制造結構性制品的方法和器械的制作方法

專利名稱：制造結構性制品的方法和器械的制作方法
技術領域：
本發明涉及在一種制品上加裝結構性復蓋層的方法和器械。本發明還涉及用此法制成的包括有這種復蓋層的制品。
本發明已經開發出了在頭盔上采用結構性復蓋層的技術并將參照這一應用和其它應用在下文進行描述。但應當指出的是，本發明并不限于那些特殊的應用領域。稍后將會說明，本發明還適用于其它制品，包括托盤、冷柜或加熱箱、易碎制品例如計算機的儲存箱，以及包括建筑構件和樣板在內的結構性制品，特別是與貨物冷貯或熱貯有關的結構性制品。
背景技術：
迄今為止，特別是自行車頭盔都是用體輕的吸能材料制造的。雖然這種頭盔也能提供某種程度的保護作用，但它們缺乏抗穿透能力，因此在事故中在第一次碰撞下就很容易損壞。
加之，這些頭盔很容易受到污物、油脂等的沾污并容易褪色，因此，這種頭盔很快就會變得很不雅觀。
為了克服褪色的問題，曾用過外表的纖維復蓋層。例如可買到多種合成彈力纖維的復蓋層，它可以方便地從頭盔上取下并按要求清洗。替代的辦法包括用另外注模制造或真空成形的塑料外罩緊貼在體輕的頭盔體上，用表面粘結或用粘結帶把它們固結在一起。這種采用外罩的方法很費時間，或是要多用勞力或是要多費資金，并會生產出大量的不合格產品。
為解決這一問題，曾有人采取這樣的辦法，即在吸能頭盔殼體形成以前就把另外用真空成形或注模法制造的外罩插入模子內。雖然這樣做可減少所需的勞力，但頭盔殼體在模塑過程中會收縮。同時在外罩與頭盔殼體之間缺乏粘著力也會造成松動配合。
此外，做外罩時也只能做到鑄模線那么長，否則就不能從模子中取出最終產品。
現有的各種外罩類型在總體上說對頭盔的安全性極少有用，起作用的只是美觀而已。任何耐撞擊性能都是由頭盔殼體提供的，而不是外罩本身提供的。
在會遇到較大撞擊力的國際長途大賽車、摩托車和助力車所用的頭盔方面，現有技術的頭盔傾向于重量大、價格高。例如，已知有用聚碳酸酯或增強玻纖做外殼另加內襯的產品，內襯必須后裝到外殼中去。
在別的領域內應用的結構性構件通常都要求使用重而貴的材料例如木材、鋼等等。當強調抗腐蝕時，重量和價格還常常要增加。這些制品的例子如用于運輸貨物的托盤和外包金屬的隔熱圍護結構如冷箱、冰箱等。再則，某些材料已變得日益短缺因此也愈益昂貴，例如用于制造托盤和制作澆混凝土用的樣板的木材和其它材料，它們在固化養護時要求起支撐作用。
另外的領域例如輕便式冷箱或冰柜(例如在澳大利亞經銷的注冊商標為眾所周知的ESKY或ESKIE)，這種產品的主要毛病是缺乏機械強度。這種產品迄今都是用多孔聚苯乙烯模鑄制造的，雖然結構上價廉，但易于開裂或破碎。例如，一個成年人正常地坐到或站到這種產品上，它就要損壞。
另外，在建筑技術方面，已經知道有用纖維素纖維水泥建筑板(用它取代石棉纖維水泥板或稱“fibro”板)的了。但是這種板子或包板雖然價格低并在安裝好后有足夠的強度，但在運輸和安裝中卻易于破裂。加之，這種包板的外觀幾乎全是淡褐色，它們競爭不過彩色的金屬包板如澳大利亞經銷的注冊商標為COLOURBOND和ZINCALUME的包板。因此，如果建筑用板的結構強度和外觀得以改進，將是符合需要的。
本發明的目的是要基本上克服或改善現有技術的至少某些上述缺陷。發明概述本發明的第一方面是公開了一種從一個成型內殼體和至少一層外皮制造有負荷承受能力的制品的方法，該制造方法包括下列步驟1、將準備做成外皮的塑性薄板加熱，2、將加熱好的薄板放到內殼體上將它復蓋，3、在內殼體和薄板的相對兩面之間施加流體壓差，以使薄板的形狀變成與內殼體一致并互相嚙合，以及4、冷卻該薄板或任其冷卻。
如果需要的話，內殼體的兩面或全部表面都可用相應的外皮包復起來。所說的流體，是用氣體優于用液體，而空氣最為適用。
本發明的第二方面是公開了從一個成型內殼體和至少一層外皮制造有負荷承受能力的制品的器械，該器械包括1、薄板固定設備，用以沿塑性薄板周邊或相鄰的一對對邊固定住薄板，2、用以保持并支承成型內殼體的模子，3、用以將模子向薄板固定設備移動并使薄板和成型內殼體移往一處的移送裝置，4、用以對被薄板固定設備固定住的塑性薄板進行加熱的加熱裝置，加熱的程度是要使薄板至少部分軟化，以及5、壓差裝置，用以在薄板和殼體之間形成壓差，使薄板與殼體密合。
最好提供一個冷卻系統，對著薄板不與殼體嚙合的一面，在薄板與殼體嚙合后用它來冷卻薄板。
最好成型殼體是充分滲透的，以便隨著壓力差能把空氣穿過殼體抽走。優選的殼體是用通孔材料(open matrix material)做的，雖然另外的實施方案在殼體的內外兩面之間包括有多個公布開的貫通氣孔，以便于薄板與殼體外表密合。
再有，最好是殼體的內外表面的終端都在共同的周邊上，而且薄板至少能與周邊的某些部分嚙合。薄板也最好是能與內表面的某些部分卷腳咬合(captive engagement)。
形成壓力差最好是在殼體內側建立低壓區。替代的辦法是在殼體外側建立高壓區。也可以同時建立低壓區和高壓區。
最好是隨著薄板的冷卻(或被冷卻)它能緊緊地嚙合到殼體上。最好薄板能使剛剛鄰接的殼體表面升高足夠的溫度，使之發生某種程度的軟化，這反過來又可促使層合粘結或復合材料連結，或者說促使薄板和殼體焊接在一起。殼體外表面粗糙或?；瘯拐辰Y盡可能得到改進，這是因為增加了兩者間更緊密的摩擦配合。
最好成型殼體是由發泡(expamded)聚苯乙烯組成，但是，隨著下文對優選的和其它的實施方案的描述就會更清楚，根據不同的用途，成型殼體也可方便地包括其它材料，如厚硬紙板、木屑板、纖維素纖維膠結木材、其它形式的塑料，以及其它多孔的或滲透的材料。另外，成型殼體還可擴展到包括無孔材料，事先在其上打上一系列分布開的孔洞使之變成多孔或能透氣。在隨后把軟化的薄板加到殼體上以后，全部壓力就加到兩者之上使之連結在一起。
最好薄板是由下列材料中選擇一種或一組丁腈苯乙烯；聚酯；苯乙烯；聚碳酸酯；PET；APET；PETG；PVC；聚酯/聚碳酸酯共聚物；以及HDPE。
最好薄板是用流過整個制品的冷空氣等來冷卻。一種較慢的、因而也是不太理想的替代辦法是簡單地把制品置于室溫之下。如果殼體是密實的，當薄板正在形成它的最終形狀時，應保持有熱量流向薄板才是合乎需要的。當薄板達到它的最終形狀后，使之加快冷卻是符合需要的，這樣可防止基本上焊接在一起的多孔聚乙烯殼體材料的個別顆粒再隨后膨脹。需要時，可用噴水的辦法。
一種優選的方式是在殼體外側先涂上遇熱活化的粘結劑以促進殼體與復蓋層之間的嚙合。
再有，最好是在殼體上順序裝上兩層或更多的復蓋層。
本發明的第三方面是公開了用本發明第一方面的方法所做的制品構成的冷柜或熱箱。
本發明的第四方面是公開了用本發明第一方面的方法所做的標準構件構成的熱藏庫或冷藏庫。
附圖簡述下面將參照附圖來描述本發明的若干實施方案，這些附圖是

圖1為顯示現有技術組裝安全頭盔的部件分解透視圖，圖2為圖1中部分組裝好的頭盔的橫截面圖，圖3是類似圖2的橫截面圖，但它示出的是完整的頭盔，圖4是優選實施方案器械的正視示意圖，圖5是圖4中器械處于操作開始階段的正視圖，圖6是類似圖5的正視圖，但它示出下一操作步驟，圖7是類似圖6的正視圖，但它示出下一操作步驟，圖8是類似圖3的橫截面圖，但它示出用圖4-7的器械做出的半成品頭盔，圖9是板材一部分的示意圖，圖10是兩部分組合的托盤的下半部分的平面圖，圖11是沿圖10中XI-XI線的橫截面圖，圖12是沿圖10中XII-XII線的截面圖，
圖13是圖10中示出的兩部分組裝成的托盤的端視圖，圖14是按照本發明另外的實施方案制造的兩用冷柜或熱箱部分剖去后的透視圖，圖15是圖14中冷柜基本部分一側的透視圖，其中一部分為截面圖，圖16是圖15中一角的分解圖，圖17是圖14中冷柜基部一側的透視圖，其中一部分為截面圖，圖18是圖17一部分的分解圖，圖19是用于冷藏室或冷藏建筑物的另一種大板的透視圖，這種大板是按另外的實施方案制造的，圖20是組成圖19中大板的兩塊板中一塊的一部分切開的內部透視圖，圖21是按照本發明另一實施方案制造的安全路障的縱截面圖，圖22是包復板正在包復外皮的透視圖，圖23是沿圖22中沿XXIII-XXIII線的橫截面圖，但示出的是已包復好外皮的包復板。
發明詳述現在我們參考圖1-3，現有技術的頭盔1是由三塊東西構成，即外罩2、內殼體3和下包邊板4(圖3)。
內殼體3是用聚苯乙烯或別的體輕塑料材料模鑄而成，這些材料是可以壓扁的，以此來吸收能量。該殼體被外罩2所復蓋，外罩是用模鑄法或真空成形法制成的，以使與殼體3的上部表面配合。如圖2所示，外罩2上可有各種各樣的部分地伸入殼體3上所打的孔洞6中的套筒5。但是為了使外罩2能從它的模子里取出來，這些套筒就不能伸出得太遠。
如圖3所示，一旦外罩2被放到了殼體3上并用適當的粘結劑粘結好以后，包邊板4就可沿內殼體3的邊緣裝上，并用適當的粘結劑粘結到邊緣上。外罩2與包邊板4的連接處是用一條膠帶7來蓋住。替代的辦法是，用一條較寬的膠帶壓在外罩2的光邊和殼體3的邊緣上。這樣就做完了現有技術的頭盔。
現有技術的頭盔受害于它的許多缺點，其中并非最不重要的一點是它不特別結實。雖然外罩2能提供某些獨立的負荷分配能力，但就其本身的條件而言它基本上是不結實的、常常是易于變形的，這也就使它的穿透阻力更低。再則，組裝包邊板4是很費時的，而且用膠帶來蓋住包邊板4的上部邊緣與外罩2下部邊緣之間的窄縫這件工作，是既費時又會給頭盔整個外觀的設計增加許多約束條件。不久就會出現的膠帶7的松弛也通常是這種頭盔被磨損的第一個信號。
借助于使用圖4所示的器械，就可制造出表面上與圖1-3中的頭盔相似、而在結構上大不相同的頭盔。如圖4所示，器械10是由支承骨架11上裝往復式模子12而組成，模子12借助于氣動或液壓柱塞13可往復運動。在模子12的上方有一個夾具14，該夾具能沿塑料薄板的周邊把它夾住。
加熱器16裝在臺車上，可沿支承骨架11滾動，這樣就可使加熱器或在位于夾具14的上方，或者遠離夾具。裝在夾具14上方的是一對噴咀17，它們與氣泵18相連。噴咀17可借助氣動或液壓柱塞19而往復運動。
模子12與真空缶20相連，真空缶用氣泵21抽成真空。各項設備都由加裝有可編程邏輯控制器的傳統控制盤22來控制。
由圖5可以看出，用發泡聚苯乙烯(EPS)做成的內殼體33已被象以前一樣放在了模子12上，殼體上帶有很多孔洞36。有很多突起部分23位于相應的孔洞6中。塑性薄板15被夾在夾具14中，電阻加熱器16已被滾轉到位，以便對塑性薄板15加熱。經過預定時間后，薄板15加熱到了要求的溫度(典型的是135℃)。然后加熱器16在下一操作步驟開始前退回原處。當工作地點的溫度變化或使用厚板時，可設法預熱板子使之變暖。另外，板子的兩面都可加熱。
下一步，如圖6所示，就借助氣動或液壓柱塞13使模子12向上運動，以此借助于封閉在薄板15和內殼體33以及模子12之間的一層空氣，將加熱好的薄板15向上推。加熱好的薄板15的這一變形基本上是均勻地使薄板15明顯地變薄。
如圖7所示，下一階段的操作是把真空缶20中形成的真空應用到模子12上。一開始是抽出內殼體33與薄板15之間的空氣，是通過模子上的孔洞26進行的?？諝馔ㄟ^模子12后，真空就使薄板15既緊貼在內殼體33的外表面上，又緊貼在園環或環形物25上，以便有效地把薄板15密封在模子12周圍。
此外，借助于壓力差，薄板15還被外力推入內殼體33的孔洞6之內并圍繞住殼體的下部邊緣34。薄板15透入孔洞6的深度受限于模子12上的突起部分23。
持續地對模子12施用真空也會穿過內殼體33的材料而抽出空氣，內殼體最好是能透氣的。這樣就可保證封閉在薄板15和內殼體33之間的任何空氣或氣體都被抽出，而同時薄板15仍保持是熱的并因此部分是液態的。壓力差消除了在薄板15之下形成任何氣泡的可能性。此外，如圖8最清楚地顯示的那樣，在薄板15下面持續地應用真空能在一次成形操作中把薄板15抽吸得圍繞住下部邊緣34。真空在薄板15的內面各個方向上都施加了拉力。其結果是使最終的加復蓋層制品獲得了巨大的結構強度。
下一步，當成形過程在這一階段中基本完成后，就關掉真空。為了防止EPS殼體33過熱，如圖7所示，就使氣動或液壓柱塞19動作，把噴咀17放低，冷空氣24就流向薄板15的上表面。這一操作步驟可防止薄板15使內殼體33的發泡聚苯乙烯被過度加熱。
做出來的加復蓋層殼體33在模子被氣動或液壓柱塞19退回、薄板15從夾具14上取下后的狀態如圖8所示。由于上述動作使半完工的(即尚未修整的)頭盔得以取出，并可把薄板15上不需要的部分修剪掉，在圖8中的虛線就是必須修剪的地方。
薄板15優選的幾種材料包括丁腈苯乙烯(ABS)、聚酯、苯乙烯和聚碳酸酯，或這些材料的組合。有一種特別優選的材料就是非晶形聚酯(APET)。這種材料具有很高的抗沖擊和抗拉強度，此外，它還非常耐久。它還有抵抗油脂、伽瑪射線和多種溶劑的能力。
本領域的技術人員會懂得，雖然薄板15是借助對其下面使用真空而使之與內殼體33密切嚙合的，但在薄板15的上表面施加正壓力，通過內殼體33驅走空氣而不是通過殼體33抽走空氣，也可以產生出類似的結果。通過透氣的內殼體33抽去空氣的一個優點是，若被加熱的薄板15用熱量軟化EPS達到了釋放某些氣體如戊烷的程度，則通過真空缶20和氣泵21將可安全地把這些氣體抽空。
如果需要的話，可在內殼體33的外表面上施用粘結劑(最好是遇熱活化的)，以保證薄板15與內殼體33之間粘結得更好，但一般來說，這是不必要的，因為它們之間的嚙合已是足夠緊密的了。薄板15的厚度典型地是在0.1mm至10mm的范圍之內，優選的厚度是在0.25mm至3mm的范圍之內，對自行車頭盔來說優選的是0.5-0.7mm。完成操作的總周期時間約為10-60秒。本領域的技術人員會清楚地知道，一張薄板15可供多個模子作業，也可備有多臺器械，每臺都能增加總產量。
遇到使用較厚的板子或殼體的滲透性小(例如由于用了高密度EPS)的場合，這時就可在板子15的上表面施加正壓力，同時在板子15的下表面施加真空，以造成更大的壓力差。對板子15的上表面加壓的最便捷的方法是借助于壓縮空氣，但也可以使用液體。
為了減少復蓋層冷卻所需的時間，半完工、未加修整的頭盔應使用空氣流來冷卻，更優選的是用冷空氣流來冷卻。
上述工藝的外加優點就是在頭盔內部可設置一體性部件。例如，如在加上復蓋層以前安裝固位帶，那它們就會被牢牢地卡緊在殼體與復蓋層之間。這用在摩托車頭盔上將會有更大的優點，因為與護目鏡有關的機構就可以嵌入到復蓋層里面去了。當使用了防水和防化學的復蓋層時，就可有效地保護這些機構不被銹蝕。
另外的實施方案包括在加裝復蓋層以前在殼體33內埋入螺紋套管。一旦復蓋層裝好，就可在該套管上適當地打孔，以便在頭盔上加裝其它制品。例如可適當地加裝上可拆卸的燈、電池盒、護耳罩、護目鏡等等。
用上述方法制成的頭盔還可包括另外的外表涂層，例如任何一種環氧樹脂或氨基甲酸乙酯。甚至，當頭盔是用于高沖擊力的場合時，還可在復蓋層15上先加一層高密度的吸震層，然后在高密度層的外面再加上環氧樹脂或氨基甲酸乙酯層。
在一些實施方案中，在殼體33上形成了復蓋層15以后，還可用同樣的方法形成第二層相同的復蓋層。已經發現，兩層相鄰的0.75mm復蓋層之間緊密嚙合后可比單層1.5mm的復蓋層提供更大的結果剛度。
可用遇熱活化的或其它的粘結劑涂在相鄰兩層之間以助長層間粘結。
如果需要的話，塑性薄板可以染色或包括印刷品。替代的辦法是，可把單獨印刷的材料牢牢地保持在殼體33與透明復蓋層15之間。另一個替代辦法是，殼體33可以在進行上述工藝過程之前刷上涂料或印上東西。再則，還可在工藝過程完了之后在塑料板上刷涂料或印刷東西。
外復層與內殼體緊密粘結的結果是使結合體具有非常明顯的結構強度。另外，只要簡單地用翻轉內殼體的辦法，就有了能在內殼體33的兩面都裝上薄板15。兩面復蓋上薄板后，必須在兩層薄板15搭接的區域使用粘結劑。當內殼體是曲線型的，就須先復蓋其凹面，然后再復蓋其凸面。需要時，可用針或針狀管插透復蓋的第一層薄板15，以便在復蓋第二層薄板15時幫助向殼體33使用真空。有兩層復蓋薄板15的殼體33略如圖9所示。不難理解，內殼體33可以成形為任何形狀，包括加勁肋、起皺等。
因此，幾乎任何形狀的非常強固、耐久而又輕巧的制品都可以制造出來。這樣的制品具有優異的機械強度和吸震性能如抗凹陷能力。還表現出了良好的耐熱性能。這種制品的強度重量比特別高，而這一點具有很多的優點，例如利用這種制品作為運輸貨物的托盤或集裝箱時，就可降低運費。
如圖10-13所示，運輸和貯存貨物用的托盤，特別是用叉式起重機裝卸的那種托盤，就可用本發明的方法來制造。如圖13所示，托盤40是用相同的兩個半塊41用螺栓固結在一起制成的。托盤的一扇半塊41的翻轉后的形態如圖10所示。
從圖10-12可以看清，托盤41的外表面除凹坑42外都是平滑的，凹坑用來容納栓緊用的螺桿的頭部和相應的螺母(圖中未畫)。托盤半塊的內側分布有8條加勁肋43，相互安排成垂直相交和對角線相交的形式。在托盤半塊41的周邊上也布置有加勁肋44。
在托盤半塊41的四個角上，布置有四塊L形的邊轂45，在半塊41的中心和每個邊的中心則布置有五塊矩形的邊轂46。
從圖13可以清楚地看出，托盤40是由相對的兩個類似的托盤半塊41組成最終的制品的。
從圖9也可清楚地看出，這種使用兩層塑料薄板15做成的三文治似的材料可以用來替代某種類似的層合物，例如家用冰箱的箱體，它外面是一層薄鋼板，內面是一層塑料板，中間是隔熱材料。在本發明的另一個實施方案中，傳統家用冰箱的箱體可用總的特征如圖9所示但按本發明的一種或多種實施方案制造的材料來代替。很清楚，這就使得本發明的各實施方案可被用來建造冷室、隔熱貯藏室等，這些層合材料可被用作墻、地板和頂板。
內殼體33可用作隔熱材料這一概念可以直接適用于制造重量輕的便攜式冷柜或熱箱51，如圖14所示。這里的側壁、箱底和箱蓋是用例如發泡聚苯乙烯制造的。再進一步，還可把這一總的原則再向前擴展一步，就是說，利用內殼體33并不是作為隔熱材料本身來利用，而是利用眾所周知的真空的隔熱性能。這一點已由于用在兩“壁”之間做出真空的辦法而實現了，這兩塊壁每塊都是由內殼體33和復蓋層15構成的。用這樣的辦法可制造出任何方便外形的尺寸的、體輕而結構堅固的“真空扁盒子”。
現在我們來參閱圖15，圖中示出了這樣結構的冷柜和熱箱151，一部分顯示的是截面。圖16示出了圖15中側壁50一部分的放大圖。側壁50是由兩塊類似盒子的結構做成的，包括內盒52和外盒53。內盒52包括低密度EPS泡沫54，它包復有薄板55，一如上述。外盒53采取的形式是，用上述方法在高密度EPS泡沫層56上復蓋薄板57。在內外盒52、53之間形成一個空腔58。在一種冷柜上，空腔58內可含有空氣，在第二種冷柜上，空腔可以是真空的。為把內外盒52、53緊固在一起，可在60處使用適當的粘結劑以便把它們連結起來。當需要在空腔58中形成真空時，可首先把空腔58中的空腔抽出，然后在薄板55、57之間沿邊緣61涂上密封膠。
在圖17中示出圖14的冷柜的側視圖，其中一部分為截面。冷柜底部或底板的結構，可從圖18的分解截面圖中看得更清楚。在圖18中可以看出，內盒52和外盒53上包括很多突起62、63，這些突起設計得互相緊靠以提供支撐作用，其狀態類似于圖10-13中所描畫的托盤。借助于突起62、63，內盒52受到外盒的支撐而得以處于穩定位置。
在殼體和復蓋層之間并不一定要發生與化學和熱有關的反應。例如，有些實施方案使用遇熱活化的粘結劑來保證更緊密的嚙合，而另一些實施方案只是依靠殼體與復蓋層之間拉緊的嚙合。此外，當要復蓋厚的復蓋層時，有利的做法常常是先復蓋一層薄的復蓋層，用它來防護殼體免受復蓋第二層厚的復蓋層所需的熱量的影響。
本發明的一個替代方案包括在殼體1的外表面上涂一層熱絕緣體，以便于復蓋厚復蓋層或使用較低密度的EPS。這樣的涂層包括點基材料(point based materials)或退而求其次用反光漆或金屬箔。本領域的技術人員或許還知道其它合適的材料。
在這一實施方案中，殼體和復蓋層是分別提供吸震和抗穿透性能的。但是，值得贊賞的是，由于在殼體與復蓋層之間獨一無二的拉緊嚙合，使得這些性能突出出來了。
制作的復蓋層的厚度是各種各樣的，例如頭盔用的復蓋層厚度為從0.25mm至高達3mm。但是，在要求具有更大抗穿透能力的場合，還可使用大得多的厚度。當使用APET時，對頭盔來說，復蓋層厚度有0.5-0.7mm一般來說已經夠了，雖然0.1mm至10mm范圍的厚度是可能的。
殼體可用多種材料來制造。當材料不夠透氣時，可在殼體上打出多個分布開的通氣孔，以便通過它們抽走空氣。但是，也有可能簡單地圍繞殼體從殼體與復蓋層間的空間內抽走空氣。這最后的變通辦法也可提供合適的產品，但其結構強度比起用透氣的殼體材料的產品來是要降低一些的。
壓力裝置工作一周期的時間約用20-60秒是可能的，雖然還要另加冷卻時間。如果是預先用真空成形法的場合，就不必延遲復蓋層的冷卻。此外，最好是在成形復蓋層以后立即就用流過外罩的空氣、最好是冷空氣來冷卻頭盔。再則，最好是在壓力差撤銷以前，復蓋層的溫度就遠低于薄板材料的熔點。
本發明的方法的上述屬性允許對復蓋層進行選擇，不加選擇的復蓋層有可能不適于真空成形。例如，具有高導熱系數的極薄的復蓋層或材料就是這樣。有時為了使復蓋層與殼體之間嚙合得更加有效，就有可能發生一些皺折。
復蓋層的材料組成如何選擇取決于產品的最終用途。就頭盔而論，已發現用PET是很合適的，因為用它做的復蓋層是有很高的回彈力的。PET具有很高的抗沖擊和抗拉強度，具有抗伽瑪射線和紫外線的能力，此外還有耐化學性，它同時還適于接受表面涂層如油漆和粘合劑。一種高度有效的材料是APET。
用上述方法做成的頭盔上可包括另外的外涂層，如多種環氧樹脂或氨基甲酸乙酯中的任何一種。此外，當頭盔要用于高沖擊力的場合時，可在基本復蓋層上加裝外加的高密度吸震層，然后再在高密度層的外表面上加涂環氧樹脂或氨基甲酸乙酯層。
在一些實施方案中，在殼體上的基本復蓋層做成后，再可用同樣方法做上第二層類似的復蓋層。已經發現，兩層例如0.75mm的鄰接復蓋層之間緊密嚙合后，它可提供出比單獨一層1.5mm復蓋層更大的結構硬度。
第二層復蓋層由于壓力差及隨后的冷卻會拉緊嚙合在第一層復蓋層上。在替代的實施方案中，在第一層復蓋層上打上孔并在外表面上貼上臨時的面罩，以防空氣穿過這些孔。當第一層復蓋層做成后就取下面罩。此后在做第二層復蓋層時就可利用第一層復蓋層的透氣特性來保證兩者間的緊密嚙合。
可以在鄰接的兩層之間使用遇熱活化的或其它的粘結劑以促進層合粘結。
復蓋層給予作基礎的頭盔殼體以改進的強度這一點，使得這一方法也適用于其它應用場合。例如，適當成形的聚苯乙烯和其它制品就可以加復蓋層而做成建筑用大板，用于做內墻和隔墻、輕便冷柜、冰箱或冷室的壁板、頂板、底板和門。此外，當使用高密度聚苯乙烯和厚復蓋層時，也可做成汽車用板和其它汽車部件這樣的制品?？梢岳斫獾氖?，按照本發明可制造出基本上任何尺寸和形狀的帶復蓋層的制品。如制品尺寸與頭盔差異甚大，則制造用的器械的尺寸也需按比例增大。
按照本發明的另一方面，結構性復蓋層是做在制品的各個面上。例如，結構性構件就可這樣復蓋以提供更好的抗損壞、抗水或化學品侵入和抗腐蝕或腐爛的能力。就是說，硬木、聚苯乙烯、壓制木屑板、鋁或其它金屬的結構性構件系被包封在塑料復蓋層之內。
在一個具體實施方案中，先把第一塊塑料薄板加熱好，然后使之與結構性構件的至少一個表面嚙合。在第一塊薄板與構件之間施加壓力差以使兩者緊密嚙合。然后把第二塊薄板加熱好，并使之與構件的至少另一個表面接觸，然后施加另一次壓力差使第二塊薄板與構件緊密嚙合。第一塊和第二塊薄板做成互相搭接使連續地包住構件。在這一實施方案中，只用兩塊薄板就給構件包上了完整的保護層。但是在替代的方案中，要求使用三塊或更多的分開的搭接板。在相鄰薄板的搭接區最好使用遇熱活化的粘結劑。
當構件是矩形棱柱時，例如是一根梁，這時最好是把第一塊薄板與梁的一個寬表面嚙合，同時也與相鄰的兩個相對較窄的面的最少一部分相嚙合。然后把第二塊薄板與梁的另一個寬表面和兩個較窄的表面嚙合，并使之與這兩個較窄表面上的第一塊薄板互相搭接。
有一種材料，用它做成頭盔殼體或結構性構件時具有明顯的優點，該產品的銷售注冊商標為GECET，是由Huntsman Chemical Corporation根據通用電氣公司(General Electric Company)的許可證生產和銷售的。這種材料是聚苯氧化物(polyphenylene oxide)和浸漬過戊烷的聚苯乙烯的共混物。可生產出一定范圍內的多種密度。另一種特別優選的材料為發泡聚丙烯，其銷售的注冊商標為CARIL。
適當成形的GECET、EPS或類似的組分在按照本發明的方法包上保護性復蓋層以后可有多種用途。例如助力車頭盔、工業頭盔、建筑用大板、樓梯、木材代用品、冰箱箱體、交通路障和小型太空艙(baby capsules)。
結構性構件使用了厚復蓋層后就具有極高的強度重量比。此外，芯材可以方便地成形以提供額外的強度，這額外的強度又可因在那種外形上隨后依樣做上復蓋層而得到提高。這些屬性使得按本發明的方法制造出來的結構性構件可用于做墻壁大板、門和窗框。這就是說，EPS或類似的芯材加上復蓋層后適于用作木材或金屬的代用品。
本發明的一個特別有利的用途是做建造溫度調節區如冷室、冰箱、實驗室等用的大板。圖19和圖20所示為建造冷室用的大板120。大板120包括兩塊矩形的GECET多孔樹脂板121和122，它們都被復蓋層123所包封并保持在連接狀態。
板121是均勻厚度的，但板122包括基本上是平的一面124和異形的一面125。面125上有一圈凸緣126，凸緣從面125上伸出，用以連接板121鄰接面的周邊。
從面125上還垂直伸出多塊凸起127。這些凸起均勻分布在面125上，最好它們的高度與凸緣126相同。相應地，這些凸起也頂在板121的鄰接面上。
一旦板121和122被用上述方法用復蓋層123包封后，就在兩板之間基本上形成了密封的空腔。
凸緣126上包括有孔洞128，以便從空腔中抽出空氣，或者也可代之以讓溫度調節流體進入空腔。在所示的實施方案中，有一臺真空泵129與孔洞128連接，其間可以流通流體，用以使空腔內基本上保持真空，使大板120具有改進的隔熱性能。真空可以建立起來，孔洞128可以被封閉，或在也可代之以定期開動真空泵129，以確保足夠的真空度。
多塊大板裝配在一起就可建成要求尺寸的冷室。所有的大板都可通過各自的孔洞128聯結起來，因此只需要用一臺真空泵129就可以了。另外，真空泵還可從調節冷室空氣用的制冷機組上供電。
在空腔內存在真空或部分真空還能便于板121或122的損壞修理。這就是說，在板的破損部分可放上一塊補釘，雖然需要某種方式的粘結，但空腔中真空的作用會促進補釘與周圍大板的密封嚙合。
本發明也可類似地用于冰箱箱體。但除此以外，其真空泵還可通過箱體門的動作來供電。替代的辦法是，可以利用現有壓縮機上的電動機。
本發明的另一個用途是做車行道路的音障。按照本發明包括有復蓋層的、用GECET、EPS等做的標準化大板已被生產出來。這些大板具有互補的鎖閉造型，以保證相鄰的大板連在一起。這種大板的尺寸預計為3m×1m×100mm，這是可以按需要變動的。
所用的保護性復蓋層使大板成為基本上能防止破壞的，復蓋層還由于其拋光平滑和不透水汽的性質而能便于清洗。由于使用了對紫外線穩定的復蓋層，它的耐久性也提高了。
本發明另外的實施方案是制造安全路障，如圖21所示?，F有的路障135包括用以支撐彎曲的金屬路障137的骨架136。按照本發明加裝了補加的吸能路障138，它包括基本上平的外表面139和與路障137形狀互補的另一面140。路障138是用密實的EPS等材料制成的，并包括有APET或類似的外皮以提供抗穿透能力。路障138是搭鎖在現有路障137上的，可特別是對摩托車和自行車騎車人提供額外的防受傷保護，因為現在金屬部件已被有效地鑲嵌在吸能材料之內了。
以上描述的任一實施方案中的復蓋層都可按需要染色或著色。替代的辦法是在GECET或EPS芯體上刷涂料，然后做上基本上透明的復蓋層。
當使用EPS、GECET等芯材時，所做出的帶復蓋層產品就特別適用于航海器械，因為它是有浮力的。例如可以制造輕型船殼、個人水上運輸器械和艙室。按照本發明的實施方案可以有利地制造的其它制品包括救生圈、具有船用設備壽命的船用集裝箱，以及雪上運輸器械，例如銷售注冊商標為SKIDO的器械。
加復蓋層的GECET由于這種芯材熔點高而顯得特別優越。所做成的產品適于用來構成消毒箱、工作臺面、漏水槽、熱水設施等。
本發明的一些實施方案還可用于制造一種大板，這種大板可 與吸聲箱一起用于船用發電機或電動機、游泳池泵或其它設備上。
按照本發明的這些實施方案制造的制品可包括用多塊分散部件構成的殼體，這些部件用復蓋層把它們連續地保持在事先確定的方位。在一些實施方案中，這些分散的殼體部件原本就是被粘結在一起的。例如，可把多塊EPS板拼在一起做成一個頭盔殼體，然后在該殼體上做上結構性復蓋層。
一種變通的辦法是可用熱刀雕刻材料塊(例如EPS或GECET)做成要求形狀的表面。然后在該表面上做上復蓋層。這一方法方便了樣品和一次性(“one-off”)制品的生產。它也可以大量生產制品，舉例說，在應用機器人技術的情況下。
按照本發明制造出的結構性構件也適用于快艇桅桿和機動車車體。
本發明另外的實施方案系使用非常有彈性的材料做的殼體，以為機動車提供吸能型的保險桿。
按照本發明的實施方案制造的頭盔，可在其內表面或外表面包括結構性復蓋層，或者兩面都有復蓋層。當要求使用厚的復蓋層時，在使用壓力差的同時還輔之以機械設施，機械設施可促使薄板在一開始就向被復蓋殼體的輪廓定形。
本發明的實施方案自身說明，利用回收材料是有利的。例如，薄板或復蓋層可以用PET瓶子制造，而在一些實施方案中，殼體可以包括紙漿材料。一個很適合用回收材料的特殊領域就是做隔板。
在殼體與薄板之間實現了緊密嚙合后，就使制品具有很高的耐沖擊能力。這一特性在安全頭盔領域是特別需要的。用APET做的頭盔復蓋層是特別適用的，因為復蓋層本身就傾向于模塑到耐沖擊制品的外形上去。殼體和復蓋層之間的緊密嚙合能促使沖擊力在整個殼體上廣泛分布。
一只包括EPS殼體和APET外殼的頭盔曾在叫作SNELL MEMORIALFOUNDATION的儀器上進行了測試。在這樣的測試中，往戴有被試頭盔的頭部模型上，在可控條件下，落下各種砧座中的一種。頭部模型所經受的加速度以重力加速度的倍數為單位被測量和顯示出來。倘若讀數超過重力加速度的300倍，則該頭盔即為不合格。一個現有技術的頭盔，它包括EPS殼體和環氧樹脂涂層，其前部和側面沖擊所得到的讀數分別為約170至180和200至220。按照本發明做成的一個類似的EPS殼體和APET復蓋層的頭盔，其測試結果是前部和側面的讀數分別為約100和150。由此可見，在耐沖擊性能方面已實現了重大的改進。
本發明另外的用途是做軍火貯藏集裝箱。按照本發明制造的集裝箱能提供很高的耐沖擊能力能使軍火等長期貯藏。更具體地說，這種集裝箱能有效地使軍火與外界氣候隔絕，它的這種能力遠遠超過現有的集裝箱。此外，它比傳統的金屬制或木制集裝箱所減輕的重量也是可觀的。
用本發明的實施方案制造的制品的另一項有利的用途是，用它替代眾所周知的用于做澆注混凝土模板的多層膠合板。這樣的木制模板已變得越來越缺乏因而也很貴。迄今為止，用塑料板材代替木制模板的嘗試還未取得成功，這是因為塑料板材沒有足夠的強度來支撐又重又濕的混凝土。
但是，按照本發明可以做出做這種模板用的具有適當結構強度的構件，可用發泡聚苯乙烯板切割成需要的尺寸和形狀，然后復蓋上兩層外皮或薄板15來做成。每塊薄板15復蓋相對的一面，并做成搭接的接頭，優選的是把接頭做在沿聚苯乙烯板的邊緣。這樣，就可在簡單的兩個步驟中做成尺寸和形狀正確的制品。也可以做出包括有曲線部分和彎曲內角的預定形狀的模子。由于最終制品的強度是在做復蓋層時被授予的，因此就可免去制作強有力的復雜模子的必要性。取而代之的是只要把模子做成要求的形狀而不需對制品的強度給予任何考慮。成品模子的必要強度被代之以靠復蓋層給予。
可在薄板15中加入各種不同的脫模劑，例如硅氧烷。替代的辦法是可在模板表面復蓋一薄層一次性使用的材料，例如純凈塑料材料(clearplastic material)，其銷售用的同屬名稱為“cling wrap”，在澳大利亞銷售的注冊商標為“GLAD WRAP”。這一復蓋層是在澆注水泥或混凝土以前灑在模板上用作脫模劑。
制作模板的基本構思可以很方便地擴展到制造能走進人去的冰箱等，這種大冰箱可用一系列的板子來建造，每塊板子上有與鄰板聯鎖用的邊，使用專門的做成帶曲線部分和內角的板子，用以把大冰箱的邊或角聯結起來。于是，這樣的用大板建造的冰箱可以很快地在現場用聯鎖大板組裝起來。
按照本發明的一個實施方案制作的另一種制板方法示于圖22和23。圖中用纖維素纖維材料做的板70(如澳大利亞人們熟知的同屬名稱為“fibro”的板子)正在被用基本上與圖4-7所示相似的器械復蓋單層的塑料層71。纖維板70的上部表面最好先涂一層遇熱活化的粘結劑。塑料層71被加過熱(最好加熱到130-150℃的溫度范圍)，纖維板70向薄板移動以使合在一處。在纖維板70和塑料層之間的空氣被用前述方法抽走。為抽走空氣，可在纖維板的四角各打一個孔，共打四個孔72-75。這些不重要的孔可幫助除去纖維板70與塑料層71之間的空氣，并借此避免任何截留的空氣以氣泡形式留存在塑料層71內。
如圖23所示，比纖維板70稍大的塑料層71是包卷在纖維板70的邊緣上的。如果是用作例如墻的包殼，則纖維板70有一面通常是不加復蓋層的。但是，如果需要，纖維板70的兩面都可加復蓋層。其結果是成為堅固、耐久而且耐候的復蓋層，它大大地增強了纖維板70的強度。此外，加復蓋層的纖維板70的表面可以染色或用任何辦法裝飾，借此大大增強原先為淡褐色的板子的吸引力。
按照上述方法所使用的遇熱活化粘結劑包括熱固粘結劑，它又包括苯酚樹脂和蜜胺樹脂。所選的粘結劑必須與內芯和替代材料兩方面都能適配。反對使用產生蒸氣要求通風的粘結劑。
下面列表舉出能在上述方法中使用的材料的各種結合方案。
內殼芯材 薄板材料發泡聚苯乙烯(EPS) APET-熱塑性材料GECETPET-熱塑性材料CARIL PETG-熱塑性材料聚乙烯 聚碳酸酯聚氨酯聚碳酸酯/聚酯回收的纖維素材料(厚紙板、木材) ABS-聚乙烯含有礦物填充劑(包括煤灰、充氣水泥)的樹脂 HIPS-聚乙烯SAN-聚乙烯LDPE-聚乙烯HDPE-聚乙烯聚丙烯乙烯基PMMA-丙烯酸衍生物醋酸纖維素PBT-熱塑性材料PPE-熱塑性材料乙縮醛PVC該表應理解為左邊一列中的每種內殼芯材可以用右邊一列中的每種薄板材料來做復蓋層。
薄板材料的內表面可以刷上各種涂料如水基聚酯涂料，其銷售注冊名稱為DURABOND。這樣的涂料最好用氧化鋁三水合物做填充劑。當這種涂料被加熱時，其中的水分自然會揮發掉，借此就使涂料本身驟冷。這有助于保護內殼芯材。此外還可在薄板材料中加入各種各樣的填充劑、紫外線吸收劑、碳黑和其它顏料，在這方面PETG從它的抗結晶能力看是特別有用的。最終產品的有用性能包括抗熱和抗冷能力、抗疲勞能力、形狀恢復記憶能力等。
最后，本發明并不限于做單層復蓋層。在這方面很容易明白，圖8中的頭盔在按圖8中的虛線修整以后，可以重新放入圖4中的模子12內，參照圖5-8所描述的整個過程再重復一遍以做上第二層復蓋層15，這一層復蓋在原先做好的第“一”層上。
以上只是描述了本發明的若干實施方案，對本領域的技術人員來說甚為明顯，在不脫離本發明的范圍的條件下可以作很多的變動。舉例說，沖浪板和滑板(bogey boards)就可按照本發明制造出來。
權利要求
1.從一個成型的內殼體和至少一層外皮制造有負荷承受能力的制品的方法，該制造方法包括下列步驟(1)將準備做成外皮的塑性薄板加熱，(2)將加熱好的薄板靠在內殼體旁邊將它復蓋，(3)在內殼體和薄板的相對兩面之間施加流體壓差，以使薄板的形狀變成與內殼體一致并互相嚙合，以及(4)冷卻該薄板或任其冷卻。
2.權利要求1的方法，其中步驟(2)包括將內殼體向加好熱的薄板移動。
3.權利要求2的方法，其中薄板的周邊被夾具夾住，而內殼體則借助內殼體與夾具之間的相對運動而移動到穿過薄板平面的位置。
4.權利要求3的方法，其中夾具是固定的，而內殼體是移動的。
5.權利要求1的方法，其中內殼體是可透氣的，隨著壓差形成，可把流體穿過殼體抽走。
6.權利要求5的方法，其中內殼體是通孔材料(open matrix material)。
7.權利要求5的方法，其中內殼體上包括有多個在相對兩面之間伸展的均布的貫通氣孔，以便于薄板形成為內殼體的形狀。
8.權利要求1的方法，其中在內殼體上做上了第二層外皮。
9.權利要求8的方法，其中第二層外皮是做在該內殼體已做上加熱薄板一面的另一面上。
10.權利要求9的方法，其中內殼體相對兩面的終端都在共同的周邊上，同時兩外皮至少是沿該共同的周邊搭接。
11.權利要求1的方法，其中造成流體壓力差的辦法是在殼體內側建立起低壓流體的區域。
12.權利要求1的方法，其中造成壓力差的辦法是在殼體外側建立起高壓流體的區域。
13.權利要求11或12的方法，其中所說的流體包括氣體。
14.權利要求13的方法，其中所說的氣體是空氣。
15.權利要求1的方法，其中當加熱的薄板冷卻下來時，它就拉緊嚙合在殼體上。
16.權利要求1的方法，其中加熱的薄板使內殼體剛剛鄰接的表面充分地升溫，使它發生某種程度的軟化，這又促進復蓋層與殼體之間的層合粘結。
17.權利要求1的方法，其中內殼體的組成材料是從下列一組材料中選出的發泡的熱塑性材料、木材、壓制木屑和纖維素纖維水泥。
18.權利要求17的方法，其中所說的發泡熱塑性材料是從下列一組材料中選出的發泡聚苯乙烯(EPS)、高密度發泡聚苯乙烯(HDEPS)、GETECT、CARIL、聚苯氧化物和浸漬過戊烷的聚苯乙烯的共混物、聚乙烯和發泡聚丙烯。
19.權利要求1的方法，其中外皮是選自下列材料的一種或幾種的組合ABS；聚酯；苯乙烯；聚碳酸酯；PET；APET；PETG；PVC；聚酯/聚碳酸酯共聚物；以及HDPE。
20.權利要求1的方法，還包括在內殼體的外表面上加涂遇熱活化的粘結劑這一步驟，該外表面是要與加熱的薄板嚙合的。
21.從一個成型內殼體和至少一層外皮制造有負荷承受能力的制品的器械，該器械包括(1)薄板固定設備，用以沿塑性薄板周邊或相鄰的一對對邊固定住薄板；(2)用以保持并支承成型內殼體的模子；(3)用以將模子向薄板固定設備移動并使薄板和成型內殼體移往一處的移送裝置；(4)用以對被薄板固定設備固定住的塑性薄板進行加熱的加熱裝置，加熱的程度是要使薄板至少部分軟化，以及(5)壓差裝置，用以在薄板和殼體之間形成壓差，使薄板與殼體密合。
22.權利要求21的器械，還包括一套冷卻系統，該系統面向薄板的不與內殼體嚙合的那個表面。
23.權利要求22的器械，其中所說的冷卻系統包括至少一個吹出氣流的噴咀。
24.權利要求21的器械，其中所說的加熱裝置是能朝向或離開薄板固定設備而往復運動的。
25.按照權利要求1的方法或用權利要求2 1的器械制造的結構性制品。
26.權利要求25的制品，還包括一層熱絕緣阻擋層。
27.權利要求26的制品，還具有內部空腔。
28.權利要求27的制品，其中所說的空腔是抽成真空的。
29.權利要求28的制品，其中所說的空腔是周期性地或連續不斷地抽真空的。
全文摘要
本發明公開了多種結構性制品，如頭盔(33)，冷柜(151)、托盤(40)、建筑用板(70)以及大量的各種各樣的制品，它們都是用一個最后是滲透空氣的內殼體(33、70)，在它的一面或相對兩面加裝使它產生結構強度的外皮或覆蓋層(15、71)而做成的。殼體可以是發泡聚苯乙烯、木材、木屑板、纖維素纖維水泥、GECET或CARIL。薄板或外皮可以是丁腈苯乙烯(ABS)、聚酯、苯乙烯、或聚碳酸酯。非晶形聚酯(APET)是特別優選的。制造這種結構性制品的方法和實施這一方法所用的器械也在此公開了。
文檔編號B29C70/68GK1147224SQ95192872
公開日1997年4月9日 申請日期1995年2月28日 優先權日1994年3月4日
發明者F·A·馬蒂希 申請人:阿馬塞爾有限公司