CN110228210A - 热塑性芯材的生产方法和生产设备 - Google Patents

热塑性芯材的生产方法和生产设备 Download PDF

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张志成
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文成玉
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China Energy Investment Corp Ltd
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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(X)持续输出平整的片材(10)；将片材分割加工成沿宽边输出方向(Y)等宽且沿流水线输出方向呈带状的多个片材单元，至少部分的片材单元上加工有沿流水线输出方向重复呈现的非闭合的几何形状体；将片材单元分别翻转预设角度，使得片材单元宽度方向(W)与宽边输出方向之间形成夹角(a)；沿各个片材单元收拢并层叠拼接成单元组合体。生产设备包括热塑材料成型设备、片材单元加工成型组件、导向定位组件及加热组件或胶枪等。本发明能够低成本、大批量生产出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，涉及一种热塑性材料及其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；
将所述片材分割加工成沿该片材的宽边输出方向等宽且沿所述流水线输出方向呈带状的多个片材单元，其中至少部分的所述片材单元的片材表面上加工有沿所述流水线输出方向重复呈现的非闭合的几何形状体；
将分割加工后的各个所述片材单元分别翻转预设角度，使得翻转后的所述片材单元的长度方向保持沿所述流水线输出方向，所述片材单元的宽度方向与所述片材的宽边输出方向之间形成夹角；
沿所述宽边输出方向将翻转后的各个所述片材单元收拢并层叠拼接成单元组合体。
其中可选择地，可先将片材分割而后在分割后的各个片材单元上进行加工。即，将所述片材分割加工成沿该片材的宽边输出方向等宽且沿所述流水线输出方向呈带状的多个片材单元包括：
沿所述流水线输出方向切割所述片材并分割成沿所述片材的宽边输出方向等宽的多个片材单元带；
在至少部分的所述片材单元带的片材表面上相应地加工出所述几何形状体。
可选择地，也可直接在片材上先加工再进行分割。即，将所述片材分割加工成沿该片材的宽边输出方向等宽且沿所述流水线输出方向呈带状的多个片材单元包括：
在所述片材的至少部分的片材表面上加工出所述几何形状体；
沿宽边输出方向等宽切割加工后的所述片材，以形成多个所述片材单元。
在一种实施例中，在将所述片材分割加工成沿该片材的宽边输出方向等宽且沿所述流水线输出方向呈带状的多个片材单元时，使所述片材单元与所述片材保持平行，在片材表面上加工出垂直于所述片材表面呈***状的几何凸起部，在所述几何凸起部中形成沿所述宽边输出方向轴向贯通且在所述片材表面呈非闭合状的几何内孔，从而加工出所述几何形状体。
可选地，所述片材的输出加工方式为挤出、压延、流延或辊压加工，和/或，所述几何形状体的加工方式为辊式模具挤压、板状模具挤压或链式模具挤压。
在一种实施例中，所述生产方法还包括：在各个所述片材单元的接触表面涂覆胶接层。
在一些实施例中，在将分割加工后的各个所述片材单元分别翻转预设角度时，将所述片材单元围绕沿所述流水线输出方向的旋转轴线分别翻转所述预设角度，所述宽度方向与所述宽边输出方向之间的所述夹角与所述预设角度的大小相同且均为20°～160°。
其中，在一种具体实施例中，使任意相邻的两个所述片材单元的翻转方向相反且翻转的所述预设角度均为90°，翻转后的各个所述片材单元呈板板对置式的格栅板状分布。进一步地，翻转后的所述片材单元与所述片材垂直，所述几何形状体沿所述宽边输出方向凸出，所述几何凸起部中的几何内孔的轴向垂直于所述片材的片材表面。
在一种实施例中，沿所述宽边输出方向将翻转后的各个所述片材单元收拢并层叠拼接成单元组合体包括：
使得任意相邻的所述片材单元之间的接触部熔融粘接以连接成所述单元组合体。
可选地，所述片材单元之间的熔融粘接方式为热熔拼接、超声拼接或红外拼接。
在一种实施例中，沿所述宽边输出方向将翻转后的各个所述片材单元收拢并层叠拼接成单元组合体包括：
沿所述流水线输出方向移动调整所述片材单元，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流水线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。
进一步地，在沿流水线输出方向持续输出平整的片材时，所述片材的厚度不小于0.1mm。
进一步地，所述单元组合体中包括通过所述几何形状体拼接形成的多个轴孔结构，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，任意形状的所述轴向贯通孔的外接圆的直径不小于1mm。
进一步地，所述单元组合体中包括通过所述几何形状体拼接形成的多个轴孔结构，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，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。
进一步地，所述生产方法还可包括：
使得当所述片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％。
根据本发明的另一方面，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；
片材单元加工成型组件，用于将所述片材分割加工成沿该片材的宽边输出方向等宽且沿所述流水线输出方向呈带状的多个片材单元，其中至少部分的所述片材单元的片材表面上加工有沿所述流水线输出方向重复呈现的非闭合的几何形状体；
导向定位组件，用于将分割加工后的各个所述片材单元分别翻转预设角度，使得翻转后的所述片材单元的长度方向保持沿所述流水线输出方向，所述片材单元的宽度方向与所述片材的宽边输出方向之间形成夹角；
熔融粘接组件，用于加热各个所述片材单元以熔融粘接成单元组合体。
其中，可选择地，可先将片材分割而后在分割后的各个片材单元带上进行加工。由此，所述片材单元加工成型组件可包括：
裁切组件，用于沿所述流水线输出方向切割所述片材并分割成沿所述片材的宽边输出方向等宽的多个片材单元带；
几何形状体成型组件，用于在至少部分的所述片材单元带的片材表面上成型出垂直于所述片材表面呈***状的所述几何凸起部，所述几何凸起部中形成有沿所述宽边输出方向轴向贯通且在所述片材表面呈非闭合状的几何内孔。
可选择地，也可直接在片材上先加工再进行分割。即，所述片材单元加工成型组件包括：
几何形状体成型组件，用于在所述片材的至少部分的片材表面上成型出垂直于所述片材表面呈***状的几何凸起部，所述几何形状体中形成有沿所述宽边输出方向轴向贯通且在所述片材表面呈非闭合状的几何内孔；
裁切组件，用于沿所述流水线输出方向切割所述片材并分割成沿所述片材的宽边输出方向等宽的多个所述片材单元。
在一些实施例中，所述生产设备可包括：
收拢组件，用于沿所述宽边输出方向收拢各个所述片材单元。
在一些实施例中，所述热塑材料成型设备、所述裁切组件、所述几何形状体成型组件、所述导向定位组件和所述熔融粘接组件沿所述流水线输出方向依次布置；
或者，所述热塑材料成型设备、所述几何形状体成型组件、所述裁切组件、所述导向定位组件和所述熔融粘接组件沿所述流水线输出方向依次布置。
在一些实施例中，所述几何形状体成型组件为压辊组件，所述压辊组件的旋转轴线沿所述宽边输出方向并且辊体周壁形成有沿周向间隔的凸起状的棱边压接部。
可选地，所述导向定位组件为导向辊或导向箱体，和/或，所述熔融粘接组件为烘烤组件、超声焊接组件或红外焊接组件。
根据本发明的另一方面，还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；
片材单元加工成型组件，用于将所述片材分割加工成沿该片材的宽边输出方向等宽且沿所述流水线输出方向呈带状的多个片材单元，其中至少部分的所述片材单元的片材表面上加工有沿所述流水线输出方向重复呈现的非闭合的几何形状体；
胶枪，用于在各个所述片材单元的接触表面涂覆胶接层；
导向定位组件，用于将分割加工后的各个带状的所述片材单元分别翻转预设角度，使得翻转后的所述片材单元的长度方向保持沿所述流水线输出方向，所述片材单元的宽度方向与所述片材的宽边输出方向之间形成夹角；
收拢组件，用于沿所述宽边输出方向收拢各个所述片材单元并粘接成单元组合体。
其中，片材单元可通过先打胶而后在收拢后直接胶体粘接成蜂窝体。
在一些实施例中，所述片材单元加工成型组件包括压辊状的几何形状体成型组件，所述胶枪为辊体胶枪，所述几何形状体成型组件和所述胶枪的形状相同且各自旋转轴线均沿所述宽边输出方向，所述几何形状体成型组件的辊体周壁形成有沿周向间隔的凸起状的棱边压接部，所述胶枪的辊体周壁形成有沿周向间隔的凹槽状的棱边涂胶部。
在本发明的热塑性芯材的生产方法中，可通过例如热塑材料成型设备等持续输出塑性材料，生产连续性较好，可流水线操作，一体化生产出蜂窝体，生产效率高，可大规模生产应用，降低生产成本，而且生产过程只有分隔和辊压等加工方式，无材料浪费；另外通过热塑材料成型设备的挤出方式，中间加工过程无吸塑或吹塑等工艺，从而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。本发明的热塑性芯材的生产设备均为相对普通的多个装置构成，成本低，生产连续，所生产的热塑性芯材由特定规则排列的多个半蜂窝单元体拼接组成，结构形状新颖，显著区别于既有的圆管蜂窝和半六边形折叠蜂窝等，便于实现流水线的连续作业以高效率地加工生产出蜂窝体形状的热塑性芯材，从而大大降低生产成本，易于普及化、大规模生产、应用。
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短的腰形孔，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短的腰形孔，且对接的接触表面形成弧面接触；
图4a、图4b分别展示了根据本发明的第四实施例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5a、图5b分别展示了根据本发明的第五实施例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6a、图6b分别展示了根据本发明的第六实施例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7a、图7b分别展示了根据本发明的第七实施例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；
图8a、图8b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9为根据本发明的第九实施例的热塑性芯材的主视图；
图10展示了片材单元的分层结构示意图；
图11a至11a’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11b至11b’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11c至11c’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11d至11d’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11e至11e’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12为根据本发明的一种具体实施例的塑性芯材的生产方法的流程示意图；
图13a至图13d为应用于图12所示的生产方法中的生产设备的结构示意图，其中图13a、图13b为立体图，图13c为主视图，图13d为俯视图，图13e和图13f分别为翻转前后的片材单元的结构示意图。
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 几何形状体成型组件
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
7 收拢组件 8 熔融粘接组件
10 片材
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 a’ 平面夹角
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***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***。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8b和图9，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8b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9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至第七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。在第三实施例中，单元组合体100的轴向贯通孔101也为相对短的腰形孔。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。
第四实施例中的单元组合体100的轴向贯通孔101为相对于第二、第三实施例中的轴向贯通孔101更长的腰形孔。在第五实施例中，单元组合体100的轴向贯通孔101也同样为相对长的腰形孔。所不同的是，在第四实施例中，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，在第五实施例中，对接的高点102与低点103之间形成弧面接触，即第五实施例中的接触部的结合面的面积小于第四实施例中的接触部的结合面的面积。
同样的，图6a至图6d分别展示了根据本发明的第六实施例的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔101为四边的菱形孔，且对接的高点102与低点103之间形成沿第一方向D1的平面接触；图7a至图7d分别展示了根据本发明的第七实施例的热塑性芯材的结构，其中的轴向贯通孔101同为为四边的菱形孔，且对接的高点102与低点103之间形成尖端接触。
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8a和图8b所示的第八实施例不同于第一实施例至第七实施例中的任意一个。在第八实施例中，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8b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。
由于至少包括两种类型的几何片材单元，使得整个单元组合体100中具有不同形状的多种轴向贯通孔101。例如图8b中所显示的沿第一方向D1间隔的最上方第一行的多个轴向贯通孔101中，各个轴向贯通孔101均由三个半菱形孔形状的几何间隔孔106与两个半正六边形孔形状的几何内孔105拼合构成。上方第二行的多个轴向贯通孔101中，包括沿第一方向D1交替间隔的两种轴向贯通孔101，其中一种轴向贯通孔101由一个半正六边形孔形状的几何间隔孔106与两个半菱形孔形状的几何内孔105拼合构成，另一种轴向贯通孔101由一个半正六边形孔形状的几何间隔孔106与一个半菱形孔形状的几何内孔105拼合构成。从图8b可见，在不同形状结构的几何片材单元构成异型片材单元的组合拼接时，并非各个高点102和低点103均能对应相接，部分的高点102或低点103可呈悬空状。
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10所示，几何片材单元32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32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32的A层与一侧相邻的几何片材单元32的A层结合，同时几何片材单元32的C层与另一侧相邻的几何片材单元32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32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，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，可按要求设计，在保证质轻重载的基础上，防止产生破壁。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10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11a～图11e’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11a、图11a’，图11a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11a’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11b、图11b’，图11b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11b’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11c、图11c’，图11c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11c’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11d、图11d’，图11d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11d’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11e、图11e’，图11e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11e’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12、图13a至图13d所示的实施例中，提供了热塑性芯材的第一种生产方法。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。
参见图12、图13a至图13d，该热塑性芯材的生产方法包括流水线连续作业的以下步骤：
S121、沿流水线输出方向X持续输出平整的片材10；
S122、将所述片材10分割加工成沿该片材10的宽边输出方向Y等宽且沿所述流水线输出方向X呈带状的多个片材单元30，其中至少部分的片材单元30的片材表面上加工有沿流水线输出方向X重复呈现的非闭合的几何形状体104；
S123、将分割加工后的各个片材单元30分别翻转预设角度，使得翻转后的片材单元30的长度方向L保持沿流水线输出方向X，片材单元30的宽度方向W与片材10的宽边输出方向Y之间形成夹角a；
S124、沿宽边输出方向Y将翻转后的各个片材单元30收拢并层叠拼接成单元组合体100。
可见，上述生产方法保障了热塑性芯材的生产连续性，可自动化流水线生产，通过流水线上游端连续输出的片材10加工出从流水线下游端持续输出的单元组合体100，相较于需要人工参与或中断的间断式生产方式，生产效率获得极大提高，从而具备通用性大规模生产、大幅降低成品成本的基础大。其中，通过辊压等方式在片材10上直接压型出蜂窝结构的波峰和波谷，即几何形状体104等，无吸塑或吹塑等环节，从而片材10可具有较大的壁厚，可填充较多增强材料，使得辊压成型后的单元组合体100也可具有较大的壁厚，强度高，而且无任何材料浪费，实现了节约型生产。
可比较地，现有大量使用的热塑性树脂基蜂窝芯主要有两种类型，一种是圆管蜂窝芯，主要工艺为高速双层共挤出较厚壁厚的单根圆管，经吹塑形成壁厚为0.1～0.3mm厚薄管，将多根薄管叠加成坨并放入烘箱中，使得外层低温料熔融而里层高温料保持固态，冷却后按要求裁切。第二种是半封闭折叠蜂窝，主要工艺流程为连续材料通过垂直于材料面的塑性形变产生，从而形成半六边形单元壁和较小的连接区域，通过沿传输方向折叠，单元避相遇，从而形成蜂窝体结构。第一种的圆管蜂窝的工艺简单，但由于生产不连续导致，即烘箱存在升温降温过程，导致圆管蜂窝生产效率较低，生产成本高，成型过程中存在吹塑环节，导致物料中无法填充功能填料和增强填料，应用场合受限。第二种的半封闭折叠蜂窝的工艺生产连续，但其半封闭导致物料浪费较多，成型中存在吸塑环节，导致物料中也无法填充功能填料和增强填料，应用场合受限。
而本发明可完全解决上述两种方案中存在的高成本、物料浪费及无法填充功能填料和增强填料的问题，提供一种新型的可填充、低成本、节约型蜂窝芯材及其生产方法和生产设备。
在本发明的生产方法中，平整片材10可通过热塑材料成型设备1的出口持续输出，可在水平的流水线作业平台上沿流水线输出方向X持续移动输出。为便于理解片材10、片材单元30在加工过程中的不同阶段的定向以及彼此的方位关系，在附图所示的各个生产方法和生产设备的实施例中，定义了绝对坐标系和相对坐标系。其中，片材10平稳输出，并不会翻转，因此流水线输出方向X、宽边输出方向Y即片材10的长度方向和宽度方向。因此，可考虑以片材成型设备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。在附图所示的各个方法和设备实施例中，绝对坐标系包括流水线输出方向X、宽边输出方向Y和流水线平台垂直方向Z，原点位置设置在片材成型设备的成型出口或流水线作业平台的起点位置，流水线输出方向X、宽边输出方向Y共同限定流水线作业平台的水平平台表面或从所述成型出口水平输出的片材10的片材表面。同时，参见图13e和图13f，针对片材单元30定义动态坐标系，即片材单元30的宽度方向W(即图1e中的第三方向D3)和长度方向L(即图1e的第一方向D1)，可清晰明了地展现片材单元30在加工过程中的转向前后的位置关系。
如图12所示，本实施例的生产方法可概略包括输出步骤、分割加工步骤、翻转步骤和收拢拼接步骤。
需要说明的是，沿流水线输出方向X持续输出平整的片材10可以是输出单组片材10，也可以是以分组方式沿流水线输出方向X持续输出多组平整的片材10，多组片材10的片材表面相互平行且沿片材10的宽边输出方向Y间隔分布。当单元组合体100沿第二方向的尺寸要求较大时，则需要较多数量的几何片材单元32进行拼接，由此片材10沿宽边输出方向Y的尺寸也相应地需要增大。然而，当片材10沿宽边输出方向Y的尺寸过大时，片材10的生产难度大大增加，且输出设备及输出模具的生产成本和维护成本也大大增加。并且，由于生产工艺及设备的限制，片材10沿宽边输出方向Y的输出宽边尺寸也有限，由此导致单组输出片材10所生产出来的单元组合体100的尺寸大大受到限制。如采用沿宽边输出方向Y分组并多组输出片材10的输出方式，组合多组片材10的宽边输出方向的宽边尺寸，能大大增加沿宽边输出方向Y同步输出的几何片材单元32的数量，由此很大程度的拓展了单元组合体100的生产尺寸。
其中，在分割加工步骤S122中，根据分割和加工的先后顺序不同，可选择地，步骤S122可包括子步骤：
S1221、沿所述流水线输出方向X切割所述片材10并分割成沿所述片材10的宽边输出方向Y等宽的多个片材单元带20；
S1222、在至少部分的片材单元带20的片材表面上相应地加工出几何形状体104，从而形成沿流水线输出方向X呈带状的多个片材单元30；
其中，在子步骤S122中，加工有几何形状体104的片材单元带20形成为几何片材单元，未加工几何形状体104的片材单元带20形成为平整片材单元。在图13a所示的实施例中，通过子步骤S122加工成型的片材单元30均为几何片材单元，片材单元30的长度方向L沿流水线输出方向X，片材单元30的宽度方向W平行于宽边输出方向Y。
可选择地，步骤S122也可包括子步骤：
S1221’、在片材10的至少部分的片材表面上加工出几何形状体104；
S1222’、沿宽边输出方向Y等宽切割加工后的片材10，以形成沿流水线输出方向X呈带状延伸的多个片材单元30。
如图13a所示，用于加工几何形状体104的几何形状体成型组件2的外周部形成有沿宽边输出方向Y连续延伸并呈凸起状的棱边压接部，从而可在片材10的整个片材表面上加工出几何形状体104，在等宽切割后则形成图13a所示的多个带状几何片材单元。若需要形成平整片材单元，则可将图13a所示的几何形状体成型组件2的棱边压接部沿宽边输出方向Y非连续设置，例如分段间隔设置。
在分割加工步骤S122中，在加工几何形状体104时，应使片材单元30与片材10保持平行，在相应的片材10或片材单元带20的片材表面上加工出垂直于片材表面呈***状的几何凸起部，在几何凸起部中形成沿宽边输出方向Y轴向贯通且在片材表面呈非闭合状的几何内孔105，从而加工出几何形状体104。在图13a中，当垂直于片材10的片材表面方向辊压出几何形状体104时，加工出的片材单元30上的几何形状体104的几何内孔中心线OO’应平行于宽边输出方向Y。其中，几何形状体104的加工方式可采用例如辊式模具挤压、板状模具挤压或链式模具挤压等。片材10的输出加工方式可采用挤出、压延、流延或辊压加工等等。
在翻转步骤S123中，通过翻转，使得翻转后的片材单元30的长度方向L保持沿流水线输出方向X，宽度方向W与宽边输出方向Y之间形成夹角a。夹角a的取值范围可在20°～160°之间，例如a＝20°或160°时，轴向贯通孔101呈斜孔状。在图13a中，所述夹角a优选为90°，即翻转后的片材单元30的各自几何形状体104的几何内孔中心线OO’垂直于片材10的片材表面，即几何内孔中心线OO’沿流水线平台垂直方向Z。参见图13a，翻转后的片材单元30与片材10垂直，几何形状体104沿宽边输出方向Y凸出，几何凸起部中的几何内孔105的轴向沿流水线平台垂直方向Z垂直于片材10的片材表面。
具体地，在翻转步骤中，各个片材单元30可围绕各自的沿流水线输出方向X的旋转轴线PP’分别翻转预设角度，该预设角度即翻转后的宽度方向W与宽边输出方向Y之间的夹角a。在图13a至图13d所示的实施例中，可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。翻转后的片材单元30的板板対置式分布，意味着后续沿宽边输出方向Y彼此靠拢并进行拼接时，能够形成沿流水线输出方向X依次间隔的多个周向封闭的轴向贯通孔101，即形成如图1b所示的完整的单个蜂窝单元体。
在图13a至图13d中，各个片材单元30均为几何片材单元且几何形状体104均相同，在任意相邻的两个片材单元30翻转方向相反时，可不必在流水线输出方向X移动调整，即可拼接形成图1a、图1c所示的单元组合体100。第一实施例至第七实施例中任意一者的单元组合体100都可采用上述翻转方式，可不必进行沿流水线输出方向X的移动调整。
当然在执行翻转过程中，也可控制沿流水线输出方向X的翻转后输出速度，以实现通过沿流水线输出方向X的移动调整各个片材单元30的对齐位置。例如在形成第八实施例所示的单元组合体100时，由于片材单元30包括形状结构不同的两种类型，因而可调整片材单元30的翻转后输出速度，即输出步调等，以实现沿宽边输出方向Y的精确对齐。
在本实施例中的收拢拼接步骤中，S124可包括子步骤：
S1241、沿宽边输出方向Y收拢各个片材单元30，使任意相邻的片材单元30沿宽边输出方向Y彼此抵接后形成有沿流水线输出方向X依次间隔的多个周向封闭的轴向贯通孔101；
S1242、使得收拢抵接后的片材单元30之间的接触部熔融粘接以形成单元组合体100。
即，步骤S124可包括收拢子步骤以及其后的熔融粘接子步骤。其中，子步骤S1242中的片材单元30之间的熔融粘接方式可选择热熔拼接、超声拼接或红外拼接等，此外也可采用替代的机械连接等等。
当然，也可在步骤S122形成带状的片材单元30后，在各个片材单元30上用于拼接接触的接触部的接触表面(即高点102或低点103的表面)上涂覆胶体，即胶接层，以用于在后续收拢抵接片材单元30后，二者的接触部可直接粘接成型。
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％。
对应于上述实施例的热塑性芯材的生产方法，还相应提供了一种热塑性芯材的生产设备，如图13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；
片材单元加工成型组件，用于将片材10加工成沿宽边输出方向Y等宽且沿流水线输出方向X呈带状的多个片材单元30，其中至少部分的片材单元30的片材表面上加工有沿流水线输出方向X重复呈现的非闭合的几何形状体104；
导向定位组件5，用于将分割加工后的各个带状的片材单元30分别翻转预设角度，使得翻转后的片材单元30的长度方向L保持沿流水线输出方向X，片材单元30的宽度方向W与宽边输出方向Y之间形成夹角a；
熔融粘接组件8，用于加热各个片材单元30以熔融粘接成单元组合体100。
其中，当以分组方式沿流水线输出方向X持续输出多组平整的片材10，多组片材10的片材表面相互平行且沿片材10的宽边输出方向Y间隔分布时，相应地，可沿片材10的宽边输出方向Y间隔分布多组热塑材料成型设备1以对多组的片材10进行加工。
其中，参见图13，所述片材单元加工成型组件可包括：
裁切组件4，用于沿流水线输出方向X切割片材10并分割成沿片材10的宽边输出方向Y等宽的多个片材单元带20；
几何形状体成型组件2，用于在至少部分的片材单元带20的片材表面上成型出垂直于片材表面呈***状的几何凸起部，几何凸起部中形成有沿宽边输出方向Y轴向贯通且在片材表面呈非闭合状的几何内孔105。
可选的，也可将裁切组件4和几何形状体成型组件2位置调换，即先加工再裁剪，因此片材单元加工成型组件也可包括：
几何形状体成型组件2，用于在片材10的至少部分的片材表面上成型出垂直于片材表面呈***状的几何凸起部，几何形状体104中形成有沿宽边输出方向Y轴向贯通且在片材表面呈非闭合状的几何内孔105；
裁切组件4，用于沿流水线输出方向X切割片材10并分割成沿片材10的宽边输出方向Y等宽的多个片材单元30。
进一步地，生产设备还可包括：
收拢组件7，用于沿宽边输出方向Y收拢各个片材单元30。
收拢组件7可单独设置，也可通过逐渐收窄的导轨侧壁等结构方式达到从两侧向中心收拢的目的。
在图13中，为了适应于流水线式持续生产操作，热塑材料成型设备1、裁切组件4、几何形状体成型组件2、导向定位组件5、收拢组件7和熔融粘接组件8均沿流水线输出方向X依次布置。当然，裁切组件4与几何形状体成型组件2的位置也可互换。或者，热塑材料成型设备1、几何形状体塑型组件、裁切组件4、导向定位组件5、收拢组件7和熔融粘接组件8均沿流水线输出方向X依次布置。
其中，几何形状体成型组件2采用了压辊组件。参见图13，图示的压辊组件的旋转轴线沿片材10的宽边输出方向Y并且辊体周壁形成有沿周向间隔的凸起状的棱边压接部。特别地，由于需要对各个片材单元带20分别加工，因而几何形状体成型组件2和导向定位组件5均包括沿宽边输出方向Y依次布置且个数相同的多个切刀单体和多个转向器单体。
需要说明的是，图13a至图13d中片材10采用了挤出模具的片材挤出方式，当然也可采用例如片材流延、片材压延、片材辊压等替代方式。几何形状体104的加工方式采用了压辊组件的辊式模具挤压，当然也可采用板式模具挤压或链式模具挤压等，以达到加工和塑形几何形状体104的目的。导向定位组件5采用了导向箱体的形式，但也可采用例如导向辊的方式。同样的，熔融粘接组件8采用加热箱的方式，但也可采用超声焊、红外加热等等方式，从而可选用相应的功能设备。
对应于图12所示的热塑性芯材的生产方法，还相应提供了另一种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，用于沿流水线输出方向X持续输出平整的片材10；
片材单元加工成型组件，用于将片材10分割加工成沿该片材10的宽边输出方向Y等宽且沿流水线输出方向X呈带状的多个片材单元30，其中至少部分的片材单元30的片材表面上加工有沿流水线输出方向X重复呈现的非闭合的几何形状体104；
胶枪3，用于在各个片材单元30的接触表面涂覆胶接层；
导向定位组件5，用于将分割加工后的各个带状的片材单元30分别翻转预设角度，使得翻转后的片材单元30的长度方向L保持沿流水线输出方向X，片材单元30的宽度方向W与片材10的宽边输出方向Y之间形成夹角；
收拢组件7，用于沿宽边输出方向Y收拢各个片材单元30并粘接成单元组合体100。
与图13a至图13d所示的生产设备不同的是，此生产设备采用胶粘方式，从而可省略熔融粘接组件8。
同样的，为了适应于流水线式持续生产操作，热塑材料成型设备1、裁切组件4、几何形状体成型组件2、胶枪3、导向定位组件5和收拢组件7均沿流水线输出方向X依次布置。当然，裁切组件4与几何形状体成型组件2的位置也可互换。
其中，几何形状体成型组件2可为压辊组件，胶枪3可为形状结构相同的辊体胶枪(未显示)，压辊组件和辊体胶枪的各自旋转轴线均沿宽边输出方向Y，压辊组件的辊体周壁形成有沿周向间隔的凸起状的棱边压接部，辊体胶枪的辊体周壁形成有沿周向间隔的凹槽状的棱边涂胶部，棱边压接部和棱边涂胶部的个数相同且沿周向相同布置。
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蜂窝体芯材，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。
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，生产设备普通，生产连续性较好，可实现流水线操作，一体化生产出蜂窝体，生产效率高，可大规模生产应用，生产过程无材料浪费，生产成本低。热塑性芯材的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。
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 (25)

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)；
将所述片材(10)分割加工成沿该片材(10)的宽边输出方向(Y)等宽且沿所述流水线输出方向(X)呈带状的多个片材单元(30)，其中至少部分的所述片材单元(30)的片材表面上加工有沿所述流水线输出方向(X)重复呈现的非闭合的几何形状体(104)；
将分割加工后的各个所述片材单元(30)分别翻转预设角度，使得翻转后的所述片材单元(30)的长度方向(L)保持沿所述流水线输出方向(X)，所述片材单元(30)的宽度方向(W)与所述片材(10)的宽边输出方向(Y)之间形成夹角(a)；
沿所述宽边输出方向(Y)将翻转后的各个所述片材单元(30)收拢并层叠拼接成单元组合体(100)。
2.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，将所述片材(10)分割加工成沿所述宽边输出方向(Y)等宽且沿所述流水线输出方向(X)呈带状的多个片材单元(30)包括：
沿所述流水线输出方向(X)切割所述片材(10)并分割成沿所述宽边输出方向(Y)等宽的多个片材单元带(20)；
在至少部分的所述片材单元带(20)的片材表面上相应地加工出所述几何形状体(104)。
3.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，将所述片材(10)分割加工成沿宽边输出方向(Y)等宽且沿所述流水线输出方向(X)呈带状的多个片材单元(30)包括：
在所述片材(10)的至少部分的片材表面上加工出所述几何形状体(104)；
沿宽边输出方向(Y)等宽切割加工后的所述片材(10)，以形成多个所述片材单元(30)。
4.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，将所述片材(10)分割加工成沿宽边输出方向(Y)等宽且沿所述流水线输出方向(X)呈带状的多个片材单元(30)包括：
使所述片材单元(30)与所述片材(10)保持平行，在片材表面上加工垂直于所述片材表面呈***状的几何凸起部，在所述几何凸起部中形成沿所述宽边输出方向(Y)轴向贯通且在所述片材表面呈非闭合状的几何内孔(105)，从而加工出所述几何形状体(104)。
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)的输出加工方式为挤出、压延、流延或辊压加工，和/或，所述几何形状体(104)的加工方式为辊式模具挤压、板状模具挤压或链式模具挤压。
6.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述生产方法还包括：在各个所述片材单元(30)的接触表面涂覆胶接层。
7.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，在将分割加工后的各个所述片材单元(30)分别翻转预设角度时，将所述片材单元(30)围绕沿所述流水线输出方向(X)的旋转轴线(PP’)分别翻转所述预设角度，所述宽度方向(W)与所述宽边输出方向(Y)之间的所述夹角(a)与所述预设角度的大小相同且均为20°～160°。
8.根据权利要求7所述的热塑性芯材的生产方法，其中，使任意相邻的两个所述片材单元(30)的翻转方向相反且翻转的所述预设角度均为90°，翻转后的各个所述片材单元(30)呈板板对置式的格栅板状分布。
9.根据权利要求8所述的热塑性芯材的生产方法，其中，翻转后的所述片材单元(30)与所述片材(10)垂直，所述几何形状体(104)沿所述宽边输出方向(Y)凸出，所述几何凸起部中的几何内孔(105)的轴向垂直于所述片材(10)的片材表面。
10.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，沿所述宽边输出方向(Y)将翻转后的各个所述片材单元(30)收拢并层叠拼接成单元组合体(100)包括：
使得任意相邻的所述片材单元(30)之间的接触部熔融粘接以连接成所述单元组合体(100)。
11.根据权利要求10所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述片材单元(30)之间的熔融粘接方式为热熔拼接、超声拼接或红外拼接。
12.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，沿所述宽边输出方向(Y)将翻转后的各个所述片材单元(30)收拢并层叠拼接成单元组合体(100)包括：
沿所述流水线输出方向(X)移动调整所述片材单元(30)，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)拼接形成并沿所述流水线输出方向(X)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。
13.根据权利要求1所述的热塑性芯材的生产方法，其中，在沿流水线输出方向(X)持续输出平整的片材(10)时，所述片材(10)的厚度不小于0.1mm。
14.根据权利要求13所述的热塑性芯材的生产方法，其中，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，任意形状的所述轴向贯通孔(101)的外接圆的直径不小于1mm。
15.根据权利要求13所述的热塑性芯材的生产方法，其中，所述单元组合体(100)中包括通过所述几何形状体(104)拼接形成的多个轴孔结构，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，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。
16.根据权利要求1～15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：
使得当所述片材(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(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％。
17.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)；
片材单元加工成型组件，用于将所述片材(10)分割加工成沿该片材(10)的宽边输出方向(Y)等宽且沿所述流水线输出方向(X)呈带状的多个片材单元(30)，其中至少部分的所述片材单元(30)的片材表面上加工有沿所述流水线输出方向(X)重复呈现的非闭合的几何形状体(104)；
导向定位组件(5)，用于将分割加工后的各个所述片材单元(30)分别翻转预设角度，使得翻转后的所述片材单元(30)的长度方向(L)保持沿所述流水线输出方向(X)，所述片材单元(30)的宽度方向(W)与所述片材(10)的宽边输出方向(Y)之间形成夹角(a)；
熔融粘接组件(8)，用于加热各个所述片材单元(30)以熔融粘接成单元组合体(100)。
18.根据权利要求17所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述片材单元加工成型组件包括：
裁切组件(4)，用于沿所述流水线输出方向(X)切割所述片材(10)并分割成沿所述片材(10)的宽边输出方向(Y)等宽的多个片材单元带(20)；
几何形状体成型组件(2)，用于在至少部分的所述片材单元带(20)的片材表面上成型出垂直于所述片材表面呈***状的所述几何凸起部，所述几何凸起部中形成有沿所述宽边输出方向(Y)轴向贯通且在所述片材表面呈非闭合状的几何内孔(106)。
19.根据权利要求17所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述片材单元加工成型组件包括：
几何形状体成型组件(2)，用于在所述片材(10)的至少部分的片材表面上成型出垂直于所述片材表面呈***状的几何凸起部，所述几何形状体(104)中形成有沿所述宽边输出方向(Y)轴向贯通且在所述片材表面呈非闭合状的几何内孔(106)；
裁切组件(4)，用于沿所述流水线输出方向(X)切割所述片材(10)并分割成沿所述片材(10)的宽边输出方向(Y)等宽的多个所述片材单元(30)。
20.根据权利要求18或19所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述生产设备包括：
收拢组件(7)，用于沿所述宽边输出方向(Y)收拢各个所述片材单元(30)。
21.根据权利要求18或19所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述热塑材料成型设备(1)、所述裁切组件(4)、所述几何形状体成型组件(2)、所述导向定位组件(5)和所述熔融粘接组件(8)沿所述流水线输出方向(X)依次布置；
或者，所述热塑材料成型设备(1)、所述几何形状体成型组件(2)、所述裁切组件(4)、所述导向定位组件(5)和所述熔融粘接组件(8)沿所述流水线输出方向(X)依次布置。
22.根据权利要求18或19所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述几何形状体成型组件(2)为压辊组件，所述压辊组件的旋转轴线沿所述宽边输出方向(Y)并且辊体周壁形成有沿周向间隔的凸起状的棱边压接部。
23.根据权利要求17所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述导向定位组件(5)为导向辊或导向箱体，和/或，所述熔融粘接组件(8)为烘烤组件、超声焊接组件或红外焊接组件。
24.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)；
片材单元加工成型组件，用于将所述片材(10)分割加工成沿该片材(10)的宽边输出方向(Y)等宽且沿所述流水线输出方向(X)呈带状的多个片材单元(30)，其中至少部分的所述片材单元(30)的片材表面上加工有沿所述流水线输出方向(X)重复呈现的非闭合的几何形状体(104)；
胶枪(3)，用于在各个所述片材单元(30)的接触表面涂覆胶接层；
导向定位组件(5)，用于将分割加工后的各个带状的所述片材单元(30)分别翻转预设角度，使得翻转后的所述片材单元(30)的长度方向(L)保持沿所述流水线输出方向(X)，所述片材单元(30)的宽度方向(W)与所述片材(10)的宽边输出方向(Y)之间形成夹角；
收拢组件(7)，用于沿所述宽边输出方向(Y)收拢各个所述片材单元(30)并粘接成单元组合体(100)。
25.根据权利要求24所述的热塑性芯材的生产设备，其中，所述片材单元加工成型组件包括压辊状的几何形状体成型组件(2)，所述胶枪(3)为辊体胶枪，所述几何形状体成型组件(2)和所述胶枪(3)的形状相同且各自旋转轴线均沿所述宽边输出方向(Y)，所述几何形状体成型组件(2)的辊体周壁形成有沿周向间隔的凸起状的棱边压接部，所述胶枪(3)的辊体周壁形成有沿周向间隔的凹槽状的棱边涂胶部。
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