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JP2003516880A - セメント質の物品を押し出すための方法および装置 - Google Patents

セメント質の物品を押し出すための方法および装置

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JP2003516880A
JP2003516880A JP2001545048A JP2001545048A JP2003516880A JP 2003516880 A JP2003516880 A JP 2003516880A JP 2001545048 A JP2001545048 A JP 2001545048A JP 2001545048 A JP2001545048 A JP 2001545048A JP 2003516880 A JP2003516880 A JP 2003516880A
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JP
Japan
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extruder
cement
fiber
screw
components
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001545048A
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English (en)
Inventor
チェン、ホン
ジョン バーウッド、リチャード
アンドリュー マクスウェル、イアン
スレカ ゴリンゲ、ニルミニ
Original Assignee
ジェームズ ハーディー リサーチ プロプライアトリー リミテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 繊維セメントを押出すための方法および装置２０。本押出機は、ケーシング３０を備え、該ケーシングには、少なくとも一対の相互に噛み合う自己拭取りスクリュー４０が回転自在に組み込まれている。前記スクリューは、さまざまな供給手段６１、６２を通して供給される繊維セメントの成分を連続的に混合および／または混練し、実質的に均質なペーストを形成し、かつ、該ペーストをダイ５０に強制的に通して、硬化に適した生のセメント押出し物を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 ［技術分野］ 本発明はセメント質の物品、とりわけ繊維強化されたセメントの建材を押し出
すための方法および装置に関する。
【０００２】 ［背景技術］ 繊維強化されたセメントボードおよび他の製品は、建物の壁、天井、屋根、床
などの材料として、および木製のトリム（trim）、フレームなどの代替材料とし
て広く使用されている。
【０００３】 ハチェック（Hatschek）シートプロセス、マッザ（Mazza）パイププロセス、
マグナニ（Magnani）シートプロセス射出成形、ハンドレイアップ（hand lay-up
）、キャスティング、圧延成形を含むＦＲＣ製品などを成形するための多くの方
法がある。
【０００４】 繊維セメント製品の押出しは限定された基部上で行なわれるが、商業的な発展
を減少する多くの困難性がある。押出しプロセスにおいて、製品を構成する生の
材料は互いに混合され、混練されて固体を形成する。該固体はダイを押し出され
て最終的な形状を形成する。当該材料はダイにおいて高圧を受けることができる
。良好な表面仕上げと密度を備えた一様な製品を形成するために、ダイに与えら
れる密度は、すべての成分の分布が一様であることと、良好な流れ特性を有して
いることが重要である。
【０００５】 現在、当該技術において、セメント質の固体が押し出されるいくつかの従来の
方法が存在するが、いずれもバッチ式の混合／混練プロセスに基づいている。た
とえば、セルロース繊維が粉砕によって調製されてルースファイバ（loose fibr
e）の塊が形成されてもよい（米国特許第５，０４７，０８６号明細書参照）。
ついで、ルースファイバの塊はセメント質の材料、石灰、シリカ、密度調整剤（
modifier）、プロセスエイド（process aid）などと結合され、適切なミキサ内
で完全にドライミックス処理がなされる。ついで必要な量の水が導入され、材料
が混練装置内で混練され、所望の密度と一様性をもつペーストが得られる。つい
で、この固体は押出機に供給される。該押出機は１または２以上のスクリューコ
ンベヤを用いて、材料をダイに送って必要とされる力を発生してダイにより材料
を押す。セメント質の材料の他の材料のバッチを調製し、押出すプロセスが繰り
返される。
【０００６】 同様に、他の例（米国特許第５，８９１，３７４号明細書）において繊維は、
セルロースであれ、合成ポリマーであれ、互いに水と混合され、分散処理がなさ
れる。ついで、配合中の固体成分が添加され、混練装置により混練処理がなされ
、所望の密度がおよび一様性が得られたとき固体が押出機に供給される。
【０００７】 調製の混合および混練部は他数段でなされることもあり、ツインパドル式のミ
キサおよびスクリューコンベヤが該混合を行ない、均質にするために使用される
。ついで、一定の連続した混合が、ドライ混合段の本質的にバッチ式のプロセス
である変換手段における押出機に送られる。このバッチ式のプロセスは明らかに
まったく非効率的である。数種類の混合および混練装置が押出機への一定の供給
を補償するための装置と共に使用される。
【０００８】 繊維セメント押出しの真の意味で完全な連続プロセスは先行技術において知ら
れていない。今日まで連続高速押出機が使用されておらず、実際に繊維質のセル
ロースの制御された供給の困難性、当該装置によって発生した速度およびトルク
によって生じた高温、高い強度の局所せん断（localised shearing）、セメント
質、石英質および他の建築工業に共通するそのような材料の高い研磨性、および
これら押出機の高いキャピタルコストを含む繊維繊維セメントを押し出すために
適切であると考えられている。
【０００９】 繊維セメント建築材料に用いられた繊維がもっぱらアスベストであったとき、
混練および分散にかかわる問題が重要でないことを説明する。アスベストはセル
ロース繊維より良好な分散性と撥水性とを有しているが、セメント質の成分にお
ける補強として使用されるとき、さほどプロセスを補助する集中した使用が要求
されない。さらに、当該技術において周知であるとおり、アスベスト繊維の使用
は、多くの国で違法であり、アスベストの使用が適法である国においてさえ望ま
しくない。
【００１０】 したがって、押し出し得るセメント質のペーストのための補強繊維を見出す以
前の努力は、非アスベスト繊維に集中し、とくにそのような非アスベスト繊維の
択や、処理に集中し、その結果、当該繊維の分散特性と撥水特性がプロセス補助
の最小の使用により押出し成形における使用に適するようにしている。合成繊維
が検討され、一般に使用されているものの、高価でありオートクレーブなどによ
っても高温で硬化できないものもある。現在、セルロース繊維は建築材料用の複
合セメントを補強するための選択としての繊維として残っており、低廉で機械的
強度、靭性および耐久性に優れている。しかしながら、セルロース繊維は分散さ
せたり、押し出すことが困難で、強力なプロセス補助をしばしば必要とする。
【００１１】 繊維セメント成分が補強剤としての繊維から製造される場合、当該繊維は実質
的に個々の形態のマトリクスに導入される。すなわち、繊維は互いに分散しなけ
ればならず、できるだけ効果的になるようにそれぞれの繊維はマトリクスとでき
るだけ接触しなければならない。かためられたり、もつれたりされた繊維は、製
品の特性に局所変形を引き起こし、性能全体に有害である。セルロース繊維は主
として厚い紙の外観に類似しているラップの形で入手できる。繊維を分散させる
ために、一般的にハンマーミルを使用する。当該技術において周知であるように
、ファイバライジング（fiberising）と称するプロセスは、ハンマーミルの高速
衝撃作用を使用して、ラップから個々の繊維を分離する。同一の効果を得るため
に、クラッシャ式のグラインダを使用することもできる。結果的に生じる製品は
、コットンウール（cotton wool）に類似した極めてバルク密度が小さいルース
マスである。この軽量かつ毛羽立った材料は取り扱いが困難であり、貯蔵の際ぎ
っしりと詰まるので、しばしば使用の直前に製造される、しかしながら、取り扱
いの容易さは、繊維が極めて短かく、製品がパウダー状に作用し、そのような材
料を袋に入れ、運搬することができるとき、取り扱いの容易さが改善され得る。
ファイバライジング処理されたパルプの使用と、ハンマーミルの使用はノイズ制
御、ダスト制御、爆発制御および他の高価な問題と関連する。そのうえさらに、
ファイバライジング処理されたセルロースの形態は、容易に汲み上げることがで
きるか、または運搬することができ、正確な連続供給は極めて困難である。セル
ロースをペレット処理すること（たとえば、セルロースフィラーファクトリーは
トプセル（tpcel、商品名）と称する製品を製造している）によってこの問題を
克服する努力がなされているが、当該ペレットはセルロースの含有量がたった７
５％であり、多くの望まれない汚染物を含んでいる。そのうえ、繊維は極めて短
く、弱く良好な補強を与えるために有用なものではない。
【００１２】 従来の押出しプロセスに発生する高温については、繊維セメントを塑性にする
ために使用されるプロセス補助にかかわる問題が惹起する。セメント質のフォー
ミュレーションは、一般的に流動特性を増加させるためになにがしかのプロセス
補助を含んでおり、ペーストの混練および混合が種々の成分を分散可能にしてい
る。これらのプロセス補助は形状保持特性に役立つことができ、表面の仕上りを
促進する。これらのプロセス補助が押し出された製品のコストを著しく増大させ
ることがよくある。
【００１３】 一般的に繊維セメント押出しに用いられるプロセス補助（たとえば、米国特許
第５，０４７，０８６号明細書）はメチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロ
ピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）およびヒドロキシエチルメチルセルロース（
ＨＥＭＣ）などの高粘度セルロースエーテルである。これらすべては、高温ゲル
化として知られた現象を経験する。すなわち、添加剤の粘度は、温度がゲル温度
として知られている固有の制限温度を超えるときに著しい増加を受ける。当該添
加剤のゲル温度は正確な化学的特性（たとえば、置換などの度合い）によって変
化する。従来の単一のスクリュー式繊維セメント押出機の場合、高速走査の長い
期間のあいだで押出機のバレル内の温度上昇を抑え、押出機を使用されているプ
ロセス補助のゲル温度以下に維持するために冷却ジャケットが要求されることが
ある。
【００１４】 この問題を解決する際の努力は、主として高いゲル温度によるプロセス補助を
開発することに向けられている。狭いクリアランスで結合された連続押出機に使
用される高回転スクリュー速度は、従来の繊維セメント押出機の使用において見
られるよりも高い温度上昇を物質内で引き起こすことができる。よって、連続押
出機の使用が繊維セメントのために一般的に使用されるプロセス補助に適応しな
いかもしれないと考えられる。
【００１５】 また、温度上昇はセメントおよび最終製品の乾燥吐出の設定に関する問題であ
る。高すぎる温度上昇はセメントの水和作用に必須である水を除去しつつ製品を
乾燥吐出する。さらに、セメント硬化反応の熱的加速がプロセス制御（ならびに
メンテナンス）の観点から制御の複雑さを惹起するかもしれない。
【００１６】 連続押出機は、また密度調整剤の使用を困難にする。密度緩和添加剤の使用は
繊維セメント製造の技術で周知である。これらは、取り扱いおよび設置の観点か
ら製品を軽量にし、より魅力あるものにしている。この目的のための一般的な添
加剤の例は、パーライト、バーミキュライトなどの膨張粘土、低密度カルシウム
ケイ酸塩、フライアッシュおよびボットムアッシュである。これらの添加剤の多
くは多孔質性が高く、構造的に脆弱である。従来の繊維セメント製造混合および
混練段のあいだ、当該構造は元のままであるが、高速連続押出機は、一般的に非
常に小さいクリアランスで構成され、極めて大きい局所剪断力を誘起する。この
プロセスは密度緩和フィラーの構造を損傷し、粉砕し、密度を増加し、密度調整
剤としての効果を低下している。
【００１７】 繊維セメントの成分の研磨性によって引き起こされる高い磨耗の問題は、叙上
の高い剪断力に密接にかかわっている。極めて小さいクリアランスとスクリュー
の高速回転が高い磨耗を惹起する。種々の金属処理およびコーティングが押出機
の耐磨耗性の改善のために利用できるが、繊維セメントペーストは設計された材
料よりも磨耗性が高い。押出機およびその代替の要素にコストをかければ、繊維
セメント工業における低マージンの使用を妨げる。
【００１８】 本発明は前記先行技術の困難性の少なくともいくつかを克服するか商業的な代
替物を提供する繊維セメントを押し出すための方法および装置を提供することを
目的とするものである。
【００１９】 ［発明の開示］ 第１の態様では、本発明は、ケーシング、および該ケーシングに回転自在に組
み込まれた少なくとも一対の相互に噛み合う自己拭取りスクリューを有する繊維
セメント押出機であって、前記スクリューが、繊維セメントの成分を連続的に混
合および／または混練し、実質的に均質なペーストを形成し、かつ、該ペースト
をダイに強制的に通して、硬化に適した生のセメント押出し物を形成するように
配置されてなる押出機を提供する。
【００２０】 前記押出機のスクリューは、好ましくはスクリューの長手方向に沿って１つま
たはそれ以上の混合および／または混練ゾーンを提供するように配置される。ダ
イの直接上流にある押出しゾーンもまた、好ましくは前記ダイを通してペースト
を圧縮して強制的に進める。真空ゾーンは、また、ダイへの進入前にペーストの
ガス抜きをするために含んでもよい。
【００２１】 さらに他の実施の形態として、スクリューは、スクリューの長手方向に沿って
、押出機を通るセメント材料の終始一貫した流れ、およびあらかじめ選択された
あらゆる場所におけるセメント材料の所定の組成物を与えるように配置される。
押出機はまた、好ましくは繊維強化セメントのための各成分を前記スクリューに
提供するために、前記スクリューの長手方向に沿って１つまたはそれ以上の供給
用入口を含む。各入口の直接下流には、混合および／または混練ゾーンが、入っ
てくる供給物をペーストと混合および／または混練するために配設されてもよい
。
【００２２】 そのような押出機は、繊維強化セメントのための成分を繊維セメント押出機へ
連続的に供給するのに適合された供給手段、および押出機の出口端部に配置され
るダイを有する押出しシステムに含まれることも可能である。
【００２３】 さらに他の態様では、本発明は、繊維強化セメント組成物の成分を、少なくと
も一対の相互に噛み合う自己拭取りスクリューを有する繊維セメント押出機に受
けさせて、繊維セメントの成分を連続的に混合および／または混練し、実質的に
均質なペーストを形成し、かつ、該ペーストをダイに強制的に通すことを含む、
繊維強化セメントを押し出す方法を提供する。
【００２４】 繊維セメントの成分は、押出機へ個別に、またはあらかじめ混合された形態で
供給されてもよい。好ましくは、繊維を含む繊維強化セメントの成分は、スクリ
ューの長手方向に沿う異なる場所で連続的に押出機に供給される。
【００２５】 本発明の方法は、押出機を出る押出し物が自己保持するように実行されてもよ
い。それに加えて、押出し物は、部分的にまたは完全に、内圧システムの使用に
より、保持されてもよい。たとえば、中空断面の押出し物が供給される場合には
、その断面の内側を加圧して押出し物を保持したり、または平らに伸ばしてもよ
い。さらに、前記押出機内のセメント組成物の残留時間は、瞬間硬化剤の追加を
許すために調整されてもよい。
【００２６】 本出願人は、驚くべきことに、高分子産業において用いられる特定のタイプの
押出機が、繊維強化セメントの連続押出しに適していることを見出した。高分子
産業には、多くの異なる成分を直接押出機の供給セクションへ供給することがで
きる、押出機械の多くのデザインがある。特定のタイプの高分子押出機は、いわ
ゆる「自己拭取り２連スクリュー（ＳＷＴＳ）」押出機である。この押出機は、
２本の平行な円筒形の交差口径部を含むケーシング内に回転自在に組み込まれた
２本のスクリューを備える。スクリューは、進行される材料がせん断力の強力な
領域の影響下にあるように噛み合っている。そのようなＳＷＴＳ押出機の例は、
米国特許第３，８８３，１２２号明細書に開示されている。このタイプの機械は
、とくに効率がよい。なぜならば、スクリューの相互の噛み合いが、膨らむ物体
の制御されない後方流の量を最小化する自己拭取り動作を与えるからである。こ
の自己拭取り動作は、またケーシングの内側の清掃をする作用を奏し、それによ
り、清掃時間を低減させる。
【００２７】 出願人が、驚くべきことに、繊維セメントの押出しに適するだけでなく、以下
に述べられるような従来の製造技術を超える大きな利点を提供することを見出し
たのが、このＳＷＴＳタイプの押出機である。
【００２８】 ［発明を実施するための最良の形態］ まず図１を参照すれば、従来の繊維セメント押出し工程の簡単な説明が、新規
な工程および装置の独特な特徴を認識することにおいて助けになるだろう。
【００２９】 図１において、繊維セメントのさまざまな成分は、計量プラント１に供給され
る。この計量プラントは、さまざまな成分の正確な量を、ミキサ２へ供給し、ミ
キサ２では、それらは、所望の均質性および粘度になるまで乾式および／または
湿式で混合される。この材料は、ついで、混合および／または混練機３０に一ま
とめに搬送され、混練機３０は、水の任意の追加とともに、材料をもう１度混練
する。セメント質の固体またはペーストは、ついでフィーダ４へ一まとめに搬送
される。このフィーダは、押出機５へのセメント材料の一定した供給を提供する
。フィーダ４までの全工程は、バッチ式の処理である。
【００３０】 押出機５は、セメント材料を強制的にダイ６へ通す。しかし、押出機は単にダ
イ６を通してセメント材料を圧縮して強制的に進めるだけであることを理解され
るべきである。従来の単一スクリュー押出機５においては、さまざまな成分の実
質的な混合または混練はまったく生じない。ダイを出たのち、材料は、トレイ７
によて支持され、堆積領域９へコンベア８によって搬送される。
【００３１】 従来の技術は、生産編成を変更することが望まれる場合に、とくに速度を決定
する段階である初めのバッチ式混合／混練工程によって明らかに制限される。
【００３２】 図２は、本発明に関するＦＲＣ押出機の図式である。押出機を出たのちの生産
物の搬送および堆積からなる終わりの操作以外では、従来の工程のすべての構成
が、単純な計量ユニット１０／押出機２０の構成によって置き換えられる。当業
者にとって明かなように、押出し工程から生じるさまざまな利点に加えて、装置
自体は、実質的に使用がより簡単になり、製造プラントの足跡および資本コスト
を減少させ、真に連続的な工程である。
【００３３】 図３〜４を参照すれば、押出機２０は、少なくとも一対の平行な相互にかみ合
うスクリュー４０を有するケーシング３０を備えている。図示された本実施の形
態では、２本のスクリューが示されている。押出機が多数のスクリューを含み得
るとともにさらに後述の利点をさらに提供し得ることは、当業者によって理解さ
れるだろう。
【００３４】 ダイ５０は、押出し物が放出する押出機の一端に設けられている。
【００３５】 供給手段６０は、繊維セメント組成物のさまざまな成分をスクリューへ供給す
るために、ケーシングの長手方向に沿って設けられている。供給ホッパ６１は、
ケーシングの先端に設けられている。図示された本実施の形態では、サイドフィ
ーダ６２がケーシングのほぼ中間に設けられている。しかし、２つ以上の供給ホ
ッパ６１およびサイドフィーダ６２が設けられてもよいことは、つぎの記載から
理解されるだろう。
【００３６】 １つまたはそれ以上の開口７０は、また、水、スラリー、および増粘剤などの
他の成分のような流体の添加のために、ケーシングに設けられてもよい。これに
よって、操作者に、押出機を通るペーストの所望の均質性を維持することを許容
する。おのおののスクリュー４０は、好ましくは、さまざまなゾーンを規定する
一連の交換可能な構成要素またはモジュールからなる。たとえば、各スクリュー
は、第１にペーストを１つのゾーンからつぎへ搬送する役目をする右手方向のス
クリュー要素４１を備える。混合／混練ゾーン４２は、スクリューの長手方向に
沿ってさまざまな場所に設けられている。これらのゾーンでは、ペーストは、同
時に混合および混練され、均質な組成物を確実にする。押出しゾーン４３は、ダ
イ５０を通してペーストを圧縮して強制的に進めるために、ダイ５０の直接上流
に設けられている。所望ならば、この領域におけるスクリューの飛行（flights
）は、互いにもっと近づいてもよい。これは、ダイを通してペーストを圧縮して
強制的に進めるための所望の圧力を与えるために必要とされる。
【００３７】 真空ゾーン４４は、付属として、排出ゾーン４３の上流に設けられてもよい。
このゾーンは、真空ゾーンの上流のペーストの後方流および強化を与える役目を
する一連の左手方向の構成要素を有する。これによって、スクリュー要素とケー
シングとのあいだの流体シールを形成するペーストを結果的に生じる。下流では
、ダイを通るペーストが、同様に流体シールを形成する。出口４６を通して真空
源に連結される真空ゾーン４４は、したがって、真空ゾーン内部の圧力を減少さ
せ、それにより、ペースト内部の空気および他のガスの嚢を除去する。当業者に
よって理解されるように、このペーストのガス抜きは、ダイを強制的に進むあい
だ、または押出し物がダイを出るときに、ペースト内部に気嚢を残さないことを
確実にする点で好ましい。
【００３８】 前述したように、スクリューは、一連の相互に交換可能な構成要素またはモジ
ュールから構成される。これにより、操作者に、押出機内部のペーストの速度／
残留時間、しかしまたペーストに与えられた混合／混練／せん断力の種類および
質を調整することを許容する。押出機を通してのセメント材料の終始一貫した流
れを提供することによって、操作者は、そのとき、スクリューの長手方向に沿っ
ていかなる所定の場所において、セメント材料の組成物を決定することができる
。
【００３９】 説明のために、一実施の形態では、さまざまな成分が、これらの成分が互いに
反応する強さを用いて、供給ホッパ６１において追加されてもよい。他の成分、
たとえば低密度調整剤を、サイドフィーダ６２において追加することが必要でも
よい。これらの低密度調整剤は上流に追加されて前述の成分が所定の範囲で反応
することを確実にし、かつ、低密度調整剤に過度のせん断力がかかるのを避ける
ので好ましい。これは本発明を用いて容易に与えられ得るものであり、スクリュ
ー４０が、必要な残留時間、および供給ホッパ６１とサイドフィーダ６２とのあ
いだの混練／混合／せん断を提供するために調整され得るためである。その代わ
りに、またはそれに加えて、サイドフィーダを収納する他のモジュールは、パル
プのような他の添加物を含めるために所望の所定の状態が存在する、関連する所
望の場所へ、スクリューの長手方向に沿って移動されてもよい。
【００４０】 したがって、押出機２０が、仮想的には、所望の生産物を製造するために操作
者に装置の調整を許す無限の変形例を有することが、理解され得る。
【００４１】 前述したように、押出機は、最終生産物のために選択される材料の構成成分が
、それぞれ個別の形態で、またはあらかじめ合成された形態で導入されることも
許す。
【００４２】 適したセメント材料は、この技術においてよく知られており、セメント、石灰
、またはポルトランドセメント、消石灰あるいはそれらの混合物のような石灰含
有材料を含む。調合されたセメントは、また、石灰石、粒状スラグ、凝縮シリカ
煙のように他の石灰含有材料の組合せのように適している。
【００４３】 適した繊維材料は、アスベストを含むことができるが、軟木および硬木のセル
ロース繊維のようなセルロースを含むアスベストなしの繊維、木のないセルロー
ス繊維、ミネラルウール、金属繊維、またはポリアミド、ポリエステル、ポリプ
ロピレン、ポリメチルペンテン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、
ビスコース、ナイロン、ＰＶＣ、ＰＶＡ、レーヨンのような合成高分子繊維、さ
らにガラス、セラミックまたはカーボン繊維を用いることがより好ましい。
【００４４】 押出機２０は、どちらか個別の成分、またはあらかじめ合成された形態の成分
を連続的に受けることができ、従来技術を超える大きな利点を与える。もちろん
、これらの成分を押出機に供給する多数の方法がある。
【００４５】 繊維をたとえば前述の押出機に供給する好ましい方法は、つぎのものからなる
。ラップ状のセルロース繊維は、繊維と水との割合が４：１００で、水の内部で
解かされる。結果的に生じる繊維スラリーは、ついで、繊維セメント組成物の１
つまたはいくつかの成分と混合され、約１０％の固体成分の一様の懸濁液を形成
するのが好ましいと考えられる。もし、繊維セメントの組成物が、水へ長期に曝
すことによって不利に影響を与えないならば、またはいかなる理由のために水に
分散されたスラリー形態での使用が有利であれば、または繊維スラリーの濾過特
性を高めるならば、成分は好ましいと考えられる。好ましい成分の例は、地面の
シリカであり、湿式ボールミルで処理され、それゆえスラリーの形態で利用可能
である。それは、また吸収性がなく、後述する分散および濾過段階を助ける。望
まれる成分のさらに他の例は、繊維セメント組成物に用いられる密度調整添加剤
でもよい。再び、それらはスラリーとして容易に入手可能であるが、また全体の
分散および濾過において助けになる。
【００４６】 スラリーは、ついで、適当な脱水装置を用いて脱水される。脱水装置は、ベル
トフィルタープレス、遠心デカンタ、スクリュープレスなどがありえる。脱水済
のケーキは、たかだか押出し可能な組成物混合を許容する最大水分量に対応する
値程度の水の含有を有するべきである。脱水済のケーキは、ついで適当な装置、
代表的には固体ミキサを用いて、小さい破片になるまで破砕される。小さいケー
キの破片は、スクリューフィーダを用いて押出機に供給され得るような範囲の寸
法になるべきである。
【００４７】 セルロース繊維を押出機に供給するためのさらに他の好ましい方法は、以下の
とおりである。ラップ状のセルロース繊維は、機械的な装置を用いて、小片に裂
かれる。そのような機械的装置は、タイヤシュレッダ、造粒機、ピンミル（pin
mill）、ハンマーミル（hammer mill）などありえる。裂かれたラップは、まだ
充分濃く、かつ搬送ベルトまたはスクリューフィーダのような供給装置によって
連続的に搬送され得る程度に充分流動可能である。しかし、ラップの裂かれた断
片は、充分小さいので、入口を塞ぐことなく押出機に連続的に進入することがで
きる。
【００４８】 セルロース繊維を押出機に供給するためのさらに他の好ましい方法は、以下の
とおりである。繊維は、ラップのロールとして得られるかまたは調製される。ロ
ールの幅は、好ましくは押出機内部への供給入口の寸法より小さい。ピンチロー
ラのシステムは、生産工程の速度および複合材料で要求される繊維の量によって
要求されるように決定された速度で、ラップのリボンを押出機の供給セクション
に搬送するように配置されている。セルロース繊維を押出機に供給するためのさ
らに他の方法は、機械に進入する前に、セルロースパルプを軟化させるのに適応
された単純な水スプレーを含んでもよい。これは、セルロースを終始一貫した混
合／混練をしてペーストにすることの助けになる。
【００４９】 叙上の場合のすべてにおいて、繊維セメント組成物のために要求されるすべて
の他の成分は、当該技術で周知の適当な制御された供給装置を用いて、パウダー
または液体として加えられる。
【００５０】 要求される繊維セメント組成物が低密度添加剤の存在を要求する場合、当該技
術で周知の多くの密度調整剤を用いてもよい。それらは、押出機に沿って、いか
なる場所で、乾燥でまたはスラリーとして添加されることができる。もし、密度
調整剤が、記載される押出機内で受けるせん断および圧縮の大きさによって、も
ろくて容易に壊れるならば、そのとき、それらの機械内部の残留時間は最小化さ
れてもよく、機械内部のスクリュー要素は損傷を最小化するために最適化される
。
【００５１】 しかしながら、本発明の好ましい態様においては、密度調整剤は中空のガラス
球からなっている。この球は、一般に石炭を燃やす発電所からの灰でつくられる
。球はコンクリート製品において増量剤（extender）および添加剤として使用さ
れるが、繊維セメント複合物に用いることは知られていない。発電所の電気集じ
ん機で集められたフライアッシュは、主成分がアルミナおよびシリカであるガラ
ス球を含んでいる。これらの球の一部は中空であり、分離可能であり、そして密
度調整剤として使用可能である。これらの球の密度は広い範囲にわたっており、
製品の密度に望ましい効果を与えるために異なるグレードのものを異なる量だけ
使用することができる。このような球の例としては、イクステンドスフィア（Ex
tendospheres）という商品名でピーキューコーポレーションから商業的に入手可
能なものをあげることができる。この種の球は、実質的なダメージを受けること
なく、押出プロセスにおける圧力やせん断に耐えるのに充分な強さをもっている
。
【００５２】 本発明の実施において、中空の球は、乾燥しない流動粉体として、およびポン
プ移送可能なスラリーとして添加してもよく、または前述した繊維や他の成分と
予め配合したかたちでもよい。中空の球がスクリューに沿って導入される地点は
適宜変更可能である。
【００５３】 繊維強化セメントを押し出すＳＷＴＳ押出機の驚くべき能力に加えて、本発明
の改良プロセスにおいて多くの利点が生じた。これらの利点には、積み重ねるの
に充分な固さをもつペーストを押し出す能力や、押出しに使用されるプロセス補
助剤のコストや量を低減させる能力や、“早強”化合物を使用する能力や、製造
プラントの足跡（footprint）を減らす能力や資本金を減らす能力があり、また
製造や配合変更が容易であり、メンテナンスが容易であり、さらにはＳＷＴＳ押
出器が簡単に使用できることがある。
【００５４】 本明細書で提案されている双スクリュー型押出機は配合操作と移送および加圧
操作とを結合しており、非常に小さいスペースでかみ合うスクリューを備えてお
り、スクリュー同士が互いにふき取る操作を提供している。この押出機は、非常
に固く、かつ変形させるのに高い圧力を要する繊維セメントペーストを押し出す
ことができる。そのようなペーストが従来の繊維セメント押出機に供給されると
、ペーストはダイの入口に固着してしまう。そのような固いペーストを押し出す
ことができる利点は、水の配合量を大きく減らせることであり、これにより、未
硬化の押出物の生強度、および最終製品の硬化強度を向上させることができる。
大きな生強度および固さをもった、表面が乾燥した押出物は製造上非常に有利で
ある。というのは、荷重によって変形したり、互いに固着する危険性をなくしつ
つ、未硬化の製品を積み重ねることができるからである。
【００５５】 前述したように、高速の連続押出物に関連する温度上昇は、繊維強化セメント
を押し出す際に困難をもたらすものと考えられていた。実際には、押出機内の温
度上昇は利点になった。というのは、未硬化の製品がダイを出るとすぐに乾燥し
た固い表面をもつようになり、不意のダメージを受けることがなくなるからであ
る。さらに、従来の製法を用いて繊維セメント複合物を製造し、中空断面をもっ
た押出製品を望む場合、セルロース繊維補強物に非常に高価で長いポリマー繊維
のような繊維を補充する必要性がしばしば起こる。ポリプロピレン繊維が一般的
な例である。これは未硬化の押出物に、中空断面全体にわたって形状を保ちかつ
その重さを支える大きな強度を与える。ＳＷＴＳ押出機によって、より固い製品
を押し出す能力は、中空断面のために高価で長い繊維を使用することを最小限度
にするので非常にコスト的に有利である。
【００５６】 プロセスの補助剤が繊維セメント押出における原料のコストに対して大きな影
響を与えることを述べてきた。ＳＷＴＳ押出機を用いると、これら補助剤の必要
量が非常に小さくなることが分かった。典型的な組成物において、ビスコシフィ
ア（viscosifier）のレベルが５０％まで低減されたことが観察された。
【００５７】 オーストラリア仮特許出願第ＰＱ２４６５号には、ある分散剤と繊維セメント
を押し出す際のプロセスエイドとしての粘度促進剤との特定の組合せを用いると
相乗効果が与えられること、ハイグレードの粘度促進剤の必要性が軽減され、代
替品または熱的にゲル化しない低グレードの粘度促進剤の使用を可能にすること
が出願人によって記載されている。そのような相乗的な組合せが、温度上昇に関
連するプロセスエイドの損失および有効性を最小にするためにＳＷＴＳ押出機に
も有効であることが見出された。
【００５８】 メチルセルロースなどのいくつかのプロセスエイドに対して、押出機のなんら
かの冷却がゲル化を軽減するために要求されるかもしれない。ヒドロキシエチル
セルロースなどのプロセスエイドに対して、専門家がコイルを加熱したり冷却し
たりする必要性なしに押出機に使用されてもよい。
【００５９】 叙上のように、開示された方法および装置は“早強”化合物の使用をも可能に
する。繊維セメント押出しプロセスにおいて、押出しにおいて急速に硬化するプ
ロダクトを有することは多くの理由で有利である。急速の硬化は長くされる硬化
に要求される（蒸気室とオートクレーブなどの）スペースと特別の条件をもつ必
要性を除去する。急速の硬化は在庫時間を短くし、それほど強くない未硬化の製
品を扱うために要求される特別の装置の必要性を軽減する。急速な硬化の化学的
特性はセメント工業において周知であるが、繊維セメント押出しにおけるその使
用は知られていない。その理由は、セメントセッティングがあまりにも早すぎた
め危険性が高すぎること、材料の損失ならびに製造プロセスの停止である。これ
は、従来の繊維セメント押出しは半連続押出しであることと、レジデンス（resi
dence）時間の制御が困難であることに起因する。また、押出機の作用容積が大
きく、押出機の特性がかなりのバックフロー（back-flow）および集中（build-u
p）を許す。ここに提案された自己払拭式の２軸押出機は、従来の装置の作用容
積が一般的に小さく、典型的な動作でさえも回転周波数が高い点で、従来の繊維
セメント押出機と構成が異なっている。これが、小容量の材料がプロセスを通じ
て極めて急速に移動することを引き起こす。当該装置は材料の逆流が最小であり
、典型的にはレジデンス時間が非常に小さく、および／または調製のために変更
が可能である。したがって、当該装置は、有効性を保証するように繊維セメント
のセットを加速するが、当該装置内部でセットするセメントセットのリスクが極
めて低い化合物を使用するためユニークである。装置の最先部分に導入されるべ
き当該化合物、すなわち装置全体における短いレジデンス時間が装置内部のセメ
ントセットの危険性を最小にし、この装置がなし得るより高い圧力が部分的にセ
ットされ、これによって堅くなりすぎてダイを通過しないという可能性を最小に
する。当該押出機によって発生する熱（これは従来の繊維セメント押出機によっ
て発生した熱より高い）は、またセット反応を加速するために有利に使用され得
る。
【００６０】 ここで述べた自己払拭式２軸押出し技術を使用する他の利点は従来の繊維セメ
ント押出しプロセスに要求される数個のミキサと混練機とを除去し、プラント全
体のコストと大きさとを低減することができることである。プロセス全体が単一
の制御システムによって一体化され、かつ管理されるため、従来の繊維セメント
押出しプラントと比較してプラントを操作するために要求される人員を減らすこ
ともできる。押出しプロセスにおいて、未硬化の押出し成形品（extrudate）を
積み上げたり、取り扱っている最中や他の多くの理由で偶然にスクラップ材が生
成されるかもしれない。ＳＷＴＳ装置におけるレジデンス時間が非常に短いため
、作動容積および自己払拭作用が小さいことが、押出機内に導入される材料が軸
に沿って広がることなく該押出機からのプラグ（plug）として移動することを意
味し、スクラップ材がサイドフィーダ（side feeder）か、主フィードエントラ
ンスのいずれかを通ってプロセスを不安定にすることなくプロセス内に戻され得
る。これは、製造中のコストに著しく有利である。
【００６１】 完全連続プロセスによるＳＷＴＳを用いる他の利点は押し出される成分のフォ
ーミュレーションが容易に変化し得ることである。それぞれの成分が独立して供
給され、装置の動作中に供給速度をダイナミックに制御できるため、供給される
材料の比率および／またはアイデンティティー（identity）を変更することがで
きる。極めて短いレジデンス時間は遷移期間も極めて短いことを意味する。当該
装置が自己払拭式であるので、すべての材料は軸に沿って運搬され、新しい材料
が通過する際に装置内に残る古い材料は実質的は存在せず、実質的に自己洗浄し
ている。これはいくつかの利点を有している。第１に、異なるプロダクトが同一
のプラントで製造される場合、プロダクションをシャットダウンし、装置を洗浄
したり、作動容量内で捕捉された多くの材料を失うことなく、一方のプロダクト
から他方のプロダクトへの遷移が滑らかになされ得る。第２に、シャットダウン
が要求される場合、供給が停止されることができ、押出機の作動容量における材
料を極めてわずかに残して、押出機はダイを通して実質的に空にし、要求される
洗浄量を最小にし、押出機内部でセメント硬化の危険性を最小にし、該押出機を
ブロックする。望ましいと考えられる場合、押出し成分のうちの反応性の成分を
シャットダウンの直前に不活性物質と置き換えることができ、その結果不活性ペ
ーストが反応性ペーストに置き換わり、セメントの硬化の危険性なしに装置をシ
ャットダウンすることができる。第３に、運転中にフォーミュレーションを変化
させる可能性は、いくつかの変数が極めて短い期間内に望まれるとおりに変化さ
せることができる場合、プロダクト発生中に極めて有利であり、押出し成形品の
品質の視認と多くの異なるサンプルの収集とが極めて小さい遅延時間でなされ得
る。
【００６２】 本発明は叙上のとおり開示された異なる側面のすべてまたはそれらの組合せを
用いて実施され得る。当業者に理解されるとおり、これらの選択最終製品に望ま
れる正確なフォーミュレーションと使用される特定の押出機の好ましい動作条件
によって決定される。
【００６３】 開示された方法および装置が、本発明の精神または範囲から逸脱することなく
当該開示以外の形態において具体化されることが認識される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の押出し工程を図式的に示す図である。
【図２】 提案される新規な装置および工程を図式的に示す図である。
【図３】 本発明の一実施の形態にかかわる繊維セメント押出機の平面図である。
【図４】 本発明の一実施の形態にかかわる繊維セメント押出機の側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 バーウッド、リチャード ジョン オーストラリア連邦、2287 ニュー サウ ス ウェールズ州、メリーランド、マーフ テン クローズ ４ (72)発明者 マクスウェル、イアン アンドリュー オーストラリア連邦、2046 ニュー サウ ス ウェールズ州、ファイブ ドック、ニ ューカッスル ストリート ９ (72)発明者 ゴリンゲ、ニルミニ スレカ オーストラリア連邦、2161 ニュー サウ ス ウェールズ州、ギルフォード、ギルフ ォード ロード 14／476 Ｆターム(参考） 4G012 PA15 PA16 PA17 PA19 PA20 PA22 PA24 PC11 PE04 4G054 AA01 AA15 AC04 BD03 BD12

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケーシング、および該ケーシングに回転自在に組み込まれた
    少なくとも一対の相互に噛み合う自己払拭式スクリューを有する繊維セメント押
    出機であって、前記スクリューが、繊維セメントの成分を連続的に混合および／
    または混練し、実質的に均質なペーストを形成し、かつ、該ペーストをダイに強
    制的に通して、硬化に適した生のセメント押出し物を形成するように配置されて
    なる押出機。
  2. 【請求項２】 前記スクリューが、混合セクション、混練セクションおよび
    押出しセクションを与え、かつ、前記セクションのおのおのに繊維セメントの成
    分を終始一貫したせん断を与えるように配置されてなる請求項１記載の繊維セメ
    ント押出機。
  3. 【請求項３】 おのおのの前記スクリューが、おのおのの混合、混練および
    押出しセクションにおける残留時間を変化させるために、いくつかの相互に交換
    可能な成分を備えてなる請求項１記載の繊維セメント押出機。
  4. 【請求項４】 前記スクリューの長手方向に沿って、真空セクションが設け
    られ、該真空セクションの上流端が、前記スクリューの対抗ネジ付き部によって
    規制され、該対抗ネジ付き部がペースの後方流を提供し、それにより流体シール
    を形成し、真空セクションの下流には、ダイへの進入の直前でペースごとの第２
    流体シールが形成され、前記真空セクションがペーストのガス抜きをするための
    真空源に連結可能である請求項１、２または３記載の繊維セメント押出機。
  5. 【請求項５】 前記スクリューが、スクリューの長手方向に沿って、押出機
    を通るセメント材料の終始一貫した流れ、およびあらかじめ選択されたあらゆる
    場所におけるセメント材料の所定の組成物を与えるように配置されてなる請求項
    １、２、３または４記載の繊維セメント押出機。
  6. 【請求項６】 前記繊維強化セメントのための各成分を前記スクリューに提
    供するために、前記スクリューの長手方向に沿って１つまたはそれ以上の供給手
    段をさらに含む請求項１、２、３、４または５記載の繊維セメント押出機。
  7. 【請求項７】 前記繊維強化セメントのための成分を押出機へ連続的に供給
    するのに適合された供給手段、 請求項１、２、３、４、５または６記載の繊維強化セメント押出機、および ダイを有する繊維強化セメントを押し出すための押出しシステム。
  8. 【請求項８】 繊維強化セメント組成物の成分を、少なくとも一対の相互に
    噛み合う自己払拭式スクリューを有する繊維セメント押出機に受けさせ、繊維セ
    メントの成分を連続的に混合および／または混練し、実質的に均質なペーストを
    形成し、かつ、該ペーストをダイに強制的に通すことを含む、繊維強化セメント
    を押し出す方法。
  9. 【請求項９】 前記繊維セメントの成分が、前記押出機へ個別に供給される
    請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記繊維セメントの成分が、前記押出機へあらかじめ混合
    された形態で供給される請求項８記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記１つまたはそれ以上の成分が、スクリューの長手方向
    に沿う異なる場所で連続的に押出機に供給される請求項８、９または１０記載の
    方法。
  12. 【請求項１２】 前記押出機を出る押出し物が自己保持する請求項８、９、
    １０または１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記繊維強化セメント組成物の構成成分が乾燥状態で押出
    機に供給される請求項８、９、１０、１１または１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記繊維強化セメント組成物の構成成分が液体またはスラ
    リー状態で押出機に供給される請求項８、９、１０、１１または１２記載の方法
    。
  15. 【請求項１５】 ｉ）ラップ状のセルロース繊維が水に溶かされ、 ii）結果的に生じる繊維が、水へ長期に曝すことによって不利に影響を与えない
    繊維セメント組成物のいくつかの成分、または繊維スラリーの濾過特性に有利な
    成分と混合され、 iii）結果的に生じるスラリーが、たかだか押出し可能な組成物混合のための対
    応する最大の水の含有程度の水の含有になるように脱水され、そして iv）前記脱水済のケーキが、小さい破片になるまで破砕され、前記押出機内に供
    給される 工程で、セルロース繊維が押出機に供給される請求項８、９、１０、１１、１２
    、１３または１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 ラップ状の前記セルロース繊維を小片に機械的に裂き、そ
    のような裂かれたラップ片を前記押出機へ供給することにより、前記セルロース
    繊維が前記押出機へ供給される請求項８、９、１０、１１、１２、１３または１
    ４記載の方法。
  17. 【請求項１７】 ラップのロールまたはリボン状のセルロース繊維が、生産
    速度および結果的に生じる押出し物に要求される繊維量に適した速度で、直接前
    記押出機へ供給される請求項８、９、１０、１１、１２、１３または１４記載の
    方法。
  18. 【請求項１８】 前記押出機に進入する前に、前記繊維が水を噴射される請
    求項８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７記載の方法
    。
  19. 【請求項１９】 前記スクリューが、押出し部分の前に混合部分および／ま
    たは混練部分を提供するように配置され、各部分での残留時間が調整可能である
    請求項８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８記
    載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記押出機内のセメント組成物の残留時間が、瞬間硬化剤
    の添加を許容するために調整され得る請求項６、７、８、９、１０、１１、１２
    、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記スクリューが、押出機を通るセメント材料の終始一貫
    した流れを提供し、前記スクリューの長手方向に沿ってあらかじめ定められた場
    所で、セメント材料の所定の組成物を提供するように配置されてなる請求項６、
    ７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９ま
    たは２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記押出機を出る押出し物の表面を部分的に硬化または乾
    燥するのに充分な温度で、前期押出機を運転する請求項８、９、１０、１１、１
    ２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０または２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 さまざまな成分の供給速度および前記押出機内の残留時間
    が、生産のじゃまをすることなく繊維強化セメント構成を変化させるために、独
    立に変化され得る請求項８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、
    １７、１８、１９、２０、２１または２２記載の方法。
  24. 【請求項２４】 繊維および／または添加剤が、５〜３０％の固体成分を有
    する水溶性懸濁液として添加されてなる請求項８、９、１０、１１、１２、１３
    、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２または２３記載の方
    法。
  25. 【請求項２５】 前記固体成分が５〜１５％である請求項２４記載の方法。
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