CN101084108B - 半封闭的热塑性蜂窝体及其生产方法和生产设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种半封闭的热塑性折叠蜂窝体结构，该结构由连续材料网通过垂直于材料面的塑性形变产生，从而形成半六边形单元壁和较小的连接区域。通过沿传输方向折叠，单元壁相遇，从而形成蜂窝体结构。

Description

半封闭的热塑性蜂窝体及其生产方法和生产设备
本发明涉及折叠的蜂窝状结构之类的多孔结构，它们的制造方法和用于制造该结构的设备。本发明尤其涉及热塑性折叠的蜂窝状结构，它们的生产方法和生产设备。
技术背景
WO 97/03816中描述的折叠蜂窝体是由单层(例如平坦体)连续生产的。通过在引入切口后折叠来构建六边形单元(hexagonal cell)。各单元通过覆盖层连接表面跨接。没有切口的折叠蜂窝体可由热塑性膜的一个连续层通过旋转真空热成形来经济地生产。WO 00/32382描述了这类折叠蜂窝体，这类蜂窝体具有覆盖两个面上各六边形单元的连接表面。
发明概述
本发明的一个目的是能够提供不使用切口生产折叠蜂窝体的方法和设备。
本发明的一个优点是能够真空形成，并且良好地连接到覆盖层。本发明的另一个优点是最大程度地减少材料的使用。
依据所附权利要求的主题可以实现上述目的，从属权利要求中的其它特征进一步发展了上述目的。
本发明提供一种折叠蜂窝体结构，该蜂窝体结构由多个排列成行的单元形成，包括：单元具有侧面单元壁，它们以环形式相互连接(adjoin)，并且通过覆盖层面面对(toward)各单元的两个开口侧面为界，从而各单元部分地或完全地桥接在覆盖层面的一个或另一个中；由基本未切割的平坦体形成折叠蜂窝体；折叠蜂窝体具有多个3D结构(1和2)，这些结构由塑性形变和由塑性形变产生的连接区域(3和4)形成，连接区域(3，4)位于折叠蜂窝体中覆盖层面的一个或另一个中。
在本发明的另一个方面中，平坦体(例如材料网)主要垂直于材料面而发生塑性变形，并且沿着输送方向窄化(例如，折叠)，直到单元壁相遇且能够连接为止。在半六边形单元壁之间形成具有u或v形的连接区域，能够在使用最少量其它材料的情况下，使蜂窝体单元壁与覆盖层很好地粘着在一起。
因此，本发明提供一种由塑性形变材料构成的平坦体生产折叠蜂窝体的方法，包括：
a)使平坦体发生塑性形变，在其中形成第一3D结构(1和2)和第二连接区域(3和4)，所述第二连接区域在第一3D结构之间形成；
b)将3D结构相互面对地进行折叠，形成具有以下特征的单元：所述单元的单元壁以环形式相互连接，这样蜂窝体结构中一个单元的单元壁与另一个单元的单元壁相连。
本发明还提供一种由塑性形变材料构成的平坦体生产折叠蜂窝体的设备，包括：
a)一种装置，用于使平坦体发生塑性形变，从而在其中形成第一3D结构(1和2)和第二连接区域(3和4)，所述第二连接区域在第一3D结构之间形成；
b)一种装置，用于使3D结构相互面对地进行折叠，形成具有以下特征的单元：所述单元的单元壁以环形式相互连接，这样蜂窝体结构中一个单元的单元壁与另一个单元的单元壁相连。
附图简要说明
参考以下示意图描述本发明及其示例性实施方式：
图1显示依据本发明实施方式的塑性形变材料网(material web)的一部分，
图2显示依据本发明实施方式的半折叠形成蜂窝体单元的材料网的一部分，
图3显示依据本发明实施方式的形成两行部分闭合的蜂窝体单元的几乎完全折叠的材料网，
图4显示依据本发明实施方式的塑性形成的材料网一部分的侧视图，
图5显示依据本发明实施方式的折叠过程中材料网的侧视图，显示折叠设备。
图6显示依据本发明实施方式的连续板生产线中相继在线步骤。
说明性实施方式的描述
现在将结合某些附图，通过特定实施方式描述本发明，但是本发明不受限于这些附图和实施方式，本发明由权利要求限定。所描述的附图仅仅是示意性而非限制性的。在附图中，一些部件的尺寸可以放大，但是为了说明的目的没有按比例绘制。本发明说明书和权利要求书中所用的术语“包括”不排除其它部件(element)或步骤。此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区别类似部件，不是一定描述顺序或次序。应理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换使用的，文中所述的本发明的实施方式能以不同于文中所述或说明的其它次序进行。
图1显示了由塑性形变材料制成的平坦网的一部分。塑性形变材料可以是薄热塑性聚合物材料、纤维复合物材料、塑性形变纸张或金属片、或类似的材料。依据该实施方式，该平坦网具有在其中形成的塑性形变1，2，大致上与材料网垂直。在区域1和2中，材料发生形变，例如，从网平面形成多边形，例如梯形、正弦形或弓形等。这些形变形成脊8和谷9，因此脊8和谷9都是不连续的。例如，脊由变形部分1和2(例如，多边形部分，诸如梯形部分、弓形部分等)的线性系列组成。脊优选具有上表面15，上表面15起初(例如，形成时)可以与材料网的平面平行。生产方向优选如图1中所示，但是也可以采用垂直于图1所示方向的方向(平行于轴5和6)。
区域1和2优选倾斜地形成，即围绕轴5和/或6相互面对地旋转，额外地形成u-或v-形连接区域3和4。区域3和4将一列区域1，2中的脊部分1和2(例如多边形部分，诸如梯形、正弦形或弓形部分)分隔。一个连接部分3，4位于两个区域1、2之间，并且沿着区域1，2的行，连接部分3与连接部分4交替出现。区域3，4形成交叉谷(cross-valley)，即与谷9垂直。相邻的交叉谷位于网材料的相对面上。优选在区域1，2旋转而使它们处于图1所示的初始位置的同时使形变位于材料的网中。网材料在区域1和2过渡的部位延伸，形成区域3和4，区域3和4基本垂直于区域1和2的外表面15。不同脊部分上表面3，4之间的角度使得工具的一部分可以进入，从而形成这些部分。材料网的宽度方向优选沿着轴5和6的方向延伸，而材料网的无限长度方向沿着直线7的生产方向是连续的。
区域1和2中网材料的形变有助于形成三维形状，这些形变形成折叠终产品中的半单元壁。因此，所形成的单元是结构化的，并且是折叠终产品的承载部分，单元的壁沿着折叠终产品纵向的横切方向延伸。在折叠终产品中，通过折叠形成的单元优选横截面是圆柱形的，圆柱体的轴相对于折叠终产品纵向的横切方向，以最终产生的平坦蜂窝体的厚度方向延伸。可以按照需要选择单元的截面形状，例如，可以是圆形或多边形，特别是偶数多边形，例如六边形。最终的单元形状由原始网中变形区域1，2的形状和它们进行折叠的方式来决定。如图3所示，当网完全折叠时，各单元由两个半单元形成。单元排列成行。各个最终单元是由两个纵向相邻的(在网材料中)谷部分9的底部和侧面形成的。半单元优选由两个纵向相邻的(在网材料中)脊部分8的接触表面15而连接在一起。因此，本发明提供一种折叠蜂窝体，该蜂窝体由多个排列成行的单元形成，具有以下特征：单元具有侧面单元壁，它们以环形式相互连接，并且通过覆盖层面面对单元的两个开口面为界，从而各单元桥接或完全封闭在覆盖层面的一个或另一个中。由基本未切割的平坦体形成折叠蜂窝体。折叠蜂窝体含有多个3D结构，例如，塑性形变产生的多边形，正弦形或弓形区域(1和2)，和由塑性形变产生的覆盖层面中的连接区域(3和4)。至少一部分的单元壁优选是通过胶水或粘合剂或焊接而完全或部分地永久相互连接。本发明包括作为具有不同截面形状和/或尺寸的单元的混合物的最终折叠产品。最终蜂窝体结构是平面型产品，从而单元垂直于产品的平面沿着厚度方向排列。在平面型结构的交替侧上的单元被连接区域3，4封闭。可以通过施加一个或多个覆盖层来封闭所有单元，这些覆盖层的施加通过例如将覆盖片层叠在本发明的平面型产品上来进行。本发明在其范围内包括以下可能性：网中形成单元壁的3D结构(例如，梯形、正弦形或圆形结构)在变形的材料网折叠后不完全垂直和/或不相互接触，从而形成至少在一个方向上在平面内开放的结构(如图3所示)。
再看图1，通过进一步旋转区域1和2，使得来自相邻脊部分的表面15相互靠近或优选相互接触，这样使生产过程连续进行。图2显示了生产折叠蜂窝体中的另一个中间状态。通过材料网围绕折叠线5和6的折叠操作，塑性形变材料网发生窄化。u-或v-形连接区域3和4展开，平坦地位于垂直于单元壁的平面内。引入区域3和4，以避免材料网的3D结构发生实质性的形变，例如，多边形，诸如梯形、正弦形或弓形变形部分1或2等。
图3显示了材料几乎完全折叠形成两列六边形蜂窝体单元。由于被折叠在一起，相邻的区域3(对应的4)相互对接。然后，通过至少一侧上的区域3或4封闭蜂窝体的各个单元。即是单元在一端具有由区域3，4形成的封闭表面。可以用胶水、粘合剂或通过焊接(例如，超声焊接)使表面15相互连接。但是，这种连接并非本发明必不可少的要求。
上述方法依赖于对变形的网材料进行折叠，从而以形成3D结构1，2和表面3，4的方式使折叠和旋转过程变得容易。图4显示了在折叠操作前形成的材料网的侧视图。为了使折叠操作变得容易，塑性形变材料网具有优选位于平面外的具有正值“x”的轴5和6(在折叠过程中，材料区域1和2围绕这两个轴旋转)。选择尺寸x，使得材料的上表面上的轴6上的交叉谷所具有的该谷的最低顶部连接点比位于网下表面上的交叉谷的轴5上的顶部连接点高。沿着生产方向的纵向力会穿过轴5和6作用，这样可以施加一个围绕轴5，6的弯曲力矩。这样所形成的材料网可以通过生产方向上的简单压缩而折叠。
生产可以是自动化和连续运行的。优选使用一对滚轮沿生产方向将材料网整个推动。但是，可使用旋转工具、振动变换工具(oscillating translating tool)或导向轮廓(profile)来帮助或确保网发生折叠。因此，本发明独立的一个方面是通过材料网的非切割、连续、塑性旋转成形来形成折叠蜂窝体。可以通过例如“旋转真空热成形”方法(例如，生产气泡膜中常用的方法)来进行塑性形变。优选使用成形滚轮借助于真空来拉伸以预热的膜提供的或直接由挤出机膜模具得到的材料。也可以使用相互抵靠运行的滚轮上的内嵌轮廓。
用于材料网热成形的真空滚轮的表面具有较复杂的几何结构，使得所形成的材料网中区域1和2不仅仅是形成，而是优选相互面对地略微旋转(例如，10-30度)。这样形成v形区域3和4，并且确保能够通过区域1和2围绕轴5和6进一步旋转(例如，约80度至60度)而折叠的材料网的可真空热成形的密封形状。
图5显示了在折叠操作中材料网的侧视图，以及依据本发明实施方式的折叠设备的截面图。显示了对于敞开时厚度为8毫米、单元尺寸为6.4毫米的半封闭的热塑性蜂窝体芯，未折叠的材料网相对于折叠蜂窝体芯的速度，即材料的提取因子(take-up factor)。展开的材料以2.696(任意速度单位)的速度运行；在第一套滚轮20内下降到2.5，然后在第二套滚轮22内进一步下降到1。最终的速度是折叠蜂窝体平面型结构的输出速度。
折叠装置包含：一对进料滚轮20，例如橡胶涂布的进料滚轮10，该进料滚轮具有表面内凹槽10a，位于定向栅11的上游，使材料网在折叠的过程中保持在平面内；第二套滚轮22，例如橡胶涂布的推动滚轮12，该推动滚轮12具有类似的凹槽12a，以施加相反压力，确保足够的平面内压缩力，从而能够进行折叠。下部和上部的进料滚轮20之间的压缩力可以减小区域1和2由于弹性形变而相互面对的倾斜和旋转，但是在进料滚轮20和反向滚轮22之间的材料网会返回进入的部分是热成形的形状，优选但不是一定不用工具或导向11a的帮助，并且继续折叠。门控和/或制动装置首先可阻挡或停止网。该类装置在材料网处于完全折叠阶段时产生的力作用下打开。在折叠网形成时，它在其打开状态继续施加摩擦力。
优选对折叠蜂窝体直接进一步处理，通过用例如层压滚轮或层压带23在蜂窝体芯的两个面上层叠或直接挤出覆盖层14来形成轻重量的夹心板。本发明提供的设备可包括形变和折叠装置，以及芯胶粘或焊接装置和层压装置。
图6显示了用于连续平面型产品生产的相继在线生产步骤。在线后成形是任选的，可包括形成边闭合或边轮廓。在步骤25中，由合适的形成设备(例如挤出机)或成卷的网材料直接提供网片材料。任选地，将材料网维持在一定温度或加热到形成温度。在步骤26中，通过各种合适的方法(例如，真空形成法或热辊法)在网材料中形成3D结构1，2。在步骤27中，将具有形成的3D结构的网材料折叠在一起，形成蜂窝体芯。任选地，在步骤28中，在线或离线完成一个或多个覆盖层或其它层的叠加。在步骤29中，进行后成形操作，例如切割到一定长度，或通过压制或固定蜂窝体材料到其它部分(例如，金属部分)来使蜂窝体材料形成一定形状。
本发明包括折叠蜂窝体，其中，连接区域3和4在之后层叠非织物覆盖层的过程中通过例如切割或熔化的方法除去，这样所有单元在两个面上都是敞开的，得到可形成3D结构的夹心预成品。
根据折叠蜂窝体芯和覆盖层所用的原料，夹心板可用于结构部件、冲击和撞击保护、装饰面或包装用品。

Claims (16)

1.一种折叠蜂窝体，由多个排列成行的单元形成，包含这样的单元：所述单元具有两个形成3D结构(1和2)的半单元，所述半单元彼此纵向邻接形成侧面单元壁，所述侧面单元壁彼此邻接形成环形横截面，各单元在第一开口面和第二开口面以覆盖层面为界，从而使得各单元部分地或完全地在覆盖层面之一中桥接；所述3D结构(1和2)由基本未切割的平坦体热塑形变而成，同时热塑形变形成连接区域(3和4)，所述3D结构相互面对地折叠成所述单元，所述单元在一端具有由连接区域(3，4)形成的封闭表面，连接区域(3，4)位于折叠蜂窝体中的覆盖层面之一中。
2.如权利要求1所述的折叠蜂窝体，其特征在于，3D结构是多边形、正弦形或弓形的区域。
3.如权利要求1或2所述的折叠蜂窝体，其特征在于，至少一部分的单元壁完全或部分地永久相互连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的折叠蜂窝体，其特征在于，所述平坦体由热塑性聚合物、纤维复合材料或塑性形变纸张或金属片形成。
5.一种由塑性形变材料构成的平坦体生产折叠蜂窝体的方法，包括：
a)使平坦体发生塑性形变，形成具有3D结构(1和2)和连接区域(3和4)的半单元，所述连接区域形成在3D结构之间；
b)将3D结构相互面对着折叠从而由半单元形成单元，所述单元在第一开口面和第二开口面以覆盖面为界，所述半单元彼此纵向邻接形成侧面单元壁，所述侧面单元壁彼此邻接形成环形横截面从而使得蜂窝体结构中一个单元的单元壁与另一单元的单元壁邻接，所述单元在一端具有由连接区域(3，4)形成的封闭表面，所述连接区域(3，4)位于折叠蜂窝体中的覆盖层面之一中。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述3D结构是多边形、正弦形或弓形的区域。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，单元的至少一部分的互相接触的表面区域和/或边相互牢固地连接。
8.如权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述变形材料是热塑性聚合物、纤维复合材料或塑性形变纸张或金属片。
9.如权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过非切割旋转方法进行形成3D结构的形变。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过旋转真空热成形方法进行形变。
11.一种由塑性形变材料构成的平坦体生产折叠蜂窝体的设备，包括：
a)一种装置，用于使平坦体发生塑性形变，从而形成由3D结构(1和2)和连接区域(3和4)形成的半单元，所述连接区域形成在3D结构之间；
b)一种装置，用于将3D结构相互面对地进行折叠从而由半单元形成单元，所述半单元彼此纵向邻接形成侧面单元壁，所述侧面单元壁横截面上成环形从而使得蜂窝体结构中一个单元的单元壁与另一单元的单元壁邻接，所述单元以第一开口面和第二开口面为界，所述单元在一端具有由连接区域(3，4)形成的封闭表面，所述连接区域(3，4)位于折叠蜂窝体中的覆盖层面之一中。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于使平坦体发生塑性形变的装置包括第一滚轮，所述第一滚轮具有形成3D结构的表面轮廓。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述用于折叠的装置包括第二滚轮，所述第二滚轮位于所述第一滚轮的下游，以比第一滚轮低的转速转动。
14.如权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述设备还包括位于第一滚轮和第二滚轮之间的导向。
15.如权利要求11至14中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一滚轮用作旋转真空热成形滚轮。
16.如权利要求11至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括芯胶粘或焊接和层压装置。
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