CN110216972A - 具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法和生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法和生产设备，包括：沿流水线输送方向持续输出经过拉伸取向且片材长度方向沿宽边输送方向的多个芯材单元片，其中芯材单元片为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层以及至少一层功能层或至少一层粘结层，至少部分的芯材单元片的一侧片材表面形成有沿宽边输送方向重复呈现的几何高点且另一侧片材表面形成有沿宽边输送方向重复呈现的几何低点；将各个芯材单元片分别围绕沿宽边输送方向的翻转轴线翻转预设角度；沿流水线输送方向将各个芯材单元片层叠拼接成热塑性芯材。本发明可低成本、大批量生产适于对结构强度要求苛刻且功能要求多样化的应用领域的热塑性芯材。

Description

具有多层复合结构的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，涉及一种具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法和生产设备。

背景技术

现有的由热塑性芯材形成的热塑性三明治复合材料与传统金属结构材料(例如铝合金、钢铁等)相比具有更好的比强度、抗弯能力且具有可设计性、可回收利用等优点，因此被广泛应用在轻载货运、冷链物流、建筑模板和航空物流等领域。

但以目前来看，能够大量生产使用的热塑性三明治复合材料的种类有限，其热塑性芯材主要有圆管蜂窝芯材和半封闭折叠蜂窝芯材两类。其中，在生产圆管蜂窝芯材时，是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，加热粘接以形成蜂窝体结构。这种芯材虽然工艺简单，但生产不连续，因此生产效率低且制造成本高。而对于半封闭折叠蜂窝芯材，则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。这种芯材则虽然生产连续，但会造成较多的物料浪费。尤其是，在生产加工这两种芯材时，存在吹塑或吸塑环节，因此只能形成较薄的壁厚，从而无法在芯材中填充结构填料或功能填料，否则很容易出现破壁现象，不利于保证热塑性芯材的良品率。

换言之，现有的热塑性三明治复合材料中的热塑性芯材无法进一步增加结构强度和使功能更加多样化，且难以在同时兼顾加工工艺、加工效率和加工成本的前提下，批量化生产出轻质、重载、多功能的热塑性芯材，因此无法适应需求量和结构强度需求日益增加的各个应用领域。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法和生产方法，能够以低成本大批量且高效地生产出具有多层复合结构的热塑性芯材，以适于应用在对结构强度和功能多样性等要求日趋苛刻的各个领域中。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，包括：

沿流水线输送方向持续输出经过拉伸取向且片材长度方向沿宽边输送方向的多个芯材单元片，其中所述芯材单元片为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层以及至少一层功能层或至少一层粘结层，至少部分的所述芯材单元片的一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向重复呈现的几何高点且另一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向重复呈现的几何低点；

将各个所述芯材单元片分别围绕沿所述宽边输送方向的翻转轴线翻转预设角度；

沿所述流水线输送方向将各个所述芯材单元片层叠拼接成热塑性芯材。

可选地，沿流水线输送方向持续输出经过拉伸取向且片材长度方向沿宽边输送方向的多个芯材单元片包括：

沿所述流水线输送方向持续输出具有所述多层片材结构的几何型材或平整片材；

将所述平整片材或几何型材沿所述流水线输送方向拉伸取向并分割加工成多个所述芯材单元片；

其中，所述平整片材或几何型材具有依次层叠的所述结构层、所述粘结层和所述功能层，所述功能层与所述结构层具有对抗性。

可选地，将各个所述芯材单元片分别围绕沿所述宽边输送方向的翻转轴线翻转预设角度包括：

使得任意相邻的两个所述芯材单元片的翻转方向相同；

其中，在沿所述流水线输送方向依次排布的第一芯材单元片、第二芯材单元片和第三芯材单元片中，所述第二芯材单元片的所述结构层与一侧的所述第一芯材单元片的所述功能层沿所述流水线输送方向对齐，所述第二芯材单元片的所述功能层与另一侧的所述第三芯材单元片的所述结构层沿所述流水线输送方向对齐。

可选地，沿所述流水线输送方向将各个所述芯材单元片层叠拼接成热塑性芯材包括：

在将各个所述芯材单元片层叠拼接之前，沿所述宽边输送方向移动调整所述芯材单元片，使得任意相邻的两个所述芯材单元片中，一者的所述几何高点与另一者的所述几何低点沿所述流水线输送方向对齐。

可选地，所述生产方法还包括：

在各个所述芯材单元片的接触表面涂覆胶接层以粘接相邻的所述芯材单元片。

可选地，将各个所述芯材单元片分别围绕沿所述宽边输送方向的翻转轴线翻转预设角度包括：

使得任意相邻的两个所述芯材单元片的翻转方向相反；

其中，在沿所述流水线输送方向依次排布的第一芯材单元片、第二芯材单元片和第三芯材单元片中，所述第二芯材单元片的所述结构层与一侧的所述第一芯材单元片的所述结构层沿所述流水线输送方向对齐，所述第二芯材单元片的所述功能层与另一侧的所述第三芯材单元片的所述功能层沿所述流水线输送方向对齐。

可选地，沿流水线输送方向持续输出经过拉伸取向且片材长度方向沿宽边输送方向的多个芯材单元片包括：

沿所述流水线输送方向持续输出具有所述多层片材结构的几何型材或平整片材；

将所述平整片材或几何型材沿所述流水线输送方向拉伸取向并分割加工成多个所述芯材单元片；

其中，所述几何型材或平整片材包括依次层叠的第一粘结层、中间结构层和第二粘结层；

或者，所述几何型材或平整片材包括依次层叠的第一功能层、中间结构层和第二功能层，其中所述第一功能层、所述中间结构层和所述第二功能层互具相容性；

或者，所述几何型材或平整片材包括所述功能层、所述结构层和所述粘结层，其中所述功能层与所述结构层具有相容性。

可选地，沿所述流水线输送方向将各个所述芯材单元片层叠拼接成热塑性芯材包括：

使得任意相邻的所述芯材单元片之间形成熔融粘接以层叠拼接成所述热塑性芯材。

可选地，所述芯材单元片中的所述多层片材结构通过模内热复合成型。

可选地，所述芯材单元片中的所述结构层的片层厚度不小于0.1mm。

可选地，所述芯材单元片之间通过对位抵接的所述几何高点和所述几何低点而形成多个轴孔结构，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，任意形状的所述轴向贯通孔的外接圆的直径不小于1mm；和/或，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。

可选地，所述结构层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、塑性形变纸张和/或钢塑复合物。

可选地，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；

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；

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；或者，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。

可选地，所述功能层为阻燃层、抗紫外层、颜色层、阻热或传热层、透磁或阻磁层、抗菌层、或隔音层中的一种或者多种功能组合层；和/或，所述功能层的材质包括阻燃填料填充聚合物、抗紫外填料填充聚合物、颜料填料填充聚合物、阻热或传热填料填充聚合物、透磁或阻磁填料填充聚合物、抗菌填料填充聚合物、隔音填料填充聚合物中的一种或者多种组合物。

可选地，沿所述流水线输送方向，所述平整片材或几何型材的任一后序输出速度不小于前序输出速度，并且所述平整片材或几何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。

可选地，所述平整片材或几何型材的初始输出速度为V₀且在单个的几何塑型设备上的输出速度为V₁，满足：V_O<V₁；

或者，所述平整片材或几何型材的初始输出速度为V₀，且在沿所述流水线输送方向前后布置的两个几何塑型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，所述生产方法还包括：

使得在拼接成型的所述热塑性芯材中，当所述平整片材或几何型材的塑材表面的垂直方向为承受压缩载荷方向时，所述热塑性芯材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，在所述热塑性芯材的平行于所述平整片材或几何型材的塑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％。

此外，本发明还提供了一种具有多层复合结构的热塑性芯材的生产设备，包括：

热塑材料成型设备，用于沿所述流水线输送方向持续输出具有多层片材结构的几何型材或平整片材，其中所述几何型材或平整片材为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层以及至少一层功能层或至少一层粘结层；

芯材单元片成型组件，用于将所述平整片材或几何型材沿所述流水线输送方向拉伸取向并分割加工成片材长度方向沿宽边输送方向的多个芯材单元片，其中至少部分的所述芯材单元片的一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向重复呈现的几何高点且另一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向重复呈现的几何低点；

导向设备，用于将各个所述芯材单元片分别围绕沿所述宽边输送方向的翻转轴线翻转预设角度；

热塑性芯材拼接组件，沿所述流水线输送方向将各个所述芯材单元片层叠拼接成热塑性芯材。

可选地，所述热塑材料成型设备包括由上而下依次布置的上层挤出模具、中间层挤出模具、下层挤出模具以及位于所述上层挤出模具、所述中间层挤出模具和所述下层挤出模具的成型挤出口的热复合成型段。

可选地，所述热塑性芯材拼接组件包括：

聚合设备，用于沿所述流水线输送方向收拢各个所述芯材单元片；

熔接设备，用于使得任意相邻的所述芯材单元片之间形成熔融粘接以层叠拼接成所述热塑性芯材。

此外，本发明还提供了另一种具有多层复合结构的热塑性芯材的生产设备，包括：

热塑材料成型设备，用于沿所述流水线输送方向持续输出具有多层片材结构的几何型材或平整片材，其中所述几何型材或平整片材为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层以及至少一层功能层或至少一层粘结层；

芯材单元片成型组件，用于将所述平整片材或几何型材沿所述流水线输送方向拉伸取向并分割加工成片材长度方向沿宽边输送方向的多个芯材单元片，其中至少部分的所述芯材单元片的一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向重复呈现的几何高点且另一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向重复呈现的几何低点；

导向设备，用于将各个所述芯材单元片分别围绕沿所述宽边输送方向的翻转轴线翻转预设角度；

涂胶设备，用于在各个所述芯材单元片的接触部上涂覆胶接层；

热塑性芯材拼接组件，沿所述流水线输送方向将各个所述芯材单元片层叠拼接成热塑性芯材。

在本发明的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法中，能够采用诸如热塑材料成型设备等持续输出具有多层片材结构的塑性材料，并通过生产连续性较好的加工流水线生产出具有蜂窝体结构的热塑性芯材，生产过程无需人工参与且无需打断，因此生产效率较高，适于大规模生产，且生产过程无任何材料浪费，有利于降低生产成本。此外，由于生产过程无吸塑或吹塑环节，解除了对最大壁厚的限制，因此能在芯材中填充多种增强材料或功能材料，从而更好地适应各个应用领域对芯材结构强度和功能多样化的要求。再者，该生产方法所需的设备均相对常规，易于组合使用，加工流水线连续且成本低，所生产出的热塑性芯材的结构形状新颖，显著区别于现有的圆管蜂窝芯材、半六边形折叠蜂窝芯材等，便于实现流水线的连续高效作业，从而大大降低生产成本，易于普及化和大规模生产应用。且多层复合结构能够丰富芯材的功能以使其能够适用在一些有特定功能需求(例如阻燃、防腐等)的使用场景中，从而具有更好的通用性以更广泛地应用至多个领域。

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1为本发明的具体实施方式中的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法流程示意图；

图2至图6为应用于图1所示的生产方法中的生产设备的结构示意图，其中，图2为设有能够输出平整片材的热塑材料成型设备的生产设备的立体图，图3为设有能够直接输出几何型材的热塑材料成型设备的生产设备的在不同角度下的立体图，图4为俯视图，图5为侧视图，图6为用于更清晰地展示热塑材料成型设备的局部放大示意图A-A；

图7a为本发明的具体实施方式中的一种具有多层复合结构的热塑性芯材的立体图，其中的轴向贯通孔为正六边形蜂窝孔；

图7b为图7a中的热塑性芯材的主视图；

图7c为图7a中的热塑性芯材的芯材单元片的立体图；

图7d为图7c中具有一种多层片材结构的芯材单元片的主视图；

图7e为图7d中的芯材单元片的局部放大示意图B-B，以更清晰地展示该芯材单元片的多层片材结构，其中结构层作为中间层，粘结层位于结构层的两侧；

图7f为图7c中具有另一种多层片材结构的芯材单元片的主视图；

图7g为图7f中的芯材单元片的局部放大示意图C-C，以更清晰地展示该芯材单元片的多层片材结构，其中结构层作为中间层，功能层位于结构层的两侧；

图7h为图7c中具有另一种多层片材结构的芯材单元片的主视图；

图7i为图7h中的芯材单元片的局部放大示意图D-D，以更清晰地展示该芯材单元片的多层片材结构，其中功能层、结构层和粘结层依次层叠设置；

图7j为图7c中具有另一种多层片材结构的芯材单元片的主视图；

图7k为图7j中的芯材单元片的局部放大示意图E-E，以更清晰地展示该芯材单元片的多层片材结构，其中结构层、粘结层和功能层依次层叠设置；

图8a至图8d分别展示了本发明的具体实施方式中的另一种具有多层复合结构的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔为短的腰形孔，且对接的接触表面形成平面接触；

图9a至图9d分别展示了本发明的具体实施方式中的另一种具有多层复合结构的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔为短的腰形孔，且对接的接触表面形成弧面接触；

图10a至图10d分别展示了本发明的具体实施方式中的另一种具有多层复合结构的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔为相对长的腰形孔，且对接的接触表面形成平面接触；

图11a至图11d分别展示了本发明的具体实施方式中的另一种具有多层复合结构的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔为相对长的腰形孔，且对接的接触表面形成弧面接触；

图12a至图12d分别展示了本发明的具体实施方式中的另一种具有多层复合结构的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔为菱形孔，且对接的接触表面形成平面接触；

图13a至图13d分别展示了本发明的具体实施方式中的另一种具有多层复合结构的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔为菱形孔，且对接的接触表面形成尖端接触。

附图标记说明：

100 拼接式组合体 101 轴向贯通孔

102 几何高点 103 几何低点

104 几何体 105 第一几何内孔

106 第二几何内孔 107 结构层

108 功能层 109 粘结层

1 热塑材料成型设备 2 几何塑型设备

3 涂胶设备 4 切割设备

5 导向设备 6 拼接设备

1a 上层挤出模具 1b 中间层挤出模具

1c 下层挤出模具 5a 顺向翻转器

5b 逆向翻转器

10 平整片材 10’ 几何型材

11 波峰带 12 波谷带

20 平整带状单元片 30 芯材单元片

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 流水线输送方向 Y 宽边输送方向

a 夹角 W 片材宽度方向

L 片材长度方向 OO' 几何内孔中轴线

PP’ 翻转轴线

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具有多层复合结构的热塑性芯材及其生产方法和生产设备。

如图1至图6所示，本发明提供了一种具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，包括流水线连续作业的以下步骤：

S10、沿流水线输送方向X持续输出经过拉伸取向且片材长度方向L沿宽边输送方向Y的多个芯材单元片30，其中芯材单元片30为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层107以及至少一层功能层108或至少一层粘结层109，至少部分的芯材单元片30的一侧片材表面形成有沿宽边输送方向Y重复呈现的几何高点102且另一侧片材表面形成有沿宽边输送方向Y重复呈现的几何低点103；

S20、将各个芯材单元片30分别围绕沿宽边输送方向Y的翻转轴线PP’翻转预设角度；

S30、沿流水线输送方向X将各个芯材单元片30层叠拼接成热塑性芯材。

上述生产方法可实现对热塑性芯材的自动化流水线连续生产，生产过程无需人工参与或中断，可极大提高生产效率和通用性、降低生产成本，可实现大规模生产。由于整个生产过程无吸塑或吹塑等环节，可生产出壁厚较大的片材，从而可在片材中填充结构填料或功能填料以提高强度和丰富功能，且无任何材料浪费，从而实现节约型生产。此外，由于具有多层复合结构，芯材可适用于一些有特定功能需求例如阻燃、防腐等的实际场合，通用性高，应用领域广泛。再者，在本发明的生产方法中，经过拉伸取向后的芯材单元片30的分子链、填充材料或者增强材料等沿拉伸方向进行取向，可使得热塑性芯材的拉伸方向的力学性能大大增强。

可选地，结构层107的材质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。或者，纤维增强的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。

芯材单元片30中的功能层108可以是阻燃层、抗紫外层、颜色层、阻热或传热层、透磁或阻磁层、抗菌层、或隔音层中的一种或者多种功能组合层，例如，可以是增强型填充材料和/或功能填充材料，其中增强型填充材料可显著增强芯材强度，功能填充材料可以是阻燃材料、防腐材料、隔音材料等，以相应地实现阻燃、防腐、隔音等特定功能，从而使芯材具有更高的通用性以适用于特定的使用场景。具体地，功能层108的材质可包括阻燃填料填充聚合物、抗紫外填料填充聚合物、颜料填料填充聚合物、阻热或传热填料填充聚合物、透磁或阻磁填料填充聚合物、抗菌填料填充聚合物、隔音填料填充聚合物中的一种或者多种组合物。

需要特别说明的是，在本发明的生产方法中，几何型材10’或平整片材10可通过热塑材料成型设备1的出口持续输出，并且可在水平的流水线作业平台上沿流水线输送方向X持续移动输出。为便于理解几何型材10’或平整片材10、芯材单元片30在加工过程中的不同阶段的定向以及彼此的方位关系，在此定义出绝对坐标系和相对坐标系。其中，几何型材10’或平整片材10平稳输出且不会翻转，因此流水线输送方向X、宽边输送方向Y即几何型材10’或平整片材10的长度方向和宽度方向。因此，可考虑以热塑材料成型设备1的成型出口或流水线作业平台的起点位置定义绝对坐标系，绝对坐标系包括流水线输送方向X、宽边输送方向Y和流水线平台垂直方向Z，原点位置设置在热塑材料成型设备1的成型出口或流水线作业平台的起点位置，流水线输送方向X、宽边输送方向Y共同限定流水线作业平台的水平平台表面或从成型出口水平输出的几何型材10’或平整片材10的片材表面。同时，参照图2至图6，针对芯材单元片30定义动态坐标系，即芯材单元片30的片材宽度方向W(即图7a中的第三方向D3)和片材长度方向L(即图7a的第一方向D1)，可清晰明了地展现芯材单元片30在加工过程中的转向前后的位置关系。

此外，在芯材单元片30的多层片材结构中，任意相邻的两层之间连接的均匀度和致密度会直接影响芯材单元片30的强度，因此应避免在层与层之间形成连接罅隙，否则会使芯材单元片30的载荷能力大打折扣，从而难以保证热塑性芯材的可靠性。因此，芯材单元片30的多层片材结构中任意相邻的两层优选地设置为具有相容性，从而获得均匀度和致密度高的多层片材结构。需要进一步补充说明的是，在本发明中，相容性是指多层片材结构中任意相邻的两层能够在加热至特定温度以上时熔融粘接且能够在低于该特定温度时恢复固态并保持稳定粘接，其中，熔融粘接可以是两层均处于熔融状态，也可以一层保持固态而另一层处于熔融状态(此时该两层的熔点不同)。此外，与相容性相对立的是层与层之间的对抗性，即层与层之间不能通过设置特定条件而相互粘接，或者只能在特定条件下相互粘接而不能在恢复固态后保持稳定粘接。因此，在多层片材结构中具有对抗性的两层之间只能通过粘结层109粘接，粘结层109本身具备粘性，能够与结构层107和功能层108紧致、均匀粘接，因而无须限定其是否具有相容性。

因此，可通过模内热复合成型具有多层片材结构的几何型材10’或平整片材10并持续输出，以在后续加工成具有多层片材结构的多个芯材单元片30。

其中，几何型材10’或平整片材10的输出加工方式可采用挤出、压延、流延或辊压加工等。由于本发明的生产方法无吸塑或吹塑等环节，因此可生产出壁厚较大的几何型材10’或平整片材10以填充结构填料或功能填料，从而提高强度和丰富功能。而几何型材10’或平整片材10中的结构层107厚度直接决定其强度大小。因此，在沿流水线输送方向X持续输出的几何型材10’或平整片材10中，可将结构层107的片层厚度优选设置为不小于0.1mm。

此外，几何型材10’或平整片材10中的多层片材结构的任意相邻的两层之间具有相容性，层与层之间不存在连接罅隙。由于在后续的步骤S30中，在确定相邻的芯材单元片30层叠拼接的具体连接方式时需要考虑到层与层之间的相容性问题，因此为了便于解释说明后续工艺，本发明均以持续输出具有三层片材结构的几何型材10’或平整片材10为例，但本发明的生产方法不限于此，即也可持续输出具有三层以上片材结构的几何型材10’或平整片材10。

在步骤S10中，在持续输出的芯材单元片30中，可将结构层107设置为中间层且两侧的外侧层选择性设置为功能层108或粘结层109，例如，芯材单元片30可包括依次层叠的第一粘结层、中间结构层和第二粘结层，或者芯材单元片30可包括依次层叠的第一功能层、中间结构层和第二功能层且第一功能层、中间结构层和第二功能层互具相容性。或者，芯材单元片30可包括以任意次序分层排布的功能层108、结构层107和粘结层109且结构层107与功能层108具有相容性。又或者，可将芯材单元片30的两侧的外侧层分别设置为功能层108和结构层107，并通过中间的粘结层109连接具有对抗性的功能层108和结构层107。

可选地，步骤S10可包括：

S101、沿流水线输送方向X持续输出具有多层片材结构的几何型材10’或平整片材10；

S102、将平整片材10或几何型材10’沿流水线输送方向X拉伸取向并分割加工成多个芯材单元片30。

其中，在步骤S102中，可通过在加工平整片材10或几何型材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送方向X对平整片材10或几何型材10’的拉伸取向。具体地，流水线加工设备可例如为热塑材料成型设备1和几何塑型设备2，还可为其他能改变平整片材10或几何型材10’的输出速度的生产加工设备，本发明不限于此。其中，由于热塑材料成型设备1可通过挤出、压延、流延或辊压加工方式加工并输出平整片材10或几何型材10’，则平整片材10或几何型材10’在热塑材料成型设备1的输出速度可为平整片材10或几何型材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。几何塑型设备2可采用例如辊式模具挤压或链式模具挤压等，则平整片材10或几何型材10’在几何塑型设备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。

在加工平整片材10或几何型材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的平整片材10或几何型材10’沿流水线输送方向X被拉伸。在拉力作用下，平整片材10或几何型材10’中原本无序分布的分子链、填充材料或者增强材料等可沿拉力作用的方向有序排列，即沿拉力方向进行取向，由此使得平整片材10或几何型材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。

为防止平整片材10或几何型材10’在输出流水线上堆积和保证平整片材10或几何型材10’流畅输出，在步骤S10中，沿流水线输送方向X，平整片材10或几何型材10’的任一后序输出速度不小于前序输出速度，并且平整片材10或几何型材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。其中，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。

例如，在步骤S10中，当流水线上仅设置一个几何塑型设备2时，平整片材10或几何型材10’的初始输出速度为V₀且在单个的几何塑型设备2上的输出速度为V₁，满足：V_O<V₁；或者，当流水线上设有两个几何塑型设备2时，平整片材10或几何型材10’的初始输出速度为V₀，且在沿流水线输送方向X前后布置的两个几何塑型设备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。其中，将初始输出速度为V₀定义为平整片材10或几何型材10’在流水线的最上游的输出速度。

回到步骤S101中，当持续输出的平整片材10或几何型材10’具有依次层叠的结构层107、粘结层109和功能层108且功能层108与结构层107具有对抗性时，可选地，步骤S20可包括子步骤：

S201、使得任意相邻的两个芯材单元片30的翻转方向相反；其中，在沿流水线输送方向X依次排布的第一芯材单元片、第二芯材单元片和第三芯材单元片中，第二芯材单元片的结构层107与一侧的第一芯材单元片的结构层107沿流水线输送方向X对齐，第二芯材单元片的功能层108与另一侧的第三芯材单元片的功能层108沿流水线输送方向X对齐。

基于步骤S201，进一步可选地，步骤S30可包括子步骤：

使得任意相邻的芯材单元片30之间形成熔融粘接以层叠拼接成热塑性芯材。

由此可见，虽然功能层108与结构层107互具对抗性，但由于同一类型的层与层之间互具相容性(即结构层107对结构层107、功能层108对功能层108)，因此只要使任意相邻的两个芯材单元片30的翻转方向相反，仍可在后续工艺中采用熔融粘接方式连接。当然，也可通过涂覆胶接层或采用其他方式以连接任意相邻的两个芯材单元片30，从而层叠拼接成热塑性芯材。

回到步骤S101中，当持续输出的平整片材10或几何型材10’具有依次层叠的结构层107、粘结层109和功能层108且功能层108与结构层107具有对抗性时，可选地，步骤S20还可包括子步骤：

S201’、使得任意相邻的两个芯材单元片30的翻转方向相同；其中，在沿流水线输送方向X依次排布的第一芯材单元片、第二芯材单元片和第三芯材单元片中，第二芯材单元片的结构层107与一侧的第一芯材单元片的功能层108沿流水线输送方向X对齐，第二芯材单元片的功能层108与另一侧的第三芯材单元片的结构层107沿流水线输送方向X对齐。

此时，由于翻转后的相邻的芯材单元片30的外侧层之间互具对抗性(即结构层107对功能层108)，在后续工艺中无法采用熔融粘接方式连接，只能通过涂覆胶接层或采用其他方式以连接任意相邻的两个芯材单元片30，从而层叠拼接成热塑性芯材。

因此基于步骤S201’，进一步可选地，本发明的生产方法还包括：

在各个芯材单元片30的接触表面涂覆胶接层以粘接相邻的芯材单元片30。

此外，由于当任意相邻的两个芯材单元片30的翻转方向相同时几何高点102和几何低点103无法沿流水线输送方向X对齐，会影响后续的层叠拼接。因此进一步地，步骤S30可包括子步骤：

在将各个芯材单元片30层叠拼接之前，沿宽边输送方向Y移动调整芯材单元片30，使得任意相邻的两个芯材单元片30中，一者的几何高点102与另一者的几何低点103沿流水线输送方向X对齐。

回到步骤S101中，可选地，步骤S101可包括子步骤：

S1011、以模内热复合成型方式加工出具有依次层叠的第一粘结层、中间结构层和第二粘结层的几何型材10’或平整片材10并沿流水线输送方向X持续输出；

或者S1011’、以模内热复合成型方式加工出具有依次层叠的第一功能层、中间结构层和第二功能层的几何型材10’或平整片材10并沿流水线输送方向X持续输出，其中第一功能层、中间结构层和第二功能层互具相容性。

或者S1011”、以模内热复合成型方式加工出具有功能层108、结构层107和粘结层109的几何型材10’或平整片材10并沿流水线输送方向X持续输出，其中功能层108与结构层107具有相容性。

基于步骤S1011、步骤S1011’或步骤S1011”，无论各个芯材单元片30在后续工艺中的具体翻转方向如何，层叠拼接的相邻的芯材单元片30均可通过熔融粘接方式连接。同样地，当然也可通过涂覆胶接层或采用其他方式以连接任意相邻的芯材单元片30，从而层叠拼接成热塑性芯材。

具体地，上述实施例中提及的熔融粘接方式可包括热熔拼接、超声拼接或红外拼接等。

需要说明的是，翻转后的各个芯材单元片30的片材长度方向L保持沿宽边输送方向Y，芯材单元片30的片材宽度方向W与几何型材10’或平整片材10的流水线输送方向X之间形成夹角a，夹角a的取值范围可在20°～160°之间。

可选地，步骤S30可包括子步骤：

在收拢过程中，将任意相邻的芯材单元片30之间相应的几何高点102和几何低点103对位抵接，从而在相邻的芯材单元片30之间形成沿片材长度方向L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。

其中，当夹角a为90°时，沿流水线输送方向X收拢多个芯材单元片30以层叠拼接成的热塑性芯材的轴向贯通孔101为垂直孔，其孔中心线垂直于平整片材10的片材表面，即沿流水线平台垂直方向Z。若夹角a非90°，则轴向贯通孔101呈斜孔状。

此外，在输出几何型材10’或平整片材10或通过加工获得的芯材单元片30时，应注意使得组合成型后的芯材单元片30符合特定参数要求，达到所需的轻质重载功能。例如，使得在拼接成型的热塑性芯材中，当平整片材10或几何型材10’的塑材表面的垂直方向为承受压缩载荷方向时，热塑性芯材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，在热塑性芯材的平行于平整片材10或几何型材10’的塑材表面的芯材横截面上，平面空隙率不低于40％，进一步的，平面空隙率不低于60％。

对应于本发明的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，还相应提供了一种具有多层复合结构的热塑性芯材的生产设备，该生产设备包括：

热塑材料成型设备1，用于沿流水线输送方向X持续输出具有多层片材结构的几何型材10’或平整片材10，其中几何型材10’或平整片材10为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层107以及至少一层功能层108或至少一层粘结层109；

芯材单元片成型组件，用于将平整片材10或几何型材10’沿流水线输送方向X拉伸取向并分割加工成片材长度方向L沿宽边输送方向Y的多个芯材单元片30，其中至少部分的芯材单元片30的一侧片材表面形成有沿宽边输送方向Y重复呈现的几何高点102且另一侧片材表面形成有沿宽边输送方向Y重复呈现的几何低点103；

导向设备5，用于将各个芯材单元片30分别围绕沿宽边输送方向Y的翻转轴线PP’翻转预设角度；

热塑性芯材拼接组件，沿流水线输送方向X将各个芯材单元片30层叠拼接成热塑性芯材。

在一种实施例中，热塑材料成型设备1包括由上而下依次布置的上层挤出模具1a、中间层挤出模具1b、下层挤出模具1c以及位于上层挤出模具1a、中间层挤出模具1b和下层挤出模具1c的成型挤出口的热复合成型段。在模内热复合成型时，例如，结构层107和功能层108分别从上层挤出模具1a和下层挤出模具1c挤出，粘结层109从中间层挤出模具1b挤出，在热复合成型段中，粘接层在加热状态下熔融粘接上下两侧的结构层107和功能层108，从而成型为具有三层片材结构的平整片材10或几何型材10’并沿流水线输送方向X持续输出。

可选地，芯材单元片成型组件可包括：

几何塑型设备2，用于在整个平整片材10的至少部分的一侧片材表面上加工出沿宽边输送方向Y重复呈现的几何高点102且另一侧片材表面上加工出沿宽边输送方向Y重复呈现的几何低点103；其中，热塑材料成型设备1与几何塑型设备2之间，和/或几何塑型设备2之间形成有输出速度差以形成沿流水线输送方向X对平整片材10或几何型材10’的拉伸取向。

切割设备4，用于沿宽边输送方向Y切割加工后的几何型材10’或平整片材10，以形成沿流水线输送方向X等宽且沿宽边输送方向Y呈带状延伸的多个芯材单元片30。

其中，几何塑型设备2的数量可设置为一个或多个。例如，当几何塑型设备2的数量为一个时，几何塑型设备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。当几何塑型设备2的数量为两个时，即包括沿流水线输送方向X前后排布的第一几何塑型设备和第二几何塑型设备，第一几何塑型设备和第二几何塑型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。

可选地，热塑性芯材拼接组件可包括：

聚合设备，用于沿流水线输送方向X收拢各个芯材单元片30；

熔接设备，用于使得任意相邻的芯材单元片30之间形成熔融粘接以层叠拼接成热塑性芯材。

此外，对应于本发明的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，还相应提供了另一种具有多层复合结构的热塑性芯材的生产设备，如图2至图6所示，该生产设备包括：

热塑材料成型设备1，用于沿流水线输送方向X持续输出具有多层片材结构的几何型材10’或平整片材10，其中几何型材10’或平整片材10为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层107以及至少一层功能层108或至少一层粘结层109；

芯材单元片成型组件，用于将平整片材10或几何型材10’沿流水线输送方向X拉伸取向并分割加工成片材长度方向沿宽边输送方向Y的多个芯材单元片30，其中至少部分的芯材单元片30的一侧片材表面形成有沿宽边输送方向Y重复呈现的几何高点102且另一侧片材表面形成有沿宽边输送方向Y重复呈现的几何低点103；

导向设备5，用于将各个芯材单元片30分别围绕沿宽边输送方向Y的翻转轴线PP’翻转预设角度；

涂胶设备3，用于在各个芯材单元片30的接触部上涂覆胶接层；

热塑性芯材拼接组件，沿流水线输送方向X将各个芯材单元片30层叠拼接成热塑性芯材。

可选地，芯材单元片成型组件包括：

几何塑型设备2，用于在整个平整片材10的至少部分的一侧片材表面上加工出沿宽边输送方向Y重复呈现的几何高点102且另一侧片材表面上加工出沿宽边输送方向Y重复呈现的几何低点103；其中，热塑材料成型设备1与几何塑型设备2之间，和/或几何塑型设备2之间形成有输出速度差以形成沿流水线输送方向X对平整片材10或几何型材10’的拉伸取向。

切割设备4，用于沿宽边输送方向Y切割加工后的几何型材10’或平整片材10，以形成沿流水线输送方向X等宽且沿宽边输送方向Y呈带状延伸的多个芯材单元片30。

同样的，几何塑型设备2的数量可设置为一个或多个。

可选地，热塑性芯材拼接组件包括：

导向设备5，用于使各个芯材单元片30分别围绕沿宽边输送方向Y的翻转轴线PP’翻转预设角度；

拼接设备6，用于使得沿流水线输送方向X依次排布的各个芯材单元片30层叠拼接成热塑性芯材。

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平整片材10或几何型材10’。几何塑型设备2可采用为压辊组件，该压辊组件呈对辊状布置在平整片材10或几何型材10’的上下表面两侧，压辊组件的翻转轴线平行于平整片材10的宽边输送方向Y。几何高点102和几何低点103的加工方式也可以为板状模具挤压或链式模具挤压等。导向设备5可以为旋转机械手、平面连杆机构或机器人等。

在图2至图5中，热塑材料成型设备1、几何塑型设备2、切割设备4、导向设备5和拼接设备6沿流水线输送方向X依次布置，以实现流水线的连续生产。可选地，涂胶设备3可设置在切割设备4的上游端。当然，涂胶设备3也不排除可设置在切割设备4的下游端。其中，拼接设备6为皮带运输机。导向设备5包括沿流水线输送方向X依次布置且均沿宽边输送方向Y延伸的顺向翻转器5a和逆向翻转器5b。沿流水线输送方向X依次布置的各个芯材单元片30分别交替地经由顺向翻转器5a和逆向翻转器5b翻转，例如各自通过顺向翻转器5a正向翻转90°或通过逆向翻转器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芯材单元片30。

如图7a至图13d所示，本发明提供了一种可通过上述生产方法生产出的具有多层复合结构的热塑性芯材，该热塑性芯材包括沿第一方向D1延伸且沿第二方向D2层叠拼接的多个芯材单元片30。其中，至少部分的芯材单元片30的一侧片材表面形成有沿片材长度方向重复呈现的几何高点102且另一侧片材表面形成有沿片材长度方向重复呈现的几何低点103，相邻的芯材单元片30之间通过对位抵接的几何高点102和几何低点103而形成沿第一方向D1依次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。此外，参照图7e、图7g、图7i、图7k，芯材单元片30为不小于三层的多层片材结构，多层片材结构包括用于承受载荷的结构层107以及至少一层功能层108或至少一层粘结层109。当相邻两层的材质相同时，视为同一层。

当热塑性芯材中的芯材单元片30的个数不少于三个时，热塑性芯材至少包括沿第二方向D2依次层叠拼接的第一芯材单元片、第二芯材单元片和第三芯材单元片。通常情况下，各个芯材单元片30均由具有多层片材结构的同一片材分割加工而成，因此各个芯材单元片30具有一致的分层结构。当然，各个芯材单元片30也可由具有多层片材结构的不同片材分割加工而成，此时各个芯材单元片30的分层结构未必完全一致。另一方面，芯材单元片30的多层片材结构可以是三层或三层以上，但不论具体层数如何，相邻的芯材单元片30之间的连接方式仅需根据相互对接的最外层是否互具相容性而定。换言之，当相邻的芯材单元片30之间用于相互对接的最外层互具相容性时，可采用熔融粘接、涂胶或其他方式连接，但当相邻的芯材单元片30之间用于相互对接的最外层互具对抗性时，则无法采用熔融粘接，而只能采用涂胶或其他方式连接。

基于上述，以下仅以由同一片材分割加工而成且具有三层片材结构的芯材单元片30为例，分别对不同的分层结构下的相邻的芯材单元片30之间的连接方式做详细说明。其中，仅以图7a至图7k的实施例作示例性说明，其他图示的实施例或并未图示示出的实施例可参考该说明中的设计思想而选定相邻的芯材单元片30之间的具体连接方式。

在一些实施例中，第二芯材单元片分别与第一芯材单元片以及第三芯材单元片形成热复合连接，即第二芯材单元片与第一芯材单元片的相互接触的两层以及第二芯材单元片与第三芯材单元片的相互接触的两层均具有相容性。

其中，在图7e所示的实施例中，芯材单元片30为三层片材结构且包括依次层叠且通过热复合连接的第一粘结层、中间结构层和第二粘结层，因此第二芯材单元片能够通过位于外侧的粘结层109分别与第一芯材单元片的外侧的粘结层109以及第三芯材单元片的外侧的粘结层109相互粘接。

在图7g所示的实施例中，芯材单元片30为三层片材结构且包括依次层叠且通过热复合连接的第一功能层、中间结构层和第二功能层，其中，中间结构层、第一功能层和第二功能层互具相容性，第一功能层和第二功能层所实现的功能既可相同也可不同，因此第二芯材单元片能够通过位于外侧的功能层108分别与第一芯材单元片的外侧的功能层108以及第三芯材单元片的外侧的功能层108在加热至特定温度以上时熔融粘接并在冷却后恢复固态以维持稳定连接。

在图7i所示的实施例中，芯材单元片30为三层片材结构且包括互具相容性且通过热复合连接的功能层108、结构层107和粘结层109，在此结构下能够以任意次序层叠排列功能层108、结构层107和粘结层109，而不仅限于图示实施例的排列方式，均能使第二芯材单元片分别与第一芯材单元片以及第三芯材单元片形成热复合连接。

在图7k所示的实施例中，当功能层108和结构层107具有对抗性时，只能将粘结层109设置为中间层，否则功能层108与结构层107之间难以稳定连接，换言之，芯材单元片30包括依次层叠的结构层107、粘结层109和功能层108。为保证第二芯材单元片能够分别与第一芯材单元片以及第三芯材单元片形成热复合连接，只能将第二芯材单元片的结构层107与一侧的第一芯材单元片的结构层107连接，以及将第二芯材单元片的功能层108与另一侧的第三芯材单元片的功能层108连接。否则，当第二芯材单元片的结构层107与一侧的第一芯材单元片的功能层108抵接相连且第二芯材单元片的功能层108与另一侧的第三芯材单元片的结构层107抵接相连时，由于结构层107与功能层108具有对抗性，只能通过在结构层107与功能层108之间涂胶或通过其他方式以保证芯材单元片30之间的稳定连接。

在本发明中，芯材单元片30可通过将平整片材压制成型并分割或通过分割直接挤压出几何型材而获得，而无须采用吹塑或吸塑工艺，因此无壁厚方面的工艺限制。为提高芯材的载荷能力，芯材单元片30中的结构层107的片层厚度应优选设置为不小于0.1mm，且理论上该片层厚度的最大值并无限制，但为了保证芯材轻质化，结构层107的厚度也不宜设置过大，具体取值需视乎实际使用场景而定。

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。

在本发明的至少具有三个芯材单元片30的热塑性芯材中，第二芯材单元片的几何高点102与一侧的第一芯材单元片的几何低点103抵接相连，且第二芯材单元片的几何低点103与另一侧的第三芯材单元片的几何高点102抵接相连。其中，几何高点102和几何低点103可以是面或线，从而使相邻的芯材单元片30之间构成面接触或线接触。例如，在相邻的芯材单元片30中，抵接相连的几何高点102与几何低点103之间可形成弧面接触、尖端接触、平面接触或其他类型接触(如不规则面接触)。

参照附图所示的各实施例，热塑性芯材可形成为外形上呈蜂窝体形状的拼接式组合体100。至少部分的芯材单元片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体104，该非闭合的几何体104定义为形成在芯材单元片30的片材表面且沿第二方向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。几何体104可以是形成在片材表面的压制成型结构，此时几何内孔则为压制成型孔，几何内孔在片材表面形成为非闭合孔。其中，几何凸起部包括沿第一方向D1依次交替排布且凸起方向相反的第一几何凸起部和第二几何凸起部。第一几何凸起部和第二几何凸起部的结构形状可相同，也可不同。当芯材单元片30的同一侧片材表面上形成有相邻的两个第一几何凸起部时，另一侧片材表面相应地形成有位于该两个第一几何凸起部之间的第二几何凸起部，并在片材表面上限定第一几何凸起部的最低点为几何低点103且第二几何凸起部的最高点为几何高点102，即几何高点102和几何低点103沿第一方向D1依次交替排布。几何内孔的种类包括形成在第一几何凸起部中的第一几何内孔105和形成在第二几何凸起部中的第二几何内孔106。

在相邻的芯材单元片30中，轴孔结构可通过至少一个第一几何凸起部和至少一个第二几何凸起部拼接而成，此时轴向贯通孔101由至少一个第一几何内孔105和至少一个第二几何内孔106拼接闭合而成。或者，轴孔结构可通过至少一个第一几何凸起部和平整的芯材单元片30拼接而成，平整的芯材单元片30的片材表面上未加工出几何体104，因此片材表面呈平整状，此时轴向贯通孔101由至少一个第一几何内孔105和平整的芯材单元片30拼接闭合而成。又或者，轴孔结构可通过至少一个第二几何凸起部和平整的芯材单元片30拼接而成，此时轴向贯通孔101由至少一个第二几何内孔106和平整的芯材单元片30拼接闭合而成。

需要说明的是，同一个片材单元32上的多个几何体104的形状结构可完全相同、可互不相同、可不完全相同，且组成拼接式组合体100的多个芯材单元片30上的几何体104可相同，也可不同。在附图所示的各个实施例中，构成拼接式组合体100的各个芯材单元片30上的所有几何体104的结构形状均相同。

在附图所示的各个实施例中，将芯材单元片30上的第一几何凸起部视为是从芯材单元片30的片材顶面向下凸出成型，从而在片材底面上相应地形成有向上凸出的第二几何凸起部，且第一几何凸起部和第二几何凸起部的凸起结构形状相同，从而在片材顶面上形成呈非封闭的向上开口状的第一几何内孔105以及在片材底面上形成呈非封闭的向下开口状的第二几何内孔106。在任意相邻的两个芯材单元片30中，第一芯材单元片上的第一几何凸起部与第二芯材单元片上的第一几何凸起部沿第二方向D2错开，以使得第一芯材单元片上的多个第一几何凸起部与第二芯材单元片上的多个第二几何凸起部沿第一方向D1一一对应地抵接相连，也就使得第一芯材单元片上的多个几何低点103与第二芯材单元片上的多个几何高点102沿第一方向D1一一对应地抵接相连。如此，拼接式组合体100中的各个轴孔结构均由一个第一几何凸起部和一个第二几何凸起部拼接而成，各个轴向贯通孔101均由一个第一几何内孔105和一个第二几何内孔106拼接闭合而成。

需要说明的是，当多个芯材单元片30沿第二方向D2层叠排列时，相邻的芯材单元片30在层叠拼接前的摆放位置可相同，也可相反，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拼接式组合体100即可。当芯材单元片30的各个几何体104的形状结构相同且等间隔布置时，若相邻的两个芯材单元片30的摆放方向相同，还需要适当移动调整沿第一方向D1的对齐位置才能拼接成拼接式组合体100。

此外，可将拼接式组合体100设置为长方体形状，第一方向D1与第二方向D2垂直且分别为拼接式组合体100的两个边长方向，第二方向D2垂直于芯材单元片30的片材表面，轴向贯通孔101沿拼接式组合体100的厚度方向贯通，即几何内孔中轴线OO'沿拼接式组合体100的厚度方向。各附图中所示的第一方向D1为拼接式组合体100的长度方向，第二方向D2为拼接式组合体100的宽度方向，第三方向D3为拼接式组合体100的厚度方向，但各方向定位可以互换，本发明不限于此。此外，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。

在附图所示的各个实施例中，轴向贯通孔101可呈正六边形状、腰形状、菱形状或不规则的异型状。

如图7a和图7b所示，拼接式组合体100的轴向贯通孔101为正六边形孔。如图8a和图8b所示，拼接式组合体100的轴向贯通孔101为相对短的腰形孔，或称椭圆形孔、跑道孔等等，以下统称腰形孔，此时对接的几何高点102与几何低点103之间形成沿第一方向D1的平面接触。如图9a和图9b所示，拼接式组合体100的轴向贯通孔101也为相对短的腰形孔，但与上一实施例不同的是，此时对接的几何高点102与几何低点103之间形成弧面接触，通常情况下，弧面接触的结合面的面积小于平面接触的结合面的面积。如图10a和图10b所示，拼接式组合体100的轴向贯通孔101为相对于图8a和图8b所示以及图9a和图9b所示的实施例中的轴向贯通孔101更长的腰形孔，此时对接的几何高点102与几何低点103之间形成沿第一方向D1的平面接触。如图11a和图11b所示，拼接式组合体100的轴向贯通孔101也同样为相对长的腰形孔，但上一实施例不同的是，此时对接的几何高点102与几何低点103之间形成弧面接触，通常情况下，弧面接触的结合面的面积小于平面接触的结合面的面积。如图12a和图12b所示，拼接式组合体100的轴向贯通孔101为四边的菱形孔，且对接的几何高点102与几何低点103之间形成沿第一方向D1的平面接触。如图13a和图13b所示，拼接式组合体100的轴向贯通孔101同为四边的菱形孔，但与上一实施例不同的是，此时对接的几何高点102与几何低点103之间形成尖端接触。此外，在一些未有图示示出的实施例中，拼接式组合体100的轴向贯通孔101可设置为不规则的异型孔。

需要说明的是，当相邻的芯材单元片30中包括一个平整的芯材单元片30时，拼接式组合体100的轴向贯通孔101可以是半分正六边形孔、半分腰形孔、半分菱形孔等。此外，芯材单元片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。在拼接式组合体100中，轴向贯通孔101的形状不限于附图所示的各个形状，也可以是正四边形、圆形等等，在此不再展开细述。

以上结合附图阐述了具有多层复合结构的热塑性芯材，可适用于一些有特定功能需求(例如阻燃、防腐等)的实际场合，通用性高，应用领域广泛。且与现有的圆管蜂窝芯材、半六边形折叠蜂窝芯材等相比，组成结构简单新颖，便于在流水线上连续加工生产，芯材生产效率高、生产成本低，且由于省去吹塑或吸塑环节，可增大片材厚度以填充结构填料或功能填料，从而高强度和功能多样性，尤其适于重载领域等。

为获得符合要求的能够实现轻质重载的热塑性芯材，对于附图所示的实施例中的拼接式组合体100，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。优选地，在拼接式组合体100的由第一方向D1与第二方向D2定义且与拼接式组合体100实体相交的任一平面，即拼接式组合体100的任一横截面平面中，平面空隙率应不低于40％，更优选地，平面空隙率应不低于60％。在拼接式组合体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。换言之，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，当第三方向D3为承受压缩载荷方向时，拼接式组合体100的材料体积利用率优选设置为不低于60％，更优选地，材料体积利用率不低于80％。

总而言之，本发明提供了一种可自动化流水线连续生产的具有多层复合结构的热塑性芯材，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。且复合层结构有利于将芯材应用在一些有特定功能需求(例如阻燃、防腐等)的实际场合，有效提高通用性，大大拓展了热塑性复合材料的应用领域。

具体地，本发明的带有填充材料的较大壁厚的具有多层复合结构的热塑性芯材可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。

此外，本发明还提供了一种设备，该设备采用根据本发明上述的热塑性芯材。具体地，该设备可为铁路车辆、公路车辆、建筑以及风电、矿用及航空航天领域等等领域中的相关设备或装置。

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.具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，包括：

沿流水线输送方向(X)持续输出经过拉伸取向且片材长度方向(L)沿宽边输送方向(Y)的多个芯材单元片(30)，其中所述芯材单元片(30)为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层(107)以及至少一层功能层(108)或至少一层粘结层(109)，至少部分的所述芯材单元片(30)的一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向(Y)重复呈现的几何高点(102)且另一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向(Y)重复呈现的几何低点(103)；

将各个所述芯材单元片(30)分别围绕沿所述宽边输送方向(Y)的翻转轴线(PP’)翻转预设角度；

沿所述流水线输送方向(X)将各个所述芯材单元片(30)层叠拼接成热塑性芯材。

2.根据权利要求1所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，沿流水线输送方向(X)持续输出经过拉伸取向且片材长度方向(L)沿宽边输送方向(Y)的多个芯材单元片(30)包括：

沿所述流水线输送方向(X)持续输出具有所述多层片材结构的几何型材(10’)或平整片材(10)；

将所述平整片材(10)或几何型材(10’)沿所述流水线输送方向(X)拉伸取向并分割加工成多个所述芯材单元片(30)；

其中，所述平整片材(10)或几何型材(10’)具有依次层叠的所述结构层(107)、所述粘结层(109)和所述功能层(108)，所述功能层(108)与所述结构层(107)具有对抗性。

3.根据权利要求2所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，将各个所述芯材单元片(30)分别围绕沿所述宽边输送方向(Y)的翻转轴线(PP’)翻转预设角度包括：

使得任意相邻的两个所述芯材单元片(30)的翻转方向相同；

其中，在沿所述流水线输送方向(X)依次排布的第一芯材单元片、第二芯材单元片和第三芯材单元片中，所述第二芯材单元片的所述结构层(107)与一侧的所述第一芯材单元片的所述功能层(108)沿所述流水线输送方向(X)对齐，所述第二芯材单元片的所述功能层(108)与另一侧的所述第三芯材单元片的所述结构层(107)沿所述流水线输送方向(X)对齐。

4.根据权利要求3所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，沿所述流水线输送方向(X)将各个所述芯材单元片(30)层叠拼接成热塑性芯材包括：

在将各个所述芯材单元片(30)层叠拼接之前，沿所述宽边输送方向(Y)移动调整所述芯材单元片(30)，使得任意相邻的两个所述芯材单元片(30)中，一者的所述几何高点(102)与另一者的所述几何低点(103)沿所述流水线输送方向(X)对齐。

5.根据权利要求3或4所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，所述生产方法还包括：

在各个所述芯材单元片(30)的接触表面涂覆胶接层以粘接相邻的所述芯材单元片(30)。

6.根据权利要求2所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，将各个所述芯材单元片(30)分别围绕沿所述宽边输送方向(Y)的翻转轴线(PP’)翻转预设角度包括：

使得任意相邻的两个所述芯材单元片(30)的翻转方向相反；

其中，在沿所述流水线输送方向(X)依次排布的第一芯材单元片、第二芯材单元片和第三芯材单元片中，所述第二芯材单元片的所述结构层(107)与一侧的所述第一芯材单元片的所述结构层(107)沿所述流水线输送方向(X)对齐，所述第二芯材单元片的所述功能层(108)与另一侧的所述第三芯材单元片的所述功能层(108)沿所述流水线输送方向(X)对齐。

7.根据权利要求1所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，沿流水线输送方向(X)持续输出经过拉伸取向且片材长度方向(L)沿宽边输送方向(Y)的多个芯材单元片(30)包括：

沿所述流水线输送方向(X)持续输出具有所述多层片材结构的几何型材(10’)或平整片材(10)；

将所述平整片材(10)或几何型材(10’)沿所述流水线输送方向(X)拉伸取向并分割加工成多个所述芯材单元片(30)；

其中，所述几何型材(10’)或平整片材(10)包括依次层叠的第一粘结层、中间结构层和第二粘结层；

或者，所述几何型材(10’)或平整片材(10)包括依次层叠的第一功能层、中间结构层和第二功能层，其中所述第一功能层、所述中间结构层和所述第二功能层互具相容性；

或者，所述几何型材(10’)或平整片材(10)包括所述功能层(108)、所述结构层(107)和所述粘结层(109)，其中所述功能层(108)与所述结构层(107)具有相容性。

8.根据权利要求6或7所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，沿所述流水线输送方向(X)将各个所述芯材单元片(30)层叠拼接成热塑性芯材包括：

使得任意相邻的所述芯材单元片(30)之间形成熔融粘接以层叠拼接成所述热塑性芯材。

9.根据权利要求1所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，所述芯材单元片(30)中的所述多层片材结构通过模内热复合成型。

10.根据权利要求1所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，所述芯材单元片(30)中的所述结构层(107)的片层厚度不小于0.1mm。

11.根据权利要求10所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，所述芯材单元片(30)之间通过对位抵接的所述几何高点(102)和所述几何低点(103)而形成多个轴孔结构，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，任意形状的所述轴向贯通孔(101)的外接圆的直径不小于1mm；和/或，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。

12.根据权利要求1所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，所述结构层(107)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、塑性形变纸张和/或钢塑复合物。

13.根据权利要求12所述的具有多层复合结构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；

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；

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；或者，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。

14.根据权利要求1所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，所述功能层(108)为阻燃层、抗紫外层、颜色层、阻热或传热层、透磁或阻磁层、抗菌层、或隔音层中的一种或者多种功能组合层；和/或，所述功能层(108)的材质包括阻燃填料填充聚合物、抗紫外填料填充聚合物、颜料填料填充聚合物、阻热或传热填料填充聚合物、透磁或阻磁填料填充聚合物、抗菌填料填充聚合物、隔音填料填充聚合物中的一种或者多种组合物。

15.根据权利要求2或7所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，沿所述流水线输送方向(X)，所述平整片材(10)或几何型材(10’)的任一后序输出速度不小于前序输出速度，并且所述平整片材(10)或几何型材(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。

16.根据权利要求15所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，所述平整片材(10)或几何型材(10’)的初始输出速度为V₀且在单个的几何塑型设备(2)上的输出速度为V₁，满足：V_O<V₁；

或者，所述平整片材(10)或几何型材(10’)的初始输出速度为V₀，且在沿所述流水线输送方向(X)前后布置的两个几何塑型设备(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。

17.根据权利要求1所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产方法，其中，所述生产方法还包括：

使得在拼接成型的所述热塑性芯材中，当所述平整片材(10)或几何型材(10’)的塑材表面的垂直方向为承受压缩载荷方向时，所述热塑性芯材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，在所述热塑性芯材的平行于所述平整片材(10)或几何型材(10’)的塑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％。

18.具有多层复合结构的热塑性芯材的生产设备，包括：

热塑材料成型设备(1)，用于沿所述流水线输送方向(X)持续输出具有多层片材结构的几何型材(10’)或平整片材(10)，其中所述几何型材(10’)或平整片材(10)为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层(107)以及至少一层功能层(108)或至少一层粘结层(109)；

芯材单元片成型组件，用于将所述平整片材(10)或几何型材(10’)沿所述流水线输送方向(X)拉伸取向并分割加工成片材长度方向(L)沿宽边输送方向(Y)的多个芯材单元片(30)，其中至少部分的所述芯材单元片(30)的一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向(Y)重复呈现的几何高点(102)且另一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向(Y)重复呈现的几何低点(103)；

导向设备(5)，用于将各个所述芯材单元片(30)分别围绕沿所述宽边输送方向(Y)的翻转轴线(PP’)翻转预设角度；

热塑性芯材拼接组件，沿所述流水线输送方向(X)将各个所述芯材单元片(30)层叠拼接成热塑性芯材。

19.根据权利要求18所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产设备，其中，所述热塑材料成型设备(1)包括由上而下依次布置的上层挤出模具(1a)、中间层挤出模具(1b)、下层挤出模具(1c)以及位于所述上层挤出模具(1a)、所述中间层挤出模具(1b)和所述下层挤出模具(1c)的成型挤出口的热复合成型段。

20.根据权利要求18所述的具有多层复合结构的热塑性芯材的生产设备，其中，所述热塑性芯材拼接组件包括：

聚合设备，用于沿所述流水线输送方向(X)收拢各个所述芯材单元片(30)；

熔接设备，用于使得任意相邻的所述芯材单元片(30)之间形成熔融粘接以层叠拼接成所述热塑性芯材。

21.具有多层复合结构的热塑性芯材的生产设备，包括：

热塑材料成型设备(1)，用于沿所述流水线输送方向(X)持续输出具有多层片材结构的几何型材(10’)或平整片材(10)，其中所述几何型材(10’)或平整片材(10)为不小于三层的多层片材结构且包括用于承受载荷的结构层(107)以及至少一层功能层(108)或至少一层粘结层(109)；

芯材单元片成型组件，用于将所述平整片材(10)或几何型材(10’)沿所述流水线输送方向(X)拉伸取向并分割加工成片材长度方向(L)沿宽边输送方向(Y)的多个芯材单元片(30)，其中至少部分的所述芯材单元片(30)的一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向(Y)重复呈现的几何高点(102)且另一侧片材表面形成有沿所述宽边输送方向(Y)重复呈现的几何低点(103)；

导向设备(5)，用于将各个所述芯材单元片(30)分别围绕沿所述宽边输送方向(Y)的翻转轴线(PP’)翻转预设角度；

涂胶设备(3)，用于在各个所述芯材单元片(30)的接触部上涂覆胶接层；

热塑性芯材拼接组件，沿所述流水线输送方向(X)将各个所述芯材单元片(30)层叠拼接成热塑性芯材。