用于交通工具攔阻系統(tǒng)的低密度顆粒的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于由低密度顆粒和合適結(jié)合劑制成的交通工具攔阻系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為提供置于跑道端部處或公路邊緣處、在行進(jìn)離開跑道的端部或道路的邊緣的交通工具輪的壓力下將可預(yù)測且可靠壓碎(或以其他方式變形)的障礙物或床。
【專利說明】
用于交通工具攔阻系統(tǒng)的低密度顆粒
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2014年3月5日提交的標(biāo)題為"Low-densi ty，bonded，inorganic/ organic particles for vehicle arresting and other energy absorption systems" 的美國臨時(shí)申請序列號(hào)61/948,141的權(quán)益，此處以引用的方式將其全部內(nèi)容并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開的實(shí)施例總體涉及由低密度顆粒和合適結(jié)合劑制成的交通工具攔阻系統(tǒng)。 系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為提供置于跑道端部處或公路的邊緣處、在行進(jìn)離開跑道端部或道路邊緣的交 通工具輪的壓力下將可預(yù)測且可靠壓碎(或以其他方式變形)的障礙物或床。
【背景技術(shù)】
[0004] 飛機(jī)可能且確實(shí)超過跑道的端部，這提高對(duì)乘客的傷害以及對(duì)飛機(jī)的毀壞或嚴(yán)重 損害的可能性。這種超限在失敗的起飛期間或在著陸時(shí)發(fā)生，其中飛機(jī)以多達(dá)80海里/小時(shí) 的速度行進(jìn)。為了使超限的危害最小化，聯(lián)邦航空管理局(FAA)通常需要超過跑道端部的、 長度為一千英尺的安全區(qū)域。雖然該安全區(qū)域現(xiàn)在是FAA標(biāo)準(zhǔn)，但遍布全國的許多跑道在采 用該標(biāo)準(zhǔn)之前建造。這些跑道可能被定位為使得水、道路或其他障礙防止經(jīng)濟(jì)上符合一千 英尺超限要求。
[0005] 為了減輕超限情況的嚴(yán)重后果，若干材料(包括超出跑道的現(xiàn)有土表面)已針對(duì)它 們使飛機(jī)減速的能力進(jìn)行了評(píng)估。然而，土表面不是用于攔阻移動(dòng)交通工具（即，飛機(jī))的最 佳解決方案，主要是因?yàn)樗鼈兊男再|(zhì)不可預(yù)測。
[0006]已探索的另一個(gè)系統(tǒng)是提供一種交通工具攔阻系統(tǒng)或其他可壓縮系統(tǒng)，該交通工 具攔阻系統(tǒng)或其他可壓縮系統(tǒng)包括置于跑道的端部處、在行進(jìn)離開跑道端部的飛機(jī)輪的壓 力下將可預(yù)測且可靠壓碎(或以其他方式變形）的材料或障礙物。由可壓縮低強(qiáng)度材料提供 的阻力使飛機(jī)減速并使飛機(jī)停止在超限區(qū)域的范圍內(nèi)。交通工具攔阻系統(tǒng)的具體示例稱為 工程材料攔阻系統(tǒng)（EMAS)，并且現(xiàn)在是日期2005年9月30日的FAA咨詢通告150/5220-22B "Engineered Materials Arresting Systems(EMAS)for Aircraft Overturns" 中所述的 美國機(jī)場設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的一部分。EMAS和跑道安全區(qū)域規(guī)劃由FAA制度5200.8和5200.9來指導(dǎo)。
[0007] 可壓縮(或可變形）交通工具攔阻系統(tǒng)還可以例如為了使除了飛機(jī)之外的交通工 具或?qū)ο鬁p速的目的而置于道路或人行道(或別處）上或中。它們可以用于安全地停止汽 車、火車、卡車、摩托車、拖拉機(jī)、輕便摩托車、自行車、船或可以加速且傾斜失去控制由此需 要被安全停止的任何其他交通工具。
[0008] 已考慮用于攔阻交通工具(具體地關(guān)于攔阻飛機(jī)）的一些具體材料包括酚醛泡沫、 蜂窩水泥、泡沫玻璃以及化學(xué)結(jié)合磷酸鹽陶瓷(CBPC)。這些材料可以被形成為跑道端部處 的攔阻器區(qū)域中的淺床。當(dāng)交通工具進(jìn)入攔阻器區(qū)域時(shí)，交通工具的輪將陷入材料中，該材 料被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生拖曳負(fù)載的增加。
[0009] 然而，可以改進(jìn)到目前為止已探索的材料中的一些材料。由此，期望開發(fā)用于交通 工具攔阻床的改進(jìn)材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本公開的實(shí)施例總體涉及由低密度顆粒和合適結(jié)合劑制成的交通工具攔阻系統(tǒng)。 系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為提供置于跑道端部處或公路邊緣處、在行進(jìn)離開跑道端部或道路邊緣的交通 工具輪的壓力下將可預(yù)測且可靠壓碎(或以其他方式變形)的障礙物或床。
【附圖說明】
[0011] 圖1示出了由膨脹珍珠巖和粘性結(jié)合劑形成的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的立體圖。
[0012] 圖2示出了由膨脹珍珠巖和作為結(jié)合劑的聚氨酯粘合劑形成的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例 的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 交通工具攔阻系統(tǒng)的一個(gè)目的是缺少可預(yù)測指定方式，從而隨著交通工具使交通 工具攔阻系統(tǒng)變形而提供受控可預(yù)測的阻力。由此，期望的交通工具攔阻系統(tǒng)通常為可壓 縮、可變形、可粉碎的、或以其它方式能夠在適當(dāng)沖擊時(shí)被壓縮或變形或壓碎的低強(qiáng)度材 料。材料強(qiáng)度應(yīng)保持恒定或至少不隨著時(shí)間顯著增大。另外，材料強(qiáng)度不應(yīng)高至引起過度的 交通工具損壞或危及交通工具乘員的生命。材料應(yīng)吸收移動(dòng)交通工具的動(dòng)能，致使系統(tǒng)有 效停止交通工具，但優(yōu)選地壓碎并吸收能量，以防止交通工具乘員的嚴(yán)重傷害或死亡。換言 之，材料應(yīng)足夠強(qiáng)，以至于材料通過系統(tǒng)在沖擊時(shí)壓碎或變形的能力來吸收交通工具的能 量并幫助安全地停止交通工具，并且不強(qiáng)至材料使得交通工具抵靠障礙物垮掉。系統(tǒng)旨在 使得交通工具更緩慢地減速并提供比傳統(tǒng)障礙物更多的緩沖，由此在一些情況下可以稱為 "非致命的"交通工具攔阻系統(tǒng)。太強(qiáng)的材料將致使障礙物的意圖無效。
[0014] 由此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了具有期望的低密度和低強(qiáng)度的能量吸收系統(tǒng)。在一 個(gè)方面中，提供了不包括水泥作為其組分之一的能量吸收系統(tǒng)。在一個(gè)方面中，提供了能量 吸收系統(tǒng)，該能量吸收系統(tǒng)包括形成能量吸收系統(tǒng)的主體的低密度顆粒。還可以存在添加 到低密度顆粒的結(jié)合劑材料。結(jié)合劑可以為起使低密度顆粒相對(duì)于彼此保持在適當(dāng)位置的 作用的任何材料。下面概述用于低密度顆粒和結(jié)合劑的各種材料和參數(shù)的其他細(xì)節(jié)。
[0015] 在一個(gè)方面中，提供了包括與結(jié)合劑組合的低密度顆粒的能量吸收系統(tǒng)。能量吸 收系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)為交通工具攔阻系統(tǒng)(諸如交通工具攔阻床)的形式，該交通工具攔阻系 統(tǒng)被設(shè)計(jì)為吸收來自超限交通工具的能量。形成系統(tǒng)的材料可以以向系統(tǒng)提供穩(wěn)定性和耐 用性的這種方式來結(jié)合。
[0016] 以下示例僅為了說明性的目的而提供，并且不旨在以任何方式進(jìn)行限制。在具體 示例中，低密度顆?？梢詾橛袡C(jī)和/或無機(jī)的。低密度顆?？梢园ǖ幌抻谡渲閹r、蛭石、 膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、粘土、膨脹粘土、陶瓷、爐渣、浮石、硅藻土、工業(yè)礦物、壓碎的火山 石、壓碎的殼、膨脹性聚苯乙稀、地塑料(ground plastic)、其組合。低密度顆粒可以為微觀 和/或宏觀顆粒。它們可以為粉末形式，或者它們可以為粒狀的。低密度顆粒的尺寸可以在 從大約0.1_至大約100mm的范圍內(nèi)。低密度顆?？梢跃哂凶兓膸缀谓Y(jié)構(gòu)。例如，它們通常 可以為圓的、鋸齒狀的、不規(guī)則的、樹狀的或任何其他形狀。低密度顆?？梢砸运鼈兊淖匀?形式來使用，或者它們可以在被包含或以其他方式與合適的粘合劑或結(jié)合劑混合之前被處 理。低密度顆粒可以為粒狀和/或粉末狀的材料混合物。
[0017] 在具體實(shí)施例中，低密度顆粒可以包括膨脹珍珠巖。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，可以 以各種數(shù)量或與其他元素的各種組合來使用珍珠巖的低密度顆粒。珍珠巖為具有相對(duì)高的 水含量的自然產(chǎn)生的非晶火山玻璃。珍珠巖具有在充分受熱時(shí)大大膨脹的性質(zhì)。珍珠巖在 處理后還具有輕量。在珍珠巖的未膨脹（"原始"）狀態(tài)下，珍珠巖具有大約ll〇〇kg/m 3(l.lg/ cm3)的體積密度。膨脹珍珠巖具有大約30-150kg/m3 (0.03-0.150g/cm3)的體積密度。膨脹珍 珠巖的這一較低的體積密度可以允許膨脹珍珠巖為本文中所述的低密度顆粒的良好候選。
[0018] 在另一個(gè)具體實(shí)施例中，低密度顆粒可以包括膨脹蛭石。在另一個(gè)具體實(shí)施例中， 可以以各種數(shù)量或與其他元素的各種組合來使用蛭石的低密度顆粒。蛭石為受熱時(shí)也大大 膨脹的水合硅酸鹽礦物。
[0019] 結(jié)合劑可以添加到低密度顆粒。結(jié)合劑可以為任何數(shù)目或組合的材料，諸如粘合 劑或有機(jī)或無機(jī)材料，其中通過混合、涂布或以其他方式使顆粒與結(jié)合劑關(guān)聯(lián)來形成穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)。以下結(jié)合劑示例僅為了說明性的目的而提供，并且不旨在以任何方式進(jìn)行限制。
[0020] 在具體示例中，結(jié)合劑可以為液體粘合劑、聚合物粘合劑、熱膠、商用粘合劑(諸如 Gorilla膠? (如直接提供的或改性的））、丙烯酸涂料、泡沫(諸如聚氨酯泡沫）、聚苯乙烯、 以及無機(jī)結(jié)合劑(諸如粘土或磷酸鹽結(jié)合陶瓷）、或其結(jié)合低密度顆粒的組合。結(jié)合劑或結(jié) 合劑的組合可以為空氣固化粘合劑。結(jié)合劑或結(jié)合劑的組合可以為光固化粘合劑。結(jié)合劑 或結(jié)合劑的組合可以為液體粘合劑。所選結(jié)合劑或結(jié)合劑的組合通常應(yīng)足夠弱，使得它們 在交通工具沖擊時(shí)將可靠地壓碎，但具有足夠強(qiáng)度以將顆粒保持在一起直到?jīng)_擊發(fā)生。所 選結(jié)合劑或結(jié)合劑的組合可以基于它們的粘度、它們涂布或以其他方式粘附到顆粒的能 力、它們的耐用性、UV穩(wěn)定性、耐火性或阻燃性、或任何其他參數(shù)來選擇。如果所選結(jié)合劑或 結(jié)合劑的組合缺乏期望參數(shù)中的一個(gè)或更多個(gè)，則為了給予期望的參數(shù)，可能向系統(tǒng)提供 最終的涂層。
[0021] 雖然結(jié)合劑或結(jié)合劑的組合通常不針對(duì)任何能量吸收性質(zhì)來選擇，但可能的是， 所選結(jié)合劑也可以給予系統(tǒng)能量吸收性質(zhì)。例如，如果所選結(jié)合劑為聚氨酯泡沫，則相信泡 沫性質(zhì)可以添加能量吸收性質(zhì)。例如，設(shè)計(jì)或選擇具有與低密度顆粒相似的壓碎性質(zhì)的結(jié) 合劑可以是可能的。如果所選結(jié)合劑不提供任何能量吸收性質(zhì)，則相信可以由所選低密度 顆粒及其以本文中所述的方式與一種或更多種結(jié)合劑的組合來提供足夠的能量吸收。在該 示例中，結(jié)合劑僅需要提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0022] 系統(tǒng)還可以在顆粒/結(jié)合劑陣列之間含有空隙。這些空隙可以由結(jié)合劑與低密度 顆粒之間的反應(yīng)來產(chǎn)生。例如，如果所用顆粒為珍珠巖，則它們可以在施加熱量時(shí)膨脹。在 材料中提供空隙的另一個(gè)方式是包含泡沫、包含表面活性劑、或包含將反應(yīng)產(chǎn)生氫或C0 2或 在材料中產(chǎn)生氣泡的化學(xué)品。一般意圖將是在材料中提供氣孔或氣囊，以降低它的強(qiáng)度和 密度。這可以有益于補(bǔ)償該結(jié)合劑可能帶給系統(tǒng)的任何不利性質(zhì)或強(qiáng)度。
[0023] 如果需要或期望，則顆粒或最終產(chǎn)品還可以涂布、卷繞、噴涂或浸漬(或其他施加 方法)有防潮層。這種層可以包括但不限于堿金屬硅酸鹽、硅樹脂衍生物溶液、噴涂的彈性 化合物、或旨在提高耐用性的任何其他合適的產(chǎn)品。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，為了致使顆粒防水，所選結(jié)合劑可以涂布顆粒。在其他實(shí)施例 中，可以添加給予防水或防潮性的單獨(dú)溶液。在一個(gè)實(shí)施例中，可以添加硅樹脂溶液。也可 以添加填料或其他材料。這些填料或其他材料包括但不限于沙、灰、爐渣、聚合物纖維、玻璃 纖維、秸桿、其組合、或任何其他合適的填料或材料。定形劑或固化劑還可以在混合期間添 加到顆粒和/或添加到形成的最終產(chǎn)品。
[0025] 在材料的制造期間，為了達(dá)到期望的材料強(qiáng)度、密度或其他參數(shù)，可以改變結(jié)合劑 與填料之間的比率。通常設(shè)想的是，將存在比結(jié)合劑更大量的低密度顆粒。一般意圖是將正 好足夠的結(jié)合劑用于將顆粒保持在一起，而不是使用如此多的結(jié)合劑以至于產(chǎn)生的系統(tǒng)具 有防止其根據(jù)期望壓碎的強(qiáng)度。在一個(gè)具體示例中，結(jié)合劑與顆粒的比率可以為大約1:1至 大約1:20。在下面的具體示例中，結(jié)合劑與顆粒的比率可以從大約1: 5至大約1:10。在另一 個(gè)具體示例中，產(chǎn)生的系統(tǒng)的壓縮強(qiáng)度可以為大約5-100鎊每平方英寸。
[0026] 示例 1:
[0027] 在形成期間，材料可以被添加以形成漿，然后混合或以其他方式調(diào)和。最終的體強(qiáng) 度和材料性質(zhì)可以通過改變低密度顆粒、結(jié)合劑或填料的比例、添加到漿中的泡沫、表面活 性劑或孔產(chǎn)生組分的量、填料組分和類型(反應(yīng)性的或非反應(yīng)性的）以及量、混合過程、混合 時(shí)間、調(diào)和過程、和/或調(diào)和時(shí)間來調(diào)節(jié)。固體/液體比率可以隨著所添加的結(jié)合劑(定形/固 化阻滯劑)和填料類型、結(jié)合劑/填料比例、以及根據(jù)材料的旨在終端應(yīng)用的最終期望性質(zhì) 而變化。
[0028] 示例2:
[0029] 組合膨脹珍珠巖和液體聚氨酯粘合劑的組合物。粘合劑被混合，然后與膨脹珍珠 巖翻騰。允許產(chǎn)生的材料進(jìn)行空氣干燥或以其他方式固化。這允許材料凝固成硬化形式。產(chǎn) 生的材料具有粒狀外觀，其中顆粒的粒子用結(jié)合劑保持在一起。產(chǎn)生的材料涂布有增加防 水性和耐候性的阻擋層。所用的涂層為具有防火添加劑的乳膠粘合劑，但應(yīng)理解，使用其他 涂層是可能的，且被認(rèn)為在本公開的范圍內(nèi)。
[0030] 示例3:
[0031] 組合膨脹蛭石和膨脹聚氨酯泡沫的組合物。粘合劑被混合，然后與膨脹蛭石翻騰。 允許產(chǎn)生的材料固化。這允許材料凝固成硬化形式。產(chǎn)生的材料具有粒狀外觀，其中顆粒的 粒子用結(jié)合劑保持在一起。產(chǎn)生的材料涂布有增加防水性和耐候性的阻擋層。所用的涂層 為泡沫乳膠涂層，但應(yīng)理解，使用其他涂層是可能的，且被認(rèn)為在本公開的范圍內(nèi)。
[0032] 示例4:
[0033] 膨脹聚苯乙烯球或片與結(jié)合劑(諸如粘性結(jié)合劑)混合。
[0034] 示例5:
[0035] 回收的聚苯乙烯珠和膨脹珍珠巖與結(jié)合劑(諸如磷酸鹽結(jié)合陶瓷)混合。
[0036] 來自上述示例中的任何示例或根據(jù)本文中的公開內(nèi)容以其他方式制造的產(chǎn)生的 材料可以形成到交通工具攔阻系統(tǒng)中。它們可以形成為一系列塊、面板、瓦（tile)、堆疊或 結(jié)合的磚、結(jié)合在一起形成結(jié)構(gòu)的材料的小顆粒、圓柱形或球形單元、或任何其他形狀。系 統(tǒng)的強(qiáng)度和所用制劑可以根據(jù)要安全停止的交通工具或裝置來改變。如果要停止飛機(jī)，則 障礙物可以被開發(fā)為具有比在要停止自行車或行人時(shí)更高的強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，障礙 物可以具有低于大約l〇〇psi、在一些情況下低于大約50psi，并且在其它一些情況下在大約 5psi附近的壓縮強(qiáng)度。
[0037]可以在不脫離本公開或所附權(quán)利要求的范圍或精神的情況下，對(duì)上面記載和附圖 中所示的結(jié)構(gòu)和方法進(jìn)行變化和修改、添加和刪除。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種交通工具攔阻系統(tǒng)，包括： 多個(gè)低密度顆粒，所述多個(gè)低密度顆粒在從大約0.1mm至大約100mm的范圍內(nèi)；和 結(jié)合劑，其中所述結(jié)合劑與顆粒的比率包括大約1:1至大約1:20,其中產(chǎn)生的所述低密 度顆粒和所述結(jié)合劑的混合物具有小于大約l〇〇psi的壓縮強(qiáng)度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述低密度顆粒包括珍珠巖、蛭石、膨脹珍珠巖、膨 脹蛭石、粘土、膨脹粘土、陶瓷、爐渣、浮石、硅藻土、工業(yè)礦物、壓碎的火山石、膨脹性聚苯乙 烯、地塑料、或其組合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述低密度顆粒包括膨脹珍珠巖。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述低密度顆粒包括膨脹蛭石。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述結(jié)合劑包括液體粘合劑、聚合物 粘合劑、熱膠、商用粘合劑、丙烯酸涂料、泡沫、聚苯乙烯、或其組合。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述結(jié)合劑包括聚氨酯泡沫。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括多個(gè)空隙。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述低密度顆粒和所述結(jié)合劑組合成 塊、面板、瓦、堆疊或結(jié)合的磚、或其組合。9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述低密度顆粒與所述結(jié)合劑結(jié)合在 一起。10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括提供穩(wěn)定性和耐用性 的涂層。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述涂層包括有機(jī)涂層或無機(jī)涂層。12. -種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)的方法，包括： 形成結(jié)合劑混合物； 將低密度顆粒添加到所述結(jié)合劑混合物； 混合或調(diào)和所述結(jié)合劑與所述低密度顆粒，以提供混合的材料； 用所述混合的材料形成結(jié)構(gòu)； 允許所述結(jié)構(gòu)固化或硬化。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括添加表面活性劑。14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，還包括添加填料。15. 根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，還包括:為了獲得期望的最終體強(qiáng)度， 將結(jié)合劑與低密度顆粒之間的比率調(diào)節(jié)在大約1:1至大約1:20之間。16. 根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的方法，還包括:為了獲得期望的最終體強(qiáng)度， 調(diào)節(jié)混合過程或調(diào)和過程、或混合時(shí)間、或兩者。17. 根據(jù)權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所形成的所述結(jié)構(gòu)包括交通工具 攔阻系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】C04B26/16GK106068250SQ201580011321
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年3月5日 公開號(hào)201580011321.4, CN 106068250 A, CN 106068250A, CN 201580011321, CN-A-106068250, CN106068250 A, CN106068250A, CN201580011321, CN201580011321.4, PCT/2015/18881, PCT/US/15/018881, PCT/US/15/18881, PCT/US/2015/018881, PCT/US/2015/18881, PCT/US15/018881, PCT/US15/18881, PCT/US15018881, PCT/US1518881, PCT/US2015/018881, PCT/US2015/18881, PCT/US2015018881, PCT/US201518881
【發(fā)明人】S·多赫蒂, S·C·瓦倫蒂尼
【申請人】工程阻攔系統(tǒng)公司