CN103210159B - 通过高频感应加热熔接的夹层结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施方式，通过高频感应加热而熔接的夹层结构包括：蜂窝状芯；第一表层板和第二表层板，该第一表层板和第二表层板相应地形成在蜂窝状芯的任一侧；以及待加热的导体，该导体布置在第一表层板与第二表层板中的每个的一侧，并且该导体通过高频感应加热使第一表层板和第二表层板的面间熔化，以使第一表层板和第二表层板能够相应地粘附到蜂窝状芯的任一侧。

Description

通过高频感应加热熔接的夹层结构及其制造方法
技术领域
本发明的实施方式涉及夹层结构，并且更具体地说，涉及一种通过高频感应加热而熔接的夹层结构以及制造该夹层结构的方法。
背景技术
通常地说，夹层结构包括具有高强度的两个薄表层、由相对较轻材料形成蜂窝状芯层、以及用于使表层结合到芯层的粘结剂层。
作为用于表层和芯层的材料，表层必须由具有相对卓越刚性与强度的材料制成以显示对拉伸与压缩的高耐性，并且芯层必须由具有相对柔性并且通常蜂窝形状的材料形成以具有高剪切应力与轻的重量。当所述层通过粘结剂结合以形成单个结构时，该单个结构具有高达30倍于仅由表层形成的夹层面板的抗压强度。
夹层结构的芯层通常具有蜂窝结构并且因此也称作蜂窝状芯。尽管蜂窝通常表示蜂窝形状，但是本发明的蜂窝不限于此并且将在这里用作包括晶格形状、波浪形状、凸面形状、以及凹面形状的概念。当将蜂窝状芯应用到夹层结构时，夹层结构很轻并且显示了卓越的抗压强度。自从1940年以来，包括蜂窝状芯的夹层结构就被用作飞机或运输工具结构的一部分，并且目前广泛地应用于建筑物、船舶或车辆、隔断墙的内部结构、以及休闲和体育运动领域中的轻质结构。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面是供给一种通过高频加热而熔接的夹层结构以及制造该夹层结构的方法，该夹层结构通过以高频加热表层板的面间表面并且将表层板结合到蜂窝状芯的相对侧面形成，使得夹层结构不受表层板的厚度限制。
本发明的另一个方面是供给一种通过高频加热而熔接的夹层结构以及制造该夹层结构的方法，其中通过高频感应加热而非使用粘结剂使表层板与蜂窝状芯熔接到彼此上，以防止与在熔接过程中产生的挥发性粘结性溶剂相关的问题。
本发明的技术方面不限于这些方面，并且对于本领域中的技术人员而言，通过下面的描述本发明的其它方面将会变得显而易见。
技术方案
根据一个方面，本发明供给了一种通过高频感应加热而熔接的夹层结构，该结构包括：蜂窝状芯；第一表层板与第二表层板，该第一表层板与第二表层板相应地形成在蜂窝状芯的相对侧上；以及导热材料，该导热材料布置在第一表层板与第二表层板的表面上，以便通过高频感应加热来加热所述导热材料，并且使第一表层板与第二表层板的面间表面熔化，以使第一表层板与第二表层板结合到蜂窝状芯的相对侧。
可以通过传送带将第一表层板与第二表层板馈送到包括加热线圈的加热区域；可以通过加热线圈与导热材料之间的高频感应加热使面向蜂窝状芯的第一表层板与第二表层板的面间表面熔化；并且在将蜂窝状芯插入第一表层板与第二表层板之间的情况下，通过辊按压第一表层板与第二表层板，并且使第一表层板与第二表层板自然地冷却以将它们熔接到蜂窝状芯。
加热线圈可以由冷却水能够流过的铜管形成。
加热线圈可以接收来自AC电源的27±5kHz的高频电流以用于高频感应加热。
导热材料可以具有钢丝网形状，以便在第一表层板与第二表层板的制造中将导热材料固定到第一表层板与第二表层板的表面的之一上。
导热材料可以由选自铝(Al)、铜(Cu)、不锈钢(SUS)和碳素钢(CS)的至少一种材料形成。
蜂窝状芯可以由热塑性树脂形成以便通过加热来熔化。
第一表层板与第二表层板可以由通过连续纤维加强的热塑性复合材料形成。
根据另一个方面，本发明供给了一种制造通过高频感应加热而熔接的夹层结构的方法，该方法包括：相应地在第一表层板和第二表层板的表面上形成导热材料；利用传送带将第一表层板与第二表层板馈送到包括加热线圈的加热区域；将高频电流供给到加热线圈，以通过导热材料的感应加热来使第一表层板与第二表层板的面间表面熔化；以及在将蜂窝状芯插入于第一表层板与第二表层板之间的情况下，按压且冷却第一表层板与所述第二表层板。
当制造第一表层板与第二表层板时，形成导热材料可以包括在第一表层板与第二表层板的表面的之一上形成钢丝网状的导热材料。
将高频电流供给到加热线圈包括将来自AC电源的27±5kHz的高频电流供给到加热线圈。
加热线圈可以由冷却水能够流过的铜管形成。
导热材料可以由选自铝(Al)、铜(Cu)、不锈钢(SUS)和碳素钢(CS)的至少一种材料形成。
蜂窝状芯可以由热塑性树脂形成以便通过加热来熔化。
第一表层板与第二表层板可以由通过连续纤维加强的热塑性复合材料形成。
可以通过橡胶辊执行按压。
本发明的其它实施方式的细节包括在详细描述与附图中。
通过下面结合附图对实施方式的详细描述，本发明的上述和其它方面、特征和优点将变得显而易见。应该理解的是，本发明不限于下面的实施方式并且可以以不同方式体现，并且提供这些实施方式是为了完全公开以及使本领域中的技术人员彻底理解本发明。本发明的范围仅通过权利要求限定。贯穿本说明书相同的部件将由相同的附图标记表示。
有益效果
根据一个实施方式，通过高频感应加热来加热表层板的面间表面并且使表层板结合到蜂窝状芯的相对侧而形成的夹层结构不受限于表层板的厚度。
根据一个实施方式，通过高频加热而非粘结剂使表层板和蜂窝状芯熔接到彼此上以形成夹层结构，由此防止工作场所由于在利用粘结剂的熔接过程中使用的溶剂而暴露到有毒的环境中。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的通过高频感应加热而熔接的夹层结构的分解立体图。
图2是根据本发明的实施方式的夹层结构的组装立体图。
图3是根据本发明的实施方式的夹层结构的侧剖视图。
图4是制造根据本发明的一个实施方式的通过高频感应加热而熔接的夹层结构的方法的流程图。
图5是制造根据本发明的实施方式的通过高频感应加热而熔接的夹层结构的方法的流程图。
具体实施方式
具有蜂窝状芯的夹层结构与其重量相比能够显示卓越的弯曲特性。在表1中示出的结构性分析结果表示多种影响。
[表1]
用于结构分析的边界条件如下。在弯曲条件中，样本具有180mm*90mm*12mm的尺寸，将1.0MPa的载荷施加到上板，并且沿着180mm方向的样本的相对端被限定。将表层板应用到样本的相对侧以具有相同的厚度并且夹层结构的总厚度固定在12mm。
对于蜂窝状芯来说，使用具有1GPa的强度的纯丙烯(PP)和通过长玻璃纤维加强并且具有5Gpa的强度的聚丙烯(PP)，并且对于表层板来说，使用通过长玻璃纤维加强并且具有5Gpa的强度的聚丙烯(PP)，以及使用通过连续玻璃纤维加强并且具有20GPa的强度的聚丙烯(PP)。当然，可以看出蜂窝状芯和表层板的变形随着其强度的增加以及随着表层板的厚度的增加而减小。
如在本领域中使用的，对加热与按压表层板以熔化与结合表层板来制造夹层结构的方法具有限制，原因在于当表层板较厚时，不能将足够量的热量传送到面间，由此供给了不均匀的面间结合力或造成缺陷。
在另一个方面，使用粘合剂的方法在厚度方面不具有限制，但是由于应用粘结剂和溶剂，因此致使工作场所污染。
因此，作为克服该限制的一种尝试，本发明的一个实施方式提供了一种夹层结构，其中通过高频感应加热来加热表层板和蜂窝状芯之间的面间表面而使表层板和蜂窝状芯熔接到彼此。
更详细地说，在本发明的实施方式中，可以通过在表层板与蜂窝状芯之间插入或固定诸如钢丝网的导热材料以及通过高频感应加热来加热钢丝网而将表层板与蜂窝状芯熔接在一起。
高频感应加热表示下述过程：将冷却水可以流过的铜管(加热线圈)螺旋地缠绕在待加热的材料周围并且将高频电流(例如，27kHz)施加到加热线圈以利用感应电流加热材料(导热材料)。
导热材料可以是铝(Al)、铜(Cu)、不锈钢(SUS)、碳素钢(CS)、并且更优选地是导磁材料。高频感应加热是以通过焦耳加热和磁滞的能量损失原理为基础的。
在本发明的实施方式中，高频加热提供了表面效应，其中穿透深度随着电流的频率增加而减小，并且因此需要选择适当的频率。在本发明的一个实施方式中，可以选择27±5kHz的频率。
根据本发明的实施方式，可以通过高频感应加热来加热表层板的面间表面制造未限定表层板的厚度的夹层结构。
此外，根据本发明的实施方式，由于通过高频感应加热而非使用粘结剂来使表层板和蜂窝状芯熔接，因此可以消除在熔接过程中产生的与挥发的粘结性溶剂相关的问题。
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式。
图1是根据本发明的一个实施方式的通过高频感应加热而熔接的夹层结构的分解立体图。图2是根据本发明的实施方式的夹层结构的组装立体图。图3是根据本发明的实施方式的夹层结构的侧剖视图。
参照图1-图3，根据本发明的一个实施方式的通过高频感应加热而熔接的夹层结构100包括蜂窝状芯110、第一表层板120和第二表层板130、以及导热材料140。
蜂窝状芯110可以具有六边形蜂窝结构并且可以由热塑性树脂(例如，PPT)形成，以使蜂窝状芯110可以被熔化。
蜂窝状芯110均匀地分布外力并且显示了卓越的强度。蜂窝状芯110的单元由第一表层板120和第二表层板130封闭，以使即使当将压力从外部施加于蜂窝状芯110时，蜂窝状芯110的内部压力也可以保持非常高，由此蜂窝状芯110可以用作建筑物的内部材料。具体地说，由于蜂窝状芯110即使具有很小的厚度也具有足够的强度，因此蜂窝状芯可应用于多个领域。
第一表层板120由通过连续纤维加强的热塑性复合材料形成，并且布置在蜂窝状芯110的上表面上。可以形成一个或多个第一表层板120，但是第一表层板120的数量不限于此。
与第一表层板120相同，第二表层板130由通过连续纤维加强的热塑性复合材料形成，并且布置在蜂窝状芯110的下表面上。可以形成一个或多个第二表层板130，但是第二表层板130的数量不限于此。
导热材料140形成在各第一表层板120与第二表层板130的一个表面上。导热材料140形成钢丝网形状并且在制造第一表层板120与第二表层板130时固定到第一表层板120和第二表层板的表面的之一上。钢丝网使能够韧性断裂，由此延迟完全断裂。
导热材料140可以由诸如铝(Al)、铜(Cu)、不锈钢(SUS)和碳素钢(CS)的材料形成，并且优选地由导磁材料形成。
当高频感应加热时，导热材料140使第一表层板120与第二表层板130的面间表面熔化，由此允许第一表层板120和第二表层板130结合到蜂窝状芯110的相对侧。
为此目的，首先，将在其上具有导热材料140的第一表层板120与第二表层板130通过传送带馈送到加热区域。然后，在与加热区域中的加热线圈关联的高频感应加热的情况下，导热材料140发热，并且通过该热量使第一表层板120和第二表层板130的面间表面熔化。然后，将蜂窝状芯110插入第一表层板120与第二表层板130之间并且通过橡胶辊按压，随后使蜂窝状芯110自然冷却。因此，第一表层板120与第二表层板130被熔接到蜂窝状芯110。
这里，加热线圈可以由冷却水能够流过的铜管形成。此外，将高频电流(例如，27kHz)从AC电源供给到加热线圈以用于高频感应加热。
图4是根据本发明的一个实施方式的制造通过高频感应加热而熔接的夹层结构的方法的流程图，以及图5是根据本发明的实施方式的制造通过高频感应加热而熔接的夹层结构的方法的流程图。
参照图4和图5，在操作510中，导热材料420形成在表层板410的一个表面上。这里，当制造表层板410时，导热材料420可以以钢丝网形状形成在表层板410的一个表面上。
接着，在操作520中，通过传送带将表层板410馈送到包括加热线圈432的加热区域430。
接着，在操作530中，通过将来自AC电源434的高频电流(例如，27kHz)供给到加热线圈432以用于感应加热导热材料420而使表层板410的面间表面熔化。
接着，在操作540中，准备两个表层板410，并且将蜂窝状芯440插入两个表层板410之间以制造夹层结构400。
接着，在操作550中，通过橡胶辊450按压夹层结构400并且通过冷却器使夹层结构400自然地冷却。
这样，根据本发明的实施方式，可以通过经由高频感应加热来加热表层板的面间表面并且使表层板相应地结合到蜂窝状芯的相对侧来制造不受表层板的厚度限定的夹层结构。
此外，根据本发明的实施方式，可以通过经由高频感应加热替代使用粘结剂而使表层板与蜂窝状芯熔接来防止与在熔接过程中产生的挥发性粘结性溶剂相关的问题。
尽管直到现在已经详细地描述了本发明的一些实施方式，但是在不偏离本发明的范围的情况下可以做出多种修改。因此，本发明的范围不应限于这些实施方式，而是应该通过下面的权利要求和其等效物来确定。
尽管已经参照附图描述了这些实施方式，但是本领域中的技术人员将会理解的是，提供这些实施方式仅用于描述，并且在不偏离本发明的范围的情况下可以做出多种修改、改变、替换以及等效实施方式。因此，本发明的范围和精神应该仅通过所附权利要求和其等效物限定。

Claims (16)

1.一种通过高频感应加热而熔接的夹层结构，该夹层结构包括：
蜂窝状芯；
第一表层板与第二表层板，它们相应地形成在所述蜂窝状芯的相对侧上；以及
导热材料，其布置在所述第一表层板与所述第二表层板的表面上，以便通过高频感应加热来加热所述导热材料，并且使所述第一表层板与所述第二表层板的面间表面熔化，以使所述第一表层板与所述第二表层板结合到所述蜂窝状芯的相对侧。
2.根据权利要求1所述的夹层结构，其中，通过传送带将所述第一表层板和所述第二表层板馈送到包括加热线圈的加热区域，通过所述加热线圈与所述导热材料之间的高频感应加热使面向所述蜂窝状芯的所述第一表层板与所述第二表层板的所述面间表面熔化，并且在将所述蜂窝状芯插入所述第一表层板与所述第二表层板之间时，通过辊按压所述第一表层板与所述第二表层板，并且使所述第一表层板与所述第二表层板自然地冷却以将它们熔接到所述蜂窝状芯。
3.根据权利要求2所述的夹层结构，其中，所述加热线圈由冷却水流过的铜管形成。
4.根据权利要求2所述的夹层结构，其中，所述加热线圈接收来自AC电源的27±5kHz的高频电流以用于高频感应加热。
5.根据权利要求1所述的夹层结构，其中，所述导热材料具有钢丝网形状，以便在所述第一表层板与所述第二表层板的制造中将所述导热材料固定到所述第一表层板与所述第二表层板的表面的之一上。
6.根据权利要求1所述的夹层结构，其中，导热材料由选自铝(Al)、铜(Cu)、不锈钢(SS)和碳素钢(CS)的至少一种材料形成。
7.根据权利要求1所述的夹层结构，其中，所述蜂窝状芯由热塑性树脂形成，以便通过加热使所述蜂窝状芯熔化。
8.根据权利要求1所述的夹层结构，其中，所述第一表层板和所述第二表层板由通过连续纤维加强的热塑性复合材料形成。
9.一种制造通过高频感应加热而熔接的夹层结构的方法，该方法包括：
相应地在第一表层板和第二表层板的表面上形成导热材料；
利用传送带将所述第一表层板与所述第二表层板馈送到包括加热线圈的加热区域；
将高频电流供给到所述加热线圈，以通过所述导热材料的感应加热来使所述第一表层板与所述第二表层板的面间表面熔化；以及
在将蜂窝状芯插入所述第一表层板与所述第二表层板之间的情况下，按压与冷却所述第一表层板与所述第二表层板。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，当制造所述第一表层板与所述第二表层板时，形成导热材料包括在所述第一表层板与所述第二表层板的表面的之一上形成钢丝网状的导热材料。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述高频电流供给到所述加热线圈包括将来自AC电源的27±5kHz的高频电流供给到所述加热线圈。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述加热线圈由冷却水能够流过的铜管形成。
13.根据权利要求9所述的方法，其中导热材料由选自铝(Al)、铜(Cu)、不锈钢(SS)和碳素钢(CS)的至少一种材料形成。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述蜂窝状芯由热塑性树脂形成，以便通过加热使所述蜂窝状芯熔化。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一表层板和所述第二表层板由通过连续纤维加强的热塑性复合材料形成。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，利用橡胶辊执行所述按压。
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