CN1861361B - 由热塑性颗粒或类似物直接成型非纺织品元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造非纺织品的方法，其包含以下操作：成型第一元件；成型第二元件；以及成型第三元件，以使上述第一、第二和第三元件以可操作的方式彼此相连。

Description

由热塑性颗粒或类似物直接成型非纺织品元件

本申请是申请日为2000年10月26日、申请号为00815004.4、发明名称为“由热塑性颗粒或类似物直接成型非纺织品元件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种组合式的聚合物加工和物品制造方法，特别是涉及一种以互连结构形成具有独特形状的聚合物元件的方法和加工过程。

背景技术

塑料的使用已经渗透到目前所有类型的制品中了。将塑料成型为制品或以特定元件的形式结合成制品的方法被精心地研制出来，以总体上提高制品产量和所形成的塑料制品的功能特性。通常，聚合物加工用于形成某种单独的制品或元件，例如包装结构(塑料瓶)，或是形成大型制品中的单个元件(小功率传动链中的啮合件，或者用于组合成纱织品或合成织品的热塑性纤丝)。

传统的众所周知的塑料成型方法包括注射成型、吹塑成型、挤出成型以及其他等等。这些成型方法中的每一种分别具有若干相关的附属处理技术，但最终均依赖于至少一个共同特点：塑料必须在初始阶段转化成熔态，再经受预期的加工处理。熔态热塑性料流通常是这样产生的，即通过搅拌塑料颗粒(可能包含一些从前次成型过程的废料“重新磨碎”而获得的材料)，从而将形成的物料加热成熔化温度。这种熔化需要使用相对复杂的设备，而且工艺参数必须精确地控制，才能成功地完成加工。上述成型方法还具有一定的局限性，即它们可以加工的制品的类型受到限制。利用这些成型方法制作出的最终制品的材料参数，例如表面性质、耐化学性、电性、光学性质、熔化性质、抗拉强度、剪切强度、弹性和刚性等，取决于这些传统的塑料成型过程。这些成型过程中的一些还会产生很多废料，这些废料可以在下次加工之前回收到熔态塑料中。

在要求塑料制品具有柔性、耐用、结实和容易组装时，例如制品是非纺织品时，上述这些限制就变得严重了。在这里，非纺织品指的是由互连的单个元件制成的大致柔性片材，这种片材具有纺织品的很多特性，但这些特性并非基于纤维或纤维加工方法而获得的。非纺织品的一个例子是锁子铠甲。

另一种塑料成型方法是固态成型，这种方法也被壳牌发展公司(Shell Development Company)称作“超塑性成型”，被道氏化学公司(Dow Chemical Company)称作“塑料制品的无废品成型”。这种固态成型方法用于制作具有较高热变形温度的塑料制品、带整体形成表皮的膨胀或多孔分层制品、由超高分子量聚合物制成的制品以及由两种或多种材料制成的混合或多层结构。还有一种相关的方法用在金属特别是铝的成型中，用以将精确形成的铝制料块锻造成铝制品形状。虽然固态成型可以用于制作塑料制品，以基本上克服前面所述成型方法中的缺点，但固态成型本身尚没有被用于直接制作互连结构。

这些塑料成型方法的另一项缺点是，要在随后的将成型制品组合成最终产品的加工步骤中对成型制品作进一步的处理。这种组装最终产品的附加处理会在劳动成本和生产速度两个方面均造成费用增多。

发明概述

这里描述的发明可以克服前面所述聚合物成型方法中的缺点，并且包含：优选利用由传统方式生成的聚合物颗粒并且凭借固态成型方法成型为互连元件，并同时将互连元件就地成型为非纺织品。这种组合方法被称作直接成型。互连元件被直接模制成型在它们的组装位置上，以构成连续片材或其他形状的非纺织品。将元件成型为最终的组装结构，即与其他元件互联的结构，就不再需要在组装过程中对元件进一步处理了，所述组装过程可以是例如聚集很多元件，再将聚集的元件以一定次序排列，从而将元件阵列连接在一起。因此，本发明的方法可以使劳动成本和废品成本显著降低，并且显著提高生产效率。此外，这里使用的术语非纺织品指的是由互连的独立元件构成的大致柔性片材，片材具有纺织品的许多特性，但这些特性并非基于纤维或与纤维相关的加工过程而获得的。

本发明的创造性固态成型方法通过将单一的聚合物颗粒或团块在单一成型步骤中压制成一个独立元件，从而可利用传统的颗粒化热塑性材料成分成型出非纺织品元件。用于形成特定非纺织品的元件可以有很大的差别，但出于举例的目的，如后文中详细描述，元件包含互连在一起的板和铆钉。

加工步骤大致包括：a)将一个颗粒安置在模腔中或附近；b)强制颗粒进入模腔并接触模腔成型面，以使颗粒塑性变形，并导致颗粒获得模腔的形状。模腔具有用于成型预期元件所需的形状，而且模腔容积基本上与颗粒体积相等。强制成型步骤或操作优选借助于一定的能量和速度实施，以使颗粒超塑性变形而基本上充满模腔的容积。这一过程重复进行，以将特定的元件以适宜的次序成型出来，从而形成例如互联的板和铆钉，并最终产生非纺织品。

在本发明的一个实施例中，设有一个阵列的模腔，而且用于成型每种元件的每个模腔分别具有一个位于其一侧的颗粒容纳凹槽或容腔，该凹槽通常敞开在模腔中。凹槽的一个壁是由一个活塞或撞杆的端面构成的。活塞或撞杆可以位于后退位置上，从而暴露出凹槽，以便接收颗粒，或者，活塞可以被安置得封闭或填塞住凹槽，从而不会接收颗粒。这样，通过对活塞预先定位，只有那些与需要成型板或铆钉的模腔面对着的凹槽可以接收颗粒，从而成型出板或铆钉。模腔使成型出的元件具有理想的形状。在颗粒被安置在颗粒容纳凹槽中而且凹槽对准模腔后，活塞即被启动，以迫使颗粒进入模腔中。活塞是以足够大的力运行的，以使颗粒塑性变形并且基本上符合于模腔形状。颗粒可能需要预热到软化状态，这取决于所用颗粒的类型。颗粒的类型，特别是其化学成分，是基于最终制品的预期物理特性而决定的。如前所述，这里描述的元件可以是用于形成非纺织品的板元件或铆钉元件中的任何一种。

这个加工过程可以以这样的方式重复，即第一成型元件上的一些部位用作下一成型步骤中的模腔的一部分。

这个加工过程可以利用一系列(优选两个或三个，最优选四个)相互咬合的辊子而最佳实现。每个辊子的外圆柱面分别构成板件成型模腔阵列的一侧或另一侧。模腔阵列的两侧在辊子之间的咬线(彼此平行排列着的一对辊子之间的切线)处遇到一起。辊子内部包含容腔，它们分别对准辊子的外圆柱面上的模腔侧。这些容腔用于容纳颗粒以及活塞和活塞驱动装置(优选为电磁螺线管或类似物)。三个辊子中的第一和第二辊子模制成型出板件阵列，用以构成非纺织品形成所需的第一层板件。第二和第三辊子模制成型出板件阵列，用以构成第二层搭接板件，这一层板件优选搭接并以可操作的方式咬合在第一层板件上。第三和第四辊子在如此形成的第一和第二层板件上直接模制成型出穿通其中的带头铆钉阵列。这些阵列的组装可以在此时完成。也就是说，带头螺钉可以被定型，即可以在铆钉穿过各层板件的几乎同时，在铆钉的第二端上成型出头部。或者，由于非纺织品具有在成型时彼此保持在一起的自然趋势，因此非纺织品形状可以调节，并且只需在调节之后将铆钉定型。另一种替代性结构包括一种简单的板状形态，其具有第一和第二层板件，它们可以直接互连，以形成非纺织品的片材和形状。

在利用后文所述的方式自动进行时，该直接成型方法可以提供出多项优点。本发明的创造性直接成型方法给成型为元件的聚合物成分提供了最佳加工历程。每个颗粒在其加工过程中的热降解程度可以最小化或根本没有，这是因为同传统的聚合物成型方法例如注射成型或挤出成型方法相比，本方法实施的加热程度非常低。虽然可能需要实施某种程度的加热，以将颗粒加热到软化点之上，但该温度位于其熔点之下，或者对于半结晶聚合物而言刚好位于结晶熔点之下，因此这种加热是短暂的，并且温度显著低于上述这些或其他传统成型方法中通常所需的融化或熔化温度。这样，可以认为加热不会对直接成型元件的功能特性造成负面影响。当然，在模制成型时会因固态变形或超塑性变形而产生瞬间加热效果。但不会出现传统注射成型或挤出成型中的熔态热塑性材料经常出现的胶化、混合或固结现象，也不会使这些颗粒经受注射成型或挤出成型中的那种长时间升温。

此外，由于颗粒体积被设计得基本上等于模腔容积，因此直接成型过程不会产生明显的废料或飞边。直接成型过程的产物只有非纺织品元件，它们被预先置位并被加工成最终的理想形状和互联方位。如果所形成的任何颗粒或任何元件不能被用于形成织物形状，则它们可被看作是“新鲜”原料，即没有遭受过热降解或机械性能下降。因此，这些材料可以容易地添加到其他传统注射成型过程所用原料中，或者可以还原成颗粒而用于下次的直接成型过程。

另外，直接成型过程可以获得非常快速的生产周期。由于直接成型过程既不需要也不产生大量热能(例如只有颗粒塑性变形时产生的热量加上预热留下的残余热量)，而且直接成型出的元件的尺寸非常小，其自身质量所产生的热惯性极小，因此模具冷却周期可以极大地缩短。此外，直接成型的元件是处于互联关系的，因此会简化非纺织品的最终组装。元件可以在它们成型的几乎同时被组装成彼此互联的形态，因此消除了为形成非纺织品结构所需的元件中间储存、拾取和定位步骤。另外，在某些情况下，最终的非纺织品片材在进一步组装之前不需要进行后续成型操作，例如切割或剪切，这是因为只有所需的元件才会在成型过程中被模制和结合。

此外，由于相邻元件构成了模腔的一部分，以将板件搭接在一起并将铆钉局部或完全定型，因此相邻的互连元件之间的配合可以近乎完美。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种用于制作具有多个相互咬合部分的非纺织品的元件的方法，包括以下操作：成型具有至少一个咬合部分的第一元件；并且成型具有至少一个咬合部分的第二元件，其以可操作的方式与所述第一元件相连，这是通过模制成型所述第二元件的所述咬合部分直接抵靠在所述第一元件的所述咬合部分上实现的，因而无需单独组装个别部分而在成型的过程中形成相互咬合或连接的结构，其特征在于：成型所述第一元件的操作包含以下操作：将一个第一聚合物颗粒安置在第一完整模腔中；在所述第一完整模腔中成型所述聚合物颗粒，以使之获得所述第一完整模腔的形状；成型所述第二元件的操作包含以下操作：将一个第二聚合物颗粒安置在第二完整模腔中；在所述第二完整模腔中成型所述聚合物颗粒，以使之获得所述第二完整模腔的形状并且以可操作的方式与所述第一元件相连。

根据本发明的一个优选实施方式，所述第一元件的所述咬合部分构成所述第二完整模腔的一部分。

根据本发明的另一个优选实施方式，本发明的方法还包括以下操作：备制第一辊子、第二辊子、第三辊子以及位于所述第一和第二压料辊子之间的第一咬入区域、位于所述第二和第三压料辊子之间的第二咬入区域；向一个形成在所述第一辊子上的局部模腔中施加所述第一聚合物颗粒；将一个形成在所述第二辊子上的局部模腔在所述第一咬入区域与所述第一辊子上的局部模腔对正，以形成第一完整模腔；在所述第一咬入区域中的所述完整模腔中成型所述第一聚合物颗粒，以形成所述第一元件；向一个形成在所述第二辊子上的局部模腔中施加所述第二聚合物颗粒；将一个形成在所述第三辊子上的局部模腔在所述第二咬入区域与所述第二辊子上的局部模腔对正，以形成第二完整模腔；在所述第二咬入区域中的所述完整模腔中成型所述第二聚合物颗粒，从而以与所述第一元件互联的方式形成所述第二元件。

根据本发明的另一个优选实施方式，所述第一元件构成上述第二完整模腔的一部分。

更具体地讲，关于一种非纺织品制造方法，本发明的一个方面包含以下操作：成型第一元件和成型第二元件，第二元件以可操作的方式与第一元件相连。更详细地讲，成型第一元件的操作包含固态成型第一元件，成型第二元件的操作包含固态成型第二元件。

关于本发明在非纺织品制造方法方面的另一项特征，本发明的创造性方法包含以下操作：成型第一元件；成型第二元件；以及成型第三元件，以使第一、第二和第三元件以可操作的方式彼此相连。更详细地讲，这些成型操作中的每个分别包含固态成型操作。

关于本发明的另一个方面，具体地讲，是有关三辊成型过程，本发明包含以下操作：备制第一辊子、第二辊子、第三辊子以及位于第一和第二压料辊子之间的第一咬入区域、位于第二和第三压料辊子之间的第二咬入区域。第一元件在第一咬入区域成型出来，第二元件在第二咬入区域成型出来，其中第二元件是与第一元件互联的方式成型的。

关于本发明的另一个方面，具体地讲，是有关四辊成型过程，本发明包以下操作：备制第一辊子、第二辊子、第三辊子、第四辊子、以及位于第一和第二压料辊子之间的第一咬入区域、位于第二和第三压料辊子之间的第二咬入区域、位于第三和第四压料辊子之间的第三咬入区域。接下来，第一元件在第一咬入区域成型出来，第二元件在第二咬入区域成型出来，其中第二元件是与第一元件相互咬合的方式成型的，第三元件在第三咬入区域成型出来，其中第三元件的形成使得第一和第二元件互连起来。

关于本发明的另一个方面，一种由单个元件构成的非纺织品是由固态成型元件制成的。更详细地讲，每个元件具有这样的尺寸，即其可由单一的聚合物颗粒制成。

本发明的另一个方面是成型一种由单个元件构成的非纺织品，该非纺织品包括第一类型元件和第二类型元件，其中第一和第二类型元件彼此连接，以使每个元件能够彼此相对移动。

本发明的另一个方面涉及一种用于直接成型非纺织品的基本组件结构，其包括第一元件、第二元件和一个连接元件，连接元件用于将第一元件连接到第二元件上，以使第一、第二和连接元件能够彼此相对移动。

本发明在另一个方面涉及一种用于直接成型非纺织品的基本组件结构，其包括第一元件和第二元件，第二元件包含一个与之形成一体的连接元件，连接元件将第一元件与第二元件连接在一起，并且使得第一和第二元件能够彼此相对移动。

总体上讲，本发明将固态成型的益处与互连元件直接成型的益处相加在一起。固态成型过程可以使用商业供应的热塑性原料，以通过固态成型而获得以下优点，即弹性模量、最终的抗拉强度、高低温抗冲击强度均会提高。这些有益的特征有助于使非纺织品更加耐用，并且具有提高了的性能品质。

此外，直接成型过程还可以吸取工程热塑性化合物的优点。这种性能较高的热塑性化合物过去不适合广泛用于商业消费品例如行李箱，主要是因为这种材料的单位成本较高。然而，由于本发明预期可以实现很高的生产效率(废品率低、加工周期短等)，因此这种价格较高的材料也可以考虑使用。此外，不再需要使用用于防止挤压机退化的加工添加剂。这些成本的节约导致了可以将材料转向更昂贵的工程聚合物原料。

直接成型过程还可以获得这样的益处，即能够使用熔点更高的塑料。在某些制品中，例如传统注射成型的行李箱壳体，其壁厚的大部分不是为了承受旅行中的日常损伤。将壁加厚还为了在模制成型过程中使熔态热塑性塑料能够流到这些区域中。此外，某些壁和部位被制作得特别厚，用以在制品受到不寻常但可以预见到的升温时，例如在太阳底下放在封闭车厢内，防止其出现不可接受的扭曲变形。这些加厚部位用于防止注射成型制品中的某些部分达到热还原温度，并且用于将制品支承在相对不扭曲的位置上，直至不寻常的高温消失。本发明的创造性方法可以摆脱这种熔点问题。同这些化合物的传统注射成型相比，加工温度可以低得多，这是因为颗粒原料根本不需要达到熔点即可以被加工成最终的形状。这样，由于可以使用高熔点的聚合物，本发明的创造性方法可以制作更轻、更结实的行李箱和其他类似制品。

在本发明的创造性方法中，颗粒原料可以在最终的模制成型过程中具有很高的粘度。相对于例如普通行李箱壳体而言，非纺织品元件中没有那些必须被热塑性材料流经以充满模腔的“薄”部位。直接成型方法可以使用很多种热塑性化合物，它们能够充入小型的元件成型模具中，但在注射成型壳体时却不能流入并充满模具。

参照下面结合附图所作的优选实施例详细描述以及附属权利要求书，可以更全面地理解本发明的其他优点、特征和细节。

附图说明

图1A是一个板元件的前侧透视图，该板元件构成了本发明制作的非纺织品的一部分。

图1B是一个铆钉的代表性横断面图，该铆钉将各个板元件以可操作的方式相连，以构成本发明制作的非纺织品。

图2A是利用本发明的方法成型出的非纺织品的一部分的俯视图，示出了向上伸腿板元件、向下伸腿板元件和铆钉。

图2B是沿着图2A中的剖线2B-2B所作的剖视图。

图2C是类似于图2B的代表性横断面图，其中各个板元件相对于铆钉横向扩展。

图3是利用本发明的方法成型出的非纺织品的一部分的放大俯视图。

图4A-图4C是用于制作非纺织品中的向上伸腿元件的各个固态成型步骤的代表性横断面图，这些步骤构成了本发明的加工过程的一部分。

图5是用于实施本发明方法的设备的一个实施例的示意图，其中示出了形成在辊子外表面上的多个工作面以及在辊子内侧和外表面上进行的多个处理步骤。

图5A中示出了第二辊子的表面的一部分，其中示出了前面形成的向上伸腿板和用于保持向下伸腿板成型时所用的聚合物颗粒的凹槽。

图5B中示出了第三辊子的表面的一部分，其中示出了前面形成的向上伸腿板和向下伸腿板，此时处在形成铆钉以将各个板保持在可操作形态的步骤之前。

图5C中示出了利用本发明方法成型出的非纺织品的一部分。

图6中示出了第一辊子的工作面的一部分，其中包含向上伸腿板模腔和用于保持颗粒的凹槽。

图7A和图7B是用于成型非纺织品中的向下伸腿元件的各个固态成型步骤的代表性横断面图，这些步骤构成了本发明的加工过程的一部分。

图8A和图8B是用于成型非纺织品中的铆钉的各个固态成型步骤的代表性横断面图，这些步骤构成了本发明的加工过程的一部分。

图9是为形成本发明的非纺织品所用的板元件的一个替代性实施例的俯视图。

图10是为形成本发明的非纺织品所用的板元件的一个替代性实施例的俯视图。

图10a是图9和10所示替代性实施例中的具有倒刺边缘的板和具有凹入边缘的板相互咬合时的代表性横断面图。

图11中示出了由图9和10所示替代性实施例中的板元件构成的非纺织品的一部分。

图12中示出了由图9和10所示替代性实施例中的板元件构成的非纺织品的更大部分。

图13是用于形成图10所示具有凹入边缘的板元件的固态成型步骤的代表性横断面图，其中具有倒刺边缘的板被用作模腔的一部分。

图14A和B中示出了为形成本发明非纺织品所用的板结构的另一替代性实施例，该板结构上包含一个整体式形成的铆钉结构。

图15中示出了由图14所示替代性实施例中的板制成的一段非纺织品，此时处在将铆钉头部成型在铆钉结构上的步骤之前。

图16中示出了由图14所示替代性实施例中的板制成的一段非纺织品，此时处在将铆钉头部成型在铆钉结构上的步骤之后。

图17A、B和C中示出了为形成本发明非纺织品所用的板结构的另一替代性实施例，该板结构上包含一个整体式形成的铆钉结构，铆钉结构采用了一个分叉限位件和一个独立的铆钉帽。

图18中示出了将各个单独形成的元件沿着它们相应边缘熔接在一起而形成的非纺织品的一个替代性实施例，该熔接操作是在本发明的直接成型过程中实现的。

图19是本发明的加工方法中的主要步骤框图。

图20中示出了一个行李箱的透视图，该行李箱外表面的一部分是由根据本发明制作的非纺织品构成的。

发明的详细描述

本发明采用了固态成型原理。新泽西州多佛市皮卡提尼·阿森纳尔的塑料技术评估中心(Plastics Technical Evaluation Center，Picatinny Arsenal，Dover，New Jersey)1972年的标题为“塑料固态成型(冷成型)(Solid-Phase Forming(Cold Forming)of Plastics)”的报告No.R42中总结了固态成型方法的应用。该文件整体结合在此作为参考。这里描述的本发明包含就地模制成型出非纺织品中的各个互连元件，所述非纺织品可以是例如采用了这种固态成型技术的美国专利5,906,873和美国专利5,853,863(这两个专利中的与本申请一致的内容结合在此作为参考)中所公开的那些。虽然这些专利中所公开的特定形式的非纺织品是本发明优选制作的制品，但可以理解，用于构成柔性非纺织品(非纤维基的)的其他任何小型互联塑料元件阵列均可以从这里公开的本发明创新精神中受益。

本发明制造方法在这里是参照非纺织品(NTF)的组装而描述的。非纺织品的一项预期用途是用作行李箱或其他类似物品的外表面，希望所述外表面是耐用和柔性的，以承受各种类型的物理损伤。非纺织品的其他各种用途也是可行和预期可以采用的。

下面将描述本发明的创造性制造方法及其产生的制品。首先描述制品的一个实例，以便于理解其制造方法。示例性结构中的非纺织品由独立的板元件和铆钉元件以特定的方向互联在一起而制成。板元件40的一个实例显示于图1A中，铆钉元件42的一个实例显示于图1B中。通过本发明的创造性制造过程而由这些单独的元件40和42形成的非纺织品44的一个实例显示于图2中。

图1A中显示的板元件40处在“向上伸腿”位置。下面所述的板结构是多种据信可以形成非纺织品的结构中的一种，而且是以示例的方式描述的。板元件40包含一个大致正方形的主体46，主体具有四个侧面，每个侧面分别确定出一个边缘48。每个边缘48分别延伸通过所在侧面的大部分长度。板元件40的相连侧面之间分别形成了一个大致位于主体角部的弯曲切口50。主体40具有顶表面52和底表面54。每个边缘48分别从顶表面52弯折延伸出来而达到与底表面呈大约90度的程度。每个弯折边缘48上分别形成了一个腿56，而且每个腿上分别形成了一个咬合结构。

咬合结构包含一个顶部脊58，其具有平坦顶壁和垂直于板件主体46延伸的侧壁。脊58与边缘48重合着延伸。一个倾斜凸轮面60向下延伸到主体46的底表面54上。一个槽62形成在主体中并且平行于脊58延伸。槽62的尺寸被构造得能够容纳相邻板件上的一个相应脊58，如后文中对相邻板件间的咬合所作描述。该咬合结构可以以多种方式修改，而仍能实现所需功能。这样的非限定性改型包含：脊延伸得比边缘长或短，脊可以具有不同的轮廓，倾斜凸轮面可以是弯曲的或平直的，槽可以具有不同的尺寸或者带有倾斜侧壁。

铆钉42的一种代表性横断面显示于图1B中。通常，铆钉42具有圆盘状的上侧头部64和下侧头部66以及一个延伸在它们之间的轴68。所述头部固定在轴上。

一段非纺织品44的组装结构显示于图2A-C中。图2A中示出了非纺织品44的俯视图，其中三个板40被两个铆钉42保持就位。外侧的两个板处在“向上伸腿”方向，而被遮住的中间板处在“向下伸腿”位置。每个铆钉被这样安置，即它的轴58延伸穿过相邻板上的相互对正的切口50。铆钉的相反头部64和66限定了板40的竖直(相对于图2B)移动极限。在这个位置上，相邻的板通过它们的相应咬合结构之间的咬合而被互锁在一起。见图2B。简要地讲，在咬合位置上，顶部(“向下伸腿”)板的脊58容纳在底部(“向上伸腿”)板的槽62中。每个板40上的凸轮面60分别彼此抵靠着，而底部板上的脊58安置在形成于顶部板上的槽62中。如后文所描述，当“向下伸腿”板在本发明的创造性加工过程中形成了以后，各个板就位于这个位置上。通过四个侧面上的咬合结构与相邻板上的相应咬合结构之间的咬合，可将多个板以这种方式彼此连接起来。铆钉42被安置得穿过板40的角部切口50，以确保咬合结构维持咬合，并且防止板分离。见图3。

咬合结构使得各个板能够彼此相对移动到一定程度，并且使得非纺织品能够弯折。板40可以彼此相对移动距离越大，非纺织品就可以在更大程度上弯折(例如具有更小的弯曲半径)、弯曲和扭曲。可以看到，这样构成的非纺织品具有很大的益处。坚硬、耐用的外表面可以提供出来，以保护下层表面70(例如行李箱的织物材料)在受到突然冲击时不会受损，并将冲力分散到较大表面区域上。此外，这种铠甲状表面同时还是柔性和轻质的。

图2C中示出了图2A和B中的非纺织品44的实施例。这里，铆钉42的轴68具有一定的延展性和弹性。通过这种延展性轴，在非纺织品受到横向拉伸时，例如被弯折、扭曲或被直接横向拉动时，相互咬合的凸轮面60或斜面将彼此骑跨着对方移动。这样可以在铆钉轴68上产生张力，以将这些相互滑动的板保持在一起，并将轴略微拉长。板40因此而处在彼此分隔的位置上，如图2C所示。铆钉轴反过来又向板施加压力，而且由于凸轮面60的几何形状趋向于将各个板彼此拉向一起，因此可以使板移动到它们的未拉伸位置上。这种压力/拉力的平衡作用使得非纺织品同时具有弹性(可横向拉伸)和柔性。因此，它的视觉效果、触觉效果和功能类似于织物，并且同时具有极其坚固和耐用的表面。

其他板结构也预期能够适宜地发挥作用，以形成非纺织品。替代性板结构的实例显示于图9-18中。这些替代性板结构的制作和组装(直接成型)方式类似于下面参照图1A-B、图2A-C和图3中板结构所作描述。

每个板和铆钉分别由聚合材料经固态成型过程而制成。相对于其他形式的供给原料而言，优选采用普通塑料颗粒，但所有其他形式的原料在应用上均是等同的。采用普通塑料颗粒可以使本发明的创造性方法具有较高灵活性和经济性，可以简化材料处理，并且使原料的热降解最小化。当然，如果所选择的特定热塑性材料本身不能被颗粒化，例如超高分子量聚乙烯(UHDPE)，则将其压块处理即可成为可被接受的初始原料。

顶部板和底部板可以由相同的材料制成，但也可以利用不同的材料制作那些将要安置在最终制品外侧的板。这一点可能是很重要的，因为外侧板所承受的物理条件和应力(例如磨损等)可能与内侧板不同。因此，外侧板的材料应当适宜地选择，从而仅仅使这些外侧板由至少具有防划伤性能的聚合物制成。在其他性能中，颜色和纹理也可以是选择外侧板聚合物时的因素。此外，在加工过程中，向上伸腿板用作成型向下伸腿板的成型模腔的一部分，为了有助于防止出现向上伸腿板熔接在向下伸腿板上这种意外且不希望有的情况，向上伸腿板应当由熔点更高的聚合物或与向下伸腿板不相容的材料制成。这一点将在后文中详细描述。

同样，铆钉材料可以是与这些板类似的聚合物，或者是为了满足铆钉的加工和功能特质的要求而具有特别性能的其他材料。

下面参照一种优选的制造设备而最佳地解释本发明的创造性加工方法，该设备包含至少两个组装辊子，在所述至少两个辊子之间具有一条咬线(接触线)。总体而言，每个辊子的外表面分别是一个工作面，而且该工作面在选定位置上接收塑料颗粒。塑料颗粒通常被接收、限定、输送、成型并从每个辊子的工作面上释放。辊子的运动优选为计算机控制的，以使它们彼此之间并且相对于其他装置精确运动。每个辊子是大致空心的并且包含如后文所描述的用于容纳、保持、成型和操纵聚合物颗粒的内部装置。

本发明的创造性直接成型方法中所采用的固态成型过程描述于图4A、B和C中。这里将描述基本的直接成型步骤，以便于在后面解释整个加工过程。基本加工步骤发生在相邻辊子之间的咬线处。每个辊子表面上分别形成了一部分模腔72、74，从而在两个辊子沿着咬线彼此对正时形成一个完整的模腔。见图4A。一个凹槽76毗邻模腔形成，并从模腔开始大致向内延伸，用于在直接成型过程中的前面步骤中接收聚合物颗粒78。聚合物颗粒78和模腔的体积大致相等。一个由致动器82控制的撞杆80毗邻凹槽76安置，用于撞击颗粒78并使之强制进入模腔中而获得模腔的形状。

在图4A中，辊子A和B上的模腔部分沿着咬线对正，以形成一个完整模腔。模腔的形状用于成型出类似于图1所示的板40。颗粒78安置在凹槽76中，撞杆头部84与颗粒78贴合。几乎是在两个模腔72、74对正的同时，致动器82启动，以撞击颗粒并强制使之进入模腔中。见图4B。撞杆80的冲击速度，再加上颗粒78的物理特性和可能会有的颗粒加热状态，将导致颗粒78进入模腔中、变形并且获得模腔的形状。撞杆80的运动终止于模腔的侧壁处，并且在本例中形成模腔的一部分。这一步骤可将颗粒78固态成型为元件40，如后文中详细讨论。

随着辊子A和B继续彼此相对旋转，而且在本例中是沿相反的方向旋转，元件40借助于某些措施例如机械式配合或真空压力而保留在辊子B的模腔部分中。见图4C。如需要，撞杆80可以用于将元件从辊子A上的模腔部分中推出。之后，撞杆80退回到凹槽76中，以准备容纳另一个颗粒78。元件40沿着辊子B而被带到下一成型位置。

在加工方法的这个基本实例中，可以清楚地看出，通过将固态成型方法与辊子的连续运动相结合，可以提供出一种非常有益的用于成型和输送成型件的方法。由于使用了高速辊子，因此可以极大地改进制品和加工过程，而精确定时的成型步骤中所需的控制系统是本领域中众所周知的。加工中产生的废料极少，并且具有高生产率。

具体地讲，如图5所示，这里描述的第一个实施例包含三个较大和一个较小的辊子1、2、3和4，它们分别串联式咬合着。每个辊子分别以相同的速度但沿着与相邻辊子相反的方向旋转。直接成型操作是在各个辊子之间的咬入区域中实施的，从而在沿着咬入区域形成的各个模腔中成型出一串或一系列的元件。在图5中，辊子1和2之间、辊子2和3之间、辊子3和4之间分别有一个咬入区域。

这些辊子中的每个分别具有一个外周表面86，外周表面上包含凹坑或容腔，用于构成各个小型蛤壳式模腔的两个部分中的一个，而所述模腔用于成型构成非纺织品元件的板40或铆钉42。这些模腔半体在辊子之间的咬线处会合并且形成封闭或完整的模腔，随后准备接收来自材料颗粒的可流动热塑性材料，如前面参照图4A-C所作描述。每个辊子分别在辊子内部结构方面与其他辊子不同，而且凹坑或容腔的形状对于辊子实施的操作而言是特定的。这些辊子的轴向尺寸实际上没有限制，但至少应当超过被加工的最大非纺织品的宽度。在行李箱的情况下，将要被成型和组装的元件的轴向尺寸应当在100厘米的范围内。

在示例性加工过程中，总体而言，有一个元件在辊子1和2之间的咬线处成型在向上伸腿位置上。第二个元件在辊子2和3之间的咬线处成型在向下伸腿位置上。作为直接成型过程的一部分，这个“向下伸腿”元件被成型得与“向上伸腿”元件咬合，从而在加工过程中使这些元件相互咬合在一起。之后，铆钉成型在辊子3和4之间的咬线处，以将相互咬合的板元件保持在一起。之后，非纺织品在输出位置上以组装状态从辊子3和4之间抽出，从而离开加工程序。

辊子1、2和3中的每个可以具有若干类似的工位或地带，以便于进行直接成型过程。辊子1具有六个与之相关的基本工位。第一工位88包含在外壁86的内表面处安装在辊子内的撞杆结构80。如前所述，撞杆被如此安置和控制，即能够与颗粒容纳凹槽76相互作用。每个撞杆80对应于一个颗粒容纳凹槽76，并且可以被控制着在后退位置与完全伸出位置之间移动，并且可以移动到上述位置之间的任何位置上。

撞杆80可以是例如螺线管控制的，并且除了具有如前所述的定位撞杆头部的能力以外，还必须具有其他一些特性。具体地讲，撞杆及其螺线管(致动器82)必须装配在辊子中的相对较小空间内。由于每个辊子上制作的板件可能会交替排列在间距为4mm的中心线上，因此螺线管及其相关部件在每个圆筒体中占据的空间必须小于直径大约8mm的圆筒形空间。考虑到点阵式和喷墨式打印机头中采用的小型化步距结构，这一点容易实现。如果撞杆机构80所需的空间超过了圆筒中的可用空间，则可以采用由链式阵列的撞杆和容腔构成的皮带，以使这种机构具有几乎无限的空间。

撞杆致动器82还必须以相当高的速度和力移动撞杆头部84(理想的结构是每一个颗粒由一个撞杆致动器驱动，但不局限于此)，以使一个或多个颗粒适宜地塑性变形到模腔中。由于相互咬合的辊子是快速旋转的，以使完整的非纺织品形状具有适宜的移动速度，因此撞杆致动器必须几乎在一瞬间完成其模制成型冲程。因此，必须在模腔对正在辊子的咬线处时的相对较短时间内快速完成模制成型冲程。

最后，撞杆组件必须响应于计算机处理的控制信号在各种不同的组合和排列状况下容易地操作。同样，在应用上面公开的这些技术时，本领域的普通技术人员可以基于过去在点阵式打印机、喷墨式打印机和类似物中取得的技术进步而自主且容易地布置这些撞杆机构。一种这样的布置结构公开于美国专利5,126,618中，该专利整体结合在此作为参考。

现在转到图4，辊子1中的撞杆80可以被安置得(例如撞杆头部84被控制器安置得)与模腔壁平齐，以将颗粒78排出并因此而不会制作板件。或者，如果需要在这个模腔中制作板件，可将撞杆后退到凹槽76中。通过这种方式，颗粒只被安置在用于容纳颗粒78的凹槽76中，以形成预定形状的非纺织品。

第二工位是一个颗粒料斗90，其被安置和控制得能够选择性地向辊子的外表面供应颗粒78。颗粒78沿着这样的方向施加，即它们能够如预期的那样被容纳在凹槽76中。颗粒料斗90优选安置在辊子1和2之间的咬线的紧邻下游。虽然图5中示出的是料斗或类似物，但更希望利用静电投放结构、流化床散布结构或真空发放结构在每个适宜的凹槽76中安放一个颗粒78。流化床加上真空(随着撞杆头部后退而暴露在凹槽中的小型真空通道)可以确保将所有适宜的凹槽完全填充。另一种选择是，从辊子内部将颗粒78选择性地安置在预期凹槽中。颗粒78可以安置在退回的撞杆头部84前面，并且被撞杆80推入凹槽76中。这样可以解决与颗粒78在辊子外表面86上的质量分布相关的任何问题，并且不必再去除多余的颗粒78。凹槽76的尺寸可以被构造得能够只容纳一个颗粒78，或者可以容纳几个颗粒。如图所示，凹槽76的形状使之能够紧凑地容纳一个颗粒78，然而可以想象，凹槽76也可以具有这样的形状，即能够松弛地容纳一个颗粒78，而非使凹槽76紧密地容纳一个颗粒。此外可以想象，颗粒78通过凹槽76的侧壁中的一个开口而从辊子内侧插入凹槽中。如需要，这个开口可以选择性地被撞杆80堵住，以使颗粒不被安置到凹槽76中。

第三工位是一个颗粒定位辊子92，其与辊子1(或相应辊子)的外表面86咬合，以有助于将颗粒78定位在相应的凹槽76中。颗粒定位辊子92优选具有一个带垫层的外表面，以平缓地将颗粒推入相应的凹槽76中，而不会发生任何意外的固态成型或使颗粒变形。在这一工位，软质辊子或类似物可以将任何俘获的颗粒推至与凹槽76几乎平齐处，以确保将颗粒保持就位，直至颗粒被压制或固态模制成型到相应的模腔中。

第四工位是一个颗粒去除站94，用于将不适当地安置在凹槽76中的多余颗粒76去除。这个颗粒去除站94可以以接触(例如采用刮板)或非接触(例如通过真空或类似途径)的方式操作。去除的颗粒78可以被回收。

第五工位是一个加热源96，其既可以安置在辊子外侧，也可以安置在辊子内侧，用以在固态成型步骤之前选择性地调节颗粒78的温度。加热源96可以采用电热式、对流式、辐射式或其他任何公知或可以用于这种操作的加热方法。对于固态模制成型，用于将颗粒78或丸料成型为最终形状所需的大部分能量来自操作过程中扩散到坯料或丸料中的瞬时压制力。然而可以设想，每个颗粒可以在被压制之前处在受控的温度下，从而可以实现最佳的模制成型。图中在第五工位上显示的是辐射式加热器，它们在压制之前照射保持在凹槽中的颗粒。也可以采用其他加热系统，包括对辊子本身进行温度控制，或是恰好在投料之前在流化床中加热颗粒。加热工位将在后文中详细讨论。

每个辊子优选具有与之相关的类似地带或工位，以使与辊子相关的特定固态成型过程更加方便。虽然对于最佳地构造了尺寸的颗粒而言并不是每个所述辊子地带均为必需的，但在采用烧结团块或松散粉料时，很可能要包含所有这些地带。

图5中非常详细地示出了示例性的模制成型/组装方法和实施本发明的方法所需的设备。加工材料如图所示大致从左向右移动。图中所示位于右侧的第四辊子可以是一个简单的砧座辊子，其带有适宜的容腔，以辅助铆钉42的成型和/或装配。

所有辊子(可能除了砧座辊子4)分别带有几百个小凹槽76，用于容纳塑料颗粒78。在辊子1上，如图4A-C和图6所示，这些凹槽76中的每个分别对中在形成于辊子1的外表面86内的凹坑或模腔部分74中(在本例中)。见图6，每个凹坑或模腔部分74分别是处在“向上伸腿”位置的板元件的微型成型模腔的一半。对于辊子1，这些模腔的形状用于成型带有四个“腿”的板，这种腿用于将每个板在组装好的非纺织品中与搭接板松弛连接。形成在辊子1和2之间咬线处的板处在“向上伸腿”位置，因为这些板在形成之后以抽真空的方式传输到辊子2上，它们的腿从辊子2径向向外伸出。这种方向是为了准备在辊子2和3之间的辊子处成型处在“向下伸腿”形态的第二板。

从图4A一侧可以看到，颗粒容纳凹槽76优选为直圆筒，用以从配料机紧凑地接收颗粒78。撞杆头部84的圆形表面构成了凹槽的圆形底端。如前所述，该撞杆头部84可以被电磁或压电螺线管或类似物操纵。该螺线管可以将撞杆头部84的表面适宜地安置在凹槽中，并且留下空间以容纳一个、两个或多个这样的颗粒。螺线管还可以将撞杆头部84的表面安置在通向凹槽76的开口处，或超过该开口并伸入模腔74中，以将发放在模腔中的任何颗粒推出。撞杆还可以像顶料销那样操作，用于在成型之后将刚刚形成的板40或铆钉42从相应的模腔中释放出来。

在加工过程开始时，颗粒78被颗粒料斗90安置在辊子1的表面86上。颗粒78被颗粒定位辊子92推入就位。多余的颗粒78被颗粒去除装置94去除。之后，颗粒在加热工位96处被热处理。之后，在辊子1和2之间的咬线处发生固态成型，以形成“向上伸腿”的板元件。这一步骤曾在前面参照图4作过描述。“向上伸腿”板元件形成并保留在辊子2上，并且排列在与它们成型时几乎相同的位置上，例如如图5A所示。辊子1继续连续旋转通过所有工位，从而实现高效和连续的非纺织品加工过程。

从图5开始，加工过程将在辊子2上继续进行。辊子2上带有形成在“向下伸腿”元件成型模腔中的颗粒凹槽76A，所述模腔安置在排列于辊子2表面上的向上伸腿元件之间。可以看到图5A和6中以虚线表示的凹槽76A，它们表示了辊子2上的凹槽76A相对于“向上伸腿”元件的位置。这样，颗粒78在形成了“向上伸腿”板元件40之间的位置上附着在辊子2上。颗粒78优选被定位，而多余的颗粒被去除，留下来的颗粒将被加热(类似于辊子1上的工位)，然后再在辊子2和3之间的咬线处进行成型过程。

或者，如需要，颗粒发放(90A)、定位(92A)、多余去除(94A)和加热(96A)可以在向上伸腿板形成于辊子1和2之间的咬线处之前如图5所示在辊子2的底侧进行。可以设想，与颗粒在任一辊子外表面上的安置、定位和热处理相关的步骤可以以任何次序和位置实施，只要对固态成型过程有益即可。

在辊子2和3之间的咬线处，“向下伸腿”板元件通过固态成型过程而形成。见图7A和7B。在这一成型步骤，“向上伸腿”板元件用作模腔的一部分，如下面详细描述。

参看图7A，所示颗粒78A位于凹槽76A中，而撞杆头部处在后退位置并与颗粒78A的后端贴合。局部模腔98和100分别局部形成在辊子2和3中，并且在辊子2和3之间的咬线处彼此对正而形成一个完整的模腔。见图7A。用于成型“向下伸腿”板元件的模腔的各个部分分别由辊子2的表面、辊子3的表面和“向上伸腿”板元件的一部分构成。这种模腔结构使得“向下伸腿”板元件能够在成型时与“向上伸腿”板元件精确地配合，从而在加工过程中产生相互咬合或连接的结构，而不需要将各个部件单独组装起来。

在将辊子2和3上的模腔部分98和100彼此对正而形成了完整模腔后，撞杆80A被启动，以迫使颗粒78A进入模腔中并且获得完整模腔的形状。见图7B。这一固态成型步骤包括成型出元件40的实施例中的相互咬合的脊和槽结构，如前所述。在图7B中，所示撞杆头部84A处在其伸出位置，以构成模腔后表面的一部分。

图5B中示出了“向下伸腿”板元件40A在辊子2和3之间的咬线处与“向上伸腿”板元件40相咬合时的结构。这种结构只留下一些小的大致圆孔，每个圆孔分别在相邻板元件的四个搭接腿之间形成并穿通于板元件40和40A的阵列之间。这些圆形空间有助于将铆钉42定位在辊子3和4的咬线处。板40和40A上的相互咬合腿具有这样的形状，即能够以希望的方式与行李箱结构相会合。

随着辊子2和3的运动，刚刚形成的“向下伸腿”板元件40A和已有的“向上伸腿”板元件40从辊子2上脱出并且附着在辊子3上，这一点可以例如通过施加在“向下伸腿”板元件上的真空力而实现。搭接着的板会适当地保持在一起，从而在辊子3上输送到下一加工步骤中，而不需要插入或者插入并固定住铆钉。这是因为模制成型在一起的腿之间初始贴合着，从而通过范德瓦耳斯力的作用使它们彼此粘着在一起。

将先前成型出的向上伸腿板元件40的一部分用作“向下伸腿”板元件40A的成型模腔的一部分是非常有益的。这样可以成型出相互咬合(连接)的板元件，而不需要分开制作单独的板元件，再将它们组装起来。重要的一点是，向下伸腿板元件40A和向上伸腿板元件40仍保持为彼此独立的元件，而不能在这一成型过程中变成单一的熔接元件。为了确保在这个加工步骤中两个板不会熔接在一起，重要的一点是，向上伸腿板元件40应由具有这样性能的聚合物制成，即能够在向下伸腿板元件40A的成型过程中防止与向下伸腿板永久性熔接。这样的性能可以包括：向下伸腿板元件40A由熔点低于向上伸腿板元件40的聚合物制成。其结果是，向下伸腿板元件40A的成型温度可以使向上伸腿板元件40保持足够坚硬而不会处于软化状态。此外，在向上伸腿板元件40形成之后并且在其用于成型向下伸腿板元件40A之前，向上伸腿板的表面性质可以被调节(硬化或润滑)，以防止它被粘着在向下伸腿板元件40A上。在选择用于成型这两种板元件的各自聚合物时，应当考虑到上面这一要求，而且工艺参数(温度、速度等)也是这一要求中的因素。

对于某些非纺织品应用，例如在相对坚硬的行李箱面板结构中，可能允许先前形成的向上伸腿板40与刚刚成型出的向下伸腿板40A之间发生一定程度的非永久性熔接。由这种相互熔接形成的偶然非永久性熔合部所造成的额外刚度很容易在随后的组装步骤和日常使用过程中被破坏而松开。加工速度应当设置为常规速率，以使这种板与板之间的熔接极少发生。根据这里讨论的固态成型方法的要求，残留在向上伸腿板40中的明显多余的热量应当是可控的并且被最小化。为了能够利用相同类型的聚合物制作每种元件，加工过程应当能够以足够高级别的精度控制。

返回图5，搭接着的板的阵列现在移至辊子3的外表面86上。辊子3的外表面上形成有用于容纳颗粒78的凹槽76B以及一个局部模腔102，它们均用在铆钉42的成型步骤中。辊子4的外表面上也形成有用于成型铆钉42的局部模腔104。颗粒凹槽76B形成在相邻板元件的角部处留下的圆形空间上。模腔102和104覆盖在圆形空间的边缘上，并且咬合在向上伸腿板元件40和向下伸腿板元件40A的顶表面上，以将相邻板元件保持在一起。

颗粒发放90、定位92、多余去除94、和热处理96这些工位形成在辊子3上，以准备将铆钉模制成型在相邻向上伸腿板元件40和向下伸腿板元件40A上的相应搭接腿之间留下的适宜圆孔中。如图8A和B所示，这一铆钉成型步骤总体上与前面概述的用于成型向上伸腿板元件40和向下伸腿板元件40A的步骤相同。在这个发生在辊子3和4之间的咬线处的成型步骤中，为了适应于加工过程和元件结构，辊子4上只形成有用于成型铆钉头部的局部模腔104。

向上伸腿板元件40和向下伸腿板元件40A均构成了铆钉42的轴69的相应成型模腔的一部分。与前面将向上伸腿板元件40的一部分用作成型模腔的一部分加工向下伸腿板元件40A时对颗粒材料性能所提要求一样，在此重要的一点时，用于成型铆钉42的聚合物不能在成型过程之中或之后与向上伸腿板元件40和向下伸腿板元件40A中的任何一个永久性熔接。同样，在选择用于成型铆钉的聚合物时应当考虑前面所述条件(例如板元件温度、铆钉成型温度等)。

图8A中示出的是颗粒位于凹槽中，而撞杆处在后退位置上并与颗粒后端贴合。随着辊子3和4在它们的咬线处会合，可以形成完整的模腔。几乎与此同时，撞杆被启动，以使颗粒变形进入模腔中并且获得模腔的形状。见图8B。同样，最终形成的铆钉不能熔接在任一板元件上。铆钉可以限制板元件的可能彼此移开的距离，从而保持相互咬合的板元件不分离。各个板彼此相对于对方的横向移动是通过形成在相应板元件上的腿之间的咬合而控制的。理想的状况是，用于制作铆钉的聚合物能够发生一定的弹性变形，以使板能够做更大的横向移动，如前面所解释。由这里描述的快速直接成型过程制作并且完全形成了的相互咬合非纺织品材料显示于图2A、2B、2C、3和5C中。

最终的制品从辊子3和4之间排出，并随后被用作诸如行李箱等物品的外表面。完成了的非纺织品形状从辊子3上卷下，以准备使用或最终组装。图5C中示出了一小段完整非纺织品。

可以设想，为了便于制造非纺织品片材，也可以使用其他装置。例如，如果出于任何原因发现辊子不便使用，则可以认为连续的皮带或链带适合于这种加工技术。使用连续的皮带或链带的益处是，可以在需要时为撞杆结构提供出更多的空间，并且在模制成型操作中延长模腔半体保持对正的时间。

还可以设想，本发明的创造性方法中所用的辊子不一定必须是圆柱形的。可以看出，如果辊子上带有纵向延伸跨过辊子的短平坦段，则会是有益的，或者其他类型的分段式辊子可以优先采用。因此，这里使用的术语“辊子”是为了表示一种能够实现相对连续加工过程的结构，而且其包含连续皮带、分段式辊子和类似结构。

此外，本发明的直接成型方法，其中包括辊子表面工位、辊子和撞杆等的操作以及诸如辊子间隙或相对运动等其他相关工艺参数，是由计算机控制的，计算机具有微处理器和相关软件(“控制系统”)。控制系统据信可以由目前能够获得的过程控制系统实现。

几种不同类型的聚合物可以用在本发明的创造性直接成型过程中。例如，AB S(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)、HDPE(高密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)、UHMWPE(超高分子量聚乙烯)和PC(聚碳酸酯)据信是适于用在快速成型过程中以直接成型非纺织品的聚合物。在本发明方法的固态成型步骤中，颗粒被加热到适宜的温度，该温度位于特定聚合物的软化点之上，但在熔点之下。这一范围内的温度不可能只通过颗粒在固态成型过程中的物理变形而获得，因此可以如前所述利用外部加热源进行补充。1985年12月出版的《现代塑料(Modern Plastics)》中的文章“通过固态成型提高零件性能(Part Performance is improved via solid-phase forming)”整体结合在此作为参考。几乎所有满足本发明方法中的条件和性能要求的聚合物均是适用的。

另一种能够利用这里公开的发明方法直接成型的非纺织品实施例显示于图9-13中。这一实施例包含由相对坚硬的元件110和112构成的结构，所述元件可以组装起来形成柔性非纺织品。上述元件分别是带倒刺元件110(优选沿着其四个边缘分别包含一个带头部、带倒刺或能够咬合的端部或部分)和带凹座元件112(沿着其相应四个边缘中的至少一个包含相应的凹坑、容槽或凹座)。这些元件以瓦状结构彼此机械式连接。相互连接的倒刺和凹座用作机械式接头，它们可以彼此相对转动并且略微滑动，从而在排列的带倒刺元件和带凹座元件之间形成具有总体柔性的接头。所述元件是大致平坦的，它们分别具有一个中央腹板部分114，该腹板部分构成了每个元件的大部分表面，以形成总体上的平板形状。该腹板部分延伸到如前所述由凹座和倒刺之一限定的边缘处。

与前面讨论的非纺织品元件不同，本实施例不需要采用第二带头元件(例如铆钉)将各个元件保持在一起。此外，与前面描述的实施例不同，本例中的各个元件彼此直接连接，而不是仅仅彼此抵靠着并且通过铆钉元件防止彼此搭接着的钩挂板件离开得太远而脱开。

图9中示出了带倒刺板元件110的总体俯视图。图10和10a示出了带凹座元件112的类似的俯视图和横断面图。图11中示出了由两个带倒刺板元件110和一个中央带凹座元件112组成的相连组件的横断面图。图12中示出了一个阵列的根据本发明的元件，其中带倒刺板元件110和带凹座元件112组成了棋盘式样。图13中示出了本实施例在辊子2和3之间的咬线处成型时的情形。

在图9和10中，元件的形状为大致正方形(尽管诸如矩形、三角形等形状也可以采用)。沿着这些板的每个边缘分别模制或以其他方式形成了机械式互连结构。如图9所示，在带倒刺板110中，所有四个边缘均分别包含一个细长的加大部分，这个加大部分通过其锋利棱边而连接着板元件的腹板，因此而形成了一个倒刺116。如后文详细描述，在板承受拉力或弯曲力时，这个棱边可以防止倒刺116(在被安置在例如图10中的带有相应形状凹座的板中后)被抽出。这个带倒刺板优选在固态成型温度下由经受了温度调节的坯料直接成型出来，最优选由再生材料或聚合物合成颗粒成型出来。这种直接成型过程在前面做过描述。因此，每个板以及倒刺和凹座部分的细节均可以极小。

参看图10，可以看到，沿着板元件112的每个边缘延伸的凹座118是由两个对称且指向内侧的钩挂部分120构成的，所述钩挂部分在固态成型或模制操作过程中整体式形成在板元件的中央腹板上。图10A中示出了凹座部分118通过构造尺寸而能够松弛地容纳倒刺部分116，而与倒刺部分咬合着的钩挂部分120又能够防止如此活动连接着的元件彼此脱开。图10A中所示的小角度偏转可以使整个非纺织品具有显而易见的柔性，特别是在各个板元件以相对较小的尺寸制造时。具体地讲，作为示例，可以预计每个板元件的主要尺寸的最大值可以在3至5毫米的范围内。

图11中示出了一串交替的带倒刺非纺织品元件110和带凹座元件112是如何组装的。图12中总体上示出了这些交替的板元件是如何组成棋盘状样式时的。应当指出，在这两种形态下，各个边缘的角部交点处均以特定的方式切掉，从而在希望组装出的制品具有柔性时，相邻板上的相应部位不会彼此叠加而对这种柔性造成阻碍或妨碍。具体地讲，带倒刺板110的每个角部上分别具有三角形切口，这种切口实际上可以在板沿着垂直于边缘的轴线转动时(这种转动同样参看图10A)防止带倒刺的头部发生任何叠加或干涉。图10中所示的带凹座板112在角部切掉了对边三角形块，从而将该区域内的带头部的凹座部分或凹入部分的大部分去掉了。图12中示出了这些带对边三角形切口的板是如何以不同程度的张力和柔性而与对角相邻的带凹座板装配在一起的。虽然存在这些切掉部分，但这些部分在组装好的非纺织品上只占据非常有限的面积，并且可以形成穿过非纺织品平面的开口或通道。对于大部分应用而言，存在任何这样的开口均不会造成性能问题，这是因为这些开口相对较小，而且除非是非纺织品受到极大的弯折或弯曲变形，否则邻接表面就会趋向于封闭住这些开口。

在优选的加工过程中，一个阵列的带倒刺板110(图9)形成在辊子1和2之间的咬线处，如前面对第一个实施例所作概述。这些如此形成的板被传输到辊子2上，颗粒122被放置在辊子2上的选定凹槽124中，以准备成型带凹座板112。图13中示出了辊子2和3之间的咬线处的横断面图，其中用于成型带凹座板112的模腔刚好在启动致动器124和撞杆126以成型板112之前形成了。请注意，模腔的主要部分由辊子表面上的相互对正的表面部位上的相应凹坑构成。已经形成的两个带倒刺板上的边缘伸入模腔中，以使这些边缘本身构成模腔表面的一部分。当然本图中没有示出与图中这一对板呈直角排列着的另一对带倒刺板，它们的倒刺边缘也悬挂伸入这个模腔中。这样，这四个倒刺边缘、在咬线处对正的辊子表面、将颗粒122强制推入模腔中以使之塑性变形的撞杆前表面128构成了用于成型每个带凹座板112的模腔，用以加工出带凹座板的阵列，其中撞杆前表面在模腔中所占比例较小。通过这种方式，相互搭接着的(更准确地讲，是彼此交替着嵌入和被嵌入的)带倒刺板110和带凹座板112构成了结实、耐用、相对于所用刚性材料而言具有柔性的非纺织品形状。同前面描述的实施例中的三个加工步骤相比，本发明的这个实施例中的非纺织品直接成型方法只需要两个加工步骤(三个辊子和两个咬入区域)。

用于通过本发明的方法制作非纺织品的另一种可连接元件的实施例显示于图14A、14B、15和16中。图14A和14B中示出了由固态成型过程制作的可连接元件130俯视图和仰视图。该结构类似于参照图1-3描述的第一个实施例，但在板元件的边缘132上没有形成用于相互咬合的凸轮面，而且铆钉134与板元件形成一体。直边缘132彼此咬合，以防止这些元件横向移动。在本实施例中，元件130只需要采用一种形状，而且它们可以通过前面描述的直接成型过程而在“向上伸腿”(图14B)和“向下伸腿”(图14A)的方向上相互连接。带有整体式形成的铆钉132的板元件130是在单一的固态成型步骤中(利用适宜的模腔形状和类似于图4A-C所示的加工步骤)制作出来的。在接下来的加工步骤中，方向相反的板元件130被成型出来。参看图15，一个阵列的互连“向上伸腿”板元件130A和“向下伸腿”板元件130B被示出，其中整体形成的铆钉134A在互连板之间向上伸出。这个阵列是在全部三个成型步骤中的两个中产生的。通过第三成型步骤即随后的固态成型步骤，将伸出的铆钉134A和134B的轴成型为铆钉头部，可以完成非纺织品的形状。这一步骤仅需要利用撞杆的冲击作用压缩轴，以形成铆钉头部，类似于前面描述的其他固态成型过程。

图16中示出了由这些元件130A和130B构成的成品非纺织品。回到图14B，板元件的四个腿中的每个分别具有一个棱边，该棱边确定出一个隆起的台阶138，用于与反向布置着的板元件上的具有互补形状的棱边咬合。沿着棱边隆起的台阶138产生了一个机械式咬合结构，用于在铆钉134完全成型后将板元件130A和130B彼此限定在一起。切口140形成在每个板元件的角部上，用于容纳铆钉134的轴142，该铆钉将两个板元件保持在一起。本实施例的柔性大小类似于第一个实施例，而且在一定程度上取决于铆钉轴的长度(和延展性)。

一个与图14A和14B中的结构类似的替代性实施例显示于图17A、17B和17C中。本实施例中的板元件与图14A和14B中的相同，但本实施例中的铆钉轴144上形成了一个分叉限位件，限位件包含位于铆钉轴144的每个分开部分上的斜面半环形锁销146。斜面半环形锁销配合在铆钉头部150中的形状相符的凹槽中，以将铆钉头部紧固在位于轴端处的连接位置上。见图17C。铆钉头部如此紧固在轴端上，并且非常难以取下，除非压紧分叉限位件的侧壁148，以将锁销从铆钉头部的凹槽中脱出。图17A和17B中所示的这个替代性实施例是通过前面描述的固态成型过程形成的，其中模腔具有特定的形状，以形成分叉限位件的形状。

直接成型过程可以用于产生另一类型的非纺织品，其由通过类似前面的方法成型出的互连板元件构成。差别在于，成型过程被这样设计，即单独形成的元件152被沿着它们相应的边缘熔接。这样，单独形成的元件152通过前面描述的成型过程熔接在一起，而且它们可以通过在熔接区域或附近弯折而实现彼此相对运动。熔接边缘154大致形成在与图9-12所示的前面实施例中的倒刺与凹座相咬合的区域相同。在本实施例中，一组板形成在第一和第二辊子之间的咬线处，第二组板在第二和第三辊子之间的咬线处形成并熔接在第一组板上。本实施例中的直接成型过程的温度、成型力和其他物理参数必须仔细地协调，以使产生的熔接区域足以将单独形成的元件保持彼此咬合，而又使得它们能够彼此相对弯曲而作织物状运动。熔接边缘优选在一定程度上彼此搭接，以便在元件上形成沿相邻元件的相应边缘熔接的区域。元件之间的角部上可以形成孔眼156，以提供出附加的柔性。

本申请中的直接成型方法可以用于制造很多不同种类的非纺织品。作为示例，本发明的直接成型方法在制造行李箱中的应用显示于图19中。加工过程以流程图的形式显示出来，其中包括四个主要部分：颗粒选择过程400、直接成型过程500、颗粒回收过程600和行李箱组装过程700。虽然图19中的流程图所示的加工过程是预期利用前面描述的加工设备完成的，但可以设想，流程图中的创造性直接成型方法也可以利用其他能够进行相同或类似操作的设备实施。

图19中的流程图中的第一步是步骤402，即供应颗粒。在直接成型过程中，必须提供颗粒的优选尺寸、形状和材料。第一判断块404用于确认颗粒尺寸、形状和材料是否与成型过程中的一致。如果不一致，则判断块返回颗粒供应步骤，以重新启动。此时的颗粒也可以用于常规聚合物加工过程，例如成型最终制品的其他部件。如果证实一致，则加工过程继续进行，而开始进入直接成型过程500。

直接成型过程500中的第一步是步骤502，即将颗粒施加到工作面上。在这一步骤中，如前所述，颗粒被施加到工作面上，以准备进行固态成型步骤。在前面的各个实例中，工作面是辊子表面。在这一点上，颗粒可以通过多种方式中的任何一种施加到工作面上，例如通过料斗施加或者通过流化床施加，如前面所讨论，并且优选被安置在毗邻工作面中的模腔形成的凹槽中。接下来的步骤504是，如需要，调节颗粒在工作面上的定位。这一步骤是可选的，因为颗粒在施加到工作面上时可能全被适宜定位在毗邻工作面中的模腔形成的凹槽中了。然而，如果有多余的颗粒，或者颗粒没有在凹槽中正确定向，则调节颗粒定位的步骤有助于纠正所有问题。如前所述，调节颗粒定位的步骤可以这样实现，即借助于一个带垫层的辊子或其他适用于这一步骤的装置。接下来的操作步骤506是将多余的颗粒从工作面上去除。在颗粒被供应到工作面上并且根据需要而进行了调解后，应当将多余的颗粒从工作面上去除，以使多余颗粒不会干扰固态成型步骤。这可以利用刮板结构或通过真空方法而实现，或者可以采用其他任何适于将多余颗粒从工作面上去除的操作方法实现。

在用于向颗粒供应热量的操作步骤508中，固态成型过程实际开始了。向颗粒供应热量只在这样的情况下是必需的，即颗粒向模腔中固态变形时产生的热量不足以在颗粒中形成理想的温度。换言之，如果颗粒受到撞杆冲击而将其形状转变成模腔形状时所产生的热量不够，如前所述，则需要补充热量。颗粒被加热到达的最终温度位于形成颗粒的特定材料的软化点之上，但在其熔点之下。在颗粒的热处理完成之后，实际的固态变形过程将在操作步骤510中实施。固态成型步骤已经在前面详细描述过了，这里再重复一下以前的描述，即本步骤可以通过这里描述的辊子或是其他任何类型的可行固态成型结构而实现。这一步骤中的关键的一点是，固态成型的产物是一种适用于直接成型非纺织品的可连接元件。这种可连接元件，例如“向上伸腿”板、“向下伸腿”板和铆钉，分别按顺序形成，以使最终制品是构成非纺织品所需的互连元件的集合。如前所述，在示例性加工过程中形成的第一种元件是在第一和第二辊子之间的咬线处成型出来的“向上伸腿”板。接下来的步骤是重复前一步骤的操作，从而以特定的次序成型出构成非纺织品板料所需的互连元件。这一步骤以512表示。操作步骤512需要将前面描述的成型步骤重复足够多的次数，以形成一张由互连元件构成的非纺织品板料。在前面描述的特定加工过程中，这一步骤可能需要实施三次，以成型出“向上伸腿”板，再成型出“向下伸腿”板，最后利用铆钉将两个板保持在一起。在前面描述的第二个实施例中，这一步骤需要实施三次，以成型出带有倒刺端的板，再成型出用于容纳倒刺端的板(在这个实施例中，不需要使用附加的第三部件例如铆钉，如前所述)。

在操作步骤512之后，流程图开始进入了颗粒回收操作600。第一步操作是判断块602，即查询非纺织品板料是否符合标准。如果不符合标准，则在操作步骤604中将作废的非纺织品板料转换成新磨原料，以便用于常规模制成型最终制品上的部件，或者用于重新形成颗粒而在步骤402中供应。如果非纺织品板料是可以接受的，则接下来进行步骤606的操作，即对非纺织品板料进行后处理。这种后处理可能包括抛光、切割、弯折或其他所需的操作，以将非纺织品板料准备好，预备用在最终制品中。在操作步骤606之后，要在判断块608中查询非纺织品板料在经过了初始的后处理之后是否仍然合格。如果出于任何原因导致非纺织品板料在操作步骤606中受到无法挽救的损伤，则判断块608中的答案是“否”，而且受损且经受了部分处理的非纺织品板料将在步骤604中同样被制作成新磨原料。如果非纺织品板料在经过了初始后处理操作步骤606之后仍是符合标准的，则非纺织品板料将进行非纺织品板料最终处理步骤702。最后的两个步骤包含在行李箱组装操作过程700中。非纺织品板料的最终处理可能包括对表面的进一步精整以及对非纺织品板料作进一步处理，以使之准备用于最终的组装过程中，在这一步骤完成之后，流程图进入操作步骤704。在操作步骤704中，要将非纺织品板料与最终制品组装在一起。例如，非纺织品板料可能会利用缝合或铆接方法而被附加到行李箱的其他部件上，从而成为行李箱壳体外表面的至少一部分，例如图20中所示的部分。行李箱壳体可能是由步骤404和604中产生的新磨原料而制成的。

上面的流程图是一种特定制品加工过程的实例，其可以实施本发明的直接成型方法。从根本上讲，通过修改位于第四通用操作区700中的最后两个步骤702和704，流程图可以特定地用于专门的制品类型。例如，在使用非纺织品时，可以通过缝合或其他连接方法使它们在边缘处彼此结合，而产生的三维形状可以连接到边框或轮子组件上，以制成行李箱的框架。或者，非纺织品可以用作汽车内部附件或其他制品。

尽管前面以一定程度的特殊性描述了本发明，但可以理解，这里公开的内容是以示例的方式给出的，在不脱离附属权利要求书中确定的本发明的精神的前提下，可以对细节或结构作出改变。

Claims (4)

1.一种用于制作具有多个相互咬合部分的非纺织品的元件的方法，包括以下操作：

成型具有至少一个咬合部分的第一元件；并且

成型具有至少一个咬合部分的第二元件，其以可操作的方式与所述第一元件相连，这是通过模制成型所述第二元件的所述咬合部分直接抵靠在所述第一元件的所述咬合部分上实现的，因而无需单独组装个别部分而在成型的过程中形成相互咬合或连接的结构，其特征在于：

成型所述第一元件的操作包含以下操作：

将一个第一聚合物颗粒安置在第一完整模腔中；

在所述第一完整模腔中成型所述聚合物颗粒，以使之获得所述第一完整模腔的形状；

成型所述第二元件的操作包含以下操作：

将一个第二聚合物颗粒安置在第二完整模腔中；

在所述第二完整模腔中成型所述聚合物颗粒，以使之获得所述第二完整模腔的形状并且以可操作的方式与所述第一元件相连。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一元件的所述咬合部分构成所述第二完整模腔的一部分。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下操作：

备制第一辊子、第二辊子、第三辊子以及位于所述第一和第二压料辊子之间的第一咬入区域、位于所述第二和第三压料辊子之间的第二咬入区域；

向一个形成在所述第一辊子上的局部模腔中施加所述第一聚合物颗粒；

将一个形成在所述第二辊子上的局部模腔在所述第一咬入区域与所述第一辊子上的局部模腔对正，以形成第一完整模腔；

在所述第一咬入区域中的所述完整模腔中成型所述第一聚合物颗粒，以形成所述第一元件；

向一个形成在所述第二辊子上的局部模腔中施加所述第二聚合物颗粒；

将一个形成在所述第三辊子上的局部模腔在所述第二咬入区域与所述第二辊子上的局部模腔对正，以形成第二完整模腔；

在所述第二咬入区域中的所述完整模腔中成型所述第二聚合物颗粒，从而以与所述第一元件互联的方式形成所述第二元件。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于：上述第一元件构成上述第二完整模腔的一部分。

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