MX2013012835A - Viga de material compuesto de polimero con piezas insertadas de ala incorporadas durante el moldeo. - Google Patents

Abstract

Se describe una viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido que incluye por lo menos una primera ala; una segunda ala; por lo menos un alma que se extiende entre las dos alas en la que las alas primera y segunda están configuradas en perpendicular a la por lo menos un alma; cada una de la primera ala y la segunda ala contiene una pieza insertada rígida incorporada durante el moldeo en el plano de las alas en perpendicular a la por lo menos un alma. También se describe el método de fabricación y de inserción de las piezas insertadas rígidas incorporadas durante el moldeo.

Description

VIGA DE MATERIAL COMPUESTO DE POLÍMERO CON PIEZAS INSERTADAS DE ALA INCORPORADAS DURANTE EL MOLDEO Campo de la técnica La presente descripción se refiere a vigas de material compuesto de polímero moldeado y a nuevas soluciones para aumentar su resistencia frente a torsión.

Antecedentes Las vigas estructurales se usan en numerosas aplicaciones que requieren una resistencia rígida acompañada por un peso relativamente ligero. Estas incluyen pasillos, pasarelas, revestimiento de piso (por ejemplo, pistas temporales para aeronaves) , estanterías y paredes interiores y / o exteriores de contenedores y viviendas. En muchas aplicaciones, los componentes de un conjunto de soporte de carga se fabrican en una ubicación y, a continuación, se transportan hasta un punto de uso distante en el que estos se montan posteriormente. Como alternativa, la fabricación y el montaje de los paneles y soportes individuales pueden llevarse a cabo en la misma ubicación, seguido por el envío del artículo de soporte de carga montado final hasta un punto de uso distante y, opcionalmente, por su montaje adicional. Se requiere que estas estructuras muestren un mínimo de deformación por torsión entre los estados con carga y sin carga.

Para cumplir estos tipos de requisitos, tales tirantes de refuerzo de celosía se fabrican, en general, a partir de materiales tales como metal, madera u hormigón. Mientras que estos son, en general, bastante robustos, los mismos pueden ser indeseablemente pesados. Además, las estructuras de tirantes de refuerzo de celosía de metal están sometidas a corrosión y los tirantes de refuerzo de celosía de madera están sometidos a putrefacción y, en ese sentido, han de aplicárseles, en general, unos revestimientos de protección tanto después de la fabricación como de forma periódica a partir de entonces, como parte de un plan de mantenimiento. En particular si estos revestimientos están sometidos a tráfico intenso, tal como en aplicaciones tales como pasillos, en general estos revestimientos de protección se deterioran con rapidez, exponiendo la viga o estructura de tirantes de refuerzo de celosía subyacente a condiciones ambientales causantes de deterioro.

Debido a que, en general, se requiere el transporte o bien de los componentes individuales o bien del conjunto de soporte de carga montado hasta un punto de uso y / o de montaje adicional, la reducción en el peso de los componentes individuales y / o el conjunto de soporte de carga es deseable, en general, con el fin de reducir los costes de combustible relativos al envío. La reducción de peso también es deseable con el fin de mejorar la facilidad de manejo de los componentes individuales, y el conjunto de soporte de carga montado final.

La reducción de peso puede lograrse mediante la fabricación de los componentes individuales a partir de plástico, en lugar de materiales más pesados, tales como madera y metales. Los componentes de plástico individuales y, en particular, los conjuntos de los mismos, han de poseer en general, no obstante, unas propiedades físicas, tales como la resistencia y las propiedades de soporte de carga (por ejemplo, propiedades de soporte de carga estática y no estática) , que sean por lo menos equivalentes a las de los componentes originales (por ejemplo, paneles de metal y soportes de metal) . Los conjuntos de soporte de carga de plástico moldeado son propensos, en general, a rotura en los puntos en los que se unen entre sí los propios paneles y / o los paneles y los soportes. La rotura tiene lugar, en general, cuando los conjuntos de soporte de carga de plástico están sometidos a cargas y, en particular, a cargas no estáticas, tal como cargas oscilantes. Para mejorar las propiedades físicas y para reducir la aparición de roturas de unión relacionadas con las cargas, los paneles de plástico moldeado individuales del conjunto de soporte de carga se fabrican, en general, con el fin de pesar por lo menos tanto como los paneles originales (por ejemplo, paneles de metal) para la sustitución de los cuales se diseñaron estos. Para mejorar adicionalmente las propiedades físicas, los conjuntos de soporte de carga de plástico moldeado incluyen, en general, una cantidad redundante de sujetadores, tal como tornillos y / o pernos, en los puntos en los que solo los paneles, y / o los paneles y los soportes, se unen entre sí.

Por lo tanto, ha sido deseable fabricar estructuras de viga a partir de plásticos y, en especial, a partir de plásticos reforzados, tal como materiales compuestos de polímero. No obstante, con el fin de cumplir los requisitos de soporte de peso y de mínima deformación, incluso las vigas de soporte de material compuesto de polímero pueden tener un peso que sea similar al de las vigas de metal y de madera para la sustitución de las cuales se diseñaron estas.

Sería deseable desarrollar unos conjuntos de soporte de carga de plástico moldeado que tuvieran un peso reducido en relación con los conjuntos de soporte de carga equivalentes fabricados a partir de unos materiales más pesados, tales como metales. Sería deseable adicionalmente que tales conjuntos de soporte de carga de plástico moldeado recientemente desarrollados también poseyeran unas propiedades físicas, tal como propiedades de soporte de carga estática y no estática, que fueran por lo menos equivalentes a las de los conjuntos de soporte de carga equivalentes fabricados a partir de unos materiales más pesados, tales como metales. Aún más, sería deseable que tales conjuntos de soporte de carga de plástico moldeado recientemente desarrollados se montaran de una forma sencilla y eficiente.

Existe un número de modos de rotura de las estructuras de viga. En el caso de las estructuras con forma de viga en I que tienen un alma central y unas alas sobre cada extremo del alma, la fibra neutra de una estructura de este tipo discurre a lo largo del centro del alma. La viga ideal es aquella con la menor área en sección transversal (y que requiere, por lo tanto, la menor cantidad de material) que se necesita para conseguir un módulo resistente dado. Debido a que el módulo resistente depende del valor del momento de inercia, una viga eficiente ha de tener la mayor parte de su material ubicado tan lejos con respecto a la fibra neutra como sea posible. Cuanto más lejos esté una cantidad dada de material con respecto a la fibra neutra, más grande será el módulo resistente y, por lo tanto, podrá resistirse un momento de flexión más grande.

Un aspecto que va a describirse es la provisión de unas estructuras de vigas de material compuesto de polímero con una resistencia más alta y, en especial, unos enfoques para hacer la estructura de viga mucho más resiliente frente a una rotura por torsión. Un mecanismo de rotura habitual de una viga es la rotura frente a torsión. Estos enfoques que van a describirse pueden aplicarse a un número de estructuras de viga que incluyen vigas en I, vigas tubulares, placas planas, etc.

Sumario La solución a los problemas que se han mencionado en lo que antecede puede proporcionarse mediante una viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido que comprende: una primera ala; una segunda ala; por lo menos un alma que se extiende entre las dos alas en la que las alas primera y segunda están configuradas en perpendicular a la por lo menos un alma; cada una de la primera ala y la segunda ala contiene una pieza insertada rígida incorporada durante el moldeo en el plano de las alas en perpendicular a la por lo menos un alma.

En otro aspecto de la viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido, la pieza insertada rígida incorporada durante el moldeo en las alas comprende una estructura compuesta de dos piezas insertadas rígidas delgadas en el plano del ala, separadas una con respecto a otra por un material de relleno.

En otro aspecto de la viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido, hay solo un alma que se extiende entre las dos alas.

En otro aspecto de la viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido, la solo un alma es una estructura de tirantes de refuerzo de celosía.

En otro aspecto de la viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido con una estructura de tirantes de alma de refuerzo de celosía, la estructura de tirantes de refuerzo de celosía está configurada de tal modo que hay una sección hendida periódica en perpendicular a las alas que proporciona un lugar conveniente para cortar la viga para dar unas longitudes más cortas para trabajos particulares.

En otro aspecto de la viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido, unas piezas insertadas de metal rígidas pueden insertarse en unas ranuras en las secciones de ala sobre los extremos de vigas adyacentes y una serie de pernos puede insertarse a través de unos orificios previamente perforados, proporcionando unos medios para conectar, de forma rígida, vigas en I adyacentes.

La solución a los problemas que se han mencionado en lo que antecede también puede proporcionarse mediante un método de formación de una viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido con piezas insertadas que comprende: proporcionar un aparato de moldeo que comprende; una porción de molde superior que tiene una superficie prensable exterior y una superficie interior; una porción de molde inferior que tiene una superficie prensable exterior y una superficie interior; una prensa que tiene una superficie de prensa, extendiéndose una porción de la porción de molde superior más allá de la superficie de prensa y teniendo una superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa y una superficie interior de porción de molde superior fuera de la prensa, extendiéndose una porción de la porción de molde inferior más allá de la superficie de prensa y teniendo una superficie exterior de porción de molde inferior fuera de la prensa y una superficie interior de porción de molde inferior fuera de la prensa; estando ubicada la prensa para ubicar de forma reversible la superficie interior de la porción de molde superior y la superficie interior de la porción de molde inferior una hacia otra; definiendo la superficie interior de porción de molde superior fuera de la prensa y la superficie interior de porción de molde inferior fuera de la prensa, de forma conjunta, un espacio de molde interno fuera de la prensa, cuando la porción de molde superior y la porción de molde inferior se presionan de forma conjunta; una placa que tiene una primera superficie y una segunda superficie, siendo la segunda superficie de la placa opuesta a la superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa, estando la placa separada de la prensa; por lo menos un miembro expansible que está interpuesto entre la segunda superficie de la placa y la superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa; una pluralidad de brazos verticales que están acoplados a lados opuestos de la placa y que forma una pluralidad de brazos verticales emparejados de manera opuesta, extendiéndose cada brazo vertical hacia la porción de molde inferior, teniendo cada brazo vertical una porción terminal que tiene una guia, formando cada par de brazos verticales emparejados de manera opuesta, de forma conjunta, un par alineado de guias, estando dimensionado cada par alineado de guias para recibir de forma reversible un brazo lateral a través de las mismas; acoplar unas piezas insertadas configuradas previamente en la porción de molde inferior en las porciones de ala de la porción de molde inferior; introducir un material polimérico compuesto fundido sobre la superficie interior de la porción de molde inferior; presionar la porción de molde superior y la porción de molde inferior, de forma conjunta, por medio de la prensa, y comprimir el material polimérico compuesto fundido entre la superficie interior de la porción de molde superior y la superficie interior de la porción de molde inferior, estando ubicada la guia de cada brazo vertical de manera concurrente más allá de la superficie exterior de porción de molde inferior fuera de la prensa; insertar el brazo lateral a través de cada par alineado de guias; expandir cada miembro expansible, dando como resultado que la placa se aleje con respecto a la superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa y que cada brazo lateral se ponga en contacto de compresión con la superficie exterior de porción de molde inferior fuera de la prensa, y que se comprima adicionalmente de forma correspondiente el material polimérico compuesto fundido que se encuentra en el interior del espacio de molde interno fuera de la prensa, formando de ese modo el articulo moldeado.

En otro aspecto del método, cada miembro expansible es un cojinete de apoyo expansible que está interpuesto entre la segunda superficie de la placa y la superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa.

En otro aspecto del método, cada miembro expansible es un tubo expansible que está interpuesto entre la segunda superficie de la placa y la superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es una viga de polímero compuesto moldeado que ilustra una pieza insertada de ala incrustada.

La figura 2 es una vista lateral de una realización de la estructura de una pieza insertada de ala.

La figura 3 es una vista desde arriba de una posible realización de una pieza insertada de ala.

La figura 4 es otra vista de una viga de polímero compuesto moldeado que ilustra el acoplamiento de una viga con una viga contigua.

La figura 5 es una visión .de conjunto de un sistema de moldeo para preparar vigas de material compuesto moldeado.

La figura 6 es una vista lateral del conjunto de molde inferior del molde expandido que se usa en la figura 5.

La figura 7 es una vista de extremo del conjunto de molde inferior del molde expandido que se usa en la figura 5. Descripción detallada Con referencia a las figuras 1 de los dibujos, se representa una viga de polímero compuesto moldeado 10 que representa una realización de la viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido. La viga particular que se ilustra es una estructura de viga en I de tirantes de refuerzo de celosía a pesar de que, tal como se ha mencionado en lo que antecede, el concepto no se limita a las estructuras de tirantes de refuerzo de celosía. La estructura de tirantes de refuerzo de celosía se muestra en la sección 12 tal como esta aparece en su forma final y es una estructura de tirantes de refuerzo de celosía más plana de material compuesto de polímero con múltiples elementos de tirante de refuerzo de celosía 13 que está configurada en triángulos. Las áreas de alma 17 que están interpuestas entre los elementos de tirante de refuerzo de celosía 13 también se fabrican de un material compuesto de polímero en sólido y son más delgadas que la anchura del ala 16. La sección de extremo 14 es una vista en corte para mostrar un aspecto, unas piezas insertadas incorporadas durante el moldeo 15 en las porciones de ala de arriba y de debajo 16 de la viga en I de tirantes de refuerzo de celosía 10. Las piezas insertadas 15 se extienden a lo largo de toda la longitud de la viga de tirantes de refuerzo de celosía.

El uso de dos piezas insertadas delgadas en cada ala, separadas espacialmente una con respecto a otra, es otro aspecto de la presente descripción. Se ha descubierto que, cuanto más separadas están las piezas insertadas delgadas una con respecto a otra en el ala, más se aumenta el momento de inercia y más resistente puede hacerse la viga frente a torsión. Una realización de cómo puede hacerse esto se muestra en la figura 2, que ilustra una de las piezas insertadas 20 y muestra dos tiras delgadas 21 de un material rígido que se mantienen separadas una con respecto a otra mediante la inclusión de un material de relleno de peso ligero 22. Solo como ejemplo, se ha descubierto que una realización de piezas insertadas de material compuesto de acero / madera / acero aumenta de forma significativa la capacidad de soporte de carga de la viga a la vez que se reduce el peso global de la estructura de viga al posibilitarse el uso de menos material compuesto de polímero en la estructura restante. La resistencia del material de relleno, en este ejemplo madera, solo ha de ser lo bastante fuerte para mantener la separación de las tiras rígidas delgadas 21. En principio, esta separación podría lograrse sin un relleno como madera si la separación pudiera lograrse llenando la región entre las dos tiras rígidas mediante el material compuesto de polímero durante la fabricación de la viga.

La estructura final encapsula por completo la pieza insertada en el material compuesto de polímero y proporciona una cubierta ambientalmente tenaz que no requiere unos revestimientos de mantenimiento continuado para la corrosión o putrefacción. Cualquier estructura de viga con elementos de ala puede reforzarse usando el presente enfoque.

Una vista desde arriba de una de las piezas insertadas delgadas 20 se muestra en la figura 3 para ilustrar una realización más en la que la pieza insertada está perforada con unos orificios 32. Los orificios se extienden por completo a través de la estructura de pieza insertada y, en el caso de una estructura tal como en la figura 2, estos se extienden a través de la totalidad de las tres capas. Estos orificios 32 proporcionan dos funciones - estos permiten que el polímero fluya a través de la estructura interlaminar durante el moldeo, reduciendo de este modo las tensiones de moldeo durante el moldeo. Además de reducir las tensiones, el polímero atrapa las tiras rígidas 21 de tal modo que estas no se deslizan bajo tensiones de carga.

La estructura 40 en la figura 4 es una representación alternativa de la misma viga en I de tirantes de refuerzo de celosía de polímero compuesto moldeado de la figura 1 para ilustrar mejor una realización adicional para unir con firmeza vigas adyacentes. La pieza insertada rígida de tres capas que se describe en la figura 2 puede verse en el presente caso como unas tiras rígidas 42 que están separadas por una tira de relleno 44. En cada extremo de las vigas adyacentes se proporcionan unas ranuras 48 que se extienden por una corta distancia en el interior de las secciones de ala. Unas piezas insertadas de metal rígidas 46 pueden insertarse a continuación en las ranuras 48 y una serie de pernos 49 pueden insertarse a través de unos orificios previamente perforados, proporcionando unos medies para conectar, de forma rígida, vigas en I adyacentes.

Otro aspecto de las vigas de vigas en I de tirantes de refuerzo de celosía de polímero compuesto moldeado preparadas puede verse como el número 18 en la figura 1 o el número 47 de la figura 4. Las vigas en I de tirantes de refuerzo de celosía 10 pueden fabricarse en el método de producción que va a describirse en secciones largas. Pero a unas longitudes iguales a lo largo de las vigas en I de tirantes de refuerzo de celosía, por ejemplo cada sección de un pie (30.48 cm) , una hendidura de tirante de refuerzo de celosía, tal como 18 en la figura 1, permite un lugar para un corte limpio de la viga en I de tirantes de refuerzo de celosía para dar unas longitudes más pequeñas para adaptarse a diferentes requisitos .

Método de producción La estructura de viga completada, incluyendo las piezas insertadas de ala, puede fabricarse en un sistema de moldeo tal como se ha descrito con anterioridad en la solicitud de los Estados Unidos 61/455,046.

En la realización que se muestra en la figura 5, se muestra un sistema de moldeo que usa una prensa 130 y un soporte de molde móvil (o carro) 140 que puede moverse a lo largo de un sistema de railes 215. Realizaciones alternativas para una productividad más alta pueden funcionar con dos prensas y dos carros a lo largo del sistema de railes 215 con una prensa sobre cada extremo. El carro 140 soporta un molde inferior extendido 150. El molde inferior tiene una superficie de molde interior 230. Durante la fase de deposición, el molde inferior 150 se encuentra directamente por debajo de una herramienta de deposición 125 que puede adoptar diferentes formas en diferentes realizaciones, incluyendo una matriz de inyección, una boquilla de inyección o una matriz dinámica que puede entregar unas cantidades variables de material compuesto fundido. La herramienta de deposición 125 está conectada con un cilindro de unidad de inyección 180 que está soportado por un bastidor de cilindro de inyección 195. Una tolva de alimentación de material 170 acepta resina polimérica o material compuesto en una sección de tornillo sinfín en la que unos calentadores están calentando el material polimérico hasta un estado fundido, mientras que el tornillo sinfín está alimentando el mismo a lo largo de la longitud de un cilindro de inyección 180 que puede ser una extrusora o un cabezal de inyección. Unos calentadores (que no se muestran) a lo largo del cilindro de inyección mantienen el control de temperatura. En la salida del cilindro de inyección 180 se muestra en una realización como una herramienta de deposición 125 para alimentar el material compuesto fundido de forma precisa sobre el molde inferior 150. Ha de observarse que, en ciertas realizaciones, la herramienta de deposición podría ser tan simple como una tubería recta, si bien también podría ser una matriz de extrusión en lámina (estática). En otras realizaciones, esta puede ser una matriz dinámica que suministre unas cantidades variables y controladas de material compuesto a través de la matriz .

Pasando a continuación a la figura 6 (vista lateral) y la figura 7 (vista de extremo) , se muestra un molde superior 175 que se corresponde con el molde inferior 150 sobre la prensa 130. El molde superior 175 también tiene una superficie de molde interior 190 y una superficie de molde prensable exterior 200. La prensa 130 tiene un área de prensa que se corresponde con el área en la que esta ejerce su fuerza de compresión sobre las superficies exteriores del molde superior 175 y el molde inferior 150. El molde superior 175 incluye una porción fuera de la prensa de molde superior 220 que se extiende más allá del área de prensa. De forma similar, el molde inferior 150 incluye una porción fuera de la prensa de molde inferior 230 que se extiende más allá del área de prensa. Unas áreas fuera de la prensa similares existen sobre el otro lado de los moldes combinados.

Extendiéndose por encima de una porción del área fuera de la prensa del molde superior se encuentra una placa 245. Entre la placa 245 y la superficie exterior del área fuera de la prensa de molde superior 220 se encuentra un miembro expansible 250. Tal como se explicará posteriormente, el miembro expansible puede expandirse para aplicar presión a las porciones fuera de la prensa de la pieza moldeada. El miembro expansible 250 puede adoptar un número de formas, que incluyen un cojinete de apoyo expansible o un material tubular expansible que se despliega entre la placa 245 y la superficie exterior del área fuera de la prensa de molde superior.

El método de moldeo comienza con el llenado de las cavidades 230 del molde inferior 150 de una forma precisa, mediante el movimiento controlado del carro 140 por debajo de la herramienta de deposición 125, acompañado por la variación del flujo volumétrico de material compuesto a partir del cilindro de inyección. Un llenado preciso crea una "forma casi final" del material compuesto fundido en las cavidades de molde inferior, lo que conduce a unas presiones de moldeo por compresión necesarias más bajas en el tiempo de moldeo. Después del llenado del molde, el molde extendido inferior se transporta a través del movimiento del carro 140 a lo largo de los railes 215 al interior de la prensa 130. En la prensa, la superficie de molde interior del molde superior y la superficie de molde interior del molde inferior se encuentran en una relación de oposición enfrentada una con respecto a otra y forman un espacio de molde interno. Una pluralidad de brazos verticales 260 está acoplada a lados opuestos de la placa 245, extendiéndose cada brazo vertical hacia la porción de molde inferior y teniendo cada uno una guia 255 tal como un ojal y formando cada par de brazos verticales emparejados de manera opuesta, de forma conjunta, un par alineado de guias, con cada par alineado de guias dimensionado para recibir un brazo lateral u horizontal 265. Cuando la prensa se usa para comenzar a presionar las porciones de molde superior e inferior, de forma conjunta, las guias 255 de cada brazo vertical 260 se ubican por debajo de la superficie exterior de porción de molde inferior y un brazo lateral u horizontal 265 se inserta a través de cada par alineado de guias .

Con los brazos verticales y horizontales en su lugar y conectados, el miembro expansible 250 se expande a continuación. De este modo, se hace que la placa 245 se aleje con respecto a la porción de molde superior fuera de la prensa, comprimiendo adicionalmente de ese modo el material compuesto que se encuentra en el interior del espacio de molde interno fuera del molde. La expansión del miembro expansible se controla de tal modo que la fuerza de compresión en el interior de la superficie de prensa y las presiones fuera de la prensa son sustancialmente equivalentes.

Esta técnica permite, por lo tanto, el moldeo por compresión de unas partes muy grandes que descansan fuera de la envolvente de prensa de una prensa.

Volviendo a la figura 5, la prensa 130 contiene un molde superior requerido para el moldeo por compresión de las partes. Esta tiene un cilindro hidráulico 160 para aplicar una fuerza de compresión. Con respecto al conjunto de molde inferior completo, en una primera realización hay un primer carro que se desplaza sobre los railes 215. El carro puede moverse hacia atrás y hacia delante por debajo de la herramienta de deposición 125 en una dirección (la dirección x) que es paralela a los railes 215.

Para conseguir el control de la deposición de material en la dirección "y", que es perpendicular a los railes, el sistema tiene una segunda estructura móvil (el segundo carro) con una guia de mesa que se desplaza sobre pistas en la dirección-y por encima del primer carro. La combinación de ser capaz de controlar el movimiento tanto en la dirección x como en la y mediante el uso de un carro que se desplaza sobre la otra permite controlar el plano x-y. Cuando esto se combina con la capacidad de controlar el flujo volumétrico de material compuesto fundido que emana a partir de la herramienta de deposición 125, permite, en efecto, un control en 3 ejes y la capacidad de crear unas partes de "forma casi final" sobre el molde inferior antes de que el molde superior se aplique para la compresión. En una segunda realización hay un único carro sobre el cual se desplaza el molde inferior. Esto permite el control solo en la dirección x, y el control en la dirección y (perpendicular a las pistas 215) se consigue mediante el . uso de una matriz dinámica que puede entregar unas cantidades controladas de material compuesto a lo largo del molde en la dirección-y. La matriz dinámica se describe en las patentes de los Estados Unidos 7,208,219; 6,900,547; 6,869,558; y 6,719,551. Con fines de la presente descripción, la siguiente descripción del procedimiento de moldeo estará basada en el sistema de dos carros que puede moverse en las direcciones tanto x como y.

Pasando a continuación al sistema de alimentación de material compuesto, la figura 5 muestra una posible realización de un sistema de alimentación. Una tolva de alimentación de material 170 acepta resina polimérica o material compuesto en una sección de tornillo sinfín en la que unos calentadores están calentando el material polimérico hasta un estado fundido mientras que el tornillo sinfín está alimentando el mismo a lo largo de la longitud de un cilindro de inyección 180 que puede ser una extrusora o un cabezal de moldeo por inyección. Un motor de tornillo con un ventilador de enfriamiento acciona una unidad de inyección hidráulica, con un ventilador de enfriamiento. Unos calentadores (que no se muestran) a lo largo del cilindro de inyección mantienen el control de temperatura. En la salida del cilindro de inyección se muestra en una realización como una boquilla de inyección 125. para alimentar el material compuesto fundido 240 de forma precisa sobre el molde inferior 230. Ha de observarse que la boquilla de inyección en ciertas realizaciones podría ser tan simple como una tubería recta, si bien también podría ser una matriz de extrusión en lámina.

La combinación del control x-y de la base de moldeo y el control del caudal volumétrico del material fundido permite una deposición precisa del material compuesto fundido en la ubicación deseada en las cavidades 230 del molde inferior 150 de tal modo que se crea una "forma casi final" de la parte moldeada, incluyendo suficiente material fundido depositado en unas ubicaciones con unas cavidades más profundas en el molde inferior. Tras la compleción de la deposición fundida de "forma casi final" del material compuesto, la mitad llena del molde de mitades a juego se transfiere mecánicamente por medio del primer sistema de carros a lo largo de los raíles 215 a la prensa de compresión 130 para la adición y la conexión de los brazos verticales 260 y horizontales 265 para la consolidación final fuera de la prensa de la parte moldeada. Debido a que la mitad llena del molde representa una "forma casi final" de la parte moldeada final, la etapa de moldeo por compresión final con la otra mitad del molde de mitades a juego puede lograrse a unas presiones muy bajas (< 2000 psi (13.79 MPa) ) y con un movimiento mínimo de la mezcla de material compuesto fundido.

El procedimiento de moldeo por extrusión incluye un sistema de extrusión controlado por ordenador (que no se muestra) que integra y automatiza la mezcla de material o la preparación de compuestos de los componentes de matriz y de refuerzo para dosificar una cantidad con perfil de material compuesto fundido que se dirige por acción de la gravedad hacia la mitad inferior de un molde de mitades a juego, el movimiento del cual se controla a la vez que se recibe el material, y una estación de moldeo por compresión para recibir la mitad inferior del molde para presionar la mitad superior del molde contra la mitad inferior para formar la estructura o parte deseada. La mitad inferior del molde de mitades a juego se mueve de forma discreta en el espacio y en el tiempo a unas velocidades variables y en un movimiento hacia atrás y hacia delante y en las direcciones tanto x como y para posibilitar el depósito de material de forma precisa, y con más espesor a una velocidad baja y con más delgadez a unas velocidades más altas. El aparato polimérico que se ha descrito en lo que antecede es una realización para poner en práctica el procedimiento de moldeo por extrusión. La resina sin procesar (que puede ser cualquier forma de termoplástico de pliegues o remolido u, opcionalmente, una resina epoxídica termoendurecible ) es el componente de matriz que se introduce en un alimentador o tolva de la extrusora, junto con unas fibras de refuerzo de más de aproximadamente 12 milímetros de longitud. El material compuesto puede mezclarse y / o prepararse mediante el cilindro de inyección 180, y depositarse de forma "inteligente" sobre la mitad de molde inferior 150 mediante el control de la salida del cilindro de inyección 180 y el movimiento de la mitad de molde inferior 150 en las direcciones tanto x como y en relación con la posición de la herramienta de deposición 125. La sección inferior del molde de mitades a juego recibe unas cantidades precisas de material compuesto extruido, y se mueve a continuación al interior de la estación de moldeo por compresión .

El soporte lógico y los controladores por ordenador necesarios para llevar a cabo este control por ordenador abarcan muchos que se conocen en la técnica. Las técnicas de la presente divulgación pueden lograrse usando cualquiera de un número de lenguajes de programación. Los lenguajes adecuados incluyen, pero no se limitan a, BASIC, FORTRAN, PASCAL, C, C++, C#, JAVA, HTML, XML, PERL, etc. Una aplicación configurada para llevar esto a cabo puede ser una aplicación autónoma, basada en red, o basada en Internet por cable o inalámbrico para permitir un acceso sencillo y a distancia. La aplicación puede ejecutarse en un ordenador personal, un sistema de entrada de datos, un PDA, teléfono celular o cualquier mecanismo de cálculo.

El primer carro puede incluir además ruedas (que no se muestran) que prevén una traslación a lo largo del raíl 215. El raíl 215 posibilita que el primer carro ruede por debajo de la herramienta de deposición 125 y al interior de la prensa 130. La prensa funciona presionando un molde superior contra el molde inferior. Incluso a pesar de que los principios de la presente realización prevén una fuerza reducida para el procedimiento de moldeo en comparación con los procedimientos de moldeo termoplástico convencionales debido a que la capa del material compuesto 240 se deposita directamente a partir de la herramienta de deposición 125 en el molde inferior, la fuerza aplicada por la prensa sigue siendo suficiente para dañar las ruedas, de seguir en contacto con el raíl. Por lo tanto, las ruedas pueden acoplarse y desacoplarse de forma selectiva con una superficie superior de la prensa. En una realización, el primer carro se eleva mediante unos tubos inflables (que no se muestran) de tal modo que, cuando los tubos están inflados, las ruedas se acoplan con los raíles 215 de tal modo que el carro puede moverse desde debajo de la herramienta de deposición 125 hasta la prensa. Cuando los tubos están desinflados, las ruedas se desacoplan de tal modo que la carcasa del carro se asienta sobre la superficie superior de una base de la prensa. Ha de entenderse que podrían utilizarse otros componentes estructurales accionados para acoplar y desacoplar las ruedas con respecto al soporte del carro.

El controlador basado en ordenador (que no se muestra) está acoplado de forma eléctrica con los diversos componentes que forman el sistema de moldeo o podría funcionar de forma inalámbrica. El controlador es una unidad basada en procesador que funciona orquestando la formación de las partes estructurales. En parte, el controlador funciona controlando el material compuesto que se está depositando sobre el molde inferior mediante el control de la temperatura del material compuesto, el caudal volumétrico del material compuesto extruido, y la ubicación y la velocidad de movimiento del molde inferior a través del sistema en x-y de dos carros para recibir el material compuesto extruido. El controlador puede accionarse además para controlar los calentadores que calientan los materiales poliméricos . El controlador puede controlar la velocidad del tornillo sinfín para mantener un flujo sustancialmente constante de material compuesto a través del cilindro de inyección 180 y al interior de la herramienta de deposición 125. Como alternativa, el controlador puede alterar la velocidad del tornillo sinfín para alterar el caudal volumétrico del material compuesto a partir del cilindro de inyección. El controlador puede controlar además los calentadores en la extrusora. Basándose en la parte estructural que se está formando, puede establecerse un conjunto previamente determinado de parámetros para la herramienta de deposición, para aplicar el material compuesto extruido al molde inferior. Los parámetros también pueden definir cómo se sincroniza el movimiento del sistema de dos carros en cuanto a su ubicación con el caudal volumétrico del material compuesto de acuerdo con las cavidades sobre el molde inferior que definen la parte estructural que se está produciendo.

Tras la compleción del material compuesto extruido que se está aplicando al molde inferior, el controlador conduce el primer carro hasta la prensa. El controlador indica a continuación a un mecanismo (que no se muestra) que desacople, de la pista 215, las ruedas tal como se ha descrito en lo que antecede, de tal modo que la prensa 130 puede forzar el molde superior contra el molde inferior sin dañar las ruedas. La pluralidad de brazos verticales se conectan a continuación a través de los brazos laterales y el miembro inflable se infla para aplicar una fuerza de compresión sobre la porción fuera de la caja del molde.

Obsérvese que el sistema de moldeo por extrusión de la figura 1 está configurado para soportar una prensa 130 que puede accionarse para recibir el conjunto de carro que soporta el molde inferior para formar la parte estructural. Ha de entenderse que dos sistemas de dos carros podrían estar soportados por las pistas o los raíles 215 con una prensa sobre cada extremo con el fin de prever la formación de múltiples componentes estructurales mediante un único cilindro de inyección y herramienta de deposición. Obsérvese también que, a pesar de que pueden utilizarse ruedas y railes para proporcionar movimiento para los mecanismos de carro tal como se describe en una realización, ha de entenderse que pueden utilizarse otros mecanismos de movimiento para controlar el movimiento para la combinación de dos carros. Por ejemplo, puede utilizarse un transportador, una suspensión o un sistema de transmisión de tipo oruga para controlar el movimiento para el carro. Los conceptos que se describen en el presente documento anticipan cualquiera de esas realizaciones.

El controlador también puede configurarse para soportar múltiples partes estructurales de tal modo que el sistema de moldeo por extrusión puede formar de forma simultánea las diferentes partes estructurales a través de diferentes prensas. Debido a que el controlador es capaz de almacenar unos parámetros que pueden accionarse para formar múltiples partes estructurales, el controlador simplemente puede alterar el control de la unidad de inyección y de los carros mediante la utilización de los parámetros en un programa de soporte lógico general, previendo de ese modo la formación de dos partes estructurales diferentes usando una única unidad de inyección. Ha de entenderse que podrían utilizarse prensas y carros adicionales para producir de forma sustancialmente simultánea más partes estructurales a través de una única extrusora.

Mediante la provisión de un control del sistema de doble carro y la aplicación del material compuesto reforzado al molde inferior en unas "formas casi finales" precisas, puede formarse cualquier patrón sobre el molde inferior, desde una capa continua gruesa hasta un contorno delgado de un círculo o elipse, cualquier forma bidimensional que pueda describirse mediante matemáticas discretas puede trazarse con material. Adicionalmente, debido a que existe el control del volumen de material compuesto depositado sobre un área dada, pueden crearse patrones tridimensionales para prever la producción, por ejemplo, de unos componentes estructurales con gran profundidad y / o nervaduras ocultas. Una vez que la parte estructural se ha enfriado, pueden usarse eyectores para empujar el material consolidado fuera del molde. Los principios que se describen en el presente documento pueden diseñarse de tal modo que puedan producirse dos o más partes únicas de forma simultánea, maximizando de ese modo la eficiencia de producción mediante el uso de una corriente virtualmente continua de material compuesto.

Durante el uso, el procedimiento funciona tal como sigue. Un material polimérico se calienta para formar un material polimérico fundido y se mezcla con una fibra para formar un material compuesto. El material compuesto fundido se entrega entonces a través del cilindro de inyección 180 y se extruye a continuación a través de la herramienta de deposición 125 para 1 dirigirse por acción de la gravedad sobre el molde inferior 150. El molde inferior 150 puede moverse en el espacio y en el tiempo en las direcciones x-y a la vez que se recibe el material compuesto para ajustarse a la cantidad de material compuesto requerida en la cavidad definida por los moldes inferior y superior. El molde superior 175 se presiona entonces contra el molde inferior 150 para presionar el material compuesto contra los moldes inferior y superior y formar el articulo. Cuando se realiza esto, se hace que los brazos verticales 260, que están acoplados a la placa 245 y cada uno , con una guia 255, se extiendan hasta un punto por debajo del molde inferior 150 de tal modo que un brazo lateral 265 puede insertarse y conectarse a través de cada par alineado de guias sobre cada lado del molde. El miembro expansible 250, que se encuentra entre la placa 245 y la superficie exterior del molde superior, se expande entonces, dando como resultado que se haga que la placa 245 se aleje con respecto a la parte exterior de la superficie exterior de porción de molde superior y comprimiendo adicionalmente de este modo el material compuesto que se encuentra en el interior de la parte exterior del espacio de molde interno de prensa, formando de ese modo el articulo moldeado. En este procedimiento, las fibras pueden ser unas hebras largas de fibra formadas de vidrio u otro material de refuerzo utilizado para formar partes estructurales grandes. Por ejemplo, en la formación de las partes estructurales pueden utilizarse unas longitudes de fibra de 12 milímetros hasta 100 milímetros o más de longitud.

Técnica de inserción Las vigas en I de tirantes de refuerzo de celosía, las vigas en I, o las vigas tubulares que se han descrito con anterioridad pueden formarse usando un material compuesto que tiene fibras mezcladas para proporcionar la mayor parte de la resistencia. Pero puede añadirse una mejora significativa adicional en la resistencia, tal como se ha descrito en lo que antecede, mediante la inserción de elementos de refuerzo en la porción de ala de las vigas.

El procedimiento de producción para insertar los elementos de refuerzo que se han descrito previamente comienza mediante la configuración de la pieza insertada o bien en el molde inferior o bien en el superior. El material compuesto extruido fundido se deposita sobre el molde inferior 230. El material compuesto extruido se forma alrededor de la pieza insertada para afianzar la pieza insertada en la parte estructural que se está formando.

Si se usa cualquier soporte para configurar la pieza insertada en el molde inferior o el superior, a continuación se retiran los soportes. Los soportes, que pueden estar controlados por accionadores , pasadores mecánicos simples u otro mecanismo capaz de soportar la pieza insertada durante la deposición del material compuesto extruido sobre el molde inferior, se retiran antes de que la capa de material compuesto extruido se endurezca. La capa de material compuesto extruido puede endurecerse mediante un enfriamiento natural o forzado durante el prensado, la aplicación de vacio u otra operación para formar la parte estructural. Al retirar los soportes antes de que se endurezca la capa de material compuesto extruido, los huecos producidos por los soportes pueden rellenarse, no dejando de ese modo rastro de los soportes o punto débil alguno en la parte estructural. A continuación, la parte estructural con la pieza insertada que está incrustada en el interior de la misma se retira del molde .

En una realización alternativa, la pieza insertada de refuerzo se encapsula con múltiples capas de material de un espesor variable al ser depositadas una encima de la otra utilizando el sistema de moldeo por extrusión que se reivindica. En concreto, una primera capa de material polimérico se extruye en un molde inferior, a continuación de lo cual una segunda capa del mismo o de diferente material polimérico se dispone de forma estratificada encima de la primera capa. En determinadas realizaciones, una pieza insertada puede colocarse encima de la primera capa extruida antes de, o en lugar de, disponer de forma estratificada la primera capa con una segunda capa extruida. Esta forma de "disponer de forma estratificada" puede facilitar la formación de una estructura que tiene múltiples capas de material polimérico, de la misma o de diferente composición, y capas de diferentes materiales insertados.

Las estructuras de viga se fabrican de forma independiente a partir de un material compuesto de polímero. Los materiales compuestos de polímero pueden seleccionarse, en cada caso, de forma independiente de materiales de plástico termoendurecible , materiales termoplásticos y combinaciones de los mismos. Tal como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones, la expresión "material de plástico termoendurecible" y expresiones similares, tales como "materiales de plástico de termoendurecimiento o termoestables" quiere decir un material de plástico que tiene o que forma una red reticulada tridimensional que resulta de la formación de enlaces covalentes entre grupos químicamente reactivos, por ejemplo, grupos hidrógeno activo y grupos isocianato libres, o entre grupos insaturados.

Los materiales de plástico termoendurecible de los cuales puede seleccionarse de forma independiente el material de plástico, incluyen los conocidos por el experto, por ejemplo, poliuretanos reticulados, poliepóxidos reticulados, poliésteres reticulados y polímeros poliinsaturados reticulados. El uso de materiales de plástico de termoendurecimiento comporta, en general, el procedimiento reconocido en la técnica del moldeo por inyección - reacción. El moldeo por inyección - reacción comporta en general, tal como conoce el experto, inyectar por separado, y preferiblemente de forma simultánea, en un molde, por ejemplo: (i) un componente funcional hidrógeno activo (por ejemplo, un poliol y / o poliamina) ; y (ii) un componente funcional isocianato (por ejemplo, un diisocianato tal como diisocianato de tolueno, y / o dímeros y trímeros de un diisocianato tal como diisocianato de tolueno) . El molde lleno opcionalmente puede calentarse para asegurar y / o acelerar la reacción completa de los componentes inyectados.

Tal como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones, la expresión "material termoplástico" y expresiones similares, quiere decir un material de plástico que tiene un punto de reblandecimiento o de fusión, y se encuentra sustancialmente libre de una red reticulada tridimensional a partir de la formación de enlaces covalentes entre grupos químicamente reactivos, por ejemplo, grupos hidrógeno activo y grupos isocianato libres. Los ejemplos de materiales termoplásticos a partir de los cuales pueden seleccionarse de forma independiente el material de plástico de la porción inferior alargada, la porción superior alargada y cada ala alargada, incluyen, pero no se limitan a, poliuretano termoplástico, poliurea termoplástica , poliimida termoplástica, poliamida termoplástica, poliamidaimida termoplástica, poliéster termoplástico, policarbonato termoplástico, polisulfona termoplástica, policetona termoplástica, poliolefinas termoplásticas , (met ) acrilatos termoplásticos , acrilonitrilo-butadieno-estireno termoplástico, estireno-acrilonitrilo termoplástico, acrilonitrilo-estireno-acrilato termoplástico y combinaciones de los mismos (por ejemplo, mezclas y / o aleaciones de por lo menos dos de los mismos) .

En ciertas realizaciones, los materiales termoplásticos se seleccionan de forma independiente de poliolefinas termoplásticas . Tal como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones, la expresión "poliolefina" y expresiones similares, tales como "polialquileno" y "poliolefina termoplástica", quiere decir homopolímeros de poliolefina, copolímeros de poliolefina, poliolefinas homogéneas y / o poliolefinas heterogéneas. Con fines de ilustración, los ejemplos de los copolimeros de poliolefina incluyen los que se preparan a partir de etileno y una o más alfa-olefinas C3-C12, tal como 1-buteno, 1-hexeno y / o 1-octeno.

Las poliolefinas, de las cuales pueden seleccionarse el material termoplástico de la porción inferior alargada, la porción superior alargada y cada ala alargada, en cada caso, de forma independiente, incluyen poliolefinas heterogéneas, poliolefinas homogéneas o combinaciones de las mismas. La expresión "poliolefina heterogénea" y expresiones similares quiere decir poliolefinas que tienen una variación relativamente amplia en: (i) peso molecular entre cadenas de polímeros individuales (es decir, un índice de polidispersidad de más de, o igual a, 3); y (ii) distribución de residuos de monómeros (en el caso de los copolimeros) entre cadenas de polímeros individuales. La expresión "índice de polidispersidad" (PDI, polydispersity index) quiere decir la relación de Mw / Mn, en la que Mw quiere decir peso molecular promedio en peso y Mn quiere decir peso molecular promedio en número, determinándose cada uno por medio de cromatografía de permeacion en gel (CPG) usando unos patrones apropiados, tal como patrones de polietileno. Las poliolefinas heterogéneas se preparan, en general, por medio de catálisis de tipo Ziegler-Natta en fase heterogénea.

La expresión "poliolefina homogénea" y expresiones similares quiere decir poliolefinas que tienen una variación relativamente estrecha en: (i) peso molecular entre cadenas de polímeros individuales (es decir, un índice de polidispersidad de menos de 3); y (ii) distribución de residuos de monómeros (en el caso de los copolímeros) entre cadenas de polímeros individuales. En ese sentido, en contraste con las poliolefinas heterogéneas, las poliolefinas homogéneas tienen unas longitudes de cadena similares entre cadenas de polímeros individuales, una distribución relativamente uniforme de residuos de monómeros a lo largo de las estructuras principales de las cadenas de polímeros, y una distribución relativamente similar de residuos de monómeros entre las estructuras principales de las cadenas de polímeros individuales. Las poliolefinas homogéneas se preparan, en general, por medio de catálisis de único sitio, de metaloceno o de geometría limitada. La distribución de residuos de monómeros de los copolímeros de poliolefina homogénea puede caracterizarse mediante valores de índice de anchura de distribución de composición (CDBI, composition distribution breadth índex) , que se definen como el por ciento en peso de ' moléculas de polímero que tienen un contenido de residuos de comonómeros dentro de un 50 por ciento de la mediana del contenido en comonómeros molar total. En ese sentido, un homopolímero de poliolefina tiene un valor de CDBI de un 100 por ciento. Por ejemplo, los copolímeros de polietileno homogéneo / alfa-olefina tienen, en general, unos valores de CDBI de más de un 60 por ciento o más de un 70 por ciento. Los valores de índice de anchura de distribución de composición pueden determinarse mediante métodos reconocidos en la técnica, por ejemplo, el fraccionamiento por elución con aumento de la temperatura (TREF,. temperature rising elution fractionation) , tal como se describe por ild et al., Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Vol . 20, p. 441 (1982), o en la patente de los Estados Unidos con N° 4, 798, 081, o en la patente de los Estados Unidos con N° 5,089,321.

El material de plástico de la porción inferior alargada, la porción superior alargada y cada ala alargada pueden incluir, en cada caso, de forma independiente y opcional, un material de refuerzo que se selecciona, por ejemplo, de fibras de vidrio, perlas de vidrio, fibras de carbono, escamas de metal, fibras de metal, fibras de poliamida (por ejemplo, fibras de poliamida KEVLAR) , fibras celulósicas, arcillas nanoparticuladas , talco y mezclas de los mismos. De encontrarse presente, el material de refuerzo se encuentra presente, en general, en una cantidad de refuerzo, por ejemplo, en una cantidad de un 5 por ciento en peso a un 60 o 70 por ciento en peso, basándose en el peso total del material de plástico. Las fibras de refuerzo, y las fibras de vidrio en particular, pueden tener encolados sobre sus superficies para mejorar la miscibilidad y / o la adhesión a los materiales de plástico en los cuales se incorporan estas, tal como conoce el experto.

En una realización, el material de refuerzo se encuentra en forma de fibras (por ejemplo, fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de metal, fibras de poliamida, fibras celulósicas y combinaciones de dos o más de las mismas) . Las fibras tienen, en general, unas longitudes (por ejemplo, longitudes promedio) de 0.5 pulgadas a 4 pulgadas (1.27 cm a 10.16 cm) . Los elementos de las vigas que se describen en el presente documento pueden incluir de forma independiente unas fibras que tienen unas longitudes que son por lo menos un 50 o un 85 por ciento de las longitudes de las fibras que se encuentran presentes en los materiales de alimentación a partir de los cuales se prepara la viga de soporte moldeada (o porciones de la misma), tal como de 0.25 pulgadas a 2 o 4 pulgadas (0.64 cm a 5.08 o 10.16 cm) . La longitud promedio de las fibras que se encuentran presentes en la viga de soporte moldeada (o porciones de la misma) .puede determinarse de acuerdo con métodos reconocidos en la técnica.

Las fibras se encuentran presentes, en general, en los materiales de plástico en unas cantidades de forma independiente de un 5 a un 70 por ciento en peso, un 10 a un 60 por ciento en peso, o un 30 a un 50 por ciento en peso (por ejemplo, un 40 por ciento en peso) , basándose en el peso total del material de plástico (es decir, el peso del material de plástico, la fibra y cualquier aditivo) . Por consiguiente, cada una de las vigas moldeadas de esta forma puede incluir de forma independiente fibras en unas cantidades de un 5 a un 70 por ciento en peso, un 10 a un 60 por ciento en peso, o un 30 a un 50 por ciento en peso (por ejemplo, un 40 por ciento en peso), basándose en el peso total de la porción particular (o combinaciones de porciones de la misma que incluyen fibras de refuerzo) . Las fibras pueden tener un amplio intervalo de diámetros. En general, las fibras tienen unos diámetros de 1 a 20 micrómetros, o más, en general, de 1 a 9 micrómetros. En general, cada fibra comprende un haz de filamentos individuales (o monofilamentos ) . En general, cada fibra está compuesta por un haz de 10,000 a 20,000 filamentos individuales.

En general, las fibras están distribuidas de manera uniforme a través de la totalidad del material de plástico. Durante el mezclado de las fibras y el material de plástico, las fibras forman, en general, unos haces de fibras que comprenden, en general, por lo menos 5 fibras por haz de fibras, y preferiblemente menos de 10 fibras por haz de fibras. A pesar de que no se pretende quedar limitado por la teoría, se cree, basándose en la evidencia disponible, que los haces de fibras que contienen 10 o más fibras pueden dar como resultado una viga de soporte moldeada que tiene una integridad estructural reducida de forma no deseable. El nivel de los haces de fibras que contienen 10 o más fibras por haz puede cuantificarse mediante la determinación del Grado de Peinado presente dentro de un articulo moldeado. El número de haces de fibras que contienen 10 o más fibras por haz se determina, en general, por evaluación microscópica de una sección transversal del articulo moldeado, en relación con el número total de fibras microscópicamente observables (que es, en general, por lo menos 1000) . El Grado de Peinado se calcula usando la siguiente ecuación: 100 x ((número de haces que contienen 10 o más fibras) / (número total de fibras observadas)). En general, la viga de soporte moldeada (o porciones de la misma) tiene / tienen un Grado de Peinado de menos de, o igual a, un 60 por ciento y, en general, de menos de, o igual a, un 35 por ciento.

Además de, o como alternativa al material o materiales de · refuerzo, los materiales de plástico de la porción ' inferior alargada, la porción superior alargada y cada ala alargada pueden incluir, en cada caso, de forma independiente y opcional, uno o más aditivos. Los aditivos que pueden encontrarse presentes en los materiales de plástico de las diversas porciones de la viga de soporte moldeada incluyen, pero no se limitan a, antioxidantes, colorantes, por ejemplo, pigmentos y / o tintes, agentes de desmoldeo, cargas, por ejemplo, carbonato de calcio, agentes de absorción de la luz ultravioleta, retardadores de la llama y mezclas de los mismos. Los aditivos pueden encontrarse presentes en el material de plástico de cada porción de la viga de soporte moldeada en unas cantidades funcionalmente suficientes, por ejemplo, en unas cantidades de forma independiente de un 0.1 por ciento en peso a un 10 por ciento en peso, basándose en el peso total del material de plástico particular.

La estructura de vigas de material compuesto de polímero puede prepararse mediante métodos reconocidos en la técnica, incluyendo, pero sin limitarse a, el moldeo por inyección, el moldeo por inyección - reacción, el moldeo por compresión y combinaciones de los mismos. La viga de soporte moldeada puede fabricarse mediante un procedimiento de moldeo por compresión que incluye: proporcionar un molde de compresión que comprende una porción de molde inferior y una porción de molde superior; formar (por ejemplo, en una extrusora) una composición fundida que comprende material de plástico y, opcionalmente, material de refuerzo, tal como fibras; introducir, mediante la acción de la gravedad, la composición fundida en la porción de molde inferior; poner en contacto, de forma compresiva, la composición fundida introducida en la porción de molde inferior con la superficie interior de la porción de molde superior; y retirar la viga de soporte moldeada del molde. La porción de molde inferior puede soportarse sobre- un carro que puede moverse de forma reversible entre: (i) una primera estación en la que la composición fundida se introduce en la misma; y (ii) una segunda estación en la que la porción de molde superior se pone en contacto, de forma compresiva, con la composición fundida introducida en la porción de molde inferior.

La porción de molde inferior puede moverse de manera concurrente en el tiempo y en el espacio (por ejemplo, en las direcciones x, y y / o z, en relación con un plano en el que se encuentra el molde inferior) a medida que la composición fundida se introduce por acción de la gravedad en la misma. Tal movimiento dinámico de la porción de molde inferior proporciona unos medios de control de, por ejemplo, la distribución, el patrón y / o el espesor de la composición fundida que se introduce por acción de la gravedad en la porción de molde inferior. Como alternativa, o además del movimiento de la porción de molde inferior en el tiempo y el espacio, también puede controlarse la velocidad a la que la composición fundida se introduce en la porción de molde inferior. Cuando la composición fundida se forma en una extrusora, la extrusora puede estar equipada con una matriz dinámica terminal que tiene una o más puertas que pueden ubicarse de forma reversible, a través las cuales fluye la composición fundida antes de caer en el interior de la porción de molde inferior. La velocidad a la que la composición fundida se deposita por acción de la gravedad en el interior de la porción de molde inferior puede controlarse mediante el ajuste de las puertas de la matriz dinámica.

La fuerza de compresión que se aplica a la composición de plástico fundida introducida en la porción de molde inferior es, en general, de 25 psi a 550 psi (1.8 a 38.7 Kg/cm2) , más en general de 50 psi a 400 psi (3.5 a 28.1 Kg/cm2) , y aún más en general de 100 psi a 300 psi (7.0 a 21.1 Kg/cm2). La fuerza de compresión que se aplica al material de plástico fundido puede ser constante o no constante. Por ejemplo, la fuerza de compresión que se aplica al material de plástico fundido puede inicialmente aumentarse de forma gradual a una tasa controlada hasta un nivel previamente determinado, seguido por una retención durante una cantidad dada de tiempo, seguida a continuación por un descenso gradual hasta la presión ambiente a una tasa controlada. Además, una o más mesetas o retenciones pueden incorporarse al aumento gradual y / o el descenso gradual durante la compresión del material de plástico fundido. Las vigas moldeadas pueden, por ejemplo, prepararse de acuerdo con los métodos y aparatos que se han descrito en las patentes de los Estados Unidos con N°: 6,719,551; 6,869,558; y 6, 900, 547.

En una realización, el tubo de soporte alargado se fabrica a partir de un material que se selecciona de materiales termoendurecibles , materiales termoplásticos , metales y combinaciones de los mismos. En una realización particular, el tubo de soporte alargado se fabrica a partir de por lo menos un metal. Los metales a partir de los cuales puede fabricarse el tubo de soporte alargado incluyen, pero no se limitan a, hierro, acero, níquel, aluminio, cobre, titanio y combinaciones de los mismos.

El desarrollo se ha descrito con referencia a detalles específicos de realizaciones particulares del mismo. No se pretende que tales detalles se consideren como limitaciones sobre el alcance de la invención, salvo en tanto que, y en la medida en la que, estos estén incluidos en las reivindicaciones adjuntas.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Una viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido que comprende: a. una primera ala; b. una segunda ala; c. por lo menos un alma que se extiende entre las dos alas d. en la que las alas primera y segunda están configuradas en perpendicular a la por lo menos un alma; e. cada una de la primera ala y la segunda ala contiene una pieza insertada rígida incorporada durante el moldeo en el plano de las alas en perpendicular a la por lo menos un alma.

2. La viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido de la reivindicación 1, en la que la pieza insertada rígida incorporada durante el moldeo en las alas comprende una estructura compuesta de dos piezas insertadas rígidas delgadas en el plano del ala, separadas una con respecto a otra por un material de relleno.

3. La viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido de la reivindicación 1, en la que solo un alma se extiende entre las dos alas.

4. La viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido de la reivindicación 2, en la que solo un alma se extiende entre las dos alas.

5. La viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido de la reivindicación 4, en la que la solo un alma es una estructura de tirantes de refuerzo de celosía.

6. Un método de formación de una viga de material compuesto de polímero moldeado en sólido con piezas insertadas que comprende : a. proporcionar un aparato de moldeo que comprende; i. una porción de molde superior que tiene una superficie prensable exterior y una superficie interior; ii. una porción de molde inferior que tiene una superficie prensable exterior y una superficie interior; iii. una prensa que tiene una superficie de prensa, extendiéndose una porción de dicha porción de molde superior más allá de dicha superficie de prensa y teniendo una superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa y una superficie interior de porción de molde superior fuera de la prensa, extendiéndose una porción de dicha porción de molde inferior más allá de dicha superficie de prensa y teniendo una superficie exterior de porción de molde inferior fuera de la prensa y una superficie interior de porción de molde inferior fuera de la prensa; iv. estando ubicada dicha prensa para ubicar de forma reversible dicha superficie interior de dicha porción de molde superior y dicha superficie interior de dicha porción de molde inferior una hacia otra; v. definiendo dicha superficie interior de porción de molde superior fuera de la prensa y dicha superficie interior de porción de molde inferior fuera de la prensa, de forma conjunta, un espacio de molde interno fuera de la prensa, cuando dicha porción de molde superior y dicha porción de molde inferior se presionan de forma conjunta; vi. una placa que tiene una primera superficie y una segunda superficie, estando situada dicha segunda superficie de dicha placa opuesta a dicha superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa, estando dicha placa separada de dicha prensa; vii. por lo menos un miembro expansible que está interpuesto entre dicha segunda superficie de dicha placa y dicha superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa; viii. una pluralidad de brazos verticales que están acoplados a lados opuestos de dicha placa y que forma una pluralidad de brazos verticales emparejados de manera opuesta, extendiéndose cada brazo vertical hacia dicha porción de molde inferior, teniendo cada brazo vertical una porción terminal que tiene una guia, formando cada par de brazos verticales emparejados de manera opuesta, de forma conjunta, un par alineado de guias, estando dimensionado cada par alineado de guías para recibir de forma reversible un brazo lateral a través de las mismas; b. acoplar unas piezas insertadas configuradas previamente en dicha porción de molde inferior en las porciones de ala de dicha porción de molde inferior; c. introducir un material polimérico compuesto fundido sobre dicha superficie interior de dicha porción de molde inferior; d. presionar dicha porción de molde superior y dicha porción de molde inferior, de forma conjunta, por medio de dicha prensa, y comprimir dicho material polimérico compuesto fundido entre dicha superficie interior de ^ - 49 - dicha porción de molde superior y dicha superficie interior de dicha porción de molde inferior, estando ubicada dicha guia de cada brazo vertical de manera concurrente más allá de dicha superficie exterior de porción de molde inferior fuera de la prensa; e. insertar dicho brazo lateral a través de cada par alineado de guias; f. expandir cada miembro expansible, dando como resultado que dicha placa se aleje con respecto a dicha superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa y que cada brazo lateral se ponga en contacto de compresión con dicha superficie exterior de porción de molde inferior fuera de la prensa, y que se comprima adicionalmente de forma correspondiente dicho material polimérico compuesto fundido que se encuentra en el interior de dicho espacio de molde interno fuera de la prensa, formando de ese modo dicho articulo moldeado .

7. El método de la reivindicación 6, en el que cada miembro expansible es un cojinete de apoyo expansible que está interpuesto entre dicha segunda superficie de dicha placa y dicha superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa. 25

8. El método de la reivindicación 7, en el que cada miembro expansible es un tubo expansible que está interpuesto entre dicha segunda superficie de dicha placa y dicha superficie exterior de porción de molde superior fuera de la prensa.