CN110216908A - 热塑性芯材的生产方法和生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热塑性芯材的生产方法和生产设备，生产方法包括：沿流水线输出方向持续输出平整的片材或型材；在所述片材或型材的至少部分的塑材表面上加工出沿宽边输出方向重复呈现的非闭合的几何形状体；其中，使得所述片材或型材在相邻的流水线加工设备上形成输出速度差，从而形成沿所述流水线输出方向对所述片材或型材的拉伸取向。生产设备包括挤出模具、塑材表面加工设备、裁切组件、导向定位组件及胶枪等。本发明的生产方法和设备能够低成本、大批量生产出力学性能优异且适于对结构强度要求苛刻、功能要求多样化的应用领域的热塑性芯材。

Description

热塑性芯材的生产方法和生产设备

技术领域

本发明涉及材料成型技术领域，具体地，涉及一种热塑性芯材的生产方法和生产设备。

背景技术

由热塑性芯材形成的热塑性三明治复合材料的质量轻、强度高，具备优异的比强度、可设计性、可回收利用等优点，在轻载货运、冷链物流、建筑模板和航空物流等领域有广泛应用。

然而，市面上的热塑性芯材的类型很少，大致有两类，一种是圆管蜂窝芯结构，另一者是半封闭折叠蜂窝结构。前者通过挤出较厚壁厚的单根圆管，吹塑形成壁厚小的薄管，将多根薄管叠加成坨后放入烘箱中，加热粘接形成蜂窝体结构。后者通过在持续输出的平面片材上通过吸塑等工艺产生塑性形变，从而形成半蜂窝结构，进而可沿设定方向相互折叠成蜂窝体结构。前者的工艺简单，但生产不连续，生产效率低成本高。后者虽然工艺生产连续，但物料浪费较多。

尤其重要的是，二者的生产工艺中存在吹塑或吸塑过程，导致制件壁厚较薄，无法填充结构填料或功能填料，或者填充填料后容易在后续工艺过程中产生填料破壁，从而导致现有的热塑性芯材在增强结构强度及功能需求多样化方面存在瓶颈。现有生产方式难以在兼顾加工工艺、加工效率和加工成本等情况下，批量化生产出符合需求轻质、重载、多功能的热塑性芯材，以满足需求量和结构强度要求越来越苛刻的各个应用领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的热塑性芯材的生产方法和生产设备，能够低成本、大批量生产出力学性能优异且适于对结构强度要求苛刻的应用领域的热塑性芯材。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种热塑性芯材的生产方法，包括：

沿流水线输出方向持续输出平整的片材或型材；在所述片材或型材的至少部分的塑材表面上加工出沿宽边输出方向重复呈现的非闭合的几何形状体；其中，使得所述片材或型材在相邻的流水线加工设备上形成输出速度差，从而形成沿所述流水线输出方向对所述片材或型材的拉伸取向。

在一些实施方式中，沿所述流水线输出方向，所述片材或型材的任一后序输出速度不小于前序输出速度，并且所述片材或型材包括输出速度大于任何所述前序输出速度的至少一个所述后序输出速度。

其中可选地，在一些实施方式中，所述片材或型材的初始输出速度为V₀且在单个的塑材表面加工设备上的输出速度为V₁，满足：V_O<V₁。

在另一些实施方式中，所述片材或型材的初始输出速度为V₀，且在沿所述流水线输出方向前后布置的两个塑材表面加工设备上的输出速度分别为V₁₁、V₁₂，且满足：V_O<V₁₁<V₁₂或V₀＝V₁₁<V₁₂或V_O<V₁₁＝V₁₂。

可选地，所述片材或型材的材质包括热塑性聚合物、填料填充的热塑性聚合物、纤维增强的热塑性树脂基复合材料和/或塑性形变纸张、钢塑复合物。

进一步地，所述热塑性聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、热塑性聚酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚、热塑性弹性体、多元共聚热塑性塑料、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮和聚酰亚胺中的一种或其中多种的共混物。

可选地，填料填充的所述热塑性聚合物中的填料为蜡、滑石粉、炭黑、白炭黑、高岭土、碳酸钙、硬脂酸、硬脂酸钙、晶须、二氧化钛、氧化铁、颜料、阻燃剂和抗氧剂中的一种或其中多种的组合物。

可选地，纤维增强的所述热塑性树脂基复合材料中的纤维为有机纤维、无机纤维、金属纤维、高分子纤维、植物纤维中的一种或多种。

进一步地，纤维增强的所述热塑性树脂基复合材料中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、钢丝纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维和麻纤维中的一种或者其中多种的组合物。

在一些实施方式中，所述生产方法还包括：

将所述片材或型材切割成沿所述流水线输出方向依次排布且沿宽边输出方向呈带状延伸的多个片材单元；

将各个所述片材单元翻转预设角度并沿所述流水线输出方向将各个所述片材单元层叠拼接成单元组合体。

其中可选地，在一些实施方式中，将各个所述片材单元翻转预设角度并沿所述流水线输出方向将各个所述片材单元层叠拼接成单元组合体包括：

使得翻转后的所述片材单元的长度方向保持沿所述宽边输出方向，所述片材单元的宽度方向与所述流水线输出方向之间形成夹角；

使得层叠拼接成的所述单元组合体中包括通过所述几何形状体拼接形成并沿所述宽边输出方向依次分布的多个轴孔结构，所述轴孔结构包括轴向贯通孔和围绕所述轴向贯通孔的周向封闭的轴孔周壁。

可选的，所述轴孔周壁的最小厚度不小于0.1mm。

可选的，任意形状的所述轴向贯通孔的外接圆的直径不小于1mm。

可选的，任意形状的所述轴向贯通孔的孔轴长与该轴向贯通孔的外接圆的直径之比不大于200。

在一些实施方式中，所述生产方法还包括：

使得当所述片材或型材的片材表面的垂直方向为承受压缩载荷方向时，所述单元组合体的材料体积利用率不低于60％，优选的，材料体积利用率不低于80％；

和/或，在所述单元组合体的平行于所述片材表面的芯材横截面上，平面空隙率不低于40％，进一步的，所述平面空隙率不低于60％。

根据本发明的第二方面，提供了一种热塑性芯材的生产设备，包括：

热塑材料成型设备，用于沿流水线输出方向持续输出平整的片材或型材；塑材表面加工设备，用于对所述片材或型材加工以在至少部分的塑材表面上加工出沿宽边输出方向重复呈现的非闭合的几何形状体；其中，所述热塑材料成型设备与所述塑材表面加工设备之间和/或所述塑材表面加工设备之间形成有输出速度差，以形成沿所述流水线输出方向对所述片材或型材的拉伸取向。

在一些实施方式中，所述塑材表面加工设备为一个，所述塑材表面加工设备的输出速度V1大于所述热塑材料成型设备的初始输出速度V0。

在另一些实施方式中，所述塑材表面加工设备为多个且至少包括沿所述流水线输出方向前后排布的第一塑材表面加工设备和第二塑材表面加工设备；其中，所述热塑材料成型设备的初始输出速度为V0，所述第一塑材表面加工设备和第二塑材表面加工设备的各自输出速度分别为V11和V12，且满足：VO<V11<V12或V0＝V11<V12或VO<V11＝V12。

可选地，所述塑材表面加工设备为压辊组件。

在一些实施方式中，所述塑材表面加工设备包括用于加工出所述几何形状体的几何形状体成型组件和/或用于对所述几何形状体定型的塑形组件。

在一些实施方式中，所述生产设备还包括：

裁切组件，用于沿所述宽边输出方向切割加工后的所述片材或型材，以形成沿所述流水线输出方向等宽地依次排列且沿所述宽边输出方向呈带状延伸的多个片材单元；导向定位组件，用于将各个所述片材单元翻转预设角度，使得翻转后的所述片材单元的长度方向保持沿所述宽边输出方向，所述片材单元的宽度方向与所述流水线输出方向之间形成夹角；以及层叠拼接组件，用于沿所述流水线输出方向归拢依次排布的各个所述片材单元以层叠拼接成单元组合体，使得层叠拼接成的所述单元组合体中包括通过所述几何形状体拼接形成并沿所述宽边输出方向依次分布的多个轴孔结构，所述轴孔结构包括轴向贯通孔和围绕所述轴向贯通孔的周向封闭的轴孔周壁。

在本发明方法中，通过在加工片材或型材的相邻的流水线加工设备上形成输出速度差，从而形成沿流水线输出方向对片材或型材的拉伸取向，即使得片材或型材在加工过程中的分子链、填充材料或者增强材料等沿承受重载的方向取向，以使其承载方向的力学性能得到增强；并且可流水线操作，一体化生产，生产效率高，可大规模生产应用，降低生产成本，而且可获得理想的大壁厚，可实现各种增强材料和功能材料的填充，防止填料破壁，从而可应用于对热塑性芯材的结构强度要求苛刻的各个应用领域中。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1a展示了根据本发明的第一实施例的热塑性芯材的立体结构，其中的轴向贯通孔为正六边形蜂窝孔；

图1b为图1a的单元组合体中的完整的单个片材单元体的立体图，由相邻的两个片材单元拼接组成；

图1c为图1a的主视图；

图1d为图1c的俯视图；

图1e为构成图1a中单元组合体的最小组成单元的片材单元的立体图；

图2a、图2b分别展示了根据本发明的第二实施例的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔为腰形孔，且对接的接触表面形成平面接触；

图3a、图3b分别展示了根据本发明的第三实施例的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔为腰形孔，且对接的接触表面形成弧面接触；

图4a、图4b分别以立体图、主视图的视角展示了根据本发明的第八实施例的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔有多种形状，相邻的片材单元的结构形状不同；

图5为根据本发明的第九实施例的热塑性芯材的主视图；

图6展示了片材单元的分层结构示意图；

图7a至7a’中阴影部分分别图示了热塑性芯材的结构为全贯通且承载受力方向为图中竖直方向时，承载壁的总横截面面积和有效部分的横截面面积；

图7b至7b’中阴影部分分别图示了热塑性芯材的结构为一头存在缺陷且承载受力方向为图中竖直方向时，承载壁的总横截面面积和有效部分的横截面面积；

图7c至7c’中阴影部分分别图示了热塑性芯材的结构为两头存在缺陷且承载受力方向为图中竖直方向时，承载壁的总横截面面积和有效部分的横截面面积；

图7d至7d’中阴影部分分别图示了热塑性芯材的结构为中间缺陷且承载受力方向为图中竖直方向时，承载壁的总横截面面积和有效部分的横截面面积；

图7e至7e’中阴影部分分别图示了热塑性芯材的结构为组合型缺陷且承载受力方向为图中竖直方向时，承载壁的总横截面面积和有效部分的横截面面积；

图8为根据本发明的具体实施例中，热塑性芯材的生产方法的流程示意图；

图9、图10为应用于图8的生产方法中的不同生产设备的结构示意图；

图11为图10的俯视图；

图12为图10的主视图。

附图标记说明

100 单元组合体 101 轴向贯通孔

102 高点 103 低点

104 几何形状体 105 几何内孔

106 几何间隔孔

1 热塑材料成型设备 2’ 塑材表面加工设备

3 胶枪 4 裁切组件

5 导向定位组件 6 层叠拼接组件

5a 正向转向器 5b 反向转向器

10 片材 10’ 型材

11 波峰带 12 波谷带

20 片材单元带 30 片材单元

31 平整片材单元 32 几何片材单元

D1 第一方向 D2 第二方向

D3 第三方向 Z 流水线平台垂直方向

X 流水线输出方向 Y 宽边输出方向

a 夹角

W 宽度方向 L 长度方向

OO' 几何内孔中心线 PP’ 旋转轴线

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

下面参考附图描述根据本发明的热塑性芯材及其生产方法和生产设备。

参见图1a至图1e，以不同角度和方式图示了根据本发明的第一实施例的热塑性芯材的结构。

在第一实施例中，热塑性芯材在外形上展示为蜂窝体形状，即图1a所示的单元组合体100。在组成结构上，该单元组合体100由沿第一方向D1延伸且沿第二方向D2层叠拼接的多个片材单元30组合而成。其中，至少部分的片材单元30的片材表面形成有沿第一方向D1依次分布的非闭合的几何形状体104。在外形形状上，如图1a、图1c所示，由片材单元30拼接组成的单元组合体100包括通过几何形状体104拼接形成并沿第一方向D1分布的多个轴孔结构，轴孔结构包括轴向沿第三方向D3的轴向贯通孔101和围绕轴向贯通孔101的周向封闭的轴孔周壁。

本发明的热塑性芯材中，片材单元30可分为平整片材单元31和片材表面形成有几何形状体104的几何片材单元32两种。平整片材单元31的片材表面上未加工出几何形状体104，从而片材表面呈平整状，几何片材单元32的片材表面上则加工有几何形状体104。在图示的各个实施例中，同一个几何片材单元32上的多个几何形状体104的形状结构均相同，即几何形状体104沿第一方向D1依次重复呈现，但本发明不限于此，每个几何片材单元32上的多个几何形状体104的形状结构也可不相同。而且，组成单元组合体100的各个几何片材单元32上的几何形状体104可相同，也可不同。在附图所示的第一实施例至第七实施例中，构成单元组合体100的各个片材单元30均为几何片材单元且各个几何片材单元32上的几何形状体104的结构形状均相同。第八实施例中的各个片材单元30均为几何片材单元，但包括沿D2方向交替层叠布置的两种不同类型的几何片材单元，即单元组合体100包括几何形状体104不同的至少两种几何片材单元32。图9的第九实施例中，则通过沿D2方向交替层叠布置的平整片材单元31和几何片材单元32构成。

在外形形状上，单元组合体100中至少形成有沿第一方向D1分布的多个轴孔结构，多个轴孔结构可呈一行或多行分布，每个轴孔结构均包括轴向沿第三方向D3的轴向贯通孔101和围绕轴向贯通孔101的周向封闭的轴孔周壁。其中，每个轴孔结构可由至少一个几何形状体104与相应的封闭该至少一个几何形状体104的非闭合开口的内孔周向闭合结构而组成。封闭几何形状体104的非封闭开口的内孔周向闭合结构可以是相邻的片材单元30中的平整片材，也可以是相邻的片材单元30中的包括部分几何形状体104在内的非平整片材。

关于非闭合的几何形状体104，定义为形成为在片材单元30的片材表面沿第二方向D2隆起的几何凸起部，几何凸起部内形成有轴向沿第三方向D3贯通且在片材表面呈非闭合状的几何内孔105。几何形状体104可以是形成在片材表面的压制成型结构，此时几何内孔105则为压制成型孔，几何内孔105在片材表面形成为非闭合状态。

根据加工方式和加工方向(单向或双向)的不同，几何形状体104可形成在同一片材表面，也可形成在片材的相对的两个片材表面上，即分别从片材顶面和片材底面沿第二方向D2朝向相反方向隆起。当几何形状体104同时形成在片材顶面和片材底面时，则部分的几何形状体104从片材顶面朝向片材底面凸起，另一部分的几何形状体104从片材底面朝向片材顶面凸起。

以下结合附图的说明中，为便于理解不易混淆，均以单向加工为例，即几何形状体104均形成在统一片材表面上，要么统一从片材顶面朝向片材底面凸起，要么统一从片材底面朝向片材顶面凸起。因此图1d、图1e中标示的几何形状体104均朝向第二方向D2的单一方向呈凸起状，即都从片材顶面朝向片材底面凸起，从而几何形状体104上都形成有低点103。但本领域技术人员能够理解的是，若采用双向加工，则图1d、图1e中位于标示的相邻两个几何形状体104之间且形成有高点102的部分也为几何形状体，只是与形成有低点103的几何形状体的加工方向(或凸起方向)相反，此时几何间隔孔106也是几何内孔。

但无论是定义几何形状体104为单向凸起或可为双向凸起，如图1e所示，在外形上，加工出几何形状体104后，片材单元30上形成有沿第一方向D1交替间隔分布的高点102和低点103，高点102和低点103可以是平面或者线，以与相邻的片材单元30之间构成平面接触或线状接触。

以下为便于理解，将片材单元30视为通过在平整片材上采用单向加工而形成各个几何形状体104，以图1d、图1e为例，几何形状体104沿第一方向D1间隔排布，均为从片材单元30的片材顶面向下凸出的几何凸起部，即半六面体凸起，从而几何内孔105在朝向片材顶面的顶侧形成非封闭的开口状。几何内孔中心线OO'沿第三方向D3。此时，相邻的几何形状体104之间还可形成非封闭的几何间隔孔106，几何内孔105与几何间隔孔106的非封闭开口朝向相反。附图所示的九个实施例中，几何形状体104均统一地从片材单元30的片材顶面向下凸出成型，如图1e所示。因此，高点102所在平面为片材顶面，低点103为几何形状体104的凸点。

多个片材单元30在第二方向D2层叠排列时，若以几何形状体104的凸起方向为正向，则片材单元30可正向摆放也可反向摆放，只要能够拼接成带有沿第一方向D1的依次分布的轴孔结构的单元组合体100即可。

在拼接成单元组合体100时，参照图1b、图4b和图5，任意相邻的第一片材单元和第二片材单元中，第一片材单元和第二片材单元中的至少一个为几何片材单元，在由几何片材单元拼接形成的轴孔结构中，每个轴向贯通孔101包括第一片材单元上的至少一个第一几何形状体的第一几何内孔，每个轴孔结构均包括第一片材单元上的至少一个第一几何形状体和第二片材单元上用于沿周向封闭第一几何形状体的第一几何内孔的内孔周向闭合结构，内孔周向闭合结构为平整壁或包括至少部分的第二几何形状体。

作为具体示例，在第一实施例至第七实施例中，片材单元30上的几何形状体104均统一地从片材单元30的片材顶面向下凸出成型，所有几何形状体104均结构形状相同。如图1c所示，沿第二方向D2排布时，各个片材单元30的几何形状体104沿第二方向D2的同一朝向(图中向下)布置，任意相邻的第一片材单元和第二片材单元的对齐方式为：使得第一片材单元上的第一几何形状体与第二片材单元的第二几何形状体沿第二方向D2错开，即非对齐状态。同时，第一几何形状体与第二几何形状体沿第一方向D1依次交替布置。这样，如图1b、图1c所示，轴向贯通孔101由一个几何内孔105与沿第二方向D2对齐的几何间隔孔106拼合而成。此时，该几何形状体104的内孔周向闭合结构包括相邻的片材单元30上的片材平整壁及其两侧的部分的几何形状体104。当然，在片材单元30的各个几何形状体104的形状结构相同且等间隔布置时，此时适当移动调整沿第一方向D1的对齐位置，也可形成合适的单元组合体100。

在图4b中，显然部分的轴向贯通孔101包括一个几何内孔105，部分的轴向贯通孔101包括两个几何内孔105。在图5中，则每个轴向贯通孔101包括一个几何内孔105，且内孔周向闭合结构为平整片材单元31。

另外需要说明的是，本发明的单元组合体100中沿第一方向D1依次分布的轴向贯通孔101不限于包括几何内孔105的第一类轴向贯通孔101，也可存在不包括几何内孔105，而仅包括几何间隔孔106的第二类轴向贯通孔101，如图9所示。但单元组合体100中至少包括一行或多行的多个由几何内孔105构成的第一类轴向贯通孔101。

在第一实施例中，单元组合体100为长方体形状，第一方向D1与第二方向D2垂直且分别为单元组合体100的两个边长方向，第二方向D2垂直于片材单元30的片材表面，轴向贯通孔101沿单元组合体100的厚度方向贯通，即几何内孔中心线OO'沿单元组合体100的厚度方向。图1a所示的第一方向D1为单元组合体100的长度方向，第二方向D2为单元组合体100的宽度方向，第三方向D3为单元组合体100的厚度方向，但各方向定位可以互换，本发明不限于此。而且第一方向D1、第二方向D2与第三方向D3中彼此两两之间也不限于形成直角夹角，例如第三方向D3与第一方向D1或第二方向D2可形成锐角夹角，即几何内孔105为相对于第一方向D1和第二方向D2定义的芯材横截面的倾斜孔，而非垂直孔。

其中，构成单元组合体100的最小单元即片材单元30，为构成如图1b所示的单元组合体100的一个完整蜂窝单元体的对半部分。在第一实施例中，各个片材单元30的结构形状相同，均包括在第一方向D1上依次交替分布的如图1a所示的高点102和低点103。因此，沿第二方向D2彼此拼接时，一个片材单元30的高点102应与一侧相邻的另一片材单元30的低点103抵接，从而拼接成整个单元组合体100。

其中，为构成完整的单元组合体100，作为最小组成单元的片材单元30之间的接合方式可以是多样化的，例如对接的高点102与低点103之间的接触部可通过胶体胶接方式完成，构成间接连接，也可通过高温熔融以粘接完成，形成直接连接，因此二者之间可形成有胶接层或熔融粘接层。以下还将结合生产方法和生产设备进行具体阐述。当然本发明也不限于此，还可以是其他任何可行的粘接方式。

附图所示的第二实施例、第三实施例均与第一实施例相同，即各片材单元30的形状结构都相同，构成同型组合拼接。

在第二实施例中，单元组合体100的轴向贯通孔101为腰形孔，或称椭圆形孔、跑道孔等等，以下统称腰形孔。在第三实施例中，单元组合体100的轴向贯通孔101也为腰形孔。不同的是，在第二实施例中，对接的高点102与低点103之间形成沿第一方向D1的平面接触，在第三实施例中，对接的高点102与低点103之间形成弧面接触，即第三实施例中的接触部的结合面的面积小于第二实施例中的接触部的结合面的面积。

综上可见，在各个片材单元30的形状结构都相同时，只需在沿第一方向D1的两端对齐的多个片材单元30的基础上，将各片材单元30围绕平行于第一方向D1的旋转轴线(例如片材单元30的长边)翻转，其中，使得任意相邻的两个片材单元30的翻转方向相反，从而一个片材单元30上的几何形状体104与反向翻转后的另一片材单元30上的几何形状体104沿第二方向D2对齐并一体连接。其中，反向翻转后的片材单元30中，高点和低点的位置互换。当然，也可将任意相邻的两个片材单元30围绕平行于第一方向D1的旋转轴线(例如片材单元30的长边)翻转且翻转方向一致，进而沿第一方向D1移动调节以错开一定距离，从而如前所述地，使得第一片材单元上的第一几何形状体与相邻的第二片材单元上的第二几何形状体沿第一方向D1依次交替布置。由此，基于上述任一排列翻转规则，可严格对应地形成整个单元组合体100。

图4a和图4b所示的第四实施例不同于第一实施例至第七实施例中的任意一个。在第四实施例中，构成单元组合体100的各个片材单元30的形状结构均不同，即至少包括两种类型的几何片材单元，构成异型片材单元的组合拼接。例如，图4b所示的一种片材单元30中的几何内孔105为半正六边形孔的形状，另一种片材单元30中的几何内孔105为半菱形孔的形状，而且两种片材单元30中的几何形状体104沿第一方向D1的跨度可不同。

需要说明的是，以上构成异型片材单元的组合拼接时，还可以是其他的例如半菱形孔与半腰形孔拼接成轴向贯通孔101。另外，片材单元30之间的接触部的接触面不限于同类型面相接，也可以是例如平面与弧面的对接等等。在单元组合体100中，轴向贯通孔101的形状不限于附图所示的各个形状，也可以是菱形、正四边形、圆形等等，在此不再展开细述。

另外，片材单元30可以为单层片材结构，也可以是多层片材结构。如图6所示，几何片材单元31包括A、B、C三层，各层材料可相同也可不同。其中相邻两层的材质相同时，可视为同一层。当相邻的几何片材单元31结合成为单元体组合体100时，组合方式可以为A-A-C-C接触，即几何片材单元31的A层与一侧相邻的几何片材单元31的A层结合，同时所述几何片材单元31的C层与另一侧相邻的几何片材单元31的C层结合。当然也可以是例如A-C-A-C或者A-A-C-C-A-C的结合方式，也还可以为上述方式两者或两者以上的组合。当组合方式中存在A-C结合时，此时邻近的几何片材单元31之间可相互错开一定的距离而后结合。

以上结合附图阐述了组成结构简单新颖的蜂窝形状的热塑性芯材，其通过单个片材单元30以简单规则排列、聚合即可形成芯材，便于加工制造，降低成本，以下还将细述。但本发明的热塑性芯材的优点不限于此，更重要的是，由于以下将阐述的加工便利性，根据本发明的热塑性芯材的壁厚可具有较大的壁厚，可填充其他增强材料等，从而实现高强度，尤其适于重载领域等。

现有的圆管蜂窝或半封闭折叠蜂窝的热塑性芯材在成型过程中都需要采用吸塑或吹塑工艺，由于热塑性材料的成型受材质塑性性能和加工压力等各方面原因的限制,吸塑或吹塑工艺不宜用来加工结构形状复杂以及壁厚较大的制品。这就限制了蜂窝孔的最大孔壁，而且工艺流程不连续，加工效率低、成本高。在最大壁厚受限时，中间填充材料容易产生破壁，从而破坏芯材的结构，形成不合格品。在本发明的实施例中，片材单元30均由平整的片材10压制成型或直接挤压出型材10’，无吹塑或吸塑环节，从而无壁厚方面的工艺限制。参见图1b，在轴向贯通孔101中，轴向贯通孔101的轴孔周壁分为接触部壁厚和非接触部壁厚，在本发明的热塑性芯材中，轴向贯通孔101的轴孔周壁的最小厚度应不小于0.1mm，轴孔周壁的最大厚度不受限于加工工艺。

此外，可将任意形状的轴向贯通孔101的外接圆的直径优选设置为不小于1mm；和/或，可将任意形状的轴向贯通孔101的孔轴长与该轴向贯通孔101的外接圆的直径之比优选设置为不大于200，以使得芯材获得更佳的重载轻质效果。

轴孔周壁的厚度可通过增加加压在片材10上的成型压力(例如增大成型辊对的压力等)或增大片材10的成型挤出压力等实现加厚。在片材10或型材10’能保证足够的壁厚厚度时，即能摆脱传统生产工艺的限制，则在片材10或型材10’中添加的填充材料可选择的种类更多，且在加工过程中不会产生破壁，大大提高了生产效率和拓展了产品的多样化生产范围。

相对于传统钢和铝等金属成型材料，热塑性材料具有质量轻、耐腐蚀、绝缘性好、易粘结和焊接等优点。此外，塑料板材容易回收，便于二次加工，可以节约资源。目前，热塑性材料正组件替代传统金属材料，可以用于建筑、交通、容器等领域。

在本发明中，片材单元30的材质采用热塑性材料，而非铝、铁等金属成型材料，以实现自身轻量化，因此片材单元30的材料可包括热塑性聚合物、填料填充的热塑性聚合物、纤维增强的热塑性树脂基复合材料和/或塑性形变纸张、钢塑复合物等等。作为示例，热塑性聚合物可以为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、热塑性聚酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚、热塑性弹性体、多元共聚热塑性塑料、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮和聚酰亚胺中的一种或其中多种的共混物。填料填充的所述热塑性聚合物中，填料可以为有机物、无机物、或者两者均有，具体地，填料可以为蜡、滑石粉、炭黑、白炭黑、高岭土、碳酸钙、硬脂酸、硬脂酸钙、晶须、二氧化钛、氧化铁、颜料、阻燃剂和抗氧剂中的一种或其中多种的组合物。纤维增强的所述热塑性树脂基复合材料中的纤维可以为有机纤维、无机纤维、金属纤维、高分子纤维、植物纤维中的一种或多种。纤维增强的所述热塑性树脂基复合材料中的纤维可以为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、钢丝纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维和麻纤维中的一种或者其中多种的组合物。

如图6所示，片材单元30或用于加工成型出片材单元30的片材10或型材10’可以是单层结构或多层结构，例如图示的三明治夹层结构，其中可包括中间填充材料层，例如图示的B层。中间填充材料层可以是增强型填充材料和/或功能填充材料。增强型填充材料可显著增强芯材强度，还可以填充功能填充材料，诸如阻燃材料和/或隔音材料，以实现阻燃、隔音等功能。这种带有填充材料的可实现较大壁厚的热塑性芯材，可很好地应用于对轻质高强要求较高的各个领域中，例如载重越来越大的各种运载车辆中，尤其是重载电力运煤火车，或续航能力不足而需减轻车体的电动物流车等。

为获得符合要求的能够实现轻质重载的热塑性芯材，在图1a所示的成型后的单元组合体100中，可通过设置较多的作为减质孔的轴向贯通孔101以实现轻量化。参照图1a，在单元组合体100的由第一方向D1与第二方向D2定义且与单元组合体100实体相交的任一平面，即单元组合体100的任一横截面平面中，平面空隙率应不低于40％，进一步的，平面空隙率应不低于60％。在单元组合体100的上述横截面平面中，所述平面空隙率即各个轴向贯通孔101的孔截面面积总和与所述横截面平面的总平面面积之比。

在轻量化的同时，为实现重载，除了材料选择，还应提高材料体积利用率，即沿载荷受力方向，能够承受载荷的有效部分与整体部分的质量比或体积比。通俗而言，沿载荷受力方向真实受力部分为承受载荷的有效部分，而垂直于载荷受力方向的材料部分或空洞部分则为承受载荷的无效部分，无效部分的材料体积利用率为0。作为示例，在图1a中，当第三方向D3为承受压缩载荷方向时，单元组合体100的材料体积利用率不低于60％，优选的，材料体积利用率不低于80％。

其中，关于材料体积利用率的定义，当材料承受压缩载荷时，沿着载荷方向具备实体材料且实体材料累计高度大于等于95％该方向材料的最高高度部分的材料体积与材料总体积之比即为材料体积利用率。由于材料通常难以为规则形状，存在两头缺陷、中间缺陷或者其他组合型缺陷等，为了便于理解，同时结合专利发明内容，此处将可能遇到的情况分为五类，第一类为全贯通，第二类为一头存在缺陷，第三类为两头存在缺陷，第四类为中间存在缺陷，第五类为组合型。

具体地，图7a～图7e’分别图示了上述五类情况的计算说明，其中，压缩载荷方向均为为Y方向，Y₀为材料最高高度，Y₁为具备实体材料的高度，Y₂为缺陷高度，材料体积利用率均为S₁/S₀，S₀为全域面积，S₁为有效面积，S₀计算公式为S₀＝∑dxdy。对于五类情况的有效面积S₁的计算说明，以下将一一述及。需要说明的是，为了简便定义材料体积利用率，材料体积利用率的定义采用横截面面积指称材料体积，如在图示中未标注的Z方向中横截面与现有图示均相同，此时可以采用S₀代替材料总体积，S₁代替材料有效体积；如沿Z方向横截面与现有图示不相同，则总体积为实际体积，而有效体积则为任意一横截面满足上述定义的有效横截面的实体的体积之和。并且，考虑到材料在未破坏时，在载荷作用下会发生一定的变形，使得原本累计高度略低于最高高度也能承受载荷，但材料的变形量是有限的，故规定累计高度大于等于95％的该方向材料的最高高度，即Y₁≥0.95Y₀，Y₂≤0.05Y₀。

当热塑性芯材的结构为全贯通时，参见图7a、图7a’，图7a的阴影部分展示了承载壁的总横截面，该承载壁的总横截面面积为S₀；在载荷方向能贡献支撑力的承载壁的有效部分为图7a’的阴影部分，其面积为S₁，S₁＝S₀＝∑dxdy。当热塑性芯材的结构为一头存在缺陷时，参见图7b、图7b’，图7b的阴影部分展示了承载壁的总横截面，该承载壁的总横截面面积为S₀；在载荷方向能贡献支撑力的承载壁的有效部分为图7b’的阴影部分，其面积为S₁，S₁＝∑dxdy∣Y₀≥y≥Y₁。当热塑性芯材的结构为两头存在缺陷时，参见图7c、图7c’，图7c的阴影部分展示了承载壁的总横截面，该承载壁的总横截面面积为S₀；在载荷方向能贡献支撑力的承载壁的有效部分为图7c’的阴影部分，其面积为S₁，S₁＝∑dxdy∣Y₀≥y≥Y₁。当热塑性芯材的结构为中间缺陷时，参见图7d、图7d’，图7d的阴影部分展示了承载壁的总横截面，该承载壁的总横截面面积为S₀；在载荷方向能贡献支撑力的承载壁的有效部分为图7d’的阴影部分，其面积为S₁，S₁＝∑dxdy∣Y₀≥y≥Y₀-Y₂。当热塑性芯材的结构为组合型缺陷时，参见图7e、图7e’，图7e的阴影部分展示了承载壁的总横截面，该承载壁的总横截面面积为S₀；在载荷方向能贡献支撑力的承载壁的有效部分为图7e’的阴影部分，其面积为S₁，S₁＝∑dxdy∣Y₀≥y≥Y₁且Y₀≥y≥Y₀-Y₂。

为加工出上述蜂窝状的热塑性芯材，图8所示的实施例中，提供了热塑性芯材的一种生产方法。以下均结合图1a至图1e所示的具有正六面蜂窝孔形状的轴向贯通孔101的单元组合体100为例，来阐述该单元组合体100的加工成型过程。

参见该流程示意图，并结合图9以及图1a至图1e所示的具有正六面孔形状的轴向贯通孔101的单元组合体100，本发明的热塑性芯材的生产方法包括步骤：

S171、沿流水线输出方向X持续输出平整的片材10或型材10’；

S172、在片材10或型材10’的至少部分的塑材表面上加工出沿宽边输出方向Y重复呈现的非闭合的几何形状体104；其中，使得片材10或型材10’在相邻的流水线加工设备上形成输出速度差，从而形成沿流水线输出方向X对片材10或型材10’的拉伸取向。

本实施例中的生产方法实现了热塑性芯材的连续生产，生产效率可大大提升，从而能够大幅降低生产成本。并且本发明的热塑性芯材的生产方法通过在加工片材10或型材10’的相邻的流水线加工设备上形成输出速度差，从而形成沿流水线输出方向对片材10或型材10’的拉伸取向，即使得片材10或型材10’的分子链、填充材料或者增强材料等沿拉伸方向进行取向，以使得单元组合体100拉伸方向的力学性能大大增强。故本发明的新型的热塑性芯材的生产方法能生产出力学性能更优异且适于对结构强度要求更苛刻的应用领域的热塑性芯材。与此同时，参见图9，本发明的热塑性芯材的连续生产也不会产生任何材料浪费，可实现节约型生产。

具体地，本发明的热塑性芯材的生产方法可细分为第一生产方法和第二生产方法，第一生产方法可包括步骤：

S1711、沿流水线输出方向X持续输出平整的片材10；

S1712、在片材10的至少部分的塑材表面上加工出沿宽边输出方向Y重复呈现的非闭合的几何形状体104。

其中，S1712在片材10上可加工出几何形状体104，也可形成部分未加工的平整片材。图9展示了在片材10的整个片材表面上加工出几何形状体104，几何形状体104沿流水线输出方向X连续延伸以形成几何形状带。图9中所示的几何形状带包括沿宽边输出方向交替布置且沿流水线输出方向延伸的波峰带11和波谷带12。

可选择地，本发明的热塑性芯材的生产方法也可通过直接成型并挤出型材10’，即第二生产方法可包括步骤：

S1711’、沿流水线输出方向X持续输出片状的型材10’，所述型材10’的整个片材表面上成型有沿宽边输出方向Y重复呈现的非闭合的几何形状体104，几何形状体104沿流水线输出方向X连续延伸以形成几何形状带；

S1712’、在型材10’的几何形状带的塑材表面上进一步进行塑性加工。

其中，直接挤出的型材10’参见图10，可采用型材挤出方式连续挤出，且直接挤出的型材10’也可通过挤出口下游设置是压辊组件进行塑形，以强化几何形状体104的结构。

此外，片材10或型材10’的输出加工方式为挤出、压延、流延或辊压加工等等，几何形状体104的加工方式可采用辊式模具挤压、板状模具挤压或链式模具挤压等。

需要说明的，对于S172，流水线加工设备可例如为热塑材料成型设备1和塑材表面加工设备2’，还可为其他能改变片材10或型材10’的输出速度的生产加工设备，本发明不限于此。其中，热塑材料成型设备1可通过挤出、压延、流延或辊压加工方式加工并输出片材10或型材10’，则片材10或型材10’在热塑材料成型设备1的输出速度可为片材10或型材10’的挤出成型速度、压延成型速度、流延成型速度或辊压对的外圆周成型线速度等。塑材表面加工设备2’可采用例如辊式模具挤压或链式模具挤压等，则片材10或型材10’在塑材表面加工设备2’的输出速度可为辊压对的外圆周成型线速度或链式模具的外周成型线速度等。

在加工片材10或型材10’的相邻的流水线加工设备上形成输出速度差时，相邻的流水线加工设备之间片材10或型材10’则被沿流水线方向进行拉伸。在此拉力的作用下，片材10或型材10’中原本无序分布的分子链、填充材料或者增强材料等沿拉力作用的方向进行有序排列，即沿拉力方向进行取向，由此使得片材10或型材10’的力学性能产生各向异性并在取向方向得到大大的增强。一般蜂窝芯体产品主要承受沿第三方向D3(也就是沿几何内孔中心线OO'的方向)的载荷，在本发明的实施方式中，如图9、图10中所示的本发明的热塑性芯材的生产流水线，即组成单元组合体100的片材10或型材10’承受载荷的方向为流水线输出方向X。换言之，片材10或型材10’的取向方向即为本发明的热塑性芯材的承受载荷的方向，即本发明的生产方法生产的热塑性芯材在承受载荷的方向上拥有更好的力学强度。

为了防止片材10或型材10’在输出流水线上堆积和保证片材10或型材10’流畅输出，沿流水线输出方向X，片材10或型材10’的任一后序输出速度不小于前序输出速度。其中，对于片材10或型材10’在输出流水线上的任意两个速度，定义相对靠近输出流水线上游的输出速度为前序输出速度，相对靠近输出流水线下游的输出速度为后序输出速度。并且，为了使得片材10或型材10’沿流水线输出方向进行取向，需在输出流水线上形成至少一个输出速度差以对片材10或型材10’进行拉伸取向，换言之，需保证片材10或型材10’包括输出速度大于任何前序输出速度的至少一个后序输出速度即可。

具体地，定义片材10或型材10’在输出流水线上的最上游的输出速度为初始输出速度为V₀，在一些实施方式中，若在输出流水线下游设置有单个塑材表面加工设备2’，则片材10或型材10’在该单个塑材表面加工设备2’的输出速度V₁大于片材10或型材10’的初始输出速度为V₀，即可对片材10或型材10’进行拉伸取向。

在另一些实施方式中，若在输出流水线下游设置有两个塑材表面加工设备2’，前置的塑材表面加工设备2’的输出速度为V₁₁，后置的前置的塑材表面加工设备2’的输出速度为V₁₂，其中，靠近输出流水线上游为“前”，靠近输出流水线下游为“后”，则片材10或型材10’在输出流水线上的输出速度满足：V_O<V₁₁<V₁₂或V₀＝V₁₁<V₁₂或V_O<V₁₁＝V₁₂，即可对片材10或型材10’进行拉伸取向。

可选地，在一些实施方式中，本发明的热塑性芯材的生产方法在完成步骤S1712或S1712’后，还可包括步骤S173和S174：

S173、将片材10或型材10’切割成沿流水线输出方向X依次排布且沿宽边输出方向Y呈带状延伸的多个片材单元30；

S174、将各个片材单元30翻转预设角度并沿流水线输出方向X将各个片材单元30层叠拼接成单元组合体100。

即在加工出具有几何形状体104的片材10或型材10’后，再进行型材切割，以形成片材单元30。其中，部分未加工有几何形状体104的片材10切割后可形成平整的片材单元31。需要说明的是，图10所示的连续挤出型材10’的方式只能在后续的切割过程加工出几何片材单元30，而难以在后续的切割过程同时加工出几何片材单元30和平整片材单元31。

为实现片材单元30的粘接，本发明方法还可包括在几何形状体104的接触表面涂覆胶接层。例如图9、图10中所示的胶枪3，可沿流水线输出方向X一次性整体涂胶，操作方便快捷。

为便于在片材10上直接加工出片材单元30，在步骤S172中，片材单元30中的几何内孔105的几何内孔中心线OO’平行于流水线输出方向X，即压辊的旋转轴线沿宽边输出方向Y布置；在步骤S174中，片材单元30翻转后，当流水线输出方向X的流水线作业平台为水平台面时，所形成的片材单元30的各自的几何形状体104的的几何内孔中心线OO’应与片材10的片材表面形成有夹角a，即片材单元30的宽度方向W与流水线输出方向X之间形成的夹角a，也是翻转的预设角度，该夹角a的取值范围可为包括端点值在内的20°～160°。

在步骤S174中，将片材单元30翻转后，任意相邻的片材单元30应排列成沿流水线输出方向X彼此拼接时能够形成沿宽边输出方向Y依次间隔的多个周向封闭的轴向贯通孔101。在一种可行的翻转方式中，使任意相邻的两个片材单元30的翻转方向相反且翻转的预设角度均为90°，翻转后的各个片材单元30呈板板对置式的格栅板状分布。由于加工的一致性，在理想状况下可确保如此翻转后所形成的相邻的两个片材单元30彼此对齐，但也需要防止片材单元30翻转时或翻转前后沿宽边输出方向Y的滑动、微移等。

具体地，为实现在步骤S174中的翻转操作，将切割后沿流水线输出方向X依次排列的多个片材单元30依次围绕沿宽边输出方向Y的旋转轴线PP’交替正向翻转和反向翻转各90°。例如参见图9、图10，其中的导向定位组件5包括沿流水线输出方向X依次布置且均沿宽边输出方向Y延伸的正向转向器5a和反向转向器5b，一个片材单元30通过正向转向器5a正向翻转90°，即可立于输送带表面上，紧接着的另一个片材单元30通过反向转向器5b反向翻转90°，也可立于输送带表面上。

在一种具体实施方式中，在步骤S174中，可将翻转后的片材单元30沿流水线输出方向X交替放置在作为层叠拼接组件6的输送带上，通过控制输送带的间歇停止工作、控制输送速度的大小变化、或者设置下游端的止挡部件等各种方式，可使得片材单元30产生沿流水线输出方向X的滑移移动并抵接和相互胶接成单元组合体100。当然，也可通过设置沿流水线输出方向X的专门的收拢组件来实现相邻的片材单元30沿流水线输出方向X的靠近、粘接。

为实现片材单元30的粘接，也可使得任意相邻的片材单元30之间的接触部熔融粘接以连接成单元组合体100。熔融粘接方式可以为热熔拼接、超声拼接或红外拼接等等。

在通过本发明方法形成的单元组合体100中，包括通过几何形状体104拼接形成并沿宽边输出方向Y依次分布的多个轴孔结构，轴孔结构包括轴向贯通孔101和围绕轴向贯通孔101的周向封闭的轴孔周壁。持续挤出的片材10或型材10’的厚度均不小于0.1mm，可为包括中间填充材料层的夹层结构。中间填充材料层可以是各类型的增强型填充材料和/或功能填充材料等等。

片材10的热塑性材料选择及可能的分层结构等以上已有述及，在此不再重复赘述。此外，如前所述的，在输出片材10和加工片材单元30时，应注意使得组合成型后的片材单元30符合特定参数要求，达到所需的轻质重载功能。例如，使得当片材10的片材表面的垂直方向为承受压缩载荷方向时，单元组合体100的材料体积利用率不低于60％，优选的，材料体积利用率不低于80％；和/或，在单元组合体100的平行于片材10的片材表面的芯材横截面上，平面空隙率不低于40％，进一步的，所述平面空隙率不低于60％。

对应于上述实施例中的热塑性芯材的第一生产方法，相应提供了一种热塑性芯材的生产设备，如图9所示，该生产设备包括：

热塑材料成型设备1，用于沿流水线输出方向X持续输出平整的片材10；

塑材表面加工设备2’，用于在整个片材10的至少部分的片材表面上加工出沿宽边输出方向Y重复呈现的非闭合的几何形状体104；其中，热塑材料成型设备1与塑材表面加工设备之间和/或塑材表面加工设备2’之间形成有输出速度差以形成沿流水线输出方向X对片材10或型材10’的拉伸取向。

可选地，塑材表面加工设备2’为压辊组件，则片材10或型材10’在塑材表面加工设备2’的输出速度可为压辊对的外圆周成型线速度。当然，塑材表面加工设备2’还可例如为链式模具挤压等设备，本发明不限于此。

对应于上述实施例中的热塑性芯材的第二生产方法，相应提供了一种热塑性芯材的生产设备，如图10所示，该生产设备包括：

热塑材料成型设备1，用于沿流水线输出方向X持续输出片状的型材10’，型材10’的片材表面上成型有沿宽边输出方向Y重复呈现的非闭合的几何形状体104，几何形状体104沿流水线输出方向X连续延伸以形成几何形状带；

塑材表面加工设备2’，用于对型材10’的几何形状体104定型的塑形组件，以强化几何形状体104的结构。

通常从热塑材料成型设备1挤出的型材10’是软化的，不利于后续快速连续加工。有利地，需要增设塑性组件，可例如为压辊组件，该压辊组件设置在热塑材料成型设备1的下游并用于对挤出型材上的几何形状带进行压辊定型。如图10中，在挤出型材的后方设置压辊组件作为塑性组件，从而便于将软化的挤出型材进一步压实、固化、定型，以便于后续的切割、翻转、打胶等作业。当然，塑性组件还可例如为链式模具挤压等设备，本发明不限于此。

其中，无论是第一方法还是第二方法，塑材表面加工设备2’的数量可设置为一个或多个。

若塑材表面加工设备2’为一个，塑材表面加工设备2’的输出速度V₁大于热塑材料成型设备1的初始输出速度V₀。

若塑材表面加工设备2’为两个，分别为沿流水线输出方向X前后排布的第一塑材表面加工设备和第二塑材表面加工设备；第一塑材表面加工设备和第二塑材表面加工设备的各自输出速度分别为V₁₁和V₁₂，则可满足：V_O<V₁₁<V₁₂或V₀＝V₁₁<V₁₂或V_O<V₁₁＝V₁₂。

需要说明的是，为了防止片材10或型材10’在输出流水线上堆积和保证片材10或型材10’流畅输出，沿流水线输出方向X，片材10或型材10’的任一后序输出速度不小于前序输出速度，即任一塑材表面加工设备的输出速度不小于热塑材料成型设备1的初始输出速度V₀。若塑材表面加工设备2’为多个并沿流水线输出方向X前后排布，则还需满足任一后置的塑材表面加工设备的输出速度不小于任一前置的塑材表面加工设备的输出速度且至少一个塑材表面加工设备的输出速度大于热塑材料成型设备1的初始输出速度V₀。

在一些具体实施方式中，本发明的热塑性芯材的生产设备还包括：

裁切组件4，用于沿宽边输出方向Y切割加工后的片材10，以形成沿流水线输出方向X等宽且沿宽边输出方向Y呈带状延伸的多个片材单元30；

导向定位组件5，用于将各个片材单元30翻转预设角度，使得翻转后的片材单元30的长度方向L保持沿宽边输出方向Y，片材单元30的宽度方向W与流水线输出方向X之间形成夹角a。

其中，热塑材料成型设备1可通过挤出、压延、流延或辊压加工方式加工并输出片材10。塑材表面加工设备2’可采用为压辊组件，该压辊组件呈对辊状布置在片材10的上下表面两侧，压辊组件的旋转轴线平行于片材10的宽边输出方向Y。几何形状体104的加工方式也可以为板状模具挤压或链式模具挤压等。导向定位组件5可以为旋转机械手、平面连杆机构或机器人等。

此外，生产设备还可包括：

胶枪3，用于对几何形状体104的接触表面涂覆胶接层。可选择地，胶枪3可设置在裁切组件4的上游端。当然，胶枪3也不排除可设置在裁切组件4的下游端。

另外，生产设备还可包括：

层叠拼接组件6，用于使得沿流水线输出方向X依次排布的各个片材单元30层叠拼接成单元组合体100，拼接形成的单元组合体100中包括通过几何形状体104拼接形成并沿宽边输出方向Y依次分布的多个轴孔结构，轴孔结构包括轴向贯通孔101和围绕轴向贯通孔101的周向封闭的轴孔周壁。

在图9～图12中，热塑材料成型设备1、塑材表面加工设备2’、裁切组件4、导向定位组件5和层叠拼接组件6沿流水线输出方向X依次布置，以实现流水线的连续生产。其中，层叠拼接组件6为皮带运输机。导向定位组件5包括沿流水线输出方向X依次布置且均沿宽边输出方向Y延伸的正向转向器5a和反向转向器5b。沿流水线输出方向X依次布置的各个片材单元30分别交替地经由正向转向器5a和反向转向器5b翻转，例如各自通过正向转向器5a正向翻转90°或通过反向转向器5b反向翻转90°，从而最终都可立于输送带表面上，轴向贯通孔105垂直输送带平面，形成对位准确的各个片材单元30。

综上可见，本发明提供了一种可连续挤出且辊压成型的热塑性芯材，具体涉及到适用于热塑性三明治复合材料中的夹芯体，解决了传统蜂窝芯材的制造成本高、物料浪费、不可添加功能填料及增强填料的问题，实现了蜂窝芯可填充、低成本等优点以及节约型的生产制造，有效拓展了热塑性复合材料的应用领域。并且本发明通过在流水线加工设备上形成输出速度差，从而形成沿流水线输出方向对片材或型材的拉伸取向，即使得片材或型材在加工过程中的分子链、填充材料或者增强材料等沿承受重载的方向取向，以使蜂窝体结构的承载方向的力学性能得到增强。此外，本发明的生产方法和生产设备生产出来的蜂窝体结构能摆脱传统生产工艺的限制，无壁厚方面的工艺限制，可添加的填充材料可选择的种类更多，且在加工过程中不会产生破壁，大大提高了生产效率和拓展了产品的多样化生产范围。

其中，本发明的热塑性芯材由连续挤出片材通过辊压的方式形成一定结构，通过导向装置完成蜂窝体取向，经过热烘道完成产品粘结，从而形成蜂窝体结构。该工艺为连续生产，结构赋形采用辊压方式，可实现功能填料及增强填料的填充，与纤维增强热塑性复合板材复合后，解决了现有的圆管蜂窝及半封闭折叠蜂窝无法满足的功能需求领域及结构强度需求苛刻的领域。因此，本发明的带有填充材料的较大壁厚的热塑性芯材可很好地应用于对轻质高强要求较高的各个领域中，例如载重越来越大的各种运载车辆中，尤其是重载电力运煤火车，或续航能力不足而需减轻车体的电动物流车等。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (21)

1.热塑性芯材的生产方法，包括：

沿流水线输出方向(X)持续输出平整的片材(10)或型材(10’)；

在所述片材(10)或型材(10’)的至少部分的塑材表面上加工出沿宽边输出方向(Y)重复呈现的非闭合的几何形状体(104)；

其中，使得所述片材(10)或型材(10’)在相邻的流水线加工设备上形成输出速度差，从而形成沿所述流水线输出方向(X)对所述片材(10)或型材(10’)的拉伸取向。

2.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，沿所述流水线输出方向(X)，所述片材(10)或型材(10’)的任一后序输出速度不小于前序输出速度，并且所述片材(10)或型材(10’)包括输出速度大于任何所述前序输出速度的至少一个所述后序输出速度。

3.根据权利要求2所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述片材(10)或型材(10’)的初始输出速度为V₀且在单个的塑材表面加工设备(2’)上的输出速度为V₁，满足：V_O<V₁。

4.根据权利要求2所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述片材(10)或型材(10’)的初始输出速度为V₀，且在沿所述流水线输出方向(X)前后布置的两个塑材表面加工设备(2’)上的输出速度分别为V₁₁、V₁₂，且满足：V_O<V₁₁<V₁₂或V₀＝V₁₁<V₁₂或V_O<V₁₁＝V₁₂。

5.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述片材(10)或型材(10’)的材质包括热塑性聚合物、填料填充的热塑性聚合物、纤维增强的热塑性树脂基复合材料和/或塑性形变纸张、钢塑复合物。

6.根据权利要求5所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述热塑性聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、热塑性聚酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚、热塑性弹性体、多元共聚热塑性塑料、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮和聚酰亚胺中的一种或其中多种的共混物。

7.根据权利要求5所述的热塑性芯材的生产方法，其中，填料填充的所述热塑性聚合物中的填料为蜡、滑石粉、炭黑、白炭黑、高岭土、碳酸钙、硬脂酸、硬脂酸钙、晶须、二氧化钛、氧化铁、颜料、阻燃剂和抗氧剂中的一种或其中多种的组合物。

8.根据权利要求5所述的热塑性芯材的生产方法，其中，纤维增强的所述热塑性树脂基复合材料中的纤维为有机纤维、无机纤维、金属纤维、高分子纤维、植物纤维中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的热塑性芯材的生产方法，其中，纤维增强的所述热塑性树脂基复合材料中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、钢丝纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维和麻纤维中的一种或者其中多种的组合物。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述生产方法还包括：

将所述片材(10)或型材(10’)切割成沿所述流水线输出方向(X)依次排布且沿宽边输出方向(Y)呈带状延伸的多个片材单元(30)；

将各个所述片材单元(30)翻转预设角度并沿所述流水线输出方向(X)将各个所述片材单元(30)层叠拼接成单元组合体(100)。

11.根据权利要求10所述的热塑性芯材的生产方法，其中，将各个所述片材单元(30)翻转预设角度并沿所述流水线输出方向(X)将各个所述片材单元(30)层叠拼接成单元组合体(100)包括：

使得翻转后的所述片材单元(30)的长度方向(L)保持沿所述宽边输出方向(Y)，所述片材单元(30)的宽度方向(W)与所述流水线输出方向(X)之间形成夹角(a)；

使得层叠拼接成的所述单元组合体(100)中包括通过所述几何形状体(104)拼接形成并沿所述宽边输出方向(Y)依次分布的多个轴孔结构，所述轴孔结构包括轴向贯通孔(101)和围绕所述轴向贯通孔(101)的周向封闭的轴孔周壁。

12.根据权利要求11所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述轴孔周壁的最小厚度不小于0.1mm。

13.根据权利要求12所述的热塑性芯材的生产方法，其中，任意形状的所述轴向贯通孔(101)的外接圆的直径不小于1mm。

14.根据权利要求12所述的热塑性芯材的生产方法，其中，任意形状的所述轴向贯通孔(101)的孔轴长与该轴向贯通孔(101)的外接圆的直径之比不大于200。

15.根据权利要求13所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述生产方法还包括：

使得当所述片材(10)或型材(10’)的片材表面的垂直方向为承受压缩载荷方向时，所述单元组合体(100)的材料体积利用率不低于60％，优选的，材料体积利用率不低于80％；

和/或，在所述单元组合体(100)的平行于所述片材表面的芯材横截面上，平面空隙率不低于40％，进一步的，所述平面空隙率不低于60％。

16.热塑性芯材的生产设备，包括：

热塑材料成型设备(1)，用于沿流水线输出方向(X)持续输出平整的片材(10)或型材(10’)；

塑材表面加工设备(2’)，用于对所述片材(10)或型材(10’)加工以在至少部分的塑材表面上加工出沿宽边输出方向(Y)重复呈现的非闭合的几何形状体(104)；

其中，所述热塑材料成型设备(1)与所述塑材表面加工设备之间和/或所述塑材表面加工设备(2’)之间形成有输出速度差，以形成沿所述流水线输出方向(X)对所述片材(10)或型材(10’)的拉伸取向。

17.根据权利要求16所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述塑材表面加工设备(2’)为一个，所述塑材表面加工设备(2’)的输出速度V₁大于所述热塑材料成型设备(1)的初始输出速度V₀。

18.根据权利要求16所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述塑材表面加工设备(2’)为多个且至少包括沿所述流水线输出方向(X)前后排布的第一塑材表面加工设备和第二塑材表面加工设备；

其中，所述热塑材料成型设备(1)的初始输出速度为V₀，所述第一塑材表面加工设备和第二塑材表面加工设备的各自输出速度分别为V₁₁和V₁₂，且满足：V_O<V₁₁<V₁₂或V₀＝V₁₁<V₁₂或V_O<V₁₁＝V₁₂。

19.根据权利要求16所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述塑材表面加工设备(2’)为压辊组件。

20.根据权利要求16所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述塑材表面加工设备(2’)包括用于加工出所述几何形状体(104)的几何形状体成型组件(2)和/或用于对所述几何形状体(104)定型的塑形组件。

21.根据权利要求16～20中任意一项所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述生产设备还包括：

裁切组件(4)，用于沿所述宽边输出方向(Y)切割加工后的所述片材(10)或型材(10’)，以形成沿所述流水线输出方向(X)等宽地依次排列且沿所述宽边输出方向(Y)呈带状延伸的多个片材单元(30)；

导向定位组件(5)，用于将各个所述片材单元(30)翻转预设角度，使得翻转后的所述片材单元(30)的长度方向(L)保持沿所述宽边输出方向(Y)，所述片材单元(30)的宽度方向(W)与所述流水线输出方向(X)之间形成夹角(a)；以及

层叠拼接组件(6)，用于沿所述流水线输出方向(X)归拢依次排布的各个所述片材单元(30)以层叠拼接成单元组合体(100)，使得层叠拼接成的所述单元组合体(100)中包括通过所述几何形状体(104)拼接形成并沿所述宽边输出方向(Y)依次分布的多个轴孔结构，所述轴孔结构包括轴向贯通孔(101)和围绕所述轴向贯通孔(101)的周向封闭的轴孔周壁。