专利名称：一种用于确定复合建筑面板的结构参数的方法
技术领域：
本发明涉及复合的建筑面板。更确切地说，它涉及一种用于确定石膏墙板的结构参数的方法。
背景技术：
复合的建筑面板，例如石膏墙板，对于内墙以及天花板构造是为人熟知的。墙板优于其他材料的一些主要优点是墙板是较不昂贵的、阻燃的并且易于在建造应用中与其进行协作。在建造中，墙板典型地使用紧固件(例如钉子或螺钉)固定到带框架的墙壁以及天花板的木质或金属支架上。因为墙板较重，它必须有足够的强度以防止这些紧固件拔穿该墙板并且导致墙板松动或从这些支架上脱落。拔钉是在这样一个紧固件的头部上将墙板拔离相关联的支架所要求的力的量值的一种工业测量。优选的墙板拔钉值是在约65-85磅的力之间的范围内。拔钉是对墙板的内芯强度、饰面纸强度以及饰面纸与该内芯之间的粘合的组合的一种测量。拔钉试验根据美国材料试验学会(ASTM)标准C473-00进行并且利用了一种机器，该机器拔动插入到该墙板内的一个紧固件的头部以确定将该紧固件头部拔穿该墙板所要求的最大力。因为拔钉值是墙板强度的一种重要的度量，因此已经确立了墙板所要求的拔钉值的最小值。因此，制造商生产了满足或超过所要求的最小拔钉值的墙板。为了确保墙板满足所要求的拔钉值，常规的墙板制造商调节了墙板的结构参数。 确切地说，制造商典型地调节了具有已知内芯强度的墙板的饰面纸重量以满足所要求的拔钉值。在制造过程中，对墙板进行测试以确定它是否满足所要求的拔钉值。如果所测试的该墙板的拔钉值小于所要求的拔钉值，则制造商会增加该墙板上的饰面纸的重量。重复这个过程直至满足所要求的拔钉值为止。这样一种方法是不准确的，并且通常由于增加到该墙板上的过量的饰面纸重量而使所测试的拔钉值超过所要求的拔钉值。而且，过量的饰面纸增加了该墙板的重量，并且由此增加了墙板的制造以及运输成本。此外，在墙板的生产线上实现所希望的拔钉值之前，有可能浪费时间以及材料。因此，需要一种调节墙板制造系统的改进技术，来生产满足指定的拔钉值的墙板。
发明内容
已由本领域的普通技术人员确定的这些以及其他问题通过本发明的用于确定复合建筑面板(例如墙板)的结构特性的方法来解决。本发明的方法被设计来用于在制造之前确定石膏墙板的结构参数以减少制造成本以及运输成本并且显著地减少制造时间。更确切地说，本发明的方法确定了墙板的饰面纸参数并且包括提供该墙板的一个内芯强度值，确定一个所要求的拔钉值，并且基于所提供的内芯强度值以及所确定的拔钉值计算一个饰面纸的刚度值。计算的饰面纸刚度值被显示到一个显示装置上以供制造商使用。在另一个实施方案中，一种制造墙板的方法包括确定一个所要求的拔钉值，提供该墙板的一个内芯强度值，并且基于所要求的拔钉值以及所提供的内芯强度值来确定一个饰面纸的刚度值。该方法包括基于所确定的饰面纸刚度值来确定一个饰面纸重量，基于所确定的饰面纸重量来选择一种饰面纸类型，并且使用所选择的饰面纸类型以及所提供的内芯强度来生产该墙板。在制造之前确定这些结构参数使制造商能通过去除典型地为满足所要求的拔钉值而增加到墙板上的过量的饰面纸重量，来节省大量的制造以及运输成本。此外，因为只需要较少的时间来测试所制造的墙板以确定满足所要求的拔钉值所需要的饰面纸重量，节省了大量的制造时间。此外，即使减少了由过量的饰面纸所增加的额外重量以及应力，也能保持墙板的结构完整性以及强度。
图1是一个表格，展示了对于同一类型的墙板使用不同饰面纸所测量的拔钉数据与所预测的拔钉数据之间的比较。图2是一个图，展示了在不同的内芯强度值下，拔钉作为饰面纸刚度的函数。图3是一个图，展示了在不同的饰面纸刚度值下，拔钉作为内芯强度的函数。图4是一个图，展示了在不同的所要求的拔钉值下，饰面纸刚度与内芯强度之间的关系。图5是一个图，展示了在不同的内芯强度下，实现77磅力的所要求的拔钉值所需要的饰面纸重量与拉伸强度指数面积(Tensile Strength Index Area, TSIA)值之间的关系。图6是一个表格，标识了在基于图5的不同内芯强度下实现77磅力的所要求的拔钉值所需要的某些饰面纸重量值以及拉伸强度指数面积(TSIA)值。
具体实施例方式拔钉值对于石膏墙板的强度以及有用性是至关重要的。如果某一具体墙板的拔钉值太低，则将该墙板固定到框架或其他支持物上的紧固件可能拔穿该墙板并且引起墙板破裂、损坏或从该框架或支持物脱落。替代性地，如果拔钉值太高(即，大幅地超过所要求的拔钉值)，则在制造过程中墙板生产资源的应用效率低且浪费资金。在石膏墙板的制造中的一个问题是，如何精确地确定与墙板的所要求的拔钉值相关的饰面纸重量以及一种更有效地利用制造以及运输成本连同制造时间的方式。如以上指出的，墙板制造商在墙板上进行了测试以确定它是否满足所要求的拔钉值。如果不满足所要求的拔钉值，则制造商典型地增加该墙板的饰面纸重量。重复这些步骤，直至满足墙板的所要求的拔钉值为止。这个过程不是精确的并且经常导致该墙板的饰面纸过量，这增加了墙板的总重量并且由此增加了制造以及运输成本连同制造时间。本发明的方法在制造墙板之前确定了满足所要求的拔钉值的一个饰面纸重量，或者作为替代方案确定一个饰面纸刚度值。该方法利用了以下等式，该等式将一个所要求的拔钉值与墙板的饰面纸刚度值以及内芯强度值相关联。该等式如下
拔钉(磅力)=a+[bX (饰面纸刚度(千牛顿/米))]+[CX (内芯强度(磅/平方英寸))] (1)其中a = 4. 2126759,b = 0. 009490606731、c = 0. 092421774，都是由与图 1 中示
出的数据最好地符合的测试数据而确定的常数。在制造前，确定该有待制造的墙板(S卩，四分之一英寸、半英寸、等等)的墙板内芯强度值以及所要求的拔钉值。将这些值代入以上的等式(1)中以确定该墙板的饰面纸刚度值。例如，对于具有400磅/平方英寸(psi)的内芯强度值以及77磅力(Ibf)的所要求的拔钉值的墙板，饰面纸刚度值如下77 磅力=(4. 2126759)+ [(0. 009490606731) X(饰面纸刚度(千牛顿/米))]+ [(0·09Μ21774) X GOO磅/平方英寸)]其中该饰面纸刚度值=3774千牛顿/米(kN/m)。饰面纸刚度值是该饰面纸重量与该拉伸刚度指数面积(Tensile Stiffness Index Area, TSIA)值的乘积，如以下等式中所示饰面纸刚度(千牛顿/米))]=饰面纸重量(克/平方米)X TSIA (千牛顿米 / 克) (2) 使用以上实例，对于具有400磅/平方英寸的内芯强度、77磅力的所要求的拔钉值以及沈千牛顿-米/克(kNm/g)的墙板的饰面纸重量如下饰面纸重量(克/平方米)=饰面纸刚度(千牛顿/米)/TSIA (千牛顿米/克)= (3774千牛顿/米)/ ( 千牛顿米/克)= 145. 15 克 / 平方米(g/m2)在以上的等式中，该TSIA值是在该墙板的所有方向上归一化的饰面纸刚度的一种量度。确切地说，一种超声拉伸刚度取向(TS0 )试验机器测量了在该墙板的所有方向上的拉伸刚度指数(TSI)以确定该TSIA。该饰面纸的刚度越大，则该TSIA值越大。墙板的 TSIA的大约范围是12至20千牛顿米/克。饰面纸的刚度值以及TSIA值被用来确定为了实现具有指定的内芯强度值的墙板的所要求的拔钉值所需要的饰面纸的重量。因此对于饰面纸重量的计算是一种两步法，首先确定饰面纸的刚度，并且然后确定正在制造的墙板的饰面纸的重量。等式(1)和( 优选地存储在一个计算机存储器、个人数据助理或其他合适的装置中。所要求的拔钉值、内芯强度值以及常数也以数据库或其他可检索的数据形式储存在该存储器中。该存储器可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、只读光盘存储器 (CD ROM))或任何其他合适的存储器或存储器装置。使用者或制造商使用键盘或其他合适的输入装置将墙板的所要求的拔钉值以及所指定的内芯强度值输入到计算机中。替代性地，墙板的所要求的拔钉值以及所指定的内芯强度值可以被下载并且存储在存储器的一个文件或文件夹中。处理器，例如微处理器或中央处理器(CPU)使用等式(1)和O)、所输入的拔钉值以及所输入的内芯强度值计算该墙板的饰面纸重量。计算的饰面纸重量、或替代性地该饰面纸的刚度值在一个显示装置(例如计算机屏幕、监控器或其他合适的输出装置，或者通过打印机进行打印)上显示给使用者。使用者使用该计算的饰面纸重量来选择在墙板的制造过程中粘附到该内芯上的饰面纸或饰面纸类型。与常规的墙板生产技术相比，使用本发明的方法所选择的饰面纸典型地减少了实现所要求的拔钉值所需要的饰面纸CN 102482876 A说明书4/4 页
刚度以及重量。此外，本发明的方法减少了所制造的墙板的总重量，这减少了制造以及运输成本。本发明的方法还显著地减少了与生产墙板有关的制造时间，因为确定该墙板是否满足所要求拔钉值的墙板中间测试不再是必须的。图1是一个表格，展示了对于不同的墙板(样品编号1-11)的测量的拔钉数据与使用等式(1)预测的拔钉数据之间的比较。如在该表中所示，使用等式(1)预测的平均拔钉数据与测试的或测量的墙板平均拔钉数据很好地相关。例如，与使用等式(1)预测的82 的拔钉值相比，对于样品编号4测试的或测量的平均拔钉值是83。类似地，与对应的使用等式(1)预测的平均拔钉值相比，对于样品编号5、样品编号6和样品编号11的测试的或测量的平均拔钉值也是相差一个等于一的值(例如82、81 ；80,79 ；81,80) 0此外，对于样品编号 8和样品编号10的预测的拔钉值与对应的测试或测量的拔钉值精确地相同(例如80、80和 77,77)。因此，本发明的方法高度准确地预测了墙板的拔钉值。等式(1)和( 还可以用来预测墙板的不同结构参数或值，以改进该制造过程。例如，在等式(1)中，在范围从100磅/平方英寸至700磅/平方英寸的不同内芯强度值下，拔钉数据可以表达为饰面纸刚度的一种线性函数，如图2所示。墙板的内芯强度基于正在制造的墙板的类型而改变。在图1中所考虑的墙板的内芯强度值的典型范围是 400至500磅/平方英寸。拔钉数据还可以绘制为在内芯强度的一种线性函数，其中饰面纸刚度值范围是从 1000千牛顿/米至6000千牛顿/米，如图3所示。优选地，墙板的饰面纸刚度值范围是从 2500至4000千牛顿/米。在图2和3中，明显的是，增加该墙板的饰面纸刚度值或内芯强度值都将增加拔钉值。图4是绘制了在不同的拔钉值下饰面纸刚度值对内芯强度值的函数图。确切地说，线“A”展示了在77磅力的目标最小拔钉值下饰面纸刚度与内芯强度之间的关系。在等式(1)中经验常数之比c/b( = 9. 74)提供了相对于内芯强度值的变化饰面纸刚度值的变化。为了保持77磅力的所要求的拔钉值，减小(或增大)100磅/平方英寸的内芯强度对应于增大(或减小)974千牛顿/米的饰面纸刚度值。此外，使用等式0)，可以通过增加该饰面纸重量或该TSIA而实现一个更高的饰面纸刚度值。图5展示了满足77磅力的所要求拔钉值的、饰面纸重量与TSIA之间的关系。对于不同的TSIA值的饰面纸重量要求归纳在图6中示出的表格中。要注意的是，将TSIA值从14增加到19. 5千牛顿米/克趋向于减小平均的所要求的饰面纸重量，同时保持了 77磅力的所要求的拔钉值。本发明的方法使得制造商能够在制造之前确定重要的墙板参数以及特性，例如实现所要求的拔钉值所需要的饰面纸重量。在制造之前获得这些参数帮助显著地减少制造时间以及制造成本和运输成本。本发明的方法还允许制造商在不增加面板上的饰面纸重量的情况下，保持墙板的结构完整性以及性能。尽管已经对本发明的方法的几个具体实施方案进行了展示和说明，但本领域的技术人员应理解，在不背离本发明宽泛的方面以及如在以下权利要求书中所提出的本发明的情况下，可以对其做出多种改变和变更。
权利要求
1.一种用于确定墙板的结构参数的方法，包括 提供该墙板的一个内芯强度值；基于该墙板类型的厚度来确定一个所要求的拔钉值；基于所述提供的内芯强度值以及所述确定的拔钉值来计算一个饰面纸刚度；并且在一个显示装置上显示所述计算的饰面纸刚度值。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述内芯强度值是在400至500磅/平方英寸的大致范围内。
3.如权利要求1所述的方法，其中计算所述饰面纸刚度值是基于以下等式 拔钉(磅力)=a+[bX (饰面纸刚度(千牛顿/米))]+ [cX (内芯强度(磅/平方英寸))]其中 a = 4. 2126759, b = 0. 009490606731 并且 c = 0. 092421774。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括通过将所述饰面纸刚度值除以一个拉伸刚度指数面积(TSIA)值来计算一个饰面纸重量。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括基于所述计算的饰面纸重量来选择一种饰面纸类型。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述TSIA值是在12至20千牛顿米/克的大致范围内。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述计算的饰面纸刚度值储存到一个存储器中。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述计算的饰面纸刚度值来确定一个饰面纸重量；基于所述显示的饰面纸重量来选择一种饰面纸类型；并且以使用所述选择的饰面纸类型以及所述提供的内芯强度值为基础来生产该墙板。
9.如权利要求8所述的方法，其中确定所述饰面纸刚度值是基于以下等式 拔钉(磅力)=a+[bX (饰面纸刚度(千牛顿/米))]+ [cX (内芯强度(磅/平方英寸))]其中 a = 4. 2126759, b = 0. 009490606731 并且 c = 0. 092421774。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述内芯强度值是在400至500磅/平方英寸的大致范围内。
全文摘要
在此披露了一种用于确定墙板的饰面纸特性的方法，包括提供该墙板的一个内芯强度值，基于该墙板的规格来确定一个所要求的拔钉值，并且基于所提供的该内芯强度值以及所确定的该拔钉值来计算一个饰面纸的刚度值。该方法包括在一个显示装置上显示所计算的饰面纸刚度值。
文档编号E04C2/04GK102482876SQ201080036122
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年8月20日
发明者A·C·李, A·肯尼迪 申请人:美国石膏公司