專利名稱：蜂窩結(jié)構(gòu)的制作方法
背景技術(shù)：
相關(guān)技術(shù)描述根據(jù)D.G.Judge的申請在1970年2月3日授權(quán)的美國專利No.3,493,450公開了波紋蜂窩制造和膨脹蜂窩制造的比較并且詳細描述了一種膨脹蜂窩制造的方法。
根據(jù)E.L.Rule的申請在1965年5月18日授權(quán)的美國專利No.3,184,365公開了一種以準確的記錄(registry)印刷、切割和疊層折疊的蜂窩層合物的相同的板的方法和設(shè)備。
根據(jù)F.Huebner等的申請在1997年9月23日和1998年8月11日授權(quán)的美國專利No.5,670,001和5,792,295公開了制造折疊蜂窩的方法和設(shè)備，所述蜂窩可以通過避免蜂窩層的早期浸漬容易地膨脹。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種蜂窩結(jié)構(gòu)，其具有許多折疊蜂窩單元，每個蜂窩單元有6個具有基本相等的單元壁長度的單元壁，并且每個單元壁包含至少兩層薄板材料，其中每個單元的兩個相對壁的所有層的薄板材料相互結(jié)合并且結(jié)合到其它單元的壁上，每個單元的其余四個壁的層沒有一個結(jié)合在一起或結(jié)合到其它單元的壁上。本發(fā)明還涉及一種制造這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其包括以下步驟(a)對一層薄板材料涂敷粘合劑的線條使得這些線條平行并具有一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，并且在粘合劑線條之間分開一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度；(b)把一層薄板材料放在步驟(a)的薄板材料上；(c)向步驟(b)的層上涂敷粘合劑的線條使得這些線條平行并具有一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，并且在粘合劑線條之間分開三個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，并且直接位于與步驟(a)的薄板材料上的粘合劑線條一致的位置上；(d)在步驟(c)的薄板材料上放一層薄板材料；(e)向步驟(d)的層上涂敷粘合劑的線條使得這些線條平行并具有一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，并且在粘合劑線條之間分開一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，并且至少部分直接位于與步驟(c)的薄板材料上的粘合劑線條一致的位置上。
附圖簡述

圖1a是現(xiàn)有技術(shù)折疊蜂窩的薄板層的示意圖。
圖1b是膨脹形式的該現(xiàn)有技術(shù)蜂窩的示意圖。
圖2a是本發(fā)明的蜂窩的薄板層的示意圖。
圖2b是膨脹形式的該蜂窩的示意圖。
發(fā)明詳述如上所述，通過使用粘合在一起的波紋部件的方法和通過使用膨脹的薄板材料疊層以產(chǎn)生蜂窩構(gòu)造的方法制造蜂窩結(jié)構(gòu)。到目前為止，最容易的蜂窩工藝是膨脹薄板法，但是，對蜂窩單元壁厚度的限制已經(jīng)成為一個嚴重缺點。為了從一疊薄板制造蜂窩，所述疊層必須被膨脹，并且通過拉開該疊層的面層實現(xiàn)膨脹。如果在疊層中的薄板太厚或太硬，則該疊層不能被膨脹，并且不能形成蜂窩。
膨脹一疊薄板所需的力的意義可以通過考慮薄板的彎曲力矩獲得，其中M＝彎曲力矩；r＝彎曲的曲率半徑；E＝薄板材料的彈性模量；b＝薄板的寬度(所得蜂窩的厚度)；h＝薄板的厚度。
M＝r(Ebh3)/12對于一定的蜂窩單元尺寸和給定的薄板材料，彎曲力矩隨薄板厚度的三次方增大—厚度上非常小的增大迅速導(dǎo)致彎曲力矩的大量增大。當薄板材料層合在一起以增大所得蜂窩的強度時，彎曲力矩不僅隨著薄板厚度的立方增大，而且其隨著由于使層合薄板結(jié)合在一起所用粘結(jié)劑或粘合劑所引入的剛性而增大。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在單元壁中使用至少兩層薄板材料但是保持這些層基本相互獨立而沒有在使其彎曲制造單元壁的點上層合它們，可以制造蜂窩。通過保持獨立的薄板，彎曲力矩僅與層數(shù)成比例增大而不隨這些層數(shù)的三次方增大。這種構(gòu)造使得可以用遠比使用更厚的薄板材料膨脹相同重量的結(jié)構(gòu)所需的更小的力來膨脹一種蜂窩結(jié)構(gòu)。
所述薄板并不是完全獨立的。所述薄板在每個蜂窩單元的兩個相對的單元壁處結(jié)合在一起；但是這些薄板在任何其它四個單元壁的位置上根本不結(jié)合。在這些薄板之間當它們形成單元時也可以有一些摩擦。
參考附圖，圖1a和1b表示現(xiàn)有技術(shù)的典型蜂窩結(jié)構(gòu)。折疊的疊層10包括薄板1、2、3和4，其中仔細排列位于薄板之間的粘合劑5的有間隔的線條，其排列方式使得當板1和4被拉開時，折疊的疊層10被膨脹成蜂窩結(jié)構(gòu)11。
圖2a和2b表示本發(fā)明的兩層蜂窩結(jié)構(gòu)。折疊的疊層20包括薄板12-19，其中與圖1a和1b一樣仔細排列在薄板之間的粘合劑5的有間隔的線條，以便當拉開薄板12和19時可以制造膨脹蜂窩結(jié)構(gòu)21。折疊疊層20的研究發(fā)現(xiàn)，成對的薄板12和13、14和15、16和17、以及18和19被結(jié)合在一起產(chǎn)生具有雙倍厚度的蜂窩單元壁。但是，當膨脹該蜂窩時，在該結(jié)構(gòu)的彎曲點處并不存在粘合劑5；并且不存在粘合劑可以用遠遠小于雙層壁完全結(jié)合在一起或者具有雙倍厚度的單層壁所需的力來彎曲該雙層壁。重要的是以產(chǎn)生一個單元壁的最終結(jié)構(gòu)長度的量把粘合劑5的線條涂敷到這些薄板上。
本發(fā)明的蜂窩的單元有6個壁，并且涂敷粘合劑使得在每個單元中的2個相對壁粘合到構(gòu)成該單元的層上并粘合到相鄰單元的其它層上，而沒有粘合劑涂敷到所述單元中的任何其它4個壁的層上。
當說明粘合劑涂敷到一個單元壁的最終結(jié)構(gòu)長度上并且用一個單元壁或三個單元壁的最終結(jié)構(gòu)長度間隔開時，其是指使用足夠的粘合劑使得在完成該蜂窩結(jié)構(gòu)時，所用粘合劑的量正好足夠在一個單元壁的寬度上把相鄰的薄板結(jié)合在一起并且按一個或三個單元壁的寬度分開。由于不同的粘合劑和薄板材料相互之間的響應(yīng)不同，估計產(chǎn)生一個單元壁的最終結(jié)構(gòu)長度應(yīng)該涂敷的粘合劑的準確量是一個簡單試驗的問題。
粘合劑可以是用于在蜂窩的薄板之間粘合或產(chǎn)生粘合的任何材料。例如，粘合劑可以是熱塑性或熱固性樹脂、反應(yīng)性聚合物、低聚物或單體、聚合物溶液、聚合物懸浮體或乳液，能量吸收材料等。
用于實踐本發(fā)明的薄板材料可以是任何對預(yù)定蜂窩目的具有足夠強度的可彎曲薄板。材料的性質(zhì)可以是塑料薄板或薄膜、紙、無紡織物、紡織品、針織品、或金屬薄板或箔等。具體材料可以是芳族聚酰胺紙包括間芳族聚酰胺和對芳族聚酰胺、纖維玻璃織物、鋁箔、牛皮紙、聚酰亞胺和聚酯薄膜等。
如果是必須的或優(yōu)選的，基于薄板材料的性質(zhì)或最終蜂窩產(chǎn)品的要求，折疊疊層在膨脹前可以切成希望的高度。其它的工藝步驟如膨脹前的軟化(增塑)、在膨脹前或膨脹后用樹脂浸漬或涂敷薄板、膨脹后蜂窩結(jié)構(gòu)的熱固化等可以與本發(fā)明的方法一起進行。
為了制造本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)，把粘合劑的平行線條按照圖2a所示的間隔涂敷到一層薄板材料上，以便對于粘合劑和對于在粘合劑線條之間的間隔，獲得一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度。該層和粘合劑相當于圖2a的層19。把另一層薄板材料放在第一層上，再次涂敷粘合劑的平行線條，但是直接在下面的薄板上的粘合劑交替線條上面(與其重合)。該層和粘合劑相當于圖2a的層18。然后按照特定蜂窩結(jié)構(gòu)所要求或所希望的，重復(fù)層構(gòu)造的這兩個步驟多次。一旦完成這些薄板的堆疊，必須使粘合劑固化以保證在該結(jié)構(gòu)相鄰層之間的結(jié)合。
可以通過適合于所用特定粘合劑的任何方法進行粘合劑的固化。熱塑性和熱固性樹脂一般通過加熱和/或加壓來固化。反應(yīng)性樹脂通過與反應(yīng)性組分的反應(yīng)固化，反應(yīng)性組分一般是一種流體，但是也可能是某種形式的輻射，例如實現(xiàn)反應(yīng)性樹脂的交聯(lián)。聚合物溶液通過蒸發(fā)與該聚合物伴隨的溶劑來固化。能量吸收材料用來吸收某種形式的輻射能以便與蜂窩薄板的材料反應(yīng)或熔化該材料—鐵氧體等可以用作能量吸收材料，以便使用微波輻射熔化在蜂窩薄板中的可熔化成分。
應(yīng)該指出，本發(fā)明的粘合劑可以涂敷到任何蜂窩薄板材料的一面或兩面；并且如果涂敷到兩面，則相鄰薄板的相應(yīng)區(qū)域不需要涂敷。同樣，粘合劑可以在所述薄板放在疊層上之前涂敷到這些薄板上。
本發(fā)明的方法不需要按照以上提出的步驟的準確順序進行。例如，步驟(b)的層可以在兩面涂敷—即在與步驟(a)的層接觸的如步驟(a)中指定的一個面上和在與步驟(c)的層接觸的另一個面上；或者步驟(a)的層可以僅在一面上涂敷，步驟(d)的層可以在兩面上涂敷—即在與步驟(b)的層接觸的面上和在與該結(jié)構(gòu)中的下一個后續(xù)層接觸的在步驟(e)中指定的另一個面上。只要在粘合劑固化前粘合劑合適地位于根據(jù)圖2a的各個層上，就可以實施本發(fā)明的方法。
所得的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)是折疊的，并且最終必須膨脹以產(chǎn)生6個面的單元的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的方法還包括以下步驟即使粘合劑固化以便把薄板材料的層結(jié)合在一起，和把結(jié)合的薄板在垂直于板面的方向上拉開，從而膨脹蜂窩結(jié)構(gòu)的蜂窩單元，使得6個單元壁每一個形成六邊形的一個邊。在膨脹的構(gòu)造中，在許多情況下，蜂窩結(jié)構(gòu)的薄板用樹脂浸漬以便硬化和穩(wěn)定蜂窩單元。本發(fā)明的獨立、多層單元壁由于其較小的厚度可以更快更完全地浸漬，并且在某些情況下，允許更大的樹脂吸收量。
浸漬樹脂可以是該目的常用的任何材料，包括熱塑性或熱固性溶液、乳液、反應(yīng)性體系等?？梢酝ㄟ^浸沒、涂布、噴涂等完成浸漬；并且一旦完成浸漬，可以用適合于所選樹脂體系的任何方法硬化所述樹脂。
測試方法通過根據(jù)ASTM D 645測定測試材料樣品的厚度確定薄板和疊層的厚度。
根據(jù)在ASTM C 271-61中提出的過程和計算測定膨脹的蜂窩芯的密度。
根據(jù)ASTM C 365-57的過程在Instron型試驗機上測定所述芯的穩(wěn)定的或平放的耐壓強度和模量。
根據(jù)ASTM C 273-61中提出的過程和計算在Instron型試驗機上測定所述芯的“L”和“W”平板剪切強度和模量。
在以下實施例中，實施例1說明根據(jù)本發(fā)明制備本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)的一種方法。
實施例2在小型試樣上，說明與蜂窩制造的傳統(tǒng)方法相比，膨脹本發(fā)明的芯所需力的減小。對于相同的最終構(gòu)造和相同尺寸的結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的方法僅需要419g的膨脹力，相比之下，傳統(tǒng)方法需要609g，本發(fā)明的方法減小了30％以上。
粘合劑的線條使用實驗室凹板式涂布機印刷在紙上。使用兩個不同的印刷輥，對于不同的紙板，線條之間的距離分別為6.35mm(0.25英寸)和12.7mm(0.5英寸)。粘合劑從Marshall Consulting Co.以MC-3節(jié)點線粘合劑獲得。
把印刷的薄板按照這樣的順序疊層，使得在疊層中的每個第二塊板具有更大的間距(12.7mm)的線條。薄板的疊層具有根據(jù)圖2a印刷的粘合劑。
在81℃壓45分鐘，使得該疊層的薄板結(jié)合在一起。通過在與板面垂直的方向上拉開結(jié)合的薄板來膨脹該薄板疊層，然后把該疊層在270℃加熱固化10分鐘。
此后，把膨脹的疊層浸在酚醛樹脂(得自O(shè)xychem Co.的“Oxychem23169”)溶液中，并在約180℃干燥和固化。
該產(chǎn)品具有單元壁為6.35mm(0.25英寸)邊長的蜂窩結(jié)構(gòu)，密度約為54kg/m3(2.8lb/ft3)。該結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能如下穩(wěn)定的耐壓強度為1.32MPa(191psi)，穩(wěn)定的耐壓模量為124MPa(18kpsi)，“L”平板剪切強度為1.21MPa(175psi)，“L”平板剪切模量為117MPa(17kpsi)，“W”平板剪切強度為0.50MPa(72psi)，“W”平板剪切模量為2.4MPa(3.6kpsi)。
0.3毫米厚的回收纖維素紙用作本實施例的薄板材料。
切割8個1.90cm(0.75英寸)寬和22.86cm(9英寸)長的紙帶，手工產(chǎn)生2.54cm(英寸)寬的粘合劑線條。根據(jù)圖2a把這些帶組合在一起。使用由Power Poxy Adhesives，Inc.提供的尿烷基材料作為粘合劑。
使粘合劑在室溫固化24小時，并用相同的粘合劑把紡織品(Kevlar牌芳族聚酰胺織物，由Clark-Schwebel生產(chǎn)的Style708)的圈連接到折疊的蜂窩結(jié)構(gòu)的外層中心部分上，用作膨脹該蜂窩的夾持點。
在最后固化后，把所述圈放在Instron 1122的夾具中，并且以5.06厘米/分鐘(2英寸/分鐘)的速度把該折疊的蜂窩結(jié)構(gòu)膨脹到其完全打開(兩個中心單元完全膨脹)。在該結(jié)構(gòu)的膨脹過程中的最大力為419g(0.923磅)。
作為對比，按如上所述切割8條與上面所用的相同的紙帶。
使用約5重量％(按紙的重量計)的相同粘合劑把這8個紙帶層合成4個雙層紙帶。粘合劑僅充滿紙表面的孔隙結(jié)構(gòu)中，這4個最終的紙帶具有紙的原始厚度二倍的厚度(0.6毫米)，而沒有任何來自粘合劑的增加。
用相同的粘合劑手工產(chǎn)生2.54厘米(1英寸)寬的粘合劑線條，并且根據(jù)圖1a把這4個層合的帶組合在一起。
象前面一樣，固化粘合劑，把紡織品的圈連結(jié)到外層的中心部分，使粘合劑固化，并膨脹該折疊的蜂窩結(jié)構(gòu)，所有的過程都在與前面所述的相同條件和相同速度進行。
在該結(jié)構(gòu)膨脹過程中的最大力為609克(1.34磅)。
權(quán)利要求
1.一種蜂窩結(jié)構(gòu)，其具有許多折疊蜂窩單元，每個蜂窩單元有6個具有基本相等的單元壁長度的單元壁，并且每個單元壁包含至少兩層薄板材料，其中，每個單元的兩個相對壁的所有層的薄板材料相互結(jié)合并且結(jié)合到其它單元的壁上，每個單元的其余四個壁的層沒有一個結(jié)合在一起或結(jié)合到其它單元的壁上。
2.權(quán)利要求1的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中，所述薄板材料是芳族聚酰胺紙。
3.權(quán)利要求1的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中，每個單元壁有兩層薄板材料。
4.一種制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)具有許多蜂窩單元，每個蜂窩單元有6個具有基本相等的單元壁長度的單元壁，并且每個單元壁包含至少兩層薄板材料，其包括以下步驟(a)對一層薄板材料涂敷粘合劑的線條使得這些線條平行并具有一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，并且在粘合劑線條之間分開一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度；(b)把一層薄板材料放在步驟(a)的薄板材料上；(c)向步驟(b)的層上涂敷粘合劑的線條使得這些線條平行并具有一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，并且在粘合劑線條之間分開三個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，且直接位于與步驟(a)的薄板材料上的粘合劑線條一致的位置上；(d)在步驟(c)的薄板材料上放一層薄板材料；(e)向步驟(d)的層上涂敷粘合劑的線條使得這些線條平行并具有一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，并且在粘合劑線條之間分開一個單元壁長度的最終結(jié)構(gòu)長度，并且至少部分直接位于與步驟(c)的薄板材料上的粘合劑線條一致的位置上。
5.權(quán)利要求4的方法，其中，所述薄板材料是芳族聚酰胺紙。
6.權(quán)利要求4的方法，其還包括以下步驟(f)固化所述粘合劑以便把薄板材料層結(jié)合在一起；(g)在與板面垂直的方向上把粘合的薄板拉開；從而使蜂窩結(jié)構(gòu)的蜂窩單元膨脹使得六個單元壁每個形成六邊形的一個邊。
7.權(quán)利要求4的方法，其中，在步驟(a)中涂敷粘合劑線條可以通過向步驟(b)的層的兩面上—即在與步驟(a)的層接觸的步驟(a)中指定的一面上和與步驟(c)的層接觸的另一面上涂敷粘合劑線條來進行。
8.權(quán)利要求7的方法，其還包括以下步驟(f)固化所述粘合劑以便把薄板材料的層結(jié)合在一起；(g)在與板面垂直的方向上把粘合的薄板拉開；從而使蜂窩結(jié)構(gòu)的蜂窩單元膨脹使得六個單元壁每個形成六邊形的一個邊。
9.權(quán)利要求4的方法，其中，在步驟(c)中涂敷粘合劑線條可以通過向步驟(d)的層的兩面上—即在與步驟(b)的層接觸的在步驟(c)中指定的一面上和與步驟(e)中指定的另一面上涂敷粘合劑線條來進行。
10.權(quán)利要求9的方法，其還包括以下步驟(f)固化所述粘合劑以便把薄板材料的層結(jié)合在一起；(g)在與板面垂直的方向上把粘合的薄板拉開；從而使蜂窩結(jié)構(gòu)的蜂窩單元膨脹使得六個單元壁每個形成六邊形的一個邊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蜂窩結(jié)構(gòu)，其具有增大厚度的單元壁，其中，除了在兩個相對的單元壁側(cè)面上以外，多層單元壁材料沒有結(jié)合在一起。本發(fā)明還包括一種制造這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)的方法。
文檔編號B31D3/02GK1436121SQ01811202
公開日2003年8月13日 申請日期2001年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月16日
發(fā)明者M·R·萊維特 申請人:納幕爾杜邦公司