改進的結構夾層板構件的製作方法
2023-05-18 11:34:56
專利名稱：改進的結構夾層板構件的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括兩塊外板和一塊塑料或聚合物材料芯的結構夾層板構件，其中該芯粘結到外板上以基本上有助於該構件的結構強度的足夠強度。
背景技術：
通過參照而被引入的文獻US5,778,813和US6,050,208中描述了結構夾層板構件，這些構件包括與中間的彈性體芯，例如，非發泡聚氨酯粘結在一起的外部金屬板，例如，鋼板。這些夾層板系統可以以許多結構形式用來代替增強鋼板，並極大的簡化了組合結構，在減少重量的同時提高了強度和結構性能(剛度，阻尼特性)。也是通過參照而被引入的國際專利申請GB00/04198中，對這些結構夾層板部件的進一步發展進行了描述。在那裡描述了，泡沫形體可以被加入到芯層中以減少重量，並可以加入橫向金屬板以提高剛度。
根據GB00/04198的啟示，泡沫形體可以是空心的也可以是實心的。空心形體能較大的減少重量，因此是有利的。該文獻中所描述的形體不限於由輕質泡沫材料製成，其也可以由其它材料製成，例如，木頭或鋼箱。
國際專利申請GB02/01565是包括空心形體概念的進一步發展，其描述了可以容易生產和組裝的形體，尤其描述了由按扣扣在一起的片形成的中空細長形體。
發明內容
本發明的一個目的是提供在芯中包括輕質形體的結構夾層板構件，其在負荷下降低了剪切形變並且改進了側向荷載分布。
根據本發明提供了一種結構夾層板構件，其包括由金屬形成的第一和第二外板；基本密實的塑料或聚合物材料芯，該芯粘結到所述外板上以足夠傳遞兩者之間剪切應力的強度；大量放置在所述芯內的相對輕質形體；其中，所述輕質形體的放置，使得在所述板構件的平面內有沿兩個基本正交方向延伸的所述塑料或聚合物材料加強筋，所述加強筋也在第一和第二外板之間延伸。
通過布置輕質形體，使得芯的塑料或聚合物材料形成沿兩個基本正交方向延伸的加強筋，可以獲得施加到板的載荷的較好的側向分布，從而降低了在負荷下板構件的剪切形變。在使用中，局部施加到板構件的載荷將由塑料或聚合物材料加強筋沿兩個正交方向傳遞，以及通過外板傳遞。
本發明可以被用於如國際專利申請GB00/04198和GB02/01565中所描述的泡沫和中空形體，以及任何其它適合的形體。輕質形體幫助降低結構夾層板構件質量，並不需要明顯的有助於構件的結構強度。對輕質形體的基本要求是它們的密度比形成芯的塑料或聚合物材料的密度低，並且具有足夠的熱學和機械性能以使其在注射和固化塑料或聚合物芯的過程中能夠維持想要的形體。
在該結構夾板層構件是直線型的情況下，加強筋可以沿基本平行於板的邊緣的方向延伸，但是也可以沿與板構件的邊緣成一定角度的方向延伸。
本發明的結構夾層板構件的外板的材料、尺寸和綜合性能可以依照結構夾層板構件的特定用途的要求進行選擇，總體上可以如US5,778,813和US6,050,208中描述的那樣。鋼或不鏽鋼通常以0.5-20mm的厚度使用，而鋁可以應用於需要輕的重量的地方。類似地，塑料或聚合物芯可以是如同在US5,778,813和US6,050,208中描述的任何合適的材料，例如，諸如聚氨酯的彈性體。
對於一些應用，可以使用在此引入作為參考的，題目為「改進的結構夾層板構件」的UK專利申請0201903.2中所描述的非金屬面板。此類非金屬面板可以由加強複合材料或聚合物材料製成，例如，纖維增強聚合物材料，其厚度在1到30mm的範圍內。
此外，本發明提供了一種生產結構夾層板構件的方法，該方法包括以下步驟提供由金屬形成的第一和第二外板，其與位於它們之間的大量輕質形體是定距離間隔的關係；注射未固化的塑料或聚合物材料以填充所述外板和所述輕質形體之間所限定的空間；使所述塑料或聚合物材料固化形成基本密實的材料，該材料與所述外板粘結到一起以足夠傳遞它們之間剪切力的強度；其中所述的輕質形體的放置，使得所述的塑料或聚合物材料形成在所述板構件的平面內沿兩個基本正交的方向延伸的加強筋。
本發明將參考示範性具體方案和所附的示意圖進行如下描述，其中圖1是利用了本發明第一個具體方案的結構夾層板的橋面板的局部剖面透視圖；圖2是本發明第一個具體方案的結構夾層板的平面橫截面圖；圖3是沿著圖1的線A-A的橫截面圖；圖4是沿著圖1的線B-B的橫截面圖；圖5是本發明第二個具體方案的類似於圖1的視圖；圖6是沿著圖4中線A-A的橫截面圖；圖7是沿著圖4中線B-B的橫截面圖。
具體實施例方式
在各附圖中，類似的部件用類似的參考數字表示。
圖1顯示了橋面板1的一部分，在該橋面板中可以使用本發明的結構夾層板構件。該橋面板是箱形斷面梁的形式，具有由本發明的面板10形成的大約5或6米寬，大約11或12米長的橋面2和拱腹3。面板10由相隔大約4.5米的間距的橫膈膜6支撐。橫跨橋的寬度的四塊面板在吊架4之間形成大約27米的間距。遠端的鼻狀物5是分開的非結構塊。
圖2，3和4分別是本發明中適合應用於公路橋橋面的結構夾層板的水平截面圖，縱向截面圖和橫向截面圖。注意，縱向是主要的載荷轉移方向。面板10可以是5到6米寬，10到12米長，作為加強的箱形斷面梁，其可以承受總重為625kN或更重的卡車載運量。
結構夾層板構件包括上部和下部外板(面板)11和12，該外板可以由鋼製成，厚度在例如0.5到20mm的範圍內。在本申請中6mm的厚度是合適的。繞著面板的外周，邊緣板被焊接在面板11和12之間，形成一個封閉的空腔。在面板11和12之間的空腔裡是塑料或聚合物材料的芯14，優選聚氨酯彈性體。該芯的厚度可以在15到200mm的範圍內；在本申請中，160mm是合適的。芯14以足夠的強度被粘結到面板11和12上，其具有足夠的機械性能來傳遞在應用中兩塊面板之間所預期的剪切應力。芯14和面板11，12之間的粘結強度應該高於3Mpa，優選6MPa，芯材的彈性模量應該大於250MPa。對於低載荷的應用，例如地板面板，典型的應用和居住載荷具有1.4kPa到7.2kPa，粘結強度可以較低，例如，大約1MPa。憑藉芯層，結構夾層板構件具有比其厚並進行了有效硬化的增強鋼板的強度和承載能力。
為了降低結構夾層板構件10的重量，並不是面板11和12之間的所有容積被芯14所佔據。而是，提供了一系列佔據了板構件內部容積的大部分的輕質形體13。輕質形體13並不需要對板的結構強度做出很大的貢獻，它們只需要具有足以承受物料形成芯14時的注射壓力和固化過程中芯的放熱反應所放出的熱量的熱學和機械性能。輕質形體13可以是實心的或者空心的，例如，其可以包括穩定的泡沫塊，中空塑料模製品或中空膨脹聚丙烯模製品。這些形體通常是直線形狀的，並且以柵格排列，結果是，芯14包括大量沿與形體13的長軸垂直和平行的方向延伸的加強筋15，16，而這些形體自身通常是沿結構夾層板構件10的短方向延伸。在應用中，沿面板10的長軸延伸的芯14的加強筋16將載荷傳遞到橫膈膜6，而在面板10短軸上持續的加強筋15則幫助側向分配載荷，並且減少面板的局部剪切形變。由於在面板中，主要的載荷傳遞是傳遞到橫膈膜6，因此只需要相對較少的橫向加強筋15。例如，在大約11米寬的面板中，7條橫向加強筋就足夠了。通常，橫向加強筋的間隔在0.5到2米的範圍之間。
橫向加強筋15的寬度可以在大約10到100mm之間，在本申請中，50mm是合適的。在橫截面中，橫向加強筋15可以是長方形的或者可以是用來增加粘結到面板11，12的面積的愛奧尼亞式柱(較寬的頂和底)形式。
在平面圖中顯示了輕質形體13在其三邊具有節(stud)131。節131與鄰近的形體或結構夾層板構件的邊緣板平接，以維持形成加強筋所需要的間隔。節131並沒有延伸於結構夾層板構件10的全部高度，因此，它們在芯的加強筋中僅僅是形成了小孔而不是中斷它們。可以在形體13的頂面和底面提供附加的節131以使形體遠離面板11，12，鄰近每個面板產生一個基本連續的彈性體層。可以提供聚丙烯隔片來使形體13遠離結構夾層板構件的邊緣。
為了生產結構夾層板構件10，沿著下部面板11的周圍焊接邊緣板，然後是形體13，以及放置於所形成的開放空腔裡的任何隔片。在這個階段，芯的任何預鑄部分和任何剪切板或其它所想要的配件都可以放在適當的位置。然後，上部面板12被焊接到邊緣板上以形成一個封閉的空腔，塑料或聚合物材料被注射形成包括加強筋15，16的芯14。然後使注射的物料固化，在注射步驟所用的注射口被磨掉，並且與通氣孔一起被密封。這些步驟可以在現場操作，或者在工廠廠區外進行，完成的面板被運輸到安裝地點。
與圖2，3，和4相對應的圖5，6和7中展示了本發明中的第二個具體方案的結構夾層板構件。這個板構件可以用來在例如，建築結構或浮動結構中作為艙底板。第二個具體方案中的結構夾層板構件20與第一個中的相似，只是小一些，並且在大約3米的寬度上只有兩條縱向加強筋。鑑於在應用中所預料的載荷較低，面板可以具有大約3mm的厚度，芯的厚度可以是60mm。在圖5，6和7中，結構夾層板構件20的零件是參考並對應於圖2-4中的零件標記的，只是每個數字增加了10。聚丙烯隔片被顯示為27。在這個具體方案中，主要的載荷傳遞是穿過面板的短軸，通過加強筋26傳遞的。橫向加強筋25幫助載荷分布並且降低了側面剪切形變。
在上面的具體方案中，橫向加強筋是在塑料或聚合物材料被注射形成芯14的時候形成的。然而，該加強筋也可以作為粘合到面板11，12上的預鑄部件而形成。可以領會，上述描述並不是打算其限定作用，其它修改和變動落入由所附的權利要求限定的本發明的範圍內。
權利要求
1.一種結構夾層板構件，其包括由金屬形成的第一和第二外板；基本密實的塑料或聚合物材料芯，該芯粘結到所述的外板上以足夠傳遞它們之間剪切力的強度；以及放置在所述芯內的大量相對輕質的形體；其中所述輕質形體的放置，使得在所述板構件的平面有沿兩個基本正交方向延伸的所述塑料或聚合物材料的多個加強筋，所述的加強筋也在所述第一和第二外板之間延伸。
2.根據權利要求1的結構夾層板構件，其具有直線形狀，其中，所述兩個基本正交的方向與所述的結構夾層板構件的邊緣基本平行。
3.根據權利要求1的結構夾層板構件，其基本成直線形，其中所述基本正交方向與所述結構夾層板的邊緣形成一個銳角。
4.根據權利要求1、2或3的結構夾層板，其中，沿所述兩個基本正交方向的第一個方向延伸的加強筋之間的間距比沿所述兩個基本正交方向的第二個方向延伸的加強筋之間的間距大。
5.權利要求4所述的結構夾層板構件，其中沿所述兩個基本正交方向的第一個方向延伸的加強筋之間的間距在大約0.5到大約2米的範圍。
6.根據前面所述的任何一個權利要求的結構夾層板構件，其中，所述的加強筋的厚度在大約10到大約100毫米的範圍內。
7.根據前面所述的任何一個權利要求的結構夾層板構件，其中，所述的加強筋基本不間斷地從所述結構夾層板構件的一個邊緣延伸到另一個邊緣。
8.根據前面所述的任何一個權利要求的結構夾層板構件，其中，所述的加強筋在所述的第一和第二外板之間跨越。
9.根據前面所述的任何一個權利要求的結構夾層板構件，其中，所述的加強筋是通過向所述的第一和第二板之間所限定的空間注射所述的塑料或聚合物材料而形成的。
10.一種生產結構夾層板構件的方法，其包括下列步驟提供由金屬形成的第一和第二外板，這些外板與介於其間的大量輕質形體呈距離間隔的關係；注射未固化的塑料或聚合物材料以填充所述外板和所述輕質形體之間所限定的空間；以及使所述塑料或聚合物材料固化形成基本密實的材料，該材料與所述的外板粘結到一起以足以傳遞它們之間剪切力的強度；其中，所述的輕質材料形體的放置，使得所述的塑料或聚合物材料形成在所述的板構件的平面中沿兩個基本正交的方向延伸的加強筋。
11.參照附圖基本上如上文所描述那樣構造的結構夾層板結構。
12.一種生產參照附圖基本如上文所描述的結構夾層板構件的方法。
全文摘要
一種結構夾層板構件包括第一和第二外板以及塑料或聚合物材料的芯材。大量輕質形體被布置在外板之間，以使芯材形成沿兩個基本正交的方向延伸的加強筋。這些輕質形體可以是空心的或實心的，可以由泡沫、塑料或膨脹聚苯乙烯製造。該結構夾層板構件優選通過將塑料或聚合物芯材料注射到介於外板之間的封閉的空腔中形成，其中空腔中已經預置輕質形體。
文檔編號B32B3/08GK1655926SQ03812164
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月22日 優先權日2002年5月29日
發明者S·J·甘迺迪 申請人:智能工程(巴哈馬)有限公司