CN1359329A - 货运车辆壁板 - Google Patents

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Abstract

货运车辆壁板(20)包含由金属表层和中间纸层(44)组成的轻型硬板(30)。压层板(30)用热压方法制成。

Description

货运车辆壁板
发明领域
本发明涉及货运拖车的结构壁板，特别是，涉及货运拖车及类似车辆的复合层压壁板结构。
发明背景
货运车辆有各种形状和尺寸。一般包括司机室和货车部分。货车部分的壁板形成外壳。货运拖车常常被按其形状提及，如“立方”或“高立方”。拖车工业中使用各种材料来制造货运拖车的壁板，但就申请人所知，以前的工艺没有提及本发明中的层压结构。
特别是在商用货物运输车辆中，尽可能地减小车辆的重量是非常重要的。由于拖车壁板的表面积非常大，壁板占总重量的很大一部分。尽管有许多轻型材料，但大多数由于强度不足而不能用来制作拖车壁板。就是说，在许多实例中，拖车壁板提供最低限度的结构特性是非常重要的，包括抗刺穿性、足够的弯曲刚度和强度，以及总体结构的耐久性。尽管固体金属壁板肯定能提供刚度和强度方面所需的特性，但便宜的固体金属板如钢板，由于重量大而降低了燃油效率，并且使得拖车制造更加困难。此外，重量轻的特殊金属因太贵而无法用于拖车壁板的制作。
此前美国专利4212405公开了一种制作拖车车身的技术，题目为拖车车身用铝板集装箱(ALUMINUM PANEL CONTAINER FOR ATRAILER BODY)。其中，拖车车身结构的装货集装箱具有侧壁和内壁，都由统一的厚度至少为5/32英寸的铝合金板制成。题目为板式拖车(PLATE TRAILER)的美国专利4685721，公开了一种拖车车身，其每一侧壁包含至少两组用轻金属材料如铝合金制造的平直板。这些板并排排列，用许多装在侧壁外表面的接合板连接在一起。每一组板都有统一的厚度，但至少两组中的第一组板要明显厚于至少两组中的第二组的板。其中通过将薄板安装在低受力区，拖车的总重量可以降低，因此提高了拖车的货物装载量，同时保持了所希望的高货物立体容积。
在标题为货运车辆壁板结构(CARGO VEHICLE WALLCONSTRUCTION)的美国专利4940279中，公开的拖车壁板中每个侧壁和前壁由多种复合板组成。每块复合板包含一块含有聚丙烯芯层的多层夹心板，该芯层优选厚度为0.250英寸，在它的两个表面上，粘结有0.040英寸厚的铝薄板。使用一种有聚丙烯颗粒散落其上的环氧粘结剂将铝板粘结在聚丙烯芯层上。所披露的复合板的优选总厚度约为0.33英寸。
1997年10月8日提出的同时待审的美国专利08/947030，其标题为在金属表层中含有牛皮纸芯层的结构板(STRUCTURAL PANELWITH KRAFT PAPER CORE BETWEEN METAL SKINS)，该专利已转让给本发明的受让人，其整体内容以参考的形式并入本发明。该专利披露了一种新的压层材料，其中两层金属表层被纸层隔开，并粘结在纸层上。
发明概述
本发明提供一种货运车辆壁板，它是一种金属—纸—金属压层材料。一方面，金属表层为钢，中间纸层粘结在金属表层上。另一方面，纸层或芯层用树脂浸渍。另一方面，本方面提供一种货运拖车，其外壳壁板为金属—纸—金属压层。
以下参照附图(未按比例尺绘图)描述本发明的优选实施方式。
附图简述
图1为根据本发明制造的卡车拖车的透视图；
图2为图1中所示的卡车拖车侧壁的剖面图；
图3是图2中壁板剖面图的一部分；
图4是按本发明制造的另一种构造的壁板的部分剖面图；
图5是制造本发明压层板的压力机的概略图。
具体实施方式
参照附图1，图中所示为载货型拖车20，它具有侧壁22、前壁24和后门(图中未示出)。应当理解为本发明所考虑的不仅是板式拖车，而且包括薄板式和柱式拖车，以及无柱式或“无框架”式拖车。除此之外，尽管图示为可分离式拖车，但应当理解为本发明也可用于制造有篷型货运车辆，这种车辆的货车部分和司机室被置于同一个构架上。传统的底盘车轮装置26和落地支架28也在拖车20的图中显示出来。
在这第一种优选实施方式拖车的20中，侧壁32和前壁24由许多镶板30组成，它们通过接合板32连接在一起。接合板32通过铆钉34与镶板30铆接。将镶板30连接而形成侧壁板22的其他方法也可适用，例如槽柱结构(channel posts)或其它与此类似的方式。对于大多数具有图1所示的类型的镶板结构的拖车来说，典型的镶板高度约7～10英尺，宽度约为2～6英尺。当然这些尺寸会根据拖车设计要求有较大的变化。
参照附图2，图示为拖车20的横截面的一部分，其中包括顶板36和底板38。镶板30和底板36以及底板38的一般连接方式显示在图中，根据本文所述的内容，那些技术熟练者将会获悉大多数特殊的连接方式。就是说，铆接、沟槽连接、粘结及其组合方式，其中也包括中间结构，都可以用来连接镶板30和顶板36及底板38。除此之外，尽管图中只显示了单层镶板30，但在一些应用中，可以采用内外壁板均为镶板30的结构。同样，也可以外壁板使用镶板30而内壁板采用另一种材料如胶合板或类似产品。所有这些应用都可在本发明的适用范围内完成。
如图2所示，镶板30的一部分40被圈住，这部分在图3中进行放大，以使描述简单。参照图3，显示出镶板30含有金属表层42和中间纸芯层44。由上可知，镶板30实际上是三层结构，该不同的三层合起来形成一个功能单元。这个功能单元的特性优于单独一层的特性，这点将在以下的描述中更加清楚。
在前面提到的于1997年10月8日提出申请的序号为08/947030的美国专利中，描述了镶板30的一种优选实施方式。该专利已经被指定属于本申请的代理人，其所有发明均已作为参考并入本发明中。尽管以前并不清楚前述专利中的层压结构是否能够用于拖车壁板中，但现在，本申请人已成功地将这种概念实施于拖车壁板的制造，如这里所述。
参照附图3，在薄板和柱式拖车结构中，表层42最好使用镀锌钢板制作，表层42的每层厚度应在0.005英寸到0.008英寸之间，厚度在0.006英寸到0.008英寸之间则更佳。对薄板和柱式结构来说，中间层44的厚度最好为0.01英寸到0.05英寸之间，在0.020英寸到0.030英寸之间则更佳。所以，典型的薄板和柱式结构拖车的镶板30的总厚度将在大约0.032英寸到0.046英寸之间。具有在对图1的叙述中所说明的厚度的镶板，和具有刚才所述的优选板层厚度的镶板，其典型的重量约为0.5至0.8磅。这和传统的重约1.3磅的单层钢板形成对照。
对板式拖车，镶板30的板层厚度的优选尺寸如下：每层金属表层42最好在0.007英寸到0.030英寸之间，在0.018英寸到0.026英寸之间则更佳。中间纸层44最好在0.04英寸到0.200英寸之间，在0.05英寸到0.100英寸之间则更佳。对复合板式拖车(无柱式拖车)，镶板板层厚度的优选尺寸如下：每层金属表层42最好在0.007英寸到0.030英寸之间，在0.018英寸到0.026英寸之间则更佳。中间纸层44最好在0.05英寸到0.025英寸之间，在0.08英寸到0.22英寸之间则更佳。
现在对图3中所示的单层板作详细描述。按要求，金属表层42通常应该为两边为平面的平板。制作表层42的金属从以下各类中选取，包括钢、铝、铜合金和各类化合物。首选的金属应该既可以为本发明提供足够的结构及抗腐蚀性能，又价格便宜。最好的是镀锌钢板。正如对本工艺技术熟练的那些人所知道的一样，钢根据其含碳量及其它元素含量的不同而分为很多级别。广义地说可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。这里优选的钢为低碳钢。本发明中优选的表层金属为冷轧钢、镀锌钢、镀锡钢和不锈钢。可以使用单面镀锌薄钢板，其镀锌的一面构成表层板42的向外的一面，向里的一层为裸金属层，以方便粘结。最好差异镀锌，就是说，里面镀锌层较薄而外面镀锌层较厚。在本发明中，优选使用差异镀锌薄板。
正如本工艺技术熟练者所知，纸实质上是纤维材料的粘结结构，纤维材料是通过纸浆和水的稀释悬浮这一过程，形成相对较薄的板层而制成的。它实质上由纸浆纤维组成。制纸所用的纸浆，可以通过将木料或其它植物原料用机械方法磨碎，然后进行化学处理(亚硫酸盐、牛皮纸纸浆或碳酸钠)得到；也可以将棉纱、亚麻布、破麻袋、其它废物、稻草以及类似物经化学处理得到。
在本发明中，制纸的优选工艺是牛皮纸纸浆制作工艺。本工艺技术熟练者知道，采用牛皮纸制作工艺(也可以称作硫酸盐纸浆法或碱处理)可以得到高物理强度和致密度的纸。出售的优选纸有饱和牛皮纸，由美国查尔斯顿(Charleston)的Westvaco公司制造。
另外，如本工艺技术熟练者所知，纸中纸浆纤维的平均排列向由制纸过程中的“机器方向”控制。可以相信本发明中压层板纸的线向是影响压层刚度和强度的因素。优选的压层板中牛皮纸制作的机器方向应与压层板弯曲的中轴方向平行。
在本发明的一种优选实施方式中，所提供的纸层44为树脂浸渍纸。就是说，纸经过干树脂的浸渍。优选酚醛树脂浸渍牛皮纸。在某些应用中，密胺树脂也可适用。本工艺熟练者都熟知使用树脂浸渍纸的方法。实际上，优选的树脂浸渍纸是通过将纸基片浸入液体酚醛树脂中得到。典型情况下，饱和浸渍的纸层叠在一起形成半凝固的浸渍纸。制作树脂浸渍纸的一种方法在1997年10月22日提出的序号为2203200的加拿大专利中有所描述。其它浸渍方法包括将树脂镀或者敷在纸上。尽管在特殊应用中，可能希望也应当超出这里所述的关于树脂浸渍纸层44的范围，但在本发明的一个优选实施方式中，树脂约占树脂浸渍纸44重量的15％至45％。
在许多实例中使用热固树脂纸层44的浸渍更好一些，尽管在一些实施中可能会采用热固塑料树脂。在使用热固树脂的情况下，树脂通常在形成镶板30之前进行B-态凝固，但也有可能在下述的压层压紧工艺(可控制热和压力)之前浸渍纸就已完全凝固。在使用酚醛树脂的情况下，于压层压紧之前进行B-态凝固。然后它就完全凝固成表镶板42，而浸渍纸芯层44也用压力机叠压在一起。在某些应用中，树脂中包含许多标准添加剂如凝固剂、填料以及类似物可能是合适的。
不管有没有浸渍纸44，可能都希望也需要使用粘结层将表层42和纸芯层44粘结在一起。在特殊应用中有许多粘结剂是适合的，包括环氧粘结剂、酚醛粘结剂、异氰酸酯粘结剂以及热熔剂等。粘结剂可以用各种方法涂在纸层上，也可涂在金属表层上，或者两者之上。
在另一种实施方式中，参照图4，压层板30的纸层44有许多通孔46。在某些使用中，孔46提供粘结“桥梁”的作用，这在后面提及的序号为08/947030的美国专利中有更加详细的描述。
现在参照附图中图5，图中显示一种用压力机48装配表镶板42和纸层30的方法。压力机48包括在水压或类似压力的作用下按惯常的方式相向移动的压板50。压板50可以被很好地加热，这样热和压力可以同时施加在压层板上，以便树脂凝固和粘结剂粘结。更特别的是，在图5中显示两块金属—纸—金属镶板52和54叠放在一起。如上所述，纸层44中的酚醛树脂在压制操作之前处于B-态，加热后的压板50在压制过程中使酚醛树脂完全凝固。还应当理解尽管图中只显示了单片纸层44，典型情况是几片薄纸板44叠放在一起形成纸层44，使其达到优选的厚度。在某些应用中，可以在每两纸层中间加入一层粘结层。
再参照附图5，经过叠放几层(优选5～20层)金属—纸—金属压层板后，压力机闭合，施加压力于叠层之上。压紧的时间、温度和压力将根据以下因素作较大的变化：表层和纸层的厚度、纸层浸渍所用树脂类型以及在纸层和金属表层之间有粘结层时，所使用的粘结剂。压紧温度应足以使酚醛树脂全部凝固，并保证粘结层的粘结。对酚醛树脂浸渍纸层来说，优选的温度是，低压力下在175℃到210℃之间，压力为25到400磅，最优值为25到100磅。在优选温度和压力的情况下，为了形成足够紧密的压层粘结，典型的所需时间为15到60分钟。就是说，热和压力保持的时间应在这个范围之内。当压紧的叠板从压力机中移出后，将把单层的层压板一一分开。
尽管本发明详细的优选实施方式都在本说明中得到显示并说明，当然还应当理解，由于可以有许多修改，特别是那些对本领域技术人员来说更是如此，所以本发明不局限于此处所公开的内容。因此，可以预期，根据所附的权利要求，可以包括任何在本发明的实质精神和范围之中的这种修改。

Claims (27)

1.货运卡车外壳，包括：
组成货运卡车外壳的多块壁板；
所述壁板中的至少一个是压层结构；
所述压层结构有三个主要层；
所述层中两层是金属表层；
所述层中一层是纸层；
所述纸层位于两金属表层之间；
所述金属表层粘结在所述纸层的两面。
2.权利要求1中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述纸层粘结在所述金属表层之上。
3.权利要求1中所述的货运卡车外壳，其特征在于，其中金属表层为钢板。
4.权利要求1中所述的货运卡车外壳，其特征在于，其中金属表层为镀锌钢板。
5.权利要求1中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述金属表层厚度约在0.005到0.030英寸之间。
6.权利要求1中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述货运卡车外壳为卡车拖车，从如下范围内选取：薄板式和柱式拖车，板式拖车以及无柱式拖车。
7.权利要求1中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述纸为树脂浸渍牛皮纸。
8.权利要求1中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述纸的厚度为0.010到0.22英寸。
9.权利要求1中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述粘结层在纸层和金属表层之间，将纸层和金属表层粘结在一起。
10.权利要求7中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述树脂浸渍纸为多层树脂浸渍纸层。
11.权利要求10中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述树脂占浸渍纸重量的15％到45％。
12.权利要求10中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述树脂为热固树脂。
13.权利要求12中所述的货运卡车外壳，其特征在于，所述热固树脂从酚醛树脂和密胺树脂类中选取。
14.货运车辆，具有一个底板、一个顶板、一个前壁、一对侧壁和一个后门，其特征在于，侧壁为两层金属表层粘结在树脂浸渍纸做成的中间层上的压层结构。
15.权利要求14中所述的货运车辆，其特征在于，所述金属表层为钢板。
16.权利要求14中所述的货运车辆，其特征在于，所述金属表层为镀锌钢板。
17.权利要求14中所述的货运车辆，其特征在于，所述金属表层厚度约为0.005到0.030英寸。
18.权利要求14中所述的货运车辆，其特征在于，所述货运车辆包括卡车拖车，从如下范围内选取：薄板式和柱式拖车，板式拖车以及无柱式拖车。
19.权利要求14中所述的货运车辆，其特征在于，所述树脂浸渍纸粘性连接在金属表层上。
20.权利要求19中所述的货运车辆，其特征在于，所述树脂浸渍纸为树脂浸渍牛皮纸。
21.权利要求19中所述的货运车辆，其特征在于，所述树脂浸渍牛皮纸厚度约为0.010到0.22英寸。
22.权利要求19中所述的货运车辆，其特征在于，所述粘结层在纸层和金属表层之间，将纸层和金属表层粘结在一起。
23.权利要求19中所述的货运车辆，其特征在于，所述树脂浸渍纸为多层树脂浸渍纸。
24.权利要求23中所述的货运车辆，其特征在于，所述树脂占浸渍纸重量的15％到45％。
25.权利要求23中所述的货运车辆，其特征在于，所述树脂为热固树脂。
26.权利要求23中所述的货运车辆，其特征在于，所述热固树脂从酚醛树脂和密胺树脂类中选取。
27.一种制作货运车辆外壳的方法，包含如下步骤：提供两层金属表层；提供一层树脂浸渍纸；将所述纸层放在两金属表层之间，形成叠层；加热和压力于所述叠层之上，形成压层板；将所述压层板装配成货运车辆外壳壁板。
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