CN106573403B - 聚合物公共交通托盘桌臂及制备其的方法 - Google Patents

聚合物公共交通托盘桌臂及制备其的方法 Download PDF

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Abstract

一种制备支撑臂的方法，包括：将模具加热至热塑性材料的玻璃化转变温度；将包含填料的热塑性材料注射至模具中并使热塑性材料与该模具相符；冷却模具至脱模温度以形成支撑臂；并且从该模具中脱模支撑臂；其中，沿着从支撑臂的内缘至外缘的线截取的支撑臂的截面包括第一“U”型部和第二“U”型部。

Description

聚合物公共交通托盘桌臂及制备其的方法
背景技术
托盘桌可以用于交通工具，如飞机、火车、直升飞机和公共汽车。可以将托盘桌以收起位置收起在乘客座椅的座椅靠背，并且在飞行时可以将其降低至展开位置。可以将托盘桌连接到从座椅靠背旋转，如从座椅靠背以展开位置旋转下至乘客前面的位置的一个或多个臂(例如，支撑臂、托盘桌臂等)。
可以将支撑臂连接至座椅的一侧，基本上从被旅客占据的空间中去除，以支撑托盘桌，如其每一端。然而，一些座椅，如前排座椅、出口列座椅及其他座椅，的如在它们前面没有设置座椅的那些，不能适应这种构造。因此，这种座椅可以使用其中托盘桌和任何相关的臂位于座椅一侧的构造。可以通过在托盘桌一侧的支撑臂将该托盘桌支撑。一些设计包括从旅客侧面的位置将托盘桌和支撑臂移动至旅客前面的展开位置的机构。该定位机构(positioning mechanism)可以使得托盘桌从座椅侧面的收起位置移动至展开位置。定位机构可以使得托盘桌移动以允许乘客在不需收起连接至托盘桌的臂的情况下离开他们的座椅。
托盘桌支撑臂可以由金属材料，如铝制成，因为与其他的金属如钢相比，铝具有较低的重量。然而，金属臂是机械加工的且经受了其他的二次操作，这增加了制造成本和时间。
航空组件的重量减轻在由燃料节省和/或航程增加所带来的成本降低方面提供了显著的益处。因此，仍然存在对于重量更轻的支撑臂和托盘桌的需要。这种臂不应该经历过早失效并且应该提供制造成本和时间上的效率。
发明内容
本文中公开了支撑臂、托盘桌组件，包括其的制品，以及制备其的方法。
一种可收起的铰接臂，包括：由填充的热塑性材料形成的延伸的、基本上平面的主体，该主体在展开模式中具有面朝上和面朝下的主面，其中该面中的一个限定了基本上延伸主体的长度、远离主体开口的延伸的中心凹面，并且另一个面限定布置于中心凹面的每一侧的基本上延伸主体的长度的侧凹面，其中，主体具有沿着横穿主体的长度延伸的基线截取的截面，限定对应于中心凹面的内“U”型部，内“U”型部夹在布置于内“U”型部的每一侧的外“U”型部之间，外“U”型部中的每一个对应于各自的侧凹面，其中内“U”型部的垂直部分包括各自的外“U”型部的垂直部分；布置于主体的近端部分的铰链；以及布置于铰链近端的止动件，该止动件阻止主体围绕铰链的旋转；其中，在展开模式中，主体远离铰链延伸以支撑在其远侧部分的重量。
一种制备支撑臂的方法，包括：加热模具至热塑性材料的玻璃化转变温度；将包含填料的热塑性材料注射至模具中并且使热塑性材料与该模具相符；冷却模具至脱模温度以形成支撑臂；并且从该模具中排出支撑臂；其中，沿着从支撑臂的内缘至外缘的线截取的支撑臂的截面包括第一“U”型部和第二“U”型部。
一种托盘桌组件，包括：支撑臂，该支撑臂包含选自金属材料、金属合金材料或热塑性材料的材料，其中，沿着从支撑臂的内缘至外缘的线截取的支撑臂的截面包括通过连接件接合的第一“U”型部和第二“U”型部；托盘桌；其中，支撑臂的边沿包括多壁结构，或者其中，托盘桌的边沿包括多壁结构，或者其中，支撑臂的边沿和托盘桌的边沿包括多壁结构。
通过附图和详细说明举例说明了以上描述的及其他性质。
附图说明
现在参照附图，其是示例性的实施方式，并且其中相同要素标号相同，且呈现其用于举例说明本文中公开的示例性实施方式的目的，而不是为了限制本发明的目的。
图1是托盘桌的图解；
图2是支撑臂的等距图解；
图3是托盘桌组件的底视图的等距图解；
图4是托盘桌组件的等距图解；
图5是图4的支撑臂沿着线A-A的截面图；
图6是图4的支撑臂沿着线B-B的截面图；
图7是支撑臂的等距图解；
图8是图7的支撑臂沿着线A-A的截面图；
图9是图7的支撑臂沿着线B-B的截面图；
图10是多壁结构的局部的截面图；
图11是另一种多壁结构的局部的截面图；
图12是另一种多壁结构的局部的截面图；
图13是又一种多壁结构的局部的截面图；
图14A1是支撑臂的正面的视图；
图14A2是图14A1的支撑臂背面的视图；
图14B1是支撑臂正面的视图；
图14B2是图14B1的支撑臂背面的视图；
图14C1是支撑臂正面的视图；
图14C2是图14C1的支撑臂背面的视图；
图14D1是支撑臂正面的视图；
图14D2是图14D1的支撑臂背面的视图；
图15是图14A1-图14D2中的各种设计的负载的图解；
图16A是用于在图14A1-图14D2中的设计上进行的虚拟测试的边界条件的图解；
图16B是用于在图14A1-图14D2中的设计上进行的虚拟测试的边界条件点的图解；
图16C是截取自图16A的部分边界条件的示出力位置的详细视图。
图17E1、17E2、17F1和17F2是支撑臂的不同设计的图解；
图18G1、18G2、18H1和18H2是托盘桌的不同设计的图解；以及
图19是图18G1、18G2、18H1和18H2中的设计的负载的图解。
具体实施方式
本文中公开了支撑臂，本文中还称为铰接臂，以及托盘桌组件。支撑臂和托盘桌组件在它们的末端可以包括“U”型部以提供额外的结构完整性至支撑臂或至托盘桌。例如，沿着支撑臂的从内缘至外缘的线截取的支撑臂的截面可以包括第一“U”型部以及具有布置在其中间的内“U”型部的可选的第二“U”型部。换言之，可收起的铰接臂可以包括平面的主体，其中，沿着横穿主体的长度延伸的基线截取的主体的截面可以形成内“U”型部，其中，内“U”型部可以夹在布置在内“U”型部的任一侧或两侧的外“U”型部之间。该“U”型部可以向支撑臂添加结构完整性，增加在该部分发生不期望的位移和/或失效之前可以被置于托盘桌组件上的负载量。从第一“U”型部的支柱(leg)水平延伸的可以是在本文中还称为侧凹面的部件，其具有突出部，其中该突出部可以在与支柱相同的方向上垂直延伸。一种结构可以从第二“U”型部延伸。例如，从第二“U”型部的柱(post)水平延伸的可以是凸缘(ledge)，本文中还称为侧凹面，具有在与该柱相同的方向上垂直延伸的伸出部(jut)。连接部，本文中还称为中心凹面，可以被布置于第一“U”型部和第二“U”型部之间，具体地，可以将该连接件布置于第一“U”型部的突出部和第二“U”型部的伸出部之间。换言之，中心凹面。可收起的铰接臂的主体可以包括可选地由填充的热塑性材料形成的基本上平面的主体。该主体可以包括面朝上和面朝下的主面，其中该面中的一个可以形成中心凹面，例如，可以基本上延伸主体的长度的延伸的中心凹面。该中心凹面可以远离主体开口。另一个面可以包括可以基本上延伸主体的长度的侧凹面，其中，侧凹面可以布置于中心凹面的每一侧。可收起的铰接臂可以包括布置于主体的近端部分处的铰链以及布置于铰链近端的止动件，其中，该止动件可以阻止围绕铰链的旋转。当处于展开模式时，主体可以远离铰链延伸以支撑在其远侧部分的重量。
可选地，支撑臂可以包括多壁结构。可选地，托盘桌可以包括多壁结构。可以可选地在多壁结构中的壁之间分散地存在肋。多壁结构中的壁的数目可以是大于或等于2。存在于支撑臂或托盘桌中的“U”型部的数目可以是大于或等于1。
支撑臂和托盘桌组件可以包含热塑性材料。本文中公开的支撑臂可以包含热塑性材料。本文中公开的支撑臂可以包含热塑性材料和填料。支撑臂可以包含选自金属材料、金属合金材料、热塑性材料或包括上述至少一种的组合的材料。托盘桌组件可以包含选自金属材料、金属合金材料、热塑性材料或包括上述至少一种的组合的材料。当用于支撑臂或托盘桌时，热塑性材料可以可选地包含填料。当由热塑性材料制成时，在与非热塑性设计的同时代的相比时，支撑臂可以具有较低的质量。当由热塑性材料制备时，在与同时代的非热塑性塑料设计相比时，托盘桌可以具有较低的质量。该支撑臂和托盘桌可以具有足够的强度以用于其中通常已经使用金属材料的运输应用。本文中公开的有利的参数，即，低质量、高强度的托盘桌和臂，可以通过使用工程热塑性塑料、增材制造和注射模制中的任一种或它们的任何组合实现。可以实现本文中公开的有利的位移和应力值。与其他的支撑臂，如金属支撑臂相比，如本文中公开的较低质量可以提供成本节省。然而，应理解，本文中公开的支撑臂和托盘桌组件可以包含金属材料、金属合金、陶瓷材料、热固性材料等，只要材料提供用于支撑臂和托盘桌组件的期望特性。
用于飞机上的托盘桌的支撑臂可以由铝制成。铝具有比铁更低的重量和更低的密度。为了实现由节约燃料带来的成本降低而降低托盘桌支撑臂的重量的尝试已经导致了使用更轻重量的热塑性材料代替铝的尝试。因此，本热塑性托盘桌和支撑臂可以经受重负载(例如，大于或等于680牛顿(N))。该负载可以施加于托盘桌中的负载增加的区域，如由于距支撑点的较大距离(例如，较大力臂)的可能性而负载增加处。单独的肋条或厚度增加可能是不够的，至少是因为这种技术使用额外的材料，从而增加支撑臂和/或托盘桌的总重量。
支撑臂可以包含聚合物，如热塑性材料，或者热塑性和热固性材料的组合。热塑性材料可以包括聚碳酸酯、聚酯(如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)和聚(乳酸))、聚酰胺(如脂肪族聚酰胺，包括尼龙6、半芳香族聚邻苯二甲酰胺和芳香族聚酰胺)、聚酰亚胺(如聚醚酰亚胺)、聚酮(如聚(醚醚酮)(PEEK)、聚(醚酮)和聚(芳基醚酮))、聚硫化物(如聚(苯硫醚))、聚砜(如聚(醚砜))、聚丙烯酸酯(如聚(甲基丙烯酸甲酯))、聚缩醛(如聚(甲醛))、聚乙酸酯(如聚(乙酸乙烯基酯))、含氟塑料(如聚四氟乙烯)、含氯塑料(如聚(氯乙烯)和聚(偏二氯乙烯))、聚乙烯(如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯)、聚氨酯、聚丙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)共聚物、苯乙烯丙烯腈(SAN)共聚物、聚亚苯基、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚己内酯、聚丁烯、聚丁二烯、包含上述至少一种或多种的共聚物，或包含上述至少一种或多种的共混物。例如，热塑性材料可以包括聚碳酸酯/ABS共混物(CYCOLOYTM树脂，可商购自SABIC’s Innovative Plastics business)，共聚碳酸酯-聚酯，丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)(GELOYTM树脂，可商购自SABIC’s Innovative Plasticsbusiness)，聚苯醚/聚酰胺的共混物(来自SABIC’s Innovative Plastics business的NORYL GTXTM树脂))，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚对苯二甲酸丁二醇酯和抗冲改性剂的共混物(XENOYTM树脂，可商购自SABIC’sInnovative Plastics business)，聚碳酸酯(LEXANTM和LEXANTM EXL树脂，可商购自SABIC’s Innovative Plastics business)，聚(甲基)丙烯酸甲酯(PMMA)封端的聚碳酸酯，聚醚酰亚胺(ULTEMTM聚醚酰亚胺树脂(例如，EC006PXQTM和/或EC008PXQTM)或SILTEMTM，两者均可商购自SABIC’s Innovative Plasticsbusiness)。
支撑臂可以包含阻燃添加剂，如SILTEMTM，可商购自SABIC’s InnovativePlastics business。
支撑臂可以可选地包含填料。填料的非限制性实例包括二氧化硅粉末，如煅制二氧化硅、结晶二氧化硅、天然硅砂和各种硅烷涂覆的二氧化硅；氮化硼粉末和含硼硅酸盐粉末；氧化铝和氧化镁(magnesium oxide)(或氧化镁(magnesia))；硅灰石，包括表面处理的硅灰石；硫酸钙(如例如，其酸酐、二水合物或三水合物)；碳酸钙，包括白垩、石灰石、大理石和合成的沉淀碳酸钙，通常为研磨的颗粒的形式，其通常包含98+％的CaCO3，其中剩余部分为其它的无机物，如碳酸镁、氧化铁和铝硅酸盐；表面处理的碳酸钙；滑石，包括纤维状、模块状、针状和片状的滑石；中空和实心的玻璃球，以及通常具有如硅烷偶联剂的偶联剂和/或含有导电涂层的表面处理的玻璃球；高岭土，包括硬、软、煅烧高岭土，以及包含本领域已知的各种涂层的高岭土促进分散于热固性树脂中和与热固性树脂相容；云母，包括金属化的云母和用氨基硅烷或丙烯酰基硅烷涂层表面处理的云母，以赋予混合的共混物良好的物理性能；长石和霞长石；硅酸盐球；烟尘；煤胞(cenosphere)；fillite微珠；硅铝酸盐(armosphere)，包括硅烷化和金属化的铝硅酸盐；石英；石英岩；珍珠岩；硅藻岩；硅藻土；碳化硅；硫化钼；硫化锌；硅酸铝(莫来石)；合成硅酸钙；硅酸锆；钛酸钡；钡铁氧体；硫酸钡和重晶石；颗粒或纤维状铝，青铜，锌，铜和镍；炭黑，包括导电炭黑；和石墨，如石墨粉末。
填料可以具有除1:1之外，例如大于1的长径比。这些填料可以以薄片、晶须、纤维、针、棒、管、丝束、伸长的片晶、层状片晶、椭圆、微纤维、纳米纤维、纳米管、伸长的富勒烯等形式存在。当这些填料以聚集体形式存在时，长径比大于1的聚集体也是满足要求的。在本领域中熟知的这种填料的实例包括在“Plastic Additives Handbook，第5版”HansZweifel,Ed,Carl Hanser Verlag Publishers,Munich,2001中描述的那些，通过引证将其内容并入本文。
具有大于1的长径比的薄片的非限制性的实例包括玻璃薄片、薄片状碳化硅、二硼化铝、铝薄片和钢薄片。纤维填料的非限制性的实例包括处理的矿物纤维，如源自包括硅酸铝、氧化铝、氧化镁、半水硫酸钙中的至少一种的共混物的那些，硼纤维、如碳化硅的陶瓷纤维以及来自铝、硼和硅的混合氧化物的纤维(在商品名称NEXTELTM下由3M Co.,St.Paul,MN,USA出售)；以及天然纤维，包括木粉、纤维素、棉花、剑麻、黄麻、淀粉、软木粉、木质素、磨碎的坚果壳、谷物、稻谷壳、布、***布、毛毡和天然纤维素织物如牛皮纸、棉纸和含有纸的玻璃纤维。可以使用合成的增强纤维，条件是合成纤维的玻璃化转变温度大于热塑性材料的玻璃化转变温度。合适的合成纤维包括聚酯纤维，如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、聚(乙烯醇)纤维、聚芳酯、聚乙烯、芳香族聚酰胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚(苯硫醚)纤维、聚(醚醚酮)纤维、聚四氟乙烯纤维、丙烯酸树脂纤维，具有高热稳定性的高韧性纤维，包括芳香族聚酰胺、聚芳酰胺纤维如Kevlar(Du Pont的产品)，聚酰亚胺纤维，如聚酰亚胺2080和PBZ纤维(均为Dow Chemical Company的产品)和聚醚酰亚胺纤维；聚(醚醚酮)纤维，聚苯并噁唑纤维等。也考虑纤维填料，如玄武岩纤维，包括纺织玻璃纤维和石英。
填料可以包含玻璃纤维。有用的玻璃纤维可以由本领域技术人员已知的任何类型的可纤维化的玻璃组合物形成，并且包括由通常称为“E玻璃”、“A玻璃”、“C玻璃”、“D玻璃”、“R玻璃”、“S玻璃”以及不含氟和/或不含硼的E玻璃衍生物的可纤维化的玻璃组合物制备的那些。这种组合物和由其制备玻璃纤丝的方法对本领域技术人员是熟知的，并且更详细的说明不是必要的。
填料可以包含碳纤维。碳纤维可以具有3.5纳米至5微米的平均直径。碳纤维可以具有4至100纳米的平均直径。碳纤维可以具有5至10纳米的平均直径。碳纤维可以是气相生长的碳纤维。碳纤维可以包含碳纳米管。碳纳米管可以具有最高至132,000,000:1的长度直径比。碳纳米管可以包含单壁纳米管和/或多壁纳米管。
可以将填料与各种涂层，包括，例如金属涂层和硅烷涂层使用。
通常，基于组合物的总重量，存在于热塑性组合物中的可选的纤维填料的量可以是最高至其70重量百分数(wt％)(例如，大于0至70wt％)，具体地10至60wt％，且更具体地20至50wt％。
支撑臂和/或托盘桌可以具有阻燃性能使得每种均符合联帮航空条例(FAR)。支撑臂可以满足一种或多种对于低热、低烟密度和低毒性燃烧副产物的FAR要求。具体地，支撑臂可以具有由FAR 25.853(OSU测试)测量的小于65千瓦/平方米(kW/m2)的峰值热释放；由FAR 25.853(OSU测试)测量的小于或等于65千瓦-分钟/平方米(kW*min/m2)的2分钟时的总热释放；和基于ASTM E-662(FAR/JAR 25.853)在4分钟时测量的小于200的NBS光学烟密度中的一种或多种。
通过参考附图可以得到在本文中公开的组分、过程和装置的更加完全的了解。这些附图(在本文中也被称为“图”)仅仅是基于方便和易于展示本公开的示意性表示，因此不旨在指示设备或它们的部件的相对大小和尺寸，和/或以限定或限制示例性实施方式的范围。尽管为了清楚起见在以下的描述中使用了特定术语，但是这些术语仅旨在指示选择用于在附图中示出的实施方式的特定结构，并且不旨在限定或限制本公开的范围。在以下的附图和随后的描述中，应理解相同的数字标识指示相同功能的组件。
图1和2示出了托盘桌组件的部件。在图1中，示出了托盘桌10，同时在图2中，示出了支撑臂20。图3和4示出了包括托盘桌10和支撑臂20的托盘桌组件1，其中图3是托盘桌组件1的底视图，并且图4是托盘桌组件1的顶视图。图5是沿着线A-A截取的图4的托盘桌组件1的截面图，同时图6是沿着线B-B截取的图4的托盘桌组件1的截面图。如可以在图1中看出的，托盘桌10可以包括可以与支撑臂20上的相应的孔22配合的开口8。可以将托盘桌10设计有可以将支撑臂20置于其中的内凹部分16(图3)，故当将支撑臂20和托盘桌10装配时，支撑臂20可以与托盘桌组件1的底部部分18齐平。开口8可以延伸穿过托盘桌10。孔22可以延伸穿过支撑臂20。可以使用连接装置例如机械固定装置，如螺杆、钉子、销等或者化学品固定装置，如粘合剂(例如，胶水、胶带、压敏粘合剂等等)将支撑臂20连接至托盘桌10，其中，连接装置可以延伸穿过支撑臂20的孔22和托盘桌10的开口8。孔径22可以可选地含有嵌件。嵌件可以是金属嵌件。例如，嵌件包括选自铝、钢、黄铜等以及包括上述至少一种的组合的材料。托盘桌组件1可以可选地包括在一侧连接至其的盖，其中支撑臂20连接至相对侧。
如在图2中示出的，支撑臂20，本文中还称为铰接臂20(例如，可收起的铰接臂)可以包括可以根据其相对于支撑臂20的每一端点的位置而改变的截面形状。例如，可收起的铰接臂20可以包括主体2，例如，基本上平面的主体，其可以由热塑性材料，可选地由填充的热塑性材料形成。主体2可以具有面朝上和面朝下的主面，其中该面中的一个包括可以基本上沿着主体2的长度l延伸并且可以远离主体2开口的延伸的中心凹面30。另一个面可以包括也可以基本上沿着主体2的长度l延伸的侧凹面26、34。中心凹面30在本文中还被称为连接部30，并且侧凹面26在本文中还被称为部件26，并且侧凹面34在本文中还被称为凸缘34。侧凹面26、34可以布置于中心凹面30的任一侧。主体2可以具有沿着基线(参见，例如，在图7中的线A-A和线B-B)截取的截面，其中，该基线可以横穿主体2的长度l延伸。截面可以限定可以朝上开口，对应于中心凹面30的内“U”型部13。内“U”型部13可以夹在或布置在内“U”型部13的每一侧上的外“U”型部12、14之间，其中，外“U”型部12、14可以朝下开口，内“U”型部13可以朝上开口，并且其中，“U”型部12、14的水平部分可以对应于各自的侧凹面26、34。内“U”型部13的垂直部分可以包括相应的外“U”型部12、14的垂直部分。例如，外“U”型部12可以对应于在本文中还被称为部件26的侧凹面26，同时外“U”型部14可以对应于在本文中还被称为凸缘34的侧凹面34。内“U”型部13的垂直部分可以对应于外“U”型部12的突出部28和外“U”型部14的伸出部32。可收起的铰接臂20，例如，支撑臂20，可以包括可以布置于主体2的近端部分4处的铰链3以及可以被布置于铰链3近端的止动件5，其中，止动件5可以阻止围绕铰链3的旋转。当主体2处于展开模式时，主体2可以远离铰链3延伸以支撑在其远侧部分6的重量。外“U”型部12、14在本文中也被称为第一“U”型部12和第二“U”型部14。
图8示出了支撑臂20沿着图7中的线A-A的截面图，同时图9示出了支撑臂20沿着图7中的线B-B的截面图。如在图8和9中示出的，支撑臂20的截面可以包括第一“U”型部12，具有由其垂直延伸的支柱24以及部件26，例如向突出部28水平延伸的侧凹面26型部，该突出部28从部件26，例如，侧凹面26垂直延伸。类似地，如在图8中示出的第二“U”型部14可以具有由其垂直延伸的柱36以及凸缘34，例如，向伸出部32水平延伸的侧凹面34，该伸出部32从凸缘34垂直延伸。连接部30，例如，中心凹面30，可以布置于第一“U”型部12的突出部28和第二“U”型部14的伸出部32之间。换言之，连接构件30接合第一和第二“U”型部12、14。换言之，内“U”型部13布置于外“U”型部12、14之间。与不具有“U”型部的支撑臂相比，“U”型部12、14可以对支撑臂20通过的额外结构完整性以及增加的刚度和在部件上减少的应力。例如，与不具有“U”型部的支撑臂相比，在具有“U”型部的支撑臂中，刚度可以增加5％至30％。例如，刚度可以增加10％至25％，例如，15％至20％。例如，与不具有“U”型部的支撑臂相比，在具有“U”型部的支撑臂中，在支撑臂上的最大应力可以减少15％至50％，例如20％至40％，例如25％至35％。
支柱24、突出部28、伸出部32和柱36可以为相同的高度和/或宽度，或者它们可以为不同的高度和/或宽度。例如，如在图8和9中示出的，支柱24和突出部28的高度和宽度可以与伸出部32和柱36的高度和宽度相同。支柱24和突出部28的高度可以小于伸出部32和柱36的高度。例如，如在图8和9中示出的，支柱24和突出部28可以具有高度h1，而伸出部32和柱36可以具有高度h2。高度h1可以与高度h2相等。高度h1可以小于高度h2。高度h1可以大于高度h2。然而，应理解，支柱24和突出部28可以具有彼此各自不同的高度，同时伸出部32和柱36可以具有彼此各自不同的高度。例如，支柱24、突出部28、伸出部32和柱36之间的高度的比可以是1:1.1:1.2:1.4。类似地，不同组件的厚度可以是相同或不同的。例如，支柱24、突出部28、伸出部32和柱36的厚度可以是相同或不同的。部件26和凸缘34的厚度可以互相是相同或不同的。构件26和凸缘34的厚度可以与支柱24、突出部28、伸出部32和柱36相同或不同。可以将这些组件的高度、宽度和厚度各自地、单独地或一起地改变以符合各种设计考虑。
支撑臂20可以不包括“U”型部。除了在图8和9中示出的那些之外，支撑臂20在支撑臂20的任一端可以包括额外的“U”型部。例如，支撑臂20在第一“U”型部12的任一侧和/或在第二“U”型部14的任一侧可以包括额外的“U”型部。支撑臂20可以包括大于或等于1个的“U”型部。支撑臂20可以包括大于或等于2个的“U”型部。支撑臂20可以包括大于或等于3个的“U”型部。支撑臂20可以包括大于或等于4个的“U”型部。支撑臂20可以包括大于或等于5个的“U”型部。支撑臂20可以包括大于或等于10个的“U”型部。“U”型部件的不同组件可以具有相同或不同的厚度。“U”型部可以帮助实现期望水平的支撑臂的刚度和强度。
在支撑臂20中使用的“U”型部的总宽度(w)可以是5毫米(mm)至75mm。例如，“U”型部的总宽度(w)可以是10mm至50mm。“U”型部的总宽度(w)可以为15mm至30mm。“U”型部的总宽度(w)可以是20mm至25mm。在一些实施方式中，总宽度可以小于或等于75mm，例如小于或等于50mm。总宽度可以小于或等于30mm。总宽度可以小于或等于25mm。总宽度可以小于或等于15mm。各种“U”型部的高度(h)可以为2mm至30mm。“U”型部的高度可以为5mm至25mm。“U”型部的高度可以为7.5mm至20mm。“U”型部的高度可以是10mm至15mm。“U”型部的高度可以是12mm至14mm。在一些实施方式中，总高度可以小于或等于30mm，例如，小于或等于25mm。总高度可以小于或等于20mm。总高度可以小于或等于15mm。总高度可以小于或等于10mm。总高度可以小于或等于5mm。
根据存在的支柱的数量和各种支柱的厚度，“U”型部的总体积可以变化。例如，总体积可以大于或等于35,000立方毫米(mm3)。总体积可以大于或等于45,000mm3。总体积可以大于或等于50,000mm3。总体积可以大于或等于60,000mm3。总体积可以大于或等于70,000mm3。总体积可以大于或等于80,000mm3。总体积可以大于或等于85,000mm3。“U”型部件的较薄至较厚的支柱的厚度可以为0.25mm至10mm。厚度可以为0.5mm至7.5mm。厚度可以为1mm至5mm。厚度可以是1.5mm至3mm。厚度可以是2mm至2.5mm。例如，厚度可以小于或等于7.5mm。厚度可以小于或等于5mm。厚度可以小于或等于3mm。厚度可以小于或等于2mm。厚度可以小于或等于1.5mm。厚度可以小于或等于1mm。厚度可以小于或等于0.5mm。
在图8和9中的“U”型部可以包括多壁结构。图10至13示出了可以对托盘桌10和/或支撑臂20提供额外的结构增强的多种多壁结构设计。例如，图10至13示出了多壁结构40、42、44、46，分别具有第一壁50、第二壁54和布置于第一壁50和第二壁54之间的肋52。肋52可以具有将帮助实现支撑臂和/或托盘桌的期望的机械和结构的性能的任何构造。肋52可以连接至多壁结构40、42、44、46的一个壁，和/或可以连接至多壁结构40、42、44、46的任何两个壁，和/或可以悬浮在多壁结构40、42、44、46的多个层中(例如，不连接至多壁结构40、42、44、46的任何壁)。在图10中，肋示出为52垂直布置于第一壁50和第二壁54之间，而在图11中，肋52以一定角度，即，斜向地(例如，大于或等于45°)布置于第一壁50和第二壁54之间。在图12中，肋52形成大体上的“X”形状，并且斜向地布置于第一壁50和第二壁54之间，同时在图13中，肋52斜向地且垂直地布置于第一壁50和第二壁54之间。
在本文中所描述的任何设计可以包括具有如在图10至13中示出的壁和肋的多壁结构。例如，参照图8和9，支柱24、构件26、突出部28、连接构件30、伸出部321、凸缘34和/或柱36中的任一种可以包括如在图10至13中示出的多壁结构。“U”型部可以包括如在图10至13中示出的多壁结构。在本文中公开的多壁结构按照期望可以可选地包括例如肋的各种组合(例如，垂直的、斜向的和它们的任意组合)，用于额外的结构完整性。壁(例如，第一、第二等)的数目可以另外地改变，并且是基于多壁结构的最终用途所期望的性能。例如，可以存在大于或等于2个壁，例如，可以存在大于或等于3个壁，例如大于或等于5个壁，例如大于或等于10个壁。多壁结构的存在可以帮助实现多壁部件中期望水平的刚度度和强度。任何肋和壁的设置是基于特定的多壁结构所期望的结构完整性，基于多壁结构将被采用的位置和其将经受的负载。根据预期使用的支撑臂的任意组合，可以使用任意数目的壁。
可以经由注射模制，如1注或2注的注射模制，使用加热和冷却技术，形成支撑臂，其中在热塑性材料的注入和填充阶段期间，将模具快速地加热且保持在升高的温度下，并且随后冷却至需要的模具温度。由于其出乎意料地甚至在最小厚度的支撑臂厚度中允许减小达一毫米的部分，该方法是有利的。已经发现，使用该方法，取决于热塑性材料的粘度，可以获得小至1毫米(mm)的最小厚度。此外，这种加热和冷却方法还可以提高部件的结合线强度，这可以增强全部部件的结构性能。
例如，使用加热和冷却技术的注射模制可以包括以10至40摄氏度/秒(℃/秒)，具体地12至25℃/秒的速率快速地加热模具至大于或等于热塑性材料的玻璃化转变温度。可以将该模具加热至大于或等于180℃，具体地大于或等于200℃的温度。一旦该模具已经达到其的加热的模制温度，可以将热塑性材料注入(填充)和填入至该模具中。可以在大于或等于材料的熔融温度的温度下将热塑性材料注入。可以在大于或等于350℃，例如大于或等于390℃，例如大于或等于400℃的温度下将热塑性材料注入。随后，可以将模具冷却(例如，如以5至20℃/秒，例如10至12℃/秒的速率快速地冷却)。可以将模具冷却，使得热塑性材料冷却至小于其脱模温度的温度。随后可以从模具中将热塑性材料脱模。随后，可以重复该工艺用于产生随后的支撑臂。
作为本公开的非限制性的实施例提供了以下的实施例。
实施例
实施例1
在以下的实施例中，使用ABAQUS模拟软件计算各种支撑臂和托盘桌设计的机械性能。使用了40％的碳纤维填充的聚醚酰亚胺树脂，即，ULTEMTMTHERMOCOMP EC008PXQ树脂，可商购自SABIC’s Innovative Plastics business。将树脂的应力相对于应变的曲线用作为在对支撑臂和托盘桌设计进行结构分析中的材料性能。
在该实施例中，考虑且分析了在图14A1、14A2、14B1、14B2、14C1、14C2、14D1和14D2中示出的支撑臂设计A至D。根据在图15中示出的负载条件与在图16A至C中示出的边界条件分析了该设计。如在图15中示出的，在垂直于平面的方向上施加100牛顿(N)的负载。例如，如果支撑臂位于平面xz内，则在Y轴方向上施加100N的负载。对于边界条件，将支撑臂固定在图16B中的位置112、114处，使得其可以围绕孔的轴旋转。将部分74固定为沿着由箭头75示出的方向(见图16C)移动。在表1中列出了每一种支撑臂设计的总体积，以立方毫米测量。
表2显示了在图14A1-图14D2中示出的每一种设计的各种应力和位移性能。由CAD(计算机辅助设计)软件，如SOLIDWORKS，以克(g)计算每个支撑臂的质量。使用ABAQUS模拟软件通过计算机模拟，监测最大位移并且以mm记录，以及监测最大应力的大小和位置并且以兆帕(MPa)记录。应力用于由单轴拉伸测试的结果预测在任何负载条件下材料的失效。如先前所描述的，如在图15和16中示出的施加100N的负载。如可以在表2中看出的，在测试的设计之中，设计D是刚性最大的。具有最小量的最大应力。设计B具有最小的形变，但是由于其几何构造，该设计的最大应力大于在设计D中看到的。可以将肋添加到任意的设计以向支撑臂提供额外的刚度。
对于设计A，在图14A1中的位置100处观察到最大应力，对于设计B，在图14B1中的位置102处观察到最大应力，对于设计C，在图14C2中的位置104处观察到最大应力，以及对于设计D，在图14D1中的位置106处观察到最大应力。将在其处观察到最大应力的位置理解为失效可能发生的部分。因此，在设计阶段期间，将该部分设计为部件的最强部分可以是有益的。
实施例2
在该实施例中，考虑且分析了如在图17E1、17E2、17F1和17F2中示出的支撑臂设计E和F。根据在图15中示出的负载条件以及在图16A-C中示出的边界条件，分析了该设计。如在图15中示出的，在垂直于平面的方向上施加100牛顿(N)的负载。对于边界条件，将支撑臂固定在图16B中的位置112、114处，使得其可以围绕孔的轴旋转。将部分74固定为沿着如在图16C中示出的由箭头75示出的方向移动。设计E不具有多壁结构，而设计F具有多壁结构，其中多壁结构位于支撑臂的边沿62的周围。设计E和设计F具有相同的总厚度，为3mm。
如在表3中示出的，具有位于沿着支撑臂的边缘的多壁结构的设计F，即使进一步与设计A至D相比，最大应力和最大位移减小。此外，尽管重量轻微增加，存在较大的应力和位移减小。如果期望，可以将肋添加至设计E。对于设计E和F，如由图17E1中的设计E中的位置108以及在图17F1中的设计F中的位置110示出的，最大应力几乎位于相同的位置。
实施例3
在该实施例中，托盘桌具有多壁结构。图18G1和18G2示出了设计G是不具有多壁结构的具有810.12克的质量的比较例，同时图18H1和18H2示出了设计H是具有多壁结构的具有907.34克的质量的实施例。多壁结构位于托盘桌的边沿60的周围。在图19中示出的位置80处，施加了680N的向下负载。
如在表4中示出的，即使与设计G相比存在较小的重量增加，但是从设计G至设计H存在较大的应力减小。最大应力值的减小可以归因于在设计H中多壁结构的添加。尽管不希望受限于理论。如果期望，可以将肋添加到设计G以实现期望水平的刚度和/或强度。如通过在图18G1中的设计G的点70以及在图18H1中的设计H的点72中看出的，最大应力几乎位于相同的位置。
在本文中公开的托盘桌组件以及制备和使用其的方法至少包括以下实施方式：
实施方式1：一种支撑臂，包含：热塑性材料；和填料；其中，沿着从支撑臂的内缘至外缘的线截取的支撑臂的截面包括第一“U”型部和第二”U”型部；其中，从第一“U”型部的支柱水平延伸的是具有朝向该支柱垂直延伸的突出部的部件，并且其中，从第二“U”型部的柱水平延伸的是具有朝向该柱垂直延伸的伸出部的凸缘；其中，连接部布置于突出部和伸出部之间。
实施方式2：实施方式1的支撑臂，其中，填料包括纤维填料。
实施方式3：实施方式2的支撑臂，其中，纤维填料包括玻璃纤维或碳纤维。
实施方式4：实施方式1至3中任一项的支撑臂，其中，支柱和突出部具有第一高度h1，并且伸出部和柱具有第二高度h2。
实施方式5：实施方式4的支撑臂，其中，第一高度h1大于第二高度h2。
实施方式6：实施方式4的支撑臂，其中，第一高度h1小于第二高度h2。
实施方式7：实施方式4的支撑臂，其中，第一高度h1等于第二高度h2。
实施方式8：实施方式1至7中任一项的支撑臂，其中，支柱、突出部、伸出部和柱的厚度小于部件、连接部和凸缘的厚度。
实施方式9：实施方式1至8中任一项的支撑臂，其中，支柱、和/或部件、和/或突出部、和/或连接部、和/或伸出部、和/或凸缘、和/或柱包括多壁结构。
实施方式10：实施方式9的支撑臂，其中，多壁结构包括第一壁和第二壁，具有布置于第一壁与第二壁之间的肋。
实施方式11：实施方式1至10中任一项的支撑臂，其中，多壁结构位于沿支撑臂的边沿。
实施方式12：实施方式1至10中任一项的支撑臂，其中，多壁结构包括大于或等于三个壁。
实施方式13：实施方式1至12中任一项的支撑臂，其中，支撑臂包括大于或等于三个“U”型部。
实施方式12：一种制备支撑臂的方法，包括：加热模具至热塑性材料的玻璃化转变温度；将包含填料的热塑性材料注射至模具中并使热塑性材料与该模具相符；冷却模具至脱模温度以形成支撑臂；并且从该模具中脱模支撑臂；其中，沿着从支撑臂的内缘至外缘的线截取的支撑臂的截面包括第一“U”型部和第二“U”型部。
实施方式13：实施方式12的方法，其中，从第一“U”型部的支柱水平延伸的是具有朝向该支柱垂直延伸的突出部的部件，并且其中，从第二“U”型部的柱水平延伸的是具有朝向该柱垂直延伸的伸出部的凸缘；其中，连接部布置于突出部和伸出部之间。
实施方式14：一种托盘桌组件，包括：支撑臂，该支撑臂包含选自金属材料、金属合金材料或热塑性材料的材料，其中，沿着从支撑臂的内缘至外缘的线截取的支撑臂的截面包括通过连接部接合的第一“U”型部和第二”U”型部；托盘桌；其中，支撑臂的边沿包括多壁结构，或者其中，托盘桌的边沿包括多壁结构，或者其中，支撑臂的边沿和托盘桌的边沿包括多壁结构。
实施方式15：实施方式14的托盘桌组件，其中，从第一“U”型部的支柱水平延伸的是具有朝向该支柱垂直延伸的突出部的部件，并且其中，从第二“U”型部的柱水平延伸的是具有朝向该柱垂直延伸的伸出部的凸缘；其中，连接部布置于突出部和伸出部之间。
实施方式16：实施方式15的托盘桌组件，其中，支柱和突出部具有第一高度h1，并且伸出部和柱具有第二高度h2。
实施方式17：实施方式16的托盘桌组件，其中，第一高度h1大于第二高度h2，或者其中，第一高度h1小于第二高度h2。
实施方式18：实施方式15至17中任一项的托盘桌组件，其中，支柱、突出部、伸出部和柱的厚度小于部件、连接部和凸缘的厚度。
实施方式19：实施方式15至18中任一项的托盘桌组件，其中，支柱、和/或部件、和/或突出部、和/或连接部、和/或伸出部、和/或凸缘、和/或柱包括多壁结构。
实施方式20：实施方式14至19中任一项的托盘桌组件，其中，热塑性材料包括含有纤维的填料。
实施方式21：一种可收起的铰接臂，包括：由填充的热塑性材料形成的延伸的、基本上平面的主体，该主体在展开模式中具有面朝上和面朝下的主面，其中一个面限定基本上延伸主体的长度、远离主体开口的延伸的中心凹面，并且另一个面限定布置于中心凹面的每一个侧的基本上延伸主体的长度的侧凹面，其中，该主体具有沿着横穿主体的长度延伸的基线截取的截面，限定对应于中心凹面的内“U”型部，内“U”型部夹在布置于内“U”型部的每一侧的外“U”型部之间，外“U”型部中的每一个对应于各自的侧凹面，其中内“U”型部的垂直部分包括各自的外“U”型部的垂直部分；布置在主体的近端部分的铰链；以及布置在铰链近端的止动件，该止动件阻止主体围绕铰链的旋转；其中，在展开模式中，主体远离铰链延伸以支撑在其远侧部分的重量。
实施方式22：实施方式21的可收起的铰接臂，其中，填料包括纤维填料。
实施方式23：实施方式22的可收起的铰接臂，其中，纤维填料包括玻璃纤维或碳纤维。
实施方式24：实施方式21至23中任一项的可收起的铰接臂，其中，外“U”型部中的一个包括具有第一高度h1的支柱和突出部，并且其中，其他的外“U”型部包括具有第二高度h2的伸出部和柱。
实施方式25：实施方式24的可收起的铰接臂，其中，第一高度h1大于第二高度h2。
实施方式26：实施方式24的可收起的铰接臂，其中，第一高度h1小于第二高度h2。
实施方式27：实施方式24的可收起的铰接臂，其中，第一高度h1等于第二高度h2。
实施方式28：实施方式21至27中任一项的可收起的铰接臂，其中，支柱、突出部、伸出部和柱的厚度小于侧凹面和中心凹面的厚度。
实施方式29：实施方式21至28中任一项的可收起的铰接臂，其中，支柱、和/或侧凹面、和/或突出部、和/或中心凹面、和/或伸出部、和/或柱包括多壁结构。
实施方式30：实施方式29的可收起的铰接臂，其中，多壁结构包括第一壁和第二壁。具有布置于第一壁和第二壁之间的肋。
实施方式31：实施方式21至30中任一项的可收起的铰接臂，其中，多壁结构位于沿可收起的铰接臂的边沿。
本文中公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合(例如，“最高至25wt.％，或更具体地，5wt.％至20wt.％”的范围包括端点以及“5wt.％至25wt.％”的范围的所有中间值等)。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，本文中的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、量或重要性，而是用于区别一个要素与另一要素。除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文中的术语“一个”和“一种”以及“该”不表示量的限制，并且被解释为涵盖单数和复数两者。如在本文所使用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数两者，从而包括该术语中的一个或多个(例如，膜(film(s))包括一个或多个膜)。贯穿整个说明书提及“一个实施方式”、“另一实施方式”、“实施方式”等是指结合实施方式所描述的特定要素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文中所描述的至少一个实施方式中，并且可以或可以不存在于其他实施方式中。另外，应该理解的是，所描述的要素可以以任何合适的方式组合于各个实施方式中。
通过引证以它们的整体将所有引用的专利、专利申请、及其他参考文献合并于此。然而，如果本申请中的术语与所并入的参考文献中的术语矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自所并入的参考文献的冲突术语。虽然已经描述了特定的实施方式，但是本申请人或本领域的其他技术人员可以想到当前不可预见的或可能不可预见的替代、修改、变体、改进和实质等效物。因此，所提交的以及可能被修改的所附权利要求旨在涵盖所有这样的替代、修改、变体、改进和实质等效物。

Claims (20)

1.一种可收起的铰接臂，包括：
由填充的热塑性材料形成的延伸的、基本上平面的主体，所述主体在展开模式中具有面朝上和面朝下的主面，其中所述主面中的一个限定基本上延伸所述主体的长度、远离所述主体开口的延伸的中心凹面，并且另一个所述主面限定布置于所述中心凹面的每一侧上的基本上延伸所述主体的长度的侧凹面，其中，所述主体具有沿着横穿所述主体的长度延伸的基线截取的截面，所述截面限定对应于所述中心凹面的内“U”型部，所述内“U”型部夹在布置于所述内“U”型部的每一侧上的外“U”型部之间，所述外“U”型部中的每一个对应于各自的侧凹面，其中所述内“U”型部的垂直部分包括各自的外“U”型部的垂直部分；
布置于主体的近端部分的铰链；以及
布置于所述铰链近端的止动件，所述止动件阻止所述主体围绕所述铰链的旋转；
其中，在展开模式中，所述主体远离所述铰链延伸以支撑在其远侧部分的重量。
2.根据权利要求1所述的可收起的铰接臂，其中，填料包括纤维填料。
3.根据权利要求2所述的可收起的铰接臂，其中，所述纤维填料包括玻璃纤维或碳纤维。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的可收起的铰接臂，其中，所述外“U”型部中的一个包括具有第一高度h1的支柱和突出部，并且其中，另一个所述外“U”型部包括具有第二高度h2的伸出部和柱。
5.根据权利要求4所述的可收起的铰接臂，其中，所述第一高度h1大于所述第二高度h2。
6.根据权利要求4所述的可收起的铰接臂，其中，所述第一高度h1小于所述第二高度h2。
7.根据权利要求4所述的可收起的铰接臂，其中，所述第一高度h1等于所述第二高度h2。
8.根据权利要求4所述的可收起的铰接臂，其中，所述支柱、所述突出部、所述伸出部和所述柱的厚度小于所述侧凹面和所述中心凹面的厚度。
9.根据权利要求4所述的可收起的铰接臂，其中，所述支柱、和/或所述侧凹面、和/或所述突出部、和/或所述中心凹面、和/或所述伸出部和/或所述柱包括多壁结构。
10.根据权利要求9所述的可收起的铰接臂，其中，所述多壁结构包括第一壁和第二壁，具有布置于所述第一壁与所述第二壁之间的肋。
11.根据权利要求9所述的可收起的铰接臂，其中，所述多壁结构位于沿所述可收起的铰接臂的边沿。
12.一种制备权利要求1或2所述的可收起的铰接臂的方法，包括：
将模具加热至热塑性材料的玻璃化转变温度；
将包含填料的所述热塑性材料注射至所述模具中并使所述热塑性材料与所述模具相符；
冷却所述模具至脱模温度以形成所述铰接臂；以及
从所述模具脱模所述铰接臂；
其中，沿着从所述铰接臂的内缘至外缘的线截取的所述铰接臂的截面包括第一“U”型部和第二“U”型部。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，从所述第一“U”型部的支柱水平延伸的是具有在与所述支柱相同的方向上垂直延伸的突出部的部件，并且其中，从所述第二“U”型部的柱水平延伸的是具有与所述柱相同的方向上垂直延伸的伸出部的凸缘；其中，连接部布置于所述突出部和所述伸出部之间。
14.一种托盘桌组件，包括：
根据权利要求1或2所述的可收起的铰接臂；
托盘桌，包括内凹部分；
其中，所述可收起的铰接臂置于托盘桌的所述内凹部分中，使得所述可收起的铰接臂与所述托盘桌组件的底部部分齐平。
15.根据权利要求14所述的托盘桌组件，其中，从第一“U”型部的支柱水平延伸的是具有在与所述支柱相同的方向上垂直延伸的突出部的部件，并且其中，从第二“U”型部的柱水平延伸的是具有与所述柱相同的方向上垂直延伸的伸出部的凸缘；
其中，连接部布置于所述突出部和所述伸出部之间。
16.根据权利要求15所述的托盘桌组件，其中，所述支柱和所述突出部具有第一高度h1，并且所述伸出部和所述柱具有第二高度h2。
17.根据权利要求16所述的托盘桌组件，其中，所述第一高度h1大于所述第二高度h2，或者其中，所述第一高度h1小于所述第二高度h2。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的托盘桌组件，其中，所述支柱、所述突出部、所述伸出部和所述柱的厚度小于所述部件、所述连接部和所述凸缘的厚度。
19.根据权利要求15至17中任一项所述的托盘桌组件，其中，所述支柱、和/或所述部件、和/或所述突出部、和/或所述连接部、和/或所述伸出部、和/或所述凸缘和/或所述柱包括多壁结构。
20.根据权利要求15至17中任一项所述的托盘桌组件，其中，所述热塑性材料包括含有纤维的填料。
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