CN114901565B - 具有复合狭缝的张力激活的扩展片材 - Google Patents

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Abstract

本公开整体涉及包括复合狭缝图案的张力激活的扩展制品。在一些实施方案中，这些制品用作缓冲膜和/或包装材料。本公开还涉及制备和使用这些张力激活的扩展制品的方法。

Description

具有复合狭缝的张力激活的扩展片材
技术领域
本公开整体涉及包括复合狭缝图案的张力激活的扩展制品。在一些实施方案中，这些制品用作缓冲膜和/或包装材料。本公开还涉及制备和使用这些张力激活的扩展制品的方法。
背景技术
2016年，消费者在网上购买的产品多于商店。(《财富》杂志于2016年6月8日提到，消费者现在大部分都在网上购物)。具体地讲，消费者在网上购物占51％，在实体商店购物占49％。同样出于上述杂志。消费者行为的这种变化的一个结果是每天邮寄和递送包裹数量的不断增长。每年有超过134亿件包裹被递送到全世界的家庭和企业(美国邮政服务约52亿件，联邦快递约33亿件，美国联合包裹运送服务公司(UPS)约49亿件)。尽管非包裹邮件的递送每年减少，但包裹递送以每年约8％的比率增长。这种增长导致美国邮政服务25％的业务为包裹递送。(《华盛顿观察家报》于2017年9月1日提到，“每递送一个亚马逊包裹，邮政服务就会损失1.46美元”)。亚马逊每天装运约300万个包裹，阿里巴巴每天装运约1200万个包裹。
不仅仅是商业装运包裹。不断发展的制造商文化为个体创造了通过像EtsyTM的网站将他们的手工产品装运到世界各地的机会。此外，对可持续性的日益关注使得许多消费者在eBayTM等网站上转售二手产品，而不是将它们扔到垃圾填埋场。例如，超过2500万人在eBayTM上出售货物，并且超过1.71亿人购买这些货物。
装运这些货物的个体和企业通常用装运容器装运它们，装运容器通常是包括要装运的产品、缓冲物和空气的箱。箱具有许多优点，包括例如箱可直立、重量轻、平放储存、可回收并且成本相对较低。然而，箱的标准尺寸通常与被装运物品的尺寸不匹配，因此用户必须用大量的填充物或缓冲材料填充箱，以试图保护被装运物品不在过大的箱中来回推挤并且变得损坏。
包裹缓冲材料在装运期间保护物品。装运和装载/卸载过程期间的振动和冲击的影响被缓冲材料减轻，以减少产品损坏的机会。缓冲材料通常放置在装运容器内部，在装运容器内缓冲材料通过例如屈曲和变形以及/或者通过衰减振动或将冲击和振动传递到缓冲材料而不是被装运的物品来吸收能量。在其他情况下，包装材料还用于除缓冲以外的功能，诸如将待装运的物品固定在箱中并将其安放在适当的位置。另选地，包装材料还用于填充空隙，诸如当使用显著大于待装运物品的箱时。
一些示例性包装材料包括塑料Bubble WrapTM、气泡膜、缓冲缠绕物、空气枕头、碎纸、皱纹纸、碎杨木、蛭石、吊架和波纹气泡膜。这些包装材料中的许多包装材料是不可回收的。
一种示例性的包装材料如图1A和图1B所示。膜100由包括多个切缝或狭缝110的图案的纸片制成，该图案通常被称为“跳跃狭缝图案”，是一种单狭缝图案。当膜100被张力激活时(沿着基本上垂直于切缝或狭缝110的张力轴线(T)牵拉)，形成多个梁130。梁130是相邻的同轴狭缝排之间的区域。由狭缝110形成的梁130共同经受一定程度的向上和向下移动(例如，参见图1B和图1C)。这种向上和向下移动导致图1A的二维制品(基本上平坦的片材)在张力激活时变成图1B和图1D的三维制品。当这种膜用作包装材料时，与二维平面结构相比，该三维结构提供了一定程度的缓冲。
膜100的切缝或狭缝图案如图1A所示，并在美国专利4,105,724(Talbot)和5,667,871(Goodrich等人)中有所描述。该图案包括多个单独的线性狭缝110的多个基本上平行的排112。给定排112中的每个单独的线性狭缝110与直接相邻且基本上平行的排112中的每个单独的线性狭缝110异相。在图1A至图1C的具体构造中，相邻排112的相位相差水平间距的一半。该图案形成狭缝110和排112的阵列，并且该阵列在整个阵列上具有规则的重复图案。在狭缝110的直接相邻的排112之间形成材料的梁130。
图2A示出了旋转90°的图1A至图1C的膜100的切缝或狭缝图案。每个线性狭缝110具有在第一末端114与第二末端116之间延伸的长度(L)。每个线性狭缝110还具有位于第一末端114和第二末端116中间的中点118。中点118由图2A的狭缝110中的两个狭缝上的小圆点示出。平行且对准的狭缝110的中点118基本上彼此对准。换句话讲，单独的线性狭缝110的中点118基本上与沿着张力轴线(T)的直接相邻的梁130上的单独的线性狭缝110的中点118对准。此类狭缝110不在直接相邻的狭缝排112中；相反，它们在交替排112上。此外，单独狭缝110的中点118位于沿着张力轴线(T)直接相邻的狭缝或切缝110的末端114、116之间。狭缝110的排112中两个直接相邻的狭缝110的中心之间的距离被标识为横向间距(H)。梁130的厚度或相邻线性狭缝110的两个相邻排112之间的距离被标识为轴向间距(V)。
更具体地，在图2A的实施方案中，狭缝110A的中点118A与狭缝110B的中点118B轴向对准，这意味着中点118A、118B沿着在轴向方向上延伸的轴线对准。狭缝110B在与狭缝110A所在的梁130A直接相邻的梁130B上。另外，狭缝110A的中点118A位于狭缝110C的末端114C和狭缝110D的末端116D之间。狭缝110C和110D与狭缝110A轴向直接相邻。图2A还示出了横向相邻中点118之间的横向节距(H)、轴向节距(V)或梁130的高度、狭缝长度(L)和张力轴线(T)，沿着该张力轴线可以提供张力以引起梁130的向上和向下移动。
图2B示出了当包括图2A的狭缝图案的制品以沿着张力轴线T的张力展开时形成的主张力线(例如，接近最高张应力路径的线)。图2B以点划线示出了主张力线140，其是将出现最大张应力的地方。张力线是当张力沿着张力轴线施加到材料上时承载最大负载的穿过材料的假想路径。当沿着张力轴线(T)施加张力时，主张力线140移动得更接近与所施加的张力轴线对准，从而导致图案已经被形成在其中的材料或片材扭曲。当单狭缝图案被展开时，沿着主张力线140的张力的激活导致图案的基本上所有区域经受一些张紧或压缩(张应力或压缩应力)，然后屈曲并弯出原始二维膜的平面。在一些实施方案中，当膜被完全展开和/或将张力施加到期望程度时，膜中基本上不存在保持平行于片材的原始平面的区域。
发明内容
本公开的发明人发明了新型复合狭缝图案。这些复合狭缝图案可用于形成张力激活的扩展制品。在一些实施方案中，制品可用于装运和包装应用。然而，制品和图案也可以用于多种其他用途或应用。因此，本公开不意味着局限于装运或包装材料应用，这仅仅是一种示例性的用途或应用。
一些实施方案涉及一种扩展材料，包括：材料，该材料包括多个复合狭缝。
在一些实施方案中，该材料在预张紧形式下是基本上平面的，但是其中当沿着张力轴线施加张力时，该材料的至少部分从预张紧形式的平面旋转90度或更大。在一些实施方案中，复合狭缝包括多于两个末端，并且这些末端中的至少一个末端是弯曲的。在一些实施方案中，复合狭缝中的至少一些复合狭缝包括钩、环、正弦波、方波、三角波、交叉狭缝或其他类似特征部中的至少一者。在一些实施方案中，狭缝图案基本上延伸到材料的边缘的一个或多个边缘。在一些实施方案中，材料包括纸、瓦楞纸、织造或非织造材料、塑料、弹性材料、非弹性材料、聚酯、丙烯酸、聚砜、热固性材料、热塑性塑料、可生物降解性聚合物及其组合中的至少一者。在一些实施方案中，材料为纸并且厚度在约0.003英寸(0.076mm)和约0.010英寸(0.25mm)之间。在一些实施方案中，材料为塑料并且厚度在约0.005英寸(0.13mm)和约0.125英寸(3.2mm)之间。在一些实施方案中，材料通过本文所述的互锁测试。在一些实施方案中，狭缝大致垂直于张力轴线。在一些实施方案中，所述多个狭缝中的狭缝在相邻排中彼此偏移狭缝的横向长度的75％或更少。在一些实施方案中，狭缝具有狭缝形状和狭缝取向，并且其中狭缝形状和/或狭缝取向在狭缝的排内变化。在一些实施方案中，狭缝具有狭缝形状和狭缝取向，并且其中狭缝形状和/或取向在相邻排中变化。在一些实施方案中，该材料具有在约0.001英寸(0.025mm)和约5英寸(127mm)之间的厚度。在一些实施方案中，所述多个狭缝中的每个狭缝具有在约0.25英寸和约3英寸之间的狭缝长度。在一些实施方案中，所述多个狭缝中的每个狭缝具有狭缝长度，并且材料具有材料厚度，并且其中狭缝长度与材料厚度的比率在约50和约1000之间。
一些实施方案涉及能够形成本文所述的任何复合图案的模具。
一些实施方案涉及由本文所述的任何扩展材料形成的包装材料。
一些实施方案涉及一种制造本文所述的任何扩展材料的方法，包括：通过挤压、模制、激光切削、水冲法、机械加工、立体光刻或其他3D打印技术、激光烧蚀、光刻、化学蚀刻、旋转模切、冲压、其他合适的负或正处理技术或它们的组合中的至少一者来形成材料中的复合狭缝图案。
这些实施方案中的一些实施方案涉及一种使用本文所述的任何扩展材料的方法，包括：沿着张力轴线向扩展材料施加张力以使材料扩展。在一些实施方案中，张力的施加导致以下中的一者或多者：(1)狭缝形成开口，以及/或者(2)邻近狭缝的材料形成起伏。在一些实施方案中，手动或使用机器施加张力。在一些实施方案中，沿着张力轴线向扩展材料施加张力导致材料从二维结构改变为三维结构。
附图说明
结合附图来考虑本公开的以下各个实施例的详细描述可以更全面地理解本公开。
图1A是示例性单狭缝图案的顶视图线条图。
图1B是用于形成图1A的包装材料的狭缝图案的顶视图线条图。
图1C是图1B的图的一部分的放大视图。
图2A是用于形成旋转90度的图1A和图1B的包装材料的狭缝图案的顶视图线条图。
图2B示出了图2A所示的狭缝图案的主张力线。
图3A是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图3B示出了当图3A的复合狭缝图案暴露于张力时该复合狭缝图案中的主张力线。
图4A至图4C示出了当材料暴露于张力时，图3A的狭缝图案已经形成在其中的材料的移动的顶视图示意图。
图4D是当材料暴露于张力时，图3A的狭缝图案已经形成在其中的材料的一部分的透视侧视图示意图。
图4E是当材料暴露于张力时，图3A的狭缝图案已经形成在其中的材料的透视侧视图示意图。
图4F至图4I示出了当材料暴露于张力时，图3A的狭缝图案已经形成在其中的材料的图像。图4F是从照片得到的近似侧视图；图4G是从照片得到的顶视图；图4H是近似透视图照片，并且4I是从照片得到的顶视图。
图5A是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图5B至图5D是分别从近似侧视图、透视图和近似顶视图示出的图5A的图案被切割到材料中并沿着张力轴线展开的照片产生的线条图。
图6是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图7是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图8是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图9是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图10A是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图10B至图10E是分别从透视图、近似侧视图、透视图、近似顶视图和顶视图示出的图10A的图案被切割到材料中并沿张力轴线展开的照片产生的线条图。
图11是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图12是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图13是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图14是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图15是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图16是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图17A是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图17B至图17D是分别从近似顶视图、顶视图和近似侧视图示出的图17A的图案被切割到材料中并沿张力轴线展开的照片产生的线条图。
图18A是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图18B至图18C是从照片得到的线条图，并且图18D至图18E是示出图18A的图案被切割到材料中并且沿着张力轴线展开的照片，其分别从透视图、与张力轴线横向对准约45度的视图、近似顶视图以及近似侧视图示出。
图19是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图20是示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。
图21A和图21B分别是示例性复合狭缝图案的顶视图和四分之三视图。
图21C至图21E分别是当材料暴露于张力时图21A至图21B的狭缝图案形成在其中的片材的部分的四分之三视图、前视图、侧视图和俯视视图。
图22是与本文公开的技术一致的用于制造材料的示例性系统。
具体实施方式
本公开的各种实施方案涉及复合狭缝图案并且涉及包括复合狭缝图案的制品。“狭缝”在本文中定义为穿过制品形成至少一条线的窄切缝，该至少一条线可以是直的或弯曲的，其具有至少两个末端。本文描述的狭缝是分立的，这意味着单独狭缝不与其他狭缝相交。狭缝通常不是切口，其中“切口”被定义为当狭缝与其自身相交时从片材上去除的片材的表面区间。然而，实际上，许多成形技术导致去除片材的一些表面区间，该表面区间对于本申请的目的而言不被认为是“切口”。特别地，许多切割技术产生“切槽”或具有一定物理宽度的切缝。例如，激光切割器将烧蚀片材的一些表面区域以产生狭缝，刳刨机(router)将切除材料的一些表面区域以产生狭缝，甚至挤压切割在材料的边缘上产生一些变形，这种变形在材料的表面区域上形成物理间隙。此外，模制技术需要狭缝相对面之间的材料，从而在狭缝处产生间隙或切槽。在各种实施方案中，狭缝的间隙或切槽将小于或等于材料的厚度。例如，切入0.007″厚的片材的狭缝图案可具有间隙大约为0.007″或更小的狭缝。然而，应当理解，狭缝的宽度可以增加到材料厚度的许多倍，并且与本文公开的技术一致。
如本文所用，术语“单狭缝图案”是指形成单独排的单独狭缝的图案，每个排横向延伸穿过片材，其中这些排沿着片材的轴向长度形成单独排的重复图案，并且每个排中狭缝的图案不同于直接相邻的排中狭缝的图案。例如，一个排中的狭缝可以与直接相邻的排中的狭缝轴向偏移或异相。
术语“多狭缝图案”在本文中被定义为单独狭缝的图案，其形成横跨片材横向方向y的第一组相邻排，其中第一组相邻排内的单独狭缝在横向方向y上对准。在多狭缝图案中，第一组相邻排与沿着片材的轴向长度的至少第二排形成重复图案，其中第一组相邻的相同排中的狭缝在横向方向y上与第二排中的狭缝偏移。术语“多狭缝图案”包括双狭缝图案、三狭缝图案、四狭缝图案等。
如本文所用，术语“复合狭缝”是指具有多于两个末端的狭缝，其区别于“简单狭缝”，简单狭缝在本文中定义为恰好具有两个末端的狭缝。复合狭缝具有带有至少一个片段交叉的至少两个狭缝片段。因此，“复合狭缝图案”是包括多个单独狭缝的图案，其中至少一些狭缝是复合狭缝。在一些实施方案中，该图案包括彼此相位偏移的狭缝的多个排。在一些实施方案中，狭缝基本上垂直于张力轴线(T)。
复合狭缝图案可以被构造成当暴露于沿着张力轴线的张力时比单狭缝图案产生显著更多的平面外旋转。这种材料的平面外旋转对于许多应用具有很大的价值。例如，旋转区间形成当材料的部分彼此相邻放置或缠绕在一起时可与平面外材料的其他区间互锁的平面外材料。因此，复合狭缝图案固有地互锁和/或包括互锁特征部。一旦张力激活，这些特征部和图案互锁并将材料基本保持在适当的位置。
材料是否互锁可通过以下测试方法确定。获得长36英寸(0.91m)和宽7.5英寸(19cm)的样品。样品完全展开而不撕裂，然后直接放置在光滑的PVC管(例如，外径(OD)为3.15英寸(8cm)和长度为23英寸(58.4cm)的PVC管)附近，从而确保样品在滚动期间保持完全展开。将样品缠绕在管上，确保每个连续层直接放置在前一层上，并且样品放置在管的中心(沿长度)。相同的操作将提供围绕管的最少两个完整缠绕。当所有样品都缠绕在管周围时，释放样品并观察样品是否展开/解缠。如果样品在1分钟等待后没有展开/解开，样品从管滑落到平滑的表面(诸如桌面)上。然后通过后缘提升样品，以观察其是否铺开/解缠或保持其形状。
如果样品在释放后的一分钟内打开/解缠，在样品从管滑落期间，或者当被后缘提升时，样品被认为“没有互锁”。如果样品在样品从管滑落期间和之后以及被后缘提升时保持其管状形状，则样品被认为是“互锁的”。针对每个样品重复10次测试。
平面外旋转也产生非常刚性的结构，因此它们可以抵抗显著的力。该结构可以以类似弹簧的方式吸收能量，而没有明显的塑性变形，并且还可以通过塑性变形屈曲和吸收能量。当复合狭缝图案被切割成二维制品(诸如纸)并且张力沿着张力轴线(T)被施加到制品上时，二维制品的部分旋转并移动到z轴(垂直于二维制品的原始平面的轴线)中，从而导致三维制品的形成。在一些实施方案中，与图1A至图2B的现有技术狭缝形状和/或取向相比，本文所述的狭缝形状使得材料或制品能够进行独特的平面外运动。在一些实施方案中，复合狭缝图案形成在其中的材料是基本上不可延展的。在一些实施方案中，复合狭缝图案连续通过并被材料的至少一个边缘截断，而不停止或改变。所得的材料和/或制品提供了各种各样的优点。
图3A是示例性复合狭缝图案300的顶视图示意图。复合狭缝图案可以与单狭缝图案或多狭缝图案一致。在该示例中，图案300包括狭缝312的排中的多个狭缝310。每个狭缝310包括第一轴向部分321、与第一轴向部分321间隔开并且大致平行于第一轴向部分的第二轴向部分323、以及连接第一轴向部分321和第二轴向部分323的大致横向部分325。每个狭缝310包括四个末端：第一末端314、第二末端315、第三末端316和第四末端317。每个狭缝310具有中点318。
第一末端314和第二末端315是狭缝310的第一轴向部分321的相对的末端。第三末端316和第四末端317是狭缝310的第二轴向部分323的相对的末端。第一末端314和第三末端316沿着轴向方向x上的轴线(在当前示例中平行于第一轴向部分321)对准，并且第三末端316与第四末端317沿着轴向方向上的轴线(在当前示例中平行于第二轴向部分323)对准。第一末端314和第三末端316沿着横向方向y上的轴线i1对准，并且第二末端315和第四末端317沿着横向方向上的轴线i2对准。排312a、312b中直接相邻的狭缝310之间的空间可称为轴向梁320。当暴露于张力时，排312a、312b中的相邻狭缝310之间的轴向梁320变成非旋转梁320(在图3C至图3E和图3G中可见)。由大致横向部分325减去非旋转梁320所界定的空间限定折叠壁区域330a、330b。
折叠壁区域330a、330b可进一步描述为具有两个大致矩形的区域331和333，其中矩形区域331由以下项界定：(1)狭缝310的垂直于张力轴线的直接相邻的大致横向部分325，以及(2)直接相邻的相对狭缝310上的相邻轴向部分321和323。轴向梁320在单排312a、312b中的相邻狭缝310之间，更具体地，在相邻轴向部分321和323之间。直接邻近梁320的是区域333，该区域是折叠壁区域330a、330b中在轴向方向上由梁320和大致横向部分325界定，并且在横向方向上由两个大致矩形的区域331界定(更具体地由相邻轴向部分321和323的轴向延伸部界定)的剩余材料。狭缝310的直接相邻的排彼此相位偏移。
在图3A的实施方案中，张力轴线T基本上平行于轴向方向x，并且基本上垂直于横向方向y。张力轴线T大致垂直于狭缝310的排312a、312b的方向。“大致垂直”在本文中定义为涵盖5度误差容限内或3度误差容限内的角度。张力轴线T是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案300已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
在当前示例中，与其他示例不同，没有横向梁在横向方向y上横跨片材的宽度延伸。相反，在当前示例中，存在横跨材料300的横向宽度限定的折叠壁区域330a、330b，所述折叠壁区域沿着材料300的片材的轴向长度交替。类似于一些其他示例，在当前示例中，材料的片材中的狭缝图案限定沿着材料300的片材的轴向长度交替的第一排312a和第二排312b。材料片材中的多个狭缝310限定梁的列和梁的排，其中轴向梁320中的每个轴向梁从第一折叠壁区域330a延伸到相邻的第二折叠壁区域330b。此外，轴向梁320中的每个轴向梁限定对应于排中的相邻狭缝的末端的两个终点324a、324b。
图3B示出了当包括图3A的狭缝图案的制品被沿着张力轴线T的张力展开时形成的主张力线340(例如，接近最高张应力路径的线)。图3B以点划线示出了主张力线340，其是将出现最大张应力的地方。张力线是当张力沿着张力轴线施加到材料上时承载最大负载的穿过材料的假想路径。当沿着张力轴线(T)施加张力时，主张力线340移动得更接近与所施加的张力轴线对准，从而导致片材扭曲。张力线340聚焦在同一排中的相邻狭缝之间的轴向梁320中。当暴露于张力时，这些梁320变成非旋转梁320。在图3A的实施方案中，这些非旋转梁320大致平行于张力轴线。在图3A的实施方案中，这些非旋转梁320是大致轴向的。当沿着张力轴线T(在该实施方案中是名义上平行于非旋转梁320的轴线)施加张力时，张力(或由该张力引起的最高应力集中)稍微均匀地存在于所有非旋转梁320上，但是穿过折叠壁区域330a、330b的截面，如虚线所示。
图4A至图4E是顶视图示意图，示出了当沿着张力轴线T施加张力时，包括图3A的狭缝图案的材料如何在空间中移动。当展开复合狭缝图案时，沿主张力线340的张力的激活导致图案的基本上所有区域经受一些张紧或压缩(张应力或压缩应力)，并且区域中的一些区域旋转和/或弯曲出原始二维膜的平面。穿过折叠壁区域330的张力导致梁同时旋转和折叠，以将非旋转梁320移动得更靠近在一起，从而变得与张力轴线T更加对准。在图4A中，非旋转梁320被表示为断开并与力矢量(箭头)连接。这有助于可视化不同区域中的力的相互作用以阐明材料的运动。由于经受力的材料300相对薄，所以折叠壁区域330将响应于张紧力的施加而旋转出平面并在非旋转梁320的基部处折叠。具体地，图4A示出了具有作用在折叠壁区域330上的力矢量的非旋转梁320。此动作致使材料300移动到图4B示意性地示出的位置中，其中折叠壁区域330a、330b由于图4A所示的力矢量而旋转。如图4C所示，折叠壁区域330也响应于图4A、图4B、图4C所示的力矢量折叠或弯曲。折叠或弯曲程度将根据许多因素而变化，包括例如材料的刚度或模量、张紧力的量值、元件的尺寸和比例、非旋转梁的宽度、非旋转梁之间的跨度等。
图4B是折叠壁区域330的顶视图示意图，仅示出了从图4A的顶视透视图的旋转。图4C是示出当完全张紧和展开时同时旋转和弯曲的旋转梁的顶视图的示意图。从顶视图看，折叠壁区域330一旦旋转，就形成可抵抗Z轴(正交于x-y平面)上的显著压缩力的手风琴式折叠竖直壁。使折叠壁屈曲所需的能量是该结构可以吸收以防止损坏其所缠绕的物体的能量。非旋转梁320连接折叠壁区域330。图3A的复合狭缝图案导致非旋转梁320交错，这进一步有助于材料在展开时的强度。非旋转梁320和折叠壁区域330a、330b的运动产生在图4E至图4I中可见的开口区域322。
返回图3A，大致矩形的区域333具有等于非旋转梁320的宽度或横向尺寸的宽度或横向尺寸。在一些实施方案中，优选地，该宽度相对于矩形区域331的宽度或横向尺寸较小。当矩形区域333的横向宽度相对于矩形区域331的横向宽度较小时，则矩形区域333在展开时将基本上起皱，并且不能与折叠壁区域330a、330b的其余部分清楚地独立地区分开，如图4D的图所示，并且如图4G中可见。特别地，在图4G的材料的面向视图(顶视图或底视图)中，开口322的形状看起来是大致六边形的，与图4I中的模型视图相比，其中在面向视图中更清楚地看到开口322的形状为八边形。如果矩形区域333足够宽，则另一平坦的竖直区段将存在于图4I所示的旋转/折叠梁的折叠部处。视觉上，这意味着开口322将类似于八边形而不是六边形。
图4F至图4I是从示出图3A的复合狭缝图案的照片得到的照片和图，该复合狭缝图案被形成或切割到纸片材中，然后暴露于沿张力轴线T的张力。这些附图直观地显示了上述原理如何作用于材料。图4F是从照片得到的近似侧透视图；图4G是从照片得到的近似顶视图；图4H是透视图照片，并且4I是从照片得到的顶视图。。
在一些实施方案中，可能优选的是使弯曲壁区段或矩形区域331的高度和宽度名义上相等，以在折叠壁中产生正方形区段。不受理论的约束，对于给定的横截面积，正方形板将具有最大的抗屈曲性。
在一些实施方案中，折叠壁中的尖锐折叠以及壁和非旋转梁之间的界面趋于产生足够高的应力(而不撕裂)，以使其中形成狭缝图案的材料塑性变形(或起皱)。因此，一旦展开，该结构倾向于以非常小的张力保持展开(蜂窝结构)形状，使得在许多情况下更容易缠绕物体。
类似于图3A至图4I的具体实施方式的实施方案具有独特的益处。例如，图3A至图4I例示了一组实施方案，其中当展开或张力激活时，材料的部分旋转至z轴(基本上90°或与处于其预张紧状态的材料300的原始平面正交)。另外，这些实施方案中的一些实施方案可以承受相对于其他图案化结构在法向轴线上施加的更大负载而不被压碎。这意味着它们可以为例如正在被装运的包裹和其他应用提供增加的或增强的保护。这些益处中的一些益处是折叠壁几何形状的强度增加的结果。折叠壁或手风琴形壁或旋转/折叠壁在展开的制品(经由施加张力或力展开)中具有较大面积惯性矩(也称为面积矩或第二惯性矩)，其中面积惯性矩在原始片材的平面中，并且相对弯曲轴线垂直于张力轴线并且平行于排的轴线。相对于不具有折叠的直的竖直壁，面积惯性矩增加。
当张力激活材料300缠绕在制品周围或直接邻近本身放置时，旋转/折叠壁区域330彼此互锁和/或与开口部分322互锁，以产生互锁结构。互锁可以按照上述互锁测试中的说明进行测量。
图5A是另一示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了狭缝在旋转梁530区域中以重叠距离535彼此重叠之外，该复合狭缝图案与图3A的复合狭缝图案基本上相同。具体地，图案500包括狭缝512的排中的多个狭缝510。每个狭缝510包括第一轴向部分521、与第一轴向部分521间隔开并且大致平行于第一轴向部分的第二轴向部分523、以及连接第一轴向部分521和第二轴向部分523的大致横向部分525。每个狭缝510包括四个末端514、515、516和517以及中点518。第一末端514、515是第一轴向部分521的末端。末端516、517是第二轴向部分523的末端。排512中直接相邻的狭缝510之间的空间是在排512中相邻狭缝510之间形成轴向梁520的材料。当暴露于张力时，排512中的相邻狭缝510之间的轴向梁520变成非旋转梁532(如图5B至图5D所示)。由大致横向部分525减去非旋转梁532界定的空间包括旋转/折叠壁530。旋转/折叠壁530可以进一步描述为具有两个大致矩形的区域531和533，其中矩形区域531由以下项界定：(1)狭缝510的垂直于张力轴线的直接相邻的大致横向部分525，以及(2)直接相邻的相对狭缝510上的相邻轴向部分52l和523。轴向梁520存在于单排512中的相邻狭缝510之间，更具体地，在相邻轴向部分521和523之间。直接邻近轴向梁520的是区域533，该区域是旋转/折叠壁530中在轴向方向上由轴向梁520和大致横向部分525界定，并且在横向方向上由两个大致矩形的区域531界定(更具体地由相邻轴向部分521和523的轴向延伸部界定)的剩余材料。狭缝510的直接相邻的排彼此相位偏移。
在图5A的实施方案中，张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝510的排512的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案500已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
图5B至图5D是示出从图5A的复合狭缝图案的照片产生的图，该复合狭缝图案被形成或切割到材料中，然后暴露于沿着张力轴线T的张力。该材料基本上如上面参照图3A至图4I所述的那样展开。重叠距离535的存在有助于对所展开的材料的至少两个改进：1)其允许旋转/折叠壁530从预张紧材料500的平面旋转超过90度，以及2)其增加了非旋转梁532和旋转/折叠壁530的连接处的塑性变形，从而允许展开的材料在外部张紧力被移除时保持更完全地展开。
图6是另一个示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了其示出了非旋转梁的轴对称性的示例性变化之外，该复合狭缝图案与图3A的复合狭缝图案基本上相同。更具体地，大致横向部分625不是分别被定位在末端614、615和616、617中的每个末端之间的中间。相反，大致横向部分625被定位成比末端614、616更靠近末端615、617。
更具体地，图案600包括狭缝612的排中的多个狭缝610。每个狭缝610包括第一轴向部分621、与第一轴向部分621间隔开并且大致平行于第一轴向部分的第二轴向部分623、以及连接第一轴向部分621和第二轴向部分623的大致横向部分625。每个狭缝610包括四个末端614、615、616和617以及中点618。第一末端614、615是第一轴向部分621的末端。末端616、617是第二轴向部分623的末端。排612中直接相邻的狭缝610之间的空间形成排612中相邻狭缝610之间的轴向梁620。当暴露于张力时，排612中的相邻狭缝610之间的轴向梁620变成非旋转梁。由大致横向部分625减去轴向梁620界定的空间包括旋转/折叠壁630。旋转/折叠壁630可以进一步描述为具有两个大致矩形的区域631和633，其中矩形区域631由以下项界定：(1)狭缝610的垂直于张力轴线的直接相邻的大致横向部分625，以及(2)直接相邻的相对狭缝610上的相邻轴向部分621和623。轴向梁620存在于单排612中的相邻狭缝610之间，更具体地，在相邻轴向部分621和623之间。直接邻近轴向梁620的是区域633，该区域是旋转/折叠壁630中在轴向方向上由轴向梁620和大致横向部分625界定，并且在横向方向上由两个大致矩形的区域631界定(更具体地由相邻轴向部分621和623的轴向延伸部界定)的剩余材料。狭缝610的直接相邻的排彼此相位偏移。
在图6A的实施方案中，张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝610的排612的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案600已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
材料基本上如上文关于图3A至图4I所述展开。非旋转梁相对于大致横向部分625的对称性的变化导致非旋转梁旋转，因为一端将在一个旋转/折叠壁630上连接得较高，而在相邻的旋转/折叠壁630上连接得较低，同时保持平行于横向轴线(或垂直于张紧轴线的线)。
图7是另一个示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了其示出弯曲的末端之外，该复合狭缝图案与图3A的复合狭缝图案基本上相同。弯曲末端是狭缝的端部区域，该端部区域形成狭缝的具有不同于狭缝的相邻部分的曲率半径的末端。该端部区域可以小于狭缝总长度的10％，其中狭缝的长度在横向方向上延伸。
更具体地，图案700包括狭缝712的排中的多个狭缝710。每个狭缝710包括第一轴向部分721、与第一轴向部分721间隔开并且大致平行于第一轴向部分的第二轴向部分723、以及连接第一轴向部分721和第二轴向部分723的大致横向部分725。每个狭缝710包括四个末端714、715、716和717以及中点718。每个轴向部分721和723包括邻近末端的弯曲部分。第一末端714、715是第一轴向部分721的末端。末端716、717是第二轴向部分723的末端。排712中直接相邻的狭缝710之间的空间形成排712中相邻狭缝710之间的轴向梁720。当暴露于张力时，排712中的相邻狭缝710之间的轴向梁720变成非旋转梁732。由大致横向部分725减去非旋转梁732界定的空间包括旋转/折叠壁730。旋转/折叠壁730可以进一步描述为具有两个大致矩形的区域731和733，其中矩形区域731由以下项界定：(1)狭缝710的垂直于张力轴线的直接相邻的大致横向部分725，以及(2)直接相邻的相对狭缝710上的相邻轴向部分721和723。轴向梁720存在于单排712中的相邻狭缝710之间，更具体地，在相邻轴向部分721和723之间。直接邻近轴向梁720的是区域733，该区域是旋转/折叠壁730中在轴向方向上由轴向梁720和大致横向部分725界定，并且在横向方向上由两个大致矩形的区域731界定(更具体地由相邻轴向部分721和723的末端714、715、716和717的轴向延伸部界定)的剩余材料。狭缝710的直接相邻的排彼此相位偏移。
在图7A的实施方案中，张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝710的排712的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案700已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
材料基本上如上文关于图3A至图4I所述展开。将弯曲末端714、715、716和717添加到轴向部分721和723上增加了材料在撕裂之前可能经受的最大力，但其不会显著改变材料的展开。
图8是另一示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了示出了其中在排812非旋转梁中的相邻狭缝810之间的材料中形成有两个多梁狭缝880的示例性变型之外，该复合狭缝图案与图3A的复合狭缝图案基本上相同。“多梁狭缝”被定义为在单狭缝图案或多狭缝图案中的两个相邻狭缝之间形成的一个或多个简单狭缝(意味着该狭缝具有不超过两个末端)，其中两个相邻狭缝在同一排或相邻排中。当图案被形成在其中的材料被张紧展开时，多梁狭缝880形成三个多梁882。
更具体地，图案800包括狭缝812的排中的多个狭缝810。每个狭缝810包括第一轴向部分821、与第一轴向部分821间隔开并且大致平行于第一轴向部分的第二轴向部分823、以及连接第一轴向部分821和第二轴向部分823的大致横向部分825。每个狭缝810包括四个末端814、815、816和817以及中点818。第一末端814、815是第一轴向部分821的末端。末端816、817是第二轴向部分823的末端。排812中直接相邻的狭缝810之间的空间形成排812中相邻狭缝810之间的轴向梁820。当暴露于张力时，排812中的相邻狭缝810之间的轴向梁820变成非旋转梁832，该非旋转梁包括三个多梁882。在该实施方案中，两个多梁狭缝880形成在排812中的相邻狭缝810之间的轴向梁820中。多梁狭缝880在长度上比直接相邻狭缝810的多梁狭缝被定位在其间的大致轴向狭缝821、823稍短。多梁狭缝880的中点与大致轴向狭缝部分821、823的中点大致对准，并且与大致横向狭缝部分825大致对准。当图案被形成在其中的材料被张紧展开时，多梁狭缝880形成三个多梁882。
由大致横向部分825减去非旋转梁832界定的空间包括旋转/折叠壁830。旋转/折叠壁830可以进一步描述为具有两个大致矩形的区域831和833，其中矩形区域831由以下项界定：(1)狭缝810的垂直于张力轴线的直接相邻的大致横向部分825，以及(2)直接相邻的相对狭缝810上的相邻轴向部分821和823。轴向梁820存在于单排812中的相邻狭缝810之间，更具体地，在相邻轴向部分821和823之间。直接邻近轴向梁820的是区域833，该区域是旋转/折叠壁830中在轴向方向上由轴向梁820和大致横向部分825界定，并且在横向方向上由两个大致矩形的区域831界定(更具体地由相邻轴向部分821和823的轴向延伸部界定)的剩余材料。狭缝810的直接相邻的排彼此相位偏移。
在图8的实施方案中，张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝810的排812的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案800已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
材料基本上如上文关于图3A至图4I所述展开。非旋转梁832中的三个多梁882允许材料经受更大的张紧力而不撕裂。这是因为多梁882产生附加的路径和拐角以分配张力负载，从而减小可能引起撕裂的峰值应力。
图9是另一示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了示出了其中在排912非旋转梁中的相邻狭缝910之间的轴向梁920中形成有一个多梁狭缝980的示例性变型之外，该复合狭缝图案与图8的复合狭缝图案基本上相同。当图案被形成在其中的材料被张紧展开时，多梁狭缝980形成两个多梁982。
更具体地，图案900包括狭缝912的排中的多个狭缝910。每个狭缝910包括第一轴向部分921、与第一轴向部分921间隔开并且大致平行于第一轴向部分的第二轴向部分923、以及连接第一轴向部分921和第二轴向部分923的大致横向部分925。每个狭缝910包括四个末端914、915、916和917以及中点918。第一末端914、915是第一轴向部分921的末端。末端916、917是第二轴向部分923的末端。排912中直接相邻的狭缝910之间的空间形成排912中相邻狭缝910之间的轴向梁920。当暴露于张力时，排912中的相邻狭缝910之间的轴向梁920变成非旋转梁932，该非旋转梁包括两个多梁982。在该实施方案中，多梁狭缝980形成在排912中的相邻狭缝910之间的轴向梁920中。多梁狭缝980在长度上比直接相邻狭缝910的多梁狭缝被定位在其间的大致轴向狭缝921、923稍长。多梁狭缝980的中点与大致轴向狭缝部分921、923的中点大致对准，并且与大致横向狭缝部分925大致对准。当图案被形成在其中的材料被张紧展开时，多梁狭缝980形成两个多梁982。
由大致横向部分925减去非旋转梁932界定的空间包括旋转/折叠壁930。旋转/折叠壁930可以进一步描述为具有两个大致矩形的区域931和933，其中矩形区域931由以下项界定：(1)狭缝910的垂直于张力轴线的直接相邻的大致横向部分925，以及(2)直接相邻的相对狭缝910上的相邻轴向部分921和923。轴向梁920存在于单排912中的相邻狭缝910之间，更具体地，在相邻轴向部分921和923之间。直接邻近轴向梁920的是区域933，该区域是旋转/折叠壁930中在轴向方向上由轴向梁920和大致横向部分925界定，并且在横向方向上由两个大致矩形的区域931界定(更具体地由相邻轴向部分921和923的轴向延伸部界定)的剩余材料。狭缝910的直接相邻的排彼此相位偏移。
在图9的实施方案中，张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝910的排912的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案900已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
材料基本上如上文关于图3A至图4I所述展开。非旋转梁932中的两个多梁982允许材料经受更大的张紧力而不撕裂。这是因为多梁982产生附加的路径和拐角以分配张力负载，从而减小可能引起撕裂的峰值应力。
图10A是另一示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了多梁狭缝1080与大致轴向狭缝1021、1023的长度相同之外，该复合狭缝图案与图9的复合狭缝图案基本相同。
更具体地，图案1000包括狭缝1012的排中的多个狭缝1010。每个狭缝1010包括第一轴向部分1021、与第一轴向部分1021间隔开并且大致平行于第一轴向部分的第二轴向部分1023、以及连接第一轴向部分1021和第二轴向部分1023的大致横向部分1025。每个狭缝1010包括四个末端1014、1015、1016和1017以及中点1018。第一末端1014、1015是第一轴向部分1021的末端。末端1016、1017是第二轴向部分1023的末端。排1012中直接相邻的狭缝1010之间的空间形成排1012中相邻狭缝1010之间的轴向梁1020。当暴露于张力时，排1012中的相邻狭缝1010之间的轴向梁1020变成非旋转梁1032，该非旋转梁包括两个多梁1082(如图10B至图10D所示)。在该实施方案中，多梁狭缝1080形成在排1012中的相邻狭缝1010之间的轴向梁1020中。多梁狭缝1080的长度与直接相邻狭缝1010的多梁狭缝被定位在其间的大致轴向狭缝1021、1023大致相同。另外，多梁狭缝1080的中点与大致轴向狭缝部分1021、1023的中点大致对准，并且与大致横向狭缝部分1025大致对准。当图案被形成在其中的材料被张紧展开时，多梁狭缝1080形成两个多梁1082。
由大致横向部分1025减去非旋转梁1032界定的空间包括旋转/折叠壁1030。旋转/折叠壁1030可以进一步描述为具有两个大致矩形的区域1031和1033，其中矩形区域1031由以下项界定：(1)狭缝1010的垂直于张力轴线的直接相邻的大致横向部分1025，以及(2)直接相邻的相对狭缝1010上的相邻轴向部分1021和1023。材料1020存在于单排1012中的相邻狭缝1010之间，更具体地，在相邻轴向部分1021和1023之间。直接邻近轴向梁1020的是区域1033，该区域是旋转/折叠壁1030中在轴向方向上由轴向梁1020和大致横向部分1025界定，并且在横向方向上由两个大致矩形的区域1031界定(更具体地由相邻轴向部分1021和1023的轴向延伸部界定)的剩余材料。狭缝1010的直接相邻的排彼此相位偏移。
在图10的实施方案中，张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝1010的排1012的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案1000已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
图10B至图10E是从示出图10A的复合狭缝图案的照片得到的图，该复合狭缝图案被形成或切割到材料中，然后暴露于沿着张力轴线T的张力。该材料基本上如上面参照图3A至图4I所述的那样展开。非旋转梁1032中的两个多梁1082允许材料经受更大的张紧力而不撕裂。这是因为多梁1082产生附加的路径和拐角以分配张力负载，从而减小可能引起撕裂的峰值应力。
图11和图12是另一个示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了大致横向部分1125、1225包括互锁结构或特征部之外，该复合狭缝图案与图3A的复合狭缝图案基本上相同。当特征部被放置在材料的另一层附近时和/或当被缠绕在物品周围时，这些特征部可以增加材料的互锁。此外，这些特征部可以软化材料的边缘。在图11中，大致横向部分1125具有波浪或v波形状。波浪的“v”形部分形成互锁特征部。在图12中，大致横向部分1225具有交叉狭缝结构。交叉狭缝部分产生互锁特征部。
在图11和图12的实施方案中，张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝的排的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案1100、1200已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
材料基本上如上文关于图3A至图4I所述展开。当材料的多个层接触时(诸如当缠绕在物体周围时)，则互锁特征部允许层更强地和/或以不同方式彼此互锁。
图21A至图21B描绘了类似于图11的图案的材料2100的片材中的复合狭缝图案，除了互锁结构或特征部具有稍微不同的形状。狭缝中的每个狭缝的横向部分2125限定弯曲线。特别地，排2112中的狭缝的横向部分2125大致限定被狭缝2110中的每个狭缝之间的轴向梁2120中断的起伏波或正弦波。图21C至图21E示出了当材料在被置于沿着张力轴线的张力之下扩展时，具有图21A至图21B的复合狭缝图案的材料片材。
图13是另一示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了大致横向狭缝部分1325和两个大致轴向狭缝部分1321、1323之间的交叉是圆形的或具有圆角之外，该复合狭缝图案与图3A的复合狭缝图案基本上相同。这些特征部可以通过去除用户在使用材料期间可能遇到的尖锐拐角来软化材料的边缘。在该实施方案中，张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝的排的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案1300已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。材料基本上如上文关于图3A至图4I所述展开。
图14是另一个示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。图案1400包括狭缝1412的排中的多个狭缝1410。每个狭缝1410包括终止于四个末端1414、1415、1416和1417的大致横向部分1425并具有中点1418。末端1414、1415、1416和1417各自稍微远离横向部分1425弯曲。排1412中直接相邻的狭缝1410之间的空间形成排1412中相邻狭缝1410之间的轴向梁1420。当暴露于张力时，排1412中的相邻狭缝1410之间的轴向梁1420变成非旋转梁1432。
由大致横向部分1425减去非旋转梁1432界定的空间包括旋转/折叠壁1430。旋转/折叠壁1430可以进一步描述为具有两个大致矩形的区域1431和1433，其中矩形区域1431由以下项界定：(1)狭缝1410的垂直于张力轴线的直接相邻的大致横向部分1425，以及(2)直接相邻的相对狭缝1410上的相邻轴向部分(它们分别是穿过末端1414、1415和1416、1417的假想轴线)。轴向梁1420存在于单排1412中的相邻狭缝1410之间，更具体地，在相邻轴向部分1421和1423之间。直接邻近轴向梁1420的是区域1433，该区域是旋转/折叠壁1430中在轴向方向上由轴向梁1420和大致横向部分1425界定，并且在横向方向上由两个大致矩形的区域1431界定(更具体地由相邻轴向部分1421和1423的轴向延伸部界定)的剩余材料。狭缝1410的直接相邻的排彼此相位偏移。
张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝1410的排1412的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案1400已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
材料与图3A至图4I不同地展开，因为轴向部分1421和1423不能轴向延伸足够远以对准或重叠。由于其不对准或重叠，旋转/折叠壁1430将不能相对于预张紧片材1400的原始平面旋转90度。相反，旋转/折叠壁将稍微屈曲和旋转。如果轴向部分1421和1423相对于轴向节距非常短，则材料将更类似于图1A至图1C的简单狭缝图案展开。轴向部分1421和1423的弯曲端部将增加材料在不撕裂的情况下所能经受的最大张紧力。在转让给本受让人的62/953042美国临时专利申请号62/953042中描述了一种用于测量最大张紧力的测试方法，该专利申请的全部内容通过引用方式并入本文。最大张紧力(例如，撕裂力)当样品被拉伸时由负载框架测量的最大力。这通常刚好在材料开始撕裂之前。
图15是另一个示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。图案1500包括狭缝1512的排中的多个狭缝1510。每个狭缝1510包括终止于两个末端1514、1516的大致横向部分1525，具有中点1518，并且包括切割穿过大致横向部分1525并与大致横向部分相交且大致平行于张力轴线T的多个交叉狭缝1590。每个交叉狭缝1590可以解释为产生两个附加的末端。因此，图15的实施方案可以被解释为具有30个末端(来自14个交叉狭缝的14×2＝28个末端+大致横向部分1525上的2个末端)。交叉影线狭缝附加地提供增强的互锁特征部。材料1520存在于排1512中的相邻狭缝1510之间。狭缝1510的直接相邻的排彼此相位偏移。
张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝1510的排1512的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案1500已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
材料基本上如上文关于图1A至图1C所述展开。当材料的多个层接触时(诸如当缠绕在物体周围时)，则交叉狭缝允许这些层彼此互锁，而直狭缝(诸如图1A至图1C)不互锁。
图16是另一个示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了狭缝是双狭缝之外，该复合狭缝图案与图15的复合狭缝图案基本上类似。如本文所用，术语“双狭缝图案”是指多个单独狭缝的图案。该图案包括狭缝的多个排，并且第一排中的单独狭缝与直接相邻的第二排中的单独狭缝基本上对准。双狭缝由第一排中的狭缝构成，该狭缝与第二排中的狭缝基本上对准。这两个基本上对准的狭缝一起形成双狭缝。直接相邻排(轴向直接相邻)中的双狭缝彼此相位偏移。关于双狭缝图案的更多信息可以在例如美国临时专利申请号62/952806中找到，其全部内容并入本文。
张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝1610的排1612的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案1600已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
当材料1600沿着张力轴线T被张力激活或展开时，材料1600的部分经受张紧和/或压缩，这导致材料1600以其非张紧形式移出材料1600的原始平面。当暴露于沿张力轴线的张力时，末端1614、1616经受压缩并被拉向彼此，从而导致材料1600的翼片区域1650相对于处于预张紧状态的材料1600的平面向上移动或屈曲，从而产生翼片。翼片区域1650包括交叉狭缝的一部分，该部分包括交叉狭缝末端的一部分。横向梁1630的部分从处于其预张紧状态的材料1600的原始平面起伏出，从而形成环，同时保持名义上平行于张力轴线。横向梁1630的起伏的部分包括交叉狭缝的一部分，该部分包括交叉狭缝末端的一部分。排1612中的相邻狭缝1610之间的轴向梁1620保持基本上平行于处于其预张紧状态的材料1600的原始平面。重叠梁1636屈曲并旋转出原始材料或片材的平面。翼片区域1650的运动与横向梁1630的起伏相结合产生开口部分1622。该展开过程基本上类似于关于申请美国临时专利申请号62/952806的图5A至图5C所描述的过程，其全部内容并入本文。
图17A是另一个示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了大致横向的狭缝部分1725具有波浪形式或结构之外，该复合狭缝图案基本上类似于图3A的复合狭缝图案。这种狭缝图案产生大的和小的壁区段(手风琴式壁将具有高的和短的区段)。
张力轴线(T)基本上平行于轴向方向，并且基本上垂直于横向方向和狭缝1710的排1712的方向。张力轴线(T)是这样的轴线，沿着该轴线可以提供张力以展开图案1700已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
图17B至图17D是从示出图17A的复合狭缝图案的照片得到的图，该复合狭缝图案被形成或切割到材料中，然后暴露于沿着张力轴线T的张力。该材料基本上如上面参照图3A至图4I所述的那样展开。当材料的多个层接触时(诸如当缠绕在物体周围时)，则旋转/折叠壁1730的变化高度可以允许这些层更牢固地并且以不同的方式彼此互锁。
图18A是另一个示例性复合狭缝图案的顶视图示意图，除了横向狭缝部分1725中的波的振荡变化之外，该复合狭缝图案与图17A的复合狭缝图案基本上类似。
图18B至图18E是从示出图18A的复合狭缝图案的照片得到的照片和图，该复合狭缝图案被形成或切割到材料中，然后暴露于沿着张力轴线T的张力。该材料基本上如上面参照图17A至图17D和图3A至图4I所述的那样展开。
图19是另一个示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。图案1900包括狭缝1912的排中的多个狭缝1910。狭缝1910具有三个末端1914、1915、1916，所述三个末端在三个直的部分1921、1922、1923的端部上。所有直的部分1921、1922、1923在点1918处相交。排1912中直接相邻的狭缝1910之间的空间形成排1912中相邻狭缝1910之间的轴向梁1920。狭缝1910的直接相邻的排彼此相位偏移。
狭缝1910的独特几何形状允许材料响应于多于一条张力轴线。具体地讲，当张力基本上垂直于三个直的部分中的任何一个施加时(由三个主张力轴线(T1，T2，T3)表示)，材料可以扩展。主张力轴线(T1，T2，T3)是这样的主轴线，沿着该主轴线可以提供张力以展开图案1900已经形成在其中的材料，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。由于主轴线在所有平面角上都有分量，所以任何方向的张力都会引起材料的一些展开。
图20是类似于图19所示图案的另一示例性复合狭缝图案的顶视图示意图。图案2000包括狭缝2012的排中的多个狭缝2010。狭缝2010具有三个末端2014、2015、2016，所述三个末端在三个直的部分2021、2022、2023的端部上。直的部分2021和2022是共线的。所有直的部分2021、2022、2023在点2018处相交。排2012中直接相邻的狭缝2010之间的空间形成排2012中相邻狭缝2010之间的轴向梁2020。狭缝2010的直接相邻的排彼此相位偏移。
狭缝2010的独特几何形状允许材料响应于多于一条张力轴线。具体地讲，当张力基本上垂直于两个直的部分中的任何一个施加时(由两个张力轴线(T1，T2)表示)，材料可以扩展。张力轴线(T1，T2)是主张力轴线。由于主张力轴线是正交的，所以任何轴线上的张力将导致图案2000已经形成在其中的材料的一些展开，这产生材料部分的旋转和向上和向下移动。
本文示出或描述的实施方案中的任一个可以与本文示出或描述的其他实施方案组合，包括本文所示或描述的任何特定特征、形状、结构或概念可以与本文所示或所述的任何其他特定特征、形状、结构或概念组合。本领域技术人员将理解，可对复合狭缝图案进行许多改变、将图案形成到材料中以及这些材料的展开，同时仍然落入本公开的范围内。例如，在示出双狭缝图案的实施方案中，图案可以是三狭缝、四极狭缝或其他多狭缝图案而不是双狭缝图案。另选地，狭缝长度、狭缝尺寸、狭缝厚度、狭缝形状、排尺寸或形状、横向梁尺寸或形状和/或重叠梁尺寸或形状可以变化。此外，偏移程度或相位偏移可与图中所示不同。狭缝、排或梁节距可以变化。张力轴线和狭缝之间的角度可以变化。图案相对于张力轴线和/或材料的侧面的对准可以变化。这些变化中的一些变化可以改变展开图案。
本文所示的大多数狭缝图案具有被描述为在施加张力时相对于片材的原始平面向上或向下移动或屈曲的区域。向上运动和向下运动之间的区别是为了清楚起见基本上与附图匹配而使用的任意描述。样品可以全部翻转，从而将向下运动变成向上运动，反之亦然。另外，在样品的区域将翻转使得在先前区域中已经向上移动的类似特征部现在向下移动并且反之亦然的情况下，偶尔发生反转是正常的和期望的。这些反转可以发生在小到单狭缝的区域，或者材料的大部分。这些反转是随机的和自然的，它们是材料、制造和所施加的力自然变化的结果。尽管做了一些努力来拍摄没有反转的材料区域，但所有样品都在这些自然变化存在的情况下进行了测试，并且反转的数量或位置对性能没有显著影响。
本文所示的所有狭缝图案均显示为大致垂直于张力轴线。虽然在许多实施方案中，这可以提供优异的性能，但是本文所示或所述的狭缝图案中的任一者都可以相对于张力轴线旋转某个角度。优选与张力轴线的角度小于45度。
此外，本文所示的所有狭缝图案包括彼此相位相差大约为直接相邻狭缝之间的横向间距的一半(或横向间距的50％)的狭缝。然而，图案相位相差可为任何期望的量，包括例如横向间距的三分之一、横向间距的四分之一、横向间距的六分之一、横向间距的八分之一等。在一些实施方案中，相位偏移小于排中直接相邻的狭缝的横向间距的1倍或小于3/4，或小于1/2。在一些实施方案中，相位偏移是排中的直接相邻狭缝的横向间距的多于1/50，或多于1/20，或多于1/10。
在一些实施方案中，最小相位偏移使得交替排中的狭缝的末端与穿过相邻排中的狭缝的末端的平行于张力轴线的线相交。在一些实施方案中，最大相位偏移通过产生连续的材料路径类似地限制。如果正交于张力轴线的狭缝的宽度对于所有狭缝都是恒定的并且具有值w，并且正交于张力轴线的狭缝之间的间隙是恒定的并且具有值g，那么最小相位偏移和最大相位偏移是：
制品。本公开还涉及包括本文所述的任何狭缝图案的一种或多种制品或材料。本文所述的狭缝图案可以形成在其中的一些示例性材料包括例如纸(包括硬纸板、瓦楞纸、涂覆或未涂覆纸、牛皮纸、棉纱纸、回收纸)；塑料；织造和非织造材料和/或织物；弹性材料(包括橡胶诸如天然橡胶、合成橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶、乙烯乙酸乙烯酯或EVA橡胶)；非弹性材料(包括聚乙烯和聚碳酸酯)；聚酯；丙烯酸类树脂；以及聚砜。制品可以是例如材料、片材、膜或任何类似的构造。
可以使用的热塑性材料的示例可包括以下所述中的一者或多者：聚烯烃(例如，聚乙烯(高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、金属聚乙烯等，以及它们的组合)、聚丙烯(例如，无规和间规聚丙烯))、聚酰胺(例如，尼龙)、聚氨酯、聚缩醛(诸如迭尔林)、聚丙烯酸酯和聚酯(诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二酯乙二醇(PETG)和诸如聚乳酸的脂肪族聚酯)、氟塑料(诸如，购自明尼苏达圣保罗的3M公司(3M company，St.Paul，MN)的THV)及其组合。热固性材料的实例可包括聚氨酯、硅酮、环氧化物、三聚氰胺、酚醛树脂以及它们的组合中的一个或多个。可生物降解性聚合物的实例可包括聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚(己内酯)、丙交酯和乙交酯的共聚物、聚(乙烯琥珀酸)、聚羟基丁酸盐以及它们的组合中的一个或多个。
本文所用的“纸”是指由纤维素(特别是纤维素的纤维(无论是天然的还是人工衍生的))制成的或以其他方式能够从植物来源诸如木材、玉米、草、大米等的纸浆中衍生的织造或非织造片材状产品或织物(其可以折叠，并且可以具有各种厚度)。纸包括由传统和非传统造纸工艺两者制成的产品，以及上述类型的具有嵌入在片材中的其他类型纤维(例如增强纤维)的材料。纸可以在片材上或在纤维本身上具有涂层。在本公开的上下文中为“纸”的非传统产品的示例包括以商品名TRINGA购自芬兰艾斯堡的PAPTIC(PAPTIC，Espoo，Finland)的材料和以商品名SULAPAC购自芬兰赫尔辛基的SULAPAC(SULAPAC，Helsinki，Finland)的片材形式的材料。
单狭缝图案形成在其中的材料可以具有任何期望的厚度。在一些实施方案中，该材料具有在约0.001英寸(0.025mm)和约5英寸(127mm)之间的厚度。在一些实施方案中，该材料具有在约0.01英寸(0.25mm)和约2英寸(51mm)之间的厚度。在一些实施方案中，该材料具有在约0.1英寸(2.5mm)和约1英寸(25.4mm)之间的厚度。在一些实施方案中，厚度大于0.001英寸(0.025mm)，或0.01英寸(0.25mm)，或0.05英寸(1.3mm)，或0.1英寸(2.5mm)，或0.5英寸(13mm)，或1英寸(25mm)，或1.5英寸(38mm)，或2英寸(51mm)，或2.5英寸(64mm)，或3英寸(76mm)。在一些实施方案中，厚度小于5英寸(127mm)或4英寸(101mm)，或3英寸(76mm)，或2英寸(51mm)，或1英寸(25mm)，或0.5英寸(13mm)，或0.25英寸(6.3mm)，或0.1英寸(2.5mm)。
在一些实施方案中，在材料为纸的情况下，厚度在约0.003英寸(0.076mm)和约0.010英寸(0.25mm)之间。在材料为塑料的一些实施方案中，厚度在约0.005英寸(0.13mm)和约0.125英寸(3.2mm)之间。
在一些实施方案中，狭缝或切割图案基本上延伸到片材、膜或材料的边缘的一个或多个边缘。在一些实施方案中，这允许该材料具有无限的长度并且还通过张力展开，特别是当用不可延伸的材料制成时。“不可延展的”材料通常被定义为当处于内聚的、无掺杂的构型(不存在狭缝)时具有小于25％、小于或等于10％，或在一些实施方案中小于或等于5％的极限伸长率值的材料。边缘材料的量是包围而不包括单狭缝图案的材料的面积。在一些实施方案中，边缘材料或纵维(down-web)边界的量可以被定义为矩形的宽度，该矩形的长轴平行于张力轴线并且是无限长的，并且可以在基底上被拉伸而不重叠或接触任何狭缝。在一些实施方案中，边缘材料的量小于0.010英寸(0.25mm)或小于0.001英寸(0.025mm)。在一些实施方案中，纵维边界的宽度小于0.010英寸(0.25mm)或小于0.001英寸(0.025mm)。在一些实施方案中，边缘材料的量小于基底厚度的5倍。在一些实施方案中，纵维边界的宽度小于基底厚度的5倍。
横维平板(slab)可被定义为矩形区域，该矩形区域具有这样的矩形，该矩形的长轴垂直于张力轴线并且是无限长的，并且该矩形的宽度是某个有限数，并且可以在基底上被拉伸而不重叠或接触任何狭缝或切缝。在一些实施方案中，任何宽度的横维平板可能已经作为图案的整体部分存在于制品内。在一些实施方案中，可以将任何宽度的横维平板添加到有限长度制品的端部，以使制品更容易展开。在一些实施方案中，任何宽度的横维平板可以间歇地添加到连续图案化的制品上。
在一些实施方案中，单狭缝的最远间隔末端之间的距离(也称为狭缝长度)在约0.25英寸(0.001mm)和约3英寸(76mm)之间，或者在约0.5英寸(13mm)和约2英寸(51mm)之间，或者在约1英寸(25mm)和约1.5英寸(38mm)之间。在一些实施方案中，单狭缝的末端之间的最远距离(也称为狭缝长度)在基底厚度的50倍和基底厚度的1000倍之间，或在基底厚度的100倍与500倍之间。在一些实施方案中，狭缝长度小于基底厚度的1000倍，或小于基底厚度的900倍，或小于基底厚度的800倍，或小于基底厚度的700倍，或小于基底厚度的600倍，或小于基底厚度的500倍，或小于基底厚度的400倍，或小于基底厚度的300倍，或小于基底厚度的200倍，或小于基底厚度的100倍。在一些实施方案中，狭缝长度大于基底厚度的50倍，或大于基底厚度的100倍，或大于基底厚度的200倍，或大于基底厚度的300倍，或大于基底厚度的400倍，或大于基底厚度的500倍，或大于基底厚度的600倍，或大于基底厚度的700倍，或大于基底厚度的800倍，或大于基底厚度的900倍。
制备方法。本文所述的狭缝图案和制品可以多种不同方式制成。例如，狭缝图案可以通过挤压、模制、激光切削、水冲法、机械加工、立体光刻或其他3D打印技术、激光烧蚀、光刻、化学蚀刻、旋转模切、冲压、其他合适的负或正处理技术或它们的组合来形成。特别地，参考图22，纸或另一个片材材料30可以被馈送到由旋转模具20和砧座10组成的辊隙中。在该示例中，材料30以卷构型储存，其中材料围绕中心轴线卷绕，该中心轴线可以包括或可以省略中心芯。旋转模具20在其上具有切割表面22，该切割表面对应于期望切割到片材材料30中的图案。模具20在期望的位置切割穿过材料30并形成本文所述的狭缝图案。相同的过程可与平坦模具和平坦砧座一起使用。
使用方法。本文所述的制品和材料可以多种方式使用。在一个实施方案中，二维片材、材料或制品具有沿着张力轴线施加的张力，这使得狭缝形成本文所述的开口和/或翼片和/或运动。在一些实施方案中，手动或使用机器施加张力。
用途。本公开描述了以平坦片材开始但在施加力/张力时展开成三维构造的制品。在一些实施方案中，此类构造形成能量吸收结构。本文所述的图案、制品和构造具有大量潜在用途，其中至少一些在本文中描述。
一个示例性的用途是为了装运或储存而保护物体。如上所述，现有的装运材料具有各种缺点，包括例如在使用前储存时它们占据太多的空间(例如，气泡缠绕物、包装花生)，从而增加了装运成本；它们需要特殊的制造设备(例如，可充气气囊)；它们并不总是有效的(例如，揉皱纸)；以及/或者它们不是广泛可回收的(例如，气泡缠绕物、包装花生、可充气气囊)。本文所述的张力激活的扩展膜、片材和制品可以用于在装运期间保护物品，而不具有任何上述缺点。当由可持续材料制成时，本文所述的制品是有效的且可持续的。因为本文所述的制品在制造、装运、销售和储存时是平的，并且只有当由用户用张力/力激活时才变成三维的，所以这些制品在最佳利用储存空间和最小化装运/运输/包装成本方面更有效和高效。零售商和用户可以使用相对较小的空间来存放将扩展至其原始尺寸的10倍、20倍、30倍、40倍或更多倍的产品。此外，本文所述的制品简单且使用起来非常直观。用户仅将产品从卷中拉出或取产品的平坦片材，沿张力轴线在制品上施加张力(这可以用手或用机器进行)，然后将产品缠绕在待装运的物品周围。在许多实施方案中，不需要胶带，因为互锁特征部使得产品能够与其自身的另一层互锁。
在一些实施方案中，本文所述的狭缝图案产生包装材料和/或缓冲膜，其提供优于现有产品的优点。例如，在一些实施方案中，本公开的包装材料和/或缓冲膜提供增强的缓冲或产品保护。在一些实施方案中，当与现有产品相比时，本公开的包装材料和/或缓冲膜提供类似或增强的缓冲或产品保护，但是与现有产品相比是可回收的和/或更可持续的或环境友好的。在一些实施方案中，当与现有产品相比时，本公开的包装材料和/或缓冲膜提供类似或增强的缓冲或产品保护，但是可以被展开并包裹在待装运的物品周围。一旦施加张力就能保持其形状的构造可能是优选的，因为对于许多应用来说，它们可以不需要胶带来将材料保持在适当的位置。
在本文档中，术语“一个”或“一种”在专利文献中是通用的，以包括一个或多于一个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实施例或用法。”在本文档中，除非另外指明，术语“或”用于指非排他性的，或者使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在本文档中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的纯中文等同物。另外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是可广泛解释的，即系统、装置、制品、组合物、配制物或过程，其包括除了在权利要求中的此类术语仍然被认为落入该权利要求的范围内之后列出的那些元件之外的元件。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且不旨在将数字要求强加在其对象上。
上面的描述旨在为例示性的而非限制性的。例如，上述实施方案(或其一个或多个方面)可彼此结合使用。提供摘要以符合37 C.F.R.§1.72(b)，从而让读者快速确定技术公开的性质。认为其不会用来解释或限制权利要求的范围或含义。再者，在上面的具体实施方式中，可将各种特征分组在一起以简化本公开。这不应被理解为旨在表示未要求保护的公开的特征对于任何权利要求都是必不可少的。相反，本发明主题可在于少于特定公开实施方案的所有特征。因此，在此将以下权利要求并入具体实施方式中作为实施例或实施方案，其中每个权利要求其自身作为单独的实施方案，并且预期此类实施方案可在各种组合或排列中彼此组合。本发明的范围可参考所附的权利要求连同所赋予此类权利要求的等同物的全部范围来确定。
通过端点的所有数值范围的表述旨在包括归入该范围内的所有数字(即，1至10的范围包括例如1、1.5、3.33、和10)。
说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似元件，并且不一定用于描述顺序或时间顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施方案能够以不同于本文所述或所示的其它顺序操作。
此外，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、之上、之下等用于描述的目的并且不一定用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施方案能够以不同于本文所述或所示的其它取向操作。
本领域中的技术人员将会知道，可在不脱离本公开基本原理的前提下对上述实施方案和具体实施的细节做出许多改变。另外，在不脱离本公开的实质和范围的前提下，对本公开的各种修改和更改对本领域技术人员将是显而易见的。因此，本申请的范围应当仅由以下权利要求书以及其等同物所确定。

Claims (12)

1.一种用于增强缓冲的扩展材料，所述扩展材料包括：
材料片材，所述材料片材具有多个狭缝，所述多个狭缝布置成多排狭缝，其中一排中的所述狭缝中的每个狭缝在横向方向上与所述排中的直接相邻的狭缝间隔开以形成轴向梁，其中所述轴向梁在相邻排中的狭缝之间延伸，并且其中所述多个狭缝包括复合狭缝的重复图案，所述复合狭缝包括多于两个末端，并且其中所述扩展材料处于不存在狭缝的构型时是不可延展的，具有小于10％的极限伸长率值。
2.根据权利要求1所述的扩展材料，其中所述扩展材料限定处于预张紧形式的平面并且限定张力轴线，并且其中当沿所述张力轴线施加张力时，所述扩展材料的至少部分从所述平面旋转45度或更大角度。
3.根据权利要求2所述的扩展材料，其中所述狭缝中的每个狭缝具有垂直于所述张力轴线的横向长度。
4.根据权利要求1所述的扩展材料，其中每个狭缝具有横向长度，并且第一排狭缝中的狭缝从相邻排狭缝中的狭缝偏移所述第一排狭缝中的每个狭缝的所述横向长度的75％或更少。
5.根据权利要求1所述的扩展材料，其中所述扩展材料具有从0.001英寸(0.025mm)至5英寸(127mm)的厚度。
6.根据权利要求1所述的扩展材料，其中所述多个狭缝中的每个狭缝具有狭缝长度，并且所述扩展材料具有材料厚度，并且其中狭缝长度与材料厚度的比率从50至1000。
7.一种用于增强缓冲的包装材料，所述包装材料包括根据权利要求1至6中任一项所述的扩展材料中的任一种扩展材料。
8.根据权利要求7所述的包装材料，其中所述扩展材料具有卷构型。
9.根据权利要求7所述的包装材料，其中所述扩展材料是一个或多个单独的片材。
10.根据权利要求9所述的包装材料，所述包装材料还包括包封件，所述包封件使所述扩展材料设置在所述包封件中。
11.一种制造根据权利要求1至6中任一项所述的扩展材料中的任一种扩展材料的方法，所述方法包括：
通过挤压、激光切割、水冲洗、立体光刻、激光烧蚀、化学蚀刻、旋转模切、冲压或其组合中的至少一者形成所述扩展材料中的所述多个狭缝。
12.一种使用根据权利要求1至6中任一项所述的扩展材料中的任一种扩展材料的方法，所述方法包括：
沿着张力轴线向所述扩展材料施加张力以使所述扩展材料扩展。
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