具有张力轴线的扩展材料、模具和包装材料的制作方法

本公开整体涉及张力激活的扩展制品，其包括多个图案化狭缝。所述多个狭缝中的至少一些狭缝是多梁狭缝，该多梁狭缝在狭缝形成于其中的材料被张力激活时形成一个或多个多梁。在一些实施方案中，这些制品用作缓冲膜和/或包装材料。本公开还涉及制备和使用这些张力激活的扩展制品的方法。

背景技术：

1、2016年，消费者在网上购买的产品多于商店。(《财富》杂志于2016年6月8日提到，消费者现在大部分都在网上购物)。具体地讲，消费者在网上购物占51％，在实体商店购物占49％。同样出于上述杂志。消费者行为的这种变化的一个结果是每天邮寄和递送包裹数量的不断增长。每年有超过134亿件包裹被递送到全世界的家庭和企业(美国邮政服务约52亿件，联邦快递约33亿件，美国联合包裹运送服务公司(ups)约49亿件)。尽管非包裹邮件的递送每年减少，但包裹递送以每年约8％的比率增长。这种增长导致美国邮政服务25％的业务为包裹递送。(《华盛顿观察家报》于2017年9月1日提到，“每递送一个亚马逊包裹，邮政服务就会损失1.46美元”)。亚马逊每天装运约300万个包裹，阿里巴巴每天装运约1200万个包裹。

2、不仅仅是商业装运包裹。不断发展的制造商文化为个体创造了通过像etsytm的网站将他们的手工产品装运到世界各地的机会。此外，对可持续性的日益关注使得许多消费者在ebaytm等网站上转售二手产品，而不是将它们扔到垃圾填埋场。例如，超过2500万人在ebaytm上出售货物，并且超过1.71亿人购买这些货物。

3、装运这些货物的个体和企业通常用装运容器装运它们，装运容器通常是包括要装运的产品、缓冲物和空气的箱。箱具有许多优点，包括例如箱可直立、重量轻、平放储存、可回收并且成本相对较低。然而，箱的标准尺寸通常与被装运物品的尺寸不匹配，因此用户必须用大量的填充物或缓冲材料填充箱，以试图保护被装运物品不在过大的箱中来回推挤并且变得损坏。

4、包裹缓冲材料在装运期间保护物品。装运和装载/卸载过程期间的振动和冲击的影响被缓冲材料减轻，以减少产品损坏的机会。缓冲材料通常放置在装运容器内部，在装运容器内缓冲材料通过例如屈曲和变形以及/或者通过衰减振动或将冲击和振动传递到缓冲材料而不是被装运的物品来吸收能量。在其他情况下，包装材料还用于除缓冲以外的功能，诸如将待装运的物品固定在箱中并将其安放在适当的位置。另选地，包装材料还用于填充空隙，诸如当使用显著大于待装运物品的箱时。

5、一些示例性包装材料包括塑料bubble wraptm、气泡膜、缓冲缠绕物、空气枕头、碎纸、皱纹纸、碎杨木、蛭石、吊架和波纹气泡膜。这些包装材料中的许多包装材料是不可回收的。

6、一种示例性的包装材料如图1a和图1b所示。膜100由包括多个切缝或狭缝110的图案的纸片制成，该图案通常被称为“跳跃狭缝图案”，是一种单狭缝图案。当膜100被张力激活时(沿着基本上垂直于切缝或狭缝110的张力轴线(t)牵拉)，形成多个梁130。梁130是相邻的同轴狭缝排之间的区域。由狭缝110形成的梁130共同经受一定程度的向上和向下移动(例如，参见图1b)。这种向上和向下移动导致图1a的二维制品(基本上平坦的片材)在张力激活时变成图1b的三维制品。当这种膜用作包装材料时，与二维平面结构相比，该三维结构提供了一定程度的缓冲。

7、膜100的切缝或狭缝图案如图1c所示，并在美国专利4,105,724(talbot)和5,667,871(goodrich等人)中有所描述。该图案包括多个单独的线性狭缝110的多个基本上平行的排112。给定排112中的每个单独的线性狭缝110与直接相邻且基本上平行的排112中的每个单独的线性狭缝110异相。在图1a至图1c的具体构造中，相邻排112的相位相差水平间距的一半。该图案形成狭缝110和排112的阵列，并且该阵列在整个阵列上具有规则的重复图案。在狭缝110的直接相邻的排112之间形成材料的梁130。

8、图2a示出了旋转90°的图1a至图1c的膜100的切缝或狭缝图案。每个线性狭缝110具有在第一末端114与第二末端116之间延伸的长度(l)。每个线性狭缝110还具有位于第一末端114和第二末端116中间的中点118。中点118由图2a的狭缝110a上的小圆点示出。平行且对准的狭缝110的中点118基本上彼此对准。换句话讲，单独的线性狭缝110的中点118基本上与沿着张力轴线(t)的直接相邻的梁130上的单独的线性狭缝110的中点118对准。此类狭缝110不在直接相邻的狭缝排112中；相反，它们在交替排112上。此外，单独狭缝110的中点118位于沿着张力轴线(t)直接相邻的狭缝或切缝110的末端114、116之间。狭缝110的排112中两个直接相邻的狭缝110的中心之间的距离被标识为横向间距(h)。梁130的厚度或相邻线性狭缝110的两个相邻排112之间的距离被标识为轴向间距(v)。

9、更具体地，在图2a的实施方案中，狭缝110a的中点118a与狭缝110b的中点118b轴向对准。狭缝110b在与狭缝110a所在的梁130a直接相邻的梁130b上。另外，狭缝110a的中点118a位于狭缝110c的末端114c和狭缝110d的末端116d之间。狭缝110c和110d与狭缝110a轴向直接相邻。图2a还示出了横向相邻中点118之间的横向节距(h)、轴向节距(v)或梁130的高度、狭缝长度(l)和张力轴线(t)，沿着该张力轴线可以提供张力以引起梁130的向上和向下移动。

10、图2b示出了当包括图2a的狭缝图案的制品用张力展开时形成的主张力线(例如，逼近最高张应力路径的线)。图2b用红色虚线示出了主张力线140，其是将出现最大张应力的地方。张力线是当张力沿着张力轴线施加到材料上时承载最大负载的穿过材料的假想路径。当沿着张力轴线(t)施加张力时，主张力线140移动得更接近与所施加的张力轴线对准，从而导致图案已经被形成在其中的材料或片材扭曲。当单狭缝图案被展开时，沿着主张力线140的张力的激活导致图案的基本上所有区域经受一些张紧或压缩(张应力或压缩应力)，然后屈曲并弯出原始二维膜的平面。在一些实施方案中，当膜被完全展开和/或将张力施加到期望程度时，膜中基本上不存在保持平行于片材的原始平面的区域。

技术实现思路

1、具体地，本实用新型的一个方面提供了一种具有张力轴线的扩展材料，其特征在于，所述扩展材料包括：

2、材料片材，所述材料片材具有限定狭缝图案的多个狭缝，所述狭缝图案包括一个或多个多梁狭缝，其中每个多梁狭缝具有不多于两个末端并且形成在所述狭缝图案中的两个相邻狭缝之间，其中所述两个相邻狭缝在同一排或相邻排中，

3、其中所述材料当处于不存在狭缝的构型时具有小于25％的极限伸长率值，其中所述扩展材料是缓冲制品，

4、其中所述材料片材以预张紧形式限定平面，并且当向所述张力轴线施加张力时是三维的，并且

5、其中当沿所述张力轴线施加张力时，所述材料的至少部分从所述平面旋转45度或更大。

6、根据本实用新型的某些实施方案，所述狭缝限定单狭缝图案、多狭缝图案和复合狭缝中的至少一者。

7、根据本实用新型的某些实施方案，所述材料是纸，所述纸的厚度为0.003英寸至0.010英寸。

8、根据本实用新型的某些实施方案，所述材料是塑料，所述塑料的厚度为0.005英寸至0.125英寸。

9、根据本实用新型的某些实施方案，所述多个狭缝成排地布置，并且第一排狭缝中的狭缝与相邻排狭缝偏移所述第一排狭缝中的狭缝的横向长度的75％或更少。

10、根据本实用新型的某些实施方案，所述多个狭缝成排地布置，并且所述狭缝中的每个狭缝具有狭缝形状和狭缝取向，并且其中所述狭缝形状或取向在狭缝的排内变化。

11、根据本实用新型的某些实施方案，所述多个狭缝成排地布置，并且所述狭缝中的每个狭缝具有狭缝形状和狭缝取向，并且其中所述狭缝形状或取向在相邻排中变化。

12、根据本实用新型的某些实施方案，所述多个狭缝中的每个狭缝具有0.25英寸至3英寸的狭缝长度。

13、本实用新型的另一个方面提供了一种模具，其特征在于，所述模具能够形成以上任一项所述的多个狭缝。

14、本实用新型的再一个方面提供了一种包装材料，其特征在于，所述包装材料包括以上任一项所述的扩展材料中的任一种扩展材料。

15、另外，本公开的发明人发明了一种新颖狭缝图案，其包括至少一些多梁狭缝，该多梁狭缝在狭缝形成于其中的材料被张力激活时形成一个或多个多梁。在一些实施方案中，与除了缺少多梁之外具有相同梁图案的材料或制品相比，包括多梁狭缝图案的材料或制品具有更大的最大张紧力。如本文所用，术语“最大张紧力”是指在狭缝图案化材料的样品撕裂之前可施加到其上的最大张紧力。通常，最大张紧力刚好在狭缝图案化材料撕裂之前出现。下文描述用于测量最大张紧力的测试方法。在一些实施方案中，包括多梁狭缝图案的材料或制品与除了没有多梁之外具有相同图案的材料或制品相比能够承受更大的张紧力而不会撕裂。

16、在一些实施方案中，具有多梁狭缝图案的材料或制品具有相同或更低的展开力。如本文所用，术语“展开力”是指基本上展开图案化片材所需的力，其在以下测试方法中定义。

17、在一些实施方案中，有利的是使最大张紧力(在沿张力轴线t展开或张紧期间撕裂狭缝图案化材料所需的张紧力)大于展开力(展开样品所需的力)。最大展开比率是最大张紧力除以展开力的比率。在一些实施方案中，有利的是使该比率尽可能大，使得施加以展开图案化片材的力远低于片材可承受的最大力。这防止片材的用户在展开材料时意外地撕裂材料。

18、这些狭缝图案可用于形成张力激活的扩展制品。在一些实施方案中，制品可用于装运和包装应用。然而，制品和图案也可以用于多种其他用途或应用。因此，本公开不意味着局限于装运或包装材料应用，这仅仅是一种示例性的用途或应用。