MXPA06010721A

MXPA06010721A - Proceso y aparato de moldeo termoplastico.

Info

Publication number: MXPA06010721A
Application number: MXPA06010721A
Authority: MX
Inventors: Dale E Polk Jr; Dale E Polk Sr
Original assignee: Lrm Ind Llc
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2007-03-08
Also published as: JP2007530326A; US7208219B2; AU2005235546A1; CN1938142B; KR20070004003A; KR100779209B1; HK1101371A1; BRPI0509511A; CN1938142A; CA2562110A1; US20040253429A1; EP1729947A1; CA2562110C; AU2005235546B2; WO2005102663A1

Abstract

Se describen un sistema y metodo para formar un articulo a partir de material termoplastico y fibra. El metodo incluye calentar material termoplastico para formar un material termoplastico fundido para mezclarlo con la fibra. El material termoplastico fundido se mezcla con las fibras para formar un material compuesto fundido que tiene una concentracion de fibra en peso. El material compuesto fundido puede ser despues extruido a traves de dados dinamicos para suministrar material controlado discreto que sea gravitado sobre una porcion inferior de un molde. La porcion inferior del molde puede ser movida en espacio y tiempo mientras recibe el flujo de material compuesto para depositar una cantidad predeterminada de material compuesto fundido sobre la misma conformandose a cavidades de molde de la porcion inferior y una porcion superior del molde. La porcion superior del molde puede ser presionada contra la cantidad predeterminada de material compuesto fundido y se puede cerrar sobre la porcion inferior del molde para formar el articulo.

Description

PROCESO Y APARATO DE MOLDEO TERMOPLASTICO Campo de la Invención La presente invención se refiere a un proceso y aparato de moldeo termoplástico y especialmente a un proceso y aparato termoplástico que usa un dado de compuertas dinámico privado que tiene compuertas ajustables para variar el grosor del material extruido, material que es moldeado mientras es pasado desde el dado de extrusión.

Antecedentes de la Invención En el pasado ha sido común proporcionar una amplia variedad de sistemas de moldeo incluyendo el moldeo de una resina termoplástica o de una parte compuesta termoplástica. En el moldeo al vacío, una placa (hoja de grosor constante) de material termoplástico calentada se coloca sobre el molde de vacío y se crea un vacío entre el molde y el material plástico calentado para extraer el material de plástico sobre el molde. En forma similar, en el moldeo por compresión, una pieza o placa de material precalentado es prensada entre dos formas de moldeo que comprime el material para crear una parte o forma deseada.

Patentes relacionadas Las patentes de E.U.A. anteriores que usan la REF.: 175237 termoformación de material pueden observarse en las cuatro patentes de Winstead, patentes de E.U.A. Nos. 4,420,300; 4,421,712; 4,413,964 y 3,789,095. Las patentes de Winstead 712 y '300 se refieren a un aparato para la termoformación continua de material laminado incluyendo un extrusor a lo largo del cual medios de estiramiento y una rueda que tiene un molde hembra sobre la misma y una pluralidad de medios de ayuda obturadores interconectados para formar así un dispositivo orbitante que tiene un elemento de ayuda obturador que acopla el material de hoja alrededor de un arco sustancial de la superficie de la rueda. La patente '964 de Winstead enseña un aparato para extruir y formar continuamente productos moldeados a partir de una cinta continua de material termoplástico mientras se separa continuamente el producto de la cinta, apilando y manejando los productos, y reciclando la cinta continua para su extrusión adicional . El aparato usa varias cavidades de modo en una configuración de polígono giratorio sobre una superficie periférica de la cual la cinta continua orientada biaxialmente es posicionada continuamente por un rodillo seguidor que se interconecta al polígono con un dispositivo de orientación biaxial. La patente de E.U.A. No. 3,789,095 a Winstead es un método integrado para extruir continuamente un material termoplástico en forma de baja densidad y fabricar artículos formados tridimensionales a partir del mismo.

La patente de E.U.A. No. 3,868,209, a Ho ell, es un termoformador de hojas gemelas para fabricar un objeto plástico hueco a partir de un par de hojas termoplásticas fundibles por calor las cuales se mueven en serie en un plano horizontal común desde una estación de calentamiento hasta un mecanismo de molde en una estación formadora. La patente de E.U.A. No. 3,695,799, a Held, Jr . , es un aparato para formar al vacío artículos huecos a partir de dos hojas de material termoplástico al pasar las hojas de material a través de una zona de calentamiento mientras están en una relación separada y entre dos mitades de molde. Las mitades de molde se ponen juntas creando un vacío sobre cada hoja para causar que se conforme a la forma de su molde respectivo y de esta manera moldear un artículo hueco. La patente de E.U.A. No. 5,551,860 a Budzynski et al., es un aparato de moldeo por soplado para hacer botellas que tiene moldes giratorios que giran continuamente mientras alinean un molde a la vez con un dado de extrusión para cargar el molde. La patente de E.U.A. No. 3,915,608 a Huji , es una máquina de moldeo por inyección para suelas de zapato de capas múltiples que incluye una mesa giratoria para hacer girar una pluralidad de moldes a través de una pluralidad de estaciones de trabajo para moldear continuamente suelas de zapato. La patente de E.U.A. No. 3,302,243 a Ludwig, es otro aparato para el moldeo por inyección de suelas de plástico. La patente de E.U.A. No. 3,224,043 a Lameris et al., enseña una máquina de moldeo por inyección que tiene al menos dos moldes que pueden ser girados para su alineación con boquillas de inyección de plástico. La patente de E.U.A. No. 4,698,001 a Vismara, es una máquina para fabricar cascos para motocicleta de plástico moldeado y la cual usa un molde tipo compresión en el cual un par de mitades de molde es desplazado entre posiciones . La patente de E.U.A. No. 4,304,622 a Krumm es un aparato para producir placas gruesas de resina sintética termoplásticas que incluye un par de extrusores, cada uno extruye una hebra de placa media a un ensamble de rodillo respectivo. Los ensambles de rodillo tienen rodillos finales que forman un espacio de consolidación entre ellos en el cual las dos mitades de placa son unidas entre sí.

Compuestos y otros procesos Los compuestos son materiales formados a partir de una mezcla de dos o más componentes que producen un material con propiedades o características que son superiores a aquellas de los materiales individuales . La mayoría de los compuestos comprende dos partes, en particular un componente de matriz y componentes de refuerzo. Los componentes de matriz son los materiales que aglutinan al compuesto y normalmente son menos rígidos que los componentes de refuerzo. Estos materiales son configurados bajo presión a temperaturas elevadas. La matriz encapsula los refuerzos en su lugar y distribuye la carga entre los refuerzos. Ya que los refuerzos normalmente son más rígidos que el material de matriz, son el principal componente portador de carga dentro del compuesto. Los refuerzos pueden tener varias formas diferentes variando de fibras, a telas, a partículas o cilindros incrustados en la matriz que forma el compuesto. Las estructuras compuestas han existido durante millones de años en la naturaleza. El examen de la microestructura de la madera o de la biocerámica de una concha marina revela la ocurrencia de compuestos encontrados en la naturaleza e indica que los materiales compuestos modernos han evolucionado esencialmente para imitar estructuras encontradas en la naturaleza. Un ejemplo perfecto de un material compuesto es el concreto. Diferentes formas de concreto ofrecen una retrospectiva en cuanto a cómo funcionan los refuerzos. El cemento actúa como la matriz, la cual mantiene a los elementos juntos, mientras que la arena, grava y acero, actúan como refuerzos. El concreto hecho sólo con arena y cemento no es tan fuerte como el concreto hecho a partir de cemento, arena y grava, el cual, a su vez, no es tan fuerte como el concreto reforzado con acero, arena y grava. La matriz y materiales de refuerzo del concreto son mezclados, vertidos y moldeados, típicamente en una estructura de forma. La generación de partes hechas con otros materiales compuestos, la forma de una estructura compuesta o parte se determina por la forma o geometría del molde, dado u otra herramienta usada para formar las estructuras compuestas . Existen muchos tipos diferentes de compuestos, incluyendo compuestos de plástico. Cada resina de plástico tiene sus propias propiedades únicas, las cuales cuando se combinan con diferentes refuerzos crean compuestos con diferentes propiedades mecánicas y físicas . Si alguien considerara el número de polímeros de plástico actualmente en existencia y multiplicara esta cifra por el número de refuerzos disponibles, el número de materiales compuestos potenciales es escalonado. Los compuestos de plástico se clasifican dentro de dos categorías principales : compuestos termoendurecibles y termoplásticos. En el caso de los compuestos termoendurecibles, después de la aplicación de calor y presión, las resinas de termoendurecimiento sufren un cambio químico, lo cual entrelaza la estructura molecular del material . Una vez curada, una parte termoendurecida no puede ser remoldeada. Los plásticos termoendurecidos resisten temperaturas más altas y proporcionan una mayor estabilidad dimensional que la mayoría de los termoplásticos debido a la estructura estrechamente entrelazada que se encuentra en el plástico termoendurecído . Los componentes de matriz termoplásticos no están tan restringidos como los materiales termoendurecidos y pueden ser reciclados y reconfigurados para crear una parte nueva . Los componentes de matriz comunes para compuestos termoplásticos incluyen polipropileno (PP) , polietileno (PE) , poliéter étercetona (PEEK) y nylon. Los termoplásticos que son reforzados con fibras de alta resistencia y alto módulo para formar compuestos termoplásticos proporcionan incrementos dramáticos en resistencia y rigidez, así como dureza y estabilidad dimensional. Los materiales compuestos se usan en numerosas aplicaciones a través de una amplia gama de industrias . Típicamente, los compuestos se usan para reemplazar productos hechos de aleaciones de metal o estructuras metálicas de varios componentes ensambladas con sujetadores u otros conectores. Los compuestos ofrecen resistencia suficiente, proporcionando al mismo tiempo una reducción en peso. Esto es particularmente importante en industrias tales como la automotriz y aeroespacial, en donde el uso de materiales compuestos da como resultado aviones y automóviles más livianos, rápidos, más eficientes en el consumo de combustible y ambientalmente resistentes . Los compuestos también pueden diseñarse para reemplazar madera, fibra de vidrio y otros materiales más tradicionales . A continuación se da una lista parcial de industrias que pueden tener aplicación para el uso de grandes partes hechas a partir de materiales compuestos termoplásticos: aeroespacial, automotriz, construcción, aparatos electrodomésticos, marina, manejo de materiales, médica, militar, telecomunicaciones, transportación y manejo de residuos. En general, entre otros atributos, los materiales compuestos termoplásticos son resistentes a la corrosión y ofrecen largas vidas de fatiga haciéndolos particularmente atractivos para muchos fabricantes. La vida de fatiga se refiere al periodo de tiempo que dura una parte antes de exhibir desgaste del material o tensión significativa, hasta el punto de deteriorar la capacidad de la parte para llevar a cabo las especificaciones adecuadas. Típicamente, los compuestos se utilizan en aplicaciones en las que existe el deseo de reducir el peso de una parte particular proporcionando al mismo tiempo resistencia y otras propiedades deseables a la parte existente. Existe un número de partes hechas a partir de los materiales compuestos termoendurecidos que son bastante costosas. Estos tipos de partes son referidos típicamente como materiales compuestos avanzados y se utilizan muy comúnmente en las industrias militar y aeroespacial . Los ingenieros de desarrollo de productos y los ingenieros de producción creen que los materiales compuestos termoplásticos jugarán un papel cada vez más importante en el desarrollo tecnológico moderno . Nuevas resinas termoplásticas se están desarrollando regularmente y métodos de fabricación más innovadores se están introduciendo para reducir los costos asociados con las partes de fabricación hechas a partir de materiales compuestos . Ya que el costo para fabricar partes hechas con materiales compuestos termoplásticos se reduce, el uso de compuestos termoplásticos se hace una solución más viable para muchas aplicaciones comerciales e industriales .

Métodos de moldeo actualmente disponibles para compuestos termoplásticos La mayoría de la tecnología de fabricación disponible comercialmente para compuestos termoplásticos está adaptada a métodos para procesar compuestos termoendurecidos.

Ya que estos métodos están diseñados para sistemas de resina con viscosidades mucho más bajas y tiempos de curado más largos, ciertas ineficiencias y dificultades han plagado los procesos de fabricación termoplásticos . Existen varios métodos de fabricación con los compuestos termoplásticos actualmente en uso. Algunos de los procesos más comunes incluyen moldeo por compresión, moldeo por inyección y procesamiento en autoclave, todos los cuales pueden usarse para la producción de partes "casi de forma neta", es decir, partes que se conforman sustancialmente a la forma deseada o diseñada después del moldeo. Los métodos menos comunes para procesar compuestos termoplásticos incluyen extrusión inversa, formación al vacío, formación con diafragma y técnicas de prensado en caliente.

Moldeo por compresión El moldeo por compresión es por mucho el método más ampliamente difundido usado actualmente para fabricar comercialmente compuestos mixtos termoplásticos estructurales. Típicamente, el moldeo por compresión utiliza un compuesto termoplástico de estera de vidrio (GMT) que comprende polipropileno o una matriz similar que es mezclada con fibras de vidrio continuas o picadas, y orientadas aleatoriamente. El GMT se produce por mezcladores de materiales de terceras partes, y se vende como piezas planas de tamaño estándar o a la medida que serán moldeadas. Usando este compuesto preimpregnado (o pre-preg como se le llama más comúnmente cuando se usa su equivalente termoendurecido) , piezas de GMT son calentadas en un horno, y después tendidas sobre una herramienta de moldeo. Las dos mitades coincididas de la herramienta de moldeo se cierran bajo gran presión, forzando la resina y fibras a rellenar la cavidad de molde completa. Una vez que la parte se enfría, es retirada del molde con la ayuda de un mecanismo de expulsión. Generalmente, las herramientas de moldeo acopladas usadas para la formación de GMT son maquinadas a partir de acero de alta resistencia para soportar la aplicación continua de la alta presión de moldeo sin degradación. Estos moldes se calientan comúnmente de manera activa y se enfrían para acelerar los tiempos de ciclo y mejorar la calidad del acabado de superficie. El moldeo GMT se considera uno de los procesos de fabricación de compuestos más productivos con tiempos de ciclo que varían entre 30 y 90 segundos. Sin embargo, el moldeo por compresión requiere de una alta inversión de capital para comprar prensas de alta capacidad (2000-3000 toneladas de presión) y moldes de alta presión, por lo tanto sólo es eficiente para volúmenes de producción grandes . Los volúmenes más pequeños de partes más pequeñas pueden fabricarse usando moldes de aluminio en prensas existentes para ahorrar costos. Otras desventajas del proceso son las bajas fracciones de fibra (20% a 30%) debido a problemas de viscosidad, y la capacidad de obtener sólo acabados de superficie con calidad intermedia.

Moldeo por inyección El moldeo por inyección es el método de fabricación más frecuente para partes termoplásticas no reforzadas, y está siendo usado cada vez más comúnmente para compuestos termoplásticos reforzados con fibras cortas . Usando este método, granulos termoplásticos son impregnados con fibras cortas y extruidos en una herramienta de acero endurecida de dos partes cerrada a presiones de inyección que varían normalmente de 1,054 a 2,109 kg/cm2 (15,000 a 30,000 psi).

Los moldes se calientan para lograr alto flujo y luego se enfrían instantáneamente para reducir al mínimo la distorsión. Usando análisis dinámico de fluidos, pueden diseñarse moldes que tengan produzcan fibras con orientaciones específicas en varias ubicaciones, pero generalmente partes de inyección son isotrópicas. Las fibras en las partes finales típicamente no miden más de 0.31 centímetro (1/8 de pulgada) , y el contenido de volumen de fibra máximo es de aproximadamente 40%. Una ligera variación de este método se conoce como moldeo por transferencia de resina (RTM) . La fabricación de RTM utiliza fibras planas que se colocan en un molde que después es cargado con resina bajo alta presión. Este método tiene las ventajas de ser capaz de orientar manualmente las fibras y de usar longitudes de fibra más largas . El moldeo por inyección es el más rápido de los4 procesos termoplásticos, y de esta manera se usa generalmente para aplicaciones de gran volumen tales como bienes automotrices y de consumo. Los tiempos de ciclo varían entre 20 y 60 segundos. El moldeo por inyección produce también partes configuradas casi netas altamente repetibles . La capacidad de moldear alrededor de insertos, orificios y material central es otra ventaja. Finalmente, el moldeo por inyección y RTM generalmente ofrecen el mejor acabado de superficie de cualquier proceso. El proceso descrito arriba sufre de limitaciones reales con respecto al tamaño y peso de las partes que pueden producirse mediante moldeo por inyección, debido al tamaño de los moldes requeridos y a la capacidad de las máquinas de moldeo por inyección. Por lo tanto, este método ha sido reservado para partes de producción de tamaño pequeño a medio. Lo que es más problemático a partir de un punto de vista de refuerzo estructural es la limitación que se refiere a la longitud de las fibras de refuerzo que se pueden usar en el proceso de moldeo por inyección.

Procesamiento en autoclave El procesamiento en autoclave es otro proceso de fabricación de procesos termoplásticos usado por la industria. Los pre-pregs termoplásticos con fibras unidireccionales o fibras tejidas se tienden sobre una herramienta de un solo lado . Varias capas de material de formación de bolsas se colocan sobre el ensamble de pre-pregs para el acabado de superficie, para evitar la adherencia y para hacer posible que se cree un vacío una vez que sea colocado en un autoclave. Dentro del autoclave, el material compuesto es calentado y puesto bajo presión para consolidar y entrelazar las capas de material . A diferencia del moldeo por compresión e inyección, la herramienta es un molde abierto y puede hacerse ya sea de aluminio o acero toda vez que las presiones implicadas son mucho más bajas. Debido a que el proceso de autoclave es mucho más lento y más laborioso, se utiliza principalmente para partes muy grandes y de volumen bajo que requieren un alto grado de precisión; no es adecuado para líneas de producción. Las ventajas significativas de este método incluyen fracciones de volumen de fibra altas y el control de la orientación de la fibra para hacer posible propiedades de material específicas. Este proceso es particularmente útil para la formación de prototipos debido a que las herramientas son relativamente económicas .

Métodos de moldeo para compuestos termoplásticos que requieren fibras "largas" Ninguno de los procesos descritos arriba son capaces de producir un compuesto termoplástico reforzado con fibras largas (es decir, de más de aproximadamente 12.7 milímetros) que permanecen ampliamente sin romper durante el propio proceso de moldeo; esto es especialmente cierto para la producción de partes grandes y complejas. Históricamente, se utilizó un proceso de tres etapas para moldear esta parte: (1) El mezclado por terceras partes de la formulación del compuesto pre-impregnado; (2) precalentado del material preimpregnado en horno y (3) inserción de material fundido en un molde para formar una parte deseada. Este proceso tiene varias desventajas que limitan la versatilidad de la industria para producir partes más complejas y grandes con un refuerzo estructural suficiente. Una desventaja es que el proceso de moldeo del laminado no puede producir una parte de grosor variable, o partes que requieran de la "extracción profunda" del material compuesto termoplástico. Entre más gruesa la hoja extruida, más difícil es volver a fundir la hoja uniformemente a través de su grosor para evitar problemas asociados con la formación estructural de la parte final. Por ejemplo, un granulo que tenga extrusión perpendicularmente desde la superficie superior es una porción de extracción profunda del granulo que no puede ser moldeada usando un extrusor más grueso toda vez que la formación del granulo requiere de una extracción profunda de material en el "plano vertical" y, de esta manera, no será uniforme sobre el plano horizontal de la hoja extruida. Otras desventajas asociadas con las restricciones geométricas de una hoja extruida que tiene un grosor uniforme son aparentes y se describirán en más detalle abajo en conjunto con la descripción de la presente invención. La presente invención se dirige a un sistema de moldeo para la producción de una resina termoplástica de partes de compuestos termoplásticos mediante el uso de moldeo por compresión o vacío con partes que se alimenta directamente a los moldes a partir de un dado de extrusión mientras que la placa termoplástica retiene el calor usado en el cal entamietno de las resinas a un estado fluido para la formación de las hojas del material a través del dado de extrusión. La presente invención se relaciona con un proceso de moldeo termoplástico y a un aparato y especialmente a un proceso termoplástico y a un aparato que utiliza un dado de extrusión termoplástico con puertas ajustables para variar el espesor del material extraído cuyo material se moldea a medida que pasa por el dado de extrusión. La presente invención está dirigida además a un sistema de termoformación continua que se alimenta con láminas de material termoplástico directamente desde un extrusor y que forma las láminas de material en un molde que puede ser girado entre estaciones . El material termoplástico es extruido a través de un dado de extrusión que es ajustable para proporcionar desviaciones a partir de una placa de plástico de grosor constante hasta un grosor variable a través de la superficie de la hoja de plástico. El grosor variable puede ajustarse para cualquier corrida de moldeo particular o puede variarse continuamente según se desee.

Esto permite un moldeo continuo o material termoplástico que tenga diferente grosor a través de la lámina extruida y a través de la parte moldeada para controlar el grosor de la parte interior de la parte moldeada de tal manera que la parte moldeada pueda tener puntos gruesos o delgados según se desee a lo largo de la parte moldeada. La presente invención no está limitada en cuanto a tamaño, forma, composición, peso o resistencia de una parte deseada fabricada por el proceso de moldeo por extrusión.

Breve descripción de la Invención Un sistema de moldeo termoplástico incluye un dado de extrusión termoplástico para la extrusión de una placa termoplástica perfilada por elementos de compuerta de dado ajustables, es decir, ajustes de dado dinámicos, para variar el grosor del material extruido en diferentes partes de la hoja extruida. El dado de extrusión termoplástico tiene un cortador para cortar la placa termoplástica extruida del dado de extrusión termoplástico. Una pluralidad de moldes termoplásticos, los cuales pueden tener ya sea moldes de vacío o compresión, son moldeados cada uno sobre una plataforma movible, tal como una plataforma giratoria, para mover un molde a la vez a una posición para recibir una placa termoplástica que sea cortada del dado de extrusión termoplástico. Se forma una parte moldeada con un grosor variable a partir de una placa calentada de material termoplástico que es alimentada aún caliente desde el dado de extrusión. Una pluralidad de moldes se montan a una .plataforma para alimentar un molde dentro de una posición de carga para recibir una placa termoplástica del dado de extrusión y un segundo molde en una posición de liberación para retirar la parte formada del molde. La plataforma puede ser un obturador o una plataforma giratoria y permite que cada parte moldeada sea enfriada mientras que otra parte moldeada esté recibiendo una placa termoplástica. Se proporciona un proceso de moldeo termoplástico que tiene las etapas de seleccionar un dado de extrusión termoplástico y programación de acuerdo con el aparato que ajusta el dado de extrusión termoplástico para variar el grosor del material extruido que pasa a través del mismo en diferentes partes de la placa extruida. El material termoplástico es calentado hasta un estado fluido y extruido a través del dado termoplástico seleccionado el cual ha sido ajustado para variar el grosor del material extruido en diferentes partes de la placa extruida, cortando la hoja termoplástica extruida que tiene un grosor variable hasta un tamaño predeterminado y dirigiendo cada hoja cortada de material termoplástico calentado sobre un molde de termoformación, y moldeando una parte predeterminada en el molde de tal manera que la parte moldeada se forme con un grosor variable a partir de una placa de material calentada durante la extrusión del material .

Este proceso de "moldeo por extrusión" también facilita la formación de estructuras compuestas termoplásticas reforzadas con fibras largas (de más de aproximadamente 1.27 milímetros) debido a que el extrusor suministra el material compuesto termoplástico y fundido a través del dado dinámico, gravitando al material directamente sobre un molde inferior que puede moverse con respecto a la posición del dado dinámico. Según se usa en la presente, el término "molde inferior" se refiere a la mitad inferior de un molde acoplado dentro del cual material termoplástico es dirigido. Similarmente, el término "molde superior" se refiere a la mitad superior del molde acoplado dentro de la cual se forma la parte termoplástica deseada, cuando las mitades de molde superior e inferior se combinan, es decir, se cierran. El molde inferior puede ser movido por medio de un carro para llenar la cavidad del molde con cantidades variables del material compuesto termoplástico. Por ejemplo, si la cavidad definida por el molde inferior y un molde superior es más grande sobre una escala horizontal cierta, el molde inferior puede ser más lento para recibir más material compuesto termoplástico fundido en esa región. El dado dinámico emplea elementos de control de flujo que varían o regulan el flujo del material de compuesto termoplástico extruido y fundido para suministrar diferentes cantidades de material de secada uno de los elementos de control de flujo, para depositar el material selectivamente a través del ancho del molde inferior en una dirección perpendicular a la dirección en la que se está moviendo. El material compuesto termoplástico puede moldearse con fibras largas (de más de aproximadamente 12.7 milímetros) que tengan una concentración de al menos diez por ciento (10%) en peso hasta tanto como cincuenta a sesenta por ciento (50-60%) en peso, con velocidades de fractura de fibra bajas. Después de que el material compuesto termoplástico extruido y fundido gravita sobre el molde inferior, el carro es transportado automáticamente a una prensa que cierre el molde superior sobre el molde inferior para formar la parte compuesta. Una modalidad de acuerdo con los principios de la presente invención incluye un sistema y método para formar un artículo a partir de material y fibra termoplásticos. El método incluye calentar material termoplástico para formar un material termoplástico fundido mientras se mezcla con la fibra. El material termoplástico fundido se mezcla con las fibras para formar un material compuesto fundido que tiene una concentración deseada de fibras en peso y/o volumen. El material compuesto fundido puede ser después extruido a través del dado dinámico para formar un flujo prescrito de material compuesto y gravitarse sobre una porción inferior de un molde para formar el artículo. El molde inferior puede ser movido discretamente en espacio y tiempo a velocidades variables mientras recibe el flujo de material compuesto para depositar una cantidad predeterminada de material compuesto fundido sobre el mismo que se conforme excactamente la cantidad de material requerida en la cavidad de molde del molde inferior. La porción superior del molde puede ser prensada contra la cantidad predeterminada de material compuesto fundido y cerrando la porción inferior del molde para formar el artículo . En otra modalidad de la invención, se proporciona un artículo termoplástico moldeado. El artículo comprende un material fibroso incrustado en una matriz de resina termoplástica, y se prepara mediante un proceso de bajo esfuerzo cortante. Las longitudes de las fibras antes del moldeo son de aproximadamente 1.27-7.62 centímetros de largo, y las longitudes de las fibras en el artículo moldeado son de más de aproximadamente 60% de sus longitudes premoldeadas . El material fibroso comprende 5-55% en peso del peso total de la mezcla mezclada. Menos de alrededor de 20% de las fibras del material fibroso en el artículo termoplástico moldeado son orientadas en la misma dirección, y las propiedades mecánicas del artículo moldeado en los planos x, y y z están dentro de 20% unas de otras. Las propiedades mecánicas del artículo son sustancialmente anisotrópicas . En otro aspecto de la invención, se proporciona un proceso para preparar un artículo termoplástico moldeado . El proceso para preparar el artículo termoplástico moldeado generalmente comprende las etapas de: a) mezclar por fusión una mezcla de una resina termoplástica, un material fibroso y cualquier aditivo opcional usando un gusano individual de bajo esfuerzo cortante; b) extruir la mezcla a través de un dado de extrusión de hoja usando extrusión de bajo esfuerzo cortante; c) depositar la mezcla extruida en una primera mitad de un molde coincidido que puede moverse horizontalmente aproximadamente de la forma general del artículo; y d) moldear por compresión la mezcla depositada con la segunda mitad del molde acoplado de tal manera que presiones en la escala de 7.03-70.3 kg/cm2 (100-1,000 psi) y un movimiento sustancialmente muy pequeño de la mezcla fundida se requieran para completar la consolidación y moldeo del artículo termoplástico. En consecuencia, la invención puede distinguirse sobre procesos de formación al vacío y procesos de formación de lámina.

Breve descripción de las Figuras Otros objetivos, características y ventajas de la presente invención se harán aparentes a partir de la descripción escrita y las figuras, en las cuales: La figura 1 es una vista en planta superior de un sistema de moldeo de acuerdo con la presente invención. La figura 2 es una vista en elevación lateral del aparato de moldeo de la figura 1. Las figuras 3A-3E son vistas en planta del molde de las figuras 1 y 2 en diferentes etapas del proceso de la presente invención. La figura 4 es una elevación lateral del extrusor de las figuras 1 y 2. La figura 5 es una elevación posterior del extrusor de la figura 4. La figura 6A es un diagrama esquemático ejemplar de un sistema de moldeo por extrusión de acuerdo con la figura 1 que opera para formar partes estructurales. La figura 6B es otro diagrama de bloques ejemplar del sistema de moldeo por extrusión 600a de la figura 6A. La figura 7 es una vista despiezada ejemplar del dado dinámico de la figura 6A que deposita al material compuesto extruido sobre el molde inferior soportado por el carro . La figura 8A es un diagrama de flujo ejemplar que describe el proceso de moldeo por extrusión que puede utilizarse para formar artículos o partes estructurales usando un control ya sea de dos o tres ejes para depositar el material compuesto sobre el molde inferior de la figura 6A.

La figura 8B es otro diagrama de flujo ejemplar para producir partes estructurales utilizando sistemas de moldeo por extrusión de la figura 6A por medio del proceso de moldeo por extrusión de control de tres ejes. La figura 9 es un diagrama de bloques ejemplar de un controlador de la figura 6A que se interconecta con controladores que operan en componentes del sistema de moldeo por extrusión de la figura 6A. La figura 10 es un diagrama de bloques ejemplar más detallado del controlador de la figura 6A. La figura 11 es un diagrama de bloques ejemplar del software que se ejecuta por un procesador que opera el controlador de la figura 10. La figura 12 es un esquema ejemplar de los elementos de control de flujo y un molde inferior, el cual está seccionado en una rejilla para depositar material compuesto extruido de acuerdo con el sistema de moldeo por extrusión de la figura 6A. La figura 13 es una vista superior de los elementos de control de flujo alineados para depositar el material compuesto sobre el molde inferior de la figura 6A. La figura 14 es una vista superior en perspectiva ejemplar de una esquina de una tarima producida por el sistema de moldeo por extrusión de la figura 6A. Las figuras 15A y 15B son vistas inferior y superior en perspectiva ejemplares, respectivamente, de una plataforma que tiene costillas ocultas formadas por el sistema de moldeo por extrusión de la figura 6A. Las figuras 16A y 16B son partes estructurales ejemplares que tienen insertos formados por el sistema de moldeo por extrusión de la figura 6A y La figura 17 es un diagrama de flujo ejemplar que describe las operaciones para incrustar un inserto, tal como un sujetador, soporte u otro elemento, en una parte estructural, tal como aquellas mostradas en las figuras 16A y 16B, utilizando el sistema de moldeo por extrusión de la figura 6A.

Descripción Detallada de la Invención Durante muchos años, ha existido una brecha en la industria de la fabricación de compuestos que no pudieron proporcionar un proceso para producir en masa estructuras o partes compuestas termoplásticas grandes a las velocidades y eficiencias de trabajo del moldeo por compresión o inyección, con la precisión y bajas presiones del moldeo en autoclave. Los principios de la presente invención proporcionan procesos que cierran esta brecha y producen estas partes compuestas termoplásticas . Los procesos son adecuados para volúmenes de partes de media a alta producción, y pueden producir grandes partes y estructuras con alta concentración de fibras de refuerzo y a bajas presiones de moldeo. En referencia a las figuras 1 y 2 de los dibujos, se ilustra un aparato termoformador 10 para ter oformar partes a partir de una resina termoplástica o a partir de un compuesto termoplástico que tiene un extrusor 11, una estación de intercambio de moldes 12 y una estación de moldes de compresión 13. El extrusor tiene una tolva 14 montada en la parte superior para alimentar una resina termoplástica o material compuesto en un horno 15 en donde calentadores calientan el material termoplástico hasta crear un material fluido mientras el horno lo alimenta a lo largo de la longitud de la trayectoria del extrusor a un dado de extrusión 16 en el extremo del mismo. El material que está siendo alimentado a través del extrusor y fuera del dado de extrusión es cortado con un cortador 17 montado en el extremo del dado 16. El material es extruido como una placa generalmente plana (no mostrada) y es cortado en puntos predeterminados por el cortador 17 mientras sale del dado de extrusión 16. Una plataforma de soporte 18 soportará una mitad de molde viajante 19 directamente bajo el dado de extrusión 16 para recibir una placa de material termoplástico. La mitad de molde que viaja 19 tiene ruedas 20 que permiten que la mitad del molde 19 sea movida de la plataforma 18 sobre una plataforma giratoria 21 (mostrada como la mitad de molde 19') la cual está montada sobre una flecha giratoria central 22 para su rotación como se indica por la flecha direccional 21' en la figura 1. La plataforma giratoria 21 tendrá una segunda mitad de molde 23 sobre la misma que puede ser alimentada en la estación de moldeo por compresión 13 (mostrada como la mitad de molde 23') mientras la mitad de molde 19 está sobre la plataforma 18. La mitad de molde 23' puede ser soportada sobre una plataforma estacionaria 24 en la estación de compresión directamente debajo de una mitad de molde fija de colocación común 25 montada a una platina móvil 26 en donde tiene lugar la operación de moldeo. Así, las mitades de molde 19 y 23 pueden moverse hacia atrás y hacia adelante de tal forma que un molde pueda capturar una placa termoplástica mientras que la otra mitad de molde esté moldeando una parte. Cada una de las mitades de molde que viajan 19, 23 tiene un motor eléctrico 27 para impulsar la mitad de molde desde la plataforma giratoria 21 sobre la plataforma 18 o sobre la plataforma estacionaria 24. Un transductor lineal 28 puede montarse sobre la plataforma 18 para controlar la velocidad de las mitades de molde que viajan. Se debe notar en este punto que el extrusor 11 produce la placa extruida y caliente que contiene aún la energía calorífica sobre la mitad de molde que viaja cuando ésta es suministrada al molde de compresión 13 y moldeada en una parte sin tener que recalentar una hoja de material termoplástico. Como también se notará en adelante en la presente en relación con las figuras 4 y 5, la placa termoplástica también puede ser de grosor variable a lo largo de su ancho para incrementar la parte termoformada hecha a partir del molde. Regresando a las figuras 3A-3E, se ilustra el aparato de moldeo termoplástico 10 que tiene las mitades de molde 19, 19' y 23, 23' en una serie de posiciones en la operación de la prensa de acuerdo con la presente invención. Cada figura tiene al extrusor 11 que tiene la tolva 14 que alimenta la resina termoplástica o material compuesto en un horno 16 en donde es calentada antes de ser extruida. En la figura 3A, la mitad de molde 23' está vacía y la mitad de molde 19 está siendo cargada con un baño fundido caliente directamente desde el extrusor 11. En la figura 3B, el portador de molde mueve las mitades de molde 19 y 23' sobre la mesa giratoria 21. En la figura 3C, la mesa giratoria 21 gira sobre la flecha del eje central 22 (no mostrada) entre estaciones para cargar una placa sobre una mitad de molde 23 y una mitad de molde cargada 19 ' en la máquina de moldeo por compresión o vacío 13. En la figura 3D, la mitad de molde 19' viaja dentro de la prensa 13 mientras que la mitad de molde vacía 23 viaja bajo el dado de extrusión 16 para cargarse con una placa del material termoplástico. En la figura 3E, la mitad de molde 19' es enfriada por prensa y la parte es expulsada mientras la mitad de molde 23 es cargada con un baño fundido caliente al ser movida por soportador debajo del dado de extrusión 16 hasta ser cargada completamente . Yendo a las figuras 4 y 5, se ilustra el dado de extrusión 30 que tiene el cuerpo de dado 31 que tiene el canal 32 para la alimentación de un material termoplástico fluido con el horno 15 de las figuras 1 y 2 a través del mismo fuera del canal de extrusión 33 para producir una hoja o placa de material extruido termoplástico a partir de la hoja 34. El dado 30 tiene una pluralidad de placas cerradas 35 conectadas cada una a una flecha roscada 36 impulsada por un motor accionador de compuerta 37 el cual puede ser un motor hidráulico o neumático pero, como se ilustra, es un motor por tiempos eléctrico que tiene una línea de control 38 que alimenta a un controlador remoto 40 que puede mover el motor 37 gradualmente para mover la placa 35 dentro y fuera y variar el grosor de la placa termoplástica que pase la porción de canal 41. Una pluralidad de cualquier número de motores 37 se puede observar en la figura 5 impulsando una pluralidad de placas , cada una montada empalmando la siguiente placa, y cada placa controlada por separado para de esta manera variar las placas 35 en el canal 41 en una amplia variedad de patrones para producir una placa fuera de la porción de salida 34 que tenga un grosor que pueda variar a través del ancho de la placa extruida. También será claro que las compuertas 35 pueden controlarse manualmente al enroscar individualmente cada compuerta dentro y fuera para ajustar el grosor de cualquier porción del dado de extrusión y se puede, alternativamente, controlar por un controlador 40 que puede ser un programa de computadora para variar el grosor de cualquier porción de la placa extruida bajo el control remoto según se desee. Se proporciona un proceso de moldeo termoplástico que incluye seleccionar un dado de extrusión termoplástico 16 ó 30 para la extrusión de una placa termoplástica, este dado de extrusión tiene elementos de compuerta de dado ajustables para variar el grosor del material extruido en diferentes partes de la placa extruida. El proceso incluye ajustar el dado de extrusión termoplástico para un grosor variable del material extruido que pasa a través del mismo en diferentes partes de la placa extruida y luego calentar el material termoplástico hasta un fluido y extruir una placa de material termoplástico fluido a través del dado de extrusión termoplástico seleccionado y ajustado. La placa termoplástica es después cortada y dirigida sobre un material termoplástico calentado dentro de un molde de termoformación 19 ó 23 y moldeada en un aparato de moldeo 13 para formar una parte con un grosor variable en la parte. Se debe aclarar en este momento que se proporcionan un proceso y aparato de moldeo termoplástico los cuales permiten la termoformación de una parte con un grosor variable con un dado de extrusión que puede controlarse continuamente para variar el grosor de diferentes partes de la placa extruida que esté siendo moldeada y que el moldeo se logra mientras la placa termoplástica es aún calentada para utilizar la energía de calor proveniente del proceso de extrusión. Sin embargo, se debe aclarar también que la presente invención no puede considerarse limitada a las formas mostradas las cuales se deben considerar ilustrativas en lugar de restrictivas. Por ejemplo, aunque el material extruido se describe algunas veces como una placa generalmente plana, también se describe como sigue: (i) contiene energía calorífica cuando es suministrada al molde de compresión 13 para obviar el recalentamiento, (ii) tiene un grosor variable a lo largo de su ancho, (iii) es un baño fundido caliente cuando se carga en la mitad de molde 19 desde el extrusor 11, (iv) usando una pluralidad de placas con compuertas 35 para variar el grosor a través del ancho del material extruido y en diferentes partes del material extruido, y finalmente (v) extruir el material termoplástico fundido a través del dado de extrusión seleccionado y ajustado para lograr un grosor variable en la parte formada. Así, el extrusor generalmente proporciona un flujo fundido de material compuesto termoplástico a través del dado dinámico, gravitando sobre una media mitad de molde u otro molde en cantidades variables en el plano vertical y a través de ambas direcciones horizontales sobre el molde. El proceso de "moldeo por extrusión" descrito arriba es ideal para fabricar estructuras compuestas termoplásticas medianas a grandes reforzadas con vidrio, carbón, metal o fibras orgánicas por citar unas cuantas . El proceso de moldeo por extrusión incluye un sistema de extrusión controlado por computadora que integra y automatiza la mezcla o combinación de materiales de la matriz y componentes de refuerzo para suministrar una cantidad perfilada de material compuesto fundido que gravite hacia la mitad inferior de un molde acoplado, el movimiento del cual se controla mientras recibe el material, y una estación de moldeo por compresión para recibir la mitad inferior del molde para prensar la mitad superior del molde contra la mitad inferior y formar una estructura o parte deseada. La mitad inferior del molde coincidido se mueve discretamente en el espacio y tiempo a velocidades variables para hacer posible el depósito de material más gruesamente a una velocidad lenta y más delgadamente a velocidades más rápidas.

El aparato termoplástico 10 descrito arriba es una modalidad para llevar a la práctica el proceso de moldeo por extrusión.

Resina no procesada (la cual puede estar en cualquier forma de termoplástico en granulos o molido o, opcionalmente, una epoxia termoendurecida) es el componente de matriz alimentado a un alimentador o tolva del extrusor, junto con fibras de refuerzo de más de aproximadamente 1.27 cm de longitud. El material compuesto puede ser mezclado y/o combinado por el extrusor 11, y depositado "inteligentemente" sobre la mitad del molde inferior 19 al controlar la salida del extrusor 11 con las compuertas 35 y el movimiento de la mitad de molde inferior 19 en relación a la posición del extrusor 11, como se describirá abajo con las modalidades mostradas en las figuras 6A y 6B. En aquellas modalidades la sección inferior del molde igualado se sujeta sobre un carro que se mueve discretamente debajo del dado dinámico. La sección inferior del molde acoplado recibe cantidades precisas de material compuesto extruido, y luego es movido a la estación de moldeo por compresión. Los materiales de la matriz termoplástica que pueden utilizarse en los procesos de moldeo por extrusión para formar el material compuesto incluyen resinas termoplásticas como las conocidas en la técnica. Las resinas termoplásticas que pueden utilizarse de acuerdo con los principios de la presente invención pueden incluir cualquier resina termoplástica que pueda ser fundida y mezclada por el extrusor 11. Ejemplos de estas resinas termoplásticas se proporcionan en la tabla 1 con el entendimiento de que los ejemplos no están destinados a ser una lista completa, y que otras resinas o materiales termoplásticos pueden utilizarse para producir las partes estructurales utilizando el sistema de moldeo por extrusión. Además, las resinas termoplásticas de la tabla 1 pueden usarse solas o en cualquier combinación de las mismas. Tabla 1 Resinas termoplásticas Polietileno Polisulfona Polipropileno Óxido de polifenileno Cloruro de polivinilideno Tereftalato de polibutileno Poliestireno Tereftalato de polietileno Copolímero de estireno-butadieno-acrilonitrilo Tereftalato de policiclo exandietileno x Naftalato de polibutileno Nylon 11 Otros poliésteres usados como segmentos suaves Nylon 12 Polímeros de cristal líquido termotrópicos Nylon 6 Sulfuro de polifenileno Nylon 66 Poliéter étercetonas Otros nylons alifáticos Poliéter sulfonas Copolímeros de nylos alifáticos Poliéter imidas copolimerizados además con ácido tereftálico u Poliamida imidas otros ácidos dicarboxílicos aromáticos o aminas aromáticas Otras poliamidas aromáticas Poliimidas Varias pollamidas copólimerizadas Poliuretano Policarbonato Poliacetal Imidas de poliamina Metacrilato de polimetilo Amidas de poliamina Los materiales termoplásticos particulares, incluyendo polipropileno, polietileno, poliéter étercetona, poliésteres, poliestireno, policarbonato, cloruro de polivinilo, nylon, polimetilo, polimetacrilato, acrílico, poliuretano y mezclas de los mismos, han sido especialmente adecuados para los procesos de moldeo por extrusión. Las fibras que sirven como el componente de refuerzo para los materiales compuestos termoplásticos incluyen generalmente aquellos materiales que pueden utilizarse para reforzar resinas termoplásticas. Los materiales de fibra adecuados para usarse de acuerdo con los principios de la presente invención incluyen, sin limitación, vidrio, carbono, metal y materiales naturales (por ejemplo, cáñamo, algodón) , ya sea solos o en combinación. Otras fibras no listadas también pueden utilizarse como se entiende en la técnica. Aunque el diámetro de la fibra generalmente no está limitado, el diámetro de la fibra para moldear partes estructurales más grandes generalmente varía entre 1 y 20 µm. Sin embargo, se debe entender que el diámetro de las fibras puede ser más grande dependiendo de un número de factores, incluyendo la resistencia de la parte estructural deseada, densidad de fibra deseada, tamaño de la parte estructural, etc. En particular, el efecto de la mejora de las propiedades mecánicas es marcado con una fibra que tiene un diámetro de aproximadamente uno (1) a aproximadamente nueve (9) µm. El número de filamentos unidos en la fibra tampoco está limitado generalmente. Sin embargo, un hato de fibras de 10,000 a 20,000 filamentos o monofilamentos se desea generalmente por consideraciones de manejo. La envoltura de estas fibras de refuerzo pueden usarse después del tratamiento de superficie por un silano u otro agente de acoplamiento. Para mejorar la unión interfacial con la resina termoplástica, por ejemplo, en el caso de una resina de poliéster, se puede llevar a cabo tratamiento de superficie por un polímero formador de película termoplástica, agente de acoplamiento, lubricante de fibras, etc. Este tratamiento de superficie puede llevarse a cabo por anticipado del uso de las fibras de refuerzo tratadas o el tratamiento de superficie puede llevarse a cabo justo antes de que las fibras de refuerzo sean alimentadas en el extrusor para correr el proceso de extrusión y producir el compuesto termoplástico fundido sin interrupción. La relación entre la resina termoplástica y fibra no está particularmente limitada toda vez que es posible producir el compuesto termoplástico y artículos configurados usando cualquier composición de relación de acuerdo con el objetivo de uso final. Sin embargo, para proporcionar soporte estructural suficiente para las partes estructurales, como se entiende en la técnica, el contenido de fibras es generalmente de cinco por ciento (5%) a cincuenta por ciento (50%) en peso. Se ha determinado que el contenido de fibras generalmente es de diez (10) a setenta (70) por ciento en peso, y de preferencia cuarenta por ciento (40%) en peso para lograr las propiedades mecánicas deseadas para la producción de artículos más grandes . La longitud de fibra promedio de las fibras es mayor que aproximadamente 1.27 centímetros. Sin embargo, las partes estructurales típicas producidas mediante el sistema de moldeo por extrusión 600a utilizan longitudes de fibra de más de aproximadamente 2.54 cm. Se debe notar que cuando la longitud de fibra promedio es de menos de 2.54 cm, las propiedades mecánicas deseadas para artículos grandes son difíciles de obtener. La distribución de las fibras en el material compuesto termoplástico es generalmente uniforme de tal manera que las fibras y resina termoplástica no se separen cuando sean fundidas y comprimidas. La distribución o colocación de las fibras incluye un proceso mediante el cual las fibras son dispersas desde un nivel de un solo filamento hasta un nivel de varios filamentos (es decir, hatos de varias decenas de fibras) . En una modalidad, hatos de aproximadamente cinco fibras son dispersos para proporcionar rendimiento de eficiencia y estructural. Además, el "grado de peinado" puede evaluarse al observar una sección de la estructura con un microscopio y determinar la relación del número de fibras de refuerzo en hatos de diez o más de 1,000 o más fibras de refuerzo observables (número total de fibras de refuerzo en hatos de 10 o más/número total de fibras de refuerzo.por .100) (por ciento). Los valores típicos producidos por los principios de la presente invención resultan en no más de aproximadamente sesenta por ciento (60%) , y generalmente debajo de treinta y cinco por ciento (35%) . La figura 6A es un diagrama esquemático ejemplar de un sistema de moldeo por extrusión 600a que funciona para formar partes estructurales . El sistema de moldeo por extrusión 600a está compuesto de un número de componentes individuales que son integrados para formar partes estructurales a partir de un material compuesto. Los componentes incluyen una unidad de recepción de material 602, un calentador 618, un extrusor 604, un dado dinámico 606, un carro 608, una prensa de compresión 610 y un controlador 612. También se pueden incluir otros componentes complementarios para formar el sistema de moldeo por extrusión 600a. La unidad de recepción de material 602 puede incluir una o más tolvas o alimentadores 614 y 615 para recibir materiales Ml y M2 , respectivamente, que serán extruidos para formar un compuesto termoplástico. Se debe entender que alimentadores adicionales pueden utilizarse para recibir materiales o aditivos adicionales para formular diferentes compuestos. En el presente ejemplo, los materiales Ml y M2 representan el material de partida, es decir, materiales termoplásticos reforzados de preferencia en forma de granulos. Ml y M2 pueden ser el mismo o diferente material termoplástico reforzado. Los materiales termoplásticos pueden ser reforzados por fibras, tales como fibras de vidrio o carbono, como se entiende en la técnica. Se debe entender además que el material no termoplástico puede utilizarse de acuerdo con los principios de la presente invención. Un calentador 618 precalienta los materiales termoplásticos Ml y M2. El extrusor 604 está acoplado al canal alimentador 616 y funciona para mezclar los materiales termoplásticos calentados Ml y M2 por medio de un tornillo transportador 602. El extrusor 604 funde además los materiales termoplásticos. El tornillo transportador tornillo transportador puede ser helicoidal o tener cualquier otra forma que funcione para mezclar y hacer fluir el material compuesto a través del extrusor 604. Un canal de salida de extrusor 622 está acoplado al extrusor 604 y se utiliza para llevar el material compuesto a un dado dinámico 606. El dado dinámico 606 incluye varios elementos de control de flujo 624a-624n (colectivamente 624) . Los elementos de control de flujo 624 pueden ser compuertas, válvulas individuales u otros mecanismos que operen para controlar el material compuesto extruido 625 del dado dinámico 606, en donde el material compuesto extruido 625a- 625n (colectivamente 625) varía en velocidades de flujo volumétricas a través de un plano P en o debajo de los elementos de control de flujo 624. La emisión de las diferentes velocidades de flujo volumétricas varía entre aproximadamente cero y 1,359 kilogramos por hora. Una escala más preferible para la velocidad de flujo volumétrica varía entre alrededor de 1,132 y 1,359 kilogramos por hora. En una modalidad, los elementos de control de flujo 624 son compuertas que son elevadas y bajadas por accionadores separados, tales como motores eléctricos (por ejemplo, motores de velocidad gradual) , accionadores hidráulicos, accionadores neumáticos u otro accionador que funcione para alterar el flujo del material compuesto desde los elementos de control de flujo ajustables 624, individual o colectivamente. Los elementos de control de flujo 624 pueden configurarse adyacentemente para proporcionar elementos de control de flujo adyacentes de separación continua 624. Como alternativa, los elementos de control de flujo 624 pueden configurarse por separado de tal manera que el material compuesto que fluya desde elementos de control de flujo adyacentes 624 permanezca separado hasta que el material compuesto se esparza sobre un molde. Se debe entender que los elementos de control de flujo 624 adecuadamente pueden funcionar como un cortador 17. En una modalidad de la invención, el material compuesto fundido puede ser suministrado a un acumulador, puesto entre el extrusor 604 y el dado dinámico 606, desde el cual el material compuesto puede ser suministrado a un molde inferior usando un émbolo u otro mecanismo de accionamiento. El carro 608 puede ser movido debajo del dado dinámico 606 de tal forma que el material compuesto extruido 625 gravite a o sea depositado sobre un molde inferior 626, el cual pase debajo del dado dinámico 606 a una distancia vertical predeterminada, la "distancia de caída" (d) . El molde inferior 626 define cavidades 630 que se usan para formar una parte estructural . El material compuesto extruido 625 es depositado 628 sobre el molde inferior 626 para llenar el volumen definido por las cavidades 630 en el molde inferior 626 y un molde superior 632 para formar la parte compuesta. En un proceso controlado por dos ejes, el material compuesto 625a puede ser depositado sobre el molde inferior 626 a una velocidad de flujo volumétrico sustancialmente constante desde el dado dinámico 606 o a través de un plano vertical (P) , con base en movimiento y velocidades variables individuales, para formar la capa de material compuesto 625 que tiene sustancialmente el mismo grosor o volumen a lo largo del plano vertical (P) para llenar las cavidades 630 en los moldes inferior y superior 626 y 632. En un proceso controlado por tres ejes, el material compuesto puede ser depositado sobre el molde inferior 626 a velocidades de flujo volumétricas diferentes desde el dado dinámico 606 a través del plano vertical (P) para formar la capa de material compuesto 628 que tiene diferente grosor o volumen a lo largo del plano vertical (P) para llenar las cavidades 630 en los moldes inferior y superior 626 y 632. Se debe entender que el proceso controlado por dos ejes puede utilizarse para depositar el material compuesto en moldes que tengan cavidades 630 de una profundidad sustancialmente constante en el plano vertical y que el proceso utilizado por tres ejes puede utilizarse para depositar el compuesto en moldes que tengan cavidades 630 que varíen en profundidad. El carro 608 puede incluir además ruedas 634 que proporcionen la traslación a lo largo de un riel 636. El riel 636 hace posible que el carro 608 ruede debajo del dado dinámico 606 y dentro de la prensa 610. La prensa 610 funciona para prensar el molde superior 632 en el molde inferior 626. Incluso a pesar de que los principios de la presente invención proporcionan fuerza reducida para el proceso de moldeo que los procesos de moldeo termoplásticos convencionales debido a la capa de material compuesto 628 que está depositada directamente desde el lado dinámico 606 en el molde inferior 626, la fuerza aplicada por la prensa 610 aún es suficiente para dañar la rueda 634 si se deja en contacto con el riel 636. Por lo tanto, las ruedas 634 pueden ser acopladas y desacopladas selectivamente con una superficie superior 638 de una base 604 de la prensa 610. En una modalidad, el carro 608 es elevado por tubos inflables (no mostrados) acoplados al mismo de tal manera que cuando los tubos sean inflados, la rueda 634 acople los rieles 636 de tal forma que el carro 608 pueda moverse desde abajo del dado 606 a la prensa 610. Cuando los tubos son desinflados, las ruedas 634 son desacopladas de tal forma que el cuerpo del carro 608 sea asentado sobre la superficie superior 638 de una base 640 de la prensa 610. Se debe entender que otros componentes estructurales accionados pueden utilizarse para acoplar y desacoplar las ruedas 634 de soportar al carro 608, pero que la funcionalidad para acoplar y desacoplar las ruedas 634 debe ser sustancialmente la misma. Por ejemplo, la superficie superior 638 de la base 640 de la prensa 610 puede ser elevada para hacer contacto con la placa base 642 del carro 608. El controlador 612 está acoplado eléctricamente a los diferentes componentes que forman el sistema de moldeo por extrusión 600. El controlador 612 es una unidad a base de procesador que funciona para orquestar la formación de las partes estructurales. En parte, el controlador 612 opera para controlar el material compuesto que está siendo depositado sobre el molde inferior 626 al controlar la temperatura del material compuesto, velocidad de flujo volumétrico del material compuesto extruido 625 y la colocación y velocidad de movimiento del molde inferior 626 por medio del carro 608 para recibir el material compuesto extruido 625. El controlador 612 funciona además para controlar el calentador 618 para calentar los materiales termoplásticos . El controlador 612 puede controlar la velocidad del tornillo transportador 620 para mantener un flujo sustancialmente constante de material compuesto a través del extrusor 604 y dentro del dado dinámico 606. Como alternativa, el controlador 612 puede alterar la velocidad del tornillo transportador 620 para alterar la velocidad de flujo volumétrico del material compuesto desde el extrusor 604. El controlador puede además controlar calentadores (no mostrados) en el extrusor 604 y el dado dinámico 606. Con base a la parte estructural que se esté formando, un conjunto de parámetros predeterminado puede establecerse para el dado dinámico 606 para aplicar el material compuesto extruido 625 al molde inferior 626. Los parámetros pueden definirse de tal manera que los elementos de control de flujo 624 puedan colocarse selectivamente de tal forma que el movimiento del carro 608 sea sincronizado en posición con la velocidad de flujo volumétrico del material compuesto de acuerdo con las cavidades 630 que definen la parte estructural que se está produciendo. El carro 608 puede incluir además un calentador (no mostrado) que sea controlado por el controlador 612 y funcione para mantener al material compuesto extruido 625 en un estado calentado o fundido. El controlador puede, al variar las velocidades requeridas del carro, controlar el carro 608 durante el material compuesto extruido 625 esté siendo aplicado al molde inferior 626. Luego de concluir la aplicación del material compuesto extruido 625 en el molde inferior 626, el controlador 612 impulsa al carro 608 en la prensa 610. El controlador envía entonces una señal a un mecanismo (no mostrado) para desacoplar las ruedas 634 del riel 636 como se describió arriba de tal forma que la prensa 610 pueda forzar el molde superior 632 contra el molde inferior 626 sin dañar las ruedas 634. La figura 6B es otro diagrama de bloques ejemplar del sistema de moldeo por extrusión 600a de la figura 6A. El sistema de moldeo por extrusión 600b está configurado para soportar dos prensas 610a y 610b que funcionan para recibir el carro 608 que soporta al molde inferior 626 para formar la parte estructural. Se debe entender que dos carros 608 pueden ser soportados por los carriles o rieles 636 de tal manera que se proporcione la formación de varios componentes estructurales por un solo extrusor 604 y dado dinámico 606. Aunque las ruedas 634 y los rieles 636 pueden utilizarse para proporcionar movimiento para el carro 608 en una modalidad, se debe entender que se pueden utilizar otros mecanismos de movimiento para controlar el movimiento del carro 608. Por ejemplo, un transportador, suspensión o sistema de impulso de carril puede utilizarse para controlar el movimiento del carro 608. El controlador 612 puede configurarse para soportar varias partes estructurales de tal manera que el sistema de moldeo por extrusión 600b pueda formar simultáneamente las diferentes partes estructurales por medio de las diferentes prensas 610a y 610b. Debido a que el controlador 612 es capaz de almacenar parámetros que funcionan para formar varias partes estructurales, el controlador 612 simplemente puede alterar el control de dado dinámico 606 y carros 608a y 608b al utilizar los parámetros en un programa de software general, proporcionando así la formación de dos partes estructurales diferentes usando un solo extrusor 604 y dado dinámico 606. Se debe entender que prensas adicionales 610 y carro 608 pueden utilizarse para producir sustancialmente y de manera simultánea más partes estructurales por medio de un solo extrusor 604 y dado dinámico 606. La figura 7 es una vista despiezada ejemplar del dado dinámico 606 que deposita el material compuesto extruido 625 sobre el molde inferior 626 soportado por el carro 608. Como se muestra, el dado dinámico 606 incluye los elementos de control de flujo múltiples 624a-624i. Se debe entender que el número de elementos de control de flujo 624 puede ser incrementado o reducido dependiendo de la resolución o detalle de lá parte estructural que se esté formando. Como se muestra, los elementos de control de flujo 624 están colocados a alturas diferentes para proporcionar así más o menos velocidad de flujo volumétrico del material compuesto extruido 625 asociado con cada elemento de control de flujo 624. Por ejemplo, el elemento de control de flujo 624a está completamente cerrado, para evitar así que el material compuesto sea pasado a través de esa sección del lado dinámico 606. La velocidad de flujo volumétrico fa es por lo tanto cero asociada con el elemento de control de flujo cerrado 624a. El elemento de control de flujo 624b es abierto para formar una abertura que tiene una altura hx, proporcionando así una velocidad de flujo volumétrico fb del material compuesto extruido 625b. En forma similar, el elemento de control de flujo 624c está abierto para formar una abertura más grande para el material compuesto extruido 625c que sea salido a una velocidad de flujo volumétrica más alta fc sobre el molde inferior 626. Como se indicó por la variación en matiz del material compuesto extruido 625 asociado con cada uno de los elementos de control de flujo 624, los elementos de control de flujo 624 pueden ajustarse dinámicamente con base en la parte estructural que se esté formando por medio de los moldes inferior y superior 626 y 632. En consecuencia, con base en la parte estructural que se está formando (por e emplo, extracción profunda sobre cierta región) , los elementos de control de flujo 624 pueden ser ajustados para alterar las velocidades de flujo volumétrico del material compuesto extruido 625 sobre regiones finitas de los moldes inferior y superior 626. En otras palabras, con base en las cavidades 630 definidas por los moldes inferior y superior 626 y 632, la capa de material compuesto 628 puede variar en grosor. Por ejemplo, la región de la capa de material compuesto 628a es más delgada que la región de la capa de material compuesto 628b, la cual es más gruesa para llenar suficientemente la cavidad 630a, la cual tiene un diseño más profundo que otras ubicaciones de la cavidad 630 en el molde inferior 626. En otras palabras, la capa de material compuesto extruida 628 es alterada dinámicamente con base en la profundidad de la cavidad 630 definida por los moldes 626 y 632. En ambos procesos controlados por dos y tres ejes capaces de ser llevados a cabo en el sistema de moldeo por extrusión 600a, la capa de material compuesto extruida 628 puede ser alterada dinámicamente en términos de grosor con base en la velocidad de flujo volumétrico del material compuesto extruido 625 y la velocidad de viaje del carro 608. El depositar el material compuesto extruido sobre un molde inferior se puede llevar a cabo controlando la cantidad "de material compuesto extruido depositada en dos o tres ejes dependiendo de la parte estructural que se esté produciendo. Para el control de dos ejes, el movimiento del carro puede controlarse a lo largo del eje de movimiento para depositar el material compuesto extuido en varias cantidades a lo largo del eje de depósito. Para el control de tres ejes, la salida del extrusor puede utilizar un dado dinámico que incluye elementos de control de flujo, proporcionando así velocidades de flujo volumétrico diferentes que serán depositadas simultáneamente sobre el molde inferior a lo largo del eje perpendicular al eje de movimiento. Se debe entender que otras modalidades pueden ser útiles para el control fuera de eje o en eje para depositar el material compuesto extruido en ubicaciones específicas del molde inferior. Al proporcionar el control del carro y el material compuesto que se están aplicando al molde inferior, se puede formar cualquier patrón sobre el molde inferior, a partir de una capa continua gruesa hasta un contorno delgado de un círculo o elipse, cualquier forma bidimensional que pueda describirse por matemática discreta puede trazarse con material. Además, debido a que existe el control de volumen del material compuesto depositado sobre un área dada, patrones tridimensionales pueden crearse para proporcionar componentes estructurales con diseño profundo y/o costillas ocultas, por ejemplo, que será producido. Una vez que se enfría la parte estructural, se pueden usar impulsores para empujar al material consolidado fuera del molde. Los principios de la presente invención pueden diseñarse de tal forma que dos o más partes únicas puedan producirse simultáneamente, maximizando así la eficiencia de producción usando una corriente virtualmente continua de material compuesto .

Beneficios de valor agregado del proceso de moldeo por extrusión Con el sistema de moldeo por extrusión, partes de plástico reforzadas de fibras largas pueden producirse en línea y a costos de procesamiento muy bajos. Las características del sistema de extrusión proporcionan una línea de producción de componentes de plástico reforzados que ofrece (i) flexibilidad de materiales, (ii) proceso de deposición, (iii) bajas presiones y (iv) eficiencia de máquina. La flexibilidad de materiales proporciona ahorros tanto en costos de material como de máquinas a partir de mezclado en línea, y proporciona además flexibilidad en propiedades del material. El proceso de deposición agrega valor en el proceso de deposición de material, lo cual permite formas más complicadas (por ejemplo, grandes diseños y costilla) mejor flujo de material y facilidad de inclusión de grandes insertos en el molde. Las bajas presiones son dirigidas a presiones de moldeo reducidas, las cuales reducen el desgaste tanto sobre los moldes como las máquinas, y asegura muy poca tensión en las partes estructurales . La eficiencia de máquina proporciona la capacidad de usar dos o más moldes completamente diferentes a la vez para mejorar la eficiencia del sistema de extrusión, reduciendo así el número de máquinas requerido para correr una operación de producción. Además, el sistema de suministro de material de acuerdo con los principios de la presente invención puede ser integrado con muchas máquinas existentes .

Flexibilidad de materiales El proceso de moldeo por extrusión permite que mezclas compuestas a la medida sean combinadas usando diferentes tipos de resina y fibra. El sistema de extrusión puede producir partes con varias resmas como las descritas arriba. Con el moldeo por compresión tradicional, hojas termoplásticas fabricadas, comúnmente conocidas como piezas que combinan una resina con fibras y aditivos deseados se compran de un productor de hojas termoplásticas. Estas piezas, sin embargo, son costosas toda vez que han pasado a través de varios intermediarios y normalmente sólo se venden en mezclas predeterminadas . Al utilizar el proceso de moldeo por extrusión de acuerdo con los principios de la presente invención, estos costos pueden reducirse mediante el proceso de mezclado en línea utilizando la materia prima para producir las partes estructurales sin tener que comprar las hojas prefabricadas. Costos de trabajo y máquina también se reducen dramáticamente debido a que el sistema de moldeo por extrusión no requiere de hornos para precalentar el material y operadores para mover las hojas calentadas al molde. Ya que el operador controla las relaciones de mezclado como se desee, flexibilidad casi infinita se añade al proceso, incluyendo la capacidad de alterar propiedades mientras se moldea o para crear un cambio en color gradual, por ejemplo.

Asimismo, a diferencia del moldeo por hoja, el sistema de moldeo por extrusión no requiere que el material tenga una resistencia a la fusión, dando al sistema flexibilidad agregada. En una modalidad, el sistema de moldeo por extrusión puede utilizar resinas termoendurecidas para producir las partes extructurales . El sistema de moldeo por extrusión también puede usar una variedad de materiales de fibra, incluyendo carbono, vidrio y otras fibras como las descritas arriba, para el refuerzo con fracciones de volumen de fibra logrables de más del 50% y longitudes de fibras de 2.54 a 10.2 centímetros o más con 85 por ciento o más de la longitud de la fibra siendo mantenida a partir de materia prima hasta una parte terminada.

Proceso de deposición El sistema de extrusión de acuerdo con los principios de la presente invención, permite el tendido de materiales compuestos variables; en regiones del molde en donde más material va a utilizarse para diseño profundo o costillas ocultas, por ejemplo, de esta manera reduciendo al mínimo la fuerza utilizada durante el moldeo y prensado. El tendido de material compuesto variable resulta en más precisión, moldes más llenos y menos "disparos cortos" como se entiende en la técnica que con procesos de moldeo por compresión típicos . El tendido variable también permite que se moldeen grandes- características sobre ambos lados de la parte estructural, así como la colocación de insertos o núcleos en la parte estructural. Finalmente, ya que el material tiene una viscosidad relativamente muy baja mientras está siendo depositado en un estado fundido sobre el molde (a diferencia de ser premezclado en una hoja y luego prensado en un molde) , las fibras son capaces de entrar más fácil en las costillas y cubrir áreas dimensionales grandes sin ser atrapadas u orientarse de manera indeseable.

Bajas presiones El material compuesto termoplástico que está siendo depositado durante el proceso de moldeo por extrusión es mucho más fluido que aquél de una hoja premezclada caliente, permitiendo de esta manera que el material compuesto termoplástico fluya más fácilmente al interior del molde. La fluidez del material compuesto que está siendo depositado sobre el molde da como resultado requerimientos de presión de moldeo reducido significativamente sobre la mayoría de los demás procesos de moldeo. Las prensas para este proceso generalmente funcionan en la escala de 7.03 kilogramos por centímetro cuadrado, en comparación con 70.3 kilogramos por centímetro cuadrado de presión usados para el moldeo por compresión. Esta presión más baja se traduce en menos desgaste, reduciendo así mantenimiento tanto de los moldes como de la prensa. Debido a las presiones más bajas, en lugar de requerir de una herramienta de acero que pudiera costar más de $200,000 dólares, se usa un molde de aluminio capaz de 300,000 ciclos y que puede fabricarse con tan poco como $40,000. dólares Herramientas menos costosas significa también más flexibilidad para cambios de diseño futuros. Ya que la resina termoplástica se reubica y se forma sobre la cara del molde bajo presiones más bajas, se impone menos tensión en el material, de esta manera llevando a mejor tolerancia bidimensional y menos formación de rebabas .

Eficiencia de la máquina Debido a que el proceso de moldeo por extrusión puede usar dos o más moldes que corren al mismo tiempo, existe una reducción en el tiempo de ciclo promedio por parte, incrementando así la productividad ya que el primer conjunto de molde puede enfriarse y retirarse mientras un segundo molde está siendo llenado y comprimido. Asimismo, el sistema de moldeo por extrusión utiliza componentes redundantes mínimos. En una modalidad, el sistema de extrusión utiliza una prensa separada para cada molde, pero otro equipo puede consolidarse y compartirse entre los conjuntos de moldes y se puede modificar fácilmente en software para recibir otros moldes. El sistema de extrusión y suministro 600a además puede integrarse en instalaciones de fabricación actuales y moldes y prensas de compresión existentes pueden combinarse. La figura 8A es un diagrama de flujo ejemplar que describe el proceso de moldeo por extrusión que puede utilizarse para formar artículos o partes estructurales mediante el uso de un control de dos o tres ejes para depositar el material compuesto sobre el molde inferior 626.

El proceso de moldeo por extrusión inicia en la etapa 802. En la etapa 804, el material termoplástico es calentado para formar material termoplástico fundido y mezclado con las fibras en la etapa 802 para formar un material compuesto. En la etapa 708, el material compuesto fundido es suministrado a través del dado dinámico para gravitar sobre un molde inferior 626. Para el proceso de depósito por extrusión de dos ejes, una salida fija del dado puede utilizarse. En un proceso de dos ejes, el movimiento del carro se mantiene a una velocidad constante. En un proceso de control de extrusión de tres ejes, un dado dinámico 606 puede utilizarse en conjunto con velocidades de carro o molde variables. Tanto para el proceso de control por extrusión de dos como tres ejes, el molde inferior 626 puede moverse en espacio y tiempo mientras recibe el material compuesto para conformar la cantidad de material compuesto requerida en la cavidad 630 definida por los moldes inferior y superior 626 y 632 en la etapa 810. En la etapa 812, el molde superior 632 es presionado al molde inferior 626 para presionar el material compuesto en los moldes superior e inferior 626 y 632. El proceso concluye en la etapa 81 . La figura 8B es un diagrama de flujo ejemplar para producir partes estructurales utilizando el sistema de moldeo por extrusión 600a de la figura 6A por medio del proceso de moldeo por extrusión de control de tres ejes. El proceso de producción de partes estructurales comienza en la etapa 816. En la etapa 818, material termoplástico es recibido. El material termoplástico es calentado en la etapa 822. En una modalidad, el material termoplástico es calentado hasta un estado fundido o derretido. En la etapa 820, fibras que tienen una longitud de fibra predeterminada son recibidas . En la etapa 822, las fibras son mezcladas con el material termoplástico calentado para formar un material compuesto. Las fibras pueden ser hebras largas de fibras formadas de vidrio u otro material endurecedor utilizado para formar grandes partes estructurales. Por ejemplo, longitudes de fibra de 1.27 centímetros hasta 10.12 centímetros o más en longitud pueden utilizarse para formar las partes estructurales . El material compuesto es extruido en la etapa 826. En el proceso de extrusión, el tornillo transportador 620 u otro mecanismo utilizado para extruir el material compuesto se configuran para evitar sustancialmente dañar las fibras de tal manera que las longitudes de fibra originales se mantengan sustancialmente (por ejemplo, 85 por ciento o más) . Por ejemplo, en el caso de usar un tornillo transportador tipo gusano 620, la separación entre hebras se selecciona para que sea más grande que la longitud de las fibras, de esta manera evitando en forma sustancial dañar las fibras . En la etapa 828, el material compuesto extruido 625 puede ser emitido dinámicamente a diferentes velocidades de flujo volumétrico a través de un plano para proporcionar el control de la deposición del material compuesto extruido 625 sobre el molde inferior 626. El molde inferior 626 puede sincronizarse en posición para recibir el material compuesto extruido 625 en relación a las velocidades de flujo volumétrico diferentes a través del plano P en la etapa 830.

En una modalidad, la sincronización de posición del molde 626 se lleva a cabo de acuerdo con elementos de control de flujo 624 que se localizan a una altura arriba del carro 608, lo cual puede traducirse en una velocidad sustancialmente constante o ajustable. Por ejemplo, para depositar una capa de material compuesto constante o extruida en plano 628, el carro 608 es movido a una velocidad sustancialmente constante, pero para incrementar o reducir el volumen de la capa de material compuesto extruida 628, el carro 608 puede ser movido a una velocidad más lenta o más rápida, respectivamente. En la etapa 832, el material compuesto extruido 625 que se forma en la capa de material compuesto extruida 628 es prensado en el molde 626 para formar la parte estructural termóplástica. El proceso de formación de parte estructural concluye en la etapa 834. La figura 9 es un diagrama de bloques ejemplar 900 del controlador 612 configurado para comunicar con controladores que operan dentro de componentes del sistema de extrusión 600a de la figura 6A. El controlador 612 se comunica con los diferentes controladores para comunicación bidireccional usando canales de comunicación digitales y/o análogos como se entiende en la técnica. Los controladores que operan dentro de los componentes pueden ser software de control de circuito abierto o cerrado que operen a base de procesadores como se entiende en la técnica y que operen como computadoras esclavas al controlador 612. Como alternativa, los controladores pueden ser controladores no a base de procesadores, tales como circuitos análogos o digitales, que funcionen como unidades esclavas para el controlador 612. Los alimentadores 614 pueden incluir un controlador de velocidad y temperatura 902 que funcione para controlar la velocidad y temperatura de los alimentadores 614 para mezclar el material del compuesto Ml y material de fibra M2. La velocidad del alimentador y los controladores de temperatura 902 pueden formarse a partir de controladores individuales o varios para controlar motores- y calentadores . El controlador 612 funciona para especificar u ordenar la velocidad o índice y temperatura de los alimentadores 614, mientras que el controlador de velocidad y temperatura 802 de los alimentadores 614 funciona para ejecutar los comandos recibidos por el controlador 812. Por ejemplo, con base en la cantidad de material compuesto que se esté extruyendo por medio del dado dinámico 606, el controlador 612 puede incrementar la velocidad de los materiales Ml y M2 que estén siendo alimentados en el extrusor 606. El controlador 612 está en comunicación además con el controlador de calentador 904. El controlador 612 puede comunicar datos de control al controlador de calentador 904 con base en datos de retroalimentación recibidos desde el controlador de calentador 904. Por ejemplo, si la temperatura del controlador de calentador 904 se reduce durante operaciones de alimentación, entonces el controlador 612 puede emitir comandos por medio de los datos de control 1018 al controlador de calentador 904 para incrementar la temperatura del calentador 618. Como alternativa, el controlador de calentador 904 puede regular la temperatura usando un circuito regulador de retroalimentación como se entiende en la técnica a la temperatura comandada por el controlador 612 y reportar simplemente la temperatura al controlador 612 para propósitos de monitoreo. El controlador 612 está además en comunicación con un controlador de velocidad y temperatura de extrusor 906, el cual proporciona control sobre la velocidad del tornillo transportador 620 y la temperatura del extrusor 604. El controlador de velocidad y temperatura de extrusor 906 puede funcionar para controlar varios calentadores dentro de zonas del extrusor 604 y comunicar las temperaturas de cada calentador al controlador 612. Se debe entender que el controlador de velocidad y temperatura del extrusor 906 puede formarse a partir de varios controladores . El controlador 612 está en comunicación además con un controlador de dado dinámico 908 que controla los elementos de control de flujo 624 del dado dinámico 606. El controlador de dado dinámico 908 puede funcionar para controlar cada uno de los elementos de control de flujo 624 colectiva o individualmente. Como alternativa, cada elemento de control de flujo 624 puede controlarse individualmente por controladores separados. En consecuencia, el controlador 612 puede funcionar para enviar comandos al controlador de dado dinámico 908 para establecer la posición para cada uno de los elementos de control de flujo 624 de una manera de circuito abierto. Por ejemplo, se puede usar un motor de velocidad gradual de una manera de circuito abierto. La posición real de cada uno de los elementos de control de flujo 624 puede comunicarse de regreso al controlador 612 por medio de los datos de retroalimentación 1022 para que el controlador 612 los utilice para controlar las posiciones de los elementos de control de flujo 624. El controlador 612 también está en comunicación con un controlador de carro 910 que está acoplado al carro 608 y que funciona para controlar la posición del carro 608 y la temperatura del molde inferior 626. El controlador 612 puede proporcionar señales de control 1018 al controlador de carro 910 que opera como un servo para impulsar al carro 608 a las posiciones comandadas por el controlador 612, el cual, en el caso de depositar el material compuesto extruido 625 sobre el molde inferior 626, coloca al molde inferior 626 en • consecuencia. Aunque la capa de material compuesto extruida 628 que es depositada sobre el molde inferior 626 se funde en el momento de la deposición, la capa de material compuesto extruida 628 depositada primero tiende a enfriarse al depositar el material compuesto extruido posteriormente 625. Por lo tanto, el controlador 612 puede comunicar datos de control 1018 al controlador de carro 910 para mantener la temperatura de la capa de material compuesto extruida 628, ya sea a una temperatura sustancialmente constante, con base en el tiempo de deposición del material compuesto extruido 625, y/o con base en otros factores, tales como los requerimientos de temperatura en estado fundido del material termoplástico Ml . Datos de retroalimentación 1022 pueden proporcionar la temperatura y estado actual de la posición y velocidad del carro 608 y la temperatura del molde inferior 626 de tal manera que el controlador 612 pueda llevar a cabo funciones de administración y monitoreo. El controlador 612 está en comunicación además con un controlador de calor/frío 912, el cual funciona para controlar la temperatura de calentadores y/o enfriadores para el sistema de moldeo por extrusión 600a. El controlador de calor/frío 912 puede recibir los datos de control 1018 provenientes del controlador 612 que comanda al controlador de calor/frío 912 operar a una temperatura específica o variable con base en un número de factores, tales como material termoplástico Ml, temperatura ambiente, características de la parte estructural que se esté produciendo, velocidades de producción, etc. El controlador de calor/frío 912 puede controlar calentadores y enfriadores a nivel sistema o calentadores y enfriadores a nivel componente. Los datos de retroalimentación 1022 pueden proporcionar la temperatura y estado actual de los calentadores y enfriadores de tal manera que el controlador 612 pueda llevar a cabo funciones de manejo y monitoreo. El controlador 612 está en comunicación además con un controlador de prensa .914, el cual funciona para controlar la operación y temperatura de la prensa del molde superior 632. El controlador de prensa 914 puede ser un controlador estándar que el fabricante de la prensa 610 suministre con la prensa 610. En forma similar, el controlador de prensa 914 puede incluir un controlador de temperatura para controlar la temperatura del molde superior 932. Como alternativa, el controlador de temperatura puede no estar asociado con el controlador de prensa 914 provisto por el fabricante de la prensa 910. Datos de retroalimentación 612 pueden proporcionar la posición actual y la fuerza de la prensa y la temperatura del molde superior 632 de tal forma que el controlador 612 pueda llevar a cabo funciones de manejo y monitoreo. El controlador 612 está en comunicación además con un controlador de herramienta de extracción 916 que funciona para controlar operaciones de extracción en un componente estructural moldeado. En respuesta el controlador 612 que recibe notificación del controlador de prensa 914 que la prensa 610 ha completado operaciones de prensado, el controlador 612 puede enviar señales de control 1018 al controlador de herramienta de extracción 916 para iniciar la extracción del componente estructural fundido. En consecuencia, los datos de retroalimentación 1022 pueden utilizarse para indicar la operación actual de la herramienta de extracción. Si los datos de retroalimentación 1022 indican que la herramienta de extracción está teniendo dificultades para extraer el componente estructural moldeado, un operador del sistema de moldeo por extrusión 600a puede ser notificado de que existe un problema con la herramienta de extracción, los moldes superior o inferior 626 y 632, la prensa 610, el calentador o enfriador del molde superior o inferior 626 y 632, u otro componente o función del sistema de moldeo por extrusión 600a. Se debe entender que aunque el controlador 612 puede configurarse para que sea un configurador maestro para cada uno de los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a, que el controlador 612 puede configurarse para manejar los componentes de una manera de controlador más distribuida. En otras palabras, los controladores de los componentes pueden funcionar ya que más controladores inteligentes que usan los parámetros de las partes estructurales están siendo producidos para calcular parámetros operativos y de control y menos como servos que son comandados por el controlador 612 para llevar a cabo una función. Se debe entender además que el controlador 612 puede programarse para recibir diferentes configuraciones mecánicas del sistema de moldeo por extrusión 600a. Por ejemplo, si el sistema de moldeo por extrusión 600a estuviera configurado de tal manera que la salida del extrusor 606 se tradujera o se trasladara o de otra manera se moviera en relación a un molde inferior estacionario 626, lo cual podría o no estar acoplado a un carro 608, entonces el controlador 612 puede programarse para controlar el movimiento de la salida del extrusor 606 en lugar del movimiento del carro 608. La figura 10 es un diagrama de bloques ejemplar del controlador 612 de la figura 6A. El controlador 612 incluye un procesador 1002 acoplado a una memoria 1004 e interfaz de usuario 1006. La interfaz de usuario 1006 puede ser una pantalla de tacto, presentador visual y teclado electrónico, interfaz a base de pluma o cualquier otra interfaz de usuario como se entiende en la técnica. El procesador 1002 está acoplado además a una unidad de entrada/salida (I/O) y una unidad de almacenamiento 1010 que almacena información en bases de datos o archivos 1012a-1012n (colectivamente, 1012) .

Las bases de datos 1012 pueden utilizarse para almacenar parámetros de control para controlar el sistema de moldeo por extrusión 600a, tales como datos asociados con los moldes inferior y superior 626 y 632. Las bases de datos 1012 además pueden utilizarse para almacenar retroalimentación de datos desde el sistema de extrusión 600a durante el funcionamiento del mismo . El procesador 1002 funciona para ejecutar software 1014 utilizado para controlar los diferentes componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a y para manejar las bases de datos 1012. Para controlar el sistema de moldeo por extrusión 600a, el software 1014 se comunica con el sistema de moldeo por extrusión 600a por medio de la unidad I/O 1008 y el bus de control 1016. Datos de control 1018 se comunican por medio de paquetes de datos y/o señales de control análogas a través de un bus de control 1016 al sistema de moldeo por extrusión 600a. Se debe entender que el bus de control 1016 puede formarse a partir de varios buses de control, con lo cual cada bus de control está asociado con un componente diferente del sistema de moldeo por extrusión 600a. También se debe entender que el bus de control 1016 puede funcionar utilizando un protocolo en serie o paralelo. Un bus de retroalimentación 1020, el cual puede ser una estructura de bus individual o múltiple, funciona para datos de retroalimentación 1022 provenientes del sistema de moldeo por extrusión 600a durante su funcionamiento. Los datos de retroalimentación 1022 pueden ser datos sensoriales, tales como temperatura, posición, velocidad, nivel, presión o cualquier otra información sensorial medida a partir del sistema de moldeo por extrusión 600a. En consecuencia, la unidad I/O 1008 funciona para recibir los datos de retroalimentación 1022 desde el sistema de moldeo por extrusión 600a y comunicar los datos de retroalimentación 1022 al procesador 1002 para ser utilizados por el software 1014. El software 1014 puede almacenar los datos de retroalimentación en la base de datos 1012 y utilizar los datos de retroalimentación 1022 para controlar los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a. Por ejemplo, en el caso de la temperatura del calentador esté siendo retroalimentada por el controlador de calentador 904 al controlador 612, si la temperatura del calentador 612 se hace demasiado baja, entonces el controlador 612 puede enviar un comando por medio de los datos de control 1018 al calentador 618 para incrementar la temperatura del mismo. El controlador 612 o componente (por ejemplo calentador) puede incluir un sistema de control automático como se entiende en la técnica para llevar a cabo el control y regulación del componente . En funcionamiento, el controlador 612 puede almacenar parámetros de control para producir una o más partes estructurales por el sistema de moldeo por extrusión 600a. Por ejemplo, datos asociados con parámetros de los moldes 626 y 632, tales como dimensiones de las cavidades 630, pueden almacenarse en la base de datos 1012. Al almacenar varios conjuntos de parámetros para diferentes partes estructurales, el sistema de moldeo por extrusión 600a puede utilizarse para formar las partes estructurales de manera sustancialmente simultánea. El procesador 1002 puede ejecutar el software 1014 con los diferentes conjuntos de parámetros en paralelo para formar las partes estructurales de manera sustancialmente simultánea. Es decir, cuando una parte estructural está siendo prensada, otra puede formarse por medio del dado dinámico 606 al aplicar el material compuesto de extrusor 625 sobre el molde inferior 626. La figura 11 es un diagrama de bloques ejemplar del software 1014 que se ejecuta por el procesador 1002. Un administrador de sistema 1100 funciona para administrar varios aspectos del controlador 612. El administrador de sistema 1100 se interconecta con una interfaz de operador 1102, unidades de sistema 1104 y administrador de base de datos 1106. La interfaz de operador 1102 se utiliza para proporcionar una interfaz para un operador del sistema de moldeo por extrusión 600a para controlar al sistema de moldeo por extrusión 600a manualmente o establecer programas y/o perfiles para producir partes estructurales. La interfaz de operador 1102 se comunica con un selector de programas 1108, el cual, cuando es programado previamente, permite al operador seleccionar programas para producir las partes estructurales. Por ejemplo, un programa que esté establecido para producir una tarima puede seleccionarse por medio de la interfaz de operador 1102 por un operador de tal manera que se controle el sistema de moldeo por extrusión 600a para producir la tarima como se definió por un diseñador de la tarima de acuerdo con los moldes inferior y superior 626 y 632. En una modalidad, el selector de programas 1108 simplemente selecciona un programa genérico que produce partes estructurales específicas al controlar el sistema de moldeo por extrusión 600a utilizando un conjunto específico de parámetros para controlar los componentes en consecuencia. El selector de programas 1108 puede comunicarse con un selector/editor de parámetros 1110 que permita al operador seleccionar un conjunto particular de parámetros para formar una parte estructural particular y/o editar los parámetros para alterar el proceso para formar la parte estructural. El selector/editor de parámetros 1110 puede interconectarse con el administrador de base de datos 1106 para seleccionar un conjunto particular de parámetros a partir de una variedad de archivos de datos de parámetros diferentes disponibles para el controlador 612 para impulsar componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a a formar diferentes partes estructurales. Por ejemplo, el administrador de base de datos 1106 puede tener acceso a un conjunto de parámetros para producir una tarima, viga en forma de I, tablero posterior, etc. Se debe entender que cada uno de los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a pueden controlarse por controladores genéricos y que los parámetros seleccionados para producir una parte estructural pueden alterar el comportamiento de cada uno de los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a en consecuencia. Los controladores de sistema 1104 pueden utilizarse para integrarse con los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a como se entiende en la técnica. Por ejemplo, los controladores de sistema individuales 1104 pueden utilizarse para controlar los alimentadores 614, calentador 618, extrusor 604, dado dinámico 606, carro 608 y prensa 610. Los controladores de sistema 1104 pueden adaptarse por el operador de sistema de moldeo por extrusión 600a o ser un controlador genérico provisto por un fabricante de un componente particular, tal como la prensa 610. Durante el funcionamiento del sistema de moldeo por extrusión 600a que produce una parte estructural, los controladores del sistema 1104 pueden utilizar los parámetros seleccionados para producir la parte estructural para controlar los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a. Al controlar los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a, una base de datos 1012 y un administrador de retroalimentación de alerta de estado 1114 se utilizan para proporcionar control de retroalimentación para cada uno de los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a. Por ejemplo, el calentador 618 puede retroalimentar la temperatura real por medio de un sensor de temperatura (no mostrado) . Con base en la temperatura medida del calentador 618, un controlador de sistema 1104 utilizado para controlar el controlador 618 puede incrementar o disminuir la temperatura del calor 618 de acuerdo con la medición de temperatura real. En consecuencia, se pueden utilizar otros sensores para retroalimentar temperatura, presión, velocidad, peso, posición, etc., de cada componente y/o material compuesto dentro del sistema de moldeo por extrusión 600a. En caso de una falla crítica de un componente, se pueden retroalimentar alertas al controlador 612 y detectarse por el administrador de retroalimentación de alerta de estado 1114. Si se considera una alerta como una falla principal, los controladores de sistema 1104 pueden apagar uno o más de los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a para evitar daño a hardware o lesiones personales a un operador. En respuesta a esa alerta, el administrador de sistema 1100 puede desencadenar la interfaz de operador 1102 para desplegar la falla y proporcionar una notificación en cuanto acciones correctivas o alguna otra cosa. La figura 12 es un esquema ejemplar de los elementos de control de flujo 624a 624f y molde inferior 626, el cual está seccionado en una rejilla 1202. Las separaciones de la rejilla se definen por los elementos de control de flujo 624 a lo largo del eje y (identificado como separaciones 1-5) y definidas por las separaciones a-e a lo largo del eje x. Se debe entender que una resolución más alta para la rejilla puede lograrse utilizando más elementos de control de flujo 624 a lo largo del eje y y definiendo separaciones más pequeñas a lo largo del eje x. Dependiendo de la parte estructural particular que se esté formando, resoluciones más altas o más bajas pueden desearse y parámetros establecidos por el operador para definir las resoluciones más altas o más bajas y pueden almacenarse en el controlador 612 por medio del administrador de base de datos 1106 para su uso en producir las partes estructurales. Las tablas 2-10 son tablas de datos ejemplares que se utilizan para controlar los componentes del sistema de moldeo por extrusión 600a. Específicamente, las tablas proporcionan los datos de control 1018 para controlar los componentes y datos de retroalimentación 1022 recibidos por el controlador 612 desde los componentes . La tabla 2 proporciona el control de los alimentadores 614 que se usan para alimentar material compuesto termoplástico Ml, material de fibra M2 y cualquier otro material (por ejemplo color) para formar las partes estructurales. Como se muestra, los datos de control 1018 incluye la velocidad a la que cada alimentador 614 está suministrando material al sistema de moldeo por extrusión 600a y los datos de retroalimentación 1022 incluyen el nivel del material actualmente en cada alimentador 614. Durante el funcionamiento del sistema de moldeo por extrusión 600a, la velocidad del material que esté siendo suministrado desde el alimentador 614 se controla y el nivel de material en los alimentadores 614 se mide, el operador puede ser notificado del nivel de material en respuesta al alimentador 614 que alcance una cantidad mínima de tal forma que el operador pueda aplicar material adicional al alimentador 614. Tabla 2 Alimentadores de Material Datos de Control Datos de retroalimentación Velocidad del Material de Alimentación 1 Nivel de Material 1 Velocidad del Material de Alimentación 2 Nivel de Material 2 Velocidad del Material de Alimentación 3 Nivel de Material 3 Velocidad del Material de Alimentación n Nivel de Material n La tabla 3 es una tabla ejemplar que proporciona el control de temperatura para calentadores en el extrusor 604.

En caso de que el extrusor 604 se defina como teniendo siete zonas de temperatura 1-n, las temperaturas para cada zona pueden establecerse por el control de temperatura de extrusor que se define como siendo programado para calentar o enfriar, en sentido apagado y/o una temperatura específica (no mostrada) . Los datos de retroalimentación 1022 pueden incluir la temperatura real de cada zona del extrusor 604. En consecuencia, sensores de temperatura están integrados en cada zona del extrusor 604 y las temperaturas detectadas son retroalimentadas por medio del bus de retroalimentación 1020 al controlador 612 para el control de retroalimentación. Tabla 3 Control de Temperatura del Extrusor Datos de Control Control de Temperatura del Datos de Zona Extrusor Encendido/Apagado Retroalimentación 1 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real 2 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real 3 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real 7 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real La tabla 4 es una tabla ejemplar que proporciona el control de velocidad para un motor (no mostrado) que impulsa al tornillo transportador 620 que opera en el extrusor 604. Los datos de control 1018 incluyen una programación de control de velocidad para impulsar el motor. La velocidad real y la carga del motor son retroalimentadas por medio de los datos de retroalimentación 1022 al controlador de sistema 1104 utilizado para controlar la velocidad del extrusor 604 de tornillo transportador 620, por medio de los datos de control 1018. Tabla 4 Control del Motor del Extrusor Datos de Control Datos de Retroalimentación Señal de Control de Velocidad Velocidad Real del Motor Carga Real del Motor La tabla 5 define el control de temperatura para calentadores en el dado dinámico 606. Los datos de control 1018 pueden ser definidos por zonas 1-n dentro del dado dinámico 606. En forma similar al control de temperatura del extrusor 604, el calentador 618 puede incluir controles de calentamiento y enfriamiento y/o programaciones de encendido y apagado para controlar y/o regular la temperatura de las diferentes zonas dentro del dado dinámico 606. En consecuencia, los datos de retroalimentación 1022 pueden incluir la temperatura real para cada una de las zonas dentro del dado dinámico 606 para control del mismo.

Tabla 5 Control de Temperatura del Dado Dinámico Datos de Control Control de Temperatura del Dado Datos de Zona Dinámico Encendido/Apagado Retroalimentación 1 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real 2 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real 3 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real N Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real La tabla 6 es una tabla ejemplar para el control de los elementos de control de flujo 624 del dado dinámico 606. Como se muestra, los datos de control incluyen elementos de control de flujo 1-n y posiciones para cada elemento de control de flujo 624 que varían de 1-m. Se debe entender que los elementos de control de flujo 624 pueden tener un número de posiciones casi infinito. Sin embargo, para propósitos prácticos, las posiciones del elemento de control de flujo se establecen típicamente para tener ciertas posiciones predeterminadas, tales como cada 0.635 centímetros que varíe de cero a 15.2 centímetros, por ejemplo. En el control de las posiciones de los elementos de control de flujo 624, un motor de velocidad gradual u otro tipo de motor puede utilizarse. En consecuencia, los datos de retroalimentación 1022 para los elementos de control de flujo 624 incluyen las posiciones actuales de los elementos de control de flujo 624 de tal forma que cualquier desviación de posición entre los datos de control 1018 comunicados por el controlador 612 al dado dinámico 606 puedan ser corregidos por un circuito de retroalimentación por medio de los datos de retroalimentación 1022 como se entiende en la técnica. Tabla 6 Control del Elemento de Control de Fluio del Dado Dinámico Datos de Control Elemento de Control Posición Datos de de Flujo Retroalimentación 1 Posición 1-m Posición Actual 2 Posición 1-m Posición Actual 3 Posición 1-m Posición Actual N Posición 1-m Posición Actual La tabla 7 es una tabla ejemplar que proporciona el control de temperatura para el molde inferior 626. Se debe entender que una tabla similar puede utilizarse para controlar la temperatura del molde superior 632. Como se muestra, el molde inferior 626 puede ser segmentado en un número de zonas 1-n, en donde calentadores y/o enfriadores pueden aplicarse a cada zona para calentar o enfriar el molde inferior 626 como se ordena por los datos de control 1018. En consecuencia, los datos de retroalimentación 1022 pueden proporcionar la temperatura real del molde inferior 626 de tal forma que el control de retroalimentación pueda llevarse a cabo por el controlador 612 para regular la temperatura del molde inferior 626. Por ejemplo, al aplicarse material compuesto extruido 625 al molde inferior 626, la temperatura del molde inferior 626 puede regularse a través de las zonas para regular la temperatura de la capa de material compuesto extruida 628 con base en tiempo y otros factores como al ser depositado el material compuesto sobre el molde inferior 626 y hasta que la parte estructural sea retirada de los moldes 626 y 632. Tabla 7 Control de Molde de Calentar/Enfriar Datos de Control Control de Temp. del Zona Molde Encendido/Apagado Datos de Retroalimentación 1 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real del Molde 2 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real del Molde 3 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real del Molde 4 Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real del Molde N Calentar/Enfriar Encendido/Apagado Temp. Real del Molde La tabla 8 es una tabla ejemplar que proporciona parámetros de control ejemplares para controlar el carro 608.

Como se muestra, los datos de control 1018 incluyen posición, velocidad y control de levantamiento para el carro 608. Se debe entender que datos de control 1018 adicionales pueden incluirse para controlar el movimiento del carro 608. Por ejemplo, aceleración, rotación o posición angular, u otros datos de control dinámico pueden utilizarse para mover o sincronizar el carro 608 para alinear adecuadamente el molde inferior 626 con respecto a la aplicación del material compuesto extruido 625 que esté siendo depositado o gravitado sobre el molde inferior 626. Los datos de retroalimentación 1022 para el carro 608 pueden incluir la posición real y velocidad actual del carro 608. Los datos de control de levantamiento pueden utilizarse para acoplar y desacoplar las ruedas 634 del carro 608 tanto durante la deposición del material compuesto extruido 625 al molde inferior 626 como cuando se prensa la capa de material compuesto extruida 628 en los moldes 626 y 632 por medio de la prensa 610, respectivamente. La posición real del levantador puede ser retroalimentada para asegurar así que la prensa 610 no sea activada hasta que las ruedas 634 sean desacopladas por medio del mecanismo de levantamiento (por ejemplo, tubos de aire) . Tabla 8 Control del Carro Datos de Control Datos de retroalimentación Datos de Control de Posición Posición Real del Carro Datos de Control de Velocidad Velocidad Real del Carro Datos de Control de Levantamiento Posición de Levantamiento Real La tabla 9 es una tabla ejemplar que proporciona el control de la prensa 610. Los datos de control 1018 pueden incluir datos de control de aseguramiento y tiempo de prensa de ciclo. Los datos de retroalimentación 1022 pueden incluir la posición del carro 608 en la prensa 610 y la posición de la platina de la prensa. Otros parámetros de control y retroalimentación pueden incluirse adicionalmente para controlar la prensa. Por ejemplo, el control de la temperatura del molde superior 632, fuerza de la prensa 610, etc., también pueden incluirse. Tabla 9 Control de la Prensa Datos de Control Datos de retroalimentación Datos de Control de Seguro Posición del Carro en la Prensa Tiempo de Prensa de Ciclos Posición de la Platina de la Prensa La tabla 10 proporciona una tabla ejemplar para el control de una herramienta de extracción (no mostrada) para extraer una parte estructural formada de los moldes 626 y 632 luego de concluir el prensado y, opcionalmente, procesos de enfriamiento para formar la parte estructural . Los datos de control 1018 pueden incluir un ciclo de extracción de inicio y los datos de retroalimentación 1022 pueden incluir una sola posición de herramienta de extracción. Se debe entender que varias herramientas de extracción o elementos de una herramienta de extracción pueden utilizarse y que otros datos de retroalimentación sensoriales pueden detectarse y retroalimentarse al controlador 612. Tabla 10 Control de Herramientas de Extracción Datos de Control Datos de retroalimentación Ciclo de Extracción inicial Posición de la Herramienta de Extracción La figura 13 es una vista superior de los elementos de control de flujo 624a-624i alineados para depositar el material compuesto sobre el molde inferior 626 de la figura 6A. Como se muestra, los elementos de control de flujo 624 están colocados a lo largo del eje y, lo cual proporciona el control de tres ejes para depositar el material compuesto extruido 625 sobre el molde inferior 626. En consecuencia, el control de eje x para depositar el material compuesto extruido 625 puede ser provisto por el control del movimiento del carro 608 a diferentes velocidades debajo de los elementos de control de flujo 624, el control del eje y para depositar el material compuesto extruido 625 puede ser provisto por el ajuste de los elementos de control de flujo 624 y el control del eje z para depositar el material compuesto extruido 625 puede resultar de controlar la deposición del material compuesto extruido 625 a lo largo de los ejes x y y.

El control para depositar el material compuesto extruido 625 a lo largo de los ejes x, y y z se puede llevar a cabo usando una variedad de técnicas, incluyendo: (1) controlar la velocidad de flujo volumétrico del material compuesto proveniente del extrusor 604 por medio de la velocidad de rotación del tornillo transportador 620; (2) controlar la velocidad de movimiento del carro 608 en un solo eje; (3) controlar la abertura de la salida del extrusor 604 que tiene un solo elemento de control de flujo 624 o varios elementos de control de flujo 625 que funcionan uniformemente; (4) controlar individualmente los elementos de control de flujo múltiples 624 y (5) controlar el movimiento del carro 608 en varios ejes. Cada una de estas técnicas asume que otras variables se mantengan constantes. Por ejemplo, la técnica (1) asume que la abertura de salida del extrusor 604 sea fija y que el carro 608 viaje a una velocidad constante debajo de la abertura de salida. La técnica (2) asume que la velocidad de flujo volumétrica del material compuesto proveniente del extrusor 604 es constante y que la abertura de salida del extrusor 604 es fija. Sin embargo, se debe entender que las técnicas pueden combinarse para proporcionar el control adicional de la colocación del material compuesto extruido 625 sobre el molde inferior 626 como se describió con respecto a la figura 6A, en donde se combinan las técnicas (1) , (2) y (4) . La técnica (5) incluye proporcionar no sólo el control del eje x y y sobre el molde inferior 626, sino también el eje z y la rotación alrededor de cualquier número de ejes. Al proporcionar este control sobre el molde inferior 626 usando la técnica (5) , se pueden formar una variedad de partes estructurales que podría no ser posible de otra manera. En suma, el control por computadora general de los diferentes elementos del proceso de la invención juega un papel crítico en la coordinación del proceso de extrusión y la producción de la parte deseada y la capacidad operativa general del proceso. Finalmente, en lugar de controlar el movimiento del molde inferior 626, el material compuesto extruido 625 puede ser depositado sobre un molde inferior estacionario o movible 626 usando aberturas de salida movibles del extrusor 604. Por ejemplo, aberturas de salida que viajan a lo largo de rieles u otra estructura metálica pueden controlarse para depositar el material compuesto en lugares específicos sobre el molde inferior 626. Una analogía de este mecanismo es una impresora de inyección de tinta. En referencia de nuevo a la figura 13 , los elementos de control de flujo 624 se muestran en relación al molde inferior 626 mientras pasa bajo el dado dinámico 606 y los números del lado derecho corresponden a la posición del carro 608 en centímetros mientras pasa bajo el dado dinámico 606. El molde inferior 626 inicia 25.4 centímetros dentro del carro 608 debido a que el molde inferior 626 es más pequeño que el carro 608. Las tablas 11-12 son tablas ejemplares que proporcionan parámetros para el control de velocidad y compuerta para los elementos de control de flujo 624. Los parámetros pueden utilizarse para producir la tarima utilizando el sistema de moldeo por extrusión 600a. Tabla 11 Parámetros de Control de la Velocidad del Carro Zona Control (%) Velocidad Posición Inicial Posición Final (metro/minuto) (centímetros) (centímetros) 1 0.50 2.02 0.0 25.4 2 2.00 0.50 25.4 38.1 3 1.00 1.01 38.1 68.6 4 2.00 0.50 68.6 83.8 5 1.00 1.01 83.8 114 6 2.00 0.50 114 127 Tabla 12 Parámetros del Elemento de Control de Flujo Compuerta Zona Altura Posición Inicial Posición Final (centímetros) (centímetros) (centímetros) 1 1 0.00 0.0 127 2 1 0.00 0.0 25.4 2 2 1.00 25.4 38.1 2 3 0.50 38.1 68.6 2 4 1.00 68.6 83.8 2 5 0.50 83.8 114 2 6 1.00 114 127 3 1 0.00 0.0 25.4 3 2 0.50 25.4 38.1 3 3 0.00 38.1 68.6 3 4 0.50 68.6 83.8 3 5 0.00 83.8 114 3 6 0.00 114 127 4 1 0.00 0.0 25.4 4 2 0.50 25.4 38.1 4 3 0.00 38.1 68.6 4 4 0.50 68.6 83.8 4 5 0.00 83.8 114 4 6 0.00 114 127 1 0.00 0.0 25.4 2 1.00 25.4 38.1 3 0.50 38.1 68.6 4 1.00 68.6 83.8 5 0.50 83.8 114 6 1.00 114 127 6 1 0.00 0.0 25.4 6 2 0.50 25.4 38.1 6 3 0.00 38.1 68.6 6 4 0.50 68.6 83.8 6 5 0.00 83.8 114 6 6 0.00 114 127 7 1 0.00 0.0 25.4 7 2 0.50 25.4 38.1 7 3 0.00 38.1 68.6 7 4 0.50 68.6 83.8 7 5 0.00 83.8 114 7 6 0.00 114 127 8 1 0.00 0.0 25.4 8 2 1.00 25.4 38.1 8 3 0.50 38.1 68.6 8 4 1.00 68.6 83.8 8 5 0.50 83.8 114 8 6 1.00 114 127 9 1 0.00 0.0 127 Las tablas 11 y 12 proporcionan la sincronización de posición entre los elementos de control de flujo 624 y el movimiento del carro 608. Al orquestar el movimiento entre los dos componentes (es decir, dado dinámico 606 y carro 608) , el material compuesto extruido 625 puede ser depositado en posiciones a lo largo del molde inferior 626 como se especifica por el volumen de las cavidades 630 de los moldes inferior y superior 626 y 632. En otras palabras, el material compuesto extruido 625 es depositado sobre el molde inferior 626 para formar la capa de material compuesto extruida 628 lo suficientemente gruesa como para llenar las cavidades 630 de los moldes inferior y superior 626 y 632, proporcionando así la capacidad de formar diseños profundos y costillas ocultas en ciertos lugares de partes estructurales . La figura 14 es una vista superior en perspectiva ejemplar de la esquina de una tarima 1400 producida por el sistema de moldeo por extrusión 600a de la figura 6a. Como se muestra, el diseño o profundidad di de la base 1402 de la tarima 1400 es más somero que la profundidad d2 de una pata 1404 de la tarima 1400. Al controlar la deposición del material compuesto extruido 625 sobre el molde inferior 626 utilizando los principios de la presente invención, grandes partes estructurales que tienen características, tales como la pata 1404, que tiene un diseño más profundo d2 en regiones específicas de- las partes estructurales pueden formarse usando un material M2 más rígido (por ejemplo, fibras de hebra larga) . Las figuras 15A y 15B son vistas ejemplares inferiores y superiores en perspectiva, respectivamente, de una plataforma 1500 que tiene costillas ocultas 1502a-1502e (colectivamente 1502) . Como se muestra, las costillas ocultas 1502 tienen altura variable, pero tienen un volumen definitivo sobre una o más zonas. Por lo tanto, al depositar más material compuesto extruido 625 sobre las zonas que tienen las costillas ocultas 1502 y menos material compuesto extruido 625 sobre las zonas sin las costillas ocultas 1502. Debido a que la plataforma 1500 está formada como una sola estructura compuesta moldeada usando el sistema de moldeo por extrusión 600a, la plataforma 1500 tiene menores debilidades en la estructura en comparación con una plataforma que se forma a partir de varias partes.

Técnicas de inserción Además de formar partes estructurales usando material compuesto que tiene fibras mezcladas en el mismo para proporcionar resistencia en la formación de partes grandes, algunas partes estructurales además se mejoran estructuralmente al tener otros componentes, tales como fijaciones, sujetadores y/o endurecedores, incrustados o insertados en ciertas regiones. Por ejemplo, las partes estructurales que van a proporcionar interconectividad pueden utilizar partes metálicas que se extiendan desde el material compuesto para proporcionar interconexiones fuertes y confiables. Una de estas partes estructurales es una porción de un piso que cubra 1600 para un riel de hielo, como el ilustrado en la figura 16A. La cobertura de piso 1600 incluye el material termoplástico 1602, el cual puede formarse del material termoplástico Ml y fibras M2, y un sujetador 1604, el cual se forma de metal. Al formar la cubierta de piso 1600, el sujetador 1604 es colocado o configurado en el molde inferior 608 de tal manera que la capa de material compuesto extruida 628 forme una capa de unión 1606 con el sujetador 1604 para mantener la posición del mismo. Para asegurar más el sujetador 1604 a la cubierta de piso 1600, orificios (no mostrados) pueden ser incluidos en el sujetador 1604 para permitir que la capa de material compuesto extruida 628 llene los orificios. Durante el proceso de formación, pueden configurarse accionadores en el molde inferior 626 para mantener la posición del sujetador 1604 durante el proceso de moldeo por extrusión y liberarse por medio del controlador 612 mientras la capa de material compuesto extruida 628 aún esté en forma fundida. Se debe entender que el sujetador 1604 puede configurarse como alternativa en el molde superior 632. La figura 16B es una porción ejemplar de un tablero posterior 1610 que comúnmente se usa por paramédicos. El tablero 1610 se forma de material compuesto 1612 e incluye un inserto 1614 encapsulado en el material compuesto 1612. El inserto 1614 puede ser un tubo de fibra de carbono de tal manera que el tablero 1610 pueda ser endurecido, de peso liviano y transparente a rayos X. Al encapsular el inserto, el molde inferior 626 puede tener accionadores o sujetadores simples que mantengan al inserto 1614 en su lugar mientras la capa de material compuesto extruida 628 forme una capa de unión 1616 con los mismos. Nuevamente, mientras la capa de material compuesto extruida 628 está en un estado fundido, los accionadores y/o pasadores pueden ser liberados de tal manera que la capa de material compuesto extruida 628 llene cualquier hueco dejado de los accionadores o pasadores. Se debe entender que el inserto 1614 puede ser sustancialmente cualquier material a base de la aplicación particular o parte estructural que se esté formando. La figura 17 es un diagrama de flujo 1700 ejemplar que describe funcionamientos para insertar o incrustar un inserto, tal como un sujetador, soporte u otro elemento, en una parte estructural utilizando el sistema de moldeo por extrusión 600a de la figura 6a. El proceso de inserción inicia en la etapa 1702. En la etapa 1704, el inserto es configurado ya sea en el molde inferior o superior 626 o 632. En la etapa 1706, el material compuesto extruido fundido 625 es depositado en el molde inferior 626. El material compuesto extruido se forma alrededor de al menos una porción del inserto en la etapa 1708 para asegurar el inserto en la parte estructural que se esté formando. En una modalidad, el inserto es encapsulado o incrustado completamente en el material compuesto extruido 625 (véase, por ejemplo, figura 16B) . Como alternativa, sólo una porción del inserto es insertada en el material compuesto extruido 625 de tal manera que una porción se extienda desde la parte estructural . En la etapa 1710, si se usa cualquier soporte para configurar el inserto en el molde inferior 626 o superior 632, entonces se retiran los soportes. Los soportes, los cuales pueden ser controlados por accionador, son simples pasadores mecánicos u otro mecanismo capaz de soportar el inserto durante la colocación del material compuesto extruido 625 sobre el molde inferior 626, son retirados antes de que la capa de material compuesto extruida 628 se endurezca en la etapa 1712. La capa de material compuesto extruida 628 puede endurecerse por enfriamiento natural o forzado durante el prensado, vacío u -otra operación para formar la parte estructural. Al retirar los soportes antes de que la capa de material compuesto extruida 628 se endurezca, los espacios producidos por los soportes pueden ser llenados, de esta manera no dejando rastro de los soportes o lugares débiles en la parte estructural. En la etapa 1714, la parte estructural con el inserto al menos parcialmente incrustada en la misma se retira del molde 626 y 632. El proceso de inserción concluye en la etapa 1716. En otra modalidad de la invención, se encapsula un inserto por un proceso de la invención reclamado. De una manera análoga al proceso descrito en la figura 17, un inserto, tal como un sujetador, soporte u otro elemento, puede encapsularse con el material termoplástico extruido utilizando el sistema de moldeo por extrusión reclamado. En otras modalidades de la invención, varias capas de material de grosor variable pueden depositarse, una , sobre la otra utilizando el sistema de moldeo por extrusión reclamado. Específicamente, una primera capa de material termoplástico es extruida en un molde inferior, después de lo cual una segunda capa del mismo o diferente material termoplástico es colocada sobre la primera capa. -En ciertas modalidades de la invención, se puede colocar un inserto sobre la primera capa extruida antes de o en lugar de colocar la primera capa con una segunda capa extruida. Esta segunda forma de "colocación de capa" puede facilitar la formación de una estructura que tenga varias capas de material termoplástico, de la misma o diferente composición, y capas de materiales insertados diferentes . En forma adecuada, la presente invención permite moldear artículos que tengan características tridimensionales elevadas sólidas . Una lista no limitativa de estas características elevadas son costillas ciegas, postes, postes de montaje y lengüetas. Los artículos pueden tener opcionalmente insertos de refuerzo internos para proporcionar estabilidad y resistencia adicional. Ejemplos de insertos de refuerzos son tubos, varillas y malla, aunque cualquier tipo de soporte de estructura interna puede usarse para proporcionar el refuerzo. Los insertos de refuerzo pueden tener cualquier tipo de geometría o estructura. Por ejemplo, la apariencia transversal de los insertos de refuerzo puede ser circular, hemisférica, en forma de estrella y cuadrada, sin restricción. Los insertos de refuerzo también pueden formarse a partir de cualquier tipo de material, tal como carbono, metales, materiales sintéticos, plásticos o sustancias orgánicas tales como madera. La invención se puede usar para obtener artículos grandes, tales como artículos que no midan más de 0.15 metro en al menos uno de los planos z, y y x. En modalidades particulares, grandes artículos que tengan dimensiones de más de 0.304 metro, 0.608 metro y 0.912 metro pueden obtenerse. Los artículos grandes también pueden ser pesados, y pueden tener un peso de más de 4.53 kilogramos . En modalidades particulares, los artículos con pesos de más de 9.06 kilogramos o 11.36 kilogramos pueden prepararse.

Modalidades adicionales de la invención serán aparentes a partir de los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1 En una modalidad de la presente invención, una resina de polipropileno (COP3541) de General Polymers fue mezclada usando un extrusor de un solo gusano con un diámetro de 11.43 centímetros (equipado con seis zonas de calentamiento y un gusano de PET estándar) con fibra de fibra de vidrio de 1.27 centímetros de largo (740DS) de Johns-Manville. La mezcla de resina/vidrio consistía en 70% de polipropileno y 30% de cristal. Las zonas del extrusor se calentaron eléctricamente y se controlaron a las siguientes temperaturas: Zona 1 a 177°C; Zona 2 a 190°C; Zona 3 a 204°C; Zona 4 a 232°C; Zona 5 a 246°C; Zona 6 a 263°C. Un agente de acoplamiento (Polybond) fue añadido a la mezcla de resina de vidrio al nivel de 2% para incrementar la unión de las fibras de vidrio a la matriz de resina. La mezcla calentada se pasó por medio de un tubo de transferencia no obstruido a un dado de extrusión de hoja montado horizontalmente de varias compuertas y calentado con compuertas controladas independientemente capaces de variar el grosor del baño fundido de polímero extruido a través de cada compuerta. La mezcla fundida se mantuvo a 263 °C con el dado de compuertas a lo largo del proceso de extrusión. El extruido de resina/vidrio fundido se depositó por gravedad sobre la mitad horizontalmente movible y calentada de un molde coincidente. La deposición de la mezcla fundida se controló por una combinación de apertura y cierre de las compuertas sobre el dado de hoja montado horizontalmente acoplado con el movimiento controlado de la mitad montada horizontalmente del dado coincidido. La apertura y cierre de las compuertas en el dado y el movimiento de la mitad de molde coincidida durante el proceso de extrusión se lograron usando un programa de computadora y controles eléctricos para orquestar el ancho, longitud y profundidad precisas del material fundido depositado en cada punto sobre la superficie del molde movible. Al hacer esto, el material fundido resultante depositado en el molde representa una estructura de "forma casi neta" del producto moldeado final deseado. Luego de concluir la deposición del material fundido de "forma casi neta" de la mezcla de resina/vidrio, la mitad llena del molde coincidido se transfiere mecánicamente por medio de un sistema de carro a una prensa de compresión para una consolidación final de la parte moldeada. Ya que la mitad llenada del molde representa una "forma casi neta" de la parte moldeada final, la etapa de moldeo por compresión final con la otra mitad del molde acoplado puede lograrse a presiones muy bajas y con el movimiento mínimo de la mezcla de resina/vidrio fundida. En consecuencia, la porción hembra de un molde de igualado rectangular con una cavidad interna que mide 30.5 centímetros de ancho por 61 centímetros de largo y 0.63 centímetro de profundidad se llenó con la mezcla fundida de polipropileno/vidrio descrita arriba en un tendido de "forma casi neta" . La porción hembra llena del molde se transfirió mecánicamente a una prensa de compresión neumática de 300 toneladas equipada con una platina de 2.43 metros por 2.73 metros y una vejiga de bolsa de aire. La mitad macho del molde acoplado se comprimió sobre la mitad hembra llena del molde acoplado en una etapa de moldeo final. El molde se mantuvo hasta que se enfriara a menos de 93 °C. El panel de moldeado resultante medía aproximadamente 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro. El panel moldeado exhibía las siguientes propiedades: Resistencia a la Módulo de Resistencia a la Tracción (103) Tensión (106) Flexión (103) Dirección Axial 6.63 0.71 12.53 Dirección Transversal 6.73 0.67 11.56 Nota: Promedio de (5) mediciones cada una sobre (3) paneles separados . De esta manera, el panel moldeado exhibió propiedades mecánicas en las direcciones de máquina y transversal dentro de 20% uno de otro y por lo tanto son casi anisotrópicos . Un quemado de la resina a partir del panel moldeado y el análisis de las fibras de vidrio residuales reveló que la longitud de fibra promedio en el panel moldeado era de 1.09 centímetros contra la longitud de entrada de 1.27 centímetros. Esto representa un 85% de retención de la longitud de fibra final en el producto moldeado final.

Ejemplo 2 Una resina de ABS (Acrilonitrilo/Butadieno/Estireno) premezclada que contenía % en peso de fibra de vidrio 0.63 centímetro de largo a partir de LNP se extruyó de acuerdo con el ejemplo 1 usando la siguiente zona extrusora y temperaturas de dado: Zona 1 a 190°C; Zona 2 a 204°C; Zona 3 a 218°C; Zona 4 a 246°C; Zona 5 a 268°C; Zona 6 a 268°C; temperatura del dado a 268°C. Usando el mismo molde que en el ejemplo 1, un panel de muestra de aproximadamente 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro se preparó y exhibió las siguientes propiedades : Resistencia a la Módulo Resistencia a la Módulo Tracción (103) (106) Flexión (103) (106) Dirección Axial 7.02 0.95 12.56 0.71 Dirección Transversal 7.53 0.77 10.96 0.60 Nota: Promedio de (3) mediciones cada una. El panel moldeado exhibe propiedades mecánicas que están dentro de 20% unas de otras en las direcciones de máquina y transversal y por lo tanto las propiedades mecánicas son casi anisotrópicas . Un quemado de la resina a partir del panel moldeado y el análisis de las fibras de vidrio residuales reveló que la longitud de fibra promedio del panel moldeado era de 0.76 centímetro o 60% de la longitud de fibra original.

Ejemplo 3 Una mezcla de polipropileno y fibras de vidrio de 1.27 centímetros de largo (88% de resina/12% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 usando un molde de madera para producir una cubierta de radio acostillada y sólida y rígida con dimensiones de 3.64 metros de largo x 2.43 metros de ancho x 0.304 metro de grosor y con un peso de 54.4 kilogramos.

Ejemplo 4 Una mezcla de polipropileno y fibras de vidrio de 1.27 centímetros de largo (70% de resina/30% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 usando un molde de metal de aluminio para producir una viga de 17.8 centímetros de alto x 10.2 centímetros de ancho x 2.43 metros de largo con costillas de refuerzo sólidas en diagonal y que pesaba 9.97 kilogramos.

Ejemplo 5 Una mezcla de Nylon 6 de General Polymers y fibras de vidrio de 1.27 centímetros de largo (70% de resina/30% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 usando temperaturas de zona de extrusor y dado al menos 100°C arriba de la temperatura de transición vitrea de la resina para producir un panel de 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro .

Ejemplo 6 Una mezcla de poliéter étercetona (PEEK) y fibras de carbono de 2.54 centímetros de largo (70% de resina/30% de fibras de carbono en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 usando la zona de extrusor y temperaturas de dado al menos 100°C arriba de la temperatura de transición vitrea de la resina para producir un panel de 3.6 metros x 61 centímetros x 0.63 centímetro .

Ejemplo 7 Una mezcla de poliéter étercetona (PEEK) y fibras de Kevlar de 1.27 centímetros (70% de resina/30% de fibras de Kevlar en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 usando la zona de extrusor y temperaturas de dado al menos 100°C arriba de la temperatura de transición vitrea de la resina para producir un panel de 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro.

Ejemplo 8 Una mezcla de polipropileno y fibras de fibra de vidrio de 7.62 centímetros de largo (80% de resina/20% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 para producir un panel de 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro.

Ejemplo 9 Una mezcla de polipropileno y fibras de fibra de vidrio de 1.27 centímetros de largo (45% de resina/55% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 para producir un panel de 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro .

Ejemplo 10 Una mezcla de polipropileno y fibras de fibra de vidrio de 1.27 centímetros de largo (80% de resina/20% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 para producir las dos mitades de una tarima de manejo de materiales que fueron unidas subsecuentemente para producir una tarima de manejo de materiales con dimensiones de 122 centímetros de largo x 102 centímetros de ancho x 15.2 centímetros de alto y que pesaba 28.5 kilogramos.

Ejemplo 11 Una mezcla de polipropileno y fibras de fibra de vidrio de 1.27 centímetros de largo (70% de resina/30% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 para producir una viga de soporte que contenía un tubo de acero con diámetro interno de 6.45 centímetros cuadrados insertado a lo largo de su longitud y la viga tenía dimensiones de 6 metros de largo x 30.5 centímetros de alto x 15.2 centímetros de ancho y pesaba 82 kilogramos. El tubo de acero que había sido insertado en el molde durante la etapa de llenado de molde con resina/vidrio fundido y antes del moldeo por compresión final de la viga.

Ejemplo 12 Una mezcla de polietileno y fibras secadas de celulosa/madera largas de 2.54 centímetros (80% de resina/20% de fibras de madera) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 usando temperaturas de zona de extrusor y dado de al menos 100°C arriba de la temperatura de transición vitrea para producir un panel de 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro .

Ejemplo 13 Una mezcla de resina SMA (Anhídrido Estireno/Maleico) y fibras de fibra de vidrio de 1.27 centímetros de largo (82% de resina/18% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 usando temperaturas de zona de extrusor y dado al menos 100°C por arriba de la temperatura de transición vitrea de la resina para producir un panel de 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro .

Ejemplo 14 Una mezcla de PPS (sulfuro de polifenileno) y fibras de fibra de vidrio de 1.27 centímetros (70% de resina/30% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 usando una temperatura de zona de extrusor y dado a al menos 100°C arriba de la temperatura de transición vitrea de la resina para producir un panel de 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro.

Ejemplo 15 Una mezcla de PC (policarbonato) y fibras de fibra de vidrio de 1.27 centímetros de largo (80% de resina/20% de fibras de vidrio en peso) se procesó de acuerdo con el ejemplo 1 usando temperaturas de zona de extrusor y dado a al menos 100°C arriba de la temperatura de transición vitrea de la resina para producir un panel de 30.5 centímetros x 61 centímetros x 0.63 centímetro . El proceso de moldeo llevado a cabo de acuerdo con la presente invención se lleva a cabo a presiones de compresión sustancialmente más bajas que aquellas usadas típicamente en la industria. De manera adecuada, estas bajas presiones permiten el uso de moldes no metálicos, tales como moldes de madera, los cuales generalmente no serían capaces de soportar las altas presiones usadas en la industria. Cualquier tipo de material fibroso puede usarse en la presente invención. Por ejemplo, el material fibroso pueden ser fibras de vidrio, y fibra de vidrio, fibras de carbono, fibras sintéticas, fibras metálicas, fibras naturales, celulosa o madera. Cualquier tipo de resina termoplástica puede usarse para preparar artículos de acuerdo con la presente invención. Ejemplos de resinas termoplásticas adecuadas son poliolefinas, polihaloolefinas, poliaromáticos, poli (alquenilaromáticos) , poliestireno, resinas de acrilonitrilo/butadieno/estireno, poliamidas, nylon, ácidos policarboxílicos, poliaminas, poliéteres, poliacetales, polisulfonas, sulfuros poliorgánicos, óxidos poliorgánicos, poliésteres, policarbonatos, poliimidas, poliuretanos, resinas de poliéter étercetona, resinas de estireno/anhídrido maleico y mezclas de los mismos. La resina termoplástica puede ser un solo polímero, o una mezcla de dos o más polímeros . En modalidades particulares, la resina termoplástica puede comprender un homopolímero, copolímero, copolímero aleatorio, copolímero alternante, copolímero en bloques, copolímero de injerto, polímero de cristal líquido o una mezcla de estos polímeros. La resina termoplástica puede ser una resina virgen, una resina reciclada o una mezcla de una resina virgen o una resina reciclada en cualquier proporción. La resina termoplástica puede comprender opcionalmente un agente de acoplamiento que incremente la unión del material fibroso a la resina. Artículos tales como tarimas, vigas, puertas, productos de construcción tales como paneles para pared y componentes modulares, tubos, pilares y pilotes pueden prepararse exitosamente de acuerdo con la invención reclamada. La anterior descripción es de una modalidad preferida para implementar la invención, y el alcance de la invención no debe estar limitado por esta descripción. El alcance de la presente invención es en su lugar definido por las siguientes reivindicaciones .

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 convencional para la manufactura de los objetos o productos a que la misma se refiere.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un artículo termoplástico moldeado que comprende un material fibroso incrustado en una matriz de resina termoplástica, el artículo se prepara por medio de un proceso de bajo esfuerzo cortante que comprende las etapas de: a) combinar por fusión una mezcla de una resina termoplástica, el material fibroso y cualquier aditivo opcional usando un gusano o tornillo individual de bajo esfuerzo cortante, en donde las longitudes de las fibras del material fibroso antes del moldeo miden aproximadamente 1.27- 7.62 centímetros de largo, y el material fibroso comprende 5- 55% del peso total de la mezcla combinada; b) extruir la mezcla a través de un dado de extrusión de hoja usando extrusión de bajo esfuerzo cortante; c) depositar la mezcla extruida en una primera mitad de un molde acoplado que puede moverse horizontalmente aproximadamente en la forma general del artículo y d) moldear por compresión la mezcla depositada con la segunda mitad del molde acoplado de tal forma que presiones en la escala de 7.03-70.3 kg/cm2 y sustancialmente muy poco movimiento de la mezcla fundida se requieran para completar la consolidación y moldeo del artículo termoplástico, caracterizado porque: las longitudes de las fibras del material fibroso en el artículo moldeado son mayores que aproximadamente 60% de sus longitudes premoldeadas; menos de aproximadamente 20% de las fibras del material fibroso en el artículo termoplástico moldeado son orientadas en la misma dirección y las propiedades mecánicas del artículo moldeado en los planos x, y y z están dentro de 20% unas de otras.
2. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso se lleva a cabo sustancialmente bajo condiciones de bajo esfuerzo cortante.
3. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la extrusión se lleva a cabo a través de un dado de extrusión de hoja montado horizontalmente y de varias compuertas con compuertas controladas independientemente capaces de variar el grosor de la mezcla extruida a través de cada compuerta.
4. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla de resina/material fibroso es depositada por gravedad en el molde en la etapa c) en una disposición de forma fundida casi neta del artículo moldeado.
5. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además transferir la mezcla de resina/material fibroso a través de un tubo de transferencia antes de su extrusión.
6. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material fibroso se selecciona del grupo que consiste en fibras de vidrio, fibra de vidrio, fibras de carbono, fibras sintéticas, fibras metálicas, fibras naturales, celulosa y madera.
7. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la resina termoplástica se selecciona del grupo que consiste en poliolefinas, polihaloolefinas, poliaromáticos, poli (alquenilaromáticos) , poliestireno, resinas de acrilonitrilo/butadieno/estireno, poliamidas, nylon, ácidos policarboxílicos, poliaminas, poliéteres, poliacetales, polisulfonas, sulfuros poliorgánicos, óxidos poliorgánicos, poliésteres, policarbonatos, poliimidas, poliuretanos, resinas de poliéter étercetona, resinas de estireno/anhídrido maleico y mezclas de los mismos.
8. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la resina termoplástica es un homopolímero, copolímero, copolímero aleatorio, copolímero alternante, copolímero en bloques, copolímero de injerto, polímero de cristal líquido o mezclas de los mismos .
9. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la resina termoplástica es una resina virgen, una resina reciclada o una mezcla de las mismas .
10. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la extrusión se lleva a cabo a una temperatura en la escala de 149-371°C.
11. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aditivo opcional es un agente de acoplamiento que incrementa la unión del material fibroso a la resina termoplástica.
12. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el molde es un molde metálico, un molde no metálico, un molde de cerámica o un molde de madera.
13. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la resistencia a la tracción, módulo de tracción y resistencia a la flexión del artículo en las direcciones axial y transversal están dentro de 20% unas de otras.
14. ?l artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las longitudes de las fibras del material fibroso en el artículo moldeado son mayores que aproximadamente 70% de sus longitudes premoldeadas .
15. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las longitudes de las fibras del material fibroso en el artículo moldeado son mayores que aproximadamente 80% de sus longitudes premoldeadas .
16. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las longitudes de las fibras del material fibroso en el artículo moldeado son mayores que aproximadamente 90% de sus longitudes premoldeadas .
17. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las propiedades mecánicas del artículo son sustancialmente anisotrópicas .
18. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud del artículo en al menos uno de los planos z, y y z es mayor que aproximadamente 0.15 metro .
19. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud del artículo en al menos uno de los planos z, y y z es mayor que aproximadamente 0.304 metro .
20. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud del artículo en al menos uno de los planos z, y y z es mayor que aproximadamente 0.608 metro.
21. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud del artículo en al menos uno de los planos z, y y z es mayor que aproximadamente 0.91 metro.
22. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el peso del artículo es mayor que aproximadamente 4.53 kilogramos .
23. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el peso del artículo es mayor que aproximadamente 9.06 kilogramos.
24. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el peso del artículo es mayor que aproximadamente 11.32 kilogramos.
25. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso es un proceso de moldeo por inserto.
26. Un artículo termoplástico moldeado que comprende un material fibroso incrustado en una matriz de resina termoplástica, caracterizado porque: las longitudes de las fibras del material fibroso antes del moldeo son de aproximadamente 1.27-7.62 centímetros de largo, y el material fibroso comprende 5-55% del peso total de la mezcla combinada; las longitudes de las fibras del material fibroso en el artículo moldeado son mayores que aproximadamente 60% de sus longitudes premoldeadas; menos de aproximadamente 20% de las fibras del material fibroso en el artículo termoplástico moldeado son orientadas en la misma dirección y las propiedades mecánicas del artículo moldeado en los planos x, y y z están dentro de 20% unas de otras.
27. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el material fibroso se selecciona del grupo que consiste en fibras de vidrio, fibra de vidrio, fibras de carbono, fibras sintéticas, fibras metálicas, fibras naturales, celulosa y madera.
28. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la resina termoplástica se selecciona del grupo que consiste en poliolefinas, polihaloolefinas, poliaromáticos, poli (alquenilaromáticos) , poliestireno, resinas de acrilonitrilo/butadieno/estireno, poliamidas, nylon, ácidos policarboxílicos , poliaminas, poliéteres, poliacetales , polisulfonas, sulfuros poliorgánicos, óxidos poliorgánicos, poliésteres, policarbonatos, poliimidas, poliuretanos, resinas de poliéter étercetona, resinas de estireno/anhídrido maleico y mezclas de los mismos .
29. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la resina termoplástica es un homopolímero, copolímero, copolímero aleatorio, copolímero alternante, copolímero en bloques, copolímero de injerto, polímero de cristal líquido o mezclas de los mismos .
30. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la resina termoplástica es una resina virgen, una resina reciclada o una mezcla de las mismas .
31. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la resina comprende un agente de acoplamiento que incrementa la unión del material fibroso a la resina termoplástica.
32. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la resistencia a la tracción, módulo de tracción y resistencia a la flexión del artículo en las direcciones axial y transversal están dentro de 20% unas de otras.
33. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque las longitudes de las fibras del material fibroso en el artículo moldeado son mayores que aproximadamente 70% de sus longitudes premoldeadas .
34. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque las longitudes de las fibras del material fibroso en el artículo moldeado son mayores que aproximadamente 80% de sus longitudes premoldeadas .
35. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque las longitudes de las fibras del material fibroso en el artículo moldeado son mayores que aproximadamente 90% de sus longitudes premoldeadas .
36. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque las propiedades mecánicas del artículo son sustancialmente anisotrópicas .
37. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la longitud del artículo en al menos uno de los planos z, y y z es mayor que aproximadamente 0.15 metro .
38. El articulo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la longitud del artículo en al menos uno de los planos z, y y z es mayor que aproximadamente 0.304 metro .
39. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la longitud del artículo en al menos uno de los planos z, y y z es mayor que aproximadamente 0.608 metro.
40. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la longitud del artículo en al menos uno de los planos z, y y z es mayor que aproximadamente 0.91 metro .
41. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el peso del artículo es mayor que aproximadamente 4.53 kilogramos.
42. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el peso del artículo es mayor que aproximadamente 9.06 kilogramos.
43. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el peso del artículo es mayor que aproximadamente 11.32 kilogramos.
44. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque comprende además uno o más insertos de refuerzo opcionales .
45. El artículo de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado porque los insertos de refuerzo se seleccionan del grupo que consiste en tubos, varillas, malla y combinaciones de los mismos.
46. El artículo de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el artículo tiene una o más características tridimensionales elevadas sólidas.
47. El artículo de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque las una o más características tridimensionales elevadas sólidas son costillas ciegas, postes, postes de montaje o lengüetas.