專利名稱：輕重量結(jié)構(gòu)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及層壓結(jié)構(gòu)板，更具體地說，涉及具有理想結(jié)構(gòu)性能的輕重量層壓板。
背景技術(shù)：
人們采用很多方法在基本上不增加重量或材料成本的情況下改善面板的結(jié)構(gòu)性能。在需要消聲器和振動阻尼器的實際應(yīng)用中，已經(jīng)采用了具有實心聚合物芯的鋼板復(fù)合物。但是，這些復(fù)合物有很多缺點(diǎn)，例如容易產(chǎn)生壓痕，并在很多應(yīng)用中不具備理想的剛度。在名稱為STRUCTUAL PANEL WITH CRAFT PAPER CORE BETWEEN METALSKINS的美國專利5,985,457中，公開了一種結(jié)構(gòu)面板，其具有層壓板結(jié)構(gòu)，并具有由居間紙層分開并結(jié)合到居間紙層上的金屬外皮，其中該項專利在此被整個引入作為參考。此處描述的層壓板具有較高的比剛度和抵抗壓痕的性能。
在于1999年6月29日提交的、名稱為CARGO VEHICLE WALL的同樣未決的美國專利申請09/342,690中，描述了一種卡車拖車，它具有由金屬外皮和紙形成的層壓板制成的壁，其中該項專利在此被整個引入作為參考。這種卡車壁在減小重量和成本的同時提供了較好的結(jié)構(gòu)性能。
在名稱為IMPROVED STRUCTURAL PANEL AND METHOD OFMANUFACTURE的美國專利6,171,705中，公開了多種對金屬/紙/金屬層壓板的改進(jìn)，并包括對制造方法的改進(jìn)，其中該項專利在此被整個引入作為參考。
盡管前述的金屬/紙/金屬層壓板具有很多優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在某些應(yīng)用中需要一種重量減輕的創(chuàng)造性的面板，尤其是在制造大面積面板的情況中。本發(fā)明達(dá)到了這個目的。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，提供一種結(jié)構(gòu)層壓板，它具有第一和第二金屬板外皮。在金屬板外皮之間設(shè)置有一個纖維芯層，并結(jié)合到外皮上。纖維層中形成有多個孔，每個孔的面積為從約0.008平方英寸到約0.2平方英寸。在一個方面，纖維芯層浸透粘結(jié)樹脂。在另一方面，在芯材料與外皮之間設(shè)置有粘結(jié)層。得到的層壓板結(jié)構(gòu)很結(jié)實而且重量較輕。


圖1是本發(fā)明層壓板的透視剖切視圖。
圖2是圖1所示紙層的俯視圖。
圖3是沿圖2所示紙層中的線3-3剖開的截面圖。
圖4是圖1中面板的俯視圖(沒有剖開)。
圖5是圖4所示面板沿線4-4剖開的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)參照附圖中的圖1，所示面板20具有金屬外皮22和居間纖維層24。層24具有多個開口或孔25。
在一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，外皮22優(yōu)選由鍍鋅鋼制成，每個層22的厚度為約0.005英寸或更大，優(yōu)選從0.005英寸到約0.030英寸，厚度更優(yōu)選從約0.005英寸到約0.012英寸。在一個實施例中，居間纖維層24的厚度優(yōu)選為約0.01英寸或更厚，并更優(yōu)選從約0.01英寸到約0.05英寸。因此，在一個實施例中，面板20的全部厚度通常在約0.020英寸到約0.11英寸之間。
孔25可形成為大多數(shù)的幾何形狀，例如圓形、方形、三角形等等?？?5在單層24中的尺寸和形狀可不相同或相同。優(yōu)選的，每個孔25的面積為從約0.008平方英寸到約0.2平方英寸，更優(yōu)選從約0.012平方英寸到約0.11平方英寸。層24中多個孔25的總面積(每個孔25的面積總和)取決于包括層24總面積的多個因素。最優(yōu)選的，多個孔25的總面積大于層24總表面積(一側(cè)的主表面)的約10％，但通常不大于層24總表面積(一側(cè)的主表面)的50％。具有在上文描述附圖中的圖1時說明的尺寸、并具有剛剛描述的優(yōu)選層厚和孔25面積的面板，其重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于尺寸和剛度相當(dāng)?shù)膯螌愉摪宓闹亓俊?br> 下面將詳細(xì)描述圖1示出的各層。如前所述，金屬外皮22通常是平的，并在每一側(cè)具有平面表面?？捎糜谛纬赏馄?2的金屬優(yōu)選從下面的組中選出，所述組包括鋼、鋁、不銹鋼和它們的組合。能以最低的成本在面板20所應(yīng)用的特定環(huán)境中提供足夠的結(jié)構(gòu)和(如果需要的話)抗腐蝕性能的金屬是最理想的。最優(yōu)選的為鍍鋅鋼板。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，根據(jù)含碳量和其它元素的含量，鋼分成多個等級?？偟膩碚f，這些等級都可以低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼來描述。此處優(yōu)選采用低碳鋼和低碳微合金高強(qiáng)度鋼(HSLA)。用于本發(fā)明的最優(yōu)選金屬外皮為冷軋鋼、鍍鋅鋼、鍍錫鋼和不銹鋼。理想的是，采用具有鍍鋅表面的單側(cè)鍍鋅板構(gòu)成外皮22的外表面，外皮的內(nèi)表面是裸露的金屬，以便用于粘結(jié)。在一個實施例中，優(yōu)選采用不同的鋅鍍層，即，內(nèi)表面上采用薄的鋅鍍層，外表面上采用厚的鋅鍍層。在一個實施例中，將表面上帶有鋅的鍍鋅鋼冷軋到最終的厚度。
層24為纖維材料。盡管并不希望受任何理論的約束，我們相信層24的纖維性質(zhì)有利于面板20的所需結(jié)構(gòu)性能，包括抗抗剝離性。在本文中使用的術(shù)語“纖維”并沒有在本發(fā)明的上下文中限制其范圍，該術(shù)語用于指同類的纖維集合，其可為天然的或合成的，并能形成片狀產(chǎn)品。
參照附圖的圖2、3和4，所示層24具有多個任意分布的開口或孔25?？?5也可以均勻陣列等形式分布。如前文所述，孔25可形成為大多數(shù)幾何形狀。優(yōu)選的，每個孔25的面積為從約0.008平方英寸到約0.2平方英寸，更優(yōu)選從約0.012平方英寸到約0.11平方英寸。最優(yōu)選的，多個孔25的總面積大于層24總表面積(一側(cè)的主表面)的10％，但通常不大于層24總表面積(一側(cè))的50％?？?5可用成型沖模切出或可在形成層24時形成。如在前述的未決美國專利申請中所描述的，這種結(jié)構(gòu)尤其適用于制造載重卡車面板。
用于此處層24的最優(yōu)選的纖維材料是紙，它是一種被認(rèn)為是纖維板中比較獨(dú)特的材料。象本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的那樣，紙實質(zhì)上是纖維材料的纏結(jié)的或氈狀的結(jié)構(gòu)，其中纖維材料通過紙漿和水的稀釋懸浮液形成相對較薄的片狀。它主要由纖維素纖維組成。用于造紙的紙漿可通過機(jī)械研磨木材或其它植物物質(zhì)、通過化學(xué)處理(亞硫酸鹽、牛皮紙漿、或蘇打)，還通過經(jīng)化學(xué)處理的棉花、亞麻和大麻碎布、廢物、麥桿等等來制備。
在本發(fā)明中，采用牛皮紙漿制法制造的紙是最優(yōu)選的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，采用牛皮紙漿制法(也可稱為硫酸鹽制漿法或堿法制漿)會產(chǎn)生較高物理強(qiáng)度和松密度的紙。一種優(yōu)選的紙為Charleston，S.C.的Westvaco所出售的浸油牛皮紙。
同樣，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，在造紙過程中，紙中纖維素纖維的平均對準(zhǔn)多少是受“機(jī)器方向”控制的。我們相信，本發(fā)明中紙張在層壓板中的取向是影響層壓板的剛度和強(qiáng)度的因素。最優(yōu)選的，層壓板中牛皮紙的機(jī)器方向是一條平行于層壓板彎曲中軸線的直線。
可用于此處的另一種纖維材料為塑料纖維紙。與紙不同，塑料纖維紙是形成片狀的合成(即，合成聚合物)纖維類。例如，它可通過紡出非常細(xì)的纖維然后用熱量和壓力使它們結(jié)合在一起而由百分之百的高密度聚乙烯纖維制成。尼龍紙，例如型號為410的諾梅克，由耐高溫的聚酰胺聚合物的短纖維(絮)和較小的粘結(jié)微粒(纖條體)制成，并形成片狀產(chǎn)品。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，層24設(shè)置為浸樹脂纖維材料。最優(yōu)選的，將該紙用樹脂浸透然后使其干燥。用于此處最優(yōu)選的紙為浸酚醛樹脂牛皮紙。在某些應(yīng)用中，聚酯樹脂浸漬也是適用的。用樹脂浸漬紙的方法對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是熟知的。實質(zhì)上，優(yōu)選的浸樹脂紙通過在液體酚醛樹脂中浸漬基質(zhì)紙幅而形成。通常，將飽和浸透紙層層疊在一起從而形成單層的半固化浸透紙。其它浸漬方法包括將層24浸漬在樹脂浴槽中，或在紙上涂覆和涂抹樹脂。盡管在特定應(yīng)用中，層24的樹脂含量超出下面說明的范圍可能是適當(dāng)?shù)幕蛐枰?，但在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，樹脂構(gòu)成浸樹脂層24重量的約15％到約45％。在浸漬過程中孔25基本上沒有樹脂；即，在浸漬過程中孔25中部不填充樹脂。
盡管在某些應(yīng)用中，熱塑性樹脂是容許的，但在大多數(shù)情況下，優(yōu)選用熱固性樹脂浸透紙層24。如前所述，在采用熱固性樹脂的情況中，在形成面板20之前通常使樹脂固化到B狀態(tài)，但在下文描述的層壓操作(控制熱量和壓力)之前，也可使浸透樹脂完全固化。在采用酚醛樹脂的情況下，在層壓之前使樹脂固化到B狀態(tài)。然后，當(dāng)用壓力使外皮22和浸透紙芯24層壓在一起時，使樹脂完全固化。在某些應(yīng)用中，可能需要在樹脂中加入例如固化劑、填料等的多種標(biāo)準(zhǔn)添加劑。
現(xiàn)參照附圖中的圖5(不論有無纖維層24的浸透樹脂)，在某些應(yīng)用中需要使用粘結(jié)層26使外皮22結(jié)合到纖維芯24上。多種粘結(jié)劑可適用于特定應(yīng)用中，包括環(huán)氧樹脂、酚醛塑料、異氰酸酯、聚氨酯和熱熔物。用于該目的的一種特別優(yōu)選的粘結(jié)劑為AshlandChemical以“Arofene1166”出售的丁腈酚醛樹脂粘結(jié)劑。粘結(jié)劑可采用多種方法直接施加到層24或金屬外皮22或兩者之上。同樣，孔25不填充樹脂。優(yōu)選采用例如復(fù)合氧化物或磷酸鋅的轉(zhuǎn)化涂層來預(yù)處理鋼，從而提高結(jié)合完整性和抗腐蝕性能。
形成復(fù)合板20的一種方法是通過使用加熱的壓模機(jī)(未示出)。將多個金屬/纖維/金屬層壓板層疊起來(優(yōu)選從5到20)后，使壓模機(jī)靠近以便向疊層施加壓力。根據(jù)外皮22和層24的厚度、用于浸透居間層的樹脂類型，和在居間層與金屬外皮之間所采用的粘結(jié)劑的類型(如果有的話)，時間、溫度和壓力有很大的不同。最優(yōu)選的，所采用的溫度應(yīng)足夠使酚醛樹脂完全固化，并確保粘結(jié)層(如果有的話)的結(jié)合。在模壓的疊層冷卻后，將其從壓模機(jī)上去除，然后將各個面板分離。
盡管此處示出并描述了本發(fā)明的特定實施例，顯然可以理解的是，本發(fā)明不局限于此，因為受本申請內(nèi)容的啟發(fā)，特別是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對本發(fā)明作出多種修改。因此，可以理解，通過附加的權(quán)利要求，本發(fā)明包括落入本發(fā)明真正精神和范圍內(nèi)的任何的這種修改。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)層壓板，包括第一和第二金屬板外皮，每個所述外皮的厚度至少為約0.005英寸；設(shè)置在所述金屬板外皮之間的纖維芯；所述纖維芯結(jié)合到所述金屬外皮上；和所述纖維芯具有多個形成在其中的孔，每個所述孔的面積為從約0.008平方英寸到約0.2平方英寸。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述金屬板從包括冷軋鋼、鍍鋅鋼、鍍錫鋼和不銹鋼的組中選出。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述纖維芯粘結(jié)地結(jié)合到所述金屬外皮上。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中每個所述外皮的厚度為從約0.005英寸到約0.030英寸。
5.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述纖維芯用樹脂浸透，并且所述孔基本上沒有樹脂。
6.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述纖維芯的厚度至少為約0.01英寸。
7.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述纖維芯的厚度為從約0.01英寸到約0.05英寸。
8.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述層壓板為結(jié)構(gòu)面板。
9.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，還包括設(shè)置在所述纖維芯與每個所述外皮之間的粘結(jié)層。
10.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述纖維芯為紙。
11.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述纖維芯為合成聚合物。
12.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，還包括延伸穿過所述纖維芯并在所述金屬外皮之間延伸的多個通道。
13.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述纖維芯為粘結(jié)地相互結(jié)合的多個纖維網(wǎng)。
14.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述金屬外皮為用轉(zhuǎn)化涂層進(jìn)行過預(yù)處理的鋼，從而提高結(jié)合完整性和抗腐蝕性能。
15.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中所述金屬外皮由低碳微合金高強(qiáng)度鋼制成。
16.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中纖維芯具有一個主表面，并且孔的總面積大于所述主表面面積的10％。
17.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)層壓板，其中孔的總面積為所述主表面面積的50％或更少。
全文摘要
一種纖維芯(24)材料，具有多個形成于其中用于減輕重量的孔(25)，該材料設(shè)置在金屬外皮(22)之間并與它們相結(jié)合，從而形成具有與重量較重的鋼板強(qiáng)度相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層壓板(20)。
文檔編號B32B15/14GK1505561SQ02808811
公開日2004年6月16日 申請日期2002年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月24日
發(fā)明者戴維·達(dá)西·克利福德, 戴維 達(dá)西 克利福德 申請人:多法斯科公司