后薄 板相应伸长至其原长的12-30倍)。
然而，为了在薄板上得到更随机的纤维定向，尤其是为了在各 个方向均衡力量性质，通常较佳的加速薄板成形方法以增加侧面至 侧面(或“X”)方向的可模塑材料的流动。
尽管模头狭缝通常是矩形的，为了形成在其宽度方向具有不同 厚度的挤出薄板，也可以在其沿模头狭缝宽度方向(图4)含有厚度 增大的区域。在这种情况下，通常最好地使薄板通过一系列具有与 挤出厚度增加的区域相对应的凹槽或间隙差别的滚筒(图5)。用这 种方法，可以生产具有增大的强度及刚度的增强区域的薄板。
在另一个实施例中，可以想象的是当混合物通过狭缝挤出时， 作为时间的函数有选择地改变模具狭缝的宽度。这允许在沿薄板的 长度方向上具有各种厚度的薄板的挤出。在这情况下，通常必须提 供具有作为时间函数的各种间隙距离的滚筒。然而，由于较好地使 滚筒同步以适应各种厚度薄板的挤出速率的更大困难，该方法比如 上所述的产生具有沿着其宽度的各种厚度的薄板的方法差。
除了可以使用狭窄的模头狭缝以形成平薄板外，还可以使用其 他的模头以形成其他物件或各种形状。唯一的条件是，挤出的形状 应能够在其后被制成薄板。例如，在某些情况下，挤出非常宽的薄 板并不适宜。取而之的是可以挤出管子，随后使用恰好位于模头外 侧的刀子将管子沿纵向连续切开并展开。
为了挤出可模塑的混合物能使用的压力的大小通常依赖于将混 合物通过模头所需的压力及挤出所需的速率。可以理解的是，应小 心地控制挤出速率，以使薄板成形的速率等于薄板随后在轧光过程 期间通过滚筒的速度。如果挤出速率太高，就会在滚筒后形成过量 无机填充材料，它会最终引起系统的堵塞。相反地，如果挤压速率 太低，滚筒则拉伸挤出的薄板，它可导致破裂的或不均匀结构的基 体，或更槽的为薄板的破碎或撕裂。后者还可导致连续薄板成形方 法的完全破坏。
应当理解，确定挤出的最佳速度的一个重要因素是薄板的最终 厚度。较厚的薄板含有更多的材料，因而需要较高的挤出速度以提 供必需的材料。相反，较薄的板所含材料较少，因而为了提供必需 的材料只需较低的挤出速度。
可模塑的混合物通过模头被挤出的能力和挤出的速度通常为混 合物流变学及操作参数和机器性质的函数。因素如水量、水可分散性 有机粘合剂、分散剂、珠光体填充密度或由混合物组份吸收的水份含 量都会影响混合物的流变学性质。
因为有时候控制可影响挤出速率的所有变量是不可能的，较佳 的具有一转换器的积分系统，它可测定挤出速率或可检测在滚筒后 部过量材料的任何堆积。该信息可被传入一计算机处理器，后者再 将信号传递至挤出机以调节压力和挤出速率，从而较好地协调整个 系统。如下所述，一种正确的积分系统还具有控制和调节滚筒速度 等的能力。正如前面提及的，在混合物缺水而且在一定程度优化颗 粒填充的情况下，为了暂时提高可模塑的混合物的加工性，必须有 足够的压力。在缺水的混合物中，颗粒之间的空间(或空隙)所含的 润骨颗粒的水量不足以产生通常条件下所需的加工性。但是，当混 合物在挤出机内压缩时，压缩力使颗粒挤压在一起，从而减少了颗 粒之间的隙，增加了可润滑颗粒的水的表现量。这样，在混合物通 过模头挤出之前，加工性增加了。而过了模头，压力的减少导致混 合物在刚度和湿强度上表现出立刻的增加，这通常是合乎需要的。
应理解，在挤出过程中施加于可模塑混合物上的压力不应大得以 致压碎轻质的低强度的骨料(如珍珠岩、空心玻璃球，浮石，或页岩) 或使其开裂。压碎或其它破坏这些或相似轻质的含有大量空隙的聚合 物的结构完整性由于去除了空隙而将减少其绝缘效果。然而，因为珍 珠岩，页岩或其它这样的材料比较便宜，聚集颗粒的某种程度的压碎 或破裂是可以接受的。但是，在某些值处过量压力将去除轻质量和/ 或轻质量的骨料的绝缘效果，在该值处简单地包括比较不昂贵的骨料 如砂子是更经济的。
考虑到上面列出的每种因素，为了挤压出可模塑混合物而由挤出 机施加的压力优选地在范围约50Mpa约70MPa，更佳的在约150kPa- 30MPa，最佳的在约350KPa-约3.5MPa。
在某些情况下，尤其是期望得到低密度，高绝热性的薄板的场 合，挤出过程之前在混合物中加入发泡剂是有好处的。
可以理解，通过模头挤出可模塑混合物，将易于使可模塑混合 物中的纤维沿“Y”轴即挤出薄板的长度方向单方向地取向。正如将 在下所看到的那样，辊轧过程会进一步使纤维取向于“Y”方向，此 时薄板在减薄过程中进一步伸长。此外，通过使用在“Z”方向上具 有不同的间隙距离的滚筒(如锥形滚筒)，一些纤维也会取向于“X” 方向即沿着薄板的宽度方向。因此，有可能通过挤出加上辊轧，生 产出具有沿两个方向取向的纤维的薄板。
除了如上所述的传统挤出方法的使用，在某些情况下较佳的挤出 被传送至位于二个水平定向的挤出机轧辊之上的漏斗上的单个混合 物团，或简单地将可模塑混合物传送至漏斗。这就排除了在滚轧过程 前就需要先将可模塑混合物挤压成板。一种传送器方法为一螺杆传送 器，它允许各种物质在可模塑混合物的喂入过程下通过轧辊。
C.辊轧方法
在本发明的大多数实施例中，最好是将挤出的薄板通过至少一 对滚筒进行辊轧，其目的在于改进薄板的均匀性和表面质量。在一 些实施例中，不管在哪一点上，辊轧步骤仅仅使薄板厚度减薄一 点。在另一些情况下，辊轧过程会大大减小板的厚度，尤其是不首 先将混合物挤出成薄板形状而直接将可模塑混合物喂入轧辊之间。 在某些情况下如果要求显著地降低高无机填充板的厚度，通常必须 在步骤中降低薄板的厚度，其中薄板通过几对滚筒，每对滚筒在其 间具有先进的较窄的辊隙距离。
根据显示了本发明的一个实施例的图1进行对比，其中在辊轧 过程中使用了一组三对滚筒。在三滚筒对中的每个滚筒具有相同的 直径，虽然在某些情况下较佳的是使用与大直径滚筒连用的小直径 滚筒。如图6所示，一组或一对滚筒40通常包括在其间具有给定辊 隙距离44的相邻配置的二个单独滚筒42。在二个单独滚筒42之间 的辊隙距离44对应于薄板通过一套滚筒之间后的减薄的板46的厚 度144。
当板在通过一对滚筒而减薄时，在其向前运动的方向上也会伸 长。板伸长的一个后果是纤维会进一步沿“Y”方向取向(即排列)。 这样，减簿过程加上最初的挤压过程就生产出其中纤维基本上具有 在“Y”(即长度方向)单方向取向的板。然而，如上所述，现已发现 增加辊轧过程的速度会使纤维在整个板中的更随机化的分布。
另一种维持在薄板中的纤维的随机取向的方法为降低滚筒的不 同成形速度，即当在低压力下在挤出机滚筒之间喂入可模塑混合 物，混合物通过滚筒之间引起机器方向速度及伴随的剪切突然增 加，这使纤维在机器方向定向。然而，通过增加混合物的压力，可以 降低机器方向剪切的水平，从而导致了具有较多随机化纤维的定向 的薄板。
薄板拉长的另一个结果是当它通过一对减薄滚筒之间时被加 速。根据图6进行对比证明，滚筒的旋转速度V1等于减小速度V1， 当拉长的薄板位于滚筒时，其速度不等于进入滚筒间空隙的速度。 更精确的，在滚筒半径垂直于薄板表面处的滚筒外表面的切线速度 基本上等于当薄板位于一对滚筒中的速度。其结果是当薄板首先进 入滚筒时滚筒速度将快于薄板速度。
举例为如果薄板厚度减小50％，并假设在减薄过程中薄板没有 加宽，薄板将拉长至其原长的二倍。与薄板位于滚筒中相比，该值 相当于进入滚筒前薄板速度的二倍。因此，如图7所示，如果薄板厚 度减小50％，那么V1=2×V0；从点“a”至点“b”的速度增加一倍。
当薄板通过旋转滚筒被挤出或压制成较薄的板而通过一对滚筒 之间时，被加速。这种挤出或压制薄板的过程同进入薄板和滚筒之 间的速度差异一样都在薄板上产生了变化了的剪切力。施加过大剪 切力会阻止薄板结构基体的完整性并且在薄板内产生缺陷，从而削 弱了薄板。然而，现已发现对于具有与滚筒极低的粘连的混合设计 及高塑性，利用一对相对较大的直径滚筒仅用一步就使挤出的薄板 减小至最后的成品的厚度。
每个滚筒的直径应优化，取决于可模塑混合物的性能和无机 填充板厚度的减薄量。当优化滚筒直径时，应考虑两个竞争性的利 害关系。首先是这样一个事实：当板在滚筒间通过时直径较小的滚 筒倾向于将较大的剪切力施加于板。这是因为在薄板上的压制的向 下角度平均比使用较大的直径滚筒要大(图7)。
参考图7证实不仅压制的向下角度小于在较大直径滚筒的，而 且当薄板被加速时其距离(及类似的时间)大于使用较大直径滚筒 的距离。因为当使用较宽滚筒时薄板从“a”到点“b”需要更长的时 间，所以加速率下降，伴随薄板厚度厚度减小的剪切力下降。因此， 从此观点来看，与较小直径的滚筒相比较大直径的滚筒是有优点 的，因为较小的剪切力被期望将更少的缺点引入无机填充的结构基 体中。
但是，使用直径较大的滚筒也有缺点，即无机填充材料与滚筒 接触的时间较长，从而导致在滚筒被加热以防止粘连的辊轧过程中 板干燥程度的增加。因为更多的薄板与一较大直径的滚筒接触，当 使用更大直径的滚筒为防止粘连时加热是更重要的。尽管，某种程 度的干燥是有利的，但是在辊轧过程中薄板干燥得太快会在结构基 体中引起破裂和其他的缺陷。与经受相同水平剪切力的湿板相比， 干板与在基体中没有破裂的新形状一致的能力降低。因此从此观点 来看较小直径的滚筒的使用在减小减薄滚筒的干燥效果是有利的。 然而，通过使用高抛光的滚筒、低温变及成小可模塑混合物的硬度 的合适的混合设计可减少因使用较大直径的滚筒造成的一些缺陷。 而且，薄板通过固定器减小了滚筒的干燥效果，并且引起薄板更大 程度的加宽。
考虑到这种情况，应较佳的优选滚筒的直径，尽管直径足够大 可以减小传递到薄板的剪切力，但是直径足够小可防止在辊轧过程 中材料的过度干燥，从而在每个减薄过程中允许薄板厚度的更大减 小。
为了减少在制造过程中的减薄过程数目，为了得到薄板厚度最 大减小量及在同时防止可模塑薄板的过度干燥，滚筒直径的最优化 是最佳的。除了减少工作部分的数目，减少减薄过程的数目还节省 了滚筒的数目，后者的速度为了防止在滚筒(在滚筒旋转太慢情况 下)或剪切撕裂(在滚筒旋转太快情况下)后面的薄板堆积必须小 心地同步。因为当薄板通过滚筒之间时每对滚筒都减小了薄板的厚 度，所以当薄板通过每一套滚筒时均被加速。因此，每对滚筒必须 以正确的速度独立地旋转以防止辊轧过程的中断。除去减薄过程的 数目显著地简化了这个同步问题。
如上所述，滚筒表面最好加以处理以便防止无机填充材料粘着 于滚筒。一种方法需要将滚筒加热，结果导致可模塑混合物中的一些 水份蒸发并在板与滚筒之间形成蒸汽屏障。水的某些蒸发也会减少可 模压混合物中水的含量，从而增大板的湿强度。但是，滚筒的温度 不能太高以致于使薄板表面干燥或硬化过度从而在板中产生残余应 力、破裂，剥离或其他的变形或不规则性。因此，优选的是将滚筒 加热到约40℃-约140℃之间，较佳的为约50℃-约120℃，最 佳的为约60℃-约85℃。
此外，板的干燥速度可藉掺入具有低比表面积的骨料而降低。与 具有低比表面积的骨料相比，具有高比表面积的骨料能更容易释放吸 附于骨料中的水份。
通常，当混合物中的水份增加时可模塑混合物的粘性也增加。因 此，应将滚筒加热至较高的温度以使混合物含有更多的水份以防止发 粘这是有利的，因为含有较高水量的薄板通常必须具有更多的可被除 去的水份以得到合适的湿强度。
因为被加热的滚筒可驱赶大量的水份并可改进形状稳定性，可接 受的薄板厚度减小量通常在每个连续的减薄过程中减小，而薄板变得 更干燥。这是因为在缺陷被引入结构基体前更干燥、更硬的薄板只能 耐受较小的剪切。
在另一个实施例中，通过通过将滚筒冷却至室温或低于室温来减 少无机填充板与滚筒之间的粘附。例如，加热挤出机中的混合物至一 相对高的温度，然后再冷却板的表面，就会造成蒸发的水分凝结， 据信这样会在薄板和滚筒之间形成一层水的薄膜(即加热可模压混合 物至第一温度，和冷却滚筒至第二个温度，该第二温度远低于第一 温度，从而减少加热的可模压混合物与冷却的滚筒之间的粘附)。 滚筒必须冷却至足以防止板的表面粘附于滚筒，但不能太冷以致于使 板冻结成或者变得太坚硬缺乏挠曲性从而在辊轧过程中会产生破裂 或损伤。因此，优选的是将滚筒冷却到温度约0℃-40℃之间，较 佳的为约5℃-35℃，最佳的为约10℃-约15℃。
为了得到冷却滚筒的有效无粘附效果，通常必须在挤压之前或 其期间首先加热可模塑混合物至一明显高于冷却的滚筒的温度的温 度。这允许水蒸气从被加热的混合物至被冷却的滚筒上的有利的冷 凝，从而在滚筒和可模塑混合物之间形成了一薄层润滑水。因此， 通常较佳的是将挤出混合物加热至约20℃-80℃的温度范围。该温 度将与滚筒的温度有关。
另一种降低滚筒和无机填充板之间的粘附程度的方法是处理滚 筒表面。典型的是，滚筒用抛光的不锈钢制成并且涂覆非粘性材料 例如抛光的铬、镍或聚四氟乙烯。
已经发现，可以在仍然得到同样程度的对板的减薄量的同时， 通过采用一个具有稍微锥形的剪切减薄滚筒42’和一个传统的滚筒 42(图8)，可以减小剪切量及滚筒的朝下的压力。但是，由于锥形引 起的“Z”方向上的间隙的差异程度应当控制，以防止在“X”方向上 薄板的扩展(即变宽)(除非这种变宽是所期望的)。但是，通常情况 下变宽并不是所期望的，因为变宽的部分常常厚度不均而且一般必 须修整和废弃。通过使用锥形滚筒，有可能无需对板施加更多的剪 切就获得较高的伸长度和板的减薄度。
当然，如图9所示，人们希望通过使用一种可在沿着“X”方向 的滚筒之间产生空隙的角度更小的锥形滚筒42″来加宽或扩展“X” 方向的薄板。通过改变滚筒间的空隙。可以使无机填充的薄板在 “X”方向从空隙更窄的点向空隙更宽的点扩展或加宽。除了锥形滚 筒，可以在“Z”方向定向单个滚筒42以提供具有在一端的空隙距离 比另一端更小的滚筒(图10)。
在“X”方向的扩展或加宽具有在“X”方向重新定向某些纤维的 有利效果，因此产生了具有双向定向(在“X”和“Y”方向)的纤维的 薄板。纤维的定向最大限度地增大了在纤维的取向方向上纤维的性 质所赋予的抗张强度。此外，使纤维取向对于增强板内的绞连部位 或划痕特别有用。此折叠或弯曲的宽度更长的纤维能连接折叠或弯 曲两侧的材料，即使基体已沿着折叠或弯曲处部分地或甚至基本上 破裂。如果纤维大多是沿着与折叠或弯曲方向相垂直的方向取向， 这种连接效应可以增强。
最后，应该理解的是，因为可模压混合物的塑性以及较高的可 加工性，辊轧过程通常不会造成板的很大压实。换言之，板的密度 在整个辊轧过程中基本上保持不变，尽管预料会有某种程度的压 实，尤其在通过其他一些减簿滚筒时板已经基本干燥的场合。在希 望有压实的场合，如下面所充分阐述的那样，在干燥步骤之后，可 将板接着在一对压实滚筒60之间通过。
本领域的熟练技术人员会理解，挤出步骤并不一定需要正规地 使用本领域所用的术语所指的“挤出机”。挤出步骤的目的无非是给 滚筒供应连续的，调节好的可模塑无机填充材料。但这些要求可通 过那些本领域的熟练技术人员所知道的其它机构来达到，只要实现 材料通过合适的孔“挤压”或流动就行。需用来引起可模塑混合物流 动的力可由例如重力提供。
如上所述，较佳的是通过滚筒而不经过挤出过程简单地喂入可 模塑混合物。这降低了薄板成形过程的费用，同时还允许调节滚筒 之间被喂入混合物压力。增加压力也就增加了在薄板内纤维的随机 排列，而降低压力则增加了在机器方向的不同速度和剪切，导致纤 维更多的排列在机器方向上。
总而言之，现已发现在辊轧过程中的重要参数包括直径、速度 和滚筒的温度及“辊隙高度”(或之间的空隙)。增加滚筒的速度通常 将允许和可以要求相应的滚筒温度的升高，以防止薄板与滚筒的粘 附。增加滚筒的直径及辊隙高度，在辊轧过程中每个易于减小由滚 筒传递至可模塑混合物和薄板的剪切，然而增加速度则增加了剪 切。 D.干燥方法
尽管辊轧步骤常常会导致可模塑的无机填充板部分的甚至基本 上的干燥，但是最好还是对薄板进一步干燥，以便获得具有所期望 的抗张强度和韧性等性能的薄板。(当然，薄板在一般时间内自然 干燥，虽然等待薄板自然空气干燥可能是不可行的。)加速干燥可 以用许多方法实现，其中每一种都涉及对板加热，以驱除多余的水 份。一个较佳的对板干燥的方法是使用大直径的加热干燥滚筒，它 在本技术中称为“Yankee”滚筒，虽然也可使用一系列较小的滚筒。 滚筒干燥中主要的是，所有滚筒的表面积之和是以有效地进行薄板 干燥。
与通常一对对配置的减薄滚筒不同，干燥滚筒是单个设置的， 以便薄板可以依次通过每单个干燥滚筒的表面。而且这些滚筒配置 的方式使得高度无机填充薄板的两面在各步是轮流地干燥。在辊轧 步骤中，薄板在减薄滚筒之间通过的通常是直线路线，而在干燥步 骤中，薄板环绕经过滚筒时，通常是沿正弦波形的路线。
参考图1，与第一个干燥滚筒相贴的一面被干燥滚筒加热，而另 一面则暴露于空气。被加热的板以蒸汽形式失去水分，蒸汽可以从 滚筒这面或者滚筒对面的薄板表面上逸出。逸出的蒸气也在薄板和 滚筒之间提供了非粘附性的屏障。干燥滚筒表面可以置有小孔，以 便于一部分水蒸气在干燥步骤中通过小孔而排出。
当板沿着其路线继续前进时，它被卷上第二个干燥滚筒，此时 板的另一面与滚筒表面接触并干燥(图1)。这个过程可以按所期望 的薄板干燥程度的需要继续进行许多次。干燥量取决于一系列因素， 包括在薄板中的水份量、薄板的厚度、薄板与滚筒表面接触的时间、 滚筒的温度和所需的薄板性质。在某些情况下，可能要求使板的一 面比另一面干燥的程度更大些。这可通过设计一种可增加薄板的一 面与干燥滚筒的面接触(相对与另一面接触)的系统而完成。
干燥滚筒的温度取决于好几个因素，包括当板通过该滚筒时它 的潮湿度。在任一情况下，干燥滚筒的温度应低于约300℃。尽管可 模塑无机填充材料不应被加热至高于约250℃以防止损坏其有机组 分(有机聚合物粘结剂或纤维素纤维)，但是可以使用温度大于该温 度的滚筒，只要在混合物中有足够的水，以便当水蒸发时能使材料 冷却。然而，随着含水量在干燥过程中减少，滚筒的温度应当降低 以防止使材料过热。
在某些情况下，最好结合干燥滚筒使用一干燥隧道或干燥室。 为了获得热对流干燥的充分效果，常常最好是将热空气循环以便于 加速干燥过程。在干燥隧道中的温度及在隧道中板的残留或停留时 间将决定在无机填充材料中的水份的数量和蒸发速率。
为了得到表面的快速干燥，较佳的是更快地将无机填充通过极 热的干燥隧道。相反，为了得到更均匀和深度干燥的薄板，期望将 薄板更慢的通过干燥隧道。然而，为了防止纤维素纤维和有机聚合 物粘合剂破坏，干燥隧道通常不应超过250℃。考虑到上述原因，较 佳地将干燥隧道加热至约50℃-250℃的温度范围，更佳的为约 100℃-200℃。
在某些情况下，前面所述的干燥过程是在薄板或者用于成形容 器或其他物件，或者卷在一卷筒上或以薄板形式叠置起来备用之前 最后一个步骤。在其他情况下，尤其是在需要得到更光滑、更象纸一 样的光洁度的薄板的场合，在干燥步骤之后可以跟着一种或多种在 下面更详细阐述的附加步骤，包括一压实步骤和/或一精整步聚。 若需压实，通常最好是使板留有一定程度的潮湿度，以防止在压实 步骤中基体发生破裂。另外，如果干燥步骤之后不跟着压买步骤， 通常期望使板基本干燥，以便快速地使抗张强度及韧性达到最大限 度。 E.可选择的精整过程
在许多情况下，有必要对无机填充板进行压实以达到最终的厚 度、尺寸公差和表面精整。此外，可以用压实过程来去除结构基体中 不需要的空隙，参考图11，令在干燥过程中已显著干燥过的薄板在 一对压实滚筒10之间通过。压实过程产生的薄板通常具有较高的密 度和强度，较少的表面缺陷和较小的厚度(图11)。调整压实滚筒的 压力量以与薄板的特殊性质相符。
压实过程最好是要产生厚度减薄和密度增加的板，而不造成板 的进一步伸长，也不致有害地损坏或减弱结构基体。为了实现压实 而不使板伸长并使结构基体强度降低，控制干燥过程使板的含水量 在最佳范围之内是很重要的。如果板含有太多的水，那么压实滚筒 便会以减薄滚筒同样的方式使板伸长。事实上，压实滚筒实质上与 减薄滚筒是一样的，唯一的差别在于如果板足够干的话，那么发生 的是压实而不延伸。
另一方面，在压实过程之前板若过分干燥会使板的强度降低。 在某个极限上无机填充的板会变得如此之干而硬，以致于压买时不 可能不产生破裂。即使这种破裂是显微的，肉眼看不见，结构基体 的破裂也会降低板的最终强度。然而，干板的压实过程可以通过在 板表面喷洒水而得以改进，这一措施为板提供足够的湿度并且使板 表面中被压实的颗粒固定和排列整齐。
因为压实过程(包括一个或多个压实步骤)通常涉及轻度潮湿 的薄板，通常较佳的是在压实步骤之后用与以上所述的使用可选择 的干燥滚筒70的干燥过程相同的方法进一步干燥薄板。利用干燥滚 筒、干燥隧道或其二者结合可进行这种可选择的干燥过程。然而，在 某些情况下，也可不用第二级干燥步骤加工薄板，例如立即使用薄 板以形成容器或其它物品，或其它有利的方法以得到一轻度潮湿的 薄板。
也可能需要进一步将板通过一对或多对精整滚筒80以改变无 机填充板的表面。例如，为了制造具有一面或两面非常光滑的板， 可使板在一对硬的和软的滚筒间通过(图12)。术语“硬的滚筒”指的 是具有非常光滑表面的并使薄板的一面十分光滑地与硬的滚筒接触 的滚筒82。术语“软的滚筒”指的是具有能在软的滚筒84和薄板之 间产生足够摩擦的表面以推动薄板通过硬的和软的滚筒对。这是必 须的，因为硬的滚筒82通常太光滑以致不能推动干板通过硬的滚 筒对。此外，为了在簿板表面排列颗粒，硬的滚筒82的一些光滑性 是有利的。为了“超级压制”薄板，使用一旋转的、高度抛光的硬的滚 筒导致一具有十分光滑表面精整的薄板。通过在薄板表面上喷洒水， 和/或用粘土、碳酸钙或其它该技术领域的普通人员熟知的适当涂 覆材料涂覆表面而有选择的应用精整过程是变得很方便。
在另一些实施例中，精整滚筒可以赋予所期望的结构，例如网 纹的或方格纹的表面。这时不是使用一个硬滚筒和一个软滚筒，而 是使用能将板面印成所期望的表面花纹的一对滚筒。需要的话，滚 筒可在板表面上印出广告语句或其他的图案。能印制水印的特殊滚 筒可以单独使用，也可与其他任何的滚筒一起使用。
也可能需要按与波纹纸板相类似的方式使板成为波纹状。其方 法是将半湿的板在一对波纹滚筒86(图13)之间通过。应控制板的 含水量，使波纹过程不会使板的结构基体受损坏。典型的方法是在 起皱的薄板周围区域中使用蒸气。如果薄板太干燥，起皱过程会损 坏结构基体，在某些情况下甚至还会导致薄板的撕裂或裂开。相反， 如果薄板太潮湿，起皱的薄板可能缺少维持波纹形状所必须的湿强 度。
在适用于盒子或其它用途的起皱纸板的制造中，较佳的是在二 块平板之间夹入起皱的无机填充的薄板。这可用现有技术已知的制 备起皱纸板的方法完成。另外，还可用其它材料如纸或纸板制备一 种或多种夹板。材料的选择取决于各种因素，包括所需的性能标准、 成本和当完成其用途后抛弃薄板的预定方法。
无机填充薄板如普通的树木纸张一样可更迭地起皱纹以提供一 能在突然应变率处吸收能量的高度延伸薄板。皱纹板在包装袋制备 中变得越来越重要。传统的起皱纹可在一纸张起皱机器的湿压部分 (湿起皱)处或在-Yankee干燥器(干起皱)上进行。虽然湿或干起 皱纹过程的确切参数在本发明的无机填充的薄板和树木纸张之间是 不同的，但是本技术领域内的普通人员知道应该怎样调整起皱纹过 程以得到无机填充的皱纹薄板。
现已发现可用强酸处理无机填充薄板以使薄板基体的纤维表面 部分干透。利用如浓硫酸处理薄板，从而引起纤维素纤维剧烈膨胀 并且开始部分溶解。在这种情况下，被塑化的纤维封闭其孔洞，在 周围空隙处填充并且通过过量的氢键在其间更紧密的接触。用水包 围引起重新沉淀和网络固化，导致比干法更强潮湿的、不起毛、无 味、无嗅并可对抗油脂和油类的纤维。通过将干透的天然抗张韧性和 由湿起皱所赋予的伸展性结合，可制得具有较大的吸收中击性能的 纸张。
在本发明中，可以看出人们期望当薄板的纤维含量增加时起皱 过程能更好地工作。增加的纤维含量促进了孔洞的封闭和纤维的氢 键的增加。然而，应该理解的是，当薄板干透的场合不应使用对某 些酸敏感的骨料，如碳酸钙。 F.涂覆过程
用前面所述方法所制备的高无机填充的薄板有时需要对其进行 涂覆。涂层能被用来以许多方式改变板的表面性能。包括封接和保 护薄板或其它由此制得的物品。涂层可以提供抗湿气、碱、酸、油脂或 有机溶剂的保护。它们也可以提供更光滑或更有光泽或耐划痕的表 面，并且可以帮助防止纤维的“飞离”。在薄板加工期间涂料可被用 于增强湿的无机填充薄板，或它们可增强干板，尤其是在弯折线 处。一些涂料还可被用作粘合剂或以形成层压板。
与涂覆概念有关的为薄板的“上浆”，它主要指薄板孔洞的封接， 上浆可被用于改进无机填充薄板的光滑性和耐水性。它们可增加或减 少强度、模量和伸长(或延伸性)，这取决于其组合物和所使用的量。 一些上浆或涂料可软化无机填充基体，从而得到更有挠曲性的薄板。 其它也可使薄板更硬。
某些涂料可以在板成形过程之中涂覆于板的表面，这称为“在机 器上”法。然而，可能更好是在薄板成形过程之后涂覆涂料，这种 情况下的方法称为“不在机器上”法。
涂覆过程的目的常常是为了在板的表面获得具有最少缺陷的一 层均匀薄膜。特定涂覆方法的选择取决于基板的一些基材(即薄板)变 量以及涂料配方的一些变量。基板变量包括产品基体的强度、润湿 性、孔隙度、密度、光滑度和板的均匀性。涂料配方的变量包括固体 总含量、溶剂基的种类(包括其水溶性和挥发性)、表面张力和流变 性。
利用任何现有技术中公知的制造纸张，纸板、塑料、聚苯乙烯、 金属板或其它包装材料的涂覆方法将涂料施涂于薄板。现有技术中公 知的可被用于涂覆本发明的无机填充薄板的涂覆方法包括刮刀、填 密、空气刀、印刷、Dahlgren，照相凹版和粉末涂覆。通过用下列 任何一种涂覆材料喷涂薄板或由此制得的其它物品或通过将薄板或 物品浸渍于含有合适涂覆材料的缸中来施用涂料。最后，为了用挤出 方法使涂覆过程完整，可沿着薄板共挤出涂料。有用的涂覆过程的更 详细描述置于Andersen-Hodson Technology中。
合适的涂覆材料包括碳酸钙、硅酸钠、密胺、聚氯乙烯、聚乙烯 醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、丙烯 酸、聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚乙烯、Biopol(聚羟基丁酸酯-羟基 戊酸酯共聚物)、蜡(如蜂蜡或以石油基蜡)、弹性体、高岭土、陶瓷、 聚丙烯酸酯、胶乳、合成的聚合物包括可生物降解的聚合物或其混合 物。Biopol由英国的Imperical Chemical Industries制备。
在有些情况下，最好的涂料是弹性体的，可变形的或防水的， 也可用一些涂料来加强无机填充薄板严重弯曲的地方，例如薄板的 划痕处。在这种情况下，一种易弯的，可能的话是弹性体的涂层是 较好的。除了这些涂料，任何合适的涂料都可根据施用情况来加入 使用。
如果使用薄板以制造容器或其它与食物接触的产品，涂覆材料 较佳的含有FDA批准的涂料。一种特别有用的涂料举例为耐酸的 硅酸钠。抗酸性是重要的，比如当容器与高酸含量的食物或饮料例 如软饮料或果汁接触的时候。在希望保护容器不受碱性物质影响的 场合，可用适当的聚合物或蜡来涂覆本发明方法制备的容器，象涂 覆纸容器那样。 G划痕和穿孔过程
在某些情况下，也可以对板进行或者划痕，或者划切，或者穿 孔，以便于确定一条边界线，可以沿着这条线将薄板折或弯过来。 划切可以用安装在划痕冲床(score press)上的锋利的刀刃170(图 14)进行，也可以使用如图15所示的连续的模切滚筒172进行。在 板上划痕可用如图16所示的划痕模子174。最后穿孔可以用如图17 所示的打孔刀178进行。
当无机填充薄板具有较低的纤维含量(少于15％总固体的体 积)时，较佳的是周划痕切割而不是划痕压制薄板。相反，当薄板具 有较高的纤维含量(大于15％(总固体的体积))时，较佳的是用划 痕压制而不是划痕薄板。最后，穿孔通常在任何纤维含量的薄板中 都能很好地进行。
划痕、划切或穿孔的目的在于，在无机填充板上形成一个部位， 沿这个部位板能被弯折。这样在板中就创造了“绞连”(实际上指余 下的连接部分)，它具有远比未划痕或未经穿孔的无机填充板大得多 的可弯曲性和回弹性。在某些情况下，多划切或多穿孔也许是合乎 要求的。
在板中切一条划痕或穿孔会提供一条更好的弯折线或绞连。这 是由于种种原因。首先，它提供了板可以更自然地弯折的部位。其 次，切一条划痕使得板在划痕线上比板的其余部分更薄，这样减少 了弯曲板时在长度方向表面的延伸量，这种表面伸长的减少会降低 结构基体在被弯折时破裂的可能性(图26)。再者，在结构基体有破 裂发生的情况下，划切或穿孔使得在基体中的裂缝生成是有控制 的。
有时，优选的是将更多的纤维集中在将进行划切或穿孔的部 位。这能通过按预先确定的时间间隔，对应于划切穿孔的部位共挤 压另一层含有更高纤维含量的高度无机填充材料。此外，在挤压或， 辊轧过程中能将纤维置于板的上面或注入其中，以便于在所期望的 部位获得较高的纤维含量。
在划痕或穿孔过程中，无机填充板优选的是处于基本上干燥或 半硬化状态。这是因为要防止划痕或穿孔时潮湿材料向划切处或穿 孔处移入而使之弥合。因为划痕通常是(而穿孔总是)切过一部分 结构基体的，板甚至可以是完全干燥的而不会使划痕或穿孔过程对 板有损害。但是，在划痕是压入而不是切入板表面的情况下，板必 须足够湿，以防止因结构基体的错位而造成的破裂。
划切的深度通常取决于划痕的类型、无机填充板的厚度和沿着 划痕线的弯曲程度。调节划痕机制以提供所需深度的划痕。当然，模 具旋塞不应象实际上通过薄板切割的那样大或初涂太薄以致于不能 抵抗预期的力(除非希望容易地可撕裂的划痕)。较佳的，划切应仅 厚得正好发挥其目的。在某些情况下，在薄板的任何一面上的划切 组合是较佳的，以增加弯曲移动的范围。
在大多数情况下即当较薄(＜1mm)的板被划切时，划口的深 度对于板的厚度为约10％-约50％，较佳的为约20％-约35％。在 较厚的板的情况下，划口通常较深，因为较厚的板的弯曲性较差。
可以理解的是，本发明的无机填充薄板将从划切或穿孔中弯曲 出来，而朝向划痕的弯曲被压缩进入薄板表面。即，由划切或穿孔 限定的薄板的面将一起在划切或穿孔的反方向封闭。相反，如纸张 或纸板制品，由被压切进入薄板表面的划痕限定的无机填充薄板的 面将在划痕的一面一起封闭。 H.其它方法
在无机填充板表面上应用印刷或其它标记地需要的，例如商 标、产品信息、容器说明书或标识语。这可利用现有技术中公知的印 刷纸张或纸板产品的印刷方法完成。另外，薄板还可被压花或用一 水印处理，由于无机填充相对地具有较高的如纸张或纸板一样的孔 隙率，所以所施用的油墨将很快地干燥。此外，还可利用现有技术 公知的方法将印花图案、标版或其它标记附着或粘附至无机填充板 上。
印刷无机填充板的方法包括(但不局限于)任何传统的印刷方 法，包括平版印刷、凸纹印刷、凹版印刷、多孔印刷或无损印刷。被印 刷的标记可被施用于连续的薄板或单个切割薄板，这取决于所涉及 的印刷方法和薄板的性质。甚至于单个薄板可以象普通纸张一样通 过照相复制机器喂入。
平版印刷或偏移金属版印刷依赖于印入所需区域的油墨和水份 的不溶解性。用于金属板印刷的平板在成像区域接受油墨和排斥水， 而在非成像区域吸收水和排斥油墨。薄板喂入的偏移金属版印刷是 非常有用的，因为它可以在很大范围中调节薄板的尺寸。另外，还 可以容易地重制印刷板以适应不同图形设计。薄板条喂入或连续喂 入偏移金属板印刷是同样有用的，尤其是当用同一容器设计而应用 不同图形的设计时。
凸纹印刷或活版印刷涉及在不被印刷的区域之上的被印刷区域 的增加。油墨滚筒仅与增加的区域的顶端表面接触。油墨被转移至 一成像载体并在当滚筒在成像载体和印刷圆辊之间通过时被施涂至 薄板。以薄板喂入压力机上印刷单个切割的薄板，以薄板条喂入压 力机上印刷连续的薄板。在该方法中可应用的压力机包括压板、平板 (圆辊机)和旋转压力机。另一种凸纹印刷有用的形式为苯胺照相 术，它涉及软性平板(包括橡皮印机)和干快式油墨的使用。
凹版印刷、通常称为凹版印刷或轮转凹版印刷，是另一种有用 的印刷方法，凹版印刷涉及直接从旋转雕刻的圆辊旋转时一个医用 刮刀将过量的油墨从不转移图像的区域中除去。当薄板通过雕刻的 圆辊和一印刷圆辊之间时，油墨从雕刻圆辊中转移。此辊化在薄板 喂入偏移金属板印刷中应用的平板贵得多；然而，雕刻的圆辊更持 久，以及它比在平版印刷中应用的平板能印刷更多的薄板。
多孔印刷、通常称为丝网印刷(或丝网法)，对于在不规则表面 或不平坦的表面上的印刷是有利的。多孔印刷涉及应用丝绸、合成的 纤维或不锈钢的网筛支持的印版印压到板上。
无损印刷通过喷嘴喷洒带电荷的油墨液滴印刷标记，而不与薄 板或容器接触。该方法便宜并可在较高速度下应用。当然，也可使用 普通的钢笔和铅笔，以在薄板或由此制得的物品上书写通知或其它 信息。 Ⅲ.由无机填充板制造的物品
利用上述方法可以制造各种各样具有显著改变了性质的薄板。 这些薄板可以薄至约0.1mm或更薄，如在某些情况下要求极薄、可 弯曲和轻质的薄板时。在某些情况下要求相对较厚、强度大、较硬的 薄板时，薄板还可厚至约1cm。另外，薄板的密度范围为纸约0.6g/ cm3至高约2g/cm3。通常，高密度薄板强度较大，而纸密度薄板绝 缘性更好。可以事先设计好特定薄板的确切厚度或密度，从而在以 经济可行的方法制造薄板允许的成本情况下得到具有所需性质的薄 板。
本发明的板可用于任何使用纸张或纸板的场合。另外，由于无 机填充材料的独特性质，因此可以制备大量目前需要使用塑料、聚 苯乙烯或甚至是金属的物品。
尤其是本发明的薄板可用于制造下列产品容器(包括可丢弃的 和不可丢弃的食物或饮料容器)、谷物盒、瓦楞盒、印刷材料(包括杂 志或小册子)、包装材料(如包装纸或隔置材料)、带、玩具、铅笔、麦 管、纸板箱、盒、三明治容器、“蛤壳式容器”(包括但不局限于用于快 餐三明冶如汉堡包的铰连容器)、冷冻食物盒、牛奶纸板箱、水果汁容 器、饮料载体(包括但不局限于外部包装的篮式载体和“六拼环形载 体)、冰淇淋纸板箱、杯子(包括但不局限于可丢弃的饮水杯、双拼纸 杯、单件皱纸杯和圆锥杯)、用于快餐出口的法国式油煎容器、快餐盛 装盒、包装物、软性包装物如用于快餐食品袋、包(包括但不局限于 一端开口的包如食品袋、在纸板盒中的包如干燥容物盒和多层包)、 袋、外部包装的包装用品。用于带盖尤其是塑料盖陈列的产品的支持 板(包括食品的午餐肉、办公用品、化妆品、黄金物件和玩具)、支撑 盘(用于支撑产品如饼干和糖果条)、听头、酸乳容器、卷绕的或螺旋 缠绕容器(用于产品如冷冻的果汁浓缩物、牛肉、土豆条、冰淇淋、 盐、洗涤剂和汽油)、邮寄用纸筒、用于卷装材料的薄板卷(如包装 纸、布料、擦脸纸和卫生纸)、套管、雪茄盒、制剂盒、用于化妆品的盒、 盘、售货盘、馅饼盘、碟、烤碟、碗、早餐盘、可微波处理的午餐碟、 “TV”午餐碟、纸板箱、肉包装盘、包装卷(包括但不局限于冷冻剂 包装、电线卷、屠宰包装、肉类包装和香肠包装)、食物容器、紧急呕吐 接受器(即“呕吐袋”)、基本上为球形的物件、瓶、罐、壳体、板条箱、 碟、盖、麦管、信封、胶姆带、刀具、明信片、三环连接器、书套、硬纸夹、 玩具、医用小瓶、安瓿、动物笼、不燃烧焰花壳体、模型火箭引擎壳体、 模型火箭和无穷变化的其它物件。
将无机填充板加工成合适的制件通常涉及从无机填充板切割合 适的坯料及将该坯料转变成所需的制件，包括容器。将坯料转变成 所需的物件可通过折叠、卷制、卷绕、螺旋缠绕、模塑装配单个坯料、 冲压成形及其组合。该转变方法还包括施涂粘合剂、卷边、施加压力、 密封地封接、重新湿润一部分及施加压力、用钉钉住、用胶带粘贴、缝 接或其组合缝接构件的一部分。在加工过程期间的重新湿润无机填 充可以帮助改进挠曲性和防止薄板的破裂。
加工本发明的无机填充板形成制作的公开的方法及以下所列物 件的特殊结构外形，此处仅作为举例而不受限制。本发明的范围包 括现有技术中公知的将薄板转变成制件的现有方法，这些物件包括 由传统薄板如纸张、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属制得的容器或其它 包装材料。利用传统的设备、自动方法和半自动方法在本发明的范围 内。
将无机填充切割成合适的坯料可通过利用现有技术中公知的任 何方法完成，例如安装在压力机上的刀片切割器、连续模具切割滚 筒、切割模具和剪切装置。切割还对在某些容器中开窗子有用。切割 不对在通过除去薄板部分以形成片状物的波纹盒形成有用。这种类 型的切割称为“开槽”。
缝接坯料包括将无机填充板的至少二部分或坯料互相接触，再 连接、汇合、组合、连接、交联或通过施涂粘合剂、卷边、施加压力、密 封地封接、重新湿润部分和施加压力、用钉钉住、用胶带粘贴、缝接或 其组合而一起缝接各部分。缝接可与任何一种转变方法联合使用， 例如折叠、卷绕、螺旋缠绕、模塑、装配或冲压成形。
一种将无机填充板或坯料转变成所需物件的方法涉及“折叠”， 它包括弯曲、双倍折叠(doubling over)、产生一铰链、起皱、起褶、卷 边、收集、起皱或从无机填充板或坯料中产生机械联锁装置。
可通过折叠由无机填充板或坯料加工成的物件包括纸板箱、盒、 波纹板箱、交联“蛤壳式”容器(包括用于快餐三明治如汉堡包的铰 式三明治容器和铰式色拉容器)、干谷物盒、牛奶纸板箱、水果汁容 器、饮料容器的载体、冰淇淋纸板箱、起皱纹杯、圆锥杯、用于快餐出 口的法国式油炸餐、快餐盛装盒、一端开口的袋和信封。划痕薄板或 坯料可以是必须的，这可以帮助折叠。
一种将坯料转变成容器如在图20c中描述的封接末端，纸板箱 的自动化方法首先将坯料装入料斗。如在图20a中所示的坯料在同 一时间内除去并通过一系列无尽的皮带被传递至一预破裂台。在预 破裂台划痕线由固定的弯曲的开槽器具通过将一块或多块坯料板从 原来平板移至预破裂划痕处而被预破裂。
在划痕线预破裂之后，当坯料沿着皮带移动时小板可被放回。 划痕线的预破裂协助将坯料转变成容器，这是因为弯曲一先前弯曲 的划痕所需的力量显著地减小了。然后折叠坯料，通过任何缝接方 法缝接各个面以形成如图20b所示的中间壳体或管。
另一处将无机填充或坯料转变成所需的物件的方法为“卷绕”， 它涉及将一坯料卷制成一容器或具有限定内部空间的板壁的其它物 件。由卷绕形成的物件具有各种截面包括圆形截面，椭圆形载面， 具有圆角的长方形截面和长方形截面。可通过卷绕而从无机填充板 或坯料加工制得的物件包括杯子、听头、用于冷冻果汁浓缩物、土豆 条、冰淇淋、盐、洗涤剂和汽油的容器、邮寄用纸筒、用于卷状材料如 包装纸、衣服材料、纸碗和卫生纸、套筒和麦管的薄板卷。
卷绕坯料通常通过围绕一芯棒卷曲坯料和再缝接坯料的重叠末 端而实现。可通过任何先前所述的缝接方法一起缝接重叠端。根据 所需的容器可以使用由高无机填充材料或其它材料成形的各种封闭 方法。
杯子可通过任何现有技术中公知的方法进行，包括以上所述的 用于形成卷绕容器的普通方法。一种在本发明范围内制造双拼纸杯 的较佳方法涉及从无机填充板切割二块坯料，即如图21a所示的侧 壁坯料和底部坯料。如图21b所述，卷绕侧壁坯料以形成杯子的侧 壁，以及将底部坯料成形以形成杯子的底部。杯子的卷绕侧壁为一 截头锥形管，而底部形成一封闭的器具。
自动化方法通常由下列步骤组成：将侧壁坯料和底部坯料从无 机填充板切割下来；将底部坯料置于一芯棒的自由端，坯料被可放 松地置于其上；围着芯棒卷制侧壁坯料；重叠侧壁的直端；缝接或 固定重叠端；缝接或固定底部坯料的边缘至杯子卷绕的基底的基底 上。另外，通过唇边形成设备可在杯子的开口处周围形成唇边。
一种如图22所示的自动的杯子成形设备涉及一种具有多个芯 棒192的旋转可换档的转台190的操作。芯棒沿着径向从转台中伸 出，芯棒的一端附着于转台，而另一端则向外突出并通常具有一平 面。
设备包括底部坯料喂入口194，它形成底部坯料并将其喂入。底 部坯料喂入口194将底部坯料置于芯棒的平面上。在转台换档使芯 棒正常旋转之后，侧壁坯料喂入器196将侧壁坯料198喂入芯棒。 夹持件200将侧壁坯料支撑于芯棒上，以用于随后的成形。然后转 台换档将具有侧壁坯料的芯棒转移至一调制机以缝接202，可以湿 润所重叠的侧壁坯料的末端，施涂粘合剂或施涂一种如聚乙烯涂 料。
转台随后换档，侧壁卷绕器204围着芯棒卷绕侧壁坯料以形成 容器的侧壁。卷绕的侧壁具有一个与制成的杯子的开口和基底相同 的开口和基底。转台接着换档至调制机以形成底部206，或湿润底部 坯料的基底和/或边缘、施涂粘合剂或施涂一种涂料。转台再换挡至 一底部形成器208，它将底部坯料的基底和边缘一起固定。在基底形 成之后，放出杯子，芯棒换挡以从底部坯料喂入器中接受底部坯 料。再重复循环操作。
杯子还可进一步经受附加的处理如在杯子口周围形成唇边。一 种形成唇边的方法需要定位杯子，从而使杯子向外伸出并在开口周 围唇边。在该方法中，杯子在其底部成形成之后从芯棒中放出进入 多个容器接受器212中的一个，它迅速地从另一个可换挡的转台 210向外伸出。杯子放出进入一接受器使杯子定位，从而使杯子开 口向外伸出以替代杯子基底。然后唇边形成装置214形成唇边并放 出。唇边形成装置可以把祝贺的图形转印在接受器和阳模，该模具 能压制杯子的开口以形成垫圈。
另一种将无机填充板或坯料转变成所需的构件的方法为“螺旋 缠绕”，它与卷绕相似。缠绕涉及以螺线旋转卷包一无机填充板或坯 料形成具有管状或圆锥状的构件、连续的纤维或丝带缠绕也可用来 提供附加的强度。许多封闭方法，包括上述用于杯子的封闭方法均 可用于由缠绕形成的容器。
还有另一种将无机填充板或坯料转变成所需构件的方法为“模 塑”，它包括施加横向力来形成薄板或坯料。可通过模塑无机填充板 或坯料加工的物件包括盘、售货盘、馅饼盘、碟、烤碟、碗、早餐大浅 盘、可微波处理的午餐碟、“TV”午餐碟、蛋纸板箱、肉包装浅盘、碟和 盖子。
薄板或坯料可在一所需形状的阳模和一具有与阳模基本互补形 状的阴模之间进行模塑。当一坯料或薄板的一部分在模具之间模塑 时，薄板被形成具有与模具形状相符的构件。虽然根据方便和经济 来看，固体、单件模具(阳性模具和阴性模具各含有一个固体件)是 较佳的模具，但是可替代的模具包括分裂模具、顺序冲模和可拆模。
“装配”是另一种将无机填充板或坯料转变成物件的方法。许多 通过折叠、卷绕、缠绕或模塑加工的物件也可涉及装配各种坯料或另 体以形成完整的物件。基本上或全部通过装配坯料由无机填充板或 坯料加工的构件包括硬质堆积盒、卡纸包装容器和插入容器中的衬 片。由无机填充板形成的硬质堆积盒通常是不可拆的，并可用一薄 的装璜用盖板覆盖。它们包括雪茄盒、糖果盒和化妆品盒。
硬质堆积盒可通过仅仅切割合适的坯料和将坯料一起装配而形 成。还可划痕坯料以使坯料可以折叠。通过角度切割器可切口盒体 坯料和盖坯料的角度或部件，从而当装配坯料时，可通过盒体或盖 子的侧面和底部形成角度。由装配坯料形成的角度可通过放置从无 机填充板或其它材料切割来的小的、簿的支撑物而被支撑，并可用 一粘合剂在每个角度周围涂覆。
制成卡片的包装容器尤其适用于视觉显示的产品。在本发明范 围内的制成卡片的包装容器可通过装配一从无机填充板切割下来的 支撑卡片和一由塑料或半透明的无机填充板形成的盖子而加工制 得。制成卡片的包装容器可被用于包装和陈列许多产品包括食物产 品如午餐肉、办公用品、化妆品、五金器件和玩具。制成卡片的包装容 器涉及二大类，多孔的包装容器和蒙皮包装容器。
“袋成形”为另一种将无机填充板或坯料转变成所需构件的方 法，它涉及一种在包装工业中以“成形/填充/封接”公知的方法。用 成形填充/封接技术形成的袋允许一系列形成袋、用产品填充袋和封 接袋的操作。袋成形包括连续的袋系列的成形、用产品填充袋、通过 缝接封闭袋和在袋形成填充和封闭之间将袋彼此切割开来。由无机 填充板和坯料通过袋成形加工的容器包括干的汤料袋、糖果包装物、 谷物袋、土豆条袋、粉末包装、片剂袋、调味品袋和蛋糕混合袋。
形成袋的操作通常由水平、垂直或双板袋成形而完成。水平成 形、填充和用缝接封口通常涉及在其长度的一半处折叠连续的薄板、 在其间隔处折叠以形成一系列随后填充和封闭的袋。该方法通过推 动薄板水平地经过一犁状组合件，后者将薄板在一半处折叠起来。 折叠的薄板在其间隔处缝接成袋以允许将产品填充入袋中。可通过 重力或其它方法将产品填充袋。
垂直成形、填充和缝接通常涉及沿着其长度将连续的薄板形成 一管状物，在其间隔处缝接管状物以形成一系列袋、填充袋和用缝 接封闭袋。通过在犁状组件上垂直地推动薄板而将薄板形成一管状 物。然后管状物在其间隔处缝接成袋并用在垂直成形、填充和封闭中 使用的相同方法填充。
第三种方法涉及通过组合二张薄板形成袋，其中至少一张为无 机填充板或层压板。无机填充板和层压板可与许多其它薄板结合， 包括但不局限于无机填充板、层压板、纸板、铝箔板、玻璃纸板、塑料 板和这些薄板的任何层压板。可垂直或水平地组合这二张薄板，每 个袋具有四个缝接的侧面。
Ⅳ较佳实施例的举例
列出下列实施例以更持别地进述根据本发明的形成薄板和容器 的方法。举例包括各种混合物、具有各种性质和尺寸的薄板和许多不 同的容器。
实施例1-6
由包括下列组份的可模塑混合物制造高无机填充板：
实施例    CaCO3    纤维       Tylose    水
1         6 kg    0.25 kg     0.1 kg    1.8 kg
2         5 kg    0.25 kg     0.1 kg    1.7 kg
3         4 kg    0.25 kg     0.1 kg    1.6 kg
4         3 kg    0.25 kg     0.1 kg    1.5 kg
5         2 kg    0.25 kg     0.1 kg    1.4 kg
6         1 kg    0.25 kg     0.1 kg    1.3 kg
在各个这些实施例中所用的纤维为南方松木。首先在-Hobart 捏和机中高剪切下将水、TyloseFL 15002和纤维混合10分钟。然 后，将碳酸钙加入混合物中，并在低剪切下再混合4分钟。
在各个这些混合物中的碳酸钙的颗粒填充密度为约0.63，得到 的混合物具有下列无机骨料的总的固体的体积百分数，分别为 89.7％、87.9％、85.3％、81.3％、74.4％和59.2％。这些值相应于 下列总固体的重量百分数：94.5％、93.5％、92.0％、89.6％、85.1％ 和74.1％。实施例1-6的薄板含有下列以总固体的体积百分数表 示的纤维量，分别为：7.2％、8.5％、10.3％、13.1％、18.0％和 28.7％。这些值远远小于以重量百分数测得的值。
利用脱气的螺杆挤出机将可模塑混合物挤出通过30cm× 0.6cm模口以形成连续的具有相应宽度和厚度尺寸的薄板。然后将 被挤压出的薄板通过一对减薄滚筒之间，辊筒之间具有一等于所形 成薄板厚度的辊隙距离。因为碳酸钙具有较低的比表面积，所以这 些化合物对于滚筒具有较低的粘性。在这些实施例中所形成的薄板 的厚度为0.23mm、0.3mm、0.38mm和0.5mm。
当使用较少的碳酸钙时，薄板的抗张强度、挠曲性和折叠耐受 力增加。然而，加入更多的碳酸钙得到一具有更光滑表面和通过滚 筒时更易放置的薄板，它减少了内部缺陷量。增加CaCO3量具有减 少薄板孔隙率的效果，它的范围为最终干燥的薄板的37.4％- 70.3％(体积)。
实施例7-12
由包括下列组份的可模塑混合物制造高无机填充板。 实施例        CaCO3      纤维   Tylose     水      Class Spheres  7            1.0 kg    0.2 kg   0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg  8            1.0 kg    0.3 kg   0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg  9            1.0 kg    0.4 kg   0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg 10            1.0 kg    0.5 kg   0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg 11            1.0 kg    0.6 kg   0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg 12            1.0 kg    0.7 kg   0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg
在各个这些实施例中所用的纤维为南方松木。首先在-Hobart 捏和机中高剪切下将水、TyloseFL15002和纤维混合10分钟。然 后将碳酸钙和中空玻璃球加入混合物中，并在低剪切下再混合6分 钟。在各个这些混合物中的碳酸钙的颗粒填充密度为约0.73，得到 的混合物具有下列无机骨料的总固体的重量百分数：88.5％、 85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和74.5％。
利用除气螺杆挤出机将可模塑混合物挤出通过30cm×0.6cm 模具以形成连续的具有相应宽度和厚度尺寸的薄板。然后将挤压出 的薄板通过一对减薄滚筒，辊筒之间具有一等于所形成薄板厚度的 辊隙距离。因为碳酸钙具有较低的比表面积，所以这些化合物对于 滚筒具有较低的粘合性。在这些买施例中所形成的薄板的厚度为 0.23mm、0.3mm、0.38mm和0.5mm。
当使用具有平均直径为35微米(最大为100微米)的碳酸钙颗 粒时，生成的薄板上具有无光泽的表面。然而，当使用少得多的颗 粒时(其98％量小于2微米)，生成的薄板具有一光泽的表面。
增加薄板的纤维就增加最终硬化的薄板的抗张强度、挠曲性和 折叠耐久性。
实施例13
重量实施例7-12的各个方面，除了以1.0kg云母替代碳酸 钙。在其它方面以基本相同的方法制备混合物。云母为平均颗粒大 小小于约10微米的粘土状、片状的天然矿物。在各个这些混合物中 的组合云母和中空玻璃球的颗粒填充密度为约0.7，生成的混合物 具有下列的无机聚集物的总固体的体积百分数，分别为：88.5％、 85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和74.5％。云母的片状得到具有光 泽表面的薄板。
实施例14
在各个方面重复在实施例13中所述的配料设计和方法，只是 将0.25kg南方松木加入用以形成无机填充板的可模塑混合物。最 终硬化的薄板在最强(机器)方向上破坏之前具有抗张强度为14.56 MPa，模量为2523 MPa，伸长为1.42％，而在较弱(与机器正交)方 向上失败之前具抗张强度为6.66％MPa和伸长0.93％。
实施例15
重量实施例7-12的各个方面，除了以1.0kg高岭土替代碳 酸钙。在其它方面以基本相同的方法制备混合物。高岭土主要为 98％颗粒大小小于约2微米的天然粘土。在各个这些混合物中的组 合高岭土和中空玻璃球的颗粒填充密度为约0.69，生成的混合物具 有下列的无机骨料的总固体的体积百分数，分别为：88.5％、 85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和74.5％。高岭土得到具有光泽表 面的薄板。
实施例16-21
由包括下列组分的可模塑混合物制造高无机填充板。
实施例   细    粉     纤维素    Tylose     水     玻璃球
         二氧化硅     纤维      FL 15002
  16      1.0 kg     0.2 kg      0.1 kg    2.1 kg   0.5 kg
  17      1.0 kg     0.3 kg      0.1 kg    2.1 kg   0.5 kg
  18      1.0 kg     0.4 kg      0.1 kg    2.1 kg   0.5 kg
  19      1.0 kg     0.5 kg      0.1 kg    2.1 kg   0.5 kg
  20      1.0 kg     0.6 kg      0.1 kg    2.1 kg   0.5 kg
  21      1.0 kg     0.7 kg      0.1 kg    2.1 kg   0.5 kg
在各个这些实施例中所用的纤维为南方松木。首先在-Hobart 捏和机中高剪切下将水、TyloseFL15002和纤维混合10分钟。然 后，将细粉二氧化硅加入混合物中，并在低剪切下再混合6分钟。在 各个这些混合物中的细粉二氧化硅和中空玻璃球的颗粒填充密度为 约0.73，得到的混合物具有下列无机骨料的总固体的重量百分数： 88.5％、85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和74.5％。
利用除气螺杆挤出机将可模塑混合物挤出通过30cm×0.6cm 模具以形成连续的具有相应宽度和厚度尺寸的薄板。然后将挤压出 的薄板通过一对减薄滚筒，辊筒之间具有一等于所形成薄板厚度的 辊隙距离。细粉二氧化硅为石英状并且平均颗粒大小小于约10微 米。因为硅和玻璃具有较低的比表面积，所以这些化合物对于滚筒 具有较低的粘性。在这些实施例中所形成的薄板的厚度为0.23mm 、0.3mm、0.38mm和0.5mm。
增加薄板的纤维就增加最终硬化的薄板的抗张强度、挠曲性和 折叠耐久性。
然而下列实施例均以性能为前提的，它们以相同的混合设计和 实际上进行操作的方法为基础。它们以相同的方法出现以更完全地 说明本发明。
实施例22-27
由包括下列组份的可模塑混合物制造高无机填充板。 实施例     细粉碎的     纤维素    Tylose   水       玻璃球
    花岗岩      纤维      FL 15002 22        1.0 kg     0.2 kg      0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg 23        1.0 kg     0.3 kg      0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg 24        1.0 kg     0.4 kg      0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg 25        1.0 kg     0.5 kg      0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg 26        1.0 kg     0.6 kg      0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg 27        1.0 kg     0.7 kg      0.1 kg    2.1 kg    0.5 kg
在各个这些实施例中所用的纤维为南方松木。首先在-Hobart 捏和机中高剪切下将水、TyloseFL15002和纤维混合10分钟。然 后，将细粉碎的花岗岩和中空玻璃球加入混合物中，并在低剪切下 再混合6分钟。在各个这些混合物中的组合的细粉碎的花岗石和中 空玻璃球的颗粒填充密度为约0.73，得到的混合物具有下列无机骨 料的总固体的重量百分数：88.5％、85.3％、82.3％、79.6％、 77.0％和74.5％。
利用除气螺杆挤出机将可模塑混合物挤出通过30cm×0.6cm 模具以形成连续的具有相应宽度和厚度尺寸的薄板。然后将挤压出 的薄板通过一对减薄滚筒，辊筒之间具有一等于所形成薄板厚度的 辊隙距离。玻璃球的低比表面积使得这些混合物对于滚筒具有较低 的粘性。在这些实施例中所形成的薄板的厚度为0.23mm、0.3mm、 0.38mm和0.5mm。
增加薄板的纤维就增加最终硬化的薄板的抗张强度、挠曲生和 折叠耐久性。
实施例28
重复实施例22-27的各个方面，除了以1.0kg细粉碎的石英 替代细粉碎的花岗岩。在其它方面以基本相同的方法制备混合物。在 各个这些混合物中的组合细粉碎的花岗岩和中空玻璃球的颗粒填充 密度为约0.74，生成的混合物具有下列的无机聚集物的总固体的体 积百分数，分别为：88.5％、85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和 74.5％。
减少骨料量就增加了有机粘合剂和纤维的有效量。含有更多的 骨料得到了具有更大硬度、更脆和具有更大压缩强度的薄板。增加纤 维和有机粘合剂的量则得到了具有更大挠曲性，韧性和抗张强度的 薄板。
实施例29
重复实施例22-27的各个方面，除了以1.0kg细粉碎的玄武 岩替代细粉碎的花岗岩。在其它方面以基本相同的方法制备混合物。 在各个这些混合物中的组合细粉碎的花岗岩和中空玻璃球的颗粒填 充密度为约0.74，生成的混合物具有下列的无机聚集物的总固体的 体积百分数，分别为：88.5％、85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和 74.5％。
减少骨料量就增加了有机粘合剂和纤维的有效量。含有更多的 骨料得到了具有更大硬度、更脆和具有更大压缩强度的薄板。增加纤 维和有机粘合剂的量则得到了具有更大挠曲性，韧性和抗张强度的 薄板。
实施例30-34
由包括下列组份的可模塑混合物制造高无机填充板。 实施例      CaCO3      纤维     Tylose     水     玻璃球 30         1.0 kg     0.2 kg    0.1 kg     2.1 kg   0.0 kg 31         1.0 kg     0.2 kg    0.1 kg     2.1 kg   0.5 kg 32         1.0 kg     0.2 kg    0.1 kg     2.1 kg   1.0 kg 33         1.0 kg     0.2 kg    0.1 kg     2.1 kg   1.5 kg 34         1.0 kg     0.2 kg    0.1 kg     2.1 kg   2.0 kg
在各个这些买施例中所用的纤维为南方松木。首先在-Hobart 捏和机中高剪切下将水、TyloseFL15002和纤维混合10分钟。然 后，将碳酸钙和中空玻璃球加入混合物中。并在低剪切下再混合6 分钟。在各个这些混合物中组合的碳酸钙的中空玻璃球的颗粒填充 密度为约0.73，得到的混合物具有下列无机骨料的总固体的重量百 分数：62.8％、88.5％、93.2％、95.2％和96.6％。生成的薄板密度 (以g/cm3表示)分别为2.0、0.87、0.66、0.57和0.52。
利用除气螺杆挤出机将可模塑混合物挤出通过30cm×0.6cm 模具以形成连续的具有相应宽度和厚度尺寸的薄板。然后将挤压出 的薄板通过一对减薄滚筒，辊筒之间具有一等于所形成薄板厚度的 辊隙距离。因为碳酸钙和中空玻璃球都具有较低的比表面积，所以 这些化合物对于滚筒具有较低的粘性。在这些实施例中所形成的薄 板的厚度为0.23mm、0.3mm、0.38mm和0.5mm。
实施例35
通过模塑含有下列组份的无机填充混合物形成相对较薄的无机 填充薄板：
水                    2.0 kg
TyloseFL 15002      0.2 kg
中空玻璃(＜100微      2.0 kg
米)
蕉麻纤维              总固体体积的5％
通过预湿润蕉麻(由制造者预处理以使大于85％的纤维素为 α-羟基纤维素)和再将过量水和纤维加入Tylose的混合物中而制 造无机填充混合物。以相对较高的速度混合该混合物约10分钟，再 在加入中空玻璃球之后以相对较低的速度混合10分钟。
该混合物通过一对滚筒之间并被形成厚度为约1mm的薄板。 划痕湿板，再折叠以形成一个盖子。由于产生中等数量的裂缝，通 常就不能形成具有足够强度和完全性的盒子。
然后，薄板首先硬化，然而再划痕、折叠成一个盒子形状和用 现有技术中公知的涂水泥方法和胶粘方法粘合起来。在折叠处的裂 缝量是可以忽略的，这表明在薄板硬化或部分固化后进行划痕再折 叠薄板是较佳的。薄板被形成具有目前由纸板坯料制成干谷物盒形 状、外观和重量的盒子。
实施例36
将在实施例36中形成的干燥薄板切割成适当形状，卷制成杯 子，并且用现有技术中公知的方法以粘合剂粘合。实施例35和36 证实可以制造目前由纸板、纸张或塑料制得的相似形状的盒子、杯子 或其它容器。
下列实施例证实可制造具有高韧度和强度的高挠曲性的无机填 充板。它们在盛装应用中是有用的，其中缓冲和挠曲性是有特别意 义的。
然而下列实施例以性质为前提，它们以相同的混合设计和实际 上进行操作的方法为基础。它们以相同的方法出现，以更完全地说 明本发明。
实施例37-41
由含有2.0 kg水、0.1kg TyloseFL 15002和2％的混合物体 积的蕉麻纤维及下列数量的塑料球的无机填充混合物形成的可挠曲 的、缓冲板。
实施例    塑料球
37        1.12kg
38        0.9213kg
39        0.7225kg
40        0.5238kg
41        0.3251kg
“塑料球”由聚丙烯制得，其平均颗粒大小小于100微米，平均 密度为0.02g/cm3。无机填充混合物由首先在高剪切条件下一起混 合水、Tylose和纤维5分钟、再在低剪切条件下将塑料球混合至混 合物中。将生成的无机填充混合物挤出而通过模具，通过一对滚筒 之间以形成厚度为5mm的薄板。与由聚苯乙烯制得的相似材料相 比，无机填充板是非常柔韧和比较强的。
这些包装材料可被物理压缩而不碎散，甚至是当承受比聚苯乙 烯材料通常承受的更大的力时，可挠曲的无机填充材料或者可被挤 出成长方形条的形状，这更明显地证实了可用这些混合物制得挠曲 性更好的产品。
实施例42-45
根据实施例37-41制备可挠曲的无机填充板，除了将在无机 填充混合物中的蕉麻纤维量增至下列数量，以体积百分数测得：
实施例     蕉麻纤维
42            4％
43            6％
44            8％
45           10％
由此制得的无机填充板具有与实施例37-41基本相同的密度 和挠曲性，但是当蕉麻量增加时，抗张强度增加。
在下列实施例中可形成具有许多特性的极薄的板(0.1-0.5 mm)，它些特性可使薄板适合于像相同厚度和重量的纸张、纸板、塑 料、聚苯乙烯或金属板那样使用。利用微结构工程方法处理将所需的 性质设计入薄板中。这使得利用目前由上述材料制得的大批量生产 的板状构件制造具有各种所需性质、包括通常为不可能的性质的薄 板。
实施例46-63
由含有下列组份的无机填充可模塑的混合物制造可形成各种物 件(包括食物或饮料容器)的薄板：
珍珠岩             1.0kg
云母               1.0kg
纤维(南方松木)     0.25kg
TyloseFL 15002   0.2kg
水                 2.5kg
在一高剪切混合机中混合云母，纤维，Tylose和水5分钟， 然后，加入珍珠岩并在一低剪切混合机中将得到的混合物再混合5 分钟。将该无机填充混合物放入一螺杆挤出机，从其具有狭缝状开 口的模头中挤出。挤出的连续薄板具有300mm的宽度和6mm的厚 度。
该板材然后经过一对或一对以上的减薄滚筒，以获得最终厚度 分别为0.2mm，0.25mm，0.3mm，0.35mm，0.4mm、0.45mm及 0.5mm的薄板。所述滚筒直径17cm，不锈钢制造，并表面镀以光亮 镍(0.1 RMS)以防止无机填充混合物粘附于滚筒上。另外，该滚筒 被加热至110℃的温度，以进一步防止混合物与滚筒之间的粘附。
为得到具有所需厚度的薄板，用减薄滚筒对(滚筒之间具有渐 进的较小的辊距)分段将挤压出的薄板减薄。薄板厚度如下递减：
6mm→2mm→0.5mm→最终厚度
上述挤出过程与辊轧过程的结合使用所生成的薄板，其中纤维 基本上沿薄板的长度方向(即机器方向)呈单向地取向。因此，该薄 板在机器方向上比与机器正交的方向上具有更大的抗张。利用该因 素可最大限度地在抗张强度为更重要的方向上进行容器操作。
经硬化的无机填充板再经精整、涂层、成形为各种不同的食品和 饮料容器。例如，一种“冷食杯”(就如那种在快餐店冲配冷软饮料用 的杯子)，其制法是：从一薄板上切下适当的坯料，将其卷成杯形； 使用通常的水基型粘胶将薄板卷至的两个边缘粘合；将一圆片置于 杯子的底部，并将卷成的杯壁的底边部分折过来以支承杯子底部； 将杯子边缘卷边以增加该处的强度并形成一更光滑的饮用表面。使 用厚度为0.3mm和0.4mm的薄板制造杯子。
当对杯子边缘之下1英寸(2.54cm)处施以一恒定的力时，可 见到该处的挠曲量与通常纸杯的情况不相上下。当一种含亚甲基蓝 和0.1％表面活性剂的水溶液放入未涂层的这种胶结质杯中5分钟 时，该杯子也不发生渗漏。当然，任何可能的渗漏都可用适当的涂 层加以防止。
一种“蛤壳式”容器(如同那种现在快餐业所用的包装汉堡包的 容器)如下制得：从一薄板上切下适当形状的坯料；在该坯料上刻 切以形成所需的折线；再将该坯料折成“蛤壳式”容器形状；(同时使 用粘合剂和联锁搭扣设备)粘合该折叠薄片的两端以保持该容器的 完整。使用厚度为0.4mm和0.5mm的薄板制造蛤壳式容器。
上述薄片在正对着刻切部分的另一面一起弯曲或贴近。应该注 意的是通常材料上的刻痕只能使所刻划的薄板在该刻痕的同一面更 易弯曲或贴近。以上所得的“蛤壳式”容器比起纸质“蛤壳”显示了不 相上下或更优异的绝热性能。
一种法国油炸食品(fry)容器(如在快餐业中用于供应法兰西油 炸食品的容器)如下制得：从一薄板上切下适当形状的部分；在该 薄板上刻切以形成所需的折线；再将该薄板折成法国油炸食品容器 的形状；用粘接技术将折叠薄板的端部粘合，以保持一完整的容 器。使用厚度为0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.45mm和0.5mm的 薄板制造法国油炸食品容器。
一种冷冻食品盒(如同那种超市用于包装如蔬菜或法国油炸食 品等冷冻食品的盒子)如下制得：从一薄板上切下适当的形状坯料； 对该薄板作刻切形成所需的折线；将该薄板折成一冷冻食品盒形 状；使用粘接技术粘合该折叠薄板的端部以保持该盒的完整。使用 厚度为0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm和0.5mm 的薄片制造冷冻食品盒。
一种谷类冷食盒如下制得：从一厚为0.3mm的薄板上切下适 当形状的坯料；对该薄板作反式刻切，形成所需的折线；折起该薄 板，形成谷类冷食盒形状；用粘接方法粘合该折叠薄板的端部以保 持该类食品盒的完整。
一种吸管藉将一段0.25mm的薄片卷成吸管状并以本技术领 域熟知的粘接方法将其端部粘合一起而制得。在制造吸管时，如同 制造前述的各种容器，控制薄板的湿度含量以保持薄板的最大水平 的挠曲性。较高水平的挠曲性可最大限度的减少薄板的裂缝和撕裂。
这些容器若遇水一段时间则发现了裂坏现象，其裂碎的平均时 间为一天。在上述容器的制造中，从薄板上修整下来的多余弃料可 迳直经粉碎然后混回到无机填充混合物中而容易地再回收使用。
所制的各种容器列出如下：其中包括制造各种容器的板材厚 度：
实施例   容器            薄板厚度
  46    冷饮杯            0.3 mm
  47    冷饮杯            0.4 mm
  48    蛤壳式            0.4 mm
  49    蛤壳式            0.5 mm
  50    法国油炸食品盒    0.25 mm
  51    法国油炸食品盒    0.3 mm
  52    法国油炸食品盒    0.35 mm
  53    法国油炸食品盒    0.4 mm
  54    法国油炸食品盒    0.45 mm
  55    法国油炸食品盒    0.5 mm
  56    冷冻食品盒        0.25 mm
  57    冷冻食品盒        0.3 mm
  58    冷东食品盒        0.35 mm
  59    冷冻食品盒        0.4 mm
  60    冷东食品盒        0.45 mm
  61    冷冻食品盒        0.5 mm
  62    冷谷物盒          0.3 mm
  63    吸管              0.25 mm
实施例64
在各个方面重复实施例63，除了用于形成吸管的薄板厚度仅为 0.05mm。在该实施例中形成的吸管含有厚为0.25mm麦管质量的 1/5，使之更适于制造批量生产可丢弃的，一次使用的吸管。
实施例65
利用一用于印刷传统的纸张薄板的传统的印刷压力机印刷实施 例46-63中用于制造容器的无机填充板。与传统纸板相比，油墨能 同样迅速地或更迅速地干燥。然后被印刷的薄板可被形成上述容器 中的任何一种。
实施例66
按实施例46所述步骤将在实施例65中所得的印刷无机填充板 成形为一杯形，不同之处在于，在将杯子顶部边缘卷曲之前，用一 矿物油润滑剂处理该边缘。不过，如上面已述，这种卷曲也可以不 用矿物油进行。该杯子具有所有用于快餐业所必需的重量、强度及耐 水性能，以及识别标记。
实施例67
用按实施例46-63所制得的薄板制造了蛤壳式容器。测试确定 了该薄板的最佳刻切深度以使其最易弯曲而同时使除刻切外所留深 度的材料连接(称铰连)具有最大的强度和回弹性。所测的刻切深度 为20％-50％，而25％的深度产生最佳效果。另外，发现较厚的薄 板(0.4-0.5mm)可得到更好的刻切，强度更大、更硬挺的蛤壳式容 器。
实施例68
用实施例46-63的薄板制得一蛤壳式容器，不同之处在于，使 用了一种三折反式铰连，也即，在该蛤壳式容器的外侧切有一系列 三条刻切线。由于这样减少了在各刻切需弯折的距离，因此，比起 单条的刻切铰连来说，所得到的铰连可以开合更多次而不折裂。
实施例69
将按实施例46和47制得的冷饮杯通过一商用涂蜡机，在其表 面涂上一层均匀的蜡。这个蜡涂层完全涂封了该杯子的表面，不致受 潮并不透水。
实施例70
由预先用淀粉处理的薄板制造根据实施例46和47制得的冷饮 杯。它具有显著降低杯子吸水的效果，虽然超过时限它们就会成为水 可降解的。
实施例71
用一细喷嘴对按实施例46和47制得的冷饮杯涂以丙烯酸树脂 涂层。如同实施例59中的涂蜡，此丙烯酸树脂涂层完全涂封了杯子 表面，使其不受潮并不透水。丙烯酸树脂涂层有另一个优点是，它 不象蜡涂层那样可见到。由于丙烯酸树脂涂层是可能涂得很薄的， 所以该杯子看上去几乎如同未涂层一样。使用不同类型的丙烯酸树 脂涂层，可以控制杯子的光泽度。
实施例72
用一细喷嘴对按实施例46和47制得的冷饮杯涂以一层商业上 用的蜜胺涂料。如实施例69及71，该蜜胺涂料完全涂封了杯子表面 使不受潮并不透水。不过，这蜜胺涂层也是不易看出的，并且可以 比用蜡涂得更簿。应用不同类型的蜜胺涂料也可以控制杯子的光泽 度。
实施例73
对按实施例46和47所制得的冷饮杯涂以一层完全对环境良性 的涂层，该涂料是一种用聚乙二醇增塑的羟甲基纤维素的混合物。 该涂层完全涂封了杯表面使不受潮并不透水。不过，这层表面比起 涂以蜡、丙烯酸树脂或蜜胺的表面显得更具天然色，但光泽度较差。
实施例74
对按实施例46和47所制得的冷饮杯涂以一层完全对环境良性 的涂成，该涂层由聚乳酸组成。该涂层完全涂封了杯表面使不受潮并 不透水。
实施例75
对按实施例46和47所制得的冷饮杯涂以一层完全对环境良性 的涂层，该涂料是由大豆蛋白组成。该涂层完全涂封了杯表面使不 受潮并不透水。
实施例76-82
对按实施例48和49制得的蛤壳式容器各涂以类同于实施例 69-75中涂冷饮杯的涂料。其结果基本上与那些在冷饮杯上所获得 的效果相同。
实施例    涂层材料
76          蜡
77          淀粉
78          丙烯酸树脂
79          蜜胺
80          增塑的羟甲基纤维素
81          聚乳酸
82          大豆蛋白
实施例83-89
对按实施例50和55制得的法国油炸食品容器各涂以类同于实 施例69-75不涂冷饮杯的涂料。其结果基本上与那些在冷饮杯上所 获的效果相同。
实施例    涂层材料
83           蜡
84           淀粉
85           丙烯酸树脂
86           蜜胺
87           增塑的羟甲基纤维素
88           聚乳酸
89         大豆蛋白
实施例90-96
对按实施例56-61制得的冷冻食品容器各涂以类同于实施例 69-75中涂冷饮杯的涂料。其结果基本上与那些在冷饮杯上所获的 效果相同。
实施例    涂层材料
90           蜡
91           淀粉
92           丙烯酸树脂
93           蜜胺
94           增塑的羟甲基纤维素
95           聚乳酸
96           豆蛋白
实施例97-103
对按实施例62制得冷谷物盒涂以相同的在实施例69-75中涂 层冷饮杯的涂层涂料。其结果基本上与那些在冷饮杯上所获的效果 相同。
实施例    涂层材料
97            蜡
98            淀粉
99            丙烯酸树脂
100           蜜胺
101           增塑的羟甲基纤维素
102           聚乳酸
103           大豆蛋白
实施例104-110
对按实施例63制得的饮料吸管涂以相同的在实施例69-75中 涂层冷饮杯的涂层材料。吸管的外表面的涂层结构基本上与那些在 冷饮杯上所获的效果相同，虽然用该方法在吸管内部充分地涂层是 更困难的。
实施例    涂层材料
104          蜡
105          淀粉
106          丙烯酸树脂
107          蜜胺
108          增塑的羟甲基纤维素
109          聚乳酸
110          大豆蛋白
实施例111
用实施例46-63中的相同配料设计，在此实施例中制得厚度 在0.25mm和0.5mm之间变化的薄板。混合、挤出、辊轧工序在各 方面皆相同。将各种厚度的干燥薄板切成圆形并用一工业用压机压 成盘子，该压机配有的顺序式压模是本用于由纸浆压纸盘子的。这 些冲压出的无机填充板盘子在各方面都是站得住脚的，并在形状、 强度和外观上基本上类似于通常的纸盘子。但是，经发现，这种无 机填充板盘子比通常的纸盘更硬挺，因此当在此盘子中放上或放入 食品时，它具有更大的结构完整性。
实施例112
对实施例111的干燥薄板在其压成盘子之前，先给湿至其所含 水份为最初干燥薄板重的5％(重量)(注意，外观上“干燥的”薄板在 其无机填充结构基体中是含有水的，即使其手感是干的并且具有最 大的刚性)。加入的水有助于薄板变得更可挠曲(即在断裂之前有更 大的伸长)，这使得制成的盘子比起由相同的方法形成的通常的纸盘 子来说具有更好的压痕及细部。另外，通过允许湿润薄板材料流动， 加入的水份消除卷边。压机加热至200℃，多余的水份即在非常短 的模压时间(如＜1秒)内通过加热模型中的排气孔蒸发，得到硬度 大于纸的干燥产品。
实施例113
对实施例111的干燥薄板在其压成盘子之前，先给湿至其所含 水分为最初干燥薄板重的10％(重量)。加入的水有助于薄板更可挠 曲，尽管其压痕及细部与实施例112的结果不相上下。由于添加更 多水分的结果，模压耗时稍多，以除去多余水分并形成一基本上为 干燥的盘子。发现，模压时间可藉增加模子温度而减少。最终产品较 同类纸盘更具刚性。
买施例114
对实施例111的干燥薄板在其压成盘子前先给湿，使其所含水 分为最初干燥薄板的20％(重量)。加入的水有助于薄板比实施例 113中的薄板的挠曲性稍好些，模压方法被分类为湿板模塑方法而 不是干板模压方法。所得产品优于纸冲压方法的，因为在面压材料 上无折皱线。其最终产品较同类纸盘刚性更好。
实施例115
对实施例111的干燥薄板在其压成盘子前先给湿，使其所含水 分为最初干燥薄板的30％(重量)。加入的水有助于薄板比实施例 114中的薄板的挠曲性稍好些，尽管其二者的模压方法和结果都相 似。所得产品优于纸冲压方法的，因为在面压材料上无折皱线。由于 加了更多的水，其模压成型比使用较少的水加湿薄板的情况化了长 些的时间。发现加热模子至一更高温度可减少模压时间。其最终产 品较同类纸盘刚性更好。
实施例116
完全重复实施例111-115，不同之处在于，在压制成如上述的 盘子之前，是涂到一工业上的丙烯酸树脂涂料于该薄板之一面。在 再加湿处理薄板时，用水喷撒于涂有涂料的反面。所述涂层提供该 薄板以一更光泽的表面，并使其变得更耐水。
实施例117
完全重复实施例111-115的步骤，不同之处在于，在压制成如 上述的盘子之前，在该薄板之一面涂以工业上的聚乙烯涂料，在再 加湿处理薄板时，用水喷撒于涂有涂料的反面。所述涂层提供该薄 片以一更光泽的表面，并使其变得更耐水。
实施例118-124
重复实施例111-117所述的模压方法，不同之处在于，使用一 个用于从纸浆制造一次性纸碗的通常压机将薄板压制成碗形。这些 无机填充碗直径为15cm，深3cm。因为从平板制碗须更深的压痕和 更大的弯曲及变形，加湿水分少于10％的薄板产生了一些缺陷。不 过，使用至少加10％可给出比纸制碗具有更好的压痕、无折皱、更光 滑表面的良好产品。
实施例    添加的水分    涂料
118           0％        无
119           5％        无
120          10％        无
121          20％        无
122          30％        无
123          不定     丙烯酸树脂
124          不定     聚乙烯
实施例125-131
重复实施例111-117所述的模压方法，不同之处在于，薄板被 压制成两件式早餐大浅盘的形状，包括其顶盘和底盘。顶盘长20 cm，深3.5cm，而底盘长21cm，深1.0mm。所用薄板厚度为 0.8mm，制出的两个盘件各重12-15g。尽管与快餐业现用的早餐 盘相比在重量上相似，本实施例的餐盘硬度更大。
上述顶盘与底盘尺寸相配，并可藉设于顶盘边缘的接头和设于 底盘边缘的狭槽而互相扣锁以形成一密闭容器。该产品挠曲性很好， 当压碎时不会发生喷散。涂以涂料的产品显示出涂层与无机填充结 构基体之间的叠加作用，其中，由于弹性体涂料的高延伸性，该产 品在强度、韧性和破裂前的弹性上均更佳。
实施例    添加的水分    涂料
125           0％        无
126           5％        无
127          10％        无
128          20％        无
129          30％        无
130          不定      丙烯酸树脂
131          不定      聚乙烯
实施例132
利用上述实施例125-131中所述的配料设计制造两件式早餐 大浅盘，不同之处在于替代干燥并重新湿润辊轧的薄板，将湿板直接 模压成早餐大浅盘的形状。方便地模压湿板，得到极少表面缺陷和结 构缺陷。在该实施例中制造的早餐大浅盘的厚度为0.5mm，而且具 有与在先前实施例中制得的大浅盘相同的重量和绝缘性质。
实施例133
将上述容器置于一微波炉测其微波适应性，即测试确定这些容 器本身或其中的食物暴露于微波辐射中是否变热。实际上，容器本 身仍是冷的。由于材料的低介电常数，发现所有能量都进入了食品 而非容器。
同样理由，在最初的微波辐照阶段中可能已凝结于容器表面的 蒸汽在进一步的微波辐照中会再次蒸发。因此，打开该食品容器后， 经微波辐照的容器表面没有发现冷凝蒸汽。打开容器时，剩余的蒸 汽就逸出，食物的外观和味觉都变得更好。这与聚苯乙烯容器形成 鲜明的对比，后者易在容器表面积聚大量的冷凝蒸汽，由此，使所 得食品变得“更潮湿”，而不理想。另外，聚苯乙烯容器在食物加热 时间过长情况下常发生熔化。
本发明的无机填充材料的比热相对较小，并且具有较低的热常 数。这使得在微波辐照中从食品至容器的导热较差。从而，可以不烫 手地从微波炉中取出容器。当容器从微波炉中取出时，该容器即缓 慢变热(因吸收了食物中的一些热量)，但决不会热得无法触摸。
实施例134
从含下述组分的无机填充混合物制得适用于制造种种食品或改 料容器的平板：
珍珠岩                   0.6kg
中空玻璃球粒(＜0.1mm)    1.0kg
云母                     1.0kg
纤维(南方松)             0.25kg
TyloseFL 15002         0.2kg
水                       2.5kg
在一高剪切混合机中混合，云母，纤维，Tylose及水5分钟， 然后，加入珍珠岩和中空玻璃球粒，再用低剪切混合机混合之。用 一螺杆挤出机和一模头将该混合物挤出成一竞30cm，厚0.6cm的 薄板，再将薄板相继通过一对对受热滚筒，令该薄板的厚度减至 0.1mm和2mm之间。
所述玻璃球粒与珍珠岩相比其比表面积较低，因而实施例134 的混合物产生了一种比实施例46-63的配方具有更均匀厚度和改 善了的表面光洁度的产品，该骨料的比表面积的减少也使在接触受 热滚筒时所除去的水分量减少。这样的材料因而仍更易于模压，保 留了最佳的流变特性，并导致在辊轧过程微缺陷更少、压制更均匀。
实施例135
用一商业用纸杯制造机械将按实施例134所制的薄板切下，滚 卷并粘合成10盎司的饮用杯。或可再用蜡对该饮用杯进行两面涂层 以增加耐水性。
实施例136
制得具有如下各组份的无机填充混合物：
石膏半水合物         1.0kg
珍珠岩               0.5kg
Tylose             0.075kg
纤维                 0.25kg
水                   2.6kg
在一高剪切混合机中将石膏半水合物、Tylose、纤维及水一起 混合达3分钟，然后，加入珍珠岩，再在一低剪切混合机中混合3 分钟。
挤出该混合物成一厚6mm的薄板，然后辊轧以逐步减少该薄 板的厚度至最终厚度在0.25mm至0.5mm范围内。
这些薄板易用本说明书中所举出的任一合适方法成形为一种适 当的食品或饮料容器。这些容器的强度性能与使用其他混合物制得 的容器不相上下，且可用于取代如纸、厚纸板、或聚苯乙烯制的容 器。
实施例137
将任一种无机填充配料设计改变为包含占骨料重量约25％的 石膏半水合物。该石膏半水合物起吸水组分(或内部干燥剂)的作 用，因此，导致了更快的形状稳定性。由此形成的容器的强度特性 与那些得自不包括石膏的混合物的不相上下。    
实施例138
将任一种无机填充配料设计改变为包含占骨料重量约25％的 波特兰水泥。该波特兰水泥起吸水组分(或内部干燥剂)的作用，因 此，导致了更快的形状稳定性。另外，波特兰水泥改进了可模压混合 物的内聚力，从而改进了混合物的可加工性和形状稳定生。最后，波 兰特水泥改进了强度并增加了最终硬化产品的硬度，虽然它会在某 种程度上减少产品的挠曲。
实施例139
利用使用任何上述配料设计的无机填充板制造印刷阅读材料如 杂志或小册子。这些杂志或小册子含有更薄、更柔韧的薄板和更存、 更少柔韧的薄板。更薄、更柔韧的薄板的厚度为约0.25-0.05mm， 而更厚、更少柔韧的薄板的厚度为约0.1-0.2mm。
买施例140
使用前述任一种组合物，形成波纹无机填充薄板，该薄板的结 构是在二层平板之间夹一层具凹槽的即波纹状的薄板。两个外层平 板是将该材料的薄板辊轧成适当厚度的平板。波纹状的即具凹槽的 内层薄板(相似于普通的纸板箱材料中的具凹槽的即波纹状内层纸 片)如下形成：使具一定厚度的硬化或再湿处理过的无机填充薄板 通过其表面是互相啮合的波纹状或齿的一对滚筒。
对上述波纹状内层薄板的表面施以粘胶，然后夹于两个平板之 间，听其硬化。与传统的波纹状纸板相比，波纹状/夹心板结构具有 优越的强度、韧度和刚性性质。
实施例141
制造高无机填充板并在外部涂层上胶以测定(如果有的话)对 薄板的强度和其它性质的效果。这些薄板通过挤出、再通过一对滚筒 之间而形成，可模压混合物含有下列组份：
碳酸钙           1.0 kg
中空玻璃球       0.5 kg
南方松木         0.4 kg
TyloseFL 15002 0.4 kg
水               2.1 kg
由此制得硬化板(板1)，它的厚度为1mm，抗张强度为18.48 MPa，模量为1863MPa和断裂伸长率为2.42％。然后，用水性淀粉 溶液上胶(或涂层以封闭薄板的孔洞)板1。得到的上胶的薄板的抗 张强度为21.83MPa，模量为2198MPa和断裂伸长率为2.02％。这 表明淀粉上胶增加了无机填充板的抗张强度和硬度。
由上述可模压的混合物制得的第二种硬化板(板2)，抗张强度 为21.21MPa、模量为2120MPa和断裂伸长率为3.22％。然后用水 性胶乳-高岭土胶料液(负载70％)上胶板2。得到的上胶的薄板的 抗张强度为18.59MPa、模量为3305MPa和断裂伸长率为2.13％。 这表明胶乳-高岭土胶料降低了无机填充板的抗张强度，但同时增 加了其硬度。
另一种板2用胶乳-高岭-淀粉(负载70％)胶料进行替代上胶。 上胶板的抗张强度为15.31MPa、模量为3954MPa和断裂伸长率 为1.28％。这表明高岭-胶乳-淀粉胶料降低了抗张强度，但同时却 比胶乳-高岭土胶料更大程度也增加了无机填充板的硬度。
由上述可模压的混合物制得的第三种硬化板(板3)，抗张强度 为11.11MPa、模量为1380MPa和断裂伸长率为1.86％。然后用胶 乳-高岭土胶料(负载50％)上胶板3，得到的上胶的薄板的抗张强 度为10.78MPa、模量为2164MPa和断裂伸长率为1.62％。该上胶 材料稍微降低了强度，但同时却中等适度的增加了薄板的硬度。
另-种板3用胶乳-高岭土-淀粉(负载50％)胶料进行替代上 胶，得到抗张强度为10.86MPa、模量为1934MPa和在断裂伸长率 为1.15％的薄板。
实施例142
通过将含有下列组份的可模压混合物挤出，再通过一对滚筒之 间形成了无机填充板：
                                        特殊重力        体积
碳酸钙                  0.5 kg           2.5            20％
南方松木                0.5 kg           1.29           38.8％
TyloseFL 15002        0.3 kg           1.22           24.6％
水                      1.0 kg           1.0            16％
总固体                                                  83.4％
纤维体积占总固体积的46.5％。在该实施例中形成的薄板具有 56MPa的抗张强度。
实施例143
在各个方面重复实施例142的配料设计和薄板成形方法，不同 之处在于以氧化钙替代碳酸钙。当氧化钙通过与二氧化碳和水的反 应转变成碳酸钙时，该方法产生了粘合效应。
实施例144
将无机填充容器废物与食物一起堆肥处理。4周后，容器彻底 破裂并形成基本上与罐装土壤相似的堆肥。
Ⅴ总结
综上所述本发明提供了制造高无无填充混合物改进的组合物和 方法，它们可以形成薄板和其它目前由纸张、纸板、聚苯乙烯、塑料、 玻璃或金属形成的构件。
另外，本发明还提供了可得到性质与纸张、纸板、聚苯乙烯、塑 料或金属板性质相同的高无机填充板的组合物的方法。利用目前用 于从纸张、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属板形成这些构件的现有制造 设备和技术可将这些薄板形成各种容器和其它构件。
而且，本发明提供了制造由可模压混合物形成的薄板的能力， 它仅含有一小部分用于制造纸张的典型稀浆的水份，并且在薄板形 成过程中不需要彻底地去除水份。
此外，本发明提供的薄板及由此制得的容器或其它物件，可方 便地降解成通常可在土壤中找到的物质。
而且，本发明提供组合物和方法，它们能在一与现有制备纸张 或聚苯乙烯产品的费用相比相差无几或更佳的费用水平下制造薄 板、容器或其它此制得的物件。而且，这样的制造薄板的方法与从传 统的材料制造薄板相比，为更少能量消耗，节省珍贵天然资源和要 求更少的起始资本投资。
本发明提供批量制造高无机填充板的组合物和方法，薄板可迅 速地形成并在制造过程开始的几分种内完全干燥。
而且，本发明提供了可允许制造高无机填充材料的组合物和方 法，该材料与具有高含量无机填料的材料相比，具有更大的挠曲 性、抗张强度、韧度、模量和批量生产能力。
在不偏率本发明的精神和基本特征的情况下，本发明还可以以 其它具体形式加以体现。前述的实施例可认为只是各方面的说明， 而不是对本发明的限制。因而，本发明的范围应由所附权利要求书 表明，而不是前面所述的说明。所有不超出等同于本权利要求书的 含义和范围的变化都将包括在这些权利要求的范围之内。