[发明专利]使用预固化的强化芯层的嵌板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及夹心板，特别涉及使用预固化的强化芯层的夹心板及其制造方法。

夹心板用于要求结构绝缘和/或热绝缘特性的各种应用中。这些应用包括高速公交车辆中的建构和非建构使用，冷却和非冷却建筑，船只，飞机，休闲车辆，封闭式活动房以及其他。建筑用夹心板是通过将两个通常较薄的表面或表层结合在一个相对较厚的芯层材料上而构成的合成结构。表层通常致密而坚固，经得住压力和拉力，而芯层一般由相对不很坚固并且低密度的材料制成，用以分隔开表层，消除它们的翘曲并且抵抗剪切载荷。

相关的在先技术

用于公交车辆的地板组件是一种简单的夹心板的一个例子。用于构造地板的常用材料是各种木料和不锈钢。通常所知通过提供不锈钢薄层，将其附在由木料，一般是轻木或胶合板制成的支撑框架顶部来构造这种地板组件。钢层提供具有刚性和耐久性的暴露表面，而木质框架为地板提供轻型的刚性支撑结构。组成部件和材料的这一结合在业界作为可取之道广为人知，因为该结构足可满足安全要求，包括所有用于公交车辆的地板组件所必需的烟火试验。

更为标准的夹心板的常用芯层是刚性的发泡塑料泡沫和蜂窝材料。蜂窝状芯层一般包括一种薄层材料，比如纸张或铝箔，它制成各种空腔构造。发泡塑料泡沫通常比蜂窝材料提供更高的绝热程度，但是蜂窝材料一般比密度相当的绝缘泡沫芯层更加坚固。

为了浸渍空间或增加更高的绝热程度以结构上适应蜂窝式芯层，采用了各种将绝缘泡沫导入蜂窝材料的空腔内的方法。包括诸如将发泡化学剂加到蜂窝空腔内，并且将塑料泡沫板压入空腔内的方法。但是，在厚芯层部分难于进行这些加工方法，或者说需要在加工机器上投入更大的投资。从而，这种合成芯层在许多夹心板应用中很少使用，并且因此许多蜂窝式芯层产品绝缘性不够而使得水易于侵入芯层。

具有金属、木料、玻璃纤维增强塑料和类似的可耐久的材料的表层的夹心板普遍通过三种基本工序加工制造。一种工序中，液态化学试剂，一般具有聚异氰脲酯配方，注入在表层之间，其后它们发生反应并膨胀形成刚性泡沫，该刚性泡沫将其与表层结合而形成夹心板。加工夹心板的第二种方法是利用胶粘压层，其中利用粘合剂将预制的嵌板表层和从膨胀泡沫板坯切割下来的刚性泡沫板的芯层结合。第三种方法，未固化的树脂和强化材料施加到这种泡沫板的表面，或者将树脂导入装有芯层和表层强化物的封闭的或真空的包装好的模子里并且随后固化形成刚性表层。可固化的表层可以是，例如，热固聚酯、乙烯酯、环氧树脂、聚亚安酯或酚醛树脂。也可以使用诸如聚丙烯或聚醚醚酮(PEEK)的热塑树脂，只需要施加足够的热量以使其流动并浸湿强化物。强化物包括诸如玻璃、碳或者合成聚合纤维的材料，它们编织或绑结在织物中或者构成为散乱纤维的致密垫，并通常铺设成平面排列。

夹心板压层使用各种这类预制芯层，包括聚亚安酯、聚异氰脲酯、挤压聚苯乙烯、膨胀聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯及泡沫玻璃。结构上需要的夹心板应用，如船体的塑料泡沫芯层通常由线性或交联的聚氯乙烯(PVC)配方制成，其密度为每立方英尺2到16磅。每板英尺(perboard foot)的这种材料的高额花费限制了它在诸如公路活动房和休闲车辆的中高性能应用中的使用。PVC泡沫和诸如聚苯乙烯的其他热塑泡沫的另一个不足是当在运输和其他环境中发生的温度升高时它们的物理属性严重退化。

由于刚性泡沫绝缘芯层的内在结构限制，塑料泡沫芯层夹心板经常会在其设计和成本之间存在严重的折衷。除了因表层中的拉压应力导致的嵌板的变形外，另外的变形是由于刚性泡沫材料的较低的剪切模量。芯层越厚，剪切变形变的越明显，因弯曲而达到过度变形极限。在持续增加的负载作用下，塑料泡沫还易于蠕变，进一步增加了嵌板的变形，结果是夹心板有断裂的危险。

芯层的这些不足要求通过使用相当重且昂贵的表层来提高合成物的强度和硬度。另外，通过将泡沫芯层的厚度或密度增加到高于可接受的限定值而在结构上改进嵌板，这也提高了材料和运输的花费。低密度塑料泡沫芯层的较低压缩模量也使得薄平板表层以相对较低的应力水平发生弯曲，作为补偿还需要表层或较高密度泡沫芯层的保险设计。泡沫芯层的低抗剪强度和其中没有强化材料使得在致裂应力作用下芯层和嵌板表层之间以及芯层自身内部发生延展，结果是嵌板损坏或结构失效。再一个不利是大部分塑料泡沫的低压缩强度，这使得集中载荷或冲击载荷使表层和芯层变形。

金属、木料、玻璃纤维增强塑料和其他材料的加强框架或加强肋用于泡沫芯层夹心板以缓减或克服上述的结构限制。尽管泡沫芯层和加强肋都有助于加大这些嵌板的强度，但是在这种构造中的肋条的结构上的作用基本上并不依赖于泡沫芯层的存在。