MX2012014177A - Metodo para formar perfiles de extruido o estirado reforzado. - Google Patents

Abstract

Un método y aparato para formar un perfil que contiene por lo menos una capa de fibras continuas y por lo menos una capa de fibras discontinuas. Tal método permite el control selectivo de características para lograr que un perfil tenga una resistencia transversal incrementada y coeficiente de flexión. La capa de fibras continuas puede formarse a partir de una o más cintas reforzadas con fibra continua ("CFRT") (12) que contienen fibras integradas dentro de una matriz polimérica termoplástica, por lo que una fracción con huecos a su vez se minimiza y el coeficiente de flexión se optimizan. Además, la o las cintas se consolidan de manera que las fibras continuas permanecen fijas en alineación con una dirección sustancialmente longitudinal (por ejemplo, la dirección de extrusión por estirado). Además para mejorar las propiedades de tensión del perfil, el uso de tales cintas también permite una capacidad mejorada cuando se colocan en la posición deseada dentro de la matriz de extrusión por estirado. Las fibras discontinuas también se integran dentro de una matriz termoplástica, de tal manera que ayudan en la unión de las capas para lograr la resistencia deseada. Por lo menos una porción de las fibras se orienta en la dirección transversal para proporcionar una resistencia transversal incrementada.

Description

MÉTODO PARA FORMAR PERFILES DE EXTRUÍDO O ESTIRADO REFORZADOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN A menudo los perfiles reforzados con fibra se forman al jalar ("extruir por estirado") fibras continuas a través de una resina y después configurar la resina reforzada con fibra dentro de una matriz de extrusión por estirado. Ya que los perfiles tienen fibras continuas orientadas en dirección de la máquina (longitudinal), a menudo muestran un alto límite elástico en la dirección de la máquina. Las propiedades de resistencia transversal de tales perfiles sin embargo, a menudo son deficientes, lo que puede provocar que el material se fragmente cuando se aplica una tensión en una dirección de cruce de la máquina (transversal). En este aspecto, se han realizado diversos intentos para dar resistencia a los perfiles en la dirección transversal. Por ejemplo, la Patente Estadounidense No. 7,514,135 para Davies , et al . , describe una parte extruida por estirado formada al proporcionar una primera capa de mechas de refuerzo extendidas en una dirección de extrusión por estirado longitudinal y formar una segunda capa sobre la primera capa, la segunda capa que contiene por lo menos algunas fibras de refuerzo que se extienden en la dirección transversal. Sin embargo, un problema con este método es que depende de una resina termoendurecida para ayudar a conseguir las propiedades de resistencia deseadas. Tales resines son difíciles de usar durante la fabricación y no siempre poseen buenas características de unión para formar capas con otros materiales. Además, el método descrito en la presente también es problemático ya que resulta difícil aplicar las fibras transversales en las ubicaciones selectivas (por ejemplo, donde éstas son necesarias) .

Como tal, actualmente existe una necesidad de un método y aparato para formar un perfil de extruido por estirado que contiene una capa de fibra continua y una capa de fibra discontinua.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con una modalidad de la presente invención, se describe un método para formar un perfil de extruido por estirado que tiene una forma en corte transversal. El método comprende jalar una cinta de fibra continua a través de una matriz de extrusión por estirado en una dirección longitudinal, en donde la cinta de fibra continua contiene fibras continuas que sustancialmente se orientan en la dirección longitudinal e integran dentro de una primera matriz polimérica termoplástica . Un material de fibra discontinua se presenta en la matriz de extrusión por estirado, en donde el material de fibra discontinua contiene fibras discontinuas integradas dentro de una segunda matriz termoplástica . Dentro la matriz de extrusión por estirado, el material de fibra discontinua y la cinta de fibra continua se combinan para formar primera y segunda capas del perfil. La primera capa se coloca adyacente a la segunda capa y contiene el material de fibra discontinua. La segunda capa incluye la cinta de fibra continua.

De acuerdo con otra modalidad de la presente invención, se describe un aparato de extrusión por estirado para formar un perfil. El aparato comprende una matriz de extrusión por estirado que define una cavidad interior, un dispositivo de tracción que se configura para jalar una o más cintas de fibra continuas a través de la cavidad interior de la matriz de extrusión por estirado, un dispositivo de extrusión con cabezal transversal que se configura para extruir un material de fibra discontinua en la cavidad interior de la matriz de extrusión por estirado, y un mandril colocado dentro de la cavidad interior de la matriz de extrusión por estirado. El mandril tiene una primera sección sobre la cual se configura para que fluya el material de fibra discontinua para formar una primera capa del perfil y una segunda sección sobre la cual se configura para que fluya la cinta de fibra continua para formar una segunda capa del perfil .

Otras características y aspectos de la presente invención se establecen con mayor detalle a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Una completa y permisible descripción de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma para uno con experiencia en la técnica, se establece de manera más particular en el resto de la especificación, incluyendo referencias a las figuras anexas, en las que: La Figura 1 es una ilustración esquemática de una modalidad de un sistema de extrusión por estirado que puede emplearse en la presente invención.

La Figura 2 es una ilustración esquemática de una modalidad de un sistema de impregnación para utilizar en la presente invención.

La Figura 3A es una vista en corte transversal de la matriz de impregnación mostrada en la Figura 2.

La Figura 3B es una vista en despiece de una modalidad de un ensamble de colector y un pasaje de compuerta para una matriz de impregnación que puede emplearse en la presente invención.

La Figura 3C es una vista en perspectiva de una modalidad de una placa que por lo menos define parcialmente una zona de impregnación que puede emplearse en a presente invención .

La Figura 4 es una vista lateral de una modalidad de matrices de pre-formado y de extrusión por estirado que pueden emplearse en la presente invención, en donde el flujo de los materiales de fibra continua y discontinua se ilustra conforme pasa a través de las matrices.

La Figura 5 es una vista en perspectiva de las matrices de la Figura 4.

La Figura 6 es una vista superior de una modalidad de un mandril que puede emplearse en la presente invención para conformar la capa de fibra discontinua, en donde el flujo del material de fibra discontinua también se ilustra conforme pasa sobre el mandril.

La Figura 7 es una vista en perspectivas de la sección del mandril de la Figura 6.

La Figura 8 es una vista en perspectiva en despiece de una modalidad de la sección del mandril que puede emplearse en la presente invención para conformar la capa de fibra continua, en donde el flujo del material de fibra continua también se ilustra conforme pasa sobre el mandril.

La Figura 9 es una vista en perspectiva de la sección del mandril de la Figura 8.

La Figura 10 es otra vista en perspectiva de la sección del mandril de la Figura 8, en el que la Figura 10A muestra una vista derecha en perspectiva y la Figura 10B muestra una vista izquierda en perspectiva de la sección del mandril .

La Figura 11 es una vista en corte transversal de una modalidad de un perfil hueco rectangular que puede formarse de acuerdo con la presente invención.

La Figura 12 es una vista en corte transversal de otra modalidad de un perfil hueco rectangular que puede formarse de acuerdo con la presente invención.

La Figura 13 es una vista lateral de una modalidad de un sistema de matriz de pre-formado y extrusión por estirado que puede emplearse para formar el perfil de la Figura 12.

La Figura 14 es una vista en perspectiva del sistema de matriz de pre-formado y extrusión por estirado de la Figura 13.

La Figura 15 es una vista en corte transversal de aún otra modalidad de un perfil hueco rectangular que puede formarse de acuerdo con la presente invención.

La Figura 16 es una vista en corte transversal de una modalidad de un perfil hueco en forma de L que puede formarse de acuerdo con la presente invención.

La Figura 17 es una vista en corte transversal de una modalidad de un perfil sólido en forma 'de U que puede formarse de acuerdo con la presente invención.

La Figura 18 es una vista en corte transversal de una modalidad de un perfil sólido rectangular que puede formarse de acuerdo con la presente invención. Y La Figura 19 es una vista en corte transversal de una modalidad de un perfil sólido en forma de I que puede formarse de acuerdo con la presente invención.

Se pretende que el uso repetido de caracteres de referencia en la presente especificación y figuras represente características o elementos mismos o análogos de la presente invención .

Definiciones Como se utiliza en la presente, el término "perfil" generalmente se refiere a una parte de extruido por estirado. El perfil puede ser hueco o sólido, y puede poseer una variedad amplia de formas en corte transversal, tal como cuadrado, rectangular, circular, elíptica, triangular, en forma de I, en forma de C, en forma de U, en forma de J, en forma de L, acanalada, etc. Tales perfiles pueden emplearse como un miembro estructural para recepciones lineales de la ventana, tablones de cubierta, rieles, balaustres, tejas, entablado, paneles de moldura, tubería, enrejado, postes, postes de. luz, señalización de carretera, postes indicadores en la carretera, etc.

Como se utiliza en la presente, el término "hueco" generalmente significa que por lo menos una porción del interior del perfil es un espacio con huecos. El espacio con huecos puede extenderse opcionalmente en toda la longitud del perfil .

Como se utiliza en la presente, el término "fibras continuas" generalmente se refiere a fibras, filamentos, hebras o mechas (por ejemplo, un conjunto de fibras) que tiene una longitud que generalmente se limita sólo por la longitud de la parte. Por ejemplo, tales fibras pueden tener una longitud mayor que aproximadamente 25 milímetros, en algunas modalidades aproximadamente 50 milímetros o más, y en ciertas modalidades, aproximadamente 100 milímetros o más.

Como se utiliza en la presente, el término "fibras discontinuas" generalmente se refiere a fibras, filamentos, hebras o mechas que no son continuas. Tales fibras típicamente tienen una longitud de aproximadamente 25 milímetros o menos. Por ejemplo, las fibras discontinuas pueden incluir fibras cortas o largas. Las "fibras largas" típicamente son aquellas fibras que tienen una longitud de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 25 milímetros, en algunas modalidades, de aproximadamente 0.8 a aproximadamente 15 milímetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 1 a aproximadamente 12 milímetros. Las "fibras cortas" típicamente son aquellas fibras que tienen una longitud de aproximadamente 0.5 milímetros o menos, en algunas modalidades aproximadamente 0.01 a aproximadamente 0.4 milímetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 0.3 milímetros.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se entenderá por uno con experiencia ordinaria en la técnica que la presente discusión es una descripción de modalidades ejemplares solamente, y no se pretende para limitar los aspectos más amplios de la presente invención.

Hablando de manera general, la presente invención se dirige a un método y aparato para formar un perfil que contiene por lo menos una capa de fibras continuas y por lo menos una capa de fibras discontinuas. Diversas características del método se controlan selectivamente para lograr un perfil que tiene una resistencia transversal incrementada y coeficiente de flexión. Por ejemplo, la capa de las fibras continuas se forma a partir de una o más cintas reforzadas con fibras continuas ("CFRT") que contienen fibras integradas en una matriz polimérica termoplástica . Las fibras se integran en la matriz mediante un proceso que minimiza la fracción con huecos y a su vez, optimiza el coeficiente de flexión. Además, la o las cintas se consolidan de manera que las fibras continuas permanecen fijas en alineación con una dirección sustancialmente longitudinal (por ejemplo, la dirección de la extrusión por estirado), Además, para mejorar las propiedades de tensión del perfil, el uso de tales cintas también permite que el material de fibra continua sea más fácil de manipular y colocar en la posición deseada dentro de la matriz de extrusión por estirado. Las fibras discontinuas también se integran en una matriz termoplástica . Entre otras cosas, esto puede ayudar en la unión de las capas de manera que no se requiera un adhesivo para lograr la resistencia deseada. También, en lugar de que oriente en la dirección longitudinal, por lo menos una porción de las fibras se orienta en la dirección transversal para proporcionar una resistencia transversal incrementada.

A través del método y aparato de la presente invención, la formación de una amplia variedad de formas y tamaños complejos es posible con poca dificultad y sin afectar negativamente las propiedades de resistencia del perfil resultante. Diversas modalidades de la presente invención ahora se describirán con mayor detalle.

Las fibras continuas y discontinuas empleadas en el perfil pueden formarse a partir de materiales iguales o diferentes. Tales materiales pueden incluir cualquier material convencional conocido en la técnica, tal como fibras metálicas; fibras de vidrio (por ejemplo, vidrio E, vidrio A, vidrio C, vidrio D, vidrio AR, vidrio R, vidrio SI, vidrio S2), fibras de carbón (por ejemplo, grafito), fibras de boro, fibras cerámicas (por ejemplo, alúmina o sílice) , fibras aramida (por ejemplo, Kevlar® comercializada por E. I. duPont de Nemours, Wilmington, DE) , fibras orgánicas sintéticas (por ejemplo, poliamida, polietileno, parafenileno, tereftalamida, tereftalato de polietileno y sulfuro de polifenileno) , y otros materiales fibrosos inorgánicos u orgánicos naturales o sintéticos conocidos para reforzar las composiciones termoplásticas . Las fibras de vidrio y fibras de carbón particularmente son deseables para su uso en las fibras continuas y/o discontinuas. Tales fibras a menudo tienen un diámetro nominal de aproximadamente 4 a aproximadamente 35 micrómetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 9 a aproximadamente 35 micrómetros. Las fibras pueden torcerse o estar rectas. Si se desea, las fibras pueden estar en la forma de mechas (por ejemplo, un conjunto de fibras) que contienen un tipo de fibra simple o tipos diferentes de fibras. Pueden contenerse diferentes fibras en mechas individuales o, alternativamente, cada mecha puede contener un tipo de fibra diferente. Por ejemplo, en una modalidad, ciertas mechas pueden contener fibras de carbón continuas, mientras otras mechas pueden contener fibras de vidrio. El número de fibras contenidas en cada mecha puede contar o variar de mecha a mecha. Típicamente, una mecha puede contener de aproximadamente 1,000 fibras a aproximadamente 50,000 fibras individuales, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2,000 a aproximadamente 40,000 fibras.

Cualquiera de una variedad de polímeros termoplásticos puede emplearse para formar las matrices termoplásticas en las que las fibras continuas y discontinuas se integran. Los polímeros termoplásticos adecuados para utilizar en la presente invención pueden incluir, , por ejemplo, poliolefinas (por ejemplo, copolímeros de polipropileno, propilen-etileno , etc.), poliésteres (por ejemplo, tereftalato de polibutileno ("PBT")), policarbonatos , poliamidas (por ejemplo, Nylon™) , poliéter cetonas (por ejemplo, poliéteréter cetona ( " PEEK" ) ) , poliéterimidas , poliarilen cetonas (por ejemplo, polifenilen dicetona ("PPDK")), polímeros de cristal líquido, sulfuros de poliarileno (por ejemplo, sulfuro de polifenileno ("PPS")), fluoropolímeros (por ejemplo, polímero de politetrafluoroetilen-perfluorometilviniléter, polímero de perfluoro-alcoxialcano, polímero de petrafluoroetileno, polímero de etilen-tetrafluoroetileno, etc.), poliacetales , poliuretanos , policarbonatos , polímeros es iránicos (por ejemplo, acrilonitrilo butadieno estireno ("ABS")), y así sucesivamente. El ABS es un polímero termoplástico particularmente adecuado. Debe entenderse que el o los polímeros empleados para formar los materiales de fibra continua y discontinua pueden ser los mismos o diferentes Para reducir la fracción con huecos de la cinta de fibra continua y asegurar una buena impregnación, un dispositivo de extrusión puede emplearse en la presente invención para integrar las fibras continuas en una matriz termoplástica . Entre otras cosas, el dispositivo de extrusión facilita la capacidad del polímero termoplástico para aplicarse en toda la superficie de las fibras. Por ejemplo, la fracción con huecos puede ser aproximadamente 3% o menos, en algunas modalidades aproximadamente 2% o menos, y en algunas modalidades, aproximadamente 1% o menos. La fracción con huecos puede medirse utilizando técnicas bien conocidas por aquellos con experiencia en la técnica. Por ejemplo, la fracción con huecos puede medirse utilizando una prueba de "combustión de resina' en la que las muestras se colocan en un horno (por ejemplo, a 600°C durante 3 horas) para quemar la resina. La masa de las fibras restantes entonces puede medirse para calcular las fracciones de peso y volumen. Tal prueba de "combustión' puede realizarse de acuerdo con ASTM D 2584-08 para determinar los pesos de las fibras y la matriz termoplástica, la cual entonces puede utilizarse para calcular la "fracción con huecos" basada en la siguiente ecuación : Vf=100*(prPc)/pt donde, Vf es la fracción con huecos como un porcentaje; pc es la densidad del compuesto como se mide utilizando técnicas conocidas, tales como con un pienómetro de líquido o gas (por ejemplo, pienómetro de helio) ; p, es la densidad teórica del compuesto como se determina por la siguiente ecuación: Pl = l/[W/Pf+ W„/p„J p,„ es la densidad de la matriz termoplástica (por ejemplo, en la cristalinidad adecuada) ; Pf es la densidad de las fibras; Wj es la fracción de peso de las fibras; y W„, es la fracción de peso de la matriz termoplástica .

Alternativamente, la fracción con huecos puede determinarse al disolver químicamente la resina de acuerdo con ASTM D 3171-09. Los métodos de "combustión" y "disolución" son adecuados particularmente para fibras de vidrio, las cuales generalmente son resistentes a la fusión y disolución química. En otros casos, sin embargo, la fracción con huecos puede calcularse indirectamente basándose en las densidades del polímero termoplástico, fibras, y cinta de acuerdo con ASTM D 2734-09 (Método A) , donde las densidades pueden determinarse ASTM D792-08 Método A. Desde luego, la fracción con huecos también puede estimarse utilizando un equipo de microscopio convencional .

Refiriéndose a la Figura 2, se muestra una modalidad de un dispositivo de extrusión que puede emplearse para impregnar las fibras con un polímero termoplástico. De manera más particular, el aparato incluye un extrusor 120 que contiene un árbol de tornillo 124 montado dentro de un cilindro 122. Un calentador 130 (por ejemplo, un calentador de resistencia eléctrica) se monta fuera del cilindro 122. Durante su uso, una materia prima de polímero termoplástico 127 se suministra al extrusor 120 a través de una tolva 126. La materia prima termoplástica 127 se transporta dentro del cilindro 122 por el árbol de tornillo 124 y calienta por fuerzas de fricción dentro del cilindro 122 y por el calentador 130. Al calentarse, la materia prima 127 sale del cilindro 122 a través de una brida de cilindro 128 e ingresa una brida de matriz 132 de una matriz de impregnación 150.

Una mecha de fibra continua 142 o una pluralidad de mechas de fibra continuas 142 se suministra desde un carrete o carretes 144 a la matriz 150. Las mechas 142 generalmente se separan a una cierta distancia antes de la impregnación, tal como por lo menos aproximadamente 4 milímetros, y en algunas modalidades, por lo menos aproximadamente 5 milímetros. La materia prima 127 además puede calentarse dentro de la matriz mediante calentadores 133 montados en o alrededor de la matriz 150. La matriz generalmente se opera a temperaturas que son suficientes para provocar la fusión e impregnación del polímero termoplástico . Típicamente, la temperatura de operación de la matriz es mayor que la temperatura de fusión del polímero termoplástico, tal como en temperaturas de aproximadamente 200°C a aproximadamente 450°C. Cuando se procede de esta manera, las mechas de fibra continuas 142 se integran en la matriz polimérica, la cual puede ser una resina 214 (Figura 3A) procesada a partir de la materia prima 127. La mezcla entonces se extruye desde la matriz de impregnación 150 para crear un extruido 152.

Un sensor de presión 137 (Figura 3A) detecta la presión cerca de la matriz de impregnación 150 para permitir que se ejerza el control sobre la proporción de extrusión al" controlar la velocidad de rotación del árbol de tornillo 124, o la proporción de alimentación del alimentador. Es decir, el sensor de presión 137 se coloca cerca de la matriz de impregnación 150 de manera que el extrusor 120 puede operarse al entregar una cantidad correcta de resina 214 para interactuar con las mechas de fibra 142. Después de abandonar la matriz de impregnación 150, el extruido 152, o mechas de fibra impregnadas 142, pueden ingresar un pre-formado opcional, o sección de guía (no mostrada) antes de ingresar un punto de presión formado entre dos rodillos adyacentes 190. Aunque es opcional, los rodillos 190 pueden ayudar a consolidar el extruido 152 en la forma de una cinta (o cinta) , así como mejorar la impregnación y extrusión de fibra en cualquier exceso con huecos. Además, de los rodillos 190, otros dispositivos de configuración también pueden emplearse, tal como un sistema de matriz. La cinta consolidada 156 resultante se jala por las guías de desplazamiento 162 y 164 montadas en los rodillos. Las guías de desplazamiento 162 y 164 también jalan el extruido 152 desde la matriz de impregnación 150 y a través de los rodillos 190. Si se desea la cinta consolidada 156 puede enrollarse en una sección 171. Hablando de manera general, las cintas son relativamente delgadas y típicamente tienen un espesor de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 1 milímetro, en algunas modalidades de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 0.8 milímetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 0.4 milímetros.

Dentro de la matriz de impregnación, generalmente se desea que las mechas 142 se atraviesen a través de una zona de impregnación 250 para impregnar las mechas con la resina polimérica 214. En la zona de impregnación 250, la resina polimérica puede forzarse general y transversalmente a través de las mechas mediante el esfuerzo cortante y presión creados en la zona de impregnación 250, lo cual mejora significativamente el grado de impregnación. Particularmente esto es útil cuando se forma un compuesto de las cintas de un alto contenido de fibra, tal como aproximadamente 35% en fracción de peso ("Wf") o más, y en algunas modalidades, de aproximadamente 40% Wf o más. Típicamente, la matriz 150 incluirá una pluralidad de superficies de contacto 252, tal como por ejemplo por lo menos 2, por lo menos 3, de 4 a 7, de 2 a 20, de 2 a 30, de 2 a 40, de 2 a 50, o más superficies de contacto 252, para crear un grado suficiente de penetración y presión en las mechas 142. Aunque su forma particular puede variar, las superficies de contacto 252 típicamente poseen una superficie curvilínea, tal como un lóbulo curvado, varilla, etc. Las superficies de contacto 252 típicamente también se fabrican de un material de metal.

La Figura 3A muestra una vista en corte transversal de una matriz de impregnación 150. Como se muestra, la matriz de impregnación 150 incluye un ensamble de colector 220, un pasaje de compuerta 270, y una zona de impregnación 250. El ensamble de colector 220 se proporciona para hacer fluir la resina polimérica 214 a través del mismo. Por ejemplo, el ensamble de colector 220 puede incluir un canal 222 o una pluralidad de canales 222. La resina 214 proporcionada a la matriz de impregnación 150 puede fluir a través de los canales 222.

Como se muestra en la Figura 3B, ciertas porciones de los canales 222 pueden ser curvilíneas, y en modalidades ejemplares, los canales 222 tienen una orientación simétrica a lo largo de un eje central 224. Además, en algunas modalidades, los canales pueden ser una pluralidad de canaletas ramificadas 222, la cual puede incluir un primer grupo de canaleta ramificada 232, segundo grupo 234, tercer grupo 236, y, si se desea, más grupos de canaletas ramificadas. Cada grupo puede incluir 2, 3, 4 o más canaletas ramificadas 222 fuera de las canaletas 222 en el grupo precedente, o de un canal inicial 222.

Las canaletas ramificadas 222 y la orientación simétrica de las mismas general y uniformemente distribuyen la resina 214, de manera que el flujo de la resina 214 que sale del ensamble de colector 220 y que recubre las mechas 142 se distribuye sustancial y uniformemente en las mechas 142. Esto permite de manera deseable la impregnación generalmente uniforme de las mechas 142.

Además, el ensamble de colector 220 en algunas modalidades puede definir una región de salida 242, la cual generalmente abarca por lo menos una porción corriente abajo de los canales o canaletas 222 desde los cuales la resina 214 sale. En algunas modalidades, por lo menos una porción de los canales o canaletas 222 dispuestos en la región de salida 242 tiene un área incrementada en una dirección de flujo 244 de la resina 214. El área incrementada permite la difusión y distribución adicional de la resina 214 conforme la resina 214 fluye a través del ensamble de colector 220, lo que además permite una distribución sustancialmente uniforme de la resina 214 en las mechas 142.

Como se ilustra adicionalmente en la Figura 3A y Figura 3B, después de fluir a través del ensamble de colector 220, la resina 214 puede fluir a través del pasaje de compuerta 270. El pasaje de compuerta 270 se coloca entre el ensamble de colector 220 y la zona de impregnación 250, y se proporciona para hacer fluir la resina 214 desde el ensamble de colector 220 de manera que la resina 214 cubra las mechas 142. De este modo, la resina 214 sale del ensamble de colector 220, tal como a través de la región de salida 242, como se muestra puede ingresar al pasaje de compuerta 270 y fluir a través del mismo.

Al salir del ensamble de colector 220 y del pasaje de compuerta 270 de la matriz 150 como se muestra en la Figura 3A, la resina 214 contacta las mechas 142 que se atraviesan a través de la matriz 150. Como se discute en lo anterior, la resina 214 puede cubrir sustancial y uniformemente las mechas 142, debido a la distribución de la resina 214 en el ensamble de colector 220 y el pasaje de compuerta 270. Además, en algunas modalidades, la resina 214 puede chocar en una superficie superior de cada una de las mechas 142, o en una superficie inferior de cada una de las mechas 142, o en ambas una superficie superior e inferior de cada una de las mechas 142. El choque inicial en las mechas 142 proporciona una impregnación adicional de las mechas 142 con la resina 214.

Como se muestra en la Figura 3A, las mechas recubiertas 142 se atraviesan en la dirección de recorrido 282 a través de la zona de impregnación 250, la cual se configura para impregnar las mechas 142 con la resina 214. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 3A y Figura 3C, las mechas 142 se atraviesan sobre las superficies de contacto 252 en la zona de impregnación. El choque de las mechas 142 en la superficie de contacto 252 crea suficiente esfuerzo cortante y presión para impregnar las mechas 142 con la resina 214 recubriendo las mechas 142.

En algunas modalidades, como se muestra en la Figura 3A, la zona de impregnación 250 se define entre dos placas opuestas separadas 256 y 258. La primera placa 256 define una primera superficie interna 257, 'mientras la segunda placa 258 define una segunda superficie interna 259. Las superficies de contacto 252 pueden definirse en o extenderse desde ambas de la primera y segunda superficies internas 257 y' 259, o solamente una de la primera y segunda superficies internas 257 y 259. La Figura 3C ilustra una segunda placa 258 y las diversas superficies de contacto en la misma que forman por lo menos una porción de la zona de impregnación 250 de acuerdo con estas modalidades. En modalidades ejemplares, como se muestra en la Figura 3A, las superficies de contacto 252 pueden definirse alternativamente en la primera y segunda superficies 257 y 259 de manera que las mechas alternativamente chocan con la superficies de contacto 252 en la primera y segunda superficies 257 y 259. De este modo, las mechas 142 pueden pasar las superficies de contacto 252 en una trayectoria de tipo sinusoidal o tortuosa en forma de onda, que mejora el esfuerzo cortante.

El ángulo 254 en el que las mechas 142 atraviesan las superficies de contacto 252 puede ser generalmente lo suficientemente alto para mejorar el esfuerzo cortante, pero no tan alto para provocar que fuerzas excesivas rompan las fibras. De este modo, por ejemplo, el ángulo 254 puede encontrarse en el margen de entre aproximadamente Io y aproximadamente 30°, y en algunas modalidades, entre aproximadamente 5o y aproximadamente 25°.

En modalidades alternativas, la zona de impregnación 250 puede incluir una pluralidad de pasadores (no mostrados) , cada pasador tiene una superficie de contacto 252. Los pasadores pueden encontrarse estáticos, girar libremente, o impulsarse de manera giratoria. En modalidades alternativas adicionales, las superficies de contacto 252 y la zona de impregnación 250 pueden comprender cualquier forma adecuada y/o estructuras para impregnar las mechas 142 con la resina 214 como se desee o requiera.

Para facilitar adicionalmente la impregnación de las mechas 142, éstas también pueden mantenerse bajo tensión mientras se presenten dentro de la matriz de impregnación. La tensión puede, por ejemplo, variar de aproximadamente 5 a aproximadamente 300 Newtons , en algunas modalidades de aproximadamente 50 a aproximadamente 250 Newtons, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100 a aproximadamente 200 Newtons por mecha 142 o torón de fibras.

Como se muestra en la Figura 3A, en algunas modalidades, puede colocarse una zona de aterrizaje 280 corriente abajo de la zona de impregnación 250 en la dirección de recorrido 282 de las mechas 142. Las mechas 142 pueden atravesar a través de la zona de aterrizaje 280 antes de salir de la matriz 150. Como se muestra adicionalmente en la Figura 3A, en algunas modalidades, una placa frontal 290 puede unir la zona de impregnación 250. La placa frontal 290 se configura generalmente para medir el exceso de resina 214 de las mechas 142. De este modo, las aberturas en la placa frontal 290, a través de las cuales las mechas 142 atraviesan, pueden dimensionarse de manera que cuando las mechas 142 se atraviesen a través de las mismas, el tamaño de las aberturas provoca que el exceso de resina ' 214 se remueva de las mechas 142.

La matriz de impregnación mostrada y descrita en lo anterior no es una sino de las diversas configuraciones posibles que pueden emplearse en la presente invención. En modalidades alternativas, por ejemplo, las fibras pueden presentarse en una matriz de cruceta que se coloca en un ángulo en relación a la dirección de flujo del polímero fundido. Conforme las fibras se mueven a través de la matriz de cruceta y alcanzan el punto donde el polímero sale de un cilindro de extrusor, el polímero se fuerza para hacer contacto con las fibras. Debe también entenderse que cualquier otro diseño de extrusor también puede emplearse, tal como un extrusor de doble tornillo. Aún adicionalmente, otros componentes también pueden emplearse de manera opcional para ayudar en la impregnación de las fibras. Por ejemplo, un ensamble de "chorro de gas" puede emplearse en ciertas modalidades para ayudar a propagar de manera uniforme un conjunto o torón de fibras individuales, las cuales cada una puede contener hasta más de 24,000 fibras, a través de todo el ancho de torón fusionado. Esto ayuda a lograr una distribución uniforme de las propiedades de resistencia en la cinta. Tal como un ensamble puede incluir un suministro de aire comprimido u otro gas que choca en una forma generalmente perpendicular en las estopas de fibra de movimiento que pasan a través de las lumbreras de salida. El conjunto de fibras dispersas entonces puede introducirse en una matriz para impregnación, tal como se describe en lo anterior .

Independientemente de la técnica empleada, las fibras continuas se orientan en la dirección longitudinal (la dirección de la máquina "A" del sistema de la Figura 1) para mejorar el limite elástico. Además de la orientación de fibra, otros aspectos de la cinta y proceso de extrusión por estirado también se controlan para lograr la resistencia deseada. Por ejemplo, un porcentaje relativamente alto de las fibras continuas puede emplearse en la cinta para proporcionar propiedades de resistencia mejoradas. Por ejemplo, las fibras continuas típicamente se constituyen de aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 90% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 50% en peso a aproximadamente 85% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 55% en peso a aproximadamente 75% en peso de la cinta. Asimismo, el o los polímeros termoplásticos típicamente se constituyen de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 60% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 15% en peso a aproximadamente 50% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 25% en peso a aproximadamente 45% en peso de la cinta.

Adem s, una combinación de múltiples cintas de fibra continua puede emplearse que se laminan juntas para formar una estructura integrada y fuerte que tiene el espesor deseado. El número de cintas empleado puede basarse en el espesor deseado y la resistencia del perfil, así como la naturaleza de las mismas cintas. En la mayoría de los casos, sin embargo, el número de cintas es de 2 a 40, en algunas modalidades de 3 a 30, y en algunas modalidades, de 4 a 25.

Como se indica en lo anterior, el material de fibra discontinua también se integra dentro de una matriz termoplástica . Por ejemplo, el material de fibra discontinua puede ser un termoplástico reforzado con fibra larga ("LFRT") o un termoplástico reforzado con fibra corta ("SFRT"). Como se conoce por aquellos con experiencia en la técnica, el LFRT puede formarse al impregnar las fibras de la manera descrita en lo anterior, y posteriormente enfriar las fibras impregnadas y cortarlas en gránulos que tienen una longitud de aproximadamente 25 milímetros o menos. El SFRT puede formarse al mezclar simplemente el fundido del polímero termoplástico con las fibras cortas utilizando métodos de composición por extrusión convencionales. Los porcentajes en peso relativos del o los polímeros termóplásticos y fibras pueden encontrarse dentro de los márgenes anteriormente observados. Independientemente de cómo éstos se forman, por lo menos una porción de las fibras discontinuas se orienta en un ángulo en relación a la dirección longitudinal (es decir, dirección de extrusión por estirado) para proporcionar una resistencia transversal incrementada. Por ejemplo, aproximadamente 10% o más, en algunas modalidades aproximadamente 20% o más, y en algunas modalidades, aproximadamente 30% o más de las fibras pueden orientarse en un ángulo en relación a la dirección longitudinal. Este ángulo, por ejemplo, puede ser aproximadamente de 10° a aproximadamente 120°, en algunas modalidades de aproximadamente 20° a aproximadamente 110°C, y en una modalidad, aproximadamente 90°. Esto puede lograrse al orientar intencionalmente las fibras en la dirección deseada, o mediante la distribución aleatoria.

Una vez formada, la cinta de fibra continua y el material de fibra discontinua entonces pueden suministrarse al sistema de extrusión por estirado de la presente invención. También se entenderá que las etapas anteriormente mencionadas pueden formarse en linea con la formación del perfil. En tales modalidades, algunos de los componentes descritos y mostrados en la Figura 2 pueden no emplearse. En una modalidad, por ejemplo, el extruido 152 que sale de la matriz de impregnación 150 puede suministrarse directamente al sistema utilizado para formar los perfiles de la presente invención .

Refiriéndose a la Figura 1, una modalidad particular del sistema se muestra en el cual una o más cintas de fibra continua 12 se proporcionan inicialmente en un paquete de devanado en una fileta 20. La fileta puede ser una fileta de desenrollado que incluye un bastidor proporcionado con husillos de rotación horizontal 22, cada uno soportando un paquete. Una fileta de distribución también puede emplearse, particularmente si se desea incluir un torcido en las fibras. También se entenderá que las cintas también pueden formarse en línea con la formación del perfil. En una modalidad, por ejemplo, el extruido 152 que sale de la matriz de impregnación 150 de la Figura 2 puede suministrarse directamente al sistema utilizado para formar un perfil. Un dispositivo de regulación de tensión 40 también puede emplearse para ayudar al control del grado de tensión de las cintas 12. El dispositivo 40 puede incluir una placa de entrada 30 que yace sobre el plano vertical paralelo a los husillos de rotación 22 de la fileta 20. El dispositivo de regulación de tensión 40 puede contener barras cilindricas 41 dispuestas en una configuración escalonada de manera que las cintas 12 pasen por encima y debajo de estas barras para definir un patrón de onda. La altura de las barras puede ajustarse para modificar la amplitud del patrón de onda y tensión de control .

Si se desea, las cintas 12 pueden calentarse en un horno 45 que tiene cualquiera de las variedades de configuración conocida, tal como un horno infrarrojo, horno de convección, etc. Durante el calentado, las fibras se orientan unidireccionalmente para optimizar la exposición del calor y mantener uniforme el calor a través de todo el perfil. La temperatura a la cual las cintas 12 se calientan generalmente es lo suficientemente alta para suavizar el polímero termoplástico a un grado que las cintas puedan unirse entre sí. Sin embargo, la temperatura no es tan alta para destruir la integridad del material. Por ejemplo, la temperatura puede variar de aproximadamente 100°C a aproximadamente 300°C, en algunas modalidades de aproximadamente 110°C a aproximadamente 275°C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 120°C a aproximadamente 250°C. En una modalidad particular, por ejemplo, un acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) se utiliza como el polímero, y las cintas se calientan hasta o por encima del punto de fusión de ABS, el cual es de aproximadamente 105°C. En otra modalidad, el tereftalato de polibutileno (PBT) se utiliza como el polímero, y las cintas se calientan hasta o por encima del punto de fusión de PBT, el cual es de aproximadamente 224°C.

Al calentarse, las cintas de fibra continua 12 pueden proporcionarse en una matriz de consolidación para ayudar a unir entre sí diferentes capas de cinta, así como para la alineación y formación de la forma inicial del perfil. Refiriéndose a la Figura, 1, Figura 4, y Figura 5, por ejemplo, una modalidad de una matriz de consolidación 50 para utilizar en la formación de un perfil "hueco" se muestra en más detalle. Aunque en la presente se denomina como una matriz simple, debe entenderse que la matriz de consolidación 50 de hecho puede formarse a partir de múltiples matrices individuales (por ejemplo, matrices de placa frontal) . En esta modalidad particular, la matriz de consolidación 50 recibe una primera capa (o laminado) 12a de cintas de fibra continua y una segunda capa (o laminado) 12b de cintas de fibra continua en un extremo de entrada 56. Las cintas dentro de cada capa se unen entre sí y guían a través de los canales (no mostrados) de la matriz 50 en, una dirección "A". Los canales pueden proporcionarse en cualquiera de una variedad de orientaciones y disposiciones para resultar en el esquema de refuerzo deseado. En la modalidad ilustrada, por ejemplo, las capas 12a y 12b inicialmente se separan entre sí en la dirección vertical. Conforme pasan a 1 través de los canales de la matriz 50, los anchos de las capas 12a y/o 12b opcionalmente tienen cintas para ayudar a impedir las cuñas de presión, y mantener las fibras continuas alineadas y libres de torsión. Dentro de la 'matriz 50, las cintas generalmente se mantienen en una temperatura en o por encima del punto de fusión de la matriz termoplástica utilizada en la cinta para asegurar la consolidación adecuada.

Aunque no se muestra específicamente en la Figura 1, Figura 4, y Figura 5, un mandril también puede proporcionarse en el interior de la 'matriz de consolidación 50 para ayudar a guiar los laminados 12a y 12b en contacto entre sí en por lo menos un lado del 'perfil. En la modalidad ilustrada, por ejemplo, una porción lateral 57 de la primera capa 12a y una porción lateral 53 de la segunda capa 12b se colocan en ángulo de manera que puedan hacer contacto entre sí y formar un lado del perfil hueco. Sin embargo, el otro lado del perfil típicamente se deja abierto dentro de la matriz de consolidación 50 de manera que el material de fibra discontinua pueda aplicarse posteriormente al interior del perfil en la matriz de extrusión por estirado. Desde luego, aquellas modalidades en las que el material de fibra discontinua no se aplica en el interior del perfil hueco, la matriz de consolidación 50 no puede emplearse en todo ya que todo el perfil puede conformarse opcionalmente dentro de la matriz de extrusión por estirado.

Cuando se encuentran en la posición deseada, las capas 12a y 12b del material de fibra continua se jalan en una matriz de extrusión por estirado 60. Generalmente se desea que las capas se dejen enfriar un poco después de salir de la matriz de consolidación 50 y antes de ingresar a la matriz de extrusión por estirado 60. Esto permite que el laminado consolidado mantenga su forma inicial antes de avanzar más a través del sistema. Tal enfriamiento puede lograrse al exponer simplemente las capas a la atmósfera ambiente (por ejemplo, temperatura ambiente) o a través del uso de técnicas de enfriamiento activas (por ejemplo, baño en agua o enfriamiento con aire) como se conoce en la técnica. En una modalidad, por ejemplo, el aire dentro de las capas (por ejemplo, con un anillo de aire) . El enfriamiento entre estas fases, sin embargo, generalmente puede presentarse durante un pequeño periodo de tiempo para asegurar que estas capas aún continúen lo suficiientemente suaves para conformarse. Por ejemplo, después de la salida de la matriz de consolidación 50, las capas pueden exponerse al medio ambiente sólo aproximadamente lj a aproximadamente 20 segundos, y en algunas modalidades; de aproximadamente 2 a aproximadamente 10 segundos, antes de ingresar en la segunda matriz 60.

La configuración de la matriz de extrusión por estirado 60 depende en parte de la forma deseada y propiedades del perfil resultante. Para los perfiles huecos, por ejemplo, la matriz de extrusión por estirado a menudo contiene un mandril en su interior de manera que el material de fibra fluye entre la superficie interior de la matriz y la superficie externa del mandril para formar la forma deseada. Los perfiles sólidos, sin embargo, típicamente se forman sin un mandril. Además, aunque se denomina en la presente como una matriz simple, debe entenderse que la matriz de extrusión por estirado 60 puede formarse a partir de múltiples matrices individuales. De hecho, la matriz de extrusión por estirado de preferencia puede emplear una primera sección de matriz en la que el material discontinuo se suministra y se conforma una segunda sección de matriz en la que se conforma el material de fibra continua. En la Figura 4 y Figura 5, por ejemplo, una primera sección de matriz 62 se emplea la cual suministra y conforma el material de fibra discontinua 61 y una segunda sección de matriz 64 se emplea la cual conforma las capas de fibra continuas 12a y 12b.

La manera particular en la que el material de fibra discontinua 61 se proporciona a la primera sección de matriz 62 se muestra en más detalle en la Figura 6, Figura 7 y Figura 8. Como se muestra, un material de fibra discontinua 61 se ingresa en la primera sección de matriz 62 y se curva en su cavidad interior. Aunque no se requiere, una entrada curvada permite al material de fibra discontinua 61 fluir gradualmente en una dirección "A" y hacia una salida de matriz 67. En tales modalidades, el ángulo ß en el que el material de fibra discontinua se proporciona en relación a la dirección de flujo "A" de las capas de fibra continuas 12a y 12b generalmente puede variar, aunque típicamente es de aproximadamente 45° o más, en algunas modalidades aproximadamente 60° o más, y en algunas modalidades, de aproximadamente 75° a aproximadamente 90°. En ciertos casos, un ángulo de flujo no perpendicular puede ser ventajoso ya que reduce y supera la contrapresión en la matriz que puede provocarse por el flujo de alta presión del material de fibra discontinua, que algunas veces lleva a un contraflujo no deseado. La orientación de entrada en ángulo del material de fibra discontinua, en combinación con su configuración curvada, también puede reducir la probabilidad de puntos estáticos (puntos muertos) en formarse dentro de la matriz, lo que puede provocar la degradación de resina, inmovilización de fibra o ruptura.

Al ingresar primera sección de matriz 62, el material discontinuo 61 también fluye sobre un mandril 68. El mandril 68 puede soportarse en una manera voladiza de manera que resiste la fuerza hacia delante del material continuo que se jala alrededor y por encima del mandril. Además, aunque todo el mandril no se muestra en la presente, debe entenderse que puede extenderse sin embargo en la matriz de consolidación 50 anteriormente mencionada para ayudar a la "pre-formación" del material de fibra continua en la manera descrita en lo anterior. Independientemente, el mandril 68 mostrado en la Figura 6, Figura 7 y Figura 8 posee múltiples secciones para lograr la conformación deseada del perfil. De manera más particular, el mandril 68 contiene una primera sección del mandril 69 que es sólida y generalmente rectangular en corte transversal. De este modo, el material discontinuo 61 pasa sobre y alrededor de la sección del mandril 69 desde un extremo próximo 71 a su extremo distal 73. Al hacer esto, el material 61 asume la forma definida entre la superficie interior de la primera sección de matriz 62 y una superficie externa 75 de la sección del mandril 69, la cual en esta modalidad, es una forma rectangular hueca.

La forma final de la capa de fibra continua se forma en la segunda sección de matriz 64 de la matriz de extrusión por estirado 60, sobre y alrededor de la segunda sección 79 del mandril 68 como se muestra en la Figura 9 y la Figura 10. La segunda sección del mandril 79 contiene un rebajo en forma de u 103 que acopla una proyección 77 de la primera sección del mandril 69 para conectar con el mismo. En esta modalidad, la segunda sección del mandril 79 también contiene una pared superior 83 y la pared inferior 85 que generalmente son perpendiculares a la dirección "A" del flujo de material. Una superficie orientada hacia arriba 91 intersecta con un borde curvado 93 de la pared superior 83 y se inclina axialmente en la dirección "A". De manera similar, una superficie orientada hacia abajo 95 intersecta con un borde curvado de la pared inferior 85 y se inclina axialmente en la dirección "A" . Las superficies 91 y 95 ambas convergen en un borde 97. Durante la formación del perfil, la primera capa 12a del material de fibra continua se jala sobre la superficie 91 y asume la forma definida entre una superficie interior de la matriz de extrusión por estirado 60 y la pared superior 83. La segunda capa 12b del material de fibra continua se jala sobre la superficie 95 y asimismo asume la forma definida la superficie interior de la matriz de extrusión por estirado 60 y la pared inferior 85. La capa 12a y 12b también se jalan gradualmente en contacto entre sí en el borde 97 para formar un lado del perfil resultante. Si es necesario, los materiales pueden someterse a una etapa de compresión posterior, tal como en una sección de matriz de aterrizaje (no mostrada) , para incrementar adicionalmente el grado de adhesión entre las capas en sus bordes.

Dentro de la matriz 60, las cintas generalmente se mantienen en una temperatura por encima del punto de fusión de la matriz termoplástica utilizada en la cinta para facilitar la capacidad para formar la parte e intermezclar junto con el material de fibra discontinua. Sin embargo, la temperatura no es tan alta como para destruir la integridad del material. Por ejemplo, la temperatura puede varias de aproximadamente 100°C a aproximadamente 350°C, en algunas modalidades de aproximadamente 120°C a aproximadamente 320°C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 150°C a aproximadamente 300°C.

Si se desea, el perfil resultante también puede aplicarse con una capa de recubrimiento para mejorar la apariencia estética del perfil y/o protegerla de las condiciones ambientales. Por ejemplo, refiriéndose a la Figura 1, una capa de recubrimiento puede aplicarse mediante un extrusor orientado en cualquier ángulo deseado para introducir una resina termoplástica en una matriz de recubrimiento 72. La resina puede contener cualquier polímero termoplástico adecuado conocido en la técnica que generalmente es compatible con el polímero termoplástico utilizado para formar el perfil. Los polímeros de recubrimiento adecuados pueden incluir, por ejemplo, polímeros de acrilato, cloruro de polivinilo (PVC), tereftalato de polibutileno (PBT) , ABS, poliolefinas , poliésteres, poliacetales , poliamidas, poliuretanos , etc. Aunque la resina de recubrimiento generalmente se encuentra libre de fibras, puede contener sin embargo otros aditivos para mejorar las propiedades finales del perfil. Los materiales aditivos empleados en esta fase pueden incluir aquellos que no son adecuados para incorporar en las capas de fibra continua o fibras discontinuas. Por ejemplo, puede ser deseable agregar pigmentos a la estructura compatible para reducir el trabajo determinado de los artículos configurados, o puede ser deseable agregar agentes retardantes de fuego a la estructura compuesta para mejorar las características de retardo de fuego de los artículos conformados . Ya que muchos materiales aditivos son sensibles al calor, una cantidad excesiva de calor puede provocar que se descompongan y produzcan gases volátiles. Por lo tanto, si un material aditivo sensible al calor se extruye con una resina de impregnación bajo condiciones de alto calor, el resultado puede ser una degradación completa del material aditivo. Los materiales aditivos pueden incluir, por ejemplo, agentes de refuerzo mineral, lubricantes, retardantes de fuego, agentes de soplado, agentes espumantes, agentes resistentes a la luz ultravioleta, estabilizadores térmicos, pigmentos, y combinaciones de los mismos. Los agentes de refuerzo mineral adecuados pueden incluir, por ejemplo, carbonato de calcio, sílice, mica, arcilla, talco, silicato de calcio, grafito, silicato de calcio, trihidrato de alúmina, ferrita de bario, y combinaciones de los mismos .

Aunque no se muestra en detalle en la presente, la matriz de recubrimiento 72 puede incluir diversas características conocidas en la técnica para ayudar a conseguir la aplicación deseada de la capa de recubrimiento.

Por ejemplo, la matriz de recubrimiento 72 puede incluir una guía de entrada que alinea el perfil entrante. La matriz de recubrimiento también puede incluir un mecanismo térmico (por ejemplo, placa térmica) que pre-calienta el perfil antes de la aplicación de la capa de recubrimiento para ayudar a la unión adecuada.

Después del recubrimiento opcional, la parte configurada 15 finalmente se enfría utilizando un sistema de enfriamiento 80 como se conoce en la técnica. El sistema de enfriamiento 80, por ejemplo, puede ser un calibrador de vacío que incluye uno o más bloques (por ejemplo, bloques de aluminio) que encapsulan completamente el perfil mientras un vacío extrae la forma caliente contra sus paredes conforme se enfría. Un medio de enfriamiento puede suministrarse al calibrador, tal como aire o agua, para solidificar el perfil en la forma correcta.

Típicamente los calibradores de vacío se emplean cuando se forma el perfil. Sin embargo, incluso si un calibrador de vacío no se emplea, generalmente se desea enfriar el perfil después de que sale de la matriz de recubrimiento (o la matriz de consolidación o calibración de matriz si no se aplica recubrimiento) . El enfriamiento puede presentarse utilizando cualquier técnica conocida en la técnica, tal como un tanque de agua al vacío, corriente de aire frío o chorro de aire, revestimiento de enfriamiento, un canal de enfriamiento interno, canales de circulación de fluido de enfriamiento, etc. Independientemente, la temperatura en la que el material se enfría usualmente se controla para lograr propiedades mecánicas óptimas, tolerancias dimensionales parciales, buen procesamiento y un compuesto estéticamente favorable. Por ejemplo, si la temperatura de la estación de enfriamiento es muy alta, el material puede hincharse en la herramienta e interrumpir el proceso. Para los materiales semi-cristalinos , una temperatura muy baja del mismo modo puede provocar que el material se enfríe muy rápido y no permita la cristalización completa, arriesgando así las propiedades de resistencia mecánicas y químicas del compuesto. Las múltiples secciones de matriz de enfriamiento con control de temperatura independiente pueden utilizarse para impartir el balance óptimo de los atributos de procesamiento y rendimiento. En una modalidad particular, por ejemplo, un tanque de agua al vacío se emplea para que se mantenga en una temperatura de aproximadamente 10°C a aproximadamente 50°C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 15°C a aproximadamente 35°C.

Como se apreciará, la temperatura del perfil conforme avanza a través de cualquier sección del sistema de la presente invención puede controlarse para producir propiedades del compuesto final deseado y fabricación óptima. Cualquiera o todas las secciones de ensamble pueden controlarse por temperatura utilizando calentadores de cartucho eléctricos, enfriamiento del fluido circulante, etc., o cualquier otro dispositivo de control de temperatura conocido por aquellos con experiencia en la técnica.

Refiriéndose nuevamente a la Figura 1, un dispositivo de tracción 82 se coloca corriente abajo del sistema de enfriamiento 80 que jala el perfil de acabado 16 a través del sistema para un último calibrado del compuesto. El dispositivo de tracción 82 puede ser cualquier dispositivo capaz de jalar a través del sistema de proceso en una proporción deseada. Los dispositivos de tracción típicos incluyen, por ejemplo, tractores oruga y tractores oscilantes. Si se desea, una o más matrices de calibración (no mostradas) también pueden emplearse. Tales matrices contienen aberturas que se cortan a la forma exacta del perfil, en un principio se gradúan a partir de un gran tamaño para la forma del perfil final. Conforme el perfil pasa a través del mismo, cualquier tendencia para moverlo o pandearlo se contrarresta, y se empuja nuevamente (de manera repetida) en su forma correcta. Una vez dimensionado, el perfil puede cortarse a la longitud deseada en una estación de corte (no mostrada) , tal como con una sierra de corte capaz de realizar cortes transversales.

El perfil resultante 16 se muestra en mayor detalle en la Figura 11. Como se ilustra, el perfil 16 generalmente tiene una forma rectangular hueca. Una capa interna 4 se forma mediante el material de fibra discontinua que se extiende alrededor de todo el perfil y define una superficie interior 5. Una capa externa 6 del mismo modo se forma mediante el material de fibra continua que se extiende alrededor del perímetro de la capa interna 4 y se coloca adyacente a la misma. El espesor de estas capas y la proporción relativa de los materiales de fibra discontinua y continua puede seleccionarse de manera estratégica para ayudar a lograr un límite elástico particular y resistencia transversal (por ejemplo, coeficiente de flexión) para el perfil. Por ejemplo, generalmente resultan porcentajes mayores del material de fibra discontinua (y/o espesor) en una resistencia transversal mayor, mientras que porcentajes mayores del material de fibra continua (y/o espesor) generalmente resultan en límite elástico mayor.

Para optimizar estas propiedades, la proporción del peso de la capa de fibra continua para el peso de la capa de fibra discontinua, típicamente es de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 10, en algunas modalidades de aproximadamente 0.4 a aproximadamente 5, y en algunas modalidades, de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 4. Por ejemplo, las fibras continuas pueden constituir de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 90% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 20% en peso a aproximadamente 70% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 30% en peso a aproximadamente 60% en peso del perfil. Del mismo modo, las fibras largas pueden constituir de aproximadamente 0.5% en peso a aproximadamente 50% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 40% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2% en peso a aproximadamente 30% en peso del perfil. En este aspecto, , el espesor de la capa interna 4 puede ser de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 milímetros, en algunas modalidades de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 1 .5 milímetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 0.6 a aproximadamente 1 .2 milímetros, y el espesor de la capa externa 6 puede ser de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 4.0 milímetros, en algunas modalidades de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 3.0 milímetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 1 .0 a aproximadamente 2.0 milímetros. El espesor total de las capas 4 y 6 del mismo modo puede ser de aproximadamente 1 .0 a aproximadamente 4.0 milímetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2.0 a aproximadamente 3.0 milímetros .

El perfil 16 de la Figura 11 también incluye una capa de recubrimiento 7 que se extiende alrededor del perímetro de la capa externa 6 y define una superficie externa 8 del perfil 16. El espesor de la capa de recubrimiento 7 depende de la función pretendida de la parte, aunque típicamente es de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 5 milímetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 3 milímetros.

En las modalidades descritas y mostradas en lo anterior, el material de fibra discontinua se coloca sustancialmente alrededor de todo el perímetro interior del perfil. Sin embargo, debe entenderse que éste no se requiere, y que puede desearse en ciertas aplicaciones para aplicar solamente el material a ubicaciones específicas que son ventajosas de acuerdo con un diseño particular. Un ejemplo de tal perfil se muestra en más detalle en la Figura 12. Como se ilustra, el perfil 216 generalmente tiene una forma rectangular hueca. En esta modalidad, una capa interna 206 se forma por el material de fibra continua que se extiende alrededor de todo el perfil y define una superficie interior 205. El espesor de la capa 206 puede ser similar a la capa de fibra continua descrita en lo anterior con referencia a la Figura 11. Por el contrario en la modalidad de la Figura 11, sin embargo, el perfil 216 no contiene una capa de fibra discontinua. En cambio, el material de fibra discontinua se ubica en capas discretas 204 en las superficies superior e inferior 208 y 209 del perfil 216. Tal colocación discreta del material de fibra discontinua puede proporcionar una resistencia transversal mejorada en solamente aquellas ubicaciones donde es necesario para una aplicación particular. Una capa de recubrimiento 207 puede cubrir la periferia del perfil 216.

La Figura 13 y la Figura 14 ilustran una modalidad de la matriz de consolidación 250 y la matriz de extrusión por estirado 260 que pueden emplearse para formar el perfil 216. Similar a las modalidades descritas en lo anterior, la matriz de consolidación 250 en esta modalidad recibe una primera capa 212a y una segunda capa 212b del material de fibra continua en un extremo de entrada 256. Las capas 212a y 212b se guian a través de los canales (no mostrados) de la matriz 250 en una dirección "A" . Conforme pasan a través de los canales, los anchos de las capas 212a y/o 212b tienen cintas opcionalmente y se conectan en un lado como se describe en lo anterior. Cuando se encuentran en la posición deseada, las capas 212a y 212b se jalan en la matriz de extrusión por estirado 260, la cual emplea una primera sección de matriz 262, una segunda sección de matriz 264, y un mandril 258 que se extiende a través de la misma. Juntos, cada uno de estos componentes ayuda a formar el material de fibra continua. De manera más particular, conforme las capas de fibra continuas pasan sobre y alrededor del mandril 268 desde su extremo próximo y distal, éstas asumen la forma definida entre la superficie interior de la matriz 260 y una superficie externa del mandril, el cual en esta modalidad, es una forma rectangular hueca. El material de fibra discontinua 281 entonces se introduce en la tercera sección de matriz 280 mediante una porción de entrada, la cual típicamente se encuentra en la forma de una matriz de cruceta que extruye el material en un ángulo de entrada como se menciona en lo anterior. En esta modalidad particular, sin embargo, el material de fibra discontinua 281 se divide en una corriente superior 240 y una corriente inferior 242 dentro de la tercera sección de matriz 280. Conforme las corrientes 240 y 242 convergen en la dirección "A" del flujo de material y se jalan a través del sistema de matriz, forman las capas discretas superior e inferior 204, respectivamente, del perfil 216. Una capa de recubrimiento 207 entonces puede aplicarse utilizando una matriz de recubrimiento 272 como se muestra .

Desde luego, otros perfiles huecos pueden formarse en la presente invención. Refiriéndose a la Figura 15, por ejemplo, otra modalidad de un perfil hueco generalmente rectangular 316 se muestra en más detalle. En esta modalidad particular, una capa interna 304 se forma por el material de fibra discontinua que se extiende alrededor de todo el perfil y define una superficie interior 305. El espesor de la capa 304 puede ser similar a la capa de fibra discontinua descrita en lo anterior con referencia a la Figura 11. Contrario a la modalidad de la Figura 11, sin embargo, el perfil 316 no contiene una capa de fibra continua alrededor de la periferia del perfil. En cambio, el material de fibra continua se proporciona como una capa vertical discreta 306a y una capa horizontal 306b dentro del interior del perfil 316. Una capa de recubrimiento 307 del mismo modo se proporciona para extenderse alrededor de la periferia de la capa interna 304 y define una superficie externa 308 del perfil 316.

Aún otra modalidad de un perfil hueco se muestra en la Figura 16. En esta modalidad, el perfil 416 tiene una sección transversal generalmente en forma de L. Una capa interna 406 del perfil en forma de L 416 puede incluir el material de fibra continua y una capa externa 404 puede incluir el material de fibra discontinua. Las capas discretas 409 del material de fibra continua discreta también pueden emplearse. Además, una capa de recubrimiento 407 puede extenderse alrededor de toda la periferia del perfil 416 y define una superficie externa 408 de la misma.

Además de los perfiles huecos, el método y sistema único de la presente invención también puede emplearse para formar perfiles sólidos. Una modalidad es un perfil 516 sólido en forma U o en forma de C como se muestra en la Figura 17. En esta modalidad particular, una capa interna 506 del perfil 516 puede incluir el material de fibra continua y una capa externa 504 puede incluir el material de fibra discontinua. Los porcentajes de espesor y peso relativo para cada capa pueden encontrarse dentro de los márgenes descritos en lo anterior con respecto a la modalidad mostrada en la Figura 11. Una capa de recubrimiento 507 también puede extenderse alrededor de toda la periferia del perfil 516 y define una superficie externa 508 de la misma. Aún otro perfil sólido adecuado tiene una forma generalmente rectangular como se muestra en la Figura 18. En esta modalidad, el perfil 616 contiene una capa base 604 que típicamente se forma a partir del material de fibra discontinua y capas exteriores 606 adyacentes de la misma que se forman típicamente a partir del material de fibra continua. Aún otra modalidad de tal perfil se muestra en la Figura 20 en la forma de una viga en I . En esta modalidad particular, el perfil 716 puede incluir una capa interior 704 formada a partir del material de fibra discontinua y capas exteriores 706 formadas a partir del material de fibra discontinua .

Como se apreciará, las modalidades del perfil particular descritas en lo anterior son meramente ejemplares de los diseños numerosos que son posibles por la presente invención. Entre los diversos diseños de perfil posibles, debe entenderse que capas adicionales de material de fibra continua y/o material de fibra discontinua pueden emplearse además de aquellas descritas en lo anterior. Además, las modalidades descritas en lo anterior generalmente se consideran perfiles "lineales" en la medida que poseen una forma en corte transversal que sustancialmente es la misma a lo largo de toda la longitud del perfil. Debe entenderse, sin embargo, que los perfiles también pueden formarse en la presente invención, que tienen una forma en corte transversal variada, tal como curvada, torcida etc.

Aunque no se limita ningún diseño particular, los perfiles de la presente invención pueden conseguir propiedades de resistencia mejoradas como se denomina en lo anterior. Por ejemplo, los perfiles pueden mostrar un coeficiente de flexión relativamente alto y resistencia de flexión máxima (en dirección transversal) en comparación con los perfiles que tienen la misma forma y tamaño, pero carente del refuerzo de fibra discontinua selectiva de la presente invención. El término "coeficiente de flexión" generalmente se refiere a la proporción de la tensión para reforzar la deformación de flexión (unidades de fuerza por área) , o la tendencia de un material para doblarse. Se determina a partir de la pendiente o curva de tensión-deformación producida por la prueba de "tres puntos de flexión" (tal como ASTM D790-10, Procedimiento A o ISO 178). Por ejemplo, el perfil de la presente invención puede mostrar un coeficiente de flexión de aproximadamente 2 Gigapascales ("GPa") o más, en algunas modalidades de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 GPa, en algunas modalidades de aproximadamente 4 a aproximadamente 20 GPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5 a aproximadamente 15 GPa. Además, la resistencia de flexión máxima (también conocida como el coeficiente de ruptura o resistencia a la flexión) puede ser de aproximadamente 12 Megapascales ("MPa") o más, en algunas modalidades de aproximadamente 15 a aproximadamente 50 MPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 MPa. El término "resistencia de flexión máxima" generalmente se refiere a la tensión máxima alcanzada en una curva de tensión-deformación producida por una prueba de "tres puntos de flexión" (tal como ASTM D790- 10, Procedimiento A o ISO 178) en la dirección transversal a temperatura ambiente. Se representa la capacidad del material para soportar una tensión aplicada en la dirección transversal de la falla. La proporción del coeficiente de flexión para la resistencia de flexión máxima también se controla para lograr un balance entre la resistencia transversal y coeficiente. Por ejemplo, la proporción puede variar de aproximadamente 50 a aproximadamente 2200, en algunas modalidades de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000, en algunas modalidades de aproximadamente 200 a aproximadamente 800, y en algunas modalidades, de aproximadamente 250 a aproximadamente 600.

El perfil también puede tener una fracción con huecos muy bajo tal como aproximadamente 3% o menos, en algunas modalidades aproximadamente 2% o menos, y en algunas modalidades, aproximadamente 1% o menos. La fracción con huecos puede determinarse en la manera descrita en lo anterior, tal como utilizando una prueba "combustión de resina" de acuerdo con ASTM D 2584-08.

La presente descripción puede entenderse mejor con referencia al ejemplo siguiente.

EJEMPLO Inicialmente se formaron cintas de fibra continua utilizando un sistema de extrusión como sus ancialmente se describe en lo anterior y muestra en la Figura 2 y la Figura 3. Las mechas de fibra de vidrio (vidrio-E, 2200 tex) se emplearon para las fibras continuas con cada cinta individual que contiene tres (3) mechas de fibra. El polímero termoplástico utilizado para impregnar las fibras fue acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) , el cual tiene un punto de fusión de aproximadamente 105°C. Cada cinta contenía 60% en peso de fibras de vidrio y 40% en peso de ABS. Las cintas resultantes tuvieron un espesor de entre 0.2 a 0.4 milímetros y una fracción con huecos de menos de 1%.

Una vez formadas, las cintas se alimentaron en una línea de extrusión/extrusión por estirado operando en una velocidad de 1.524 metros por minuto (5 pies por minuto). Antes de la consolidación, las cintas se calentaron dentro de un horno infrarrojo (ajuste de energía de 160) . Las cintas calentadas después se suministraron en una matriz de consolidación que tiene un canal en forma U que recibió cintas y las consolidó juntas mientras formaba la forma inicial del perfil. Dentro de la matriz, las cintas permanecieron en una temperatura de aproximadamente 121°C, justo antes del punto de fusión de matriz ABS . Tras la consolidación, el laminado resultante se enfrió un poco con el aire ambiental . El laminado después se pasó a través de la matriz de extrusión por estirado como se muestra en la Figura 1. Los granulos de la fibra larga se aplicaron en la sección interior del perfil en forma de U a 246°C. La parte resultante se suministró en una sección de aterrizaje de 0.254 cm (1 pulgada) para impartir la "forma en U" sólida final y se enfrió utilizando una unidad de dimensión de enfriado por aceite que estableció una temperatura de aproximadamente 26°C. Después empleó refrigeración por aire para completar el proceso de enfriamiento. El perfil tuvo un espesor de aproximadamente 3.2 milímetros y un ancho de aproximadamente 40 milímetros.

Diez (10) muestras de perfil en forma de U diferentes se formaron como se describe en lo anterior con diferentes cantidades de fibras continuas y fibras largas. La cantidad de fibras largas varió al utilizar diferentes porcentajes de fibras largas en los gránulos, variando de 0% en peso a 40% en peso, y la cantidad de fibras continuas varió al utilizar números diferentes de cintas, variando de 2 a 7. La manera en la que cada muestra se formó se refleja a continuación en la Tabla 1.

Tabla 1 Para determinar las propiedades de resistencia del perfil, una prueba de tres puntos de flexión se realizó de acuerdo con ASTM D790-10, Procedimiento A. Un borde transversal del perfil se soportó con un accesorio, y la carga del medidor Instron se aplicó al borde libre del perfil en forma de U. La ecuación siguiente se utilizó para calcular la carga de tensión máxima en la parte: Carga de tensión máxima = ( 6* Pmax *L ) / w*r' donde Pmax = carga máxima, L = longitud del brazo nivelador, w = ancho de la muestra, t = espesor de la muestra . Las propiedades de resistencia de las muestras se establecieron a continuación en la Tabla 2.

Tabla 2 Éstas y otras modificaciones y variaciones de la presente invención pueden practicarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. Además, debe entenderse que los aspectos de las diversas modalidades pueden intercambiarse en su totalidad o en parte. Además, aquellos con experiencia ordinaria en la técnica apreciarán que la descripción anterior es a modo de ejemplo solamente y no se pretende para limitar la invención como se describe adicionalmente en las reivindicaciones anexas.

Claims (39)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera, como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un método para formar un perfil de extruido por estirado que tiene una forma en corte transversal, el método caracterizado porque comprende: jalar una cinta de fibra continua a través de una matriz de extrusión por estirado en una dirección longitudinal, en donde la cinta de fibra discontinua contiene fibras continuas que se orientan sustancialmente en la dirección longitudinal e integran dentro de una primera matriz polimérica termoplástica; introducir un material de fibra discontinua en la matriz de extrusión por estirado, en donde el material de fibra discontinua contiene fibras discontinuas integradas dentro de una segunda matriz termoplástica; y dentro de la matriz de extrusión por estirado, combinar el material de fibra discontinua y la cinta de fibra continua para formar una primera y segunda capas del perfil, en donde la primera capa se coloca adyacente a la segunda capa e incluye el material de fibra discontinua, y en donde la segunda capa incluye la cinta de fibra continua.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque las fibras continuas, las fibras discontinuas, o ambas, incluyen fibras de vidrio, fibras de carbón, o una combinación de fibras de vidrio y carbón.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la primera matriz polimérica termoplástica, la segunda matriz polimérica termoplástica, o ambas, incluyen una poliolefina, poliéter cetona, poliéterimida, poliarilen cetona, polímero de cristal líquido, sulfuro de poliarieleno , fluoropolímero , poliacetal, poliuretano, policarbonato, polímero estirénico, poliéster, poliamida, o combinaciones de los mismos.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la primera matriz termoplástica incluye un primer polímero termoplástico y la segunda matriz termoplástica incluye un segundo polímero termoplástico, en donde el primer y segundo polímeros termoplásticos son los mismos .

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la cinta de fibra continua tiene una fracción con huecos de aproximadamente 2% o menos.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la cinta de fibra continua se forma mediante un método que comprende : pasar las fibras continuas a través del dispositivo de extrusión que define una trayectoria tortuosa para impregnar las fibras con la primera matriz polimérica termoplástica; y posteriormente, consolidar las fibras impregnadas en la cinta.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, se caracteriza porque un ensamble de colector suministra la matriz termoplástica al dispositivo de extrusión, el ensamble de colector comprende canaletas ramificadas a través de las cuales la matriz termoplástica fluye.

8. El método de conformidad con la reivindicación 6, se caracteriza porque las fibras continuas se encuentran bajo tensión cuando se impregnan con la matriz termoplástica.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la matriz polimérica termoplástica constituye de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 60% en peso de la cinta y las fibras continuas constituyen de aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 90% en peso de la cinta.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque las fibras discontinuas incluyen fibras largas.

11. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza además porque comprende jalar la cinta de fibra continua a través de una matriz de consolidación que se coloca corriente arriba desde la matriz de extrusión por estirado .

12. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque por lo menos una porción de las fibras discontinuas se orienta en un ángulo en relación a la dirección longitudinal.

13. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el material de fibra discontinua se introduce en la matriz de extrusión por estirado en un ángulo de entrada en relación a la dirección longitudinal, en donde el ángulo de entrada es de aproximadamente 75° a aproximadamente 90°.

14. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque una primera sección del mandril se coloca dentro de un interior de la matriz de extrusión por estirado, el material de fibra discontinua que fluye sobre la primera sección del mandril para asumir la forma que se define entre una superficie externa de la primera sección del mandril y una superficie interior de la matriz de extrusión por estirado.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, se caracteriza porque una segunda sección del mandril también se coloca dentro del interior de la matriz de extrusión por estirado, la cinta de fibra continua que fluye sobre la segunda sección del mandril para asumir una forma que se define entre una superficie externa de la segunda sección del mandril y una superficie interior de la matriz de extrusión por estirado.

16. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque múltiples capas de la cinta de fibra continua se jalan a través de la matriz de extrusión por estirado y se juntan para formar la segunda capa del perfil.

17. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza además porque comprende aplicar una capa de recubrimiento a la primera capa, la segunda capa, o ambas.

18. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza además porque comprende enfriar el perfil configurado para solidificar la primera y segunda capas en posición .

19. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la proporción del peso de la segunda capa para el peso de la primera capa es de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 10.

20. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la segunda capa tiene un espesor de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 3.0 milímetros y el espesor de la primera capa es de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 1 .5 milímetros.

21. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el perfil es hueco.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, se caracteriza porque el perfil hueco tiene una forma generalmente rectangular.

23. El método de conformidad con la reivindicación 21, se caracteriza porque la primera capa forma una capa interna del perfil hueco.

24. El método de conformidad con la reivindicación 23, se caracteriza porque la segunda capa se extiende sustancialmente alrededor de la periferia de la primera capa.

25. El método de conformidad con la reivindicación 23, se caracteriza porque la segunda capa se localiza en una o más regiones discretas adyacentes a la primera capa.

26. El método de conformidad con la reivindicación 21, se caracteriza porque la segunda capa forma una capa interna del perfil hueco.

27. El método de conformidad con la reivindicación 26, se caracteriza porque la primera capa se extiende sustancialmente alrededor de la periferia de la segunda capa.

28. El método de conformidad con la reivindicación 26, se caracteriza porque la primera capa se localiza en una o más regiones discretas adyacentes a la segunda capa.

29. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el perfil es sólido.

30. El método de conformidad con la reivindicación 29, se caracteriza porque el perfil sólido tiene una forma en U o en C.

31. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la forma en corte transversal del perfil sustancialmente es la misma a lo largo de toda la longitud del perfil.

32. El perfil formado a partir del método de conformidad con la reivindicación 1.

33. Un aparato de extrusión por estirado para formar un perfil, el aparato caracterizado porque comprende: una matriz de extrusión por estirado que define una cavidad interior; un dispositivo de tracción que se configura para jalar una o más cintas de fibra continua a través de la cavidad interior de la matriz de extrusión por estirado; un dispositivo de extrusión de cruceta que se configura para extruir un material de fibra discontinua en la cavidad interior de la matriz de extrusión por estirado; y un mandril colocado dentro de la cavidad interior de la matriz de extrusión por estirado, en donde el mandril tiene una primera sección sobre la cual se configura el material de fibra discontinua para fluir para formar una primera capa del perfil y una segunda sección sobre la cual se configura la cinta de fibra continua para fluir para formar una segunda capa del perfil.

34. El aparato de extrusión por estirado de conformidad con la reivindicación 33, se caracteriza además porque comprende una matriz de consolidación que se coloca corriente arriba desde la matriz de extrusión por estirado.

35. El aparato de extrusión por estirado de conformidad con la reivindicación 33, se caracteriza porque el dispositivo de extrusión de cruceta se configura para introducir el material de fibra discontinua en la matriz de extrusión por estirado en un ángulo de aproximadamente 75° a aproximadamente 90° .

36. El aparato de extrusión por estirado de conformidad con la reivindicación 33, se caracteriza porque la primera sección del mandril define una superficie externa, en donde la primera capa se forma entre la superficie externa de la primera sección del mandril y una superficie interior de la matriz de extrusión por estirado.

37. El aparato de extrusión por estirado de conformidad con la reivindicación 33, se caracteriza porque la segunda sección del mandril tiene una pared superior y una pared inferior, en donde una o más láminas de la cinta de fibra continua se jalan sobre la pared superior y la pared inferior para formar por lo menos una porción de la segunda capa .

38. El aparato de extrusión por estirado de conformidad con la reivindicación 33, se caracteriza además porque comprende una matriz de recubrimiento que se coloca corriente abajo de la matriz de extrusión por estirado para aplicar una capa de recubrimiento a la primera capa, segunda capa , o ambas .

39. El aparato de extrusión por estirado de conformidad con la reivindicación 33, se caracteriza además porque comprende un sistema de enfriamiento que se coloca corriente abajo de la matriz de extrusión por estirado para solidificar la primera y segunda capas en posición.