CN100361806C - 地栅和制造地栅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地栅以及制造该地栅的方法。地栅包括相对于第一方向MD以锐角延伸的第一组和第二组直线定向绞合线，从与第一方向MD成直角的第二方向TD上考虑，交替成角的两组绞合线以基本相等和相对的角度与第一方向MD形成角度；沿第二方向TD延伸的另外直线定向绞合线；以及结合处，每一结合处连接四个定向绞合线和两个另外定向绞合线，且每对相邻绞合线之间的分叉定向为环绕该分叉，由此从一个绞合线的端部、环绕分叉至相邻绞合线的端部存在连续的定向。通过对设置有形状大小基本相同的呈六边形阵列的孔的塑料薄片起始材料进行拉伸和双轴定向，以在六边形边上的相邻孔之间拉伸出绞合线形成区域并且由该区域形成定向绞合线，制造地栅。

Description

地栅和制造地栅的方法
技术领域
本发明总体涉及一种地栅，但是通常适合应用于网格结构。地栅是一种主要目的在于加强或加固土壤，并且具有在其中能锁定土壤颗粒的开口网格的格栅。如果该格栅通过定向一种塑料起始材料制成，则该起始材料通常具有大于约1.5毫米或2毫米的厚度。地栅实际上是通过在TD方向上跨过地栅排列的条棒处而相互连接，或是在交叉处(也称为节点或交叉点)相互连接的绞合线(也称为肋)而构成，而不论这些绞合线是否如所述的编织地栅中那样连续通过地栅。在交叉处测量的地栅的厚度，将大于约0.5毫米或0.75毫米，也可以为大于约1.00毫米或1.5毫米或2毫米。如果可能，网格的尺寸(也称为网格开口尺寸或孔尺寸)应该能使得土壤或聚集颗粒相互作用，并且提供最适宜的锚固或互锁作用。
背景技术
地栅可以由多种不同的方法制得，例如，通过将由例如聚酯纤维制成的缝合粘结并施用如PVC复盖层的柔性覆盖层，或将塑料绞合线通过编织或密接，或甚至通过点焊定向方式使其形成一体而制得。但是，虽然不限定为这些材料，但本发明主要涉及一种地栅，其通过将已设置有孔的塑料薄片起始材料单轴或双轴地定向而形成。这些孔形成成品中的网格。在此类型的单轴地栅中，横向的条棒通过绞合线相互连接。在此类型的双轴地栅中，具有定向的绞合线和绞合线相交的交叉处，实际上每一绞合线具有连接至此交叉处的一端，由此多组平行拉伸件贯穿地栅，每一拉伸件由充分排列的绞合线和这些绞合线相互连接的各个所述交叉处的系列构成。
本发明还涉及一种制造地栅的方法。在该方法中使用已经设置有孔的塑料薄片起始材料，进行一次拉伸以在相邻孔之间拉伸出绞合线形成区域，并且由该区域形成定向绞合线，由此提供一个单轴地栅。可在与第一拉伸方向成直角的方向上施加一拉伸作用，以在其它相邻孔之间拉伸出另外的绞合线形成区域，并且由后述区域形成定向绞合线，由此孔组之间的区域形成相互连接定向绞合线的交叉处，并且形成一双轴地栅。
US4374798和US5053264中公开了本发明涉及的通常类型的单轴和双轴网格结构，但是现在人们已经意识到，那些网格结构在对角线方向上不具有强的稳定性，在该结构中由于网格结构的平行四边形的扭曲，因此在不施加强力的情况下，网格结构会在对角线方向上延伸。
单轴地栅广泛用于压力主要集中的一个方向上的地方，例如当加固堤防时。在此结构中，压力由土壤开始沿着绞合线传送，并且进入可比绞合线粗的横向(TD)并且被锚固在土壤中条棒中。双轴地栅广泛用在道路、停车场、容器存放地以及其它坚固常设物中的粒状层的加固中。绞合线在MD和TD上延伸。因而，在这两个方向上的网格结构的物理特性最佳。但是人们已经意识到当在这两个方向之间进行测试时，在结构中还存在有不足。这样虽然前述地栅在纵向和横向上具有高强度和高硬度，但是已经发现来自例如重轮交通工具的负荷在地栅内施加径向压力，例如来自负荷区的在各个方向上发散的压力。
因此希望在不显著减少在至少MD和TD之一的方向上网格结构的强度的情况下，在除MD和TD方向以外的方向上提供更大的强度。
发明内容
本发明的一个目的是克服或改善至少现有技术中的一个缺陷，或提供一种有效的替换物。
整个说明书中的对现有技术的任何讨论并不代表认为该现有技术是广泛公知的或是构成本领域的公知常识。
本发明提供单轴和双轴地栅或网格结构，以及制造单轴和双轴地栅的方法。本发明还延伸出一种加固颗粒材料的方法，该方法包括步骤：在颗粒材料内嵌人本发明的地栅，并且进一步延伸出如此加固的颗粒材料，和具有大量通过在其内嵌入本发明的地栅而被加固的颗粒材料的土地技术机构。
根据本发明的一个方面，其提供一种地栅，其通过将设置有孔的阵列的塑料起始材料拉伸和单轴定向而制得，所述地栅具有一长度和一宽度，包括由大体平直定向的绞合线相互连接的延伸跨过所述地栅的宽度的横向条棒，至少一些绞合线在相对于所述条棒成直角的方向以3°到7.5°的角度从一条棒至下一条棒延伸，交替这些成角的绞合线跨过所述地栅的所述宽度并且这些成角的绞合线与相对于所述条棒成直角的所述方向形成具有相等和相对角度的角度，所述成角度的绞合线的定向延伸到所述条棒中。
根据本发明的另一方面，其提供一种地栅，其通过设置有孔的阵列的塑料起始材料拉伸和双轴定向而制得，所述地栅包括：
第一组大致成直线定向的绞合线，其相对于第一方向以锐角延伸；
第二组大致成直线定向的绞合线，其相对于第一方向以锐角延伸，从与第一方向成直角的第二方向上考虑，交替成角的所述两组绞合线以基本相等和相对的角度与第一方向形成角度；
另外的大体为直线定向的绞合线，其沿所述第二方向延伸；以及
结合处，每一结合处连接四个成角度的定向绞合线和两个另外定向绞合线，大体在每一结合处，每对相邻绞合线之间的分叉定向为在环绕该分叉的方向上，由此从一个绞合线的端部、环绕分叉至相邻绞合线的端部存在有连续的定向。根据本发明的一种制造单轴定向塑料材料地栅的方法，包括步骤：
提供一塑料薄片起始材料，其具有在形状和大小基本相同的呈六边形阵列的孔，这样基本上每一孔位于每三个六边形的角部，在六边形内没有尺寸大于或等于第一次所述孔的尺寸的孔；以及
进行一次拉伸以在六边形的边上的相邻孔之间拉出绞合线形成区域，并且由该区域形成定向绞合线，由此形成具有与拉伸方向成直角并由定向绞合线连接的条棒的结构，所述拉伸应用到这种程度：即绞合线的定向延伸入条棒中。
根据本发明的另一种制造双轴定向塑料材料地栅的方法，包括步骤：
提供一塑料薄片起始材料，其具有在形状和大小基本相同的呈六边形阵列的孔，这样基本上每一孔位于每三个六边形的角部，在六边形内没有尺寸大于或等于第一次所述孔的尺寸的孔；
在第一方向上进行拉伸，以在六边形边上的相邻孔之间拉伸出绞合线形成区域，并且由该区域形成定向绞合线；以及
在基本上与第一方向成直角的第二方向上进行拉伸，以在六边形边上的相邻孔之间拉伸出绞合线形成区域，并且由此后述的区域形成定向绞合线，由此六边形的中心部分形成连接定向绞合线的结合处，所述拉伸应用到这种程度：即绞合线的定向延伸入大体每个结合处，使得大体在每一结合处，每对相邻绞合线之间的分叉定向为在环绕该分叉的方向上，由此从一个绞合线的端部、环绕分叉至相邻绞合线的端部存在有连续的定向。
所述单轴和双轴地栅和由所述正在单轴和双轴的方法制成的地栅，提供在横向条棒之间的成角的绞合线对或另外定向的绞合线，并且减少绞合线与土壤之间的相对运动的趋向，产生一个更坚固且更有效的加固锚。实际上，已经发现通过仔细选择起始材料内的孔的几何形状以及数量，能够形成作为地栅设计的整体特征的成角的绞合线。该地栅可能的优点可为，增强平面内抗扭刚度或硬度(其对于相互锁止是重要的)，提高弯曲模量，增强多方向性特性性能，异化土壤或聚合体相互锁止特性，加强对于剪切力的阻值，以及增强的支持和/或分布通常较大的负荷以及特别是发散状负荷的能力。如果使用完全受限制的外围对一片地栅进行测试，在垂直于地栅平面的方向上施加一定的载荷，其形变要低于传统的双轴地栅(弯曲模量得到提高)，并且该形变较少集中在围绕负荷作用点的位置，例如可更加均匀地分布在样品上。这表明传统地栅上的负荷由临近负荷区域(四绞合线结合处)内的相对较少量的绞合线生成，而本发明的地栅具有更多路径将负荷从负荷区(至少六个绞合线结合处)送出。仅使用相对少量的负荷进行试验，但是相信在所施加的负荷和地栅的相应形变之间存在有很好的相关性，并且推断出更大的负荷也是有效的。与对比的传统双轴地栅相比较，本发明的地栅具有抗张强度和硬度特性的组合，其通过允许负荷在360度上分布而增强多轴性能的供应。当考虑到地栅与土壤或颗粒的相互联结时，所有这些特性都是很重要的。
在通过设置有孔的阵列的塑料起始材料拉伸和双轴定向而制得的地栅中，地栅的三角形网格提供一沿着所述拉伸件具有高抗张强度的坚固结构。一系列拉伸件可在MD或TD上延伸，且发现地栅在成直角的方向上具有良好的强度，这是因为此延伸需要使与所施加的力成直角的定向绞合线产生弯曲，并且该弯曲由其内埋有地栅的土壤所阻碍。三角形网格在该地栅的平面内生成具有类似各向同性的结构，该结构可使地栅在土工技术应用中均匀地分布负荷；如果环绕360°测量地栅的强度，则最少存在有六个峰值，但是其下降大于三角形结构。这样地栅更能承载发散的压力，且形变减小，这使得在土壤加固中具有更坚固更有效的锚固，并且使得当用于承载例如车轮车辆负荷或例如由重建筑设备施加的点负荷时进行更有效的负荷分布。由于定向聚合体中典型的压力沿着拉伸件具有高度的方向性，该定向聚合体材料的高度方向性使得材料的硬度和强度沿着长度方向定向，因此定向聚合体尤其适用于土工技术的应用。使用本发明，材料重量的大约50％存在于绞合线内，其余的重量存在于结合处内，对于对比的传统双轴地栅情况也是这样。但是在生成具有相似的土壤加固特性的地栅的同时，起始材料的厚度可以显著减少。例如，制成本发明地栅的同等物起始材料的厚度为4.7毫米，但是对比的传统双轴地栅的起始材料的厚度为6.8毫米。这其中的一个原因是本发明的地栅内的绞合线可以较粗(由于在起始材料内具有较宽的绞合线形成区域)，这样如果需要，起始材料的几何形状允许绞合线厚一些和宽一些，这增强了地栅平面内的抗扭强度。
所形成的拉伸件提供地栅的强度，其不仅限于通过使膜层分裂而得到的细、高度定向的纤维而制成。
所述双轴地栅中只有两个所述的组，从而通过成角的绞合线以及另外的绞合线形成三角形网格开口。
定义
“定向”一词是指分子作用定向。通常，当涉及到定向绞合线时，定向的最佳方向为绞合线的长度方向。
“单轴”和“双轴”分别指单轴定向或双轴定向。
关于网格结构，“双轴定向”指网格结构在通常为相互成直角的两个方向上被拉伸。
起始材料中的孔可以为通孔或是盲孔。如果孔为盲孔，则孔内的薄膜或薄层将可能会在拉伸时破裂，或保留为很薄的薄膜。这些孔可以通过例如美国专利4374798中所公开的方法将其从起始材料中冲孔出而形成，或可以如美国专利5053264中公开的方法挤压形成，或可以通过适当的模压加工，或其它任何合适的方法而加工形成。
“精确单平面”指材料或结构关于平行于其表面的中间平面对称。通常，当拉伸一单平面起始材料时，其产生一单平面结构。
“大致单平面”指材料或结构没有偏离精确单平面很多，以至于使双轴成品任一表面上的定向不等同。
“有效直线”指如果当拉伸件排列时拉伸件在纵向上延伸的长度(拉伸)不增加，则偏移直线的一些偏离是允许的。通常，在开始施力前，最好是不应该多于约5％、4％或3％的几何延伸，或甚至不多于约1％或0.5％。可替换地，在任一拉伸件中的单独绞合线的轴应基本平行，但是如果侧向位移不太大的话，例如极限情况下不大于大约结合处中点：结合处中点距离(相对侧向位移)的20％或25％，一些侧向位移也是可以接受的，最好不大于约12％、10％、7％或甚至4％。由于整个成形过程不可能完全地精确，因此在工业成品中一些侧向位移是不可避免的。
“几何延伸”是指沿着拉伸件的延伸，其由精确排列拉伸件的绞合线而引起，而忽略材料自身的任何拉伸；这可被假想为使结合处围绕它们的中点枢轴转动，并使绞合线相对于结合处绕绞合中心线与结合处交汇的点枢轴转动。
“起始材料”指紧接首次拉伸开始前的材料。
拉伸比率是释放拉伸力之后或如果进行热处理则在退火之后冷却测量并且是在结构的表面进行测量的比率。
“MD”指机械方向，或在试验工作中的预期机械方向，通常为地栅的长度。
“TD”为横向方向，或在试验工作中的预期横向方向，基本上与MD成直角。
“六边形”是由孔的中心定义的假想的形状。
“实线”是施加(通常通过印刷或绘制)给起始材料的平行线，但通常不必在两个方向上分别平行于MD和TD。实线仅用于试验工作，而不经常使用在产品流水作业中。
“节距”是在图示方向上从一个孔的中心至下一孔的中心的距离。
当考虑到其至高点排列在拉伸方向上的一排六边形中的起始材料内的孔时，六边形的“至高点节距”为拉伸方向上一个孔的中心至相对孔的中心之间的距离(以下图7和8中，该距离分别为18.5毫米和20.38毫米)，“斜节距”是各自相对其它对孔之间的相应距离，“主节距”是在拉伸方向上排列的两相邻孔中心之间的拉伸方向距离(图7和图8中，该距离分别为10.5毫米和11.52毫米)，“次节距”是六边形的端孔中心与在拉伸方向上的六边形的下两个孔中心之间的拉伸方向距离(图7和图8中，该距离分别为4毫米和4.43毫米)。
“特定材料”一词包括岩石、石头、砂砾、沙子、泥土、粘土和由如沥青、水泥、混凝土或使用在土工技术工程或建筑中的其它任何特定或粘接材料之类的粘合剂所粘合形成的聚合体。在此使用的“土壤”或“聚集体”作为“特定材料”具有相同的含义。
“对比的传统双轴地栅”是通过拉伸一塑料薄片起始材料，并且通过双轴拉伸而制成的传统的双轴格栅，起始材料为相同的塑料材料，并且地栅每单元面积具有相同的重量和通过使一球通过网格而测得的相同的网格尺寸。但是，使用实际中碰到的土壤或聚合体颗粒的经验表明，对于某些特定材料，严格相比于正方形或长方形网格，三角形网格的尺寸应该稍微小于由该球所代表的尺寸。
优选特征
从属权利要求限定了本发明的最佳和/或选择特征。在单轴地栅中，成角度的绞合线向MD延伸一显著的角度，该角度最好大于3°、4°或5°，并且最好小于7.5°。地栅最好应大体对称于MD和TD轴以及其它轴。最好所有的定向绞合线为基本上相等的长度，并且最好在绞合线的中心点处具有相等的拉伸率，但是全部拉伸率(结合处中点至结合处中点)可以不完全相同。在最佳的地栅中，存在有三组连续的拉伸件，形成三角形网格。在权利要求22的方法中，通常来说，如果起始材料内的每一六边形定向成使描画六边形的两个相对孔基本上排列在MD上，则地栅将具有TD绞合线，而没有MD绞合线一将会存在有两组绞合线(即拉伸件)相对于MD成大体30度，形成在每一角部具有所述结合处的三角形网格。
当使用制造双轴地栅的方法时，发现在拉伸中如果六边形为规则的六边形，则存在这样的趋势，即成角的定向绞合线进入结合处的相对侧会稍稍偏移，即不是很好地排列。这将使强度稍微降低。已经发现如果起始材料内任一六边形的角度都不相等，但六边形的所有边基本相等，则该偏移可以减小或消除。在一种设置方案中，六边形MD上稍省略，使得MD顶角节距小于斜节距。MD顶角节距与斜节距的最小比率最好大约为0.75∶1或0.8∶1，最大比率最好为0.95∶1或0.9∶1，合适的比率约为0.85∶1。采用其它方式并给出稍不同的值，则最小比率可约为1∶1.1或1∶1.14，最大比率约为1∶1.3或1∶1.23，较好的比率约为1∶1.17。另一种确定较佳六边形和规则六边形之间区别的方法是考虑主MD节距和次MD节距之间的比率。规则六边形的比率为2∶1。在一个试验过程中，主MD节距与次MD节距的比率不同，并且TD节距也不同以保持绞合线形成区域的宽度相同。经发现在大约2.1∶1至3.2∶1范围内的比率可提供带有或多或少的排列的绞合线的合理规则的地栅，但是此类地栅的产品很少可能在该范围的极限值处；在地栅内所获得的实际排列在大约从2.5∶1至2.7∶1的比率范围内。最佳比率为大约2.6∶1。在该范围的上端，(接近3.2∶1)，由于结合处的扩展，例如TD上的结合处具有大于MD上的结合处的尺寸，因此出现成角的肋的偏移。在一个实施例中，几何拉伸为0.4％，比率为3.3∶1(刚好在最佳范围之上)。在该范围的下端，(接近2.1∶1)，由于结合处变窄，即在MD上的结合处具有大于TD上的结合处的尺寸，因此出现成角的肋的偏移。在一个实施例中几何拉伸为0.3％，比率为2∶1(正好在最佳范围之下)。
一种地栅制造方法，具有以下步骤：提供一在矩形格栅上具有孔的一塑料薄片起始材料，该矩形格栅的轴在第一方向上和大致与第一方向成直角的第二方向上延伸，由此提供在第一方向上延伸的第一孔排和在第二方向上延伸的第二孔排，所述起始材料在每一第一排的交替的相邻孔对之间具有削弱区域，削弱区域被交替在相邻第一排之间，这样在第一排上的削弱区邻近在另一侧上邻近第一排的非削弱区；在第一方向上进行拉伸，以在每一第二排上的相邻孔之间拉伸出绞合线形成区域，以由这样的区域形成定向绞合线；在第二方向上进行拉伸，拉伸出一削弱区域以由该削弱区域形成定向绞合线，而不在第一排的相邻孔之间拉伸出非削弱区域达到与当削弱区域拉伸时同样的程度；由此非削弱区域形成结合处，每一结合处连接六个定向绞合线。当使用上述方法时，最好是在拉伸期间，削弱区域在它们的中点处百分比减小，该减小至少大约为非削弱区的两倍、三倍或四倍。
当通过将一塑料薄片起始材料定向而制成时，可使用任何合适的塑料材料，如聚丙烯或高密度聚乙烯，但是不同的塑料材料具有不同的拉伸性能。最好，起始材料为精确的单平面，其可通过挤压起始材料和打孔而得以实现。但是，使用任何大致单平面起始材料均可获得满意的结果。
对于双轴地栅，通常的操作为连续地进行拉伸，并且在MD上进行首次拉伸，这是因为发现这样作可在生产中提供一更为平整和可控的产品，可以使用拉伸滚筒进行MD拉伸，使用展幅机进行第二次即TD拉伸。但是，可以在TD上进行第一次拉伸，但由于一些MD绞合线开始拉伸，使产品会有些不平，并且在第一次拉伸期间所有的绞合线形成区域都会受影响。如果能设计出合适的展幅机，则可能同时进行两次拉伸。
在通过将一设置有孔的塑料薄片起始材料进行双轴定向而制成的双轴地栅内，最好是大体在每一结合处，相邻绞合线之间的分叉定向为环绕该分叉的方向上，由此从一个绞合线的端部，环绕分叉处以及至相邻绞合线的端部存在有连续定向。最好是将每一结合处的中心定向，但是大体差于绞合线的中心点定向，最好为双轴定向。实质上每一结合处的中心最好在厚度上减少为小于约20％。
实际中，不可能对于最终结构的均匀性进行精确的控制。但是，对于双轴地栅不仅由于美学的原因还由于增强其多方向性强度，希望生成一种其内的网格的三角形基本上是等边的，即三系列拉伸件之间的角度基本上为60°的结构。但是某些情况中，例如当提供非方向性的压力时也可以选择不是60°的其它的角度。此不均匀结构可以通过调整冲孔式样或通过一较小的TD拉伸来提供，或者甚至可以通过采用一较大的TD拉伸以提供更多的TD保护。
这些孔可为任何合适的形状，例如圆形、方形、三角形或六边形，以及在GB2256164的图31中特别公开的合适的形状。如果有前述的削弱区域，孔或区域可以类似为任何合适的形状，包括GB2128132A中的槽的拉伸形状。隔开相邻孔的中心与沿着连接中心线测得的距离的比率最好不小于约1.15∶1或1.4∶1或1.5∶1，并且不大于约3∶1，但是这取决于塑料材料的选择。
结构不需要完全均匀，可采用GB2108896A或GB2034240A中所示的特殊排列，或例如GB2295353A中图7b和7d所示，结合处能被加固。但是结构通常大体从地栅的边缘至边缘、端部至端部地延伸，并且在每一所述组中具有多样性的所述拉伸件。通常，在单轴地栅内，最好是横向条棒仅由成角的绞合线连接，在双轴地栅中，大体上所有的结合处(除例如地栅的边和端部处)连接相同数量的绞合线，最好为六个。在双轴地栅中，最好是每一组的拉伸件在每一个结合处相交。
所指的六边形在其六边形内最好不具有任何孔，除了描绘出六边形形状的孔的部分。但是，可以在六边形的中心设置小孔，这样小孔将会出现在双轴地栅的结合处的中心内。尽管如此，如果孔太大了，将不能生产出本发明的地栅，这样这些小孔必须大致小于呈六边形阵列的孔。
附图说明
参照附图，通过举例将对本发明作出进一步描述，其中：
图1为第一起始材料的部分的俯视图。
图2为由图1所示的起始材料制成的单轴地栅的俯视图。
图3相应于图2，其示出了单轴地栅的厚度的实施例。
图4为由图1所示的起始材料制成的双轴地栅的俯视图。
图5与图4相同，其示出了双轴地栅厚度的一个实施例。
图6示出了限制条的使用的立体图。
图7示出了第一实施例中的起始材料的尺寸。
图8示出了第二实施例中的起始材料的尺寸。
图9为另外的起始材料的部分俯视图。
图10为由图9所示的起始材料制成的单轴格栅的俯视图。
图11为由图9所示的起始材料制成的双轴格栅的俯视图。
图12与图11相同，其示出了地栅的厚度的一个实施例。
图13为平面内抗扭强度测试的坐标图，其示出了实施例2(圆形结构)的双后轴地栅和对比的传统地栅(方形结构)相对于扭矩(Nm)的角偏转(°)。
图14为当在不同角度测试时最大强度的极坐标图，外环代表36KN/m的强度，粗线代表实施例2的双轴地栅，细线代表对比的传统的双轴地栅。
图15为相应于图14的极坐标图，其示出了最大负荷处的正切模数(secantmodulus)(硬度)，外环代表6KN/m。
图16相应于图14，其示出在2％应变时的格栅强度，外环代表18KN/m的负荷。
图17示出了当对于围绕其外围被夹紧的样品的中心结合处施加一负荷时，对于实施例2的地栅(圆形结构)和对比的传统双轴地栅(方形结构)在作用力下形变的坐标图。
具体实施方式
图1至图6-第一实施方式
在一个工序中，图1示出的起始材料1是具有平行表面平面的挤压出塑料材料的精确单平面薄片。孔2在形状和大小大体相同的一排六边形3内被冲孔，使得每一孔2大体位于每三个六边形3的角部。为了试验的目的，示出的实线4印刷在代表原始材料1的部分的中心区域上。
加热起始材料1，在想象的MD，即在与图1中示出的六边形3的MD边平行的方向上，使用与起始材料1的端部区域结合的平行夹钳施加首次拉伸，然后线性地拉开。虽然在此简单地称之为夹子，为简便起见，使用术语MD和TD。基于起始材料1的强度配置，首次拉伸在六边形3的MD侧上的相邻孔之间的拉伸出绞合线形成区域5，以由该区域5形成定向绞合线6(参见示出有单轴材料7的图2)，绞合线6连接定向TD条棒6′。比较图2中示出的实线4′和图1中示出的实线4，可以看出图2中的单轴材料7内的结合处中心已被稍稍拉伸出或定向在MD上。如图2中阴影线所示(仅在图的顶部示出)，绞合线6的端部向上倾斜入结合处，围绕点15形成凹角并在相邻绞合线6之间的分叉内留有厚度区域16。绞合线6连接TD条棒6′，绞合线6与MD成一角度地延伸(大约5.5°)，并且交替绞合线6跨过单轴地栅7的宽度，该单轴地栅相对于MD成相同和相对的角度，基本没有MD绞合线。在绞合线6相交条棒6′的位置6″之间，条棒6′没有定向，并且在位置6″处，条棒6′稍许定向在MD上，使得绞合线6的定向延伸跨过条棒6′至条棒6′的另一侧上的绞合线6。首次(MD)拉伸规定出将最后成为由最终的地栅内的定向绞合线所限定的六边形的“横跨平面”尺寸的距离，即从一个定向绞合线的中心点至由地栅内的定向绞合线形成的六边形相对侧上的定向绞合线的中心点之间的距离。
然后单轴地栅7从夹钳上释放，调整夹钳位置，将地栅7转过90度，由夹钳结合其它两个端部区域，然后对加热的单轴材料7施加一假想的“TD”延伸，以在六边形3的余下边上位于六边形3的边上平行于MD的相邻孔之间拉伸出绞合线形成区域8。区域8形成定向绞合线9参见示出双轴成品或地栅10的图4)，同时绞合线6转动入它们最后成角位置处并且进一步延伸。如图4所示，原始六边形3的中部形成结合处11，每一结合处连接六个定向绞合线6、9形成下述结构，即大体每一绞合线6、9(每一绞合线6、9除去在地栅的端部和边上的绞合线)具有一连接至结合处11的端部，并且三绞合线6、9组在每一角部形成具有结合处11的三角形网格。考虑TD方向上，交替的成角的绞合线6与TD形成相等的和相对的角度。在地栅10内，具有三组或系列穿过地栅10的大致平行的拉伸件，如分别在TD上以点划线12、13、14所表示的，相对于MD成-30°和+30°角。每一拉伸件12、13、14由充分排列的绞合线6或9和连接绞合线6或9的各个结合处11的序列构成。
如由图4中的阴影线所示(仅在图的顶部示出)，每一绞合线6或9形成一凹角15，在此处它进入结合处11，相邻绞合线6或9之间的分叉16拉伸出，这样从一绞合线6或9的端部开始，围绕分叉处16，至相邻绞合线6或9的端部形成连续的定向。在绞合线6、9的中间的拉伸比率可以为约9∶1，但是为了在绞合线6和9之间获得近可能接近最佳角60°的角度，通常对于TD绞合线9必须施加稍小于施加给成角的绞合线6的拉伸比率。绞合线6、9的中心厚度减小约75％，但是如使用较厚的起始薄片，则可施加更多的拉伸以提供同样百分比的厚度减少。
对于图4所示的双轴成品或地栅10的实线4″与图2所示的单轴地栅7的实线4′之间的比较显示：结合处11的中心已经在TD上少量拉伸出或定向，并且稍微变细。该结合处中心具有少量双轴的定向。通常，结合处11的中心最好有一些减少，厚度上最多可以有约20％的减少，但是拉伸不应侵蚀通过结合处11的所有路径。在MD上过度拉伸导致两个MD绞合线9作用为一个，并且从结合处11拉出一个单独的绞合线，使得结合处11被侵蚀，从而产生偏移的绞合线结构。在TD上的过度拉伸侵蚀结合处11，并且在双轴地栅中产生不规则的六边形。
经发现在TD拉伸期间成角的绞合线6的额外拉伸可导致当释放夹钳时双轴地栅10发生不希望的形变。在夹钳释放中，成角的绞合线6松弛(MD上的地栅10缩短一些)，并且成角的绞合线6的TD缩短大于TD绞合线9的缩短，使得TD绞合线9弯曲。通过在移走夹钳之前允许地栅10在MD上松弛可以避免上述问题。对于TD拉伸，硬刚性限制条棒17被固定至单轴材料7的每一MD端部部分，这样单轴材料7在TD上拉伸，但是在MD上被限制。
图6示出单轴材料7的一MD端部。基于用于MD拉伸的夹钳位置，孔2的最后两列应在没有被拉伸出的材料内。如图所示，从材料7的正端部向上至孔2的第二排切割出缝18。限制条17具有滑动轴环19，其能被锁定在支持突出销20的位置处。为了显示轴环19和销20的结构，图中示出了在固定前的最接近的限制条17。在另一端，限制条17具有相同的轴环19和销20，其以相同的方式结合材料7的端部。每一交替的限制条17可以在材料7之上，其它限制条17可在材料7之下，如图所示，如果具有足够大的空间，
所有的限制条17可在材料之上。当进行TD拉伸时，分开限制条17，但是保持大致平行，并且防止材料7的MD缩短，由于它将成为双轴地栅10。
在地栅10仍旧保持热的期间，紧接TD拉伸之后，立即切割双轴地栅10的MD端部以将它们从限制条17处释放，并且随着中心部分在MD上缩短，中心部分弯曲。然后当地栅仍旧热时，释放夹钳。在此不会出现TD绞合线9的弯曲。
如果在夹钳之间有较宽的距离，拉伸TD绞合线9的均匀性可以通过对每个绞合线形成区域8“成槽”来提高，如GB2128132A中所述，形成在MD上两个孔之间延伸的槽，该孔限定出绞合线形成区域8的边。
图7和实施例1
图7为图1的起始材料的部分的放大图，并且示出了孔2的节距(中心之间的距离)。起始薄片1通常为标称为4.7毫米厚的带有2％附加碳黑的聚丙烯，孔2的冲孔尺寸为直径5毫米。将会看到六边形3不具有等长的边，但是在MD上稍缩短，并且在每一六边形3内，在六边形3的(18.5)MD轴上的两相对孔2的中心之间的距离到相对孔2(21.7mm)的其它剩余对之间的距离的比率为0.85∶1(或1∶1.17)。主MD节距：次MD节距比率为2.625∶1，分开相邻孔的中心距离与孔的直径之间的比率分别为2.1∶1和2.06∶1。
将起始材料1首次(假想的MD)拉伸至3.86∶1的拉伸比率，并且允许松弛至3.79∶1的拉伸比率。这产生通常由图2中所示的单轴产品，且该产品的一部分在图3中特别示出，以毫米示出不同点处的不同厚度。然后对图2的单轴成品7进行第二次(假想的TD)拉伸(MD限制使用上面提到的限制条17)至3.4∶1的整体拉伸率，并且允许释放以形成一个3.34∶1的最终拉伸比率。这生成通常由图4中示出的双轴地栅，其中该格栅的一部分特别在图5中以不同点处的不同厚度示出，且以毫米示出了其它两个尺寸。在图5中最后结合处中心-结合处中心距离为大约63.5毫米，并且在MD和TD上的最后整体拉伸比率分别为3.79∶1和3.34∶1。在两次拉伸期间结合处11的中点变细大概10％。成角的绞合线6总拉伸的85％至90％是在MD拉伸期间施加的，其余的是在TD拉伸期间施加的。几何延伸和相对侧向位移几乎为零。
在每一次拉伸中，拉伸温度为120摄氏度，在试验室中的拉伸速度为接近300毫米/每分(在生产中可使用更高的速度)。
图8和实施例2
图8相应于图7，但是如图8中所示的尺寸不同。六边形3′具有等长的边。孔2′的冲孔尺寸也是直径5毫米。沿着连接中心的线测得的隔开相邻孔2的中心之间的距离与孔2的宽度之间的比率为2.30∶1。其它参数为：
起始薄片厚-4.7毫米。
主MD节距：次MD节距-2.6∶1。
首次拉伸后相邻条棒6′的中心线之间的MD距离-60毫米
首次拉伸后TD结合处中心/结合处中心距离(松弛后)-21.3毫米
第二次拉伸后TD结合处中心/结合处中心距离(松弛后)-69.3毫米
中间MD拉伸比率(松弛前)-3.82∶1
中间TD拉伸比率(松弛前)-3.31∶1(包括松弛余量)
最终MD拉伸比率(松弛后)-3.76∶1
最终TD拉伸比率(松弛后)-3.26∶1
最终双轴地栅重量-332gm2
最终双轴地栅内的孔尺寸-正好足够允许直径为37毫米的球通过
几何拉伸和相对侧向位移-几乎为零。
在MD和TD的拉伸操作中，进行少量的过拉伸以在成为真正的最终尺寸前，使在地栅中能够有一些松弛。
使用方形夹钳将尺寸近似为350毫米×350毫米，且中心具有交点的样品围绕其外围夹紧。由中心交点发散的四根(对比的传统双轴地栅)或六根(本发明)绞合线被尽可能地靠近结合处11进行夹紧。相对于周界夹钳将中心夹钳转动以确定平面内的抗扭强度。图12代表最终结果。扭转系数可以为0.65Nm/°。该结果要比在相同的条件下测试的对比的传统双轴地栅的结果差不多高65％。图14至图16为极坐标图，代表最大强度、最大负荷处的正切模数以及实施例2中的地栅在2％形变处的强度。在极坐标图中，0°轴为假想的MD。
在图14至16中，对比的传统双轴地栅的响应由四个在0°、90°、180°和270°处相应于假想的MD和TD的特征峰值所表征。图14示出了在MD和TD方向上，实施例2的双轴地栅的最大强度小于对比的传统双轴地栅的强度，但是在中间角度的实施例2的双轴地栅的最大强度比对比的传统双轴地栅的强度大得多。实施例2的双轴地栅在MD上最大强度大于在TD上的最大强度，其原因在于MD上的拉伸比率相比于TD上的拉伸比率较高，使得成角的绞合线要比TD上的绞合线更加坚硬(在所有的测试方向上，至少包括一个成角的绞合线，在MD上至少包括两个成角的绞合线)。在图15中，其示出了实施例2的双轴地栅在与绞合线对准方向上的正切模数的峰值。图16示出了实施例2中的双轴地栅在所有与绞合线对准的方向上的较低强度。在0°和180°方向上，强度与对比的传统的双轴地栅强度相同，仅在90°和270°方向上强度稍小。
除了图14至16中示出的多方向性特征外的实施例2的双轴地栅的特征，总的潜在特性可以通过考虑每一曲线内的区域来进行比较。对于图13，实施例2双轴地栅的曲线内的区域近似比对比的传统双轴格栅内的曲线区域大70％。图15和16的相应值为大约400％。
图17示出与传统双轴格栅相比较的实施例2的双轴地格栅的形变。样品尺寸为350毫米×350毫米，样品的外围如上所述被夹紧。但是，垂直于样品的平面的载荷施加到中心交点上并且对形变进行测量。实施例2中的双轴地栅要比传统双轴地栅更为坚固。
图9-11-第二实施方式
在试验室测试中，图9中示出的起始材料1为具有平行于表面的平面的挤压塑料材料的精确单平面的薄片。孔22冲孔在长方形格栅上，所述长方形格栅轴在假想的MD和TD方向上延伸。通过采用开槽(当塑料材料处于低于熔化范围下限的温度时，在不需要去除材料的情况下形成凹陷，在GB2128132A中有对开槽的描述)在每一MD列内的相邻孔的交替对之间形成削弱区23，由于在相邻MD排内的削弱区23是交错的，这样使得在一个MD排内的削弱区23紧接另一侧上的相邻MD排内的非削弱区24。使用如凿子尖端一样具有倾斜面和辐射端的工具进行开槽并从一个孔22延伸至相邻孔，开槽操作在起始材料21冷却时进行。
在MD上进行首次拉伸，并且在每一TD排内的相邻孔22之间拉伸出区域25，以从该区域25形成定向绞合线26，绞合线26与TD条27相互连接(参见示出单轴材料28的图11)。在TD条27内，在位置29之间，此处绞合线26结合条27并且条27没有被定向，在位置29处，条27在MD上被稍微定向，使得绞合线26的定向跨过条27延伸至位于条另一侧上的相交线26。
然后对单轴材料28施加TD拉伸，从而拉伸出削弱区23以形成定向绞合线30，而在削弱区23被拉伸时，使非削弱区24不拉伸至相同的程度。在这种方式中，非削弱区24形成结合处31，每一结合处31连接6个定向绞合线26、30并且形成通常如图4所示的结构，但是因为结合处31在TD上延伸，斜绞合线26在结合处31具有偏离。成角的绞合线26的轴大约与MD成14°。每一结合处31具有两个由一较窄区域(见图12的实施例)连接的较宽区域。在绞合线30的中心处，削弱区域23在厚度上减少大约78％，同时在结合处31的中心点处，非削弱区域在厚度上减少大约17％，前一减少为后一减少的大约4.6或4.65倍。实践中，由斜绞合线26、结合处31、斜绞合线26形成的拉伸件，由于在整个长度方向上施加拉伸力，最后为有效的直线，在结构中的“弯曲”被忽略。结合处31有一些转动，但是它们被结构的其它剩余部分所限制。
图12和实施例3
起始薄片的厚度、材料和冲孔尺寸与实施例1中的相同。假想的MD节距为10.5毫米，假想的TD节距为9.5毫米。形成槽23的冲孔具有一个带有辐射式尖端的116°的角，被施加至材料21的每一表面至薄片厚度16％的深度处，形成薄片厚度的全部开槽的32％。MD和TD拉伸比率分别为4.00∶1和2.21∶1。图12以毫米示出了产品上的不同点处的厚度。几何测量延伸为2.3％。相对的侧向位移为11.8％。
除非上下文明显需要，否则整个说明书和权利要求中，“包括”一词以及其类似的词具有包含性意义，而不具有排除性或穷举性意义，也就是说，实际上“包括，但不仅限于”。
本发明通过举例的方式进行了描述，但是也可以在本发明的精神范围内作出各种变更。

Claims (27)

1.一种地栅，其通过将设置有孔的阵列的塑料起始材料拉伸和单轴定向而制得，所述地栅具有一长度和一宽度，包括由大体平直定向的绞合线相互连接的延伸跨过所述地栅的宽度的横向条棒，至少一些绞合线在相对于所述条棒成直角的方向以3°到7.5°的角度从一条棒至下一条棒延伸，交替这些成角的绞合线跨过所述地栅的所述宽度并且这些成角的绞合线与相对于所述条棒成直角的所述方向形成具有相等和相对角度的角度，所述成角度的绞合线的定向延伸到所述条棒中。
2.根据权利要求1所述的地栅，其特征在于：
所述条棒仅仅通过不沿相对于条棒成直角的方向延伸的定向绞合线相互连接。
3.根据权利要求2所述的地栅，其特征在于：
每一对相邻成角的绞合线与紧邻的各个条棒相交。
4.如前述权利要求中任何一项所述的地栅，其特征在于：
绞合线的定向延伸越过条棒至条棒另一侧上的各个绞合线。
5.根据权利要求4所述的地栅，其特征在于：
在绞合线与条棒相交的位置之间，条棒没有被定向，并且在绞合线与条棒相交的位置处，条棒沿与条棒成直角的方向上被少量定向，使得绞合线的定向跨过该条棒延伸至条棒的另一侧上的各个绞合线。
6.根据权利要求4所述的地栅，其特征在于：
在绞合线相交条棒的位置之间，条棒具有近似垂直跨过地栅的结构。
7.一种地栅，其通过设置有孔的阵列的塑料起始材料拉伸和双轴定向而制得，所述地栅包括：
第一组大致成直线定向的绞合线(13)，其相对于第一方向MD以锐角延伸；
第二组大致成直线定向的绞合线(14)，其相对于第一方向MD以锐角延伸，从与第一方向MD成直角的第二方向TD上考虑，交替成角的所述两组绞合线(13，14)以基本相等和相对的角度与第一方向MD形成角度；
另外的大体为直线定向的绞合线(9)，其沿所述第二方向TD延伸；以及
结合处(11)，每一结合处(11)连接四个成角度的定向绞合线和两个另外定向绞合线(9)，大体在每一结合处(11)，每对相邻绞合线之间的分叉定向为在环绕该分叉的方向上，由此从一个绞合线的端部、环绕分叉至相邻绞合线的端部存在有连续的定向。
8.根据权利要求7所述的地栅，其特征在于：
没有大致沿第一方向MD延伸的定向绞合线。
9.根据权利要求7所述的地栅，其特征在于：
只有两个所述的组，从而通过成角的绞合线以及另外的绞合线形成三角形网格开口。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的地栅，其特征在于：
结合处包括两个较厚的区域，每一较厚区域连接两个成角的绞合线和另一绞合线，并且一个较薄区域连接两个较厚区域。
11.根据权利要求7所述的地栅，其特征在于：
每一成角的绞合线的轴线和第一方向之间的角度在大约10°至大约20°之间。
12.根据权利要求7所述的地栅，其特征在于：
每一成角的绞合线的轴线和第一方向之间的角度为大约30°。
13.根据权利要求11或12所述的地栅，其特征在于：
第一方向为机械方向。
14.根据权利要求7至9，11和12中任一项所述的地栅，其特征在于：
成角度的绞合线和另外的绞合线提供三组隔开、平行、有效地直线连续拉伸件，它们通过地栅延伸，并且每组拉伸件包括沿拉伸件的长度交替重复的定向绞合线和结合处，每一结合处连接拉伸件的各个绞合线，并且拉伸件的绞合线彼此大体对准，每个结合处用作每组拉伸件的结合处，每组拉伸件在每个结合处相交。
15.一种制造单轴定向塑料材料地栅的方法，包括步骤：
提供一塑料薄片起始材料，其具有在形状和大小基本相同的呈六边形阵列的孔，这样基本上每一孔位于每三个六边形的角部，在六边形内没有尺寸大于或等于第一次所述孔的尺寸的孔；以及
进行一次拉伸以在六边形的边上的相邻孔之间拉出绞合线形成区域，并且由该区域形成定向绞合线，由此形成具有与拉伸方向成直角并由定向绞合线连接的条棒的结构，所述拉伸应用到这种程度：即绞合线的定向延伸入条棒中。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述拉伸应用到这种程度：即绞合线的定向延伸越过条棒至条棒另一侧上的各个绞合线。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：
在绞合线与线相交的位置之间，条棒没有被定向，并且在绞合线与条棒相交的位置处，条棒沿与条棒成直角的方向上被少量定向，使得绞合线的定向跨过该条棒延伸至条棒的另一侧上的各个绞合线。
18.一种制造双轴定向塑料材料地栅的方法，包括步骤：
提供一塑料薄片起始材料，其具有在形状和大小基本相同的呈六边形阵列的孔，这样基本上每一孔位于每三个六边形的角部，在六边形内没有尺寸大于或等于第一次所述孔的尺寸的孔；
在第一方向上进行拉伸，以在六边形边上的相邻孔之间拉伸出绞合线形成区域，并且由该区域形成定向绞合线；以及
在基本上与第一方向成直角的第二方向上进行拉伸，以在六边形边上的相邻孔之间拉伸出绞合线形成区域，并且由此后述的区域形成定向绞合线，由此六边形的中心部分形成连接定向绞合线的结合处，所述拉伸应用到这种程度：即绞合线的定向延伸入大体每个结合处，使得大体在每一结合处，每对相邻绞合线之间的分叉定向为在环绕该分叉的方向上，由此从一个绞合线的端部、环绕分叉至相邻绞合线的端部存在有连续的定向。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：
在与六边形的两边大体平行的方向上进行第一方向上的拉伸，以在六边形的其余四边上的相邻孔之间拉伸出区域，并且第二方向上的拉伸在平行于第一方向的边上的相邻孔之间拉伸出区域。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：
沿所述第二方向的所述拉伸不在沿所述第一方向的拉伸之前，在沿所述第二方向的所述拉伸期间，限制沿所述第一方向施加在材料上，在第二拉伸之后，在材料被允许沿第二方向松弛之前，中断所述限制。
21.根据权利要求18至20中任何一项所述的方法，其特征在于：
每一六边形大体对称于沿所述第一方向延伸的轴线。
22.根据权利要求18至20中任何一项所述的方法，其特征在于：
每一六边形被按下述排列，即描绘六边形的两相对孔大体排列在所述第一方向上，在大体平行于六边形的两边的方向上进行所述第一方向上的拉伸，以拉伸出在六边形其余四边上的相邻孔之间的区域。
23.根据权利要求18至20中任何一项所述的方法，其特征在于：
通过在各个孔的中心之间测得六边形的边大体相等。
24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：
沿所述第二方向拉伸形成的定向绞合线被拉伸且拉伸比率小于沿所述第一方向拉伸形成的定向绞合线的拉伸比率，使得后一定向绞合线以大体60°延伸至前一定向绞合线。
25.根据权利要求18至20中任何一项所述的方法，其特征在于：
六边形的顶点沿第一方向对准，并且每一六边形的顶点节距小于斜节距。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：
六边形的主节距与六边形的次节距的比率为大约2.1∶1至大约3.2∶1之间。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：
六边形的主节距与六边形的次节距的比率为大约2.6∶1。
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