CN103619733A - 货运集装箱 - Google Patents

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鲁道夫·马希尔·维塞尔
鲁多·施普戴尔·范
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Abstract

本发明涉及一种货运集装箱，包括底板、顶板(D)以及多个壁，该多个壁至少包括前端壁和侧壁(A)。这些侧壁(A)和顶板(D)各自包括至少一个板，该至少一个板具有与该集装箱相关的两个表面维度。这些包括纤维增强壁材料，该纤维增强材料包括第一、第二外纤维层(1、6、7、12)，并且至少包括布置在第一外纤维层与第二外纤维层之间的第一、第二中间纤维层(2、3、4、5、8、9、10、11)。外纤维层的纤维沿外纤维方向对齐，并且中间纤维层的纤维分别沿第一、第二中间纤维层方向对齐，该第一、第二中间纤维层方向相互垂直并且相对于外纤维方向倾斜。外纤维方向沿所述板的所述表面维度的最短表面维度对齐。

Description

货运集装箱
技术领域
本发明涉及货运集装箱，其包括底板、顶板以及多个壁，该多个壁在使用过程中形成在该集装箱的顶板与底板之间延伸的门壁(door wall)、前端壁和多个侧壁以及可选的端壁，所述集装箱界定了该集装箱的平行于底板与侧壁延伸的长度方向，所述集装箱界定了该集装箱的、平行于角柱延伸的高度方向。
背景技术
为了能够实现高效的供应链系统，货运集装箱优选为标准尺寸，例如符合针对集装箱的ISO标准的货运集装箱。ISO(International StandardsOrganization，国际标准化组织)集装箱是符合一个或者多个相关ISO集装箱标准(例如，ISO1496系列)的货物或船运集装箱。
货运集装箱的类型可随其应用发生变化，但是包括公称20和40英尺(foot)的ISO集装箱与10、25、30、45、48和53英尺的集装箱，以及为了通过公路、铁路和/或海路运输货物的SWAP(可拆卸)箱体。本发明的集装箱包括如ISO1496系列中所描述的通用保温(如隔热、制冷、加热)或散货集装箱，但是也包括非ISO集装箱和SWAP箱体。
ISO集装箱标准提供了与壁、顶板及底板的强度相关的最小结构性能。还设置了刚度标准与耐风雨标准。这些标准确保集装箱适合用作货运、船运或者货物集装箱。货运集装箱必须能够在各种天气条件下经受极高的力，例如，因堆积或者船舶运动所引起的力。例如，满载货运集装箱必须能够支承大量的集装箱(也被称作堆积)，而不产生会导致该集装箱不适合使用的永久性变形或异常，并且不牺牲影响处理、紧固及交换的尺寸要求。
柱是与底板机构和铸件(配件)一体化的竖直框架构件，其中柱提供了用于支承、处理、堆积和紧固集装箱的设备。角柱是位于集装箱角部的立柱。前角柱是位于货运集装箱前端(即与门端相对)的角柱。后角柱是位于货运集装箱门端的角柱。
迄今为止，货运或船运集装箱通常使用具有钢套板或铝套板的金属框架，其中，该钢套板或铝套板通过螺栓、铆钉或者焊接附装到该框架。使用这种货运集装箱的问题在于太重。由于受当地条例所允许的最大毛重的限制，这些集装箱较沉的重量限制了在这样的集装箱内所能够运送的最大货物重量(或者有效载荷)。
包括纤维增强复合材料(例如，US7059488中所描述的)的货运集装箱能够导致较小的重量。这种更轻的重量将会增加货运集装箱内能够运载的货物量。也已表明，复合材料结构具有较强的抗腐蚀性，这使得这些集装箱更适合用在海上及其他不利环境下。
因此，期望降低重量，但是不能够妥协对通常放置在货运集装箱上的巨大载荷的承受要求。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供改进的货运集装箱，其至少部分地满足上面所提到的问题。
上面所提到的发明的目的在于实现提供一种货运集装箱，其一种货运集装箱，包括底板、顶板和多个壁，该壁在该集装箱的该顶板与该底板之间延伸并且至少包括前端壁和多个侧壁，其中，该底板、该顶板，以及该壁各自包括至少一个板，每个板具有与该集装箱相关的两个表面维度，其中，这些该板包括纤维增强壁材料，该纤维增强壁材料包括第一外纤维层和第二外纤维层至少包括布置在第一外纤维层与第二外纤维层之间的第一中间纤维层和第二中间纤维层，其中，第一外纤维层的纤维与第二外纤维层的纤维沿外纤维方向对齐，并且第一中间纤维层的纤维和第二中间纤维层的纤维分别沿第一中间纤维方向和第二中间纤维方向对齐，第一中间纤维方向和第二中间纤维方向相互垂直并且相对于该外纤维方向倾斜，并且其中，该外纤维方向与该板的该表面维度的最短表面维度对齐。
已经惊喜地发现，由于本发明的货运集装箱，所以能够最大化地减少壁的重量，同时可最大化纤维增强壁材料的抗压强度以及纤维增强壁材料的挠曲强度和/或挠曲模量最大化。纤维增强壁材料的抗压强度和挠曲强度和/或挠曲模量的增加导致了包含所要求保护的纤维增强壁材料的板的硬度的提高。当应用另一堆积次序的纤维层且使用相同量的纤维层时，纤维增强壁材料的抗压强度和挠曲强度和/或挠曲模量将会减小。对于另一堆积次序，可以通过应用更高量的纤维来增加其抗压强度和挠曲强度和/或挠曲模量，但是这将导致侧壁和/或顶板重量的增加，并因此导致货运集装箱的重量增加。
根据本发明的实施例，对于至少该前端壁的板，该纤维增强壁材料还包括多方向性增强层，该多方向性增强层至少包括第一支承纤维层和第二支承纤维层，第一支承纤维层和第二支承纤维层包括沿支承纤维方向对齐的纤维，第一支承纤维层与第一外层邻接出现，并且第二支承纤维层与第二外层邻接出现，并且其中，该支承纤维方向与该外纤维方向垂直。
正如从上面所理解的，该前端壁的该板的多方向性增强层可出现在外层的任一侧上，即，作为与外纤维方向垂直的支承纤维方向上的附加增强。
重量的减小(一方面)和强度及结构整体(另一方面)性均为本发明的集装箱的主要设计动因。发明人有利地发现，在不对该货运集装箱在使用过程中的处理、装载、装架以及搬运的整体性产生妥协的情况下，可以放松对集装箱侧壁和顶板的复合壁板的要求，然而这不适用于集装箱前端壁的情况，其中该集装箱的前端壁被设计为承受施加到该前端壁的多方向性力以及应力。侧壁和顶板主要要求承受弯曲载荷和应力——即足够大的挠曲强度和挠曲模量，同时可以放松对其他应力源(如多方向性应力、剪应力)的要求。这需要前端壁的纤维增强层材料包括额外的纤维层(即多方向性增强层)的集装箱设计：然而同时这样的层不必出现在集装箱的任意其它壁中。因此，前端壁具有不仅适于承受挠曲力，而且适于承受多方向性载荷的结构，从而相对于其表面(纤维沿8个方向延伸(4种对齐)延伸)的准各向同性(quasi-isotropic)结构。正如所理解的，这种设计一方面能够提供集装箱的总重量(一方面)与其结构整体性(另一方面)之间的优化。与传统的复合型集装箱相比，根据对每个壁进行准确载荷分析的原则来合理地设计集装箱可实现重量的减小，从而提供了重要的优势。
根据本发明的实施例，该集装箱的壁在该集装箱的远端或者尾端还包括一个或多个侧端壁或者顶板端部，该侧端壁或者该顶板端部分别与该侧壁和该顶板相邻并平行布置，其中，每个侧端壁或者每个顶板端部包括至少一个板，该至少一个板包含该纤维增强壁材料，并且其中，对于至少该侧端壁或者该顶板端部的板，该纤维增强壁材料包括剪切应力增强层，该剪切应力增强层至少包括布置在第一外纤维层与第二外纤维层之间的第三中间纤维层和第四中间纤维层，其中，第三中间纤维层的纤维与第一中间纤维层的纤维对齐并且第二中间纤维层布置在第一中间纤维层与第三中间纤维层之间；并且其中，第四中间纤维层的纤维与第二中间纤维层的纤维对齐并且第一中间纤维层布置在第二中间纤维层与第四中间纤维层之间。
侧端壁和/或顶板端部并不出现在各种类型的货运集装箱内，但是仅仅会出现在在较长的集装箱(如＞40英尺)内。根据本发明，也已经发现，对形成侧端壁和/或顶板端部的一个或多个板相对于吸收剪应力的要求应当更严格，然而可以放松其相对于多方向性载荷的要求。已经发现，与侧壁相反，关于侧端壁整体性的主要要求为，这些壁必须能够承受货运集装箱搬运及装架期间的剪应力。这是除了施加到整个侧壁和侧端壁(以及，基本上该集装箱所有壁)的挠曲强度要求以外的另一要求。
通过认识到仅仅是前端壁，以及侧端壁或顶板末端所应用的位置需要对力(如剪应力(侧端壁/顶板端部)和多方向性应力(前端壁))进行这些严格的要求，从而能够显著减少集装箱的整体重量。在复合型集装箱领域，这是重要的改进，正如技术人员所理解的，货运集装箱的总重量是运输业的主要成本动因。而且，质量减少得越多，将集装箱从A处理、搬运或移动到B所需的能量越少。因此，本发明的较轻型集装箱也提供了环境优势。
货运集装箱的顶板和/或侧壁
优选地，该集装箱的顶板和/或侧壁的至少一部分包括纤维增强壁材料，其中，在顶板和侧壁中，外纤维方向与集装箱的长度方向垂直。正如本文所使用的，这意味着外纤维方向与长度方向之间的角度为90±5°，优选为90±3°，更优选为90±1°，甚至更优选为90°。中间纤维方向相对于外纤维方向倾斜。正如本文所使用的，这意味着中间纤维方向与长度方向之间的角度为45±20°，优选为45±15°，更优选为45±10°，甚至更优选为45±5°，并且甚至更优选45°。优选地，外纤维方向与长度方向之间的角度为90°和/或外纤维方向与中间纤维方向之间的角度是45°。更优选地，外纤维方向与长度方向之间的角度为90°且外纤维方向与中间纤维方向之间的角度是45°。这有利于导致货运集装箱的刚度最大化。
根据一些实施例，集装箱的顶板和/或侧壁的至少部分包括层压结构，该层压结构包括由纤维增强壁材料至少部分地形成的外层压层和内层压层，并且层压结构还包括布置在两个层压层之间、并且与这两个层压层机械接触的芯层，该芯层在使用过程中支承层压层，其中，在顶板和侧壁中，外纤维方向与集装箱的长度方向垂直(对于顶板，外纤维方向与宽度方向平行)，并且内层压层位于集装箱的内侧(此处放置有货物)且外层压层位于货运集装箱的外侧。
根据一些实施例，至少一个侧壁和/或顶板的纤维增强壁材料还至少包括，步骤在第一外纤维层与第二外纤维层之间的第三中间纤维层和第四中间纤维层，其中，第三中间纤维层的纤维与第一中间纤维层的纤维对齐并且第二中间纤维层步骤在第一中间纤维层与第三中间纤维层之间；并且其中，第四中间纤维层的纤维与第二中间纤维层的纤维对齐并且第一中间纤维层步骤在第二中间纤维层与第四中间纤维层之间。
可选择地，根据一些实施例，至少一个侧壁和/或顶板的纤维增强壁材料包括两个相邻的多轴纤维层，即，对称构造的三轴90°/+45°对-45°/-45°对+45°纤维，其中，在该对称构造中，一个三轴层相对于另一个三轴层镜像，并且优选为玻璃纤维。更优选地，纤维增强壁材料包括两个相邻的多轴纤维层，即，对称构造的三轴90°/+45°/-45°纤维，其中，在该对称构造中，一个三轴层相对于另一个三轴层镜像，并且优选为玻璃纤维。优选地，三轴纤维被缝合。
优选地，外纤维方向上的纤维的总面积重量(单位：g/m2)约等于或者高于中间纤维方向上的纤维的总面积重量(单位：g/m2)，这会导致能够得到关于挠曲强度和/或挠曲模量的最好结果。
本发明的集装箱可以是，例如公称10、20、25、30、40、45、48或53英尺的集装箱。优选地，本发明的集装箱是公称10、20、30、40或者45英尺的集装箱。在公称10、20、25、30或者45英尺的装箱的情况下，优选集装箱的整个侧壁包括纤维增强壁材料，其中外纤维方向与集装箱的长度方向垂直。
在本发明的更优选实施例中，集装箱的至少部分侧壁由层压结构形成，该层压结构包括至少部分地，优选全部由上述纤维增强壁材料形成的两个外层压层，而且该层压结构还包括步骤在两个外层压层之间、并且与这两个外层压层机械接触的芯层，该芯层在使用过程中支承外层压层，其中，在这两个侧壁中，外纤维方向与集装箱的长度方向垂直。在公称10、20、25、30或者40英尺的集装箱的情况下，优选地，集装箱的整个侧壁由层压结构形成。
优选地，集装箱的顶板的至少部分包括上述纤维增强壁材料，其中，在顶板内，外纤维方向与集装箱的长度方向垂直(与宽度方向平行)。更优选地，集装箱的顶板的至少部分由层压结构形成，该层压结构包括至少部分地，优选全部由上述纤维增强壁材料形成的两个外层压层，而且该层压结构还包括步骤在两个外层压层之间、并且与这两个外层压层机械性地接触的芯层，该芯层在使用过程中支承外层压层，其中，在顶板中，外纤维方向与集装箱的长度方向垂直。在公称10、20、25、30或者40英尺的集装箱的情况下，优选地，集装箱的整个顶板由层压结构形成。
货运集装箱的顶板端部和/或侧端壁
包括顶板端壁和/或侧端壁的集装箱尤其涉及通用、保温(如隔热、制冷、加热)集装箱或者散装45英尺ISO集装箱，其中，中间立柱位于40英尺位置处。45英尺ISO集装箱是其两端长度为2、5英尺的40英尺ISO集装箱。柱是与底板机构和铸件(配件)一体化的竖直框架构件，其中柱提供了用于支承、处理、堆积和紧固集装箱的设备。角柱是位于集装箱角部的立柱。前角柱是位于货运集装箱前端，即与门端相对的角柱。后角柱是位于货运集装箱门端的角柱。
优选地，集装箱的侧端壁和/或顶板端部的至少部分包括纤维增强壁材料，其中，在侧端壁中，外纤维方向与集装箱的高度方向垂直，并且其中，在顶板端部中，外纤维方向与集装箱的宽度方向垂直(与集装箱的长度方向平行)。
正如所指明的，因为侧端壁的纤维增强壁材料被设计为承受搬运和装架操作中所经受的较高剪切载荷，所以侧端壁的纤维增强壁材料优选包括上述剪应力增强层，以向纤维增强壁材料增加至少两个附加的中间纤维层(第三中间纤维层和第四中间纤维层)。因此，根据实施例，至少一个侧壁和/或顶板的纤维增强壁材料还至少包括，步骤在第一外纤维层与第二外纤维层之间的第三中间纤维层和第四中间纤维层，其中，第三中间纤维层的纤维与第一中间纤维层的纤维对齐并且第二中间纤维层步骤在第一中间纤维层与第三中间纤维层之间；并且其中，第四中间纤维层的纤维与第二中间纤维层的纤维对齐并且第一中间纤维层步骤在第二中间纤维层与第四中间纤维层之间。
优选地，集装箱的侧端壁和/或顶板端部的至少部分包括层压结构，该层压结构包括至少部分地由纤维增强壁材料形成的外层压层和内层压层，并且层压结构还包括步骤在两个层压层之间、并且与这两个层压层机械接触的芯层，该芯层在使用过程中支承层压层，其中，在侧端壁中，外纤维方向与集装箱的高度方向垂直，其中，在顶板端部中，外纤维方向与集装箱的宽度方向垂直，并且内层压层位于集装箱的内侧(此处放置有货物)且外层压层位于货运集装箱的外侧。
正如本文所使用的，这意味着，对于侧端壁，外纤维方向与高度方向之间的角度为90±5°，优选为90±3°，更优选为90±1°，甚至更优选为90°。中间纤维方向相对于外纤维方向倾斜。正如本文所使用的，这意味着中间纤维方向与高度方向之间的角度为45±20°，优选为45±15°更优选为45±10°甚至更优选为45±5°并且甚至更优选45°。优选地，外纤维方向与高度方向之间的角度为90°和/或外纤维方向与中间纤维方向之间的角度是45°。更优选地，外纤维方向与高度方向之间的角度为90°且外纤维方向与中间纤维方向之间的角度是45°。这有利于导致货运集装箱的刚度最大化。对于顶板端部，外纤维方向与宽度方向之间的角度为90±5°，优选为90±3°，更优选为90±1°，甚至更优选为90°。中间纤维方向相对于外纤维方向倾斜。正如本文所使用的，这意味着中间纤维方向与宽度方向之间的角度为45±20°，优选为45±15°更优选为45±10°甚至更优选为45±5°并且甚至更优选45°。优选地，外纤维方向与宽度方向之间的角度为90°和/或外纤维方向与中间纤维方向之间的角度是45°。更优选地，外纤维方向与宽度方向之间的角度为90°且外纤维方向与中间纤维方向之间的角度是45°。这有利于导致货运集装箱的刚度最大化。
可选择地，根据一些实施例，顶板端部的纤维增强壁材料包括两个相邻的多轴纤维层，即，对称构造的三轴90°/+45°对-45°/-45°对+45°纤维，其中，在该对称构造中，一个三轴层相对于另一个三轴层镜像，并且优选为玻璃纤维。更优选地，纤维增强壁材料包括两个相邻的多轴纤维层，即，对称构造的三轴90°/+45°/-45°纤维，其中，在该对称构造中，一个三轴层相对于另一个三轴层镜像，并且优选为玻璃纤维。优选地，三轴纤维被缝合。
优选地，外纤维方向上的纤维的总面积重量(单位：g/m2)约等于或者高于中间纤维方向上的纤维的总面积重量(单位：g/m2)，这会导致能够得到关于挠曲强度和/或挠曲模量的最好结果。
侧端壁的外层压层的纤维增强壁材料优选地还至少包括步骤在第一外纤维层与第二外纤维层之间的第五中间纤维层和第六中间纤维层，其中，第五中间纤维层的纤维与第二中间纤维层的纤维对齐并且第二中间纤维层步骤在第六中间纤维层与第三中间纤维层之间；并且其中，第六中间纤维层的纤维与第一中间纤维层的纤维对齐且第一中间纤维层步骤在第四中间纤维层与第五中间纤维层之间。优选地，侧端壁的内层压层的纤维增强壁材料包括两个相邻的多轴纤维层，即，对称构造的三轴90°/+45°对-45°/-45°对+45°纤维，其中，在该对称构造中，一个三轴层相对于另一个三轴层镜像，并且90°方向与高度方向垂直。优选地，(多个)侧端壁的外层压层的纤维增强壁材料包括三个相邻的多轴纤维层，其中，第一个多轴纤维层是三轴90°/+45°对-45°/-45°对+45°纤维，第二个多轴纤维层是两轴+45°对-45°/-45°对+45°纤维，并且第三个多轴纤维层是三轴+45°对-45°/-45°对+45°/90°纤维，其中90°方向与高度方向垂直。
货运集装箱的前端壁
在复合型前端壁的情况下，由于其几何形状以及操作期间的多方向性载荷，每个复合层都要求准各向同性(quasi-isotropic)构造。这通过上述具有相似纤维结构的纤维增强壁来实现，但是包括一个或多个附加的多方向性增强层。多方向性增强层在横向纤维与沿+45°和-45°角度取向的纤维之间，或者在覆盖外层的另一侧上。增加与外纤维层邻接的、沿纵向取向的额外层。根据该原则，尽管多方向性增强层与外层邻接，但是优选多方向性增强层以第一支承纤维层的形式出现在第一外纤维层和第一中间纤维层之间，以及以第二支承纤维层的形式出现在第二外纤维层和第二中间纤维层之间。
根据本发明，外纤维方向与表面维度的最短表面维度对齐，即通常是标准集装箱的前端壁的宽度。因此，正如本文所使用的，这意味着外纤维方向与高度方向之间的角度是90±5°，优选为90±3°，更优选为90±1°，甚至更优选为90°。本实施例中的支承纤维方向与高度方向对齐，即与外纤维方向垂直。
优选地，外纤维方向与第一中间纤维方向和第二中间纤维方向的角度是+45°或-45°，其中第一中间纤维方向与第二中间纤维方向之间的角度为90°(例如，分别与外纤维方向形成+45°和-45°)。
中间纤维方向相对于外纤维方向倾斜。正如本文所使用的，这意味着中间纤维方向与宽度方向和高度方向之间的角度是45±20°，优选45±15°，更优选45±10°，甚至更优选45±5°，并且甚至更优选45°。
优选地，前端壁的至少部分、优选整个前端壁包括层压结构，该层压结构包括至少部分地优选完全由纤维增强壁材料形成的外层压层和至少部分地优选完全由纤维增强壁材料形成的内层压层，内层压层位于集装箱的内侧(内侧放置有货物)且外层压层位于货运集装箱的外侧。如所理解的，这些实施例中的至少一个层压层中的纤维增强壁材料优选包括多方向性增强层，即支承纤维层。
优选地，层压结构还包括布置在两个层压层之间、且与这两个层压层机械性地接触的芯层，芯层在使用中支承层压层。这导致含有纤维增强材料的板的剪切强度增加。优选地，芯层为泡沫层或者蜂巢状，因为它能够使其刚度增加，同时使其质量的增加最小化。
优选地，纤维增强材料包括两个相邻的多轴纤维层，即，对称构造的四轴0°/90°/+45°对-45°/-45°对+45°纤维，优选玻璃纤维，其中，在该对称构造中，一个四轴层相对于另一个四轴层镜像。更优选地，纤维增强材料包括两个相邻的多轴纤维层，即，对称构造的四轴0°/90°/+45/-45°纤维，优选玻璃纤维，其中，在该对称构造中，一个四轴层相对于另一个四轴层镜像。优选地，四轴纤维被缝合或被编织。
优选地，外纤维方向和第一中间纤维方向上的纤维的总面积重量(单位：g/m2)约等于或者高于第二中间纤维方向和第三中间纤维方向上的纤维的总面积重量(单位：g/m2)，这会导致能够得到关于挠曲强度和/或挠曲模量的最好结果。
优选地，前端壁通过以例如螺栓、铆钉、胶粘或者焊接并且优选胶粘的方式将层压结构连接到上端梁和下端梁来附装到框架。
在本发明的优选实施例中，货运集装箱的前端壁包括板，这些板包括上述层压结构。这些板可形成一个邻接的板或者这些板可以是通过紧固件(如夹子、铆钉、螺栓、胶和/或粘合剂)连接的独立板。优选地应用粘合剂，其中粘合剂优选具有含有弹性聚合物的成分。。更优选地，前端壁由含层压结构的一片板形成。
至少一个侧壁、顶板、前端壁和/或至少一个侧端壁或顶板端部的层压结构 的芯层
芯层优选包括以相对轻的方式向壁提供刚度的聚合物材料。聚合物材料优选为多聚泡膜敷料(polymeric foam)，这是由于它提供了低密度结构性材料。合适的泡沫材料包括泡沫金属，例如泡沫铝、泡沫玻璃或者泡沫塑料。也可以使用例如聚酯泡沫，如聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、乙丙烯泡沫、酚醛泡沫，或者本领域技术人员所公知的任何其他塑料泡沫。芯层也可由下列材料制成：
●金属-塑料混合泡沫；
●酚醛/聚芳基酰胺纤维混合物，如可用来形成蜂窝状芯的Paper；
●蜂窝状聚丙烯；
●玻璃泡沫；
●尼泊金(parabeam)；
●三维玻璃基质；以及
●轻木芯(通常为100-240kg/m3)
优选地，芯层包括聚酯泡沫，如聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫，或者聚氯乙烯泡沫。
至少一个侧壁、顶板和/或至少一个侧端壁的纤维增强壁材料的纤维层：
优选地，纤维层嵌入在聚合物基体中。
优选地，各层嵌入在包含热塑性或热固性树脂基体的聚合物基体中。正如本文所使用的，“热塑性树脂”是在不经历基本变体的情况下能够被加热并软化、冷却并硬化多次的树脂。“热固性树脂”为在成型、挤压、浇铸之后不能够被再软化和再返工以及一旦对各树脂设定了临界温度将达到新的不可逆性能的树脂。更优选地，树脂基体为热固性树脂基体。热固性树脂优选为不饱和聚酯树脂、乙烯基(酯)聚氨酯树脂、环氧树脂或者其混合物。
优选地，至少一个、优选全部纤维层的纤维具有至少为0.5GPa，更优选地至少为1.2GPa，甚至更优选地至少为2.5GPa，并且甚至更优选地至少为3.0GPa的抗拉强度(沿轴线方向(沿纤维的长度)测量)。合适的纤维包括芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、高强力聚酯纤维以及超高分子量聚乙烯纤维。优选的纤维是玻璃纤维。
优选地，纤维增强壁材料具有至少为50MPa，优选地至少我80MPa的杨氏模量(弯曲模量E)(沿轴线方向(沿纤维的长度)测量)。
纤维增强壁材料的纤维量优选地至少为体积百分比的30％，优选地至少为体积百分比的40％，更优选地至少为体积百分比的45％。纤维增强壁材料的纤维量优选地至多为体积百分比的95％，优选地至多为体积百分比的90％，更优选地至多为体积百分比的85％。
在本发明的优选实施例中，货运集装箱至少一个侧壁、至少一个侧端壁、前端壁、顶板和/或顶板端部包括板，该板包含纤维增强壁材料。这些板可形成一个邻接的板或者这些板可以是通过紧固件(如夹子、铆钉、螺栓、胶和/或粘合剂)连接的独立板。优选地应用粘合剂，其中粘合剂优选具有含有弹性聚合物的成分。
在优选实施例中，货运集装箱包括框架，其中壁通过例如螺栓、铆钉、胶或铆接，优选通过胶粘的方式附装到该框架。框架由合适的材料优选钢制成。框架包括下侧梁、上侧梁、上端梁、下端梁、前角柱、前角铸件、门楣、门槛、后角柱、后角铸件以及选择性的中间柱。
纤维增强壁材料可通过本领域技术人员所公知的方法(例如手动铺叠法、连续叠层法或者或真空浸渍法)来生产。在手动铺叠法中，手动将纤维层垫用树脂浸透。在连续层压法中，以连续的方式自动将纤维层垫用树脂浸透；之后，通过例如红外线灯加热浸渍垫，使得树脂能偶在几分钟内被固化。在真空浸渍法中，将干燥的纤维层垫放置在模具中，之后在真空条件下用树脂浸透；通过真空袋密封该系统并且保持真空，直到树脂被固化为止。如果使用了加热模具，可可以在室温或者高温下进行该固化。
本发明的集装箱可以是，例如公称10、20、25、30、40、45、48或53英尺的集装箱。优选地，本发明的集装箱是公称10、20、30、40或者45英尺的集装箱。框架由合适的材料，优选钢制成。
纤维增强材料可通过本领域技术人员所公知的方法(例如手动铺叠法、连续叠层法或者或真空浸渍法)来生产。在手动铺叠法中，手动将纤维层垫用树脂浸透。在连续层压法中，以连续的方式自动将纤维层垫用树脂浸透；之后，通过例如红外线灯加热浸渍垫，使得树脂能偶在几分钟内被固化。在真空浸渍法中，将干燥的纤维层垫放置在模具中，之后在真空条件下用树脂浸透；通过真空袋密封该系统并且保持真空，直到树脂被固化为止。如果使用了加热模具，可可以在室温或者高温下进行该固化。
附图说明
将参照附图，通过描述一些特定实施例来进一步阐明本发明，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的第一个实施例中的货运集装箱的立体图；
图2示意性地示出了45英尺货运集装箱的立体图；
图3示意性地示出了根据45英尺货运集装箱的高度方向的剖视图；
图4示意性地示出了根据侧壁A的高度方向的剖视图；
图5示意性地示出了根据侧端壁的高度方向的剖视图；
图6示意性地示出了根据前端壁B的高度方向的剖视图。
具体实施方式
在整个附图中，除非另有说明，相同的标号指代相同的元件。
图1示意性地示出了根据本发明的第一个实施例中的货运集装箱的立体图。该货运集装箱包括侧壁A、门C、顶板D、上侧梁H、下侧梁G、门楣K、门槛L、后角柱M、后角铸件N。AE为宽度方向，AD为高度方向以且AC为长度方向。
图2示意性地示出了45英尺货运集装箱的立体图，该45英尺货运集装箱包括侧壁A、顶板D、上侧梁H、下侧梁G、前端壁B、上端梁E、下端梁F、前角铸件J和前角柱I、侧端壁P和Q、顶板端部R和S、中间立柱U以及下侧梁加固件T。X为长度方向，Y为高度方向，Z为宽度方向。
图3示意性地示出了根据45英尺货运集装箱的高度方向的剖视图，其中W是防擦板，AA是固定孔(lashing eye)，V是横向构件，AG是底板。
图4示意性地示出了根据侧壁A的高度方向的剖视图，其中AF是芯层；1、6、7和12是外纤维层；2、3、4、5、8、9、10和11是中间纤维层，2和8是第四中间纤维层；3和9是第一中间纤维层；4和10是第二中间纤维层；并且5和11是第三中间纤维层。
图5示意性地示出了根据侧端壁P的高度方向的剖视图，其中AF是芯层；1、6、7和14是外纤维层；2、3、4、5、8、9、10、11、12和13是中间纤维层。纤维层1、2、3、4、5和6是部分内层压层，其中，2是第四中间纤维层；3是第一中间纤维层；4是第二中间纤维层；并且5是第三中间纤维层。纤维层7、8、9、10、11、12、13和14是部分外层压层，其中，8是第四中间纤维层；9是第一中间纤维层；10是第五中间纤维层；11是第六中间纤维层；12是第二中间纤维层；并且13是第三中间纤维层。
图6示意性地示出了根据前端壁B的高度方向的剖视图，其中AF是芯层，其被夹持在外层压层(层1到8)和内层压层(层9到16)之间。层1和9是第一外纤维层，并且8和16是第二外纤维层。层2和10是第一支承纤维层，并且7和15是第二支承纤维层；层2、7、10和15一起形成前端壁的多向性增强层。层3和11是第一中间纤维层，4和12是第二中间纤维层，5和13是第三中间纤维层，6和14是第四中间纤维层，并且7和15是第六中间纤维层。
实验部分
制造并试验纤维增强复合材料。不同数目的层依据例如每层的纤维取向具有不同的构造，这些层在下述的各种材料试验中已经被测试了。
试验一
纤维增强复合材料的材料
所使用的热固性树脂是乙烯基酯树脂(DSM复合树脂B.V.中的Atlac430)。
应用了从德国P-D Glasseiden获得的并且都具有相同尺寸的下列玻璃织物：
具有结构-45/+45/90的多轴向织物：
Figure BDA0000439121830000151
具有结构+45/-45/90的多轴向织物：
Figure BDA0000439121830000152
具有结构+45/90/-45的多轴向织物：
Figure BDA0000439121830000153
层压层的制备
使用下列积层来制备层压层：
Figure BDA0000439121830000154
Figure BDA0000439121830000161
通过真空浸渍法来制备层压层：将玻璃纤维堆放置在打蜡的玻璃板上；在玻璃纤维堆上使用尼龙脱模板层来从层压体中释放流动的网丝。在脱模板层上使用流动介质/网丝来帮助树脂从注射点流动到真空吸入点。之后使用真空袋密封该系统。在全真空(注射压力为100mBar)下用热固性树脂Atlac430浸渍这些层；在真空条件下并且在室温下使该系统固化24h(小时)并且在90℃下对其进行1h的后固化。在对样品进行后固化之后，根据ISO14125中所要求的几何尺寸切割这些样品。
试验(试验1)
挠曲试验在三点法荷载条件下弯曲矩形样品所需的力进行测量。样本放置在支承跨度上，并且通过加载前端将载荷施加到中心，其中该加载前端产生了以特定比例弯曲的三个点。本试验的参数为支承跨度和加载速度。这些参数基于测试样本厚度并由ISO14125限定。挠曲模量用作为材料发生弯曲时的刚度的指示。三点弯曲法挠曲试验提供了材料的弯曲弹性模量Ef、挠曲强度σf及挠曲应力-应变响应的数值。
试验结果(试验1)
Figure BDA0000439121830000162
Figure BDA0000439121830000171
从上述结果可清楚地看出，最高挠曲模量和最高挠曲强度是用在层压层(积层1和积层2)的外侧上层压90°纤维层所获得的层压层来得到的。
试验二
纤维增强复合材料的材料
所使用的热固性树脂是乙烯基酯树脂(DSM复合树脂B.V.中的Atlac430)
应用了下列玻璃织物：
来自德国P-D Glasseiden的、具有结构-45/+45/0的多轴向织物：
Figure BDA0000439121830000172
——来自Saertex的具有结构-45/+45(800gr(克)/m2)的两轴向织物
——来自Saertex的具有结构-60/+60(800gr/m2)的两轴向织物
——具有800gr/m2的随机结构的CSM(短切毡)
层压层的制备
通过真空浸渍法来制备层压层：将玻璃纤维堆放置在打蜡的玻璃板上；在玻璃纤维堆上使用尼龙脱模板层来从层压体中释放流动的网丝。在脱模板层上使用流动介质/网丝来帮助树脂从注射点流动到真空吸入点。之后使用真空袋密封该系统。在全真空(注射压力为100mBar)下用热固性树脂Atlac430浸渍这些层；在真空条件下并且在室温下使该系统固化24h并且在90℃下对其进行1h的后固化。在对样品进行后固化之后，根据ISO14125中所要求的几何尺寸切割这些样品。
试验(试验2)
弯曲性能：
挠曲试验在三点法荷载条件下弯曲矩形样品所需的力进行测量。样本放置在支承跨度上，并且通过加载前端将载荷施加到中心，其中该加载前端产生了以特定比例弯曲的三个点。本试验的参数为支承跨度和加载速度。这些参数基于测试样本厚度并由ISO14125限定。挠曲模量用作为材料发生弯曲时的刚度的指示。三点弯曲法挠曲试验提供了材料的弯曲弹性模量Ef、挠曲强度σf及挠曲应力-应变响应的数值。
层间剪切强度(ILSS)性能：
本试验与用来确定塑料及复合材料(ISO14125)的挠曲性能的三点荷载法本质上相似。但是，它采用了较小的测试跨度/样本厚度比来增加与测试样本的挠曲应力相关的剪切应力的水平，以促进层间剪切的失效。该剪切水平将作用在样本的中性面上(ISO14130)。
试验结果(试验2)
Figure BDA0000439121830000191
从上述结果清楚地看到，中间结构为-45/+45°的积层具有最佳的挠曲性能(模量和强度)和减小的质量。可以使用CSM(短切毡)来提供类似的性能，但是由于它在中间板中使用了这种层，所以该板的质量不能得以减小。这种“织物”将会更好地承受剪切载荷，这是因为纤维随机放置，而且因为该层中的树脂含量比两轴中的高。
鉴于一些特定实施例已经描述了本发明。应理解，附图中所示出的以及这里及上文所描述的实施例仅意在说明，而意在通过任何方式或手段对本发明构成限制。这里所讨论的发明的内容仅仅受所附权利要求书范围的限制。

Claims (19)

1.一种货运集装箱，包括底板、顶板和多个壁，所述壁在所述集装箱的所述顶板与所述底板之间延伸并且至少包括前端壁和多个侧壁，
其中，所述底板、所述顶板，以及所述壁各自包括至少一个板，每个所述板具有与所述集装箱相关的两个表面维度，
其中，所述板包括纤维增强壁材料，所述纤维增强壁材料包括第一外纤维层和第二外纤维层并且至少包括布置在所述第一、第二外纤维层之间的第一中间纤维层和第二中间纤维层，其中，所述第一、第二外纤维层的纤维沿外纤维方向对齐，并且所述第一中间纤维层的纤维和所述第二中间纤维层的纤维分别沿第一中间纤维方向和第二中间纤维方向对齐，所述第一中间纤维方向和所述第二中间纤维方向相互垂直并且相对于所述外纤维方向倾斜，并且其中，所述外纤维方向与所述板的所述表面维度中的最短表面维度对齐。
2.根据权利要求1所述的货运集装箱，其中，对于至少所述前端壁的板，所述纤维增强壁材料还包括多方向性增强层，所述多方向性增强层至少包括第一支承纤维层和第二支承纤维层，所述第一支承纤维层和所述第二支承纤维层包括沿支承纤维方向对齐的纤维，所述第一支承纤维层与所述第一外层邻接出现，并且所述第二支承纤维层与所述第二外层邻接出现，并且其中，所述支承纤维方向与所述外纤维方向垂直。
3.根据权利要求1或2所述的货运集装箱，所述壁在所述集装箱的远端或者尾端还包括一个或多个侧端壁或者顶板端部，所述侧端壁和所述顶板端部分别与所述侧壁和所述顶板相邻并平行布置，其中，每个所述侧端壁或者每个所述顶板端部包括至少一个板，所述至少一个板包含所述纤维增强壁材料，并且
其中，对于至少所述侧端壁或者所述顶板端部的板，所述纤维增强壁材料包括剪切应力增强层，所述剪切应力增强层至少包括布置在所述第一外纤维层与所述第二外纤维层之间的第三中间纤维层和第四中间纤维层，其中，所述第三中间纤维层的纤维与所述第一中间纤维层的纤维对齐并且所述第二中间纤维层布置在所述第一中间纤维层与所述第三中间纤维层之间；并且其中，所述第四中间纤维层的纤维与所述第二中间纤维层的纤维对齐并且所述第一中间纤维层布置在所述第二中间纤维层与所述第四中间纤维层之间。
4.根据权利要求3所述的货运集装箱，其中，除了所述侧端壁的所述板外，所述侧壁或者所述前端壁中的至少一者的所述板的所述纤维增强壁材料包括剪切应力纤维增强层。
5.根据前面至少一项权利要求所述的货运集装箱，其中所述壁的所述板中的一者或多者由层压结构形成，所述层压结构包括外层压层和内层压层，其中所述外层压层和所述内层压层两者均至少部分地由所述纤维增强壁材料形成，其中所述内层压层位于所述集装箱的内侧(在所述内侧放置有货物)，并且所述外层压层位于所述集装箱的外侧。
6.根据权利要求5所述的货运集装箱，其中，所述层压结构还包括布置在用于支承所述层压层的两个层压层之间、并且与这两个层压层机械接触的芯层。
7.根据权利要求6以及权利要求3或4的至少一项所述的货运集装箱，其中，至少在所述外层压层中，所述剪切应力增强层还包括布置在所述第一外纤维层与所述第二外纤维层之间的第五中间纤维层和第六中间纤维层，其中，所述第五中间纤维层的纤维与所述第二中间纤维层的纤维对齐并且所述第二中间纤维层布置在所述第六中间纤维层与所述第三中间纤维层之间；并且其中，所述第六中间纤维层的纤维与所述第一中间纤维层的纤维对齐且所述第一中间纤维层布置在所述第四中间纤维层与所述第五中间纤维层之间。
8.根据前面至少一项权利要求所述的货运集装箱，其中，所述侧壁的所述板的、与所述集装箱相关的所述表面维度包括长度和高度，其中，高度方向被界定为平行于所述前端壁和所述侧壁并且垂直于所述底板和所述顶板，并且其中，所述侧壁的所述板的所述最短维度为所述高度方向。
9.根据前面至少一项权利要求所述的货运集装箱，其中，所述一个或者多个侧端壁的所述板的、与所述集装箱相关的所述表面维度包括长度和高度，其中，长度方向被界定为平行于所述底板和所述侧壁延伸，并且其中，用于所述侧端壁的所述板的所述最短维度为所述长度方向。
10.根据前面至少一项权利要求所述的货运集装箱，其中，所述外纤维方向与所述中间纤维方向之间的角度为+45°或-45°。
11.根据前面至少一项权利要求所述的货运集装箱，其中，所述外纤维方向上的纤维的总面积重量(单位：g/m2)约等于或者高于所述中间纤维方向上的纤维的总面积重量(单位：g/m2)。
12.根据前面至少一项权利要求所述的货运集装箱，其中，所述纤维增强壁材料包括两个相邻的多轴纤维层，即，对称构造的90°/+45°对-45°/-45°对+45°三轴纤维层，其中，在所述对称构造中，一个三轴层相对于另一个三轴层镜像，并且所述90°方向与所述外纤维方向对齐。
13.根据权利要求5以及权利要求3或4的任一项所述的货运集装箱，其中，(多个)所述侧端壁的所述外层压层的所述纤维增强壁材料包括三个相邻的多轴纤维层，其中，第一个多轴纤维层是90°/+45°对-45°/-45°对+45°三轴纤维层，第二个多轴纤维层是+45°对-45°/-45°对+45°两轴纤维层，并且第三个多轴纤维层是+45°对-45°/-45°对+45°/90°三轴纤维层，其中所述90°方向垂直于所述高度方向。
14.根据前面至少一项权利要求所述的货运集装箱，其中，所述纤维层嵌入在热固性固化树脂基体中。
15.根据权利要求14所述的货运集装箱，其中，所述热固性树脂是不饱和聚酯树脂、乙烯基(酯)聚氨酯树脂、环氧树脂或者其混合物。
16.一种用在根据前面任一项权利要求所述的货运集装的壁或顶板中的壁板，所述壁板包括纤维增强壁材料，所述纤维增强壁材料包括第一外纤维层和第二外纤维层并且至少包括布置在所述第一外纤维层与所述第二外纤维层之间的第一中间纤维层和第二中间纤维层，其中，所述第一外纤维层的纤维与所述第二外纤维层的纤维沿外纤维方向对齐，并且所述第一中间纤维层的纤维和所述第二中间纤维层的纤维分别沿第一中间纤维方向和第二中间纤维方向对齐，所述第一中间纤维方向和所述第二中间纤维方向相互垂直并且相对于所述外纤维方向倾斜，并且其中，所述外纤维方向与所述板的所述表面维度的最短表面维度对齐。
17.根据权利要求16所述的壁板，所述壁板被布置为用作所述集装箱的前端壁的一部分，其中，所述纤维增强壁材料还包括多方向性增强层，所述多方向性增强层至少包括第一支承纤维层和第二支承纤维层，所述第一支承纤维层和所述第二支承纤维层包括沿支承纤维方向对齐的纤维，所述第一支承纤维层与所述第一外层邻接出现，并且所述第二支承纤维层与所述第二外层邻接出现，并且其中，所述支承纤维方向与所述外纤维方向垂直。
18.根据权利要求16所述的壁板，所述壁板被布置为用作所述集装箱的侧端壁的一部分，其中，所述纤维增强壁材料包括剪切应力增强层，所述剪切应力增强层至少包括布置在所述第一外纤维层与所述第二外纤维层之间的第三中间纤维层和第四中间纤维层，其中，所述第三中间纤维层的纤维与所述第一中间纤维层的纤维对齐并且所述第二中间纤维层布置在所述第一中间纤维层与所述第三中间纤维层之间；并且其中，所述第四中间纤维层的纤维与所述第二中间纤维层的纤维对齐并且所述第一中间纤维层布置在所述第二中间纤维层与所述第四中间纤维层之间。
19.根据权利要求16-18任一项所述的壁板，包括层压结构，所述层压结构包括第一层压层和第二层压层，所述第一层压层和所述第二层压层两者均至少部分地由所述纤维增强壁材料形成，所述板还包括布置在用于支承所述层压层的两个层压层之间、并且与这两个层压层机械接触的芯层。
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