专利名称：改进的带有构造的结构夹层板部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种结构夹层板部件，其包括两外层板和与外层板粘结的塑料或聚合物材料芯层，具有实质上提供给部件结构强度的足够强度。
结构夹层板部件在US 5,778,813和US 6,050,208中描述(这些文献在此被一并参考)，并包括与如非发泡聚氨酯的中间弹性体芯层粘结在一起的外层金属，如钢，板。这些夹层板系统可以被用在许多建筑形式上来代替加强钢板或型钢板，大大简化最终结构，改进强度和结构性能(如刚度、阻尼特性)，同时节省重量。这些结构夹层板部件的进一步发展在WO01/32414中描述，也在此一并参考。如其所述，泡沫结构也可被合并到芯层中以减轻重量，而且横向金属脊弧板也可被加入以提高刚度。
根据WO01/32414的教导，泡沫结构可以是空心的或者实心的。空心结构产生更大的重量缩减，因而是有利的。这篇文献中描述的结构没有限制到由轻质泡沫材料制成，也可以用其它材料如木材或钢框制成。
国际专利申请WO02/078948是对包括空心结构的构思的进一步发展，描述了易于制造和装配的结构，特别描述了由紧压在一起的片构成的空心长条形结构。其优先权为WO02/078948所要求的GB2374038A提出了球形部件的使用，但没有给出任何实用的细节，如球的尺寸或材料。
在WO01/32414和WO02/078948中，长条形结构根据所制得的板部件来确定尺寸。因此，在这两篇文献中揭示的技术最适用于要制造大量同一板部件以便其结构可如通过模制被经济地批量生产的情况。如果要制造给定尺寸或形状的少量的板，其结构需要靠手工制造或需要用相对大的费用来配合。
本发明的目的是提供带有可以容易适应不同尺寸和/或形状的板的结构或衬垫的结构夹层板部件。
根据本发明，所提供的结构夹层板部件包括第一和第二外层板；以足够强度与所述外层板粘结以转移它们之间剪切力的塑料或聚合物材料芯层；和芯层内的多个轻质结构，其中所述结构没有在平行于所述外层金属层的平面内镶嵌花纹，且具有主尺寸范围在所述外层金属层距离的20-200％。
术语“主尺寸”意味着表示球体的直径、卵形体的主大直径和次直径、立方体的长度、深度和宽度，等。对于不规则形状的情况，主尺寸可以被认为是该形状合适放入的最小矩形框的尺寸。
通过使用在尺寸上与金属层之间间隙相当，从而与板部件的横向尺寸(长度和/或宽度)相比较小的结构，任何形状的板能够无需手工配合的使用标准的批量生产结构来制造。在很多情况下，该结构的准确形状不是至关重要的，但特殊的形状可以获得额外的优点。需要的是，该结构没有被镶嵌花纹以便在它们之间为粘接在外层板上的芯层材料留有空间。该结构的形状和排列可以变化以改变外层板之间被芯层材料占据的容积的比例。
该结构可以在单层或多层内排列。在多层的情况下，在一些应用中优选一层结构直接覆在下层的结构之上以使部分的芯层材料垂直延伸到外层金属层之间。在多层结构的情况下，夹层可以被提供到这些结构的层之间。该层可以由高拉伸强度材料如金属、高拉伸强度纤维如Kevlar(TM)或Spectra(TM)、纤维增强塑料、其它合适的纤维、网状织物或陶瓷片构成，以增强板部件抗爆和/或抗冲击性。该层可穿孔或成型为在制造期间允许芯层材料贯穿芯层流动并增强层之间的剪切强度。该层也可用于帮助结构的排列-例如用于确定层之间的间隔或不同层内结构的相对位置-从而增强板部件的性能。
特别优选的结构是直径基本上等于所述外层金属层距离的1/N的球形空心球，N为1-5之间的自然数。该球可以例如具有直径范围20-100mm，还能在芯层厚度范围20-100mm内被用作板部件内的单层或多层。聚丙烯制成的球特别适用，而且可以是实心的或优选在固体外壳内的空心。实心球提供了较少的重量缩减，但由于比优选作为芯层材料的弹性体更便宜，仍可以是有利的。这种球被广泛利用而且被低廉地制出。
该结构也可被提供多个突出物以增加结构间的间隔，由此提高由芯层材料占据的芯腔的比例。突出物也可以安排为确定邻近结构所采用的相对形状和位置，从而确定由芯层材料填充的空隙空间的形状，例如保证芯层材料连续的量。
网状织物，如金属丝，可以被用于帮助结构的排列及将它们相互和/或与金属层间隔开。
本发明结构夹层板部件外层板的材料、尺寸和常规性质可以根据该结构夹层板部件所要应用的且一般可如US-5,778,813和US-6,050,208中描述的特殊用途的需要来选择。钢或不锈钢通常被使用的厚度为0.5-20mm，铝可以在需要轻质的时候使用。为提供相当的强度，铝通常可以被使用的厚度为钢的2-4倍，即1-50mm。类似地，塑料或聚合物芯层可以是任何合适的材料，例如US-5,778,813和US-6,050,208中描述的弹性体，如聚氨酯。
进而，本发明提供了一种制造结构夹层板部件的方法，包括以下步骤以间隔的关系提供第一和第二外层板以及所述板之间空间内的多个轻质结构，其中所述结构没有在平行于所述外层金属层的平面内镶嵌花纹，且主尺寸范围在所述外层金属层距离的20-200％；注射未固化塑料或聚合物材料来填充所述外层板之间和所述多数结构周围所确定的空间；以及使所述塑料或聚合物材料固化以使所述外层板以足够强度粘结在一起来转移它们之间的剪切力。
本发明以下将参考实施方案和附图描述，其中
图1是根据本发明第一实施方案的结构夹层板部件的横截面图；图2是沿图1A-A的结构夹层板部件的横截面图；图3是根据本发明第一实施方案的变型的结构夹层板的类似于图2的横截面图；图4是根据本发明第二实施方案的结构夹层板部件的横截面图；图5是根据本发明第三实施方案的结构夹层板部件的横截面图；图6是根据本发明第四实施方案的结构夹层板部件的横截面图；图7是根据本发明第五实施方案的结构夹层板部件的横截面图；各附图中，同样的部件用同样的附图标记表示。
如图1所示的结构夹层板部件包括上和下外层板(面板)11、12，它可由钢(例如厚度范围在0.5-20mm)或铝(例如厚度范围在1-50mm)制成。护边板(未示出)焊接在面板11、12之间的它们的外围周围以形成封闭的空腔。另外，板部件也可以装配在模具内，不必需要护边板。面板11、12之间的空腔内是塑料或聚合物材料，优选热固性材料如聚氨酯弹性体的芯层13。该芯层可具有厚度范围15-200mm；本申请中50mm是合适的。芯层13以足够强度与面板11、12粘结，并具有足够的机械性能来转移使用中所预期的两个面板之间的剪切力。优选为压紧的。芯层13与面板11、12间的粘结强度应大于3MPa，优选6MPa，芯层材料的弹性模量应大于200MPa，优选250MPa。较低的模量可以用在不会经历高温条件的场合。对于低载荷应用，如地板面板，其典型使用和居住载荷为约1.4kPa-7.2kPa，粘结强度可以较低，如大约1MPa。依靠芯层，结构层压板部件具有了板厚度基本上更大且明显另外增强的加强钢板的强度和载荷承载力。当然，该板不需要是平的，但可以采用预期使用所需的任何结构。
为减低板部件的重量，多个轻质结构14被提供在芯层内。在这一实施方案中，结构14包括空心的、固体外壳聚丙烯球，其直径基本上等于外层板11、12之间的距离D。如沿图1剖线A-A的横截面图(图2)所示，球14被安排在成直角的行和列，以便在它们间留出显著的间隙。这种结构的安排特别适用于所使用的主载荷直接沿横向和纵向方向的情况，如图2箭头所示。这些间隙用与外层金属板粘结在一起的芯层材料填充。由于球的曲率，芯层材料形成柱状结构直接延伸到外层板之间，且以宽的区域粘结在板上。因此与实心芯层相比粘结强度减少了不多于约5％，而剪切转移能力被保持了。
球14也可按照六角形排列被紧密地填充，如图3所示。这带来了更轻的板部件20，因为由芯层材料133占据的芯腔的比例减少了。板部件也特别适于应用在主载荷将位于倾斜方向的应用，如图3箭头所示。
为制造结构夹层板部件10，护边板被焊接在下面板12外围周围，接着球14被放在得到的开放空腔内。在这一阶段，芯层的任何预制部件可以如任何剪切板或其它可能需要的装置一样被放在适当位置。然后，上面板11焊接在护边板上形成封闭空腔，塑料或聚合物材料被注入形成芯层13。接着使被注入的材料固化，注射步骤中使用的注入口被磨掉并沿着出口孔密封。这些步骤可以在工厂环境内在现场或不在现场进行，完成的面板被传送到安装场所。先于芯层注射，球13帮助支持上面板11以便更大的面板部件可以没有凹陷且不需要内部支撑地被制造出。
本发明的第二实施方案如图4所示。根据本发明的第二实施方案的结构夹层板部件30类似于第一实施方案，但包括两层球14。这使得更厚的板部件能够无需增加芯层的柱状结构的间隔而被制得。优选，如所示，一层球覆在另一层球上，但在较低载荷的应用中，球可以在垂直方向和水平方向上被紧密填充。当然三或四层结构也可被提供并且不同层的结构不需要完全相同，然而优选有5或更少的层。
图5表示了本发明的第三实施方案。包括在球层上和下的网状织物15以将它们与外层金属板间隔开，来增加芯层和板的粘结面积。邻近金属板11、12的芯层材料的实心层的存在也改进固化并保证了板部件区域内更均一的抗冲击性。网状织物可以是由手工模压成需要形状的简单的金属丝网。网状织物也可以在球层之间提供并可用来帮助球的放置和将它们相互间隔开。
本发明的第四实施方案如图6所示。除了如第二实施方案提供的两层结构14之外，第四实施方案的板部件50包括一个位于结构层之间的夹层19。夹层19可以为多种不同目的而有多种结构。为了改进爆炸和/或冲击防护，夹层19可以由高拉伸强度材料如金属、高拉伸强度纤维如Kevlar(TM)或Spectra(TM)、纤维增强塑料、其它合适的纤维、网状织物或陶瓷片制造。为了这一目的的夹层的合适的材料和结构在共同未结的题为“改进的结构夹层板部件”并于2003年9月14日申请的英国专利申请号0326609.5(代理人参考号88882)中描述。这篇文献的整个内容被合并参考。夹层也可以被成型以帮助或确定结构的排列-例如不同层的间距、方向或相对位置-而且如果那是夹层唯一的目的，它可以由与芯层相同的材料或用较便宜的材料制成，特别是在网状织物时。
另一增加球间距的方法是为它们提供突出物，如图7所示。其表示了根据本发明第五实施方案的板部件60，它通常与第一实施方案相同，只是球16在它表面周围被提供了多个突出物18。突出物18用于增加球与球的间距，如同球与金属板的间距，提高了芯层与金属板的粘结强度和剪切转移能力。
根据板部件的预期用途，它的各种性能可通过使用不同材料作为轻质结构14、16和为结构提供不同的填充物而被增强。例如，结构14、16可以由金属、陶瓷、Kevlar或其它高强度材料制得，以提高板部件的抗爆和抗冲击性，和改进碎片捕获和抗破碎性。如果如上所述的夹层也被为提高抗爆和抗冲击性而提供，这也可提供特别的优点。为了增强耐火性，该结构也可以由金属或陶瓷制成，并可用惰性的或耐火的材料填充。其它气体或液体填充物也可用于改进金属板的声学和/或绝热性能。该结构可以为同样的原因被抽真空。
可以理解，上述说明不被认为是限制，而且其它改进和变化落入由附加的权利要求限制的本发明范围内。例如，可以理解，尽管在所述实施方案中的所有结构是相同的，也可使用不同形状和/或尺寸的结合的混合体。
权利要求
1.一种结构夹层板部件，包括第一和第二外层板；以足够强度与所述外层板粘结以转移它们之间剪切力的塑料或聚合物材料芯层；和芯层内多个轻质结构，其中所述结构没有在平行于所述外层金属层的平面内镶嵌花纹，且主尺寸范围在所述外层金属层间距离的20-200％。
2.根据权利要求1的结构夹层板部件，其中所述轻质结构排列为单层。
3.根据权利要求1的结构夹层板部件，其中所述轻质结构排列为多层。
4.根据权利要求3的结构夹层板部件，进一步包括所述多层结构中的两层间的夹层。
5.根据权利要求3或4的结构夹层板部件，其中一层的结构直接覆在下层结构上以使部分的芯层材料直接延伸到外层板之间。
6.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，其中所述轻质结构是空心的。
7.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，其中所述结构是球形的。
8.根据权利要求7的结构夹层板部件，其中所述结构具有的直径基本上等于所述外层板之间的距离的1/N，N为1-5范围内的整数。
9.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，其中所述结构的直径大于或等于20mm。
10.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，其中所述结构的直径小于或等于100mm
11.根据权利要求6、7、8、9或10的结构夹层板部件，其中所述结构由聚丙烯制成且具有固体外壳。
12.根据权利要求1到10任何一项的结构夹层板部件，其中所述结构由金属、陶瓷或高拉伸强度纤维，如Kevlar(TM)或Spectra(TM)制成。
13.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，其中所述结构有多个突出物，以增加它们的间距，从而提高由芯层材料占据的芯腔的比例。
14.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，其中所述结构用惰性气体、耐火物质、隔热或隔音液体填充或部分真空。
15.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，进一步包括网状织物，如钢丝网，以帮助结构的排列和使它们相互和/或与外层板间隔开。
16.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，其中所述芯层的厚度大于或等于20mm。
17.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，其中所述外层板由金属制成。
18.根据前面任何一项权利要求的结构夹层板部件，其中所述外层板的厚度大于或等于0.5mm。
19.一种制造结构夹层板部件的方法，包括以下步骤以间隔的关系提供第一和第二外层板以及所述板之间空间内的多个轻质结构，其中所述结构没有在平行于所述外层金属层的平面内镶嵌花纹，且主尺寸范围在所述板间距离的20-200％内；注射未固化塑料或聚合物材料来填充所述外层板之间和所述多数结构周围所确定的空间；以及使所述塑料或聚合物材料固化以使所述外层板以足够强度粘结在一起来转移它们之间的剪切力。
全文摘要
一种结构夹层板部件被提供了外层板之间空间内的多个轻质结构。该结构没有镶嵌花纹，且主尺寸范围在所述外层金属层距离的20－200％。
文档编号B32B15/08GK1882434SQ200480033514
公开日2006年12月20日 申请日期2004年11月1日 优先权日2003年11月14日
发明者S·J·肯尼迪 申请人:智能工程(巴哈马)有限公司