ПОЛУЗАКРЫТАЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ СОТОВАЯ СТРУКТУРА, СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА
SEMI-CLOSED THERMOPLASTIC HONEYCOMB STRUCTURE, METHOD AND EQUIPMENT FOR ITS FABRICATION

Настоящее изобретение относится к сотовым структурам, таким как фальцованные сотовые структуры, способам и оборудованию для их изготовления. Более конкретно, настоящее изобретение относится к термопластичной фальцованной сотовой структуре, способу и устройству для ее изготовления.
Складные сотовые структуры, известные из WO 97/03816, производятся непрерывно из одного слоя, например, плоского тела. Шестиугольные ячейки образуют путем фальцовки после формирования надрезов. Ячейки соединены между собой соединительными поверхностями покрывающего слоя. Фальцованные соты без прорезей можно экономично производить из одного непрерывного слоя термопластичной пленки ротационным вакуумным термоформированием. Такие фальцованные сотовые структуры описаны в WO 00/32382 и имеют соединительные поверхности, покрывающие каждую шестиугольную ячейку с обеих сторон.
Задачей настоящего изобретения является создание способов и устройств для производства фальцованных сотовых структур без надрезов.
Преимущество настоящего изобретения заключается в возможности вакуумного формирования и хорошего крепления покрывающих слоев. Другое преимущество состоит в минимальном использовании материала.
Указанная задача достигается при помощи настоящего изобретения согласно формуле изобретения и дополнительных признаков, заявленных в зависимых пунктах формулы.
Согласно настоящему изобретению предлагается фальцованная сотовая структура, сформированная из множества сот, расположенных рядами, и содержащая соты, имеющие боковые стенки, примыкающие одна к другой в виде кольца и ограниченные по направлению к двум открытым сторонам каждой соты плоскостями покрывающего слоя, благодаря чему каждая сота перекрыта полностью или частично в одной или другой плоскости покрывающего слоя; при этом фальцованная сотовая структура формируется из по существу неразрезанного плоского тела; фальцованная сотовая структура имеет множество трехмерных структур (1 и 2), сформированных пластической деформацией, и соединительных участков (3 и 4), сформированных пластической деформацией, при этом соединительные участки (3, 4) расположены на одной или на другой из плоскостей покрывающего слоя в фальцованной сотовой структуре.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения плоское тело, например полосу материала, подвергают пластической деформации в основном перпендикулярно плоскости материала и сужают, т.е. фальцуют, в направлении транспортировки, пока стенки сот не сойдутся и смогут быть соединены. Соединительные участки, имеющие u-образную или v-образную форму, сформированы между полушестиугольными стенками сот для обеспечения возможности хорошего соединения стенок соты структуры с обоими покрывающими слоями с минимальным количеством дополнительного материала.
Соответственно, согласно настоящему изобретению предлагается способ производства фальцованной сотовой структуры из плоского тела, состоящего из пластически деформируемого материала, содержащий этапы, на которых
a) пластически деформируют плоское тело для формирования в нем первых трехмерных структур (1 и 2) и вторых соединительных участков (3 и 4), при этом вторые соединительные участки формируют между первыми трехмерными структурами; и
b) фальцуют трехмерные структуры в направлении друг к другу для формирования сот, имеющих примыкающие друг к другу стенки в виде кольца так, чтобы стенка одной соты примыкала к стенке другой соты, образуя сотовую структуру.
Далее, согласно настоящему изобретению предлагается оборудование для производства фальцованной сотовой структуры из плоского тела, состоящего из пластически деформируемого материала, содержащее
a) средство для пластического деформирования плоского тела для формирования первых трехмерных структур (1 и 2) и вторых соединительных участков (3 и 4) в нем, при этом вторые соединительные участки расположены между первыми трехмерными структурами; и
b) средство для фальцовки трехмерных структур по направлению друг к другу для формирования сот, имеющих стенки, примыкающие одна к другой в виде кольца так, что стенка одной соты примыкает к стенке другой соты в сотовой структуре.
Далее следует подробное описание настоящего изобретения и его иллюстративных вариантов со ссылками на прилагаемые схематические чертежи.
Фиг.1 - участок пластически деформированной полосы материала по варианту настоящего изобретения.
Фиг.2 - участок полосы материала, наполовину сфальцованной для формирования сот по варианту настоящего изобретения.
Фиг.3 - почти полностью сфальцованная полоса материала, образующая два ряда частично закрытых сот по варианту настоящего изобретения.
Фиг.4 - вид сбоку участка пластически формируемой полосы материала по варианту настоящего изобретения.
Фиг.5 - вид сбоку полосы материала в процессе фальцовки, показывающий фальцовочное оборудование по варианту настоящего изобретения.
Фиг.6 - последовательность этапов для линии по непрерывному производству панели по варианту настоящего изобретения.
Настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов и со ссылками на определенные чертежи, однако изобретение ими не ограничивается, оно ограничивается лишь формулой изобретения. Приведенные чертежи являются лишь схематическими и неограничивающими. На чертежах для иллюстрации размеры некоторых элементов могут быть преувеличены и приведены не в масштабе. В настоящем описании и формуле изобретения термин "содержащий" не исключает использование других элементов или этапов. Кроме того, термины "первый", "второй", "третий" и т.п. как в описании, так и в формуле изобретения, используются для проведения отличий между подобными элементами и, необязательно, для описания последовательности или хронологического порядка. Следует понимать, что термины, используемые подобным образом, взаимозаменяемы в соответствующих обстоятельствах и описанные варианты настоящего изобретения способны работать с иной последовательностью, нежели та, которая описана или проиллюстрирована в описании.
На фиг.1 показан участок плоской полосы, выполненной из пластически деформируемого материала. Пластически деформируемым материалом может быть тонкий термопластичный полимерный материал, волоконный композитный материал, пластически деформируемая бумага или лист металла или подобный материал. Согласно этому варианту, плоская полоса имеет пластические деформации 1, 2, образованные по существу перпендикулярно полосе материала. В областях 1 и 2 материал деформирован, например, многоугольно, например трапецеидально, или синусоидально, или дугообразно, или подобным образом, относительно плоскости полосы. Эти деформации образуют гребни 8 и впадины 9, которые не являются непрерывными. Например, гребни состоят из линейной последовательности участков 1, 2, деформированных, например, многоугольно, например трапецеидально, или синусоидально, или дугообразно, или подобным образом. Предпочтительно гребни имеют верхнюю поверхность 15, которая первоначально (т.е. при формировании) может быть расположена параллельно полосе материала. Направлением изготовления предпочтительно является направление, показанное на фиг.1, однако также может использоваться и перпендикулярное ему направление (параллельное осям 5 и 6).
Области 1 и 2 предпочтительно формируют наклонными, т.е. повернутыми друг к другу вокруг оси 5 и/или 6, для дополнительного формирования u-образных или v-образных соединительных участков 3 и 4. Участки 3, 4 разделяют секции гребней 1, 2, например многоугольные, например трапецеидальные, или синусоидальные, или дугообразные, или подобные в одном ряду участков 1, 2. Один соединительный участок 3, 4 расположен между двумя областями 1, 2, и соединительные участки 3 чередуются вдоль ряда областей 1, 2 с соединительными участками 4. Участки 3, 4 образуют поперечные впадины, т.е. перпендикулярные впадинам 9. Соседние поперечные впадины расположены на противоположных сторонах полосового материала. Поворот областей 1, 2 для приведения их в исходное положение, показанное на фиг.1, предпочтительно выполняется одновременно с выполнением деформаций в полосовом материале. Полосовой материал на переходах между областями 1 и 2 растягивают для формирования участков 3 и 4, которые расположены по существу перпендикулярно внешним поверхностям 15 участков 1 и 2. Угол между поверхностями 3, 4 на разных секциях гребней позволяет ввести часть инструмента и, тем самым, сформировать эти секции. Направление ширины полосы материала удлиняется предпочтительно в направлении осей 5 и 6, тогда как бесконечное направление полосы материала на линиях 7 непрерывно вдоль направления производства.
Деформация полосового материала в областях 1 и 2 служит для формирования трехмерных форм, которые образуют стенки половинок сот, в сфальцованном конечном продукте. Соты, сформированные таким образом, являются структурными и принимающими нагрузку элементами фальцованного конечного продукта, стенки которого расположены поперек продольного направления сфальцованного конечного продукта. В сфальцованном конечном продукте соты, сформированные фальцовкой, предпочтительно являются цилиндрическими в сечении, при этом ось цилиндра проходит поперек продольного направления сфальцованного конечного продукта и в направлении толщины готовой плоской сотовой структуры. Форму поперечного сечения соты можно выбирать по желанию, например круглую или многоугольную, в частности многоугольную с четным числом углов, например шестиугольную. Форма готовой соты определяется формой деформированных участков 1, 2 в исходной полосе и тем, как они сфальцованы друг с другом. Как показано на фиг.3, когда полоса полностью сфальцована, каждая сота формируется двумя полусотами. Эти соты расположены рядами. Каждая конечная сота образована дном и боковыми стенками двух смежных (в материале полосы) в продольном направлении секциями 9 впадины. Полусоты соединены друг с другом предпочтительно по соединительным поверхностям 15 двух смежных (в материале полосы) участков 8 гребня. Соответственно, настоящее изобретение предлагает фальцованную сотовую структуру, сформированную из множества сот, расположенных рядами, и обладающую следующими признаками: соты имеют боковые стенки, примыкающие друг к другу в виде кольца и ограниченные в направлении открытых сторон соты плоскостями покрывающих слоев, при этом соты перекрыты или закрыты полностью в одной или в другой из плоскостей покрывающих слоев. Сфальцованная сотовая структура сформирована из по существу неразрезанного плоского тела. Сфальцованная сотовая структура содержит множество трехмерных структур, например, участков (1 и 2) многоугольной синусоидальной или дугообразной формы, сформированных пластической деформацией, и соединительных участков (3 и 4) в плоскостях покрывающих слоев, сформированных пластической деформацией. По меньшей мере часть стенок сот предпочтительно целиком или частично постоянно соединены друг с другом клеем или сваркой. Настоящее изобретение включает конечный сфальцованный продукт, являющийся смесью сот с разными формами сечения и/или размерами. Конечная сотовая структура является планарным изделием, где соты расположены перпендикулярно к плоскости изделия и поперек его толщины. Соты на чередующихся сторонах планарной структуры закрыты соединительными участками 3, 4. Все соты могут быть закрыты нанесением одного или более покрывающих слоев, например, ламинированием планарного изделия по настоящему изобретению листовым покрытием. Настоящее изобретение включает в свой объем возможность того, что трехмерные структуры 1, 2, например трапецеидальные, синусоидальные или круглые структуры в полосе, которые образуют стенки сот, расположены не полностью вертикально и/или не контактируют друг с другом после фальцовки деформированного материала полосы, тем самым образуя структуру, которая по меньшей мере в одном направлении является открытой и лежит в одной плоскости (как показано на фиг.3).
Как показано на фиг.1, способ производства продолжается путем поворота областей 1 и 2 далее, так чтобы поверхности 15 смежных секций гребней подошли друг к другу или предпочтительно соприкоснулись. На фиг.2 показано следующее промежуточное состояние при производстве фальцованной сотовой структуры. Сужение пластически деформированной полосы материала происходит в ходе операции фальцовки полосы материала вокруг линий 5 и 6 сгиба. Указанные u-образные или v-образные участки 3 и 4 раскладываются и располагаются в плоскости, перпендикулярной стенкам сот. Участки 3 и 4 созданы для предотвращения существенной деформации трехмерных структур материала полосы, например, многоугольно, например трапецеидально, или синусоидально, или дугообразно, деформированных секций 1 или 2 или им подобных.
На фиг.3 показан материал, почти полностью сфальцованный для формирования двух рядов шестиугольных сот. В результате такой фальцовки смежные области 3 (и, соответственно, 4) упираются друг в друга. Затем каждая сота закрывается участком 3 или 4 по меньшей мере с одной стороны. Таким образом соты имеют на одном конце закрытую поверхность, образованную участками 3, 4. Поверхности 15 могут соединяться друг с другом, например, клеем или сваркой, например ультразвуковой сваркой. Однако такое соединение не является существенным признаком настоящего изобретения.
Вышеописанный процесс основан на фальцовке деформированного материала полосы, где способ, которым сформированы трехмерные структуры 1, 2 и поверхности 3, 4, облегчает процесс фальцовки и поворота. На фиг.4 представлен вид сбоку сформированной полосы материала перед операцией фальцовки. Для облегчения операции фальцовки полоса пластически деформируемого материала имеет оси 5 и 6 (вокруг которых области 1 и 2 материала поворачиваются во время фальцовки), предпочтительно расположенные не в одной плоскости и разнесены на положительную величину "х". Размер х выбирается таким, чтобы поперечная впадина на верхней поверхности материала имела точку соединения на оси 6 выше, чем точка соединения поперечной впадины на нижней поверхности полосы, расположенная на оси 5. Продольное усилие вдоль направления изготовления воздействует через оси 5 и 6 и создает изгибающий момент, действующий вокруг осей 5, 6. Это позволяет фальцевать сформированный материал полосы простым сжатием в направлении изготовления.
Изготовление может быть автоматизировано и вестись непрерывно. Предпочтительно для проталкивания полосы материала в направлении изготовления используют пару валков. Однако для помощи или для обеспечения фальцовки полосы можно использовать вращающиеся инструменты, колебательные транспортные инструменты или направляющие профили. Соответственно, согласно независимому аспекту настоящего изобретения формируют фальцованную сотовую структуру посредством непрерывного пластического ротационного формирования полосы материала без его разрезания. Пластическая деформация может осуществляться, например, посредством процесса "ротационного вакуумного термоформирования", широко применяемого при производстве пузырчатой упаковочной пленки. Материал, подаваемый как предварительно нагретая пленка или выходящий непосредственно из экструзионной головки для производства пленки, предпочтительно вытягивают профилированным валком посредством вакуума. Можно также использовать взаимодействующие профили валков, обкатывающие друг друга.
Поверхность вакуумного валка для термоформирования полосы материала имеет относительно сложную геометрию, позволяющую не только формировать участки 1 и 2 в полосе материала, но и предпочтительно лишь немного поворачивать их (например, на 10-30°) друг к другу. Это позволяет сформировать v-образные участки 3 и 4 и обеспечить получение воздухонепроницаемой формы полосы материала, которую можно фальцевать дальнейшим поворотом (приблизительно на 80-60°) участков 1 и 2 вокруг осей 5 и 6.
На фиг.5 показан вид сбоку полосы материала во время операции фальцовки и сечение фальцовочного оборудования по варианту настоящего изобретения. Скорость несфальцованной полосы материала относительно сфальцованного сотового сердечника, т.е. коэффициент сжатия материала, показан для полузакрытого термопластичного сотового сердечника толщиной 8 мм и размером сот 6,4 мм. Несфальцованный материал движется со скоростью 2,696 произвольных единиц скорости, которая уменьшается до 2,5 единиц на первом наборе валков 20 и затем далее уменьшается до 1 единицы на втором наборе валков 22. Окончательная скорость определяет скорость выхода сфальцованной сотовой планарной структуры.
Фальцовочное устройство содержит пару валков 20, например обрезиненных подающих валков 10 с канавками 10а в их поверхностях, при этом валки установлены перед направляющей решеткой 11 для удержания полосы материала в плоскости во время фальцевания, и второй набор валков 22, например, обрезиненных толкающих валков 12 с аналогичными канавками 12а, предназначенный для создания противодавления, что обеспечивает достаточную проходящую в плоскости силу сжатия, приводящую к фальцеванию. Сжимающая сила между нижним и верхним подающими валками 20 может уменьшить наклон и поворот участков 1 и 2 друг к другу в результате упругой деформации, но на участке между подающими валками 20 и валками 22 противодавления полоса материала возвращается к своей форме, полученной при термоформировании, предпочтительно, но необязательно, без помощи инструментов или направляющих 11а, и продолжает складываться. Запорный или тормозной механизм 13 сначала замедляет или останавливает полосу. Он открывается при усилии, которое генерируется полосой материала только в полностью сложенном состоянии. Он продолжает оказывать тормозное усилие и в открытом состоянии во время фальцевания полосы.
Фальцованная сотовая структура предпочтительно далее непосредственно подвергается обработке для получения слоистой панели путем ламинирования или непосредственной экструзии покрывающих слоев 14 на обе стороны сотового сердечника, например, ламинирующими валками или лентами 23. Оборудование, предлагаемое согласно настоящему изобретению, может включать деформирующее и фальцующее устройство, а также устройство для склеивания или сварки сердечника, а также ламинирующее устройство.
На фиг.6 показана последовательность технологических этапов непрерывного производства панелей. Поточное постформирование является факультативным и может включать формирование краевых замков или краевых профилей. На этапе 25 листовой материал полосы подают либо непосредственно из соответствующей формирующей установки, например экструдера, или с рулона полосового материала. Факультативно полосу материала удерживают при температуре формирования или нагревают до температуры формирования. На этапе 26 в полосе материала любым подходящим способом формируют трехмерные структуры 1, 2, для чего может применяться, например, вакуумное формирование или горячая прокатка. На этапе 27 полосовой материал со сформированными трехмерными структурами фальцуют для формирования сотового сердечника. Факультативно, на этапе 28 наносят один или более покрывающих слоев или другие слои, при этом такое нанесение может осуществляться как в рамках поточного производства, так и отдельной операцией. На этапе 29 выполняют завершающие операции формирования, такие как разрезание на нужную длину или придание сотовому материалу требуемой формы, например прессованием, или крепят сотовый материал к другой, например, металлической детали.
Настоящее изобретение включает фальцованные сотовые структуры, где соединительные участки 3 и 4 в дальнейшем, например во время нанесения нетканых покрывающих слоев, удаляют, например, срезанием или расплавлением так, чтобы все соты были открыты с обоих концов, что позволяет получить слоистую заготовку для трехмерного формирования.
В зависимости от сырья, используемого для получения сотового сердечника и покрывающих слоев, многослойная панель может использоваться для изготовления строительных деталей, для защиты от ударов, для декоративных панелей или для изготовления упаковки.