本公開整體涉及包括多狹縫圖案的張力激活的擴(kuò)展制品和材料。在一些實(shí)施方案中，這些制品用作緩沖膜和/或包裝材料。本公開還涉及制備和使用這些張力激活的擴(kuò)展制品的方法。

背景技術(shù)：

1、2016年，消費(fèi)者在網(wǎng)上購買的產(chǎn)品多于商店。(《財富》雜志于2016年6月8日提到，消費(fèi)者現(xiàn)在大部分都在網(wǎng)上購物)。具體地講，消費(fèi)者在網(wǎng)上購物占51％，在實(shí)體商店購物占49％。同樣出于上述雜志。消費(fèi)者行為的這種變化的一個結(jié)果是每天郵寄和遞送包裹數(shù)量的不斷增長。每年有超過134億件包裹被遞送到全世界的家庭和企業(yè)(美國郵政服務(wù)約52億件，聯(lián)邦快遞約33億件，美國聯(lián)合包裹運(yùn)送服務(wù)公司(ups)約49億件)。盡管非包裹郵件的遞送每年減少，但包裹遞送以每年約8％的比率增長。這種增長導(dǎo)致美國郵政服務(wù)25％的業(yè)務(wù)為包裹遞送。(《華盛頓觀察家報》于2017年9月1日提到，“每遞送一個亞馬遜包裹，郵政服務(wù)就會損失1.46美元”)。亞馬遜每天裝運(yùn)約300萬個包裹，阿里巴巴每天裝運(yùn)約1200萬個包裹。

2、不僅僅是商業(yè)裝運(yùn)包裹。不斷發(fā)展的制造商文化為個體創(chuàng)造了通過像etsytm的網(wǎng)站將他們的手工產(chǎn)品裝運(yùn)到世界各地的機(jī)會。此外，對可持續(xù)性的日益關(guān)注使得許多消費(fèi)者在ebaytm等網(wǎng)站上轉(zhuǎn)售二手產(chǎn)品，而不是將它們?nèi)拥嚼盥駡?。例如，超過2500萬人在ebaytm上出售貨物，并且超過1.71億人購買這些貨物。

3、裝運(yùn)這些貨物的個體和企業(yè)通常用裝運(yùn)容器裝運(yùn)它們，裝運(yùn)容器通常是包括要裝運(yùn)的產(chǎn)品、緩沖物和空氣的箱。箱具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括例如箱可直立、重量輕、平放儲存、可回收并且成本相對較低。然而，箱的標(biāo)準(zhǔn)尺寸通常與被裝運(yùn)物品的尺寸不匹配，因此用戶必須用大量的填充物或緩沖材料填充箱，以試圖保護(hù)被裝運(yùn)物品不在過大的箱中來回推擠并且變得損壞。

4、包裹緩沖材料在裝運(yùn)期間保護(hù)物品。裝運(yùn)和裝載/卸載過程期間的振動和沖擊受到緩沖材料的控制，以減少產(chǎn)品損壞的機(jī)會。緩沖材料通常放置在裝運(yùn)容器內(nèi)部，在裝運(yùn)容器內(nèi)緩沖材料通過例如擠壓和變形以及/或者通過衰減振動或?qū)_擊和振動傳遞到緩沖材料而不是被裝運(yùn)的物品來吸收沖擊。在其他情況下，包裝材料還用于除緩沖以外的功能，諸如將待裝運(yùn)的物品固定在箱中并將其安放在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ａ磉x地，包裝材料還用于填充空隙，諸如當(dāng)使用顯著大于待裝運(yùn)物品的箱時。

5、一些示例性包裝材料包括塑料bubble?wraptm、氣泡膜、緩沖纏繞物、空氣枕頭、碎紙、皺紋紙、碎楊木、蛭石、吊架和波紋氣泡膜。這些包裝材料中的許多包裝材料是不可回收的。

6、一種示例性的包裝材料如圖1a和圖1b所示。膜100由包括多個切縫或狹縫110的圖案的紙片制成，該圖案通常被稱為“跳躍狹縫圖案”，是一種單狹縫圖案。當(dāng)膜100被張力激活時(沿著基本上垂直于切縫或狹縫110的張力軸線(t)牽拉)，形成多個梁130。梁130是狹縫的相鄰?fù)S排之間的區(qū)域。由狹縫110形成的梁130共同經(jīng)受一定程度的向上和向下移動(例如，參見圖1b和圖1c)。這種向上和向下移動導(dǎo)致圖1a的二維制品(基本上平坦的片材)在張力激活時變成圖1b和圖1c的三維制品。當(dāng)這種膜用作包裝材料時，與二維平面結(jié)構(gòu)相比，該三維結(jié)構(gòu)提供了一定程度的緩沖。

7、膜100的切縫或狹縫圖案如圖1c所示，并在美國專利4,105,724(talbot)和5,667,871(goodrich等人)中有所描述。該圖案包括多個單獨(dú)的線性狹縫110的多個基本上平行的排112。給定排112中的每個單獨(dú)的線性狹縫110與直接相鄰且基本上平行的排112中的每個單獨(dú)的線性狹縫110異相。在圖1a至圖1c的具體構(gòu)造中，相鄰排112的相位相差水平間距的一半。該圖案形成狹縫110和排112的陣列，并且該陣列在整個陣列上具有規(guī)則的重復(fù)圖案。在狹縫110的直接相鄰的排112之間形成材料的梁130。

8、圖2a示出了旋轉(zhuǎn)90°的圖1a至圖1c的膜100的切縫或狹縫圖案。每個線性狹縫110具有在第一末端114與第二末端116之間延伸的長度(l)。每個線性狹縫110還具有位于第一末端114和第二末端116中間的中點(diǎn)118。中點(diǎn)118由圖2a的每個狹縫110上的小圓點(diǎn)示出。平行且對準(zhǔn)的狹縫110的中點(diǎn)118基本上彼此對準(zhǔn)。換句話講，單獨(dú)的線性狹縫110的中點(diǎn)118基本上與沿著張力軸線(t)的直接相鄰的梁130上的單獨(dú)的線性狹縫110的中點(diǎn)118對準(zhǔn)。此類狹縫110不在直接相鄰的狹縫排112中；相反，它們在交替排112上。此外，單獨(dú)狹縫110的中點(diǎn)118位于沿著張力軸線(t)直接相鄰的狹縫或切縫110的末端114、116之間。狹縫110的排112中兩個直接相鄰的狹縫110的中心之間的距離被標(biāo)識為橫向間距(h)。梁130的厚度或相鄰線性狹縫110的兩個相鄰排112之間的距離被標(biāo)識為軸向間距(v)。

9、更具體地，在圖2a的實(shí)施方案中，狹縫110a的中點(diǎn)118a與狹縫110b的中點(diǎn)118b軸向?qū)?zhǔn)，這意味著中點(diǎn)118a、118b沿著在軸向方向上延伸的軸線對準(zhǔn)。狹縫110b在與狹縫110a所在的梁130a直接相鄰的梁130b上。另外，狹縫110a的中點(diǎn)118a位于狹縫110c的末端114c和狹縫110d的末端114d之間。狹縫110c和110d在橫向方向上與狹縫110a直接相鄰。圖2a還示出了橫向相鄰中點(diǎn)118之間的橫向節(jié)距(h)、軸向節(jié)距(v)或梁130的高度、狹縫長度(l)和張力軸線(t)，可沿著該張力軸線展開張力以提供梁130的向上和向下移動。

10、圖2b示出了當(dāng)包括圖2a的狹縫圖案的制品以沿著張力軸線t的張力展開時形成的主張力線(例如，接近最高張應(yīng)力路徑的線)。圖2b以(紅色)點(diǎn)劃線示出了主張力線140，其是將出現(xiàn)最大張應(yīng)力的地方。張力線是當(dāng)張力沿著張力軸線施加到材料上時承載最大負(fù)載的穿過材料的假想路徑。當(dāng)沿著張力軸線t施加張力時，主張力線140移動得更接近與所施加的張力軸線t對準(zhǔn)，從而導(dǎo)致片材扭曲。當(dāng)單狹縫圖案被展開時，沿著主張力線140的張力的激活導(dǎo)致圖案的基本上所有區(qū)域經(jīng)受一些張緊或壓縮(張應(yīng)力或壓縮應(yīng)力)，然后屈曲并彎出原始二維膜的平面。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)膜被完全展開和/或?qū)埩κ┘拥狡谕潭葧r，膜中基本上不存在保持平行于片材的原始平面的區(qū)域。

11、示例性雙狹縫圖案化材料在美國專利8,613,993(“‘993專利”)中公開，并且在圖3a和圖3b中示出。?！?93專利描述了使用圖3a和圖3b的材料來形成單層纏繞，該單層纏繞將被放置在產(chǎn)品(特別是萵苣頭)上并且由清晰、透明、彈性的塑料纏繞物形成?！半p狹縫圖案”包括多個單獨(dú)狹縫。所述多個狹縫中的每個狹縫可以由自身不交叉或相交的單個連續(xù)切縫形成。該圖案包括狹縫的多個排，并且第一排中的單獨(dú)狹縫與直接相鄰的第二排中的單獨(dú)狹縫基本上對準(zhǔn)。在被系住之前，片材的在圖案相對側(cè)上的對角(即垂直于狹縫方向)被拉開并在周圍和下面通過。該材料包括一系列成對的狹縫，這些狹縫形成當(dāng)其中形成有狹縫的片材在垂直于表面的方向上被拉伸時將從表面“彈出”的環(huán)，如圖3b所示。該圖案包括沒有狹縫的基本邊界，并且被制成由邊界界定的離散尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的發(fā)明人發(fā)明了新穎的雙狹縫張力激活的擴(kuò)展材料和/或制品。在一些實(shí)施方案中，雙狹縫張力激活的擴(kuò)展材料和/或制品用于裝運(yùn)和包裝應(yīng)用。然而，雙狹縫張力激活的擴(kuò)展材料和/或制品還可用于多種其他用途或應(yīng)用。因此，本公開不意味著局限于裝運(yùn)或包裝材料應(yīng)用，這僅僅是一種示例性的用途或應(yīng)用。

2、一些實(shí)施方案涉及一種擴(kuò)展材料，其包括：材料，該材料包括形成多狹縫圖案的多個狹縫；每個狹縫包括第一末端和第二末端；其中假想直線連接排中的所述多個狹縫中的每個狹縫的第一末端和第二末端，并且其中與一排狹縫相關(guān)的假想直線彼此共線，但不與狹縫共線。

3、一些實(shí)施方案涉及一種擴(kuò)展材料，其包括：材料，該材料包括形成多狹縫圖案的多個狹縫；其中該材料在預(yù)張緊形式下是基本上平面的，但是其中多狹縫圖案使得當(dāng)沿著張力軸線施加張力時，材料的至少部分能夠從處于預(yù)張緊形式下的材料的平面旋轉(zhuǎn)45度或更大。

4、一些實(shí)施方案涉及一種擴(kuò)展材料，其包括：材料，該材料包括形成多狹縫圖案的多個狹縫；每個狹縫包括第一末端和第二末端；其中第一末端或第二終端中的至少一者是彎曲的。

5、一些實(shí)施方案涉及一種擴(kuò)展材料，其包括：材料，該材料包括形成多狹縫圖案的多個狹縫；每個狹縫包括第一末端和第二末端；其中所述多個狹縫中的每個狹縫包括兩個或更多個極端點(diǎn)(extrema)。

6、一些實(shí)施方案涉及一種擴(kuò)展材料，其包括：材料，該材料包括形成多狹縫圖案的多個狹縫；其中每個狹縫具有鉤、環(huán)、正弦波、方波、三角波或其他類似形狀特征中的至少一者。

7、一些實(shí)施方案涉及一種擴(kuò)展材料，其包括：材料，該材料包括形成多狹縫圖案的多個狹縫；其中所述多個狹縫中的每個狹縫包括一個或多個多梁。

8、一些實(shí)施方案涉及一種擴(kuò)展材料，其包括：材料，該材料包括形成多狹縫圖案的多個狹縫；其中狹縫圖案延伸穿過材料的邊緣中的一個或多個邊緣。

9、在這些實(shí)施方案中的一些實(shí)施方案中，材料包括紙、瓦楞紙、塑料、彈性材料、非彈性材料、聚酯、丙烯酸類樹脂、聚砜、熱固性材料、熱塑性塑料、可生物降解性聚合物及其組合中的至少一者。在一些實(shí)施方案中，材料為紙并且厚度在約0.003英寸(0.076mm)和約0.010英寸(0.25mm)之間。在一些實(shí)施方案中，材料為塑料并且厚度在約0.005英寸(0.13mm)和約0.125英寸(3.2mm)之間。在一些實(shí)施方案中，材料通過本文所述的互鎖測試。在一些實(shí)施方案中，狹縫大致垂直于張力軸線。在一些實(shí)施方案中，狹縫具有狹縫形狀，該狹縫形狀是半圓形、u形、v形、凹形、凸形、彎曲、線性或其組合中的至少一者。在一些實(shí)施方案中，所述多個狹縫中的狹縫在相鄰排中彼此偏移狹縫的橫向長度的75％或更少。在一些實(shí)施方案中，狹縫具有狹縫形狀和狹縫取向，并且其中狹縫形狀和/或狹縫取向在狹縫的排內(nèi)變化。在一些實(shí)施方案中，狹縫具有狹縫形狀和狹縫取向，并且其中狹縫形狀和/或取向在相鄰排中變化。在一些實(shí)施方案中，該材料具有在約0.001英寸(0.025mm)和約5英寸(127mm)之間的厚度。在一些實(shí)施方案中，狹縫圖案延伸穿過材料的邊緣的一個或多個邊緣。在一些實(shí)施方案中，所述多個狹縫中的每個狹縫具有狹縫長度，并且其中狹縫長度不同或相同。在一些實(shí)施方案中，所述多個狹縫中的每個狹縫具有在約0.25英寸(6.4mm)和約3英寸(76.2mm)之間的狹縫長度。在一些實(shí)施方案中，所述多個狹縫中的每個狹縫具有狹縫長度，并且材料具有材料厚度，并且其中狹縫長度與材料厚度的比率在約50和約1000之間。在一些實(shí)施方案中，狹縫的至少一部分穿過連接第一末端和第二末端的假想直線。

10、一些實(shí)施方案涉及能夠形成本文所述的任何圖案的模具。

11、一些實(shí)施方案涉及由本文所述的任何擴(kuò)展材料形成的包裝材料。

12、一些實(shí)施方案涉及一種制造本文所述的任何擴(kuò)展材料的方法，包括：通過擠壓、模制、激光切削、水沖法、機(jī)械加工、立體光刻或其他3d打印技術(shù)、激光燒蝕、光刻、化學(xué)蝕刻、旋轉(zhuǎn)模切、沖壓、其他合適的負(fù)或正處理技術(shù)或它們的組合中的至少一者來形成材料中的單狹縫圖案。在一些此類實(shí)施方案中，該方法還涉及沿著張力軸線向擴(kuò)展材料施加張力以使材料擴(kuò)展。在一些實(shí)施方案中，張力的施加導(dǎo)致以下中的一者或多者：(1)狹縫形成開口，以及/或者(2)鄰近狹縫的材料形成翼片。在一些實(shí)施方案中，手動或使用機(jī)器施加張力。在一些實(shí)施方案中，沿著張力軸線向擴(kuò)展材料施加張力導(dǎo)致材料從二維結(jié)構(gòu)改變?yōu)槿S結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)暴露于沿著張力軸線的張力時，出現(xiàn)以下情況中的至少一者：(1)擴(kuò)展材料中的狹縫的末端被朝向彼此牽拉，導(dǎo)致擴(kuò)展材料的翼片相對于處于其預(yù)張緊狀態(tài)的材料平面向上移動或屈曲，以及/或者(2)擴(kuò)展材料的梁部分相對于處于其預(yù)張緊狀態(tài)的材料平面向下移動或屈曲，從而形成開口部分。在一些實(shí)施方案中，翼片具有翼片形狀，該翼片形狀是鱗形(scale-shaped)、彎曲、矩形、尖的、尖頭形或其組合中的至少一者。

13、一些實(shí)施方案還涉及將本文描述的任何擴(kuò)展材料纏繞在物品周圍。在一些實(shí)施方案中，擴(kuò)展材料圍繞物品纏繞至少兩個完整的纏繞，使得第一層或纏繞物上的翼片、開口和/或互鎖特征部中的至少一者與第二層或纏繞物上的翼片、開口和/或互鎖特征部中的至少一者互鎖。