CN1140687A - 集装箱 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种特别适用于飞机的集装箱,它作为重量较轻的集装箱具有足够的强度和刚度,并且能够花费少得多的时间和小得多的成本加以制造和装配。该集装箱具有侧壁,一个顶板和一个底板,其中,至少所述侧壁是用FRP制成的并且其中上述板的毗邻的两侧是由整体成型的连续FRP面板构成的。
Description
本发明涉及一种用于飞机(航空货运集装箱)、船舶,货运列车等的集装箱。
在众多运输装置中,飞机的重量是较重要的,由于即使重量的轻微减小也是非常有效的,因此已经开始在飞机的许多部位采用FRP(纤维加强塑料)。
飞机的集装箱对于运输货物和旅客的行李来说是绝对必要的。一架飞机,特别是国际航线上的飞机,都装有数十个集装箱,而货运飞机则装有100个以上的集装箱。因此,集装箱重量的减小在经济方面是非常有效的。一个目前所用的宽约2米,深约1.5米和高约1.6米的标准集装箱重约90公斤。据说.如果国际航线的飞机的重量减小1公斤,运行成本每年就可以减少10000元。然而,在这二十多年的时间里,集装箱的重量却没有多少减小。
目前所用的集装箱是用铝合金制成的。它们在被装进飞机或从飞机上卸下时会受到粗暴地搬运,因而存在许多诸如铲车的叉头经常刺穿集装箱、损坏它们及它们内所装的货物的问题,因而要求经常维修。而且,近来随着从生产地直接输送到客户的产品的增加,绝热输送的要求也在增加。不过,由于铝合金具有较高的热传导性,就必须大量地使用绝热材料来增加绝热性能,在外表面上出现水气冷凝就成为另一个问题。
另一方面,大部分目前所使用的集装箱具有箱体式结构,该箱体是通过将铝合金板连同诸如角撑板的加强材料铆接或焊接到一个铝合金框架上的方式组装成的。上述的标准集装箱是通过组装超过50个以上的零件制成的,而且为组装它们使用了超过500个的铆钉。这种集装箱很重,并且制造和组装它们都要花费大量的时间和成本。
JP-A-07-257683公开了一种集装箱,其侧壁和顶板是用FRP构成的。虽然这种集装箱与得到广泛使用的由铝合金制成的集装箱相比重量较轻,并且具有较高的强度,但是该专利一点也没有提及改进的厚度和FRP的纤维成分。
而且,目前所使用的集装箱必须使用截面模量大的框架,以便确保总的强度和刚度,而这也是阻碍集装箱重量减小的因素之一。
作为解决上述用于飞机的集装箱的问题,例如,JP-A-94-48480提出了一种用于飞机的集装箱,该集装箱包括用FRP作为外板和用泡沫材料作为板芯的夹层板,在它们的周围设置有连接突缘,使得相邻接的夹层板通过突缘连接起来以便形成一个箱体结构。由于此集装箱使用了FRP,就不需要大的框架了,因此与常规的铝合金集装箱相比,其重量较轻,但由于没有使用框架,所用夹层板必须是厚的,并且希望达到的效果减小了。而且由于是接合结构,制造和组装都会花费大量的时间和成本。
本发明的目的是解决常规集装箱的上述问题,并提供一种集装箱,该集装箱不仅重量较轻,强度较高,而且具有极好的绝热性。
本发明的另一个目的是提供一种可解决上述问题的集装箱,它对飞机来说特别理想,重量较轻,作为集装箱其强度和刚度足够的大,可以以很短的时间和成本加以制造和组装。
本发明的集装箱不仅可以用于飞机,而且适用于船舶和货运列车等。
为了达到上述目的,本发明提供一种集装箱,它包括一个框架,若干侧壁,一块顶板和一块底板,其中,至少所述侧壁是用FRP面板制成的,其厚度t(mm)和纤维含量Vf(%)分别满足0.3≤t≤1.5和25≤Vf≤65。也有可能是,所述侧壁包括至少两块每侧用作一组的FRP面板,两块面板之间留有一间隙,或该间隙装填有一种绝热材料或装有一种干燥剂。
为了达到上述目的,本发明的集装箱最好至少包括侧壁,顶板和底板的毗邻的两侧,所述壁和板是由一块整体形成的连续FRP面板构成的。
毗邻的两侧可以是两个侧壁,或一个侧壁和该顶板,或一个侧壁和该底板。而且三块或更多的毗邻的板也可以形成为一个整体形成的连续FRP面板,或两个或更多的毗邻侧壁和该顶板或该底板可以形成为一个整体形成的连续FRP面板。而且,一个或更多的侧壁和顶板和底板也可以形成为一个整体形成的连续FRP面板。
构成侧壁的FRP的加强纤维的种类可以是玻璃纤维或聚芳酰胺纤维,但碳纤维在比强度和比模量方面更好,或者编织碳纤维织物是更可取的。特别是如果使用拉伸强度σf为450kgf/mm2或更大和延伸率δ为1.7%或更大的编织碳纤维织物,FRP的耐刺穿撞击能力可以比用在常规集装箱中的铝合金板大一些。
加强纤维可以是单向的,但建议用上面所述的编织织物。如众所周知的那样,编织织物可以用平纹织造、缎纹织造或多层织造等得到。但平纹织造更可取,因为它在纬纱线和经纱线的约束力上更强并且可以增加侧壁的耐刺穿撞击能力。
FRP的基体树脂可以是诸如环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂和酚醛树脂的普通的热固性树脂,和诸如尼龙树脂和ABS树脂的热塑性树脂中的任何一种,但考虑到可能出现火灾,最好是用防火酚醛树脂、防火环氧树脂或防火不饱和聚酯树脂。
我们发现如果FRP面板的厚度或纤维含量不合适,就不可能获得足够的轻便和足够的强度。厚度最好是在0.3-1.5mm的范围内。如果厚度小于0.3mm,FRP面板的强度就小于铝材面板的强度,并且经常被叉车的叉头叉破。如果厚度大于1.5mm,其重量就等于或大于铝合金制成的侧壁或顶板的重量。另一方面,FRP的纤维含量最好是25-65%。如果Vf小于25%,为了获得预定的强度,厚度就必须大些,因此集装箱就不可能轻。而对于高纤维含量的FRP,虽然可以期望得到高强度,但却难以用基体树脂均匀地浸渍或基本上不可能进行加。
侧壁可以很容易地用诸如交叉层压的单向预浸渍体或层压织造预浸渍体织物的热压模制的普通FRP模制方法、RTM模制方法或手工铺叠诸如加强纤维的预制坯的方法中的任何一种方法生产。
顶板和底板也可以象侧壁那样制造。不过,顶板也可以是用诸如聚酰胺树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、丙烯酸树脂或聚碳酸酯树脂的合成树脂制成的板,因为它要比侧壁较不易破裂。建议底板最好用铝合金制成,因为它接触诸如辊式传送机的运载设备。
形成两个或更多个毗邻的板的整体成形的连续FRP面板可以通过单向预浸渍体或在模具中的层压织造预浸渍体的热压模制,或由RTM或手工铺叠方法模制加强纤维的预制坯等等的方法,或pultrusion方法,或美国专利4902215等等专利中陈述的方法,或任何其他普通的FRP模制方法制成。
集装箱除了FRP的其他部分,例如板,框架和箱门可以用诸如铝合金或钢的任何常规的金属材料,或任何其他材料制成。不过,最好使用诸如铝合金的比强度和比模量性能好的材料作为金属材料。
诸如侧壁,顶板和底板的FRP,和整体成形的连续FRP面板可以通过使用铆钉或一种粘接剂,或使用铆钉,焊接或一种用于任何加强材料的粘接剂直接与诸如角撑板或框架的其他部件直接连接起来。
在使用铆钉或螺栓的情况下,当集装箱壁与例如叉车的叉头相撞时,不仅仅是撞击部位,壁上用于铆钉或螺栓的孔周围也可能破裂,因为FRP的耐刺穿撞击能力要高于铝合金板的耐刺穿撞击能力。在这种情况下,不更换至少一个壁就不能修复集装箱,而这是很昂贵的。另一方面,在集装箱是由铝合金板制成的情况下,破裂模式的类型是形成一个孔并且集装箱可以用一个补缀装置经济地进行修复。
为了解决FRP集装箱的问题,把用于铆钉或螺栓的孔的周围的材料比其他部位加厚些是一种有效的方法。例如,最好在孔的周边额外地叠加上预浸渍体并且在热压模制中模制成形。另一种方法是,在应用树脂传输模制或手工铺叠方法的情况下,应在孔的周边部位处额外地叠加上需要量的加强纤维。
为了增加整个集装箱的强度和刚度,整体成形的连续FRP面板也可以是一种把FRP面板作为外层的的FRP夹层板。在这种情况下,FRP夹层板的芯部是一种由诸如聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯或ABS的热塑性树脂制成的泡沫塑料,或一种由诸如酚醛树脂,环氧树脂,硅氧烷树脂或聚氨基甲酸乙脂的热固性树脂制成的泡沫塑料,或由铝或间芳酰胺树脂制成的蜂窝结构。
为了得到高强度高刚度且重量较轻的集装箱,由FRP构成的侧壁,一个顶板和/或一个底板可以部分地用带有该FRP作为外层的夹层结构的肋或空心结构的肋来加强。
而且,夹层结构的肋或空心结构的肋设置在侧壁之间,或一个侧壁和一个顶板之间,或一个侧壁和底板之间的内侧角落处,所述侧壁和板都是用整体成形的连续FRP面板构成的。在这种情况下,由于夹层结构的肋或空心结构的肋象用于飞机的常规集装箱的框架那样承受施加到整个集装箱上的荷载,由FRP构成的侧壁,一个顶板和/或一个底板最好可以制得薄些,以便提供一种高强度高刚度且重量较轻的集装箱。
夹层结构的肋和空心结构的肋可以把装有该FRP作为外层的FRP面板,芯部和涂覆有一种粘接剂的位于相对着FRP的一侧上的内层等装配在一起,但是如果它们在FRP模制时在一起加工,就可以节省后处理和装配的时间。在这种情况下,设置在相对着FRP的一侧上的内层是事先模制的。
夹层结构的肋的芯部可以是一种用诸如聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯或ABS的热塑性树脂制成的泡沫塑料,或一种由诸如酚醛树脂,环氧树脂,硅氧烷树脂或聚氨基甲酸乙脂的热固性树脂制成的泡沫塑料,或由铝或间芳酰胺树脂制成的蜂窝结构。对于内层来说,可以使用任何材料,但要考虑到粘接性和线膨胀系数,最好是使用类似于用作为外层的整体成形的连续FRP面板的材料。
FRP内的加强纤维可以是任何种类,但最好它们是至少连续通过至少一组毗邻的两侧。由于连续加强纤维的使用可以保证整个集装箱的强度和刚度,集装箱就可以用较薄的板制成,以便大大地减小重量。
以下参照所示出的实例对本发明进行描述。
图1是示出作为实施例的本发明的飞机用集装箱的示意透视图。
图2是一个剖视图,示出了本发明的飞机用的集装箱的重要部分。
图3是一个剖视图,示出了本发明的飞机用到集装箱的另一重要部分。
图4是一个示意的透视图,示出了作为一个实例的本发明的飞机用集装箱。
图5是沿图1中X-X箭头的剖视图。
图6是一个剖视图,示出了作为实例的本发明的夹层结构的肋。
图1所示集装箱具有分别由FRP制成的侧壁2和一个顶板6以及一个由铝合金制成并安装在由铝合金制成的框架1上的底板。关于将侧壁2、顶板6和底板7安装到框架1上的情况,如图2所示,该图中安装有两个侧壁2,侧壁2嵌装在在框架上形成的沟槽中并通过涂覆在准备插入的面上的粘接剂3,和铆钉4固定住。如果每一侧要嵌装双层,即两块FRP面板2,它们可以如图3那样安装。在图3所示例子中,在两块FRP面板2和2之间形成有一个间隙,其内装有一种干燥剂5。该间隙是起绝热层的作用,并且还可以填装有一种诸如玻璃绵或泡沫合成树脂的重量轻、最好阻燃的绝热材料。
图4是另一幅示意透视图,示出了作为例子的本发明的飞机用集装箱。
在图4中,标号11标示形成作为四个侧壁之一的侧壁部分11a,和顶板部分11b的整体成形的连续FRP面板;标号12标示由铝合金制成的箱门安装框架构件;标号13标示铝合金制成的底板;标号14标示铝合金制成的底框构件;和标号15标示箱门。箱门安装框架构件12被铆接到FRP面板11上并设置有开启、关闭和锁定箱门的功能。箱门15具有一个由FRP制成并铆接到由铝合金制成的一个箱门框架构件15a上的门板15b,并设置有开启、关闭和锁定箱门所必须有的功能。FRP面板11和底板13通过穿过底框构件14的铆钉结合在一起,而箱门15也通过穿过箱门框架构件15a和箱门安装框架构件12的铆钉连接到FRP面板11上。
图5是一幅示意竖直剖视图,示出了本发明集装箱的顶板和侧壁之间的角落。在图5中,标号16标示内角落处的带有作为外层的FRP面板11的夹层结构的肋;标号16a标示由装在肋条16内的聚氯乙烯泡沫塑料制成的芯部;标号16b标示由FRP制成的内层。也可以使用从夹层结构的肋16中去掉芯部16a所构成的空心结构的肋。
图6示出了夹层结构的肋,它包括一个由整体成形的FRP构成的侧壁(顶板或底板)11a,一个局部地设置在侧壁11a下面的芯部17a,和一个设置在侧面的FRP面板11a相反侧上的内层。芯部17a和内层17b可以随后使用粘接剂粘接到侧面的FRP面板11a,或可以在FRP被模制时同时地被模制。
本发明的集装箱具有一个框架,侧壁,一个顶板和一个底板,其中,至少是侧壁,最好是侧壁和顶板由FRP制成。因此,与铝合金制成的常规集装箱相比,本发明的集装箱强度较高和重量较轻,以便在使用时,可以更加经济地营运,并且具有非常优良的绝热能力。重量减轻的效果可以达到约20%,例如,如果侧壁和顶板是由碳纤维加强塑料(CFRP)制成的,和如果框架也是由CFRP制成的,减重效果可达到约30%。而且,如果侧壁和顶板是由CFRP制成的,绝热能力可以进一步提高,因为CFRP的导热系数是0.7-4.2kcal/m·hr·′C,与铝合金的约200kcal/m.hr·′C的导热系数相比低得多。通过每一个侧壁或顶板使用一套至少两个FRP面板,并且在两个面板之间形成有一个间隙,可以进一步提高耐刺穿撞击能力和绝热性,并且如果该间隙内装填有一种绝热材料或装有一种干燥剂,则绝热性还可以进一步提高。
如果本发明的集装箱具有至少一组由整体形成的连续FRP面板构成的毗邻的两侧,它就具有较常规集装箱高的强度和轻的重量,以便能够经济地营运,并且可以花费较少的时间和较低的成本进行加工和装配。
例如,如果四个侧壁,顶板和箱门都制成为整体成形的连续碳纤维加强塑料(CFRP)部件,而底板、箱底框架构件和箱门框架构件是由铝合金制成的,并且它们是用铝合金铆钉结合在一起,则构成一个类似集装箱的零件的数量可以是25,这一数量约是常规集装箱的零件数量的一半,而铆钉数量约为200,还不到一半。加工和装配所花费的时间可以大大地减少到通常时间的三分之二。
此外,如果在侧壁之间,或在一个侧壁和顶板之间,或在一个侧壁和底板之间的角落处设置的是侧壁或顶板或底板的一部分的夹层结构的肋或空心结构的肋,并且这些壁和板是由整体成形的连续FRP面板制成的,整个集装箱的强度和刚度就可得到保证,以便能去掉框架和使用更薄的板,以进一步提高重量减轻的比率。
Claims (22)
1.一种集装箱,它包括一个框架,侧壁,一个顶板和一个底板,其中,至少所述侧壁是用FRP面板制成的,其厚度t和纤维含量V分别处在0.3mm≤t≤1.5mm和25%≤Vf≤65%的范围内。
2.如权利要求1所述的集装箱,其特征在于:所述顶板是用FRP制成的。
3.如权利要求2所述的集装箱,其特征在于:所述框架和所述底板是用铝合金制成的。
4.如权利要求1所述的集装箱,其特征在于:所述侧壁包括至少两个作为外层的FRP面板,它们之间形成有一个间隙。
5.如权利要求4所述的集装箱,其特征在于:该间隙装填着一种绝热材料。
6.如权利要求4所述的集装箱,其特征在于:在该间隙内装有一种干燥剂。
7.如权利要求1所述的集装箱,其特征在于:所述侧壁,所述顶板和所述底板的至少毗邻的两侧是由整体成形的连续FRP面板构成的。
8.如权利要求7所述的集装箱,其特征在于:所述至少毗邻的两侧是侧壁。
9.如权利要求7所述的集装箱,其特征在于:所述至少毗邻的两侧是一个侧壁和所述顶板。
10.如权利要求7所述的集装箱,其特征在于:所述至少毗邻的两侧是一个侧壁和所述底板。
11.如权利要求7所述的集装箱,其特征在于:至少一个侧壁,所述顶板和所述底板是由整体成形的连续FRP面板构成的。
12.如权利要求7所述的集装箱,其特征在于:所述至少两个侧面部分地或全部地由作为外层的整体成形的FRP面板构成,它们之间形成有一个间隙。
13.如权利要求7所述的集装箱,其特征在于:所述整体成形的连续FRP面板是用FRP作为外层的夹层结构的肋和空心结构的肋加强的。
14.如权利要求13所述的集装箱,其特征在于:该集装箱在内角落处是用所述夹层结构的肋或空心结构的肋加强的。
15.如权利要求7所述的集装箱,其特征在于:FRP内的加强纤维是连续贯通至少一组毗邻的两侧。
16.如权利要求1或7所述的集装箱,其特征在于:所述集装箱具有用于铆钉或螺栓的孔并且所述FRP在这些孔的周围部分的厚度要比其他部分的厚度厚些。
17.如权利要求1或7所述的集装箱,其特征在于:RRP内的加强纤维含有450kgf/mm2或更大的拉伸强度和1.7%或更大的延伸率。
18.如权利要求1或7所述的集装箱,其特征在于:所述FRP面板是用碳纤维的编织织物加强的。
19.如权利要求1或7所述的集装箱,其特征在于:所述FRP面板是用碳纤维的平纹织物加强的。
20.如权利要求1或7所述的集装箱,其特征在于:FRP内的基体树脂含有一种防火剂。
21.如权利要求1或7所述的集装箱,其特征在于:该集装箱是用于飞机的。
22.如权利要求1所述的集装箱,其特征在于:纤维含量Vf=30%。
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