CN1214006A - 一种可伸展片 - Google Patents

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Abstract

一种其形状可在第一和第二状态之间变化的可伸展片。第一状态是一盘卷状态(1.1),其中伸展片基本上平行于第一轴线盘卷,第二状态是一伸展状态(1.2),其中伸展片基本上平行于与第一轴线成某一角度的第二轴线伸展。伸展片全部或局部由一种或多种可使伸展时内应力增加的材料制成,这些应力以某一角度作用到第二轴线上以使伸展片倾向第二状态。在许多实施例中,这些应力都由构成伸展片局部结构的纤维产生。所述伸展片较佳地可在第一和第二状态之间可逆转地变化形状。

Description

一种可伸展片
本发明涉及一种可伸展件，以及制造这种伸展件的方法。
根据本发明的第一个方面，提供了一种可伸展片，该伸展片形状可在第一和第二状态之间改变，第一状态是一盘卷状态，其时该伸展片基本上平行于第一轴线盘卷，第二状态是一伸展状态，其时该伸展片基本上平行于与第一轴线成一定角度的第二轴线，该伸展片全部或局部地由某种材料或某些材料制成，由于这种材料或多种材料的几何形状和/或分子结构，在与第一和/或第二轴线成一定角度时，这些材料的张力和/或压力要比在其轴线方向上强，这样，当伸展片在基本上平行于第二轴线的方向上伸展时，张力和/或压力强度不平衡会使与第二轴线成一定角度的方向上的收缩增加而使伸展片倾向于第二状态。这种不平衡可以全部或部分地从伸展片结构中所存在的纤维中获得，这种纤维构成伸展片的一部分。
根据本发明的第二方面，提供了一种可伸展片，其形状可在第一和第二状态之间变化，第一状态是盘卷状态，其时伸展片基本上平行于一第一轴线盘卷，第二状态是伸展状态，其时伸展片基本上平行于与第一轴线成一定角度的第二轴线伸展，该伸展片具有多个在伸展片平面中或平行于该平面的十字形纤维，各纤维与第一轴线所有角度在0度和90度之间，这样当伸展片在基本上平行于第二轴线时，所述十字形纤维会使与第二轴线成一定角度方向上的收缩增加而使伸展片倾向于第二状态。
所述伸展片较佳地可以在所述第一和第二状态之间可逆转地改变形状。
所述纤维较佳地都是弹性的。
所述十字形纤维可设置在一基材的一侧上。
另外，所述十字形纤维可设置在一基材的相对两侧上。
所述纤维可嵌在一基材中。
较佳地，所述基材是弹性的。
至少一部分纤维是针织、纺织和/或由一系列薄层组成。
所述纤维组可以与第一轴线形成各种不同的角度。
所述纤维可以与第一轴线成不同的角度，所述角度可以沿伸展片横向或纵向变化。
该伸展片可以仅部分具有纤维穿过，而其它部分是没有纤维的。
某些情况下，最好提供一种在所述伸展片处于第二状态时，用于将伸展片的相对两边可释放地锁在一起的装置。这些装置可以例如可以是夹子、互锁齿、拉链等。相对边也可永久地固定在一起，例如通过焊接或粘合剂固定在一起。
根据本发明的第三方面，提供了一种制造可伸展片的方法，该可伸展片可在第一和第二状态之间变化，第一状态是盘卷状态，其时伸展片基本上平行于一第一轴线盘卷，第二状态是伸展状态，其时伸展片基本上平行于与第一轴线成一定角度的第二轴线伸展，该伸展片具有多个在伸展片平面中或平行于该平面的十字形纤维，各纤维与第一轴线所有角度在0度和90度之间，这样当伸展片在基本上平行于第二轴线时，所述十字开纤维会使与第二轴线成一定角度方向上的收缩增加而使伸展片倾向于第二状态，所述方法包括以下步骤：
将具有一基材的第一层和包括所述纤维的第二层在加热装置上传递以加热所述第一层，从而将所述第一和第二层粘合在一起；以及
接着将压力施加到所述粘合在一起的第一和第二层上以产生处于其盘卷状态的伸展片。
根据本发明的第四个方面，提供了一种制造一种可伸展片的方法，该可伸展片可在第一和第二状态之间变化，第一状态是盘卷状态，其时伸展片基本上平行于第一轴线盘卷，第二状态是伸展状态，其时伸展片基本上平行于与第一轴线成一定角度的第二轴线伸展，该伸展片具有多个在伸展片平面中或平行于该平面的十字形纤维，各纤维与第一轴线所有角度在0度和90度之间，这样当伸展片在基本上平行于第二轴线时，所述十字开纤维会使与第二轴线成一定角度方向上的收缩增加而使伸展片倾向于第二状态，所述方法包括以下步骤：
将压力施加到一层上，该层具有一基材和具有嵌于其中的纤维以产生处于盘卷状态的伸展片。
以下结合附图，对本发明的一个实施例进行举例描述，其中：
图1是一例本发明伸展片的立体图；
图2是用于解释本发明原理的图表；
图3至6示出了本发明的其它例子；以及
图7是用于制造本发明伸展片的装置的示意侧视图。
在一个实施例中，本发明是一种弹性材料制成的带状物，从其起点延伸并卷曲，而形成螺旋或卷筒状，当还没有盘卷时，其在制成带的材料内应力的作用下在第二个方向上弯曲，所述应力全部或部分地由伸展作用而产生。所述第二弯曲形式可以是一弧形截面、管状截面或任何组合弯曲截面。所述第二弯曲形式可以是暂时的，这取决于由外部装置将带约束在一非盘卷形式，或者可以是第二种稳定形状或带的形式，如果没有外力作用，它将不能恢复到其原始的盘卷或螺旋状态。图1示出了这种装置的一个例子，其中，卷筒伸展形成一个管子。卷筒1.1具有平整的并且从卷筒体上拉出的外自由端，其随后自然构成一管子1.2。
工程实践中存在着许多场合需要能够使一个物件伸展并随后回缩成一线性执行机构，或者压缩一个弯曲或空心件以便运输或储藏，或者例如提供较短长度的水管或电线导管、并在使用场合连接在一起。本发明还提供一种替代传统装置的方式、例如套筒式或连接式系统，它们可实现相同的效果。这也可应用于例如传送带等装置的生产，当处于非盘卷形式时，它们基本上是自支撑的，但可以恢复到盘卷形式以使辊轮上的通道沿着其路径返回到带背面。
本发明取决于构成带的材料的纤维构成部分，以迫使带进入如下所述的第二弯曲形式。
已知，当一片纺织或针织织物2(如图2.1所示)沿与其编织方向成一定角度的方向伸展时，它将可以在垂直于伸展方向的方向上收缩，如图2.2所示。因而，本发明的一个实施例可以通过将这一织物覆盖在形成盘卷的弹性基材的表面一侧或两侧上而制成，这样，侧面上未盘卷的织物将伸展时，可形成在垂直于未盘卷作用方向的方向上的收缩。这种收缩可迫使弹性件在此方向上弯曲，即垂直于原始弯曲方向。同时，外表面上的织物将沿着弯曲的原始轴线被压缩，并且当伸展片被迫向第二弯曲时，将起到产生一将对抗所述初始弯曲的力。
当这些纤维嵌在一基材中以形成一纤维加强复合物时，可呈现相同效果，而不需要一衬底的弹性基材，复合物本身可形成一伸展件，并且可使纤维呈如上所述的纺织或针织材料形式，或者铺成一系列薄层，基材起到将其保持在一起以形成一整件的作用。在这样一复合件中，薄层弯曲自然轴线凹面侧上的力将如上所述地起作用，受到张应力作用并且产生张力而形成第二弯曲；然而，弯曲自然轴线凸起侧上的纤维将如前所述地受到挤压，并且由于其不能在基材中弯曲，所以将使伸展件迫向第二弯曲并且立即使原来的弯曲形式变直，而不是仅起到第二弯曲开端的作用。这样一种装置因而可由纺织、针织或薄层复合物构成，并且纤维处于最少两个与卷筒自然弯曲方向成角度的方向上。可添加其它薄层，可以是具有类似自然属性的或者是不具有自然形成第二弯曲趋势、但在成角度纤维层的作用下可被迫弯曲的弹性材料构成的薄层。
根据与弯曲轴线的角度和迫使伸展件形成第二形式的薄层或多个薄层中的纤维弹性，包括在伸展件中的其它薄层的弹性和其中嵌有纤维的基材的弹性(如果采用这样一种基材)，第二形式将是暂时的，即仅当施加某种外部约束以弄直原来弯曲时保持其形状，或者形成一直至施加一外力以弄直第二弯曲才能恢复到其原来弯曲的一完全稳定第二形式，而使原来形状自身重建。
此作用可使纤维的张力和/或压缩模量高于或低于其嵌于其中的基材，并且当基材和纤维都具有相同张力和/或压缩模量时将不会出现这种情况。当认为是单种材料时，该作用可认为是材料张力和/或压缩强度在卷筒绕其形成的轴线上、以及/或伸展件伸展轴线上比与这些轴线成一定角度的方向上低，这些方向是纤维在采用涂在这些纤维上或者由纤维加强复合材料制成的弹性件的实施例中方向。本发明的一个实施例因而可由任一种表现这些性能的材料形成；或者是在纤维加强复合物中材料几何结构的结果，或者是材料分子结构的结果。
其几何结构可加强这种作用的另一种材料实例可以是一种弹性件，其中一系列空心管状通道沿着与采用纤维加强复合物的实施例中所述纤维相同的方向伸过该件基部。这些通道可向外界开口，并且可填充气体或流体或者抽真空。在本说明书中，可以认为由此合成的材料与含有张力或压缩模量低于基材的纤维的材料是等同的。
应当认为与本文所述可伸展件设计有关的所有讨论也适用于材料的使用，即由于其分子或几何结构而具有上述的作用，这些材料构成这种可伸展件的全部或局部结构。
纤维的作用、一种或多种材料的分子结构和其它几何结构、例如存在管状通道都可以以任意组合而组合在任何单个装置中，只要确实可适合于任何既定目的。
当认为产生这种作用的材料含有以在两个方向的比例缩放器形式存在的大量剪刀形连接杆时，可以最清楚地(虽然并不是完整地)理解这种作用。因而，可见当含有这样连接杆的层片在一个方向上伸展时，将在垂直于所述伸展方向的方向上收缩，当在一个方向上压缩时，将在垂直所述压缩方向的方向上扩张。
在多种情况下，可能需要提供一些装置以将此伸展件的边缘暂时相互连接以增加使用时的伸展件强度，这可以通过诸如夹子、互锁齿、拉链或其它装置实现。
在其它情况下，可能需要在伸展后永久地连接件边缘。这可以通过诸如焊接、粘合剂或其它方式来实现以提供一闭合的密封空心结构。
当构成原始形状的卷筒或螺旋横截面是平的时，第二种形式通常将被在弯曲的原始方向上弄直以形成一直弧截面、混合截面或管状或其它空心截面的伸展件。然而，当原始卷筒或螺旋由一个弯曲形成时，即一条边或两条边比如图3.1所示的卷筒或螺旋中心截面大时，伸展件将呈第二种形式，其形状是沿原始弯曲轴线弯曲，并且一条长边或二条长边构成如图3.2所示曲面的外侧。
当原始卷筒或螺旋形成为中心截面大于图4.1所示的边时，伸展件将呈第二种形式，其形状是沿原始弯曲轴线弯曲，并且多条边构成如图4.2所示所述弯曲的内侧。
总之，当伸展件形成任何第一种形式时，其时沿其轴线的卷筒直径不同，所产生的第二种形式将呈现其不同弯曲性质。
当伸展件的原始形式是一恒定弯曲时，并且构成第二弯曲的一薄层或多个薄层中的纤维角度沿其长度保持相同时，第二种形式将是恒定半径和横截面的。如果需要的话，第二形式的半径和横截面可以通过调节薄层中构成第二弯曲的纤维角度、或者改变沿其长度的原始卷筒或螺旋的曲率半径而改变。
复合曲面可通过变化产生第二种弯曲的薄层或多层中的纤维角度而产生，或者通过仅在所形成带的某些区域中包括这种纤维而产生。因而，如图5所示的，沿着一弹性件两边的带5.1中使用这种纤维，并且在带5.1之间由一弹性件形成一不会形成第二弯曲的区域5.2，则将使带如图6所示横截面的第二复合曲面。
通过采用这些基本原理，可形成这种混合和可变第二弯曲的无数变化形式。
以下描述本发明的一个较佳实施例和其生产装置。
可采用具有合适机械特性的任何材料来形成基材；可以用催化或热固的环氧树脂、聚酯、酚醛和尿烷基材都是最普通的复合基材材料，当然也可采用金属基材。到目前为至实验数据已经表明将热塑性基材与一定的范围的加强纤维、包括玻璃、阿酰胺、聚酯、碳纤维、金属纤维、高密度聚乙烯纤维和液晶聚合物的混合可获得最佳结果。已经显示良好结果的热塑基材材料包括聚丙烯、PET、PES、PEEK、聚酰胺、聚乙烯、ABS和热塑尿烷。应当注意，诸如在一聚乙基材中的高密度聚乙烯纤维和相同聚合物基材中的液晶聚合物应当认为是用于制造本文所述装置的纤维加强复合物，因为虽然化学成分统一，但其机械性能与更正统式纤维加强复合物类似，其时基材和加强件具有根本不同的自然属性。
虽然没有理由认为本发明所述的多种装置不能在单一工艺中由单独纤维和热塑材料制成，但可从市场上购得多种产品，其中基材和加强件都结合成一种适合于通过加热和加压而形成该装置的加工工艺的材料。大致这有三种类型。第一种是纺织、针织或编织材料，其中，具有加强件杂混合线而具有热塑性，包括编成单独纤维或者盖到加强纤维表面上。最有名的一种材料是由Vetretex有限公司所供应的、Twintex商标的纺织布料和杂混合线。第二种是也由杂混合线所形成的或者包括单独纤维或涂层纤维在内的引线所形成的材料，而其中纤维都铺成平薄层，然而通过缝纫或针织线而保持在一起以形成一整体多层材料，其中纤维方向和薄层数量可以根据既定目的而具体设定。这种材料也可由Vetretex有限公司和Tech Textiles有限公司(TurnerNewall的分部)来生产。第三种材料包括拉制的单方向加强带，其中纤维是预先加固到基材中的。然后，在加压条件下加热以再熔融基材以形成成品件之前，可将这些带切割并且组装成任何所需的内部结构。
此类材料都由Statoil有限公司的子公司Borealis有限公司(商标名为Plytron)以及由Baycomp有限公司生产成多种基材和加强件。
总之，采用拉制的预先加固带的伸展装置在25毫米以上的曲率半径已经取得最佳结果。在此半径之下，纺织、针织或编织材料将产生所较佳的结果，因为两种形式之间的过渡的内应力较低。
如果需要，可以在生产中采用一种或多种上述材料的任意组合。如果需要，如果能保证粘合效果的条件下，也可采用一种以上的基材。
图7示出了由上述类形材料的一条或多条带7.1，或者由两种加强材料和适用于一基材的热塑材料构成的基材，其加强角度使其产生需第二种弯曲度。一种典型的薄层可包括五层拉制带，例如其与成形辊7.3轴线成正五十五度角、负五十五度角、九十度角、正、负五十五度角。通过输送到一热源7.2而加热到基材材料熔点、然后经过具有为形成所需卷筒或螺旋所需的直径和形状的冷却辊7.3上方，同时通过一辊7.4加压以形成连续带7.5，它可集合成尽可能长的卷筒。工艺类型可以是连续的(如图所示)，或者断续的，材料在多个步骤中前行并且熔融，然后由一模具压成形而形成外表面，一旦熔融材料已经冷却，此工艺可再重复。也可采用超声波手段来熔融材料。当采用预固化原料时，这可以具有不需要进行表面熔融的优点，而使成形辊和模具在比材料在表面上熔融情况温度低的情况下运行，因而可增加生产速度。
当采用预固化材料时，基材不需要完全熔融。所有需要的是，高完整性焊接形成在层与层之间以使成品卷筒具有该曲率。这可以超声波实现，或者将材料单带以一定速度传过多个热源，使其仅在表面熔融，其后通过辊或成形模具将其压在一起直至充分冷却以绕到成品的收集卷上。如前所述地，这可连续或断续地进行。在很多情况下，需要包含一热塑薄膜，或者是与基材相同的材料，或者是与基材粘结的其它材料。这种焊接加工的优点是较高的生产速度和能量成本降低。通过焊接之外的其它手段可实现相同结果，它可与预固化层粘结成具有足够的整体性。
应当注意，某些层、特别是那些由大部分或全部薄层构成加强件的层将显示可形成一卷筒的可能性，当卷绕地其可偏离一个角度并且当伸展时可沿轴线转动。这可以通过使加强件相对成形轴线角度不对称、或者将原料沿与成形轴线成一个与偏离角度相同但方向相反的角度传送而平衡。然后，这将产生一成品，其将沿成形轴线滚动，并且垂直于所述成形轴线伸展。
此技术可使用的多种情况是电缆导管、水管、污水管、排水和灌溉管、用于石油或天然气或水井的钻孔衬层、可伸展手柄和探针、可重复收折天篷或车斗、收折式扶梯、传动机构、天线支座、照相机架、扩音器(麦克风)架、灯光支架、传送带、电话或计算机电缆导管、帐篷撑杆、暂时弯曲结构、测量仪撑杆和其它测量装置、伸展器和许多其它装置。

Claims (18)

1．一种可伸展片，该伸展片形状可在第一和第二状态之间改变，第一状态是一盘卷状态，其时该伸展片基本上平行于第一轴线盘卷，第二状态是一伸展状态，其时该伸展片基本上平行于与第一轴线成一定角度的第二轴线，该伸展片全部或局部地由某种材料或某些材料制成，由于这种材料或多种材料的几何形状和/或分子结构，在与第一和/或第二轴线成一定角度时，这些材料的张力和/或压力要比在其轴线方向上强，这样，当伸展片在基本上平行于第二轴线的方向上伸展时，张力和/或压力强度不平衡会使与第二轴线成一定角度的方向上的收缩增加而使伸展片倾向于第二状态。这种不平衡可以全部或部分地从伸展片结构中所存在的纤维中获得，这种纤维构成伸展片的一部分。
2．一种可伸展片，其形状可在第一和第二状态之间变化，第一状态是盘卷状态，其时伸展片基本上平行于一第一轴线盘卷，第二状态是伸展状态，其时伸展片基本上平行于与第一轴线成一定角度的第二轴线伸展，该伸展片具有多个在伸展片平面中或平行于该平面的十字形纤维，各纤维与第一轴线所有角度在0度和90度之间，这样当伸展片在基本上平行于第二轴线时，所述十字形纤维会使与第二轴线成一定角度方向上的收缩增加而使伸展片倾向于第二状态。
3．如权利要求1或2所述的伸展片，其特征在于，所述伸展件可以在所述第一和第二状态之间可逆转地改变形状。
4．如权利要求1至3中任一项所述的伸展片，其特征在于，所述纤维较佳地都是弹性的。
5．如权利要求1至3中任一项所述的伸展片，其特征在于，所述十字形纤维可设置在一基材的一侧上。
6．如权利要求1至4中任一项所述的伸展片，其特征在于，所述十字形纤维可设置在一基材的相对两侧上。
7．如权利要求1至3中任一项所述的伸展片，其特征在于，所述纤维可嵌在基材中。
8．如权利要求5至7中任一项所述的伸展片，其特征在于，所述基材是弹性的。
9．如权利要求1至8中任一项所述的伸展片，其特征在于，至少一部分纤维是针织。
10．如权利要求1至10中任一项所述的伸展片，其特征在于，至少一部分所述纤维是纺织的。
11．如权利要求1至10中任一项所述的伸展片，其特征在于，至少一部分所述纤维是一系列薄层。
12．如权利要求1至11中任一项所述的伸展片，其特征在于，还包括一种在所述伸展片处于第二状态时，用于将伸展片的相对边可释放地锁在一起的装置。
13．如权利要求1至12中任一项所述的伸展片，其特征在于，所述纤维组与所述第一轴线处于不同的相关角度。
14．如权利要求1至12中任一项所述的伸展片，其特征在于，所述纤维与所述第一轴线处于变化角度，所述角度沿横向和纵向相对所述伸展片变化。
1 5．如权利要求1至14中任一项所述的伸展片，其特征在于，所述伸展片仅在某些部分有纤维穿过，其它部分是无纤维的。
16．如权利要求1所述的伸展片，其特征在于，由构成伸展片的材料中的管状通道而全部或局部地引起向第二状态过渡，所述通道基本上平行于与第二轴线成一定角度的伸展片平面伸展。
17．一种制造可伸展片的方法，该可伸展片可在第一和第二状态之间变化，第一状态是盘卷状态，其时伸展片基本上平行于一第一轴线盘卷，第二状态是伸展状态，其时伸展片基本上平行于与第一轴线成一定角度的第二轴线伸展，该伸展片具有多个在伸展片平面中或平行于该平面的十字形纤维，各纤维与第一轴线所有角度在0度和90度之间，这样当伸展片在基本上平行于第二轴线时，所述十字形纤维会使与第二轴线成一定角度方向上的收缩增加而使伸展片倾向于第二状态，所述方法包括以下步骤：
将具有一基材的第一层和包括所述纤维的第二层在加热装置上传递以加热所述第一层，从而将所述第一和第二层粘合在一起；以及
接着将压力施加到所述粘合在一起的第一和第二层上以产生处于其盘卷状态的伸展片。
18．一种制造一种可伸展片的方法，该可伸展片可在第一和第二状态之间变化，第一状态是盘卷状态，其时伸展片基本上平行于一第一轴线盘卷，第二状态是伸展状态，其时伸展片基本上平行于与第一轴线成一定角度的第二轴线伸展，该伸展片具有多个在伸展片平面中或平行于该平面的十字形纤维，各纤维与第一轴线所有角度在0度和90度之间，这样当伸展片在基本上平行于第二轴线时，所述十字开纤维会使与第二轴线成一定角度方向上的收缩增加而使伸展片倾向于第二状态，所述方法包括以下步骤：
将压力施加到一层上，该层具有一基材和具有嵌于其中的纤维以产生处于盘卷状态的伸展片。
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