CN103857858A - 多层片材、制造方法以及包括多层片材的制品 - Google Patents

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Abstract

一种多层片材（10），包括片材，该片材包括壁，其中壁包括第一壁（12）、第二壁（14）、以及在第一壁（12）和第二壁（14）之间延伸的最外部肋件，其中第一壁（12）纵向延伸经过最外部肋件（18）到达第一壁末端（24），并且其中第二壁（14）纵向延伸经过最外部肋件（18）到达第二壁末端（26）；以及端盖（20），包括具有上壁末端（32）的上壁（36）、具有下壁末端（34）的下壁（38）、以及设置在上壁末端（32）和下壁末端（34）之间的连接壁（40）；其中端盖（20）设置在第一壁末端（24）和第二壁末端（26）的上面，并且其中上壁（36）和下壁（38）沿着第一壁（12）和第二壁（14）纵向延伸经过最外部肋件（18）。

Description

多层片材、制造方法以及包括多层片材的制品
技术领域
本公开通常涉及多层片材，并且更具体地，涉及带有端盖的多层片材。
背景技术
在自然光结构的建筑（例如，温室、池围栏、房顶太阳能集热器、暖房、运动场、日光浴室等）中，玻璃已经在很多应用中用作透明结构部件如窗户、饰面、和屋顶。玻璃面板屋顶的玻璃面板本身可以安装在框架类结构中，这些结构能够在玻璃面板周围提供不透水密封并且能够提供将面板固定到结构的方法。这些框架类结构还供应模块化玻璃屋顶系统，该系统可以组装形成屋顶。然而，由于一些显著的益处，使得在很多应用中聚合物片材已经替代玻璃。
玻璃面板屋顶系统通常提供良好的透光性和通风性。然而，与这些系统有关的最初和后续成本限制了其应用和整体市场认可度。与玻璃面板屋顶系统有关的最初费用包括玻璃面板本身的成本以及结构或者结构强化的成本，采用该结构或者结构强化来支撑高重量的玻璃。这些最初花费之后，与玻璃面板的固有弱隔热（隔绝，insulating）能力有关的操作费用会导致拥有者更高的供暖花费。此外，玻璃面板易受由冲击或支撑结构的移动（例如，沉降）所引起的损坏，这样会导致很高的维修费用。对于园艺应用，这一点尤为重要，在园艺应用中温室的利润率会受到这些费用开支的严重冲击。
已制造的多层聚合面板表现出改善的抗冲击性、延展性、隔热性，并且与相当尺寸的玻璃面板相比包含更少的重量。因此，这些特性降低操作和维修费用。与玻璃相比，聚合物片材的一个益处是其表现出优良的抗冲击性。这进而减少破损，从而降低其中遭受由人为破坏、冰雹、收缩/膨胀等造成的偶然破损的应用中的维修费用。聚合物片材的另一个益处是，与玻璃相比，重量明显减少。这使得聚合物片材比玻璃更容易安装，并降低它们安装在其上的结构的承重要求。除了这些益处之外，聚合物片材的最重要的优点之一是：与玻璃相比，其提供改善的隔热性能。该性能显著影响聚合物片材的整体市场认可度，因为消费者期望具有改善效率的结构部件以降低供暖和/或制冷成本。
多层片材在多层片材的边缘周围对于特定风力载荷会显示高应力以及高偏移。多层片材也可以具有不希望的低挠曲刚度。拥有足够的挠曲刚度、边缘周围的较低应力、以及减小的偏移、具有微小增加或者不增加的重量的多层片材是工业生产中所期望的。
发明内容
在各个实施方式中，公开了多层片材、用于制造多层片材的方法、以及包含多层片材的制品。
在一个实施方式中，一种多层片材包括：片材，包括壁，其中壁包括第一壁、第二壁；以及第一壁和第二壁之间延伸的最外部肋件（outermostrib），其中第一壁纵向延伸经过最外部肋件到达第一壁末端并且其中第二壁纵向的延伸经过最外部肋件到达第二壁末端；以及端盖，包括具有上壁末端的上壁、具有下壁末端的下壁、以及设置在上壁末端和下壁末端之间的连接壁；其中端盖设置在第一壁末端和第二壁末端的上面并且其中上壁和下壁沿着第一壁和第二壁纵向延伸经过最外部肋件。
在一个实施方式中，多层片材的制备方法包括：在两个肋件之间将片材切割成期望长度，其中片材包括壁，其中壁包括：第一壁、第二壁、以及第一壁和第二壁之间延伸的肋件，其中第一壁纵向延伸经过最外部肋件到达第一壁末端并且其中第二壁纵向延伸经过最外部肋件到达第二壁末端；以及通过在第一壁末端和第二壁末端上面放置端盖将端盖附连于片材。
附图说明
以下是附图的简要说明，其中相同的部件标号相同并且其是出于说明在本文中公开的示例性实施方式的目的示出的而并不是出于限制其的目的。
图1是多层片材的局部截面图。
图2是端盖的截面图。
图3是具有附连于其上的端盖的多层片材的局部截面图。
图4是具有附连于其上的端盖和连接器的多层片材的局部截面图。
图5是与具有沿着片材的长度延伸50毫米（mm）的端盖的片材和具有沿着片材的宽度延伸20mm的端盖的片材相比，没有端盖的片材的载荷对偏移的图示。
图6是如跨越1500米（m）跨度的片材测试的具有端盖的片材相对于没有端盖的片材的载荷对偏移图示。
具体实施方式
本文中公开的是在各种实施方式中的带有端盖的多层片材。期望多层片材满足对于特定风压载荷和厚度规格的偏移和应力极限。具有定位于多层片材各个壁之间的各种结构的肋件的多层片材通常用于最大化挠曲性能，但是多层片材的末端会是多层片材总性能的限制因素，因为多层片材的末端在受力状态下更易于损坏。片材可以包括具有第一壁末端的第一壁、具有第二壁末端的第二壁、以及在第一壁和第二壁之间延伸的最外部肋件。当片材被裁剪或切割成期望尺寸（例如，长度）时，第一壁末端和第二壁末端可以延伸经过最外部肋件，而多层片材的第一壁末端和第二壁末端会更易于偏移和破损，例如，未支撑的。
如本文中公开的具有端盖的多层片材提供改善的结构性能和特性，因为端盖可以对多层片材提供附加强度和刚性。例如，如本文中公开的具有端盖的多层片材与没有端盖的相同的多层片材相比可具有减少的偏移和应力特性以及相应增加的挠曲刚度。端盖可包括具有上壁末端的上壁、具有下壁末端的下壁、以及设置在上壁末端和下壁末端之间的连接壁。端盖可以延伸经过最外部肋件，或者，经过最外部肋件和另一个肋件。可选地，端盖的连接壁可以具有移去的部分。
具有高挠曲刚度和较低重量的多层片材是高效屋顶和墙板应用中所期望的。多层片材可具有第一壁和第二壁，其中第一壁和第二壁是多层片材的最外面的壁，和/或具有可选择的横向壁（例如，水平的），和/或具有可选择的肋件（例如，垂直的、或者非平行的和非正交的）。具有沿着多层片材的跨度或者横跨多层片材的宽度均匀分散的肋件的多层片材在边缘周围对于特定的风力载荷显示出相对高的应力以及高偏移和低挠曲刚度。此外，当多层片材被切割至具体宽度时，多层片材第一壁和第二壁从垂直端肋伸出悬臂（cantilever），形成具有悬浮水平肋件的多层片材的悬垂部分（overhanging section）。当施加弯曲力时，具有这样结构的多层片材示出更高的应力水平并且可以缺少结构一体性。具有悬垂部分的多层片材将会需要从用于将多层片材固定至支撑结构的侧面附连系统中增加的边缘参与（edge engagement）（例如，更长的边缘参与）。示例性支架包括横梁（例如，桁条、工字梁、矩形梁等）、桩材、墙、椽子、柱桩、顶盖、柱子、屋顶架、以及包括上述各项中的至少一种的组合。根据多层片材的期望特性，第一壁和第二壁可以是一体的或者非一体的。在一个实施方式中，可以在多层片材和支撑结构之间定位橡胶垫圈以具有不透水性、漏泄保护、降低接触应力，并且用于吸收多层片材和支撑结构之间的热膨胀。橡胶垫圈可以是任何可以提供期望的调节特性的橡胶包括，但不限于，氯丁橡胶、或者硅橡胶、以及包括上述各项中的至少一种的组合。
多层片材的高应力和弱的总性能会限制多层片材在安装玻璃和铺顶应用中的应用。多层片材的特性可以借助于本文中公开的位于多层片材的末端的端盖来改善（例如，其中多层片材附连至结构或另一个多层片材）。具有端盖的多层片材与没有端盖的相同结构和材料组成的多层片材相比可具有增加的挠曲刚度、减小的偏移、以及减小的应力水平。在一个实施方式中，端盖可以通过各种方法附连于多层片材，包括，但不限于化学附连（例如，粘合或胶合）和/或物理附连（例如，超声焊接、振动焊接、激光焊接等等）、和/或机械附连（例如，螺钉、螺栓、铆钉等）和/或固定至多层片材的其它的方式。在另一个实施方式中，端盖可以与多层片材进行共挤出以形成整体结构（例如，形成为多层片材的部分，例如，形成为单个整体部件）。
本文中公开的多层片材可以根据期望，例如，期望另外的结构一体性，可选地包括各种组合的肋件（例如，垂直的、对角线的、和它们的任意组合）。壁的数目（例如，第一、第二、横向等）可以另外改变并且基于多层片材的最终使用所期望的特性。任何肋件、分隔板和壁的设置是基于特定多层片材所期望的结构一体性，基于将采用多层片材的地点和其将经历的载荷。根据预期使用任意组合的支撑结构，可以使用任意数量的壁。
多层片材和端盖可由诸如热塑性树脂、热固性材料、以及包括上述各项中的至少一种的组合的塑料材料制成。通常，多层片材和端盖可以由相同的塑料材料制成或者可以由相似的塑料材料制成，这样多层片材和端盖之间的热膨胀就不是问题。端盖和多层片材可以通过附连方法密切接触（即，接触），以使端盖和多层片材两者以相同的速率膨胀和/或收缩。如本文中论述的附连方法可以通过化学结合、范德瓦尔斯力、或者机械结合提供多层片材和端盖之间的密切接触，在多层片材的附连区域和端盖的附连区域之间不留空间。
可以采用的构成多层片材和端盖的可能热塑性树脂包括，但不限于，寡聚物，聚合物，离聚物，树状聚合物，诸如接枝共聚物、嵌段共聚物（例如，星型嵌段共聚物、无规共聚物等）的共聚物，以及包括上述各项中的至少一种的组合。这样的热塑树脂的实例包括，但不限于，聚碳酸酯（例如，聚碳酸酯的掺混物（如，聚碳酸酯-聚丁二烯掺混物、共聚酯聚碳酸酯））、聚苯乙烯（例如，聚碳酸酯和苯乙烯的共聚物、聚苯醚-聚苯乙烯掺混物）、聚酰亚胺（例如，聚醚酰亚胺）、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯（ABS）、聚甲基丙烯酸烷基酯（例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））、聚酯（例如，共聚酯、聚硫酯）、聚烯烃（例如，聚丙烯（PP）和聚乙烯、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE））、聚酰胺（例如，聚酰胺亚胺）、聚芳基酯、聚砜（例如，聚芳基砜、聚磺酰胺）、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚（例如，聚醚甲酮（PEK）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚砜（PES））、聚丙烯酸类、聚缩醛树脂、聚苯并噁唑（例如，聚苯并噁嗪吩噻嗪、聚苯并噻唑）、聚噁二唑、聚吡嗪喹喔啉、聚均苯四甲酰亚胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲哚、聚氧异吲哚啉（例如，聚二氧异吲哚啉）、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚吡咯烷、聚碳硼烷、聚氧杂双环壬烷、聚二苯并呋喃、聚苯酞、聚缩醛、聚酸酐、聚乙烯类（例如，聚乙烯醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚乙烯卤化物、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚氯乙烯）、多磺酸酯、聚硫化物、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、聚硅氧烷、含氟聚合物（例如，聚氟乙烯（PVF）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、氟代乙烯-丙烯（FEP）、聚乙烯四氟乙烯（ETFE））、以及包括上述各项中的至少一种的组合。
更具体地，用于多层片材和端盖的热塑性树脂可以包括，但不限于，聚碳酸酯树脂（例如，Lexan*树脂，商购自SABIC Innovative Plastics）、聚苯醚-聚苯乙烯树脂（例如，Noryl*树脂，商购自SABIC InnovativePlastics）、聚醚酰亚胺树脂（例如，Ultem*树脂，商购自SABIC InnovativePlastics）、聚对苯二甲酸丁二酯-聚碳酸酯树脂（例如，Xenoy*树脂，商购自SABIC Innovative Plastics）、共聚酯碳酸酯树脂（例如，Lexan*SLX树脂，商购自SABIC Innovative Plastics）、以及包括至少一种上述树脂的组合。甚至更具体地，热塑性树脂可包括，但不限于，聚碳酸酯的均聚物和共聚物、聚酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、或包含至少一种上述树脂的组合。聚碳酸酯可包括聚碳酸酯的共聚物（例如，聚碳酸酯-聚硅氧烷，如聚碳酸酯-聚硅氧烷嵌段共聚物）、直链聚碳酸酯、支链聚碳酸酯、封端聚碳酸酯（例如，腈封端的聚碳酸酯）、以及包括上述各项中的至少一种的组合，例如支链聚碳酸酯和直链聚碳酸酯的组合。
多层片材和端盖通常可包括通常并入这种类型的多聚物组合物中的各种添加剂，条件是选择添加剂以不显著不利地影响片材的期望特性，特别是，透明性、偏移、应力、以及挠曲刚度。在用于形成多层片材的组分的混合过程中，这种添加剂可以在适宜的时间混合。示例性添加剂包括抗冲改性剂、填料、增强剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外（UV）光稳定性、增塑剂、润滑剂、脱模剂、抗静电剂、着色剂（诸如炭黑和有机染料）、表面效应添加剂、放射稳定剂（例如，红外线吸收）、阻燃剂、和抗滴落剂。可以使用添加剂的组合，例如，热稳定剂、脱模剂、和紫外光稳定剂的组合。通常，以通常已知的有效量使用添加剂。基于多层片材组合物的总重量，添加剂（除了任何抗冲改性剂、填料、或增强剂）的总量通常是0.001wt%至5wt%。
除了挠曲刚度、偏移、以及下边缘应力之外，可选择聚合材料以示出充分的抗冲击性，使得片材能够抵抗由冲击（例如，冰雹、禽类、石头等）造成的破损（例如，破裂、断裂等）。因此，如根据ASTM D-256-93（悬臂梁缺口冲击试验）所测试的，示出大于或等于约7.5英尺-磅/平方英寸（ft-lb/in2）（4.00焦耳/平方厘米（J/cm2））、或更高具体地大于约10.0ft-lb/in2（5.34J/cm2）、或甚至更具体地大于或等于约12.5ft-lb/in2（6.67J/cm2）的聚合物是期望的。此外，期望地，聚合物具有足够的刚性以允许片材的生产可以用于下述应用，其中通常在片材的两侧或更多侧上支撑和/或夹紧片材（例如，在所有四侧上夹紧），如在包括管状钢框架结构的温室应用中。本文中足够的刚性定义为包括杨氏模量（例如，弹性模量）大于或等于约1x109牛顿/平方米（N/m2）、更具体地1x109至20x109N/m2、并且更加具体地2x109至10x109N/m2的聚合物。
多层片材的总厚度（t）（参见图1，其中t沿着Z轴示出）通常小于或等于100毫米（mm），更具体地，小于或等于55mm，还更具体地，小于或等于32mm，但是通常大于或等于6mm。在一个实施方式中，多层片材具有16mm的厚度。在另一个实施方式中，多壁片具有20mm的厚度。
多层片材可包括能够针对预期用途（例如，作为屋顶、片材、或类似产品）提供足够空间的覆盖区域的宽度（w）（参见图1，其中w沿着X轴示出）。例如，多层片材的宽度通常可以是小于或等于2米（m），更具体地，小于或等于1.8m，还更具体地，小于或等于1.25m，还更具体地，小于或等于1.2m（4英尺），甚至更具体地，小于或等于0.9m（3英尺），甚至还更具体地，小于或等于0.6m（2英尺），但通常大于或等于400mm。在一个实施方式中，多层片材具有1m的宽度。
多层片材可包括针对预期用途（例如，作为屋顶、片材产品、或类似产品）能够提供足够刚性的长度（l）（参见图1，其中l沿着Z轴示出）。例如，多层片材的长度通常可以小于或等于100mm，更具体地，大于或等于1m，更加具体地，大于或等于1.5m，但通常大于或等于6m。当装配后，多层片材可暴露于由雪、风、雨、冰雹等所引起的各种力。期望片材能够承受这些力而不损坏（例如，弯折、破裂、弯曲等）。可以选择多层片材的具体尺寸使得多层片材能够承受这些力。
包括具有上壁末端的上壁、具有下壁末端的下壁、以及设置在上壁末端和下壁末端之间的连接壁的端盖，可具有的厚度为大于或等于0.25mm，具体地，大于或等于0.75mm，更具体地，大于或等于1mm。在一个实施方式中，端盖的厚度可以小于或等于两倍的多层片材的第一壁和第二壁的厚度。端盖的厚度指的是包括上壁、下壁和连接壁的端盖的每个壁的厚度。
根据期望的最终使用，多层片材可以是透明的。例如，多层片材可具有的透明度为大于或等于80%，具体地，大于或等于85%，更具体地，大于或等于90%，甚至更具体地，大于或等于95%，并且更具体地，大于或等于99%。如描述的端盖相对于多层片材也可以是透明的，或者可以是透明的或者可以是不透明的。例如，透明的端盖可具有的透明度为大于或等于50%，具体地，大于或等于65%，并且更加具体地，大于或等于75%。端盖可被设计为在附连于多层片材之后不可见（例如，端盖可附连于多层片材的桁条（purlin）或其他支撑结构）。在这种情况下，端盖可以是透明的或不透明的，因为其将不会干扰多层片材的总体透明度。
透明度通过两个参数来描述，透射百分比和浊度（haze）百分比。可以使用ASTM D1003-00，使用CIE标准光源C的方法B，测定实验室规模样品的透光百分比和浊度百分比。ASTM D-1003-00（方法B，分光光度计，使用具有漫射照明与单向观察的光源C）将透光率定义如下：
% T = ( I I O ) x 100 % - - - ( 1 )
其中，I=通过测试样品的光强度，
Io=入射光强度。
如果制造为整体结构，则多层片材可以由各种聚合物加工方法制成，如挤出或注塑模制。与非连续操作如注塑模制相比，连续生产法如挤出通常提供提高的操作效率和更大的生产率。具体地，可采用单螺杆挤出机来挤出聚合物熔体（例如，聚碳酸酯，如Lexan*，商购自SABIC InnovativePlastics）。聚合物熔体进料至能够形成具有在图1中示出的多层片材10的截面的挤出物的轮廓模（profile die）。多层片材10通过定径（sizing）装置（例如，包括定径模的真空槽）移动，并且然后冷却至它的玻璃转变温度（例如，对于聚碳酸酯，约297°F（147℃））以下。
在已经冷却面板之后，可利用，例如，诸如指数联机锯的挤出剪切机剪切希望的长度。一旦切割，可以使多层片材在包装前经受二次加工。示例性的二次加工可包括退火、印刷、固定部件的附连、修整、进一步组装操作、和/或任何其它期望的处理。挤出机的尺寸，如通过挤出机螺杆的直径所测量的，是基于期望的生产率，并由挤出机的体积生产率和板材的截面积来计算。可以确定冷却设备的尺寸（例如，长度）以在不赋予浊度的情况下以快速的方式从挤出物中移除热量。
当聚合物（例如，聚碳酸酯）快速冷却时，可以赋予浊度。因此，冷却设备可以在较暖的温度（例如，大于或等于约100°F（39℃））、或更具体地，大于或等于125°F（52℃），而非较冷的温度（例如，低于100°F（39℃）、或更具体地小于或等于约75°F（24℃））操作以减少雾化。如果使用较暖的温度，可以增加熔池的长度以允许充足的时间来将挤出物的温度降低至低于其玻璃化转变温度。挤出机的尺寸、冷却设备的冷却能力、以及切割操作可以以大于或等于约5英尺/分钟的速率生产多层片材。然而，如果该速率能够生产包括期望品质的表面特征，可以达到大于约10英尺/分钟或甚至大于约15英尺/分钟的生产率。
对于多层片材的生产也可以采用共挤出法。可采用共挤出以将不同的聚合物提供至多层片材的几何结构的任何部分以改善和/或改变片材的性能和/或降低原料的成本。本领域技术人员将容易理解该方法的通用性和其中在生产多层片材时可以使用共挤出的各种应用。
通过参考附图能够获得对本文中公开的部件、方法、和装置的更全面的了解。这些图（本文中也称为“附图”）仅仅是基于方便和易于证明本公开的展示，因此不旨在表示装置或其部件的相对尺寸和大小和/或定义或限制示例性实施方式的范围。虽然为了清楚起见在以下描述中使用了特定术语，但这些术语仅是指附图中用于示例而选择的实施方式的具体结构，并不旨在限定或限制本公开的范围。在附图和以下描述中，应当理解的是，相同的数字标识是指具有相同功能的部件。
图1示出了多层片材10，包括壁，其中，壁包括第一壁12、第二壁14、以及横向壁16，以及在第一壁12和第二壁14、第一壁12和横向壁16、和/或横向壁16和第二壁14之间延伸的肋件18。换言之，肋件18可以在任意两个邻壁之间延伸。第一壁12和第二壁14是多层片材10最外面的壁。在一个实施方式中，横向壁16可以纵向延伸第一壁12和第二壁14的长度。在另一个实施方式中，横向壁16可以平行于第一壁12和第二壁14，或者横向壁16可以基本平行于第一壁12和第二壁14（例如，不完全平行通过第一壁12和第二壁14的整个长度，但也不与第一壁12和第二壁14相交，适应在处理过程中定向的微小变化）。第一壁12具有第一壁末端24并且第二壁14具有第二壁末端26。肋件18可以附连于多层片材10的一个壁（参见例如，图3），和/或可以附连于多层片材10的任意两个壁（参见例如，图1和图4），和/或可以悬浮（floating）于多层片材10的各个层（例如，不附连于多层片材10的任何壁）。
例如，不附连于第一壁12或第二壁14的悬浮肋件可以提供提高隔热特性的气囊（例如，悬浮肋件可以中断导热路径，可以提高隔热特性）并且也可以起到提高多层片材的遮光系数（shading coefficient）的作用。遮光系数是通过玻璃单元的太阳能增益与通过3mm厚的玻璃片的太阳能的比例，并且通常对于当多层片材上存在直射阳光时多层片材如何内部隔热（即，遮光）给出指示。肋件18可以是将提供多层片材的期望特性（例如，刚性和/或结构一体性）的任何形状，例如，平直的或者弯曲的。多层片材10也可以包括设置在第一壁末端24和第二壁末端26之间的最外部肋件28。
第一壁12可纵向延伸经过肋件28到达第一壁末端24并且第二壁14可纵向延伸经过最外部肋件28到达第二壁末端26。例如，第一壁末端24和第二壁末端26可经过最外面的肋件28延伸大于或等于3mm，具体地，大于或等于5mm，更具体地，大于或等于7.5mm，更加具体地，大于或等于10mm，更加具体地，大于或等于20mm，并且更加具体地，大于或等于25mm。
图2示出了端盖20。端盖20包括具有上壁末端32的上壁36、具有下壁末端34的下壁38、以及连接壁40。连接壁40可以设置在上壁末端32和下壁末端34之间，因此端盖20形成“C”形。可替换地，连接壁40也可以设置在上壁36和下壁38之间，使得端盖形成“H”形（例如，连接壁40可以设置在上壁36和下壁38的中途点（halfway point））。上壁36和下壁38可以沿着多层片材10的第一壁12和第二壁14纵向延伸经过最外部肋件28。例如，当端盖20附连于多层片材10时，端盖20的上壁36和下壁38可以延伸经过最外部肋件281mm至50mm，具体地2.5mm至25mm，更具体地，延伸经过最外部肋件285mm至10mm。端盖20的上壁36和下壁38可以延伸经过最外部肋件28大于或等于2.5mm，具体地，大于或等于5mm，更具体地，大于或等于10mm，更加具体地，大于或等于15mm，更加具体地，大于或等于20mm，并且更加具体地，延伸经过最外部肋件28大于或等于25mm。
可选地，端盖20可以另外包括任意表面或者所有表面上的能量导向器（energy director）22（参见例如，图2，其中能量导向器22存在于下壁38上）。能量导向器22也可以被配置为与端盖20将会附连于其上的多层片材10的外表面（例如，第一壁12或第二壁14）啮合。能量导向器22可以帮助控制和保持多层片材10和/或可以重新定向由多层片材10接收的能量，例如，多层片材10和端盖20焊接（例如，超声和/或热焊接）在一起的过程中。
在一个实施方式中，可选地，连接壁40可以被改变为移去部分连接壁40，如图2中示出的中点处，以使如果端盖20附连于连接器（例如，站缝连接器），则上壁36和下壁38的全长可以在附连过程中均匀载荷（例如，焊接，提供增加的和一致的焊接强度）。在给出相同多层片材上的0至大于100磅每线性英寸的低焊接强度附连处理过程中，连接壁40会变得过硬而不能弯曲。如果连接壁40的部分被移去，如图2中示出的，则可以在相同的多层片材上观察到超过200磅/平方英寸的焊接强度。
使用多个能量导向器22可以是有利的，因为这样可以提高多层片材10中的肋件18上面具有能量定向器22的几率。在每个水平面，以及可选地垂直面（即，连接壁40）上采用的能量导向器22的数量可以是不同的（即，上壁36和下壁38），并且可以根据水平面的长度和肋件18的量改变。例如，通常可以在每个水平面上采用大于或等于2个能量导向器，具体地，大于或等于4个，更具体地，大于或等于5个，并且更具体地，大于或等于8个。尽管对于能量定向器22可以采用任意几何形状，但通常采用三角形的几何形状，例如，延伸到接收区内的直角三角形。能量定向器22的高度可以改变。通常其高度小于或等于2mm（毫米），具体地，0.25mm至2mm，更具体地，0.5mm至1mm。在一个实施方式中，能量导向器具有0.7mm的高度。
能量导向器22可以形成为端盖20的整体部分。此外，为了提高多层片材10和端盖20之间的适合性，端盖20和能量导向器22可以由与多层片材10相同类型的材料制成，或者可以是包含与多层片材10相同类型材料的组合物。例如，如果多层片材10是由聚碳酸酯制成的，则端盖20和能量定向器22可以是聚碳酸酯，或者包含聚碳酸酯的组合物，如聚碳酸酯和ABS。
不被理论所限制，相信能量导向器将振动的超声变幅杆的能量定点（集中，pinpoint）在端盖20和多层片材10之间的小区域，引起能量定向器22熔化并且随后利用由熔化物质产生的强化学和物理键熔合到多层片材10。在没有能量导向器22的情况下，超声变幅杆将会振动，加热，以及将大量未熔化的端盖20压制到多层片材10中，从而压垮多层片材10或者创建非常弱的结合。除焊接之外或者替换焊接，端盖20可以通过其他化学和/或机械方法附连于多层片材10（例如，粘合、化学键合、紧固件、以及包含上述至少一种的组合）。
图3示出了具有设置在多层片材10的第一壁末端24和第二壁末端26上的端盖20的多层片材10。如同图1中示出的多层片材10一样，在一个实施方式中，横向壁16可以可选地存在并且如果存在，可以纵向沿着第一壁12和第二壁14的长度延伸。在另一个实施方式中，横向壁16可以平行于第一壁12和第二壁14，或者横向壁16可以基本平行于第一壁12和第二壁14（例如，不完全平行通过第一壁12和第二壁14的整个长度，也不与第一壁12和第二壁14相交，适应在处理过程中定向的微小变化）。
如图3中示出的，端盖20可以纵向沿着多层片材的长度部分地延伸（例如，沿着第一壁12和第二壁14的长度部分地延伸）。如图3中示出的，上壁36和下壁38可以延伸至最外部肋件28。当力施加于多层片材10时（例如，风压载荷），端盖20可以向多层片材10提供额外的刚性和结构一体性以提高多层片材10的挠曲刚度、减少偏移、并且减少多层片材10的应力。
图4示出了类似的多层片材10，包括壁，其中壁包括第一壁12、第二壁14、横向壁16、以及相邻壁的肋件18。如图1中示出的多层片材10，在一个实施方式中，当预先设置时，横向壁16可以纵向沿着第一壁12和第二壁14的长度延伸。在另一个实施方式中，横向壁16可以平行于第一壁12和第二壁14，或者横向壁16可以基本平行于第一壁12和第二壁14（例如，不完全平行通过第一壁12和第二壁14的整个长度，也不与第一壁12和第二壁14相交，适应在处理过程中定向的微小变化）。在图4中示出的实施方式中，端盖20设置在第一壁末端24和第二壁末端26上面，经过最外部肋件28并且经过另一个肋件18。可选地，如图4中示出的，连接器30（例如，站缝连接器或者锁闩连接器）可以设置在端盖20上面，用于附连至如本文中描述的结构（例如，超声焊接、激光焊接、粘结等）或者用于附连至另一个多层片材。如果超声焊接，端盖20可具有设置在将接触连接器30的端盖20的表面上的能量导向器22。
通过以下非限制性实施例进一步说明多层片材。除非另外具体陈述，否则所有的以下实施例都是基于模拟的。
实施例
实施例1
具有端盖的片材与没有端盖的相同结构和材料组成的片材（例如，相同长度、宽度、厚度和材料组成）相比较。表1列出了片材规格和测试参数。比较样本1（C1）以及样本1各自包括32mm厚、5个壁的片材。参与测试的边缘是20mm，（即，片材保持在片材的所有四面上的20mm的宽度）。片材长度大于3m。样本1中的端盖是50mm长（例如，沿着多层片材的长度延伸50mm）并且是1.2mm厚。跨越多层片材的1000mm跨度（即，宽度）来测试样品。测试的多层片材包含聚碳酸酯并且端盖包含聚碳酸酯。载荷被施加于片材并且测量偏移和应力以确定挠曲性能。在片材的中间测量偏移并且以毫米（mm）测量，而应力是以兆帕斯卡（MPa）测量的，并且根据风压载荷对片材偏移的斜率以牛顿每立方米（N/m3）测量相对挠曲刚度。
使用行业标准数据模拟软件进行测试。表1示出了用于模拟的作为多层片材和端盖的材料的聚碳酸酯的材料数据。聚碳酸酯（例如，Lexan*）的杨氏模量值（E）是2400MPa并且泊松比（Nu）值是0.38。
Figure BDA0000488303910000161
*载荷=风压载荷
**=杨氏模量
Figure BDA0000488303910000162
*注塑模制的实验室样本的测量值
如表1中可以看出的，如本文中描述的具有端盖的片材与没有端盖的相同的片材相比在偏移、应力、以及挠曲刚度特性上具有总体改善。图5中图示了这些结果，图5示出了对于样本1、C1、和样本2的载荷对偏移。如图5中示出的，随着载荷增加，样本1（表1）和样本2（表3）两者的偏移更小，并且C1的偏移继续增加。例如，本文中描述的多层片材可以具有大于或等于20%的偏移减少，具体地，具有大于或等于25%的偏移减少，更具体地，具有大于或等于27%的偏移减少，并且更加具体地，具有大于或等于30%的偏移减少。多层片材也可以具有25%的应力减少，具体地，30%的应力减少，更具体地35%的应力减少，更加具体地，36%的应力减少，并且更加具体地，40%的应力减少。本文中描述的多层片材也可以具有15%的挠曲刚度增加，具体地，20%的挠曲刚度增加，更具体地，22%的挠曲刚度增加，并且更加具体地，25%的挠曲刚度增加。
本文中公开的多层片材可具有大于或等于25%的偏移减少和相当的应力减少。这通常是显著的，因为，通常如果偏移减少，挠曲刚度增加并且应力同样增加。使用如本文中公开的端盖，在挠曲刚度可以增加的情况下偏移和应力可以同时减小。
实施例2
在这个实施例中，具有端盖的片材与没有端盖的相同片材相比较。样本2包括32mm厚、5个壁片材。C1是如以上实施例1中所描述的。参与测试的边缘是20mm。样本2中的端盖是20mm长（例如，沿着多层片材的长度延伸20mm）并且是2mm厚。跨越多层片材的1000mm跨度来测试样品。测试的多层片材包含聚碳酸酯并且端盖包含如表2中描述的聚碳酸酯。载荷被施加于片材并且测量偏移和应力以确定弯曲性能。偏移和应力是如以上实施例1中描述的测量的。表3示出了从对样本2和C1的每个测试中获得的结果。
Figure BDA0000488303910000171
*载荷=风压载荷
**=杨氏模量
表3表明与样本1相比即使具有更短的端盖，片材的偏移和应力仍然减少并且挠曲刚度仍然增加。对于美学原因，期望更短的端盖。例如，样本2的端盖可以隐藏在支撑结构的内部。如表3中示出的，样本2与没有端盖的相同片材相比具有21%的偏移减少，34%的应力减少，以及13%的挠曲刚度增加。
实施例3
在这个实施例中，具有端盖的片材与没有端盖的相同结构和材料组成的片材（例如，相同长度、宽度、厚度和材料）相比较。表4列出了片材规格和测试参数。比较样本2（C2）和样本3各自包括32mm厚、5个壁的片材。参与测试的边缘是50mm。样本3中的端盖是100mm长（例如，沿着多层片材的长度延伸100mm）并且是1.2mm厚。跨越多层片材的1500mm跨度来测试样品。测试的多层片材包含聚碳酸酯并且端盖包含聚碳酸酯。偏移和应力是如以上实施例1中描述的测量的以确定挠曲性能。表4示出了从对样本3和C2的每个测试中获得的结果。
Figure BDA0000488303910000181
*载荷=风压载荷
**=杨氏模量
表4示出了本文中公开的具有端盖的片材可以具有偏移的减少，应力的减少，以及挠曲刚度的增加。例如，样本3与没有端盖的相同的多层片材相比具有30%的偏移减少，16%的应力减少以及31%的挠曲刚度增加。在这个实施例中，与样本1和样本2中的1000mm相比跨度增加至1500mm。通常，随着跨度的增加，偏移增加。样本3表明端盖同样有益于更大跨度的多层片材。图6中示出了这些结果，其中示出了随着载荷的增加，与C2相比对于具有端盖的样本3偏移更少。
如本文中公开的具有端盖的多层片材与没有端盖的相同多层片材相比能够具有增加的挠曲刚度，减少的偏移，以及减少的应力。使用冷弯曲、超声焊接、和/或粘合，端盖可以附连于多层片材以对多层片材提供刚性。如本文中描述的带有共挤出端盖的多层片材同样是可能的。具有小到20mm的长度的具有上壁和下壁的端盖可提供期望的偏移、应力、以及刚性特性。本文中公开的多层片材可以用于工业应用，以及建造和建筑应用中，诸如体育场、温室、装玻璃的太阳能塔、墙壁、屋顶等等。
在一个实施方式中，一种多层片材包括：片材，包括壁，其中壁包括第一壁、第二壁、以及在第一壁和第二壁之间延伸的最外部肋件，其中第一壁纵向延伸经过最外部肋件到达第一壁末端并且其中第二壁纵向延伸经过最外部肋件到达第二壁末端；以及端盖，包括具有上壁末端的上壁、具有下壁末端的下壁、以及设置在上壁末端和下壁末端之间的连接壁；其中端盖设置在第一壁末端和第二壁末端的上面并且其中上壁和下壁沿着第一壁和第二壁纵向延伸经过最外部肋件。
在另一个实施方式中，多层片材的制造方法包括：将片材切割成在两个肋件之间期望长度，其中片材包括壁，其中壁包括第一壁、第二壁、以及在第一壁和第二壁之间延伸的肋件，其中第一壁纵向延伸经过最外部肋件到达第一壁末端并且其中第二壁纵向延伸经过最外部肋件到达第二壁末端；以及通过在第一壁末端和第二壁末端上面放置端盖将端盖附连于片材。
在各种实施方式中：（i）端盖包括塑料材料；和/或（ii）端盖通过选自由以下各项所组成的组中的方法附连于片材：粘结、超声焊接、激光焊接、振动焊接、以及包括上述各项中的至少一种的组合；和/或（iii）第一壁末端和第二壁末端延伸经过最外部肋件大于或等于3mm；和/或（iv）端盖延伸经过最外部肋件大于或等于5mm；和/或（v）上壁和下壁延伸经过另一个肋件；和/或（vi）上壁、下壁和连接壁均具有大于或等于1毫米的厚度；和/或（vii）多层片材还包括设置在端盖上面的连接器；和/或（viii）与没有端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1000米跨度的片材具有大于或等于20%的挠曲刚度增加；和/或（ix）与没有端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越跨度1000米跨度的片材具有大于或等于25%的偏移减少；和/或（x）与没有端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1000米跨度的片材具有大于或等于25%的应力减少；和/或（xi）制品包括多层片材；和/或（xii）方法还包括挤出片材；和/或（xiv）与没有端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1000米跨度的片材具有大于或等于20%的挠曲刚度增加，与没有端盖的相同的结构和材料组成的片材相比，跨越1000米跨度的片材具有大于或等于25%的偏移减少，并且与没有端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1000米跨度的片材具有大于或等于25%的应力减少。
本文中公开的所有范围包括端点，并且端点可以独立地彼此组合（例如，“上达至25wt.%、或更具体地5wt.%至20wt.%”的范围包括端点和“5wt.%至25wt.%”范围内的所有中间值”等）。“组合”包括掺混物、混合物、合金、反应产物等。此外，本文中的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、量、或重要性，而用于表示彼此不同的要素。除非本文中另有陈述或通过上下文明显地矛盾，否则本文中的术语“一”和“一种”以及“该”并不表示量的限制，而应解释为涵盖单数和复数两者。如本文中所用的后缀“（s）”旨在包括其修饰的术语的单数和复数两者，从而包括该术语的一个或多个（例如，膜包括一个或多个膜）。贯穿说明书的引用“一种实施方式”、“另一个实施方式”、“一个实施方式”等，指结合实施方式描述的具体要素（例如，特征、结构、和/或特性）包括在本文中所描述的至少一个实施方式中，并且可以或不可以存在于其它实施方式中。此外，应当理解，在各种实施方式中，所描述的部件可以以任何合适的方式组合。
虽然已经描述了具体的实施方式，但是申请人或本领域中的其他技术人员可以想到存在或目前可能无法预料的替换、修改、变化、改进、以及基本的等效物。因此，提交的且可以被修改的随附权利要求旨在包括所有此类替换、修改、变化、改进、以及基本的等效物。

Claims (18)

1.一种多层片材，包括：
片材，包括壁，其中所述壁包括：
第一壁，
第二壁，以及
在所述第一壁和所述第二壁之间延伸的最外部肋件，其中所述第一壁纵向延伸经过所述最外部肋件到达第一壁末端，并且其中所述第二壁纵向延伸经过所述最外部肋件到达第二壁末端；以及
端盖，包括具有上壁末端的上壁、具有下壁末端的下壁、以及设置在所述上壁末端和所述下壁末端之间的连接壁；
其中所述端盖设置在所述第一壁末端和所述第二壁末端的上面，并且其中所述上壁和所述下壁沿着所述第一壁和所述第二壁纵向延伸经过所述最外部肋件。
2.根据权利要求1所述的多层片材，其中，所述端盖包含塑料材料。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的多层片材，其中，所述端盖通过选自由以下各项所组成的组中的方法附连于所述片材：粘结、超声焊接、激光焊接、振动焊接、以及包括上述各项中的至少一种的组合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多层片材，其中，所述第一壁末端和所述第二壁末端延伸经过所述最外部肋件大于或等于3mm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多层片材，其中，所述端盖延伸经过所述最外部肋件大于或等于5mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多层片材，其中，所述上壁和所述下壁延伸经过另一个肋件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多层片材，其中，所述上壁、所述下壁、和所述连接壁具有大于或等于1毫米的厚度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的多层片材，还包括设置在所述端盖上的连接器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的多层片材，其中，与没有所述端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1000米跨度的所述片材具有大于或等于20%的挠曲刚度增加。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的多层片材，其中，与没有所述端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1000米跨度的所述片材具有大于或等于25%的偏移减少。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的多层片材，其中，与没有所述端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1000米跨度的所述片材具有大于或等于25%的应力减少。
12.一种制品，包括权利要求1至11中任一项所述的多层片材。
13.一种制造多层片材的方法，包括：
将片材切割成在两个肋件之间的期望长度，其中所述片材包括壁，其中所述壁包括：
第一壁，
第二壁，以及
在所述第一壁和所述第二壁之间延伸的肋件，其中所述第一壁纵向延伸经过最外部肋件到达第一壁末端，并且其中所述第二壁纵向延伸经过所述最外部肋件到达第二壁末端；以及通过在所述第一壁末端和所述第二壁末端上放置端盖，将所述端盖附连于所述片材。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括挤出所述片材。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，将所述端盖附连于所述片材包括选自由以下各项所组成的组中的方法：粘结、超声焊接、激光焊接、振动焊接、以及包括上述各项中的至少一种的组合。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述第一壁末端和所述第二壁末端延伸经过所述最外部肋件大于或等于3mm。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，还包括在所述端盖上附连连接器。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中，与没有所述端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1,000米跨度的所述片材具有大于或等于20%的挠曲刚度增加，与没有所述端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1,000米跨度的所述片材具有大于或等于25%的偏移减少，以及与没有所述端盖的相同结构和材料组成的片材相比，跨越1,000米跨度的所述片材具有大于或等于25%的应力减少。
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