專利名稱:改進(jìn)的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的制作方法
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其包括兩個(gè)外板和塑料或聚合物材料芯，芯以足夠的強(qiáng)度粘合到外板上，非常有助于構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件描述在US5778813和US6050208中，本文引入這些文獻(xiàn)作為參考，它們包括與中間彈性體芯例如非泡沫聚氨酯粘合到一起的外金屬板如鋼板。這些夾層板系統(tǒng)可用于多種建筑形式中以代替加強(qiáng)鋼板、成形鋼板、鋼筋混凝土或復(fù)合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并大大簡(jiǎn)化得到的結(jié)構(gòu)，在節(jié)省重量的同時(shí)提高強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)性能(例如勁度、減震特性)。這些結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的更多發(fā)展描述在WO01/32414中，本文也引入作為參考。如本文所述，可在芯層中引入泡沫形式以減輕重量和可加入橫向金屬側(cè)板提高勁度。
根據(jù)WO01/32414的教導(dǎo)，泡沫形式可為空心或?qū)嵭牡?。空心泡沫產(chǎn)生較大的重量減輕，因此是有利的。該文獻(xiàn)中描述的泡沫不限于由輕質(zhì)泡沫材料制成，而且還可由其它材料如木或鋼箱制成。
國(guó)際專利申請(qǐng)WO02/078948為包括空心泡沫的觀念的進(jìn)一步發(fā)展，并描述了易于制造和組裝的形式，尤其是描述了由鉚在一起的塊制成的空心細(xì)長(zhǎng)形式。
US5778813和US6050208中描述的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的基本形式具有優(yōu)異的耐火性能，甚至不用結(jié)構(gòu)防火。與具有在爆炸或爆破荷載事件中可能被破壞或打爆脫離板的外部防火結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)鋼板不同，提供耐火性的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的彈性體芯在內(nèi)部，并保持完整和功能。
根據(jù)US5778813和US6050208的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件還提供比常規(guī)鍍鋼板大的對(duì)沖擊威脅的防護(hù)。例如，試驗(yàn)證實(shí)，3-30-3結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件(3mm軟鋼-30mm聚氨酯-3mm軟鋼)提供比類似重量的常規(guī)加強(qiáng)鋼板大70％的對(duì)7.62mm口徑子彈的防護(hù)。但是，仍需要進(jìn)一步改進(jìn)以滿足標(biāo)準(zhǔn)如US National Institute of Justice標(biāo)準(zhǔn)NIJ 0108.01。
用來(lái)抵抗射彈的盔甲的現(xiàn)有形式通常包括硬質(zhì)板如陶瓷板和高抗拉強(qiáng)度布如Kevlar(TM)或Spectra(TM)的層的組合，但是，這些配置制造昂貴，很重，且在物品的正常使用中易損壞板。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供耐爆炸和抗射彈性能提高的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，包括第一和第二外板；以足夠的強(qiáng)度粘合到所述外板上的塑料或聚合物材料的芯，以轉(zhuǎn)移外板之間的剪切力；和在芯內(nèi)的至少一個(gè)夾層，所述夾層通常平行于外板且具有比芯材料高的抗拉強(qiáng)度。
在芯內(nèi)提供夾層或內(nèi)襯提供了板構(gòu)件耐爆破性和/或抗射彈性相當(dāng)大的提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于僅僅加入外加材料所能預(yù)料到的。夾層應(yīng)采用的具體形式取決于要防護(hù)的威脅。
對(duì)于爆炸防護(hù)，優(yōu)選與外層尺寸相似的附加金屬例如鋼或鋁層。這確保即使一個(gè)外層被彈片穿透或被爆炸力完全剝?nèi)?，也能保留具有充分?qiáng)度和耐火性能的夾層結(jié)構(gòu)。實(shí)心金屬板還提供對(duì)射彈的額外防護(hù)。
為了只增加耐沖擊性和保護(hù)作用，可使用較輕質(zhì)的層如金屬(例如鋼)網(wǎng)或高抗拉強(qiáng)度布，如Kevlar(TM)或Spectra(TM)。這種層阻礙或限制了任何穿透外金屬層的射彈和捕獲任何由于射彈沖擊產(chǎn)生的外金屬層或芯層的碎片。還可使用陶瓷片提供沖擊和/或爆炸防護(hù)。
優(yōu)選夾層被弄皺或成波狀。這增加了射彈接合更多夾層并處于更有利沖擊角度的機(jī)會(huì)。
可提供多個(gè)夾層以進(jìn)一步提高耐沖擊或爆炸性。如果提供多個(gè)起皺或波狀的夾層，則不同層中的皺紋和/或波紋可具有不同的方向和/或偏移。
可按照需要為結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件要投入的具體應(yīng)用選擇本發(fā)明結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件外板的材料、尺寸和一般性質(zhì)，通?？扇鏤S5778813和US6050208中所述。通常使用厚度為0.5-20mm的鋼或不銹鋼，并在需要輕質(zhì)時(shí)使用鋁。同樣，塑料或聚合物芯可為任何合適的材料，例如彈性體如聚氨酯，如US5778813和US6050208中所述。
另外，本發(fā)明提供制造結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的方法，包括步驟提供處于隔開關(guān)系的第一和第二外板，至少一個(gè)夾層位于其間，并與所述外金屬板的每一個(gè)隔開；注入未固化的塑料或聚合物材料以填充在所述外板和所述夾層任何一側(cè)之間限定的空間；使所述塑料或聚合物材料固化從而以足夠的強(qiáng)度粘合所述外板到一起以轉(zhuǎn)移其間的剪切力；其中所述夾層具有比固化塑料或聚合物材料高的抗拉強(qiáng)度。
在夾層完全或明顯不滲透未固化塑料或聚合物材料時(shí)，可從板的兩側(cè)同時(shí)或分兩個(gè)階段進(jìn)行芯的注入。
在插入到外金屬板之間的空腔前可用塑料或聚合物材料涂敷或浸漬夾層，以提供額外的剛性，從而在注入過(guò)程中夾層能保持它的形狀和位置，例如在夾層為高抗拉強(qiáng)度布時(shí)，和/或促進(jìn)到芯材料的粘合。如果與芯材料不相同，則涂敷或浸漬夾層的塑料或聚合物材料應(yīng)與芯材料相容。
下面將參照示例性實(shí)施方案和附圖描述本發(fā)明，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明第一種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的橫截面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明第二種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的橫截面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明第三種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的橫截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第四種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的橫截面圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明第五種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的橫截面圖；和圖6為根據(jù)本發(fā)明第六種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的橫截面圖；在各個(gè)圖中，相同的部件用相同的參考數(shù)字表示。
圖1中所示的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件包括上和下外板(面板)11、12，它們可為鋼或鋁，并具有例如在0.5-20mm范圍內(nèi)的厚度。大于或等于3mm的厚度在許多應(yīng)用中是有利的。在面板11、12之間圍繞它們的外圓周焊接邊板形成封閉的空腔。在面板11、12之間的空腔中為塑料或聚合物材料優(yōu)選密實(shí)熱固性材料如聚氨酯彈性體的芯13。該芯可具有在15-200mm范圍內(nèi)的厚度；在本申請(qǐng)中，50mm是合適的。芯13以足夠的強(qiáng)度粘合到面板11、12上，并具有充分的機(jī)械性能以轉(zhuǎn)移使用時(shí)兩個(gè)面板之間預(yù)期的剪切力。芯13和面板11、12之間的粘合強(qiáng)度應(yīng)大于3MPa，優(yōu)選6MPa，芯材料的彈性模量應(yīng)大于200MPa，優(yōu)選大于250MPa，尤其是如果預(yù)期在使用中暴露于高溫時(shí)。對(duì)于低載荷應(yīng)用，如地板鑲板，在典型的使用和占用載荷為大約1.4kPa-7.2kPa時(shí)，粘合強(qiáng)度可更低，例如大約0.5MPa。利用芯層，結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件具有板厚度大很多且顯著補(bǔ)充加固的加強(qiáng)鋼板的強(qiáng)度和載荷承受能力。當(dāng)然，板不需要是平的，而是可采取其預(yù)定用途所需的任何形式。
為了提高材料的抗沖擊射彈性，在芯13中提供高抗拉強(qiáng)度布的夾層14。如所示，夾層14位于芯13的中間，但這是可變化的，只要合理數(shù)量的芯材料保留在夾層的任何一側(cè)即可。夾層應(yīng)具有高抗拉強(qiáng)度，例如，類似于鋼的抗拉強(qiáng)度，和其它性質(zhì)，如高的彈性模量和高的粘-彈性，以幫助抵抗射彈，這是已知的?？墒褂脦讓硬蓟蚓W(wǎng)提供所需的強(qiáng)度。夾層可在整個(gè)夾層板上延伸，或可位于需要防護(hù)的那些區(qū)域。夾層的厚度不需要是均勻的，同樣，在需要最大防護(hù)時(shí)，可提供附加材料。
合適的材料包括由聚對(duì)亞苯基對(duì)苯酰胺(芳族聚酰胺)產(chǎn)生的分子鏈制成的纖維，優(yōu)選如E.I.Du Pont de Nemours and Company以商標(biāo)名Kevlar(TM)出售的。合適的等級(jí)包括Kevlar 29、Kevlar KM2、Kevlar 129和Kevlar 49。另外合適的為由超高分子量聚乙烯制成的纖維，優(yōu)選如Honeywell Performance Fibers以商標(biāo)名Spectra(TM)出售的。其它合適的材料包括對(duì)-芳族聚酰胺纖維，優(yōu)選如Teijin Limited以商標(biāo)名Technora(TM)和Twaron(TM)出售的。
當(dāng)需要輕質(zhì)時(shí)，芯可包括如WO 01/32414中所述的輕質(zhì)形式。優(yōu)選地，形式由如2003年3月18日提交的尚待批準(zhǔn)英國(guó)專利申請(qǐng)0306195.9中描述的耐火材料制成。利用2003年11月14日提交的題目為“INPROVED STRUCTURAL SANDWICH PLATE MEMBERSWITH FORMS”的英國(guó)專利申請(qǐng)0326608.7(代理參考號(hào)N90171)中所述的非鑲嵌形狀制成的形式可獲得特別的優(yōu)點(diǎn)。如本文所述，形式可由硬質(zhì)材料制成以提高耐沖擊性和碎片捕獲。本文全文引入這些文獻(xiàn)作為參考。
為了制造結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件10，在下面板11的圓周周圍焊接邊板，然后在得到的敞開空腔內(nèi)放置夾層14和固定它到適當(dāng)位置的墊片。在這個(gè)階段，可將芯的任何預(yù)制段以及可能需要的任何剪切板或其它配件放在適當(dāng)位置。然后，焊接上面板12到邊板上形成封閉的空腔，并注入塑料或聚合物材料形成芯13。然后使注入的材料固化，磨掉注入步驟中使用的注入口并和排氣孔一起密封。這些步驟可在工廠條件下原地或裝置外進(jìn)行，完成的板被輸送到裝置點(diǎn)。
為了改善形成夾層的布的處理，可在插入到空腔前用塑料或聚合物材料涂敷或浸漬布以便更硬。浸漬或涂敷材料可與用于形成芯材料的相同，但如果不同，應(yīng)彼此相容，例如很好地粘合到芯材料上。芯和布夾層14之間的粘合強(qiáng)度應(yīng)不小于芯和面板11&12之間的粘合強(qiáng)度。在一些情況下，必需化學(xué)處理布以確保充分粘合到芯13上。
如果布是致密的，尤其是如果提供幾層的話，則它不容易被未固化的芯材料滲透，因此可從板的兩側(cè)同時(shí)或依次進(jìn)行芯材料的注入。
本發(fā)明的第二種實(shí)施方案示于圖2。根據(jù)本發(fā)明第二種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件20類似于第一種實(shí)施方案，但在夾層性質(zhì)上不同，如下面所述。
在第二種實(shí)施方案中，夾層15包括金屬如鋼、不銹鋼或鋁板，形成多層結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件。金屬板通常由與外板相同的材料形成，但不必需這樣。金屬板15的厚度取決于所需的沖擊或爆炸防護(hù)數(shù)量和所要求的殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在許多情況下，用作夾層的金屬板將具有與外金屬板之一相同的厚度，但可在此基礎(chǔ)上變化±50％。
按與第一種實(shí)施方案相同的一般方式制造第二種實(shí)施方案，只是通常不需要金屬板的浸漬或涂敷。而是按與面板相同的方式清洗和/或預(yù)處理金屬板以為芯13提供相等的粘合強(qiáng)度。金屬板15可簡(jiǎn)單地被定位焊或膠合到支撐上以在注入過(guò)程中保持它到合適的位置。
圖3圖示了本發(fā)明的第三種實(shí)施方案，其與第二種實(shí)施方案不同在于夾層16被穿孔。穿孔提供了重量減輕，通過(guò)機(jī)械互鎖增強(qiáng)到芯的粘合，并允許未固化的芯材料在整個(gè)空腔內(nèi)自由流動(dòng)。合適的穿孔板可具有大小在3-20mm范圍內(nèi)的孔的規(guī)則圖案，其密度以孔的總面積與板總平面面積的比表示，在0.25-0.5的范圍內(nèi)。這種板可廣泛地得到?？蛇M(jìn)行孔圖案、大小和密度的變化以增強(qiáng)抗沖擊和爆破性。穿孔板可由硬陶瓷材料和金屬制成。
作為穿孔板的替代，可使用金屬網(wǎng)。這圖示在圖4中，其顯示了本發(fā)明的第四種實(shí)施方案。網(wǎng)不僅提供了與第三種實(shí)施方案相同的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有相對(duì)于面板變化的夾層取向，這提供了更大的抗沖擊性，尤其對(duì)于在45和90°之間射擊到板的子彈。展開的鋼絲網(wǎng)如英格蘭哈特爾普爾的Expanded Metal Company Limited制造的鋼絲網(wǎng)No.1292適用于本發(fā)明。其具有30.48mm×12.70mm的網(wǎng)目尺寸(中心-中心)、4.75mm的絞合線寬度和2.5mm的厚度，和25％的總開闊面積?？勺鳛橐挚沟臎_擊威脅和所需阻力水平的函數(shù)選擇網(wǎng)目尺寸、絞合線寬度和厚度和總開闊面積。
圖5顯示了第一種實(shí)施方案的另一變形，其中夾層18具有Z字形轉(zhuǎn)彎的起皺形式。對(duì)于大多數(shù)射彈，這種布置使射彈接觸的夾層材料量最大，并確保垂直沖擊外層的射彈能以銳角射到夾層上，提高了夾層的有效穿透強(qiáng)度。如果夾層為高抗拉強(qiáng)度布，則通過(guò)在合適形狀的模具內(nèi)用熱固性材料浸漬布實(shí)現(xiàn)Z字形轉(zhuǎn)彎形狀。在為金屬或金屬網(wǎng)層時(shí)，可通過(guò)滾軋成形或壓制施加Z字形轉(zhuǎn)彎形狀。
如圖6所示，作為Z字形轉(zhuǎn)彎形狀的替代方案，夾層可具有波狀皺紋。這具有類似效果，并能以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)。圖6還圖示了多個(gè)(在這種情況下為2個(gè))夾層19a、19b的使用，它們可彼此偏置(如所示)或彼此垂直定向。還可使用波狀?yuàn)A層或在兩個(gè)方向上起皺的層。
應(yīng)認(rèn)識(shí)到，上述描述不打算是限制性的，其它改變和變化落在由附加權(quán)利要求
限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，包括第一和第二外板；以足夠的強(qiáng)度粘合到所述外板上的塑料或聚合物材料的芯，以轉(zhuǎn)移外板之間的剪切力；和在芯內(nèi)的至少一個(gè)夾層，所述夾層通常平行于外板且具有比芯材料高的抗拉強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述夾層包括金屬層如鋼、不銹鋼或鋁層。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述夾層的厚度在所述外板之一的厚度的50％-150％范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述夾層包括金屬(如鋼、不銹鋼或鋁)網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述金屬網(wǎng)由多孔金屬板形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述夾層包括高抗拉強(qiáng)度布。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述夾層包括硬陶瓷板。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求
任意一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述夾層被起皺或成波狀或形成波形。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求
任意一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，包括多個(gè)夾層。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求
任意一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述夾層被穿孔。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求
任意一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述夾層不在所述板構(gòu)件的整個(gè)區(qū)域上延伸。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求
任意一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述外板由金屬制成。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求
任意一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述外板具有大于或等于3mm的厚度。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求
任意一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述芯由密實(shí)材料制成。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求
任意一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其中所述芯具有大于或等于15mm的厚度。
16.一種制造結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件的方法，包括步驟提供處于隔開關(guān)系的第一和第二外板，至少一個(gè)夾層位于其間，并與所述外金屬板的每一個(gè)隔開；注入未固化的塑料或聚合物材料以填充在所述外板和所述夾層任何一側(cè)之間限定的空間；使所述塑料或聚合物材料固化從而以足夠的強(qiáng)度粘合所述外板到一起以轉(zhuǎn)移其間的剪切力；其中所述夾層具有比固化塑料或聚合物材料高的抗拉強(qiáng)度。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16的方法，其中從板的兩側(cè)同時(shí)或分成兩個(gè)階段進(jìn)行所述注入步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求
16或17的方法，包括在插入到外金屬板之間的空腔之前用塑料或聚合物材料涂敷或浸漬夾層的附加步驟。
專利摘要
提供了一種結(jié)構(gòu)夾層板構(gòu)件，其具有至少一個(gè)夾層以提高抗沖擊和/或爆炸性。夾層可為實(shí)心或穿孔金屬板、金屬網(wǎng)、硬質(zhì)陶瓷或高抗拉強(qiáng)度布。夾層可被起皺。
文檔編號(hào)F41H5/00GKCN1906024SQ200480040427
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2004年11月1日
發(fā)明者J·G·利明 申請(qǐng)人:智能工程(巴哈馬)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan