多部件的、复合材料公路传力杆结构及制造方法.pdf

公开了一种多部件的、复合材料的公路传力杆以及相关的制造方法。所述传力杆包括伸长的、实心圆柱形的、高剪切强度的、优选为钢的芯杆以及伸长的、纤维强化的塑料树脂护套，所述护套包括伸长的、拉挤成型形成的管状套筒以及被套筒容纳的、相对端的端孔套筒端部塞子，所述护套完全地包围并且保护性地覆盖所述芯杆。

1.  一种多部件的、复合材料公路传力杆，包括：
伸长的、圆柱形的、高剪切强度的芯；以及
伸长的、纤维强化的塑料树脂护套，所述护套完全地包围并且保护性地覆盖整个所述芯。

2.  如权利要求1所述的传力杆，其中所述护套包括：(a)伸长的圆柱形管状套筒，所述套筒(1)是多个纤维强化的、塑料树脂嵌入的、纤维分化型的、环绕地邻近的纤维环绕层，(2)比所述芯长，并且(3)配置有空心的圆柱形的内侧，所述空心的圆柱形的内侧以界定相对端的圆柱形端孔的方式连结地容纳所述芯，所述端孔在所容纳的芯的相对端之外被布置在所述套筒内；以及(b)彼此互补性地被连结地固定在所述端孔内的一对隔开的、伸长的、纤维强化的、圆柱形的套筒端部塞子。

3.  如权利要求2所述的传力杆，所述传力杆具有长轴，并且其中所述环绕地邻近的、纤维分化型的环绕层包括不同的、相应的性质的套筒包括的纤维，所述套筒包括的纤维采取以下形式：(1)其中包括的纤维实质上平行于所述长轴的伸长的、线性的、包括多个伸长纤维的、玻璃纤维粗纱材料，(2)连续玻璃纤维垫材料，以及(3)玻璃纤维面纱材料；并且所述纤维强化的套筒端部塞子包括同样具有实质上平行所述长轴的多个伸长的纤维的玻璃纤维粗纱。

4.  如权利要求3所述的传力杆，其中所述套筒中的所述纤维强化的环绕地邻近的纤维环绕层具有在所述套筒中从其内侧向外径向前进的布置，所述布置采取首先遇到的垫材料层、被布置在所述垫材料层之外的后来遇到的粗纱材料层、以及被布置在所述粗纱材料层之外的更后来遇到的面纱材料层的大体形式。

5.  如权利要求4所述的传力杆，其中所述布置还包括被布置在所述后来遇到的粗纱材料层和所述更后来遇到的面纱材料层中间的第二垫材料层。

6.  如权利要求1所述的传力杆，其中所述芯由钢形成。

7.  如权利要求6所述的传力杆，其中所述护套包括：(a)伸长的圆柱形管状套筒，所述套筒(1)是多个纤维强化的、塑料树脂嵌入的、纤维分化型的、环绕地邻近的纤维环绕层、(2)比所述芯杆长、并且(3)配置有空心的圆柱形的内侧，所述空心的圆柱形的内侧以界定相对端的圆柱形端孔的方式连结地容纳所述芯杆，所述端孔在所容纳的芯杆的相对端之外被布置在所述套筒内；以及(b)彼此互补性地被连结地固定在所述端孔内的一对隔开的、伸长的、纤维强化的、圆柱形套筒端部塞子。

8.  如权利要求7所述的传力杆，所述传力杆具有长轴，并且其中所述环绕地邻近的、纤维分化型的环绕层包含不同的、相应的性质的套筒包括的纤维，所述套筒包括的纤维采取以下形式：(1)其包括的纤维实质上平行于所述长轴的伸长的、线性的、包括多个伸长的纤维的玻璃纤维粗纱材料，(2)连续玻璃纤维垫材料，以及(3)玻璃纤维面纱材料；并且所述纤维强化的套筒端部塞子包括同样具有实质上平行所述长轴的多个伸长的纤维的玻璃纤维粗纱。

9.  如权利要求8所述的传力杆，其中所述套筒中的所述纤维强化的、环绕地邻近的纤维环绕层具有在所述套筒中从其内侧向外径向前进的布置，所述布置采取首先遇到的垫材料层、被布置在所述垫材料层之外的后来遇到的粗纱材料层、以及被布置在所述粗纱材料层之外的更后来遇到的面纱材料层的大体形式。

10.  如权利要求9所述的传力杆，其中所述布置还包括被布置在所述后来遇到的粗纱材料层和所述更后来遇到的面纱材料层中间的第二垫材料层。

11.  一种多部件的、复合材料公路传力杆制造方法，所述方法包括：
制备具有长轴的伸长的芯系，所述芯系沿着该轴具有内邻接的、纵向交替的(a)具有共同的某种横截面的伸长的、高剪切强度的圆柱形芯、以及(b)伸长的但较短的、圆柱形的、纤维强化的塑料树脂端部塞子坯件，所述端部塞子坯件具有相对端，并且每个具有匹配所述芯的某种横截面的 横截面；
将所述芯系用作纵向移动心杆，围绕所述芯系连续地并且连结地拉挤成型形成纤维强化的塑料树脂套筒，以便产生拉挤成型产生的中间的传力杆产品；以及
在所述拉挤成型形成之后，在其中是所述端部塞子坯件的相对端的中间的每个纵向位置处横切所述中间的传力杆产品，并且从而形成完成的传力杆。

12.  如权利要求11所述的方法，其中所述拉挤成型形成的前面是(a)从适当的供应品中松开强化纤维材料的连续的伸长的跑丝、(b)在可固化的液体塑料树脂中洗浴该材料跑丝并且引导洗过的跑丝进入到环绕层结构内，以用于在管状区域中拉挤成型，所述管状区域相对于所制备的芯系的外侧环绕地布置。

13.  如权利要求12所述的方法，其中所述强化纤维材料包括(1)具有多个伸长的线性纤维的玻璃纤维粗纱、(2)连续的玻璃纤维垫、以及(3)玻璃纤维面纱，并且所述松开的步骤和引导的步骤协作地执行不同的强化纤维材料的布置，借此，在随后的拉挤成型套筒形成步骤期间，相对于所述芯系的外侧表面，垫材料变成被布置为最里面的拉挤成型层的部分，面纱材料变成被布置为最外面的拉挤成型层的部分，并且粗纱材料变成是所述最里面的层和最外面的层的中间的层的部分，其中其所包括的伸长的纤维以其长轴实质上平行于所述芯系的长轴来布置。

14.  如权利要求11所述的方法，所述方法还包括在所述拉挤成型形成之前加热所述高剪切强度的芯。

15.  如权利要求11所述的方法，所述方法还包括在加热环境中执行拉挤成型形成。

多部件的、复合材料公路传力杆结构及制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年2月4日提交的、序列号为61/595,042的、关于“Highway-SlabDowelInterconnectStructure”的美国临时专利申请的申请日优先权，其中的全部公开内容通过引用特此被并入本文。
本发明的背景和概述
本发明涉及多部件的、复合材料的公路(特别是混凝土公路)传力杆结构以及相关的制造方法，并且特别地涉及成功地处理并且解决关键的、严重的以及错综复杂的功能可靠性、部件成本、以及公路生命周期经济问题事项的此类结构和方法学，所述问题事项多年来一直与公路传力杆技术相关并且与公路功能性寿命的某些方面有关。
传力杆在混凝土公路建设中是普遍存在的。它们表现为伸长的、圆柱形的、高剪切强度的、光滑表面的杆的形式，所述杆典型地由常用的结构钢(非不锈钢)形成，所述传力杆以典型地为1英尺的侧向间距的间隔的多个数量的形式在每个分离界面(接缝)被用作剪切桥接的、板到板的荷载传递结构，所述分离界面存在于邻近的、行进方向定向的公路板之间，所述公路板通常由灌浇混凝土形成，并且优选地在许多情况下由本领域中被称为高性能混凝土的那些形成。它们最重要的功能是在邻近板之间提供适当的荷载传递的剪切强度，而同时：(a)调节板因为环境热变化的膨胀和收缩(伴随轻微的但周期性的板接缝的打开和闭合)，并且此外(b)使在邻近板之间的接缝处被称为板垂直错断的现象减到最少。它们被设想为简单结构，并且有时被不同地形成，这涉及通过使用单独的常用结构钢、单独的材料以及材料的组合比如环氧树脂涂覆的结构钢、锌涂覆的结构钢、完全的不锈钢、不锈钢护套的常用结构钢、以及纯粹的单组的塑料复合材 料来实现改进的工作--全部意图持续长时间完美无缺地执行以上所述的重要的“公路性能支持”功能。
然而，因为以下所概括的大量代价高并且让人失望的原因，它们没有这样进行。意图和现实在历史上未曾成功地匹配，并且所产生的对必需的、重要的、以及基本的传力杆的改进的寻找已经持续多年并且仍然在进行中。
我们相信本发明改变这样的情况，并且现在可以实质上结束刚才提到的“寻找”。
进一步考虑背景的各方面，曾引发本发明的构想的传力杆设置接着付诸实施本发明，传力杆以数百万被利用在美国和很多其它国家中的混凝土公路建设中。在此类公路建设中，沿着通常建设的公路车道平放的通常的、邻近的公路路面板可以典型地具有约15英尺的长度和约12英尺的宽度。在每个连续邻近的车道板之间，传力杆以约1英尺的侧向间隔被包含，以作为互连结构。
由于目前高度可预见的、目前传力杆材料的磨损以及腐蚀特性，并且因为以下事实：(1)传力杆以及所面对的其相关公路板的混凝土面板两者在所有板之间的混凝土公路接缝处皆是可暴露的；并且(2)传力杆在其运作寿命期间甚至在相对短的时间段中也经受按数百万计的大量的循环剪切荷载--与被提供用于多种类型的涂覆钢筋(以下提到)的预期的防护涂层的耐久性以及配置非常相关的某种条件，故传力杆在多种应用中不是并且不能轻松地被认为是永久性的或甚至令人满意地并且相对长效的混凝土公路结构部件。结果是需要过度频繁的传力杆(以及相关的混凝土板)替换--特别高代价的需求。
尽管在过去启动了许多侧重改进的工作，以最小化公路传力杆替换的必要性以及其相关的频率，但这些工作未曾完全成功。例如，并且考虑到与已知的传力杆建设相关的通常理解的腐蚀以及磨损问题，典型的、广泛使用的、常用的钢传力杆明显易于受到环境条件的锈蚀以及腐蚀，并且不具有固有地有助于抵制这些问题的特性。在过去的“改进”尝试中，纯粹的不锈钢传力杆虽然较少受到影响，但不能免于腐蚀，然而最终是可腐蚀 的，并且非常明显地是，其作为物品本身是极其昂贵的并且通常因此贵得让人望而却步。
在过去采用的另外的改进方法，比如用例如环氧树脂或锌的薄层涂覆传统的结构钢传力杆是昂贵的，并且因为多种原因未曾运作得特别好。除了费用问题之外，并且考虑到特定的结构性物质，环氧树脂涂层典型地通过喷涂(或通过一些其它的适当的表面应用技术)被应用到常用的结构钢传力杆的芯材料的长的“后备长度”，由此所产生的长的、芯被涂覆的产品然后选择性地被横切以获得具有期望长度的已完成的传力杆。然后横切的末端区域通常简单地留着不涂覆，以致因此被完全暴露于所有附近的腐蚀性环境条件中的那些切割末端存在被暴露的钢。
在环氧树脂涂覆被完全应用于已经进行预定长度切割的钢传力杆的芯上的情况下，即在没有涉及涂覆后的横切的情况下，或在其中横切末端实际上后来被环氧树脂涂覆的那些情况下，所产生的全体的环氧树脂涂层作为尖边的表面间断面之上的材料连续体有效地“流动”/延伸，所述尖边的表面间断面存在于芯钢筋材料的圆柱形表面和此材料的末端表面之间的传力杆的每端--因此使这些尖的间断面区域处的涂层材料暴露于非常高压力的机械条件的某种条件，根据这点，在安装了传力杆的使用条件下，传力杆的周期荷载在混凝土公路板中容易引发涂层中的区域性压力断裂--然后使在那些易受影响的位置处的芯钢材料暴露于腐蚀攻击的环境条件的断裂。
涉及环氧树脂涂覆的钢筋的另一个的主要关注是对这些钢筋损毁(即，破裂、碎裂等)以及明显地损害所利用的环氧树脂材料的保护性效力的损毁的典型的粗率处理和安装。
常用的结构钢筋材料的锌涂覆产生也呈现出疑难问题的传力杆。锌涂覆被用作覆于钢之上的接受腐蚀的牺牲层，其抑制钢的腐蚀，的确如此，但其在其牺牲作用中形成极其粗糙的表面纹理，即妨碍传力杆提供与周围混凝土的光滑外表面的滑动接触以适应混凝土板的必要的温度相关的膨胀以及收缩的期望能力的某种状况。
实心的、纤维强化的、基于塑料的、复合材料传力杆已经被提出并且 被尝试，但作为个体，其不能提供钢的剪切强度，并且因此不能起到与稳健性的板到板的荷载传递体同等的作用。因此，在选择使用此类塑料的、强化的传力杆的情况下，其相比于钢传力杆的特性通常(a)以更大量并且(b)用更窄的侧向间距进行利用，因而至少因为这样的原因涉及较大的费用。
不锈钢护套的常用钢传力杆是相当昂贵的，并且尽管如此，不锈钢护套在某些情况下让人失望地也是可腐蚀的。
着眼于这些负面的费用问题以及腐蚀驱动的性能寿命问题，在混凝土公路建设中涉及广泛的传力杆使用的最重要的问题之一是当传力杆替换变得必要--并且因此经常太频繁时-与用于建设工地准备以及随后灌浇新的公路混凝土板材料(因为在不合格的传力杆被安置的情况下周围的混凝土公路材料必须被拆除的事实)的需求相关的材料成本和劳动时间成本以及劳动工资成本、以及相关的停工期是非同寻常的。
在这种情况下，明显地有关于改进的公路传力杆的需求，所述改进的公路传力杆提供与性能可观的剪切强度一起的极大的抗腐蚀腐烂能力，并且这些性质和特性两者协作以有助于：(1)明显减少替换需求；(2)在替换被需要的情况下，可察觉的替换间隔的延长；并且此外(3)可观的最小化公路生命周期等成本。虽然这些考虑在所有的混凝土公路情况中都重要，但其在公路是用高性能/长寿命混凝土建造的被称为高性能公路的那些的情况下是特别重要的考虑。
因此，由本发明提出的是多部件的复合材料的公路传力杆，所述传力杆包含虽然不是必须但优选地由钢形成的伸长的、高剪切强度的圆柱形芯以及伸长的、纤维强化的塑料树脂护套，所述护套完全包围并保护性地覆盖芯的整体，并且被暴露在整个传力杆结构内的任何地方的非高压点间断面，比如表面边缘间断面。护套包含伸长的、纤维强化的、圆柱形管状的、塑料树脂套筒，所述套筒环绕(circumsurround)并且被连结到芯。特意被制造得比内部的钢芯更长的护套套筒具有延伸到芯的相关的相对端之外的相对端，从而与布置在内的芯末端一起界定一对隔开的、单个开口端的、伸长的、圆柱形的套筒端孔(endwell)或仅仅界定端孔。每个具有与钢芯 匹配的直径以及横截面的两个伸长的、圆柱形的、纤维强化的、塑料树脂套筒端部塞子(在本文中也被简称为塞子)填充套筒端孔并且通过连结机构被联合在整个传力杆结构中，所述连结机构比如即将在下文提到的那些中的一个或多个，其牢固地把它们在套筒中固定到端孔。这些塞子与接收的套筒一起保护性地密封芯的侧面以及相对端。每个传力杆中的中央的高剪切强度的芯以及两个端部塞子被统称为芯组件。套筒的外部是光滑的。套筒和内侧芯组件之间的粘着力强的结合可以包含若干连结机制中的一个或多个，包括套筒收缩、当然仅仅与钢芯相关的钢的正常的轧屑粗糙度、钢芯和端部塞子两者具有的分子材料之间的力、以及其它。
因此，并且非常重要地，没有关于保护性的护套涉及护套材料在尖边间断面的周围以及之上“折叠”的任何条件，所述尖边间断面于邻近中央钢芯的末端处存在。这样重要条件的存在主要因为这样的事实：护套中的套筒具有大于钢芯的长度的长度，其延伸到芯的相对端中的每一个之外，并且具有与芯匹配的直径以及横截面的套筒接收的并连结的端部塞子关闭套筒的相对端，以完成芯的保护性护套。
护套包含的套筒是多纤维强化的、树脂嵌入的、纤维分化型的、环绕地邻近的纤维环绕层，所述纤维环绕层采取以下形式：(1)其包含的纤维实质上平行于传力杆的长轴的伸长的、线性的、包含多个伸长纤维的、玻璃纤维粗纱材料；(2)连续玻璃纤维垫材料；以及(3)玻璃纤维面纱材料。套筒端部塞子优选地由粗纱纤维强化的塑料树脂形成，其中包含的纤维是线性的并且还实质上平行于传力杆的长轴进行布置。
方法学上，本发明提出基于拉挤成型的传力杆制造过程，所述制造过程概括地包括：(a)制备伸长的芯系(core-train)(优选地实质上水平布置的)，所述芯系具有内邻接的纵向交替的(1)伸长的、圆柱形的、高剪切强度的芯以及(2)较短的、伸长的、圆柱形的并且匹配横截面的树脂和纤维强化的、预先拉挤成型的套筒端部塞子坯件；(b)将芯系用作纵向移动心杆，在芯系的周围连续地并且连结地拉挤成型形成树脂和纤维强化的套筒以便产生拉挤成型产生的中间产品；以及(c)在套筒端部塞子的纵向中心位置横切拉挤成型产生的中间产品以形成最终的传力杆。
刚刚以上所述的预先拉挤成型的套筒端部塞子的预先拉挤成型并没有特别地或必须地构成本发明的方法的程序性部分，并且其可以以完全常用的方式进行。然而，此类预先拉挤成型是非常有用的端部塞子制造技术，这用于确保端部塞子令人满意地用实质上平行于端部塞子的长轴的遍布式的、伸长的、线性的纤维来强化，以便在本发明的传力杆中成功地配合。
因为本发明紧接下文的详细说明结合附图进行阅读，故本发明的以及由本发明提供的这些以及另外的特征和优点将变得更充分明显的。
附图说明
图1是包含存在于公路的常见方向的公路车道之一中的多个邻近的板的高性能混凝土公路的不完整的平面图—所述这些板通过已经按照本发明建造并且被布置在这些板之间的每个分离界面(接缝)的多个侧向隔开的复合材料的传力杆来进行垂直荷载可传递地结合(linked)/连接(connected)。
图2是已经被制备为可与图3-5(包含图3、图5)一起阅读的透视图，其用于描述多部件的、复合材料的公路传力杆的两种不同的优选的实施方案(图2-4(包含图2、图4))以及制造方式(图5)，所述公路传力杆如按照本发明制造的、通常在图1中所看见的互相连接公路板的那些。如由使用者的选择所决定的这两种实施方案可以针对不同的具体应用进行选择，其包括对所提出的传力杆的套筒部分中形成的塑料树脂嵌入的强化纤维进行两种不同的计层布置，优选实施方案的其中之一包含三个纤维层，并且其的另一个包含四个这样的层。此外，并且如将在下面解释的，如果需要，即使另外的特定层布置也可以被选择。图2中示出的杆的一部分被破开以示出某些内部结构特征。图2按照比图1中所利用的比例远远更大的比例进行绘制。
图3是通常沿着图2中的线3-3获得的比例放大的、不完整的侧视图，其进一步地示出图2中的传力杆，并且还呈现有被脱离部分以示出内部构造的细节。
图4是集中于图3中由以4-4示出的弯曲箭头包含的区域的甚至更大比例的不完整的示意图。
图5按照不同于图2中利用的比例的比例画出用于实施基于拉挤成型的方法的设备的不完整的、本质上示意性的侧视图，所述方法优选地按照本发明进行利用，以用于制造多部件的、复合材料的传力杆，比如图2-4(包含图2、图4)中所画出的那种。
图6是示出如图5中所示被实施的优选的、基于拉挤成型的传力杆制造方法的体系架构的方框图/示意图。
图1-5(包含图1、图5)中所示的部件、结构以及元件之间的位置关系没有按比例绘制。
本发明的详细说明
现在借助于附图，并且首先参照图1-4(含图1和图4)，平面图的图1中通常以8表示的是包含用多个邻近的混凝土板8b形成的代表性的、常见行进方向的车道8a的高性能混凝土公路的不完整部分，所述混凝土板8b各自通过多个侧向隔开的、复合材料的传力杆10被垂直荷载传递地互相连接到邻近的板，所述传力杆10以约1英尺的侧向间隔被布置在这些板之间的每个分离界面(接缝)8c处。
特别地着眼于示出如由本发明提出的传力杆构造的细节的图2-4(包含图2、图4)，每个传力杆10采取至少部分地(如将被简短地描述的)通过利用被适当加热的拉挤成型模具的拉挤成型过程制造的伸长的、圆柱形的、多部件的、复合材料的结构的形式--在本文中这样的过程还被称为基于拉挤成型的方法。传力杆10具有以10a示出的长轴。
在杆10中存在的主要部件包括：(1)虽然不是必须但优选地由钢制造的伸长的、圆柱形的、高剪切强度的芯12，所述芯12具有与轴10a重合的长轴12a以及隔开的相对端12b；(2)具有伸长的、拉挤成型形成的、圆柱形管状的套筒16的伸长的、拉挤成型形成的、纤维强化的塑料树脂护套14，在所述套筒16的伸长的、空心的、圆柱形的内部或内侧16a内， 套筒16紧密地并且环绕地容纳芯12；以及(3)如所见的，紧挨着芯12的端12b布置的一对预先拉挤成型形成的、圆柱形的套筒端部塞子18被黏附地/连结地互补容纳于套筒16的圆柱形的、相对端或端孔16b内，以关闭此套筒的末端。套筒16包含与轴10a、12a重合的长轴16c以及圆周壁16d。塞子18与套筒16一起形成完全包围并且密封性地保护钢芯12的整个护套14。
虽然被设计以适合不同的特定应用的不同尺寸贯穿本发明的传力杆的结构肯定是完全可能的，但本文中的传力杆10具有一套相当典型的外部尺寸，其具有约18英寸的长度(图3中D₁)以及约1-1/2英寸的外径(图3中D₂)。在杆10内，按照目前进行描述的本发明的实施方案，芯12具有约16英寸的长度(图3中D₃)以及约1-1/4英寸的直径(图3中D₄)。套筒16具有约1/8英寸的管状的壁厚(图3中D₅)--这样的壁厚优选地位于约0.07英寸到约0.18英寸的范围之内。套筒端部塞子18各自具有本质上匹配芯12的那些的约1英寸的长度(图3中D₆)和圆形的横截面以及因此直径。
芯12利用常用的结构钢，并且非常适合的特定的钢被称为GradeASTM615-60碳钢。
在护套14内，三种不同类型或分化型类型的塑料树脂嵌入的强化纤维被利用，优选地所述强化纤维由玻璃制造，并且最优选地由无碱玻璃(e-glass)制造。这些分化型的纤维类型包括：(1)玻璃纤维粗纱，在本文中也被称为伸长的、线性的、包含多个伸长纤维的、玻璃纤维粗纱材料，其中包含的纤维实质上平行于先前提到的轴10a、12a、16c；(2)玻璃纤维垫，也被称为连续玻璃纤维垫材料；以及(3)玻璃纤维面纱或面纱材料。所有这三种类型的纤维被利用在套筒16中，所述三种类型的纤维在套筒16中是被称为环绕邻近的、纤维分化型的、径向隔开的环绕(实际上圆柱形管状的)层，所述环绕层在套筒壁16d内围绕套筒的长轴16c进行环绕布置。只有粗纱材料被利用在圆柱形端部塞子18中，材料中的纤维跨越每个塞子的整个圆形的横截面进行分布，并且在此类粗纱材料中的线性纤维实质上平行于轴10a、12a以及16c。
虽然被利用的强化纤维最优选地由无碱玻璃制造，但对于另外的实例，我们认识到它们可以可选择地由s-玻璃、玄武岩、或碳制造。
刚刚提到的三种纤维强化的材料中的每种类型是常用的，在商业上提供了广泛种类的选择、特定的尺寸以及其它特性，并且可以随意地进行挑选，以便成功地用于本发明的传力杆，并且根据具体的公路应用以及设计师选择的考虑进行这样的选择。代表性地，我们已经发现非常适合用于许多高性能公路的纤维强化材料包括：(a)对于垫材料，由美国宾夕法尼亚州的OwensCorning制造并且提供的连续股的玻璃纤维产品；(b)对于粗纱材料，从也由OwensCorning制造的产品中得到的精选品；以及(c)对于面纱材料，由在北卡罗来纳州Durham的FreudenbergNonwovens以及在康涅狄克州Seymour的Xamax提供的分别被称为“薄纱面纱”以及“面纱织物”产品的那些。
优选地与强化纤维一起被用于套筒的嵌入的塑料树脂材料是常用的、氨基甲酸乙酯修饰的、热固性的乙烯酯树脂材料，比如由在美国北卡罗来纳州Durham的Reichhold公司制造的Dion31038-00。在端部塞子中，我们已经将由在威斯康星州Baraboo的RazorComposites制造的常用的、热固性的聚酯材料选择作为优选的塑料树脂材料。
如所提到的涉及图2-4(包含图2、图4)中示出的那些的，本发明的在涉及套筒16的具体结构上不同的两种不同的实施方案实际上在这些图中示出，结合其观看者适当地考虑，并且然后适当地考虑本文下面给出的这两种实施方案的不同说明。
通常描述这两种实施方案、涉及套筒16的结构的语言是，如已经提到的，是伸长的并且圆柱形管状的这样的套筒按照本发明由纤维强化的塑料树脂拉挤成型形成，并且特别地由多个塑料树脂嵌入的、纤维分化型的、环绕邻近的纤维环绕(通常似圆柱形的以及似管状的)层形成，所述纤维优选地是玻璃纤维，并且特别地，最优选地是如上所述的无碱纤维。在本发明的一种优选实施方案中，有三层结构分化型的纤维环绕层可选择用于许多高性能公路应用，并且在另一种优选的实施方案中，有四层这样的层可选择用于许多另外的高性能公路应用。相应地，在图2和3中，总共画 出了四层强化纤维层，其中三层应该被认为存在于刚刚以上所述的第一传力杆实施方案中的套筒16中(即在套筒壁16d之内)，并且所有四层所述层都存在于刚刚以上所述的第二实施方案中。这四层在20、22、24以及26处被示出。考虑应该通过观察图3和图4进行设想的本发明的“第一”实施方案，其仅呈现了在20、22以及26处出现的那三层。
在本文所描述的本发明的两种优选实施方案中，套筒16中存在的玻璃材料按重量计占套筒的约60％。
图4中以波浪线出现的层20包含玻璃纤维垫材料。图4中以加粗直线出现的层22包含玻璃纤维粗纱材料。图4中也以波浪线出现的层24包含玻璃纤维垫材料。以及，图4中以细直的破折号-双点线出现的层26包含玻璃纤维面纱材料。
以可能被看作为“一种去除层的”方式讨论该示出的整个层组织，其特别地涉及以上所述的第一优选的套筒实施方案，即以只有三层纤维强化层为特征的那个实施方案，并且因此涉及第一优选的传力杆实施方案，通过适当地设想图3和图4以想象其中画出的四层中仅仅存在三层，人们看见三层相关的、协作的纤维强化层的被布置在套筒16中，即被布置在其壁16d中，在套筒中从其内侧16a向外径向前进的布置采取首先遇到的垫材料层20、被布置在层20之外的后来遇到的粗纱材料层22、以及被布置在粗纱材料层22之外的更后来遇到的面纱材料层26的形式。这三层组成先前提到的套筒16中的壁16d的厚度。
此外，通过观察图3和图4而不在思考中“排除”画出的四层中的一层，并且反而肯定地承认这些图中所示出的所有四层的存在，人们查看本发明套筒16的第二优选实施方案，以及因此查看本发明传力杆结构的第二优选实施方案，所述第二优选实施方案以交替布置的四层相关的、协作的纤维强化层为特征，在套筒中从其内侧16a向外径向前进的交替布置采取“首先遇到的”垫材料层20、被布置在层20之外的“后来遇到的”粗纱材料层22、第二垫材料层24、以及示出的被布置在粗纱材料层22之外的、刚刚在上文被称为“更后来遇到的”面纱材料层26的形式。这里，在这样的层布置中，被包含的四层也组成先前提到的套筒16中的壁16d 的厚度。
如本文早前所述的预先拉挤成型的套筒端部塞子包含跨越塞子的全部的圆形横截面进行分布的、被嵌入到所提到的存在于套筒中的热固性聚酯树脂中的粗纱纤维。这些纤维实质上平行于轴10a、12a以及16c延伸。
此时暂时回到以上所述的非常重要的主题，所述主题涉及这样的事实：如区别于已知的现有技术的芯部件的覆盖涂覆结构的护套14没有经受与在本发明的传力杆之内的任何尖边的、高压力的、表面间断面区域的接触，从目前已经提供的组成护套14的套筒部件以及端部塞子部件的说明以及插图中，容易查看并且理解这样的护套结构的任何部分都没有压在存在于邻近芯12的相对端之处的尖边表面间断面区域上，这正如可以从图4中标为12c的两个此类区域位置中所看见的。这当然是因为套筒16是拉挤成型结构并且塞子18具有匹配芯12的圆形横截面的事实而发生，所述套筒16已经被拉挤成型形成，因此其在没有任何过渡形状变化被包含在其中的情况下实际上延伸作为芯12的相对端之上的连续体而不是折叠覆盖在区域12c上。此外，从上文阐述的套筒和端部塞子的优选的尺寸、以及从套筒和端部塞子是强化的纤维的附带事实，非常明显的是这些传力杆结构部件是非常坚固的，并且在正常使用条件下永远不可能被破裂或被穿透。
现在接着将注意力转移到图5和图6，图5以28示出用于实施本发明的基于拉挤成型的方法的设备--这样的设备具有拉挤成型形成的轴28a，并且在图6中30处以方框/示意图的一般方式示出那种方法的优选的体系架构。
从左前进到右行，即跨越图5从设备28的上游端到下游端，设备28包含：(1)简单地由黑色箭头代表的芯系推进器32，其中箭头的头指向穿过设备28的加工流程的方向；(2)芯系形成站或形成站34；(3)钢芯加热器H₁，其被布置在站34之内并且被设计为在实际的套筒形成拉挤成型开始之前把芯12加热到约150°F的温度，这正如将进一步进行解释的；(4)正好在图5(即，在拉挤成型形成的轴28a的仅仅一侧上)的平面中进行必要表示的强化纤维供应站36，其在本文中被认为包含被示出为旋转的纤 维递送线轴38、40、42、44的四个强化纤维材料分配装置--代表使用者可选的、常用的结构的装置，所述装置被设计为分别松开玻璃纤维垫材料20、玻璃纤维粗纱材料22、玻璃纤维垫材料24、以及玻璃纤维面纱材料26的伸长的纤维材料的跑丝，比如在图5中以直线、有角度的斜线出现的那些；(5)树脂纤维洗浴站或树脂洗浴站45，以及纤维引导站46，所述纤维引导站46如同纤维供应站36刚好在图5的平面中的仅在轴28a的一侧上被分别必要地画出；(6)另一加热器H₂；(7)常用的并且适当大小的(在本文中具有约5英尺到6英尺的长度，并且具有约1-1/2英寸的直径的内部伸长的圆柱形拉挤成型通道)拉挤成型模具48，所述拉挤成型模具48的内侧通过加热器H₂被加热到约280°F的温度；(8)常用的电力驱动的任何适当设计的拉挤成型拉出器，比如简单地由黑色箭头50代表的、在本文中可操作为建立每分钟约3英尺到每分钟约4.5英尺的拉挤成型生产速率的履带传带设计；以及(9)适当的横切割器52，其被用于横切本文中被称为拉挤成型产生的中间的传力杆产品，比如在图5中从模具48中出来的标为54的那种。已完成的切割分开的传力杆10的不完整的末端部分在切割器52的右边被画出。
应理解的是，虽然四个纤维递送线轴(装置)已经在图5中被示出以便涉及关于纤维强化材料递送的讨论，所述纤维强化材料递送适合于在制造本发明的以上所述的第二优选的实施方案的情况下在套筒16内产生四种层，在其中本发明的第一优选的实施方案将被制造的情况下，只有三个此类递送线轴(装置)将被需要，并且依据图5中所示出的那些，这三个线轴将包括线轴38、40以及44。
进一步讨论已经被描述的关于图5的那些，必须一定建造三个上游加工站以及其中被示出的相关结构，所述三种上游加工站以及其中被示出的相关结构涉及：(1)从比如代表性地画出的递送线轴的适当的递送装置中供应即松开若干不同种类的强化纤维材料的伸长的跑丝；(2)用于用适当的塑料树脂洗浴在到拉挤成型模具的途中的这些强化纤维材料跑丝；以及(3)用于把洗过的纤维材料跑丝引导到必须一定被建造的拉挤成型模具的进入口上游末端之内，并且这完全可以以常用的、使用者可选择的方式 进行以便相对均匀地围绕，即环绕拉挤成型形成的轴28a进行分布，以便套筒16最终变成环绕芯12均匀地被拉挤成型形成。松开装备、洗浴装备以及引导装备的这样的环绕分布如何被组织并且利用哪种特别类型的此类装备完全是使用者/设计者选择的问题，并且不构成本发明的任何部分。
邻近设备28的(1)上游端或进入口端以及(2)下游端或排放端两者被优选放置的是本文未示出的、适当的似轨的、比如似槽的支架结构，并且优选地但不一定是固定支架结构，所述支架结构：(a)邻近设备的上游端，为将被简短描述的一连串元件提供适当的基础支撑，所述一连串元件组成传力杆中央元件(即，内邻接的、纵向交替的芯以及端部塞子坯件)的预先拉挤成型的芯系，所述传力杆中央元件被馈入到模具48以便拉挤成型形成套筒结构16；(b)邻近设备以及模具48的下游端，为比如以54示出的新兴的、拉挤成型产生的中间传力杆产品提供适当的基础支撑；并且(c)越过横切割器52，为已完成的并且此后被分离的传力杆10提供适当的基础支撑。基础的“部件-生产-运输”支撑的另外的模式等当然可以被实施。
虽然本文的套筒形成过程明显地是基于拉挤成型的过程，但在设备的最上游端，如现在将进行描述的，本文涉及关于形成所需要的上游的芯系形成操作阶段以及芯系推进操作阶段，以及然后涉及已经被描述的上文被称为部件的芯系的下游运输移动，所述部件以任何适当的部件放置方式在站34中变成被组织成水平的线性的系，以用于从那个站向站45、站46、以及拉挤成型模具48馈入。如本文早前提到的，比如图5中在56处被不完整地并且水平地画出的被称为芯系的那些，其由内邻接的、纵向交替的、伸长的、圆柱形的、高剪切强度的钢芯12的连续系，以及较短的、伸长的、圆柱形的并且匹配横截面的、塑料树脂并且纤维强化的、预先拉挤成型的套筒端部塞子坯件组成，所述套筒端部塞子坯件比如在该图中的58处示出的两个端部塞子坯件--这些坯件中的一个刚好被布置在离开模具48的上游，并且另一个被布置在模具之内。如将变得简短明显的，每个端部塞子坯件具有为已完成的端部塞子长度的约两倍的长度，并且即约2英寸的长度。
现在，考虑到由本发明提出的整个传力杆的形成拉挤成型方过程，包含内邻接的、纵向交替的芯和端部塞子坯件的芯系在形成站34中沿着线被适当地形成。在这个站内，随着所形成的芯系被推进器32移向拉挤成型模具，并且通过先前描述的加热器H₁的适当定时和分阶段的操作，系中的钢芯如本文早前提到被优选地加热到约150°F的温度，所述加热器H₁可以采取由使用者选中的加热器的任何适当的形式，并且可以便利地以及常用地在适当程序化的数字电脑(不是本发明的部分)的控制下进行操作。这样的加热被优选地进行以防止芯在拉挤成型模具48内的加工期间充当不合需要的散热器，所述散热器可以延迟并且可能妨碍模具内涂覆纤维强化材料的树脂的适当固化。
所形成的芯系与其包含的适当地预先拉挤成型动作的加热的钢芯一起被推进器32从形成站移向模具并且移到模具内，所述推进器32以完全由使用者可选择的任何适当的方式进行操作，以把芯系部件以适当的速率向拉挤成型模具转移并且转移到拉挤成型模具内，并且以一种方式进行操作，以便只要拉挤成型模具被“涉及”就调节新近被模具引入的芯系部件的实质上稳定并且实际上连续的流。
存在比如示意性示出的推进器32的推进器可以被建造并且被操作的许多常用的方法，以便(1)在站34中允许部件逐步形成的芯系线的容易的、实质上连续的装配，并且(2)于适当的时候在适当的、内邻接的条件下推进这些形成系的部件，以便拉挤成型模具将经历传力杆的芯部件材料的连续性流入。本领域的技术人员将认识到一旦沿着拉挤成型形成的轴28a被推进到适当的位置的实质上“无尽的”芯系在拉挤成型模具内进行充分地布置并且被特别充分地包含在其中以致树脂涂覆的纤维强化的套筒材料已经开始粘住芯系，拉出器50的下游操作就以常用的拉挤成型方式“接管”，并且以连续性方式起作用以驱使模具内的所有下游定向的流动运动。
这里应该注意的是，在芯系形成过程期间在芯系中的芯和端部塞子坯件之间的适当的内邻接以及所形成的芯系到模具48内的相关移动，其取决于正确地位于平行平面中的芯和端部塞子坯件的相对端，所述平行平面 垂直于这些部件各个长轴被布置。
虽然这些芯系的形成以及推进活动在设备28中的站34中进行并且通过推进器32进行，但取决于传力杆的两种优选实施方案中将被制造的那种的适当数量的强化纤维材料即三个或四个这样的比如先前提到的在图5中以20、22、24、26示出的那些材料的伸长的跑丝：(1)在纤维供应站36中从线轴中被松开；(2)被引导穿过树脂洗浴站45，其中它们被沉浸于被选中的塑料树脂并且被选中的塑料树脂弄湿；并且此后(3)被引导穿过并且通过引导站46朝向并且进入拉挤成型模具48的引入端内，所述跑丝环绕设备轴28a的进行适当地布置并且当然处于本文早前已经被提到的适当的被径向组织的层布置中，所述层布置围绕目前中央(在轴28a上)放置的芯系进行环绕地分布，以便在拉挤成型模具内被布置用于套筒16的正确形成。
如果第一优选的传力杆实施方案将被进行，那么在线轴20、22、26中发生纤维材料的松开，然而如果第二优选的实施方案将被形成，这样的放出在所有四个示出的线轴中发生。
在拉挤成型模具48内，由于移动穿过的芯系以及相关的周围的湿的纤维强化材料穿过模具，故在模具内侧由加热器H₂产生的适当水平的热(在先前提到的代表性的约280°F的内部温度下)，与内部的、圆柱形拉挤成型通道在模具内发生的伴随的移动表面接触相结合，引起树脂涂覆的大量材料在变成套筒16的构造中适当地围绕芯系形成套筒16。塑料树脂材料有效地固化到熟度，直到所有这些材料从模具的下游端出来。塑料树脂材料在模具48内的固化当然被由加热器H₂产生的热促进，并且在某种程度上由从预先加热的钢芯中发出的热促进，所述预先加热的钢芯因为其预先加热条件不会在模具内消极地充当不需要的散热器。
将被本领域的技术人员充分理解的是：(1)在本发明传力杆的形成中的在设备28中被选择性地建立的材料的生产速率、(2)由加热器H₂产生的对所选中的内部模具加热水平、以及(3)模具48的总长度，本质上适当地由将被用于制造具有特定尺寸以及类型的传力杆10的专门挑选的材料的尺寸所决定，并且涉及挑选的塑料树脂材料的固化形成特性。
如在本文中已经提到，在传力杆制造期间，连续地从模具48的下游的排放端出来的那些是在上文已经被称为中间的拉挤成型产生的传力杆产品，如见于图5中的54。
在模具48的下游，并且在比如可以通过适当程序化的数字电脑被实现的适当的操作和定时控制下，横切割器52被操作以在这样出来的“中间”产物中产生横切，并且每个这样的切割在实质上恰好是每个芯塞子坯件的相对端之间的中间的位置进行。通常这样的横切在图5中以59被示出。
这样的操作的结果当然是将按照本发明制造的已完成的传力杆10一个接一个地分开。
关于图6中所示呈现的方框图/示意图，现在，简洁地并且以表达本发明的方法的方式概括，所提出并且所提供的是多部件的、复合材料的、公路传力杆的制造方法30，所述制造方法30包括：
(a)制备具有长轴的伸长的芯系，所述芯系沿着该轴具有内邻接的纵向交替的(1)具有共同的某种横截面的伸长的、高剪切强度的圆柱形芯、以及(2)伸长的但较短的、圆柱形的、纤维强化的塑料树脂端部塞子坯件，该端部塞子坯件具有相对端并且每个具有匹配芯的某种横截面的横截面-方框60；
(b)将芯系用作纵向移动心杆，围绕芯系连续地并且连结地拉挤成型形成纤维强化的塑料树脂套筒，以便产生拉挤成型产生的中间的传力杆产品-方框64；以及
在拉挤成型形成之后，在其中的是端部塞子坯件的相对端的中间的每个纵向位置横切中间的传力杆产品，并且从而形成完成的传力杆-方框66。
从扩大的观点看，这样的方法还预计：在拉挤成型形成的前面是(a)从适当的供应品中松开强化纤维材料的连续的伸长的跑丝、(b)在可固化的液体塑料树脂中洗浴这些材料跑丝并且引导洗过的跑丝进入到环绕层结构内，以用于在管状区域中拉挤成型，所述管状区域相对于所制备的芯系的外侧环绕地布置-方框62。
这样的方法的另外的特征在上文被讨论，并且包括利用(1)具有多个伸长的线性纤维的玻璃纤维粗纱、(2)连续的玻璃纤维垫、以及(3)玻璃纤维面纱作为强化纤维材料，并且松开步骤和引导步骤协作地执行不同的强化纤维材料的布置，借此，在拉挤成型套筒形成步骤期间，相对于芯系的外侧表面，垫材料变成被布置为最里面的拉挤成型层的部分，面纱材料变成被布置为最外面的拉挤成型层的部分，并且粗纱材料变成是这些最里面层和最外面层的中间的层的部分，其中其所包含的伸长的纤维以其长轴实质上平行于芯系的长轴来布置。
因此，在一对代表性的、优选的实施方案以及制造方式中，重要的、新的、性能提高的并且明显寿命提高的公路传力杆以及用于制造其的重要的基于拉挤成型的方法已经在本文中被描述并且被阐明。变型以及修改当然是可能的，所述变型以及修改将落在本发明的实质之内，并且所述变型以及修改可以很容易被相关领域中的普通技术人员想起。