CN108368700A - 具有高刚度的重量轻的多壁片材及其制造方法 - Google Patents

具有高刚度的重量轻的多壁片材及其制造方法 Download PDF

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CN108368700A CN201680073984.3A CN201680073984A CN108368700A CN 108368700 A CN108368700 A CN 108368700A CN 201680073984 A CN201680073984 A CN 201680073984A CN 108368700 A CN108368700 A CN 108368700A
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弗兰斯·阿德里安森
普热梅斯拉夫·奥尔斯钦斯基
贝尔纳杜斯·约翰内斯·保卢斯·詹森
约翰·瓦格纳
彼得·范·德恩·布勒克
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Abstract

一种多壁片材(30)，包括：第一壁(2)；第二壁(4)；多个肋条(8)，在第一壁和第二壁(2、4)之间延伸；以及多个中间肋(6)，其中，一个中间肋(6)在相邻的两个肋条(8)之间延伸，其中，中间肋(6)相对于邻接的肋条(8)以一中间肋角度(18)延伸，并且其中，相对于中间肋所附接的肋条(8)，中间肋角度(18)不是90o，其中，中间肋(6)仅附接至相邻的肋条(8)，并且其中，中间肋(6)不附接至第一壁和第二壁(2、4)中的任何一个。

Description

具有高刚度的重量轻的多壁片材及其制造方法
背景技术
在自然光结构(naturally lit structure)的建造中(例如，温室、池围栏、房顶太阳能集热器、暧房、体育场、日光浴室、工厂厂房、居住建筑等)，可以采用玻璃作为透明的结构元件，例如，窗口、饰面和屋顶。然而，聚合物片材由于一些显著的益处在许多应用中可以取代玻璃。
玻璃面板屋顶系统通常提供良好的透光性和通风性。然而，与这些系统有关的初始和后续成本会限制其应用和整体市场认可度。与玻璃面板屋顶系统有关的初始费用可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它们的重量。这些初始费用之后，与玻璃面板的固有地差的隔热能力有关的操作费用会导致拥有者更高的供暖费用。此外，玻璃面板易受到由冲击或支撑结构的移位(例如，沉降)所引起的损坏，这样会导致很高的维修费用。
发明内容
本文中公开的多壁片材，诸如高刚度且重量轻的多壁片材、制品及其制造方法。
在实施方式中，多壁片材包括：第一壁；第二壁；在第一壁和第二壁之间延伸的多个肋条；以及多个中间肋，其中一个中间肋在每两个相邻的肋条之间延伸，其中，中间肋相对于邻接的肋条以一中间肋角度延伸，并且其中，相对于中间肋所附接肋条，中间肋角度不是90°，并且其中，中间肋仅附接至相邻的肋条。
通过以下附图和详细描述举例说明以上描述的和其他的特征。
附图说明
已如此概括地描述了本发明，现在将参照附图，该附图是示例性的实施方式，不一定按比例绘制，旨在是说明性的而非限制性的，并且其中相同的元件标号相同。
图1是具有平直的中间肋的多壁片材的部分截面图。
图2是具有重复倾斜的中间肋的多壁片材的部分截面图。
图3是具有交替倾斜和下降的中间肋中的多壁片材的部分截面图。
图4是与图2的多壁片材相比的图1的多壁片材的载荷与偏转特性的图解表示。
图5是与图2和图3的多壁片材相比的具有多种壁和肋条厚度(导致不同的重量)的图1的多壁片材的偏移与重量的图解表示。
图6至图9是示出具有不同的中间肋构造的多壁片材的部分截面图。
图10是具有在图6中示出的中间肋构造的多壁片材的风压与偏移性能的图解表示。
图11示出多壁片材屋顶构造。
图12示出具有两个接合的边缘的多壁片材的截面图。
图13示出多壁片材。
具体实施方式
已制造的多层聚合面板可以表现出改善的抗冲击性、延展性、隔热性，并且可以具有与相当尺寸的玻璃面板相比更低的重量。因此，这些特性可以降低操作和维修费用。聚合物片材可以降低会遇到由破坏行为、冰雹、收缩/膨胀等所引起的偶然破损的应用中的破损和维修费用。聚合物片材可以具有与玻璃相比减少的重量。这可以使得聚合物片材与玻璃相比更容易安装并且可以降低它们安装在其上的结构的承重要求。另外，聚合物片材可以提供与玻璃相比改善的隔热性，从而可以降低加热和/或冷却成本并对聚合物片材的整体市场认可度由积极的影响。
工业中需要在没有显著影响其它性能特性(光学、热学、声学等)的情况下具有高刚度与重量比的低重量多壁片材。
多壁片材可以是在屋顶和壁面板中使用的有效结构。先前已经尝试了多壁片材内部构件的各种布置以改善性能。重量轻的多壁片材可以降低制造和安装成本，这些薄片又可以凭借高稳定性在不需要额外的支撑结构的情况下有效抵抗使用载荷。最轻的想出的多壁片材由三个壁构成，壁之间的肋条将壁连接至单个片材中。在这样的三壁构造中，由于有限的结构设计自由度，在重量减少的同时改善刚度是具有挑战性的。
已知的多壁片材的实例在美国公开申请第2013/0089710号、美国公开申请第U2013/0052429、美国公开申请第2013/0017361号以及美国专利第7,614,186号中示出。全部这些专利和专利申请通过引证结合在本文中。
表现出低重量和高承载能力的多壁片材可以促进增加的认可度以及多壁片材在建筑和工业应用中的使用。本文中公开的是具有最小的内部构件的多壁片材。这些片材可以在最小化内部构件的尺寸和数量从而最小化片材重量的同时提供优异的抗弯刚度。这些片材的设计优化了内部构件的位置以在保持高稳定性的同时进一步减少重量。
为了实现低重量，开发具有最小数量的内部部件的多壁片材。位于多壁片材的外壁之间肋条加强壁以抵抗在施加载荷下的偏移(即，提供增加的片材抗弯刚度)。额外中间肋(也称为内部中间外壳)在肋条之间延伸以通过同时提供额外的正交各向异性的刚度和对非线性的中平面伸长(即，沿着片材的自然轴线伸长)的阻力来提供对肋条的支撑。中间肋的有益效果可通过使中间肋不平行于壁地倾斜并将中间肋直接连接至相邻的肋条来进一步增加，其中中间肋没有附接至多壁片材的外壁。
中间肋可将片材的相邻肋条之间的内部结构划分为两个单元(对比仅存在肋条并且没有中间肋的单个单元)。除提供改善的弯曲结构刚度之外，中间肋还可以增加多壁片材的外壁之间的热隔断(例如，屏障)，从而可以增加对于通过壁垂直传递的能量的阻挡。与没有中间肋的片材相比中间肋可以为多壁片材提供改善的隔热特征(例如，尤其是在低传导性塑料多壁片材的情况下)。此外通过使中间肋倾斜并仅将中间肋附接至相邻肋条而不是片材的外壁，片材的隔热性相对于中间肋被附接至外壁的多壁片材可以得到改善。多壁片材的特征(例如，热学、声学或光学特征)可以进一步通过使用填料或表面处理来操控。
多壁片材可以由塑料材料形成，诸如热塑性树脂、热固材料以及包括上述至少一种的组合。多壁片材的壁、肋条和中间肋可以由相同的塑料材料形成或者可以由不同的塑料材料形成(例如，具有不同的化学式、化学组成等的塑料)。可以选择具有相似的热膨胀系数的塑料材料以减少由于壁、肋条和/或中间肋之间的热膨胀差异所导致的损坏的出现。
可以采用可能的热塑性树脂形成多壁片材的壁、肋条和中间肋，可能热塑性树脂包括，但不限于：低聚物、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，以及包括前述中的至少一种的组合。这样的热塑性树脂的实例包括，但不限于：聚碳酸酯(例如，聚碳酸酯的共混物(诸如聚碳酸酯-聚丁二烯共混物、共聚多酯聚碳酸酯))、聚苯乙烯(例如，聚碳酸酯和苯乙烯的共聚物、聚苯醚-聚苯乙烯共混物)、聚酰亚胺(例如，聚醚酰亚胺)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯(ABS)、聚甲基丙烯酸烷基脂(例如，聚甲基丙烯酸脂(PMMA))、聚酯(例如，共聚酯、聚硫)、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))、聚酰胺类(例如，聚酰胺亚胺)、聚芳酯、聚砜(例如，聚芳砜、聚磺酰胺)、聚苯硫、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、聚缩醛、聚苯并噁唑(例如，聚苯并噻嗪并吩噻嗪、聚苯并噻唑)、聚恶二唑聚吡嗪并喹噁啉、聚均苯四甲酰亚胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲哚、聚氧代异吲哚啉(例如，聚二氧代异吲哚啉)、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚吡咯烷酮、聚碳硼烷、聚氧杂双环壬烯、聚二苯并呋喃、聚邻苯二甲酰胺、聚缩醛、聚酸酐、聚乙烯(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)、多磺酸盐、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)以及包括前述至少一种的组合。
更具体地，用于多壁片材的壁、肋条和中间肋的热塑性树脂可以包括，但不限于：聚碳酸酯树脂(例如，LexanTM树脂，可商购自SABIC Innovative Plastics公司)，聚苯醚-聚苯乙烯树脂(例如，NorylTM树脂，可商购自SABIC Innovative Plastics公司)，聚醚酰亚胺树脂(例如，UltemTM树脂，可商购自SABIC Innovative Plastics公司)，聚对苯二甲酸丁二酯-聚碳酸酯树脂(例如，XenoyTM树脂，可商购自SABIC Innovative Plastics)公司，共聚酯树脂(例如，LexanTMSLX树脂，可商购自SABIC Innovative Plastics公司)，以及包括至少一种前述树脂的组合物。更具体地，热塑性树脂可以包括，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、聚苯醚或包括至少一种前述树脂的组合。聚碳酸酯可以包括聚碳酸酯的共聚物(例如，聚碳酸酯-聚硅氧烷，诸如聚碳酸酯-聚硅氧烷嵌段共聚物)、线性聚碳酸酯、支链聚碳酸酯、封端的聚碳酸酯(例如，腈类封端的聚碳酸酯)以及包括前述至少一种的组合，例如，支链和线性聚碳酸酯的组合。
多壁片材的壁、肋条和中间肋可以包括通常合并到这种类型的多聚物组合物中的各种添加剂，条件是选择的添加剂不会显著不利地影响片材的期望特性，特别是，透明性、偏移、应力、以及抗弯刚度。在用于形成多壁片材的组分的混合过程中，这些添加剂可以在合适的时间混合。示例性的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)光稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、抗静电剂、着色剂(如炭黑和有机染料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂(例如，红外吸收)、阻燃剂，以及抗滴落剂。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。一般而言，添加剂以通常已知的有效量使用。基于多壁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％。
除了抗弯刚度、偏移以及下边缘应力之外，可选择表现出充分的抗冲击性的聚合材料，使得片材能够抵抗由冲击(例如，冰雹、鸟类、石头等)造成的破损(例如，裂纹、断裂等)。因此，如根据ASTM D-256-93(Izod缺口冲击试验)所测试的，期望的是表现出大于或等于约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)乃至更具体地，大于或等于约12.5ft-lb/in2(6.67J/cm2)的聚合物。此外，期望地，聚合物具有足够的刚度以允许片材的产品可以用于下述应用中，其中通常在片材的两个或多个边缘上支撑和/或夹紧片材(例如，在所有四个边缘上夹紧)，诸如在包括管状钢框架结构的温室应用中。本文中足够的刚度被限定为包括以下杨氏模量(例如，弹性模量)的聚合物，即大于或等于约1×109N/m2，更具体地，1×109至20×109N/m2，或者更加具体地，2×109至10×109N/m2。
根据所希望的最终用途，多壁片材可以是透明的。例如，多壁片材可以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％，或者，更加具体地，大于或等于95％，或者，更加具体地，大于或等于99％。透明度通过两个参数描述，即透光百分率和百分比雾度。可以使用ASTM D1003-00，使用CIE标准光源C的方法过程B，确定实验室规模样品的透光百分率和百分比雾度。ASTM D-1003-00(方法过程B，分光光度计，使用以单向观察具有漫射照明的光源C)将透射率限定为：
其中：I＝穿过测试样品的光的强度，
Io＝入射光强度。
如果制造为单一结构，则多壁片材可以由各种聚合物加工方法形成，如挤出或注模制制。与如注模制制的不连续操作相比，诸如挤出的连续生产方法通常提供提高的操作效率和更大的生产速率。具体地，可以采用单螺杆挤出机挤出聚合物熔体(例如，聚碳酸酯，诸如Lexan*，可商购自SABIC Innovative Plastics公司)。聚合物熔体可以进料至能够形成具有在任意图中示出的多壁片材30的截面的挤出物的型材模具。多壁片材30行进通过定尺寸装置(例如，包括定尺寸模具的真空槽)，然后冷却至其玻璃化转变温度(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，挤出切割机(诸如分度直列锯)将面板切割至希望的长度。一旦切割，在封装之前，可以对多壁片材进行二次操作。示例性的二次操作可以包括涂层、压印、复制、退火、印刷、附接紧固构件、修剪、进一步的组装操作和/或任何其它期望的处理。如通过挤出机的螺杆的直径测量的挤出机的尺寸基于想要的生产速率并且从挤出机的体积生产速率和面板的横截面积计算得出。可以确定冷却设备的尺寸(例如，长度)以在不施加雾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，可以施加雾度。因此，冷却设备可以在较暖的温度下操作(例如，大于或等于约100°F(39℃))、或更具体地，大于或等于125°F(52℃)，而不是较冷的温度(例如，小于100°F(39℃)、或更具体地，小于或等于约75°F(24℃))以减少起雾。如果采用较热的温度，则可以增加槽长度，以允许充足的时间，从而将挤出物的温度降低至其玻璃化转变温度以下。挤出机的尺寸、冷却设备的冷却能力以及切割操作可以是能够以大于或等于约5英尺/分钟的速率生产多壁片材的。然而，可以实现大于约10英尺/分钟，乃至大于约15英尺/分钟的生产速率，如果这样的速率能够生产出包括期望属性的表面特征。
共挤出方法也可以用于生产多壁片材。可以采用共挤出将不同的聚合物提供至多壁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/或降低原材料成本。本领域技术人员将容易理解该方法的通用性以及在多壁片材的生产中可以使用共挤出的种种应用。
通过参考附图可获得对本文公开的组件、方法和设备的更完整理解。这些附图(在本文中也称为“图”)仅仅是基于表明本公开的方便性和简易性的示意图，并且因此并非旨在指出装置或其组件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示例性实施方式的范围。尽管为了清楚起见在下面的描述中使用了特定的术语，但这些术语旨在仅指代附图中选择说明的实施方式的具体结构，而非意在限定或限制本公开的范围。在附图和以下的描述中，应该理解的是，相同的数字标识指代相同功能的组件。图1至图3示出包括壁的多壁片材30，其中壁包括：具有厚度T2的第一壁2；具有厚度T4的第二壁4；具有厚度T8的从第一壁2的内表面41延伸至第二壁4的内表面42的多个肋条8；以及具有厚度T6的在相邻的肋条之间延伸的多个中间肋6(即，一个中间肋6在每两个相邻肋条8之间延伸)。第一壁2和第二壁4可以是多壁片材30的最外面的壁，第一壁和第二壁各自具有与内表面41、42(肋条8从该内表面上延伸)相对的外表面40、43。第一壁2可以平行于第二壁4，或者可以在整个多壁片材30上基本上平行于第二壁4(例如，在附图中的整个l-w平面上没有完全地平行，但是也没有相交，在处理过程中容许在方位上的微小变化)。整体片材厚度T可以是均匀或者在l-轴和w-轴两者的方向上的整个多壁片材30基本均匀(例如，在附图中的整个l-w平面上没有完全地均匀，在处理的过程中容许方位上的微小变化)。
多壁片材宽度W可以沿着w-轴方向测量。多壁片材长度L可以沿着l-轴方向测量。多壁片材厚度T可以沿着t-轴方向测量。片材厚度T可以从第一壁2的外表面40至第二壁4的外表面43测量。多壁片材30的肋条8可以在第一壁和第二壁之间延伸并且可以垂直于第一壁和第二壁或者，肋条8可以基本上垂直于第一壁和第二壁(例如，在整个多壁片材30的宽度W上没有完全地垂直于第一壁和第二壁，在处理过程中容许在方位上的微小变化)。肋条之间的距离(或肋间隔)Lo可以是均匀的(例如，在整个多壁片材的长度上相等，或者基本上相等，容许处理中产生的肋条厚度的微小变化)或者，肋间隔Lo可以是不均匀的。
图1示出沿t-w平面截取的多壁片材30的部分的截面图。多个中间肋的每个中间肋6具有中间肋角度18，该中间肋角度限定相邻肋条8之间的中间肋的轨迹。中间肋角度可以等于90°，或者中间肋角度18可以基本等于90°(例如，不是精确的90°，容许处理中产生的微小变化)。还示出了，从第一壁2至左手侧中间肋6测量的第一初始偏移距离16，以及从第二壁4至左手侧中间肋6测量的第二初始偏移距离14。这些初始偏移距离(14、16)可以彼此相等或者，这些初始偏移距离可以基本上彼此相等(例如不是精确的相等，容许处理中产生的微小变化)。相似地，示出了从第一壁2至右手侧中间肋6测量的第一末端偏移距离20，以及从第二壁4至右手侧中间肋6测量的第二末端偏移距离22。这些末端偏移距离(20、22)可以彼此相等或者，这些末端偏移距离可以基本上彼此相等(例如不是精确的相等，容许处理中产生的微小变化)。所有四个偏移距离(即，第一初始偏移距离16、第二初始偏移距离14、第一末端偏移距离20以及第二末端偏移距离22)可以是彼此相等的，或者所有四个偏移距离可以基本上彼此相等(容许处理中产生的微小变化)。中间肋6的平面可平分第一壁2的平面和第二壁4的平面之间的距离。中间肋6的平面可从平分第一壁2的平面和第二壁4的平面之间的距离的平面偏移，使得中间肋6移位为更接近第一壁2或更接近第二壁4。
图2示出沿着t-w平面截取的多壁片材30的截面的截面图，该截面图与图1的截面图相似，但是具有在肋条8之间延伸的多个倾斜的中间肋36。该中间肋6构造可以称为“S”构造。在这种情况下，倾斜的中间肋36形成重复图案，很像锯齿波图案。倾斜的中间肋36被定向为使得中间肋角度18小于相对于中间肋在每个中间肋6的左手侧上附接的肋条8的90°。每个倾斜的中间肋36所位于的平面可以是平行的(如图2所示)，或者可以是不平行的(未示出)。每个倾斜的中间肋36的中间肋角度18、第一初始偏移距离16、第一末端偏移距离20、第二初始偏移距离14、第二末端偏移距离22中的每个、或者包括前述中的至少一个的组合可以是不同的、相同的、随机的、形成一种图案或者包括沿着多壁片材30的长度的前述中的至少一种的组合。
如在t-轴方向上测量的多壁片材的总的片材厚度T(参见图1-图3)可以是4毫米(mm)至100mm，例如，8mm至55mm，或者，10mm至32mm，但是通常大于或等于6mm。多壁片材可以具有的厚度为10mm，或者，更具体地，12mm，或者，更具体地，16mm，或者更加具体地，20mm，或者，更加具体地，22mm。
如沿着t-轴方向测量的第一壁厚度T2和第二壁厚度T4(参见图1-图3)可以是0.1mm至10mm，例如，0.2mm至1.2mm，或者，0.3mm至1.0mm。多壁片材可以具有的壁厚度为0.6mm，或者，更具体地，0.8mm，或者，更加具体地，1mm，或者，更加具体地，1.2mm。
如在垂直于给出的中间肋的平面的方向上测量的中间肋厚度T6(参见图1-图3)可以是0.02mm至2mm，例如，0.1mm至0.5mm，或者，0.15mm至0.25mm。多壁片材可以具有的中间肋厚度为0.05mm、或者，更具体地，0.1mm，或者，更加具体地，0.25mm，或者更加具体地，0.5mm。
如沿着l-轴方向测量的肋条厚度T8(参见图-图3)可以是0.02mm至2mm，例如，0.2mm至0.8mm，或者，0.4mm至0.5mm。多壁片材可以具有的肋条厚度为0.25mm，或者，更具体地，0.5mm，或者，更加具体地，0.75mm，或者，更加具体地，1mm。
中间肋6的第一初始偏移距离16可以是总的多壁片材厚度T的1％-99％，例如5％至95％，或者，10％至90％。
中间肋6的第一末端偏移距离20可以是总的多壁片材厚度T的1％-99％，例如5％至95％，或者，10％至90％。
中间肋6的第二初始偏移距离14可以是总的多壁片材厚度T的1％-99％，例如5％至95％，或者，10％至90％。
中间肋6的第二末端偏移距离22可以是总的多壁片材厚度T的1％-99％，例如5％至95％，或者，10％至90％。
申请人发现中间肋6附接在第一壁2(或第二壁4)和肋条8连接的点处时(形成在壁和肋条之间的转角)，由于形成片材的实际限制，材料会累积在转角处。材料的累积增加了片材重量，而没有改善片材的结构、热学、声学、或光学性能。通过使中间肋6附着点远离转角移动，使中间肋6从壁偏移，片材可以不用过量的材料形成并且片材特性对于给出的单位重量(也称为比重，具体片材重量、或每片材面积的重量)将被最大化。
图3示出了沿着t-w平面截取的具有交替图案的倾斜的中间肋36和下降的中间肋46的多壁片材30的部分的截面图。这示出了交替的中间肋图案，其中下降的中间肋46(其中中间肋角度18大于90°)可以邻近于倾斜的中间肋36，很像三角形波图案。在图3中，交替的图案通过下降的中间肋46和倾斜的中间肋36之间一比一交替而限定。图案沿着如沿着l-轴测量的多壁片材30的长度L重复，使得将每个肋条夹在中间的中间肋是彼此的镜像，即中间肋关于给出的肋条是对称的(仅附接至边缘10或12的肋条没有与它们成镜像的相应的中间肋)。中间肋图案也可以包括交替的、不对称的中间肋(未示出)，其中中间肋角度可以变化，肋间隔Lo在相邻的肋条之间可以是不相等的，和/或与每个中间肋相关联的偏移距离在整个片材上可以变化。
在中间肋6被定向为下降的中间肋46时，每个下降的中间肋46位于的平面可以是平行的，或者可以是不平行的。每个下降的中间肋46的中间肋角度18可以是沿着沿l-轴测量的多壁片材30的长度相等的或者，下降的每个中间肋的中间肋角度可以是沿着沿l-轴测量的片材的长度不相等的。
中间肋角度18可以限定中间肋相对于相邻肋条的方位。为了清晰起见，已测量了相对于中间肋附接至的左手侧肋条8的中间肋角度18。该中间肋角度18可以是大于0°并小于180°的任何角度(测量相对于肋条8的中间肋角度18)。中间肋6可以在肋条8之间延伸，其中中间肋6不附接至多壁片材的任何一个外壁(即，中间肋没有直接附接至外壁2或外壁4中的任何一个)。更加具体地，中间肋可以是倾斜的36或下降的46(如图3所示)，其中，中间肋相对于中间肋从其上延伸的肋条8的角度不等于90°。换言之，中间肋可以不垂直于它们附接至的肋条。更具体地，倾斜的中间肋36可以具有小于90°，或者5°至75°，或者25°至35°，或者30°的中间肋角度18。另外，下降的中间肋46可以具有大于90°，或者105°至175°，或者145°至155°，或者，150°的中间肋角度18。此外，每个中间肋的中间肋角度可以与沿着多壁片材的长度的另一个中间肋(相邻的或者后来的、不相邻的中间肋)的中间肋角度不同。
另外，肋间隔Lo可以大于、等于或小于多壁片材的标准尺寸(gauge)(即，多壁片材厚度T)并且可以沿着片材的长度L变化。具体地，肋间隔Lo可以是多壁片材厚度T的25％-400％，例如，50％至200％，或者，75％至150％，或者，95％至105％，或者，100％。
肋间隔Lo可以是投影到l-轴上并沿着l-轴测量的中间肋6的长度(例如，中间肋的水平长度)。中间肋高度26(MRH)可以投影到t-轴上并沿着t-轴测量的中间肋6的长度(例如，中间肋的竖直长度)。中间肋6的尺寸参数也可以通过使用基本三角函数根据中间肋角度18、肋间隔Lo和中间肋高度26(MRH)或者包括前述参数中的两个的任意组合来限定。例如，中间肋高度26可以从肋间隔Lo和中间肋角度18确定，或者肋间隔Lo可以从中间肋高度26和中间肋角度18确定，或者中间肋角度18可以在肋条8垂直于第一壁2时通过使用三个参数之间的正切关系从中间肋高度26和肋间隔Lo确定：
其中，θ＝倾斜的中间肋36的中间肋角度18，或者
θ＝下降的中间肋46的中间肋角度18减去90°，
Lo＝肋间隔，并且
MRH＝中间肋高度26。
在下降的中间肋46的情况下，应注意中间肋角度18将大于90°。对下降的中间肋46使用等式2的关系，中间肋角度18需要从中间肋角度减去90°，从而将由下降的中间肋46描述的钝角三角形转换成直角三角形，侧边等于中间肋高度26和肋间隔Lo。如果给出其它参数，其它三角函数可用于充分限定特定的中间肋6。例如，如果给出中间肋长度7和中间肋高度26，那么可以使用余弦。此外，在肋条8不垂直于第一壁2的情况下，那么可以采用其它三角恒等式充分限定中间肋6的尺寸(例如，正弦、余弦和正切的定律)。
如在本文中使用的重复的中间肋图案可以指代包括相邻的倾斜的中间肋36，或相邻的下降的中间肋46的图案。如在本文中使用的交替的中间肋图案可以指代包括邻近于至少一个下降的中间肋46的至少一个倾斜的中间肋36的图案。多壁片材30可以由重复的中间肋图案、交替的中间肋图案、或包括前述图案中的至少一个的组合组成。此外，每个中间肋的初始偏移距离和末端偏移距离可以从中间肋6至中间肋6变化(例如，相邻的中间肋的初始偏移距离和末端偏移距离可以是不同的)。
公开的结构参数(例如，壁厚度、肋条厚度、中间肋厚度、中间肋角度、整体片材厚度、偏移距离、中间肋图案(例如，交替的、重复的或包括前述中的至少一个的组合)、或者包括前述中的至少一个的组合)可以被调整为实现想要的多壁片材性能和/或物理特性(例如，稳定性、偏移、热传递、光学特性、声学特性、重量、方向等)。这些调整可以是局部的(例如，在多壁片材30的选择区域以内)和/或遍及整个多壁片材30以实现所希望的多壁片材性能。
图4示出了对于给出的跨度、接合距离(例如支撑长度)、支撑条件和载荷的图1-图2的多壁片材30的载荷与偏转特性。图1的多壁片材的偏移与风压的计算结果在曲线120中示出。图2的多壁片材30的偏移与风压的计算结果在曲线100中示出。图1的多壁片材的偏移与风压的实验结果在曲线140中示出。从图4可以看出，与包括基本上与外壁平行的中间肋的图1的多壁片材30相比，包括重复图案的倾斜的中间肋的图2的多壁片材30示出改善的性能。具体地，在1000N/m2的风压下图2的多壁片材的偏移接近50％，小于在相同的条件下的图1的多壁片材的偏移。具体地，包括重复图案的倾斜的中间肋的图2的多壁片材30展现出的1000N/m2的风压下的偏移为小于或等于70mm，或者，小于或等于60mm，或者小于或等于51mm，或者，小于或等于45mm，或者，小于或等于40mm，或者小于或等于38mm。
图5示出了图1、图2和图3的多壁片材的样品的偏移与多壁片材单位重量(每片材面积的片材重量)。多壁片材是具有980mm的长度和大于两倍长度的宽度的每个矩形。矩形片材以24mm的接合距离沿着所有四个边缘被连续夹住(即，支撑件与片材的第一壁和第二壁接触的片材的内侧距离)，并经受1000N/m2的风压。从图5可以看出，在图1的多壁片材可达到小于或等于51mm的偏移(数据点240)时，需要实现这样的偏移的片材的每面积重量显著高于图2和图3的多壁片材的每面积重量(数据点260)。具体地，为了在所描述的条件下在1000N/m2的载荷下实现小于或等于51mm的偏移，与具有图2或图3中的任何一个的构造的片材的约1.6kg/m2的单位重量相比，具有图1的构造的多壁片材具有约2.6千克每平方米(kg/m2)的单位重量。
图6至图9示出了沿着具有“X”、“V”、“N”和“S”的中间肋构造的多壁片材的t-y平面截取的截面图。在图6中示出具有“X”中间肋构造的多壁片材400。在图7中示出具有“V”中间肋构造的多壁片材410。在图8中示出具有“N”中间肋构造的多壁片材420。在图9中示出具有“S”中间肋构造的多壁片材430。
图10示出了具有在图6至图9中呈现的中间肋构造的多壁片材的计算偏移与弯曲载荷。曲线310对应于图7的“V”中间肋构造。曲线320对应于图8的“N”中间肋构造。曲线330对应于图6的“X”中间肋构造。曲线340对应于图9的“S”中间肋构造。对于每个片材是1050mm的长度(如先前描述的在l-轴上测量的)并具有大于两倍的长度的宽度的多壁片材进行计算模拟。片材具有16mm的整体片材厚度T、20mm的肋条距离Lo和3.3kg/m2的单位重量，具有“X”中间肋构造的多壁片材的中间肋厚度T6被减半以保持相同的单位重量。每个片材以20mm的接合距离沿着四边中的每个被连续支撑并且根据风压模拟每个片材的偏移。结果表明斜率的突变指出的灾难性的弯曲损坏对于“S”中间肋构造(曲线340)显著高于其它构造。具体地，具有“X”、“V”、“N”、和“S”中间肋构造的片材的弯曲损坏分别是2300N/m2、2400N/m2、2700N/m2、和4500N/m2。可以看出，对于“S”中间肋构造成的片材的弯曲损坏出现的载荷大约比“X”中间肋构造成的片材(曲线330)高96％，比“V”中间肋构造成的片材(曲线310)高88％，并且比“N”中间肋构造成的片材(曲线320)高67％。这些结果还示出在较低的风载荷(例如，1000N/m2)下，由偏移的量指出的抗弯刚度几乎相同。
图11示出了在自然光结构中用作镶玻璃系统的屋顶或墙壁部分的多壁片材30，诸如温室、房顶太阳能集热器、暧房、运动场、门廊、门厅、日光浴室、遮阳篷、天窗、池围栏、凉台、走廊、阳台等。
图12示出了沿着t-l平面截取的长度L的多壁片材30的截面图。多壁片材在两个片材边缘10，12上由接合构件50接合等于两倍的肋间隔Lo的接合距离E。接合距离可以根据肋间隔确定，并且可以等于1至8倍的肋间隔Lo的长度，例如1至4倍，或者1至2倍的肋间隔。可替换地，接合距离可以与肋间隔无关并且接合距离可以是从5mm至50mm，例如，10mm至30mm，或者20mm。
图13示出了具有沿着l-轴延伸的长度L、沿着w-轴延伸的宽度W、和沿着t-轴延伸的总的片材厚度T的多壁片材30。
本文中公开的多壁片材可以通过挤出形成为整体片材(例如，共同挤出)或者多壁片材的组件可以单独形成并利用任何已知的技术成型在一起。
在每个条件下的力具有与片材正交的相同量级的作用时，本文中公开的多壁片材可以表现出在吸入和加压条件下的非常相似的偏移。本文中使用的“吸入”条件可以指代在多壁片材的一侧暴露于比作用在片材的相对侧上的压力低的压力时。如在本文中使用的“加压”条件可以指代多壁片材的一侧暴露于比作用在片材的相对侧上的压力高的压力。这两个条件之间仅有的差异是作用在片材上的力矢量并且因此位移方向不同(如果有的话)。在吸入条件下，位移的绝对值可以是相同量级(即，力的大小、或者力矢量的长度，而不是力起作用的方向)的加压条件下的位移的75％至125％，例如，90％至110％，或者，95％至105％，或者，99％至101％。多壁片材在吸入条件和压力载荷条件两者下可以提供的相似的性能。这样在相反的力下的相似的性能可以减少或消除对片材进行防错(mistake-proof)(例如，确定外侧、内侧等)以避免不当安装的需要。
肋间隔可以涉及透光性或光学清晰度和刚度。刚度可以随着肋间隔的减少而提高并且光学清晰度可以随着肋间隔的增加而提高。因此，肋间隔可以针对给出的最终用途或多壁片材应用而优化。
实例1
计算分析用于预测沿着片材的所有四个边缘连续固定24mm的接合距离的矩形多壁片材的偏移性能。分析模拟1000N/m2的风力载荷并且预测每个片材的产生的最大偏转。每个片材的长度是980mm，并且宽度大于两倍的长度。测试的样品具有不同的总片材厚度、壁厚度、肋条厚度以及中间肋厚度。除变化的厚度之外，样品之间的中间肋高度以及倾斜距离(类似于图2中的第二初始偏移距离14)也是变化的。不同的片材设计(厚度、高度和距离)导致每个样本的不同重量。计算实验结果的结果汇总在表1中。
表1
注解：所有尺寸以mm为单位
1TST＝总的片材厚度(类似于标准尺寸或片材厚度T)
2ST＝外壳厚度(类似于壁厚度T2，T4)
3RD＝肋条距离(类似于肋间隔Lo)
4RT＝肋条厚度
5MD＝中间肋距离(类似于中间肋高度26)
6SD＝倾斜距离(类似于在图2中的第二初始偏移距离14)
7DT＝中间肋厚度
实例2
对图1和图2的多壁片材进行计算非线性结构分析。片材被模拟为利用20mm的接合将所有四个边缘夹住，并经受1000N/m2的载荷。图1和图2的片材的单位重量和厚度分别保持在2.3kg/m2和16mm。在模拟条件下，分别预测在图1和图2中示出的构造的多壁片材的最大弯曲偏移为72.4mm，和41.5mm。因此，对于给出的重量、载荷、跨度、接合和支撑条件，在图2中示出的构造的多壁片材被模拟为进行在图1中示出的构造的多壁片材的57％的偏移(例如，改善了43％的弯曲刚度)。
实例3
对于吸入和加压两者对在图2中示出的构造的多壁片材进行计算非线性结构分析(即，在载荷被单独施加在多壁片材的每侧上时)。在片材被模拟为在吸入载荷下时，预测最大弯曲偏移为41.47mm。在片材被模拟为被加压时，预测最大弯曲偏移为41.53mm。这些结果示出在图2中示出的构造的多壁片材的性能无论在吸入载荷下还是在加压载荷下几乎相同，意味这片材可以具有在垂直于片材的表面方向上的各向同性刚度特性。相比之下，具有“N”型中间肋构造的多壁片材的性能对于压力和吸入载荷可以是不一致的。各向同性刚度是有利的，因为对于压力和吸入载荷性能对片材方位不敏感。可以避免专用的紧固件、连接器、收集器、夹具等。也可以减少或消除安装人员和/或消费者的面板防错需要。利用在这些相反的条件下具有几乎相同的性能的面板，不再需要将面板定向在特定方向上以实现想要的刚度性能。
以下所阐述的是本文中描述的多壁片材的实例，包括其的产品，以及制造其的方法。
实施方式1：一种多壁片材，包括：第一壁；第二壁；多个肋条，在第一壁和第二壁之间延伸；以及多个中间肋，其中一个中间肋在两个相邻肋条之间延伸，其中中间肋相对于邻接肋条以一中间肋角度延伸，并且其中，相对于中间肋所附接的肋条，中间肋角度不是90°，并且其中中间肋仅附接至相邻肋条。
实施方式2：根据实施方式1的多壁片材，其中，中间肋的初始端在从第一壁的内表面测量的第一初始偏移距离处附接至第一肋条。
实施方式3：根据实施方式2的多壁片材，其中，第一初始偏移距离是总的片材厚度的10％至90％。
实施方式4：根据实施方式1至3的多壁片材，其中，相邻的中间肋形成中间肋图案，该中间肋图案包括重复的中间肋图案、交替的中间肋图案或者包括前述图案中的至少一种的组合。
实施方式5：根据实施方式1至4中的任意一个的多壁片材，其中，片材具有4mm至100mm的总的片材厚度。
实施方式6：根据实施方式1至实施方式5中的任意一个的多壁片材，其中，第一壁具有0.1mm至10mm的厚度。
实施方式7：根据实施方式1至6中的任意一个的多壁片材，其中，第二壁具有0.1mm至10mm的厚度。
实施方式8：根据实施方式1至7中的任意一个的多壁片材，其中，多个肋条中的每个均具有0.1mm至10mm的厚度。
实施方式9：根据实施方式1至8中的任意一个的多壁片材，其中，多个中间肋中的每个均具有0.02mm至2mm的厚度。
实施方式10：根据实施方式1至9中的任意一个的多壁片材，其中，片材包括塑料材料。
实施方式11：根据实施方式1至9中的任意一个的多壁片材，其中，片材包括塑料材料，并且其中塑料材料包括聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚的均聚物和共聚物，或包括前述材料中的至少一种的组合。
实施方式12：根据实施方式1至11中的任意一个的多壁片材，其中，在1000N/m2的风压下的最大片材偏转小于或等于70mm。
实施方式13：根据实施方式1至12中的任意一个的多壁片材，其中，在1000N/m2的风压下的最大片材偏转小于或等于51mm。
实施方式14：根据实施方式1至13中的任意一个的多壁片材，其中，在1000N/m2的风压下的最大片材偏转小于或等于38mm。
实施方式15：根据实施方式1至14中的任意一个的多壁片材，其中，在吸入条件下的片材偏转是在与吸入条件相同的量级的加压条件下的片材偏转的75％至125％。
实施方式16：根据实施方式1至15中的任意一个的多壁片材，其中，肋间隔是总的片材厚度的10％至1000％。
实施方式17：根据实施方式1至15中的任意一个的多壁片材，其中，肋间隔是总的片材厚度的75％至125％。
实施方式18：根据实施方式1至15中的任意一个的多壁片材，其中，肋间隔等于总的片材厚度。
实施方式19：根据实施方式1至18中的任意一个的多壁片材，其中，中间肋角度是5°至85°，优选地，10°至70°，优选地，20°至45°。
实施方式20：根据实施方式1至19中的任意一个的多壁片材，其中，中间肋角度是95°至175°，优选地，100°至160°，优选地，110°至135°。
实施方式21：根据实施方式1至20中的任意一个的多壁片材，其中，中间肋在第一壁和第二壁之间。
实施方式22：根据实施方式1至21中的任意一个的多壁片材，其中，第一壁和第二壁没有附接中间肋。
实施方式23：根据实施方式1至22中的任意一个的多壁片材，其中，中间肋不附接至第一壁和第二壁中的任何一个。
实施方式24：一种包括实施方式1至23中的任意一个的多壁片材的制品。
实施方式25：一种制造多壁片材的方法，包括：形成多壁片材；其中多壁片材包括：第一壁；第二壁；多个肋条，在第一壁和第二壁之间延伸；以及多个中间肋，其中，一个中间肋在两个相邻肋条之间延伸，其中中间肋相对于邻接肋条以一中间肋角度延伸，并且其中中间肋角度相对于中间肋所附接的肋条不是90°，其中中间肋仅附接至相邻肋条，并且其中中间肋不附接到第一壁和第二壁中的任何一个。
实施方式26：根据实施方式25所述的方法，其中，形成多壁片材包括挤出、共挤、注射模制或包括前述中的至少一种的组合。
实施方式27：根据实施方式25至26中的任意一个的方法，进一步包括：切割多壁片材。
实施方式28：根据实施方式25至27中的任意一个的方法，进一步包括：在二次操作中处理多壁片材。
一般来说，本发明可以可替代地包括在本文中公开的任何合适的组分，由其组成，或基本上由其组成。本发明可以另外地或可替代地配制成不含或基本上不含现有技术组合物中使用的或者不是为了实现本发明的功能/或目的所必需的任何组分、材料、成分、辅料或物质。
本文中公开的所有范围包括端点，并且端点可独立地相互组合(例如，“高达25wt％，或者，更具体地，5wt％至20wt％”的范围包括端点以及“5wt％至25wt％”的范围内的所有中间值等)。“组合”包括共混物、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、数量或重要性，而是用于表示一个要素有别于另一个。本文中的术语“一”、“一个”和“这个”不表示数量的限制，并且应该解释为覆盖单数和复数两者，除非在本文中另外指出或与上下文明显矛盾。如本文所使用的，后缀“(s)”旨在包括单数个和复数个其所修饰的术语，因此包括该术语的一个或多个(例如薄膜(s)包括一个或多个薄膜)。贯穿说明书的参考“一个实施方式”、“另一个实施方式”、“一种实施方式”等，意味着与实施方式有关所描述的特别要素(例如，特征、结构、和/或特性)包括本文中所描述的至少一个实施方式，并且可以或可以不存在于其它实施方式中。此外，应该理解的是，所描述的要素可在各实施方式中以任何合适的方式进行组合。
虽然已经描述了具体的实施方式，但申请人或本领域其他技术人员将会或可以想到目前无法预料或可能无法预料的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此，所提交和可能修改的所附权利要求旨在涵盖所有这些替代、修改、变化、改进和实质等同物。

Claims (20)

1.一种多壁片材，包括：
第一壁；
第二壁；
多个肋条，在所述第一壁和所述第二壁之间延伸；以及
多个中间肋，其中，一个所述中间肋在相邻的两个所述肋条之间延伸，其中，所述中间肋相对于邻接的所述肋条以一中间肋角度延伸，并且其中，相对于所述中间肋所附接的所述肋条，所述中间肋角度不是90°，其中，所述中间肋仅附接至相邻的所述肋条，并且其中，所述中间肋不附接至所述第一壁和所述第二壁中的任何一个。
2.根据权利要求1所述的多壁片材，其中，所述中间肋的初始端在从所述第一壁的内表面测量的第一初始偏移距离处附接至第一肋条。
3.根据权利要求2所述的多壁片材，其中，所述第一初始偏移距离是总的片材厚度的10％至90％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，相邻的所述中间肋形成中间肋图案，所述中间肋图案包括重复的中间肋图案、交替的中间肋图案或者包括前述图案中的至少一种图案的组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，所述多壁片材具有4mm至100mm的总的片材厚度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，所述第一壁具有0.1mm至10mm的厚度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，所述第二壁具有0.1mm至10mm的厚度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，多个所述肋条中的每个均具有0.1mm至10mm的厚度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，多个所述中间肋中的每个均具有0.02mm至2mm的厚度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，所述多壁片材包括塑料材料。
11.根据权利要求10所述的多壁片材，其中，所述塑料材料包括聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚的均聚物和共聚物或包括前述材料中的至少一种的组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，在1000N/m2的风压下，最大片材偏转小于或等于70mm，优选地，小于或等于51mm，或者小于或等于38mm。
13.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，在吸入条件下的片材偏转是在与所述吸入条件相同的量级的加压条件下的片材偏转的75％至125％。
14.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，肋间隔是总的片材厚度的10％至1000％，优选地，75％至125％。
15.根据前述权利要求中任一项所述的多壁片材，其中，肋间隔等于总的片材厚度。
16.一种包括前述权利要求中任一项所述的多壁片材的制品。
17.一种制造多壁片材的方法，包括：
形成所述多壁片材；
其中，所述多壁片材包括：
第一壁；
第二壁；
多个肋条，在所述第一壁和所述第二壁之间延伸；以及
多个中间肋，其中，一个所述中间肋在相邻的两个所述肋条之间延伸，其中，所述中间肋相对于邻接的所述肋条以一中间肋角度延伸，并且其中，相对于所述中间肋所附接的所述肋条，所述中间肋角度不是90°，其中，所述中间肋仅附接至相邻的所述肋条，并且其中，所述中间肋不附接至所述第一壁和所述第二壁中的任何一个。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，形成所述多壁片材包括：挤出、共挤、注射模制或包括前述方式中的至少一种的组合。
19.根据权利要求17至18中任一项所述的方法，所述方法还包括：切割所述多壁片材。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，所述方法还包括：在二次操作中处理所述多壁片材。
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