專利名稱：增強的中空型材的制作方法
增強的中空型材相關(guān)申請本申請要求2010年6月22日提交的臨時申請序列No. 61/357，294的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。
背景技術(shù)：
通過牽拉(“拉擠”)連續(xù)纖維穿過樹脂并然后在拉擠模具內(nèi)將纖維增強樹脂成型來形成中空型材。因為所述型材具有沿機器方向(縱向)取向的連續(xù)纖維，它們通常沿機器方向表現(xiàn)出高的拉伸強度。然而，這類中空型材的橫向強度通常是差的，在沿機器橫向(橫 向)施加應力時這可導致該材料裂開。就此而言，已進行各種嘗試來沿橫向增強中空型材。例如，Davies等的美國專利No. 7，514，135描述了通過如下形成的中空部件提供沿縱向拉擠方向延伸的增強粗紗(roving)的第一層并在第一層上形成第二層，第二層含有至少一些沿橫向延伸的增強纖維。然而，這種方法的一個問題是其依賴于熱固性樹脂來有助于獲得所需強度性能。這樣的樹脂在制造期間難以使用并且不總是具有與其它材料形成層的良好結(jié)合性能。此外，該文中所描述的方法存在的問題還在于難以在選擇性的位置(例如它們所需之處)施加橫向纖維。如此，目前對表現(xiàn)出良好橫向強度且可按相對有效且簡單的方式制備的中空型材存在需要。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，公開了一種中空線性型材。所述型材包含含有埋入第一熱塑性基體內(nèi)且基本沿縱向取向的多個連續(xù)纖維的合并的(consolidated)帶。所述型材還包含多個長纖維，所述多個長纖維的至少一部分以相對于縱向成一定角度進行取向。所述連續(xù)纖維的重量與所述長纖維的重量之比為約O. 2-約10。此外，所述型材的撓曲模量與最大撓曲強度之比為約50-約2200。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，公開了一種形成拉擠的中空型材的方法。該方法包括在擠出裝置內(nèi)用熱塑性基體浸潰多個連續(xù)纖維；將浸潰的纖維進行合并以形成其中連續(xù)纖維沿縱向取向的第一帶；拉擠第一帶和至少第二帶通過模具以形成中空型材，其中第一帶、第二帶或其二者含有長纖維。下面更為詳細地給出本發(fā)明的其它特征和方面。附圖簡要描述包括參照附圖，在本說明書的其余部分中更具體地給出本發(fā)明的全部和促成實施內(nèi)容，包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言其最佳的模式，其中圖I是可用于本發(fā)明的拉擠系統(tǒng)的一個實施方案的示意性描述；圖2是用于本發(fā)明的浸潰系統(tǒng)的一個實施方案的不意性描述；圖3A是圖2中所示的浸潰模具的截面圖；圖3B是可用于本發(fā)明的浸潰模具的歧管組件和澆道的一個實施方案的分解圖；圖3C是可用于本發(fā)明的至少部分限定出浸潰區(qū)的板片(plate)的一個實施方案的透視圖4是可用于本發(fā)明的預成型和拉擠模具的一個實施方案的側(cè)視圖，其中在連續(xù)和長纖維材料穿過模具時對它們的流動進行了描述；圖5是圖4模具的透視圖；圖6是可用于本發(fā)明使長纖維層成型的心軸的一個實施方案的頂視圖，其中在長纖維材料經(jīng)過心軸時也對其流動進行了描述；圖7是圖6心軸部分的透視圖；圖8是可用于本發(fā)明將連續(xù)纖維層成型的心軸部分的一個實施方案的分解透視圖，其中在連續(xù)纖維材料經(jīng)過心軸時也對其流動進行了描述；圖9是圖8心軸部分的透視圖；

圖10是圖8心軸部分的另一個透視圖，其中圖IOA顯示了心軸部分的右透視圖，圖IOB顯示了左透視圖；圖11是本發(fā)明的矩形中空型材的一個實施方案的截面圖；圖12是本發(fā)明的矩形中空型材的另一個實施方案的截面圖；圖13是可用于形成圖12型材的預成型和拉擠模具系統(tǒng)的一個實施方案的側(cè)視圖；圖14是圖13的預成型和拉擠模具系統(tǒng)的透視圖；圖15是本發(fā)明的矩形中空型材的另一個實施方案的截面圖；圖16是本發(fā)明的L形中空型材的一個實施方案的截面圖；以及圖17是本發(fā)明的矩形中空型材的又一個實施方案的截面圖；本說明書和附圖中重復使用的參考標記意欲表示本發(fā)明的相同或類似的特征或要素。代表性實施方案的詳述定義如本文所使用的，術(shù)語“型材”通常是指拉擠部件。型材可以具有多種截面形狀，例如方形、矩形、圓形、橢圓形、三角形、I形、C形、U形、J形、L形、帶有槽(slotted)等。這樣的型材可以用作窗線(window lineals)、鋪板(decking plank)、欄桿、支柱、屋頂瓦、護墻板、裝飾板、管、圍欄、柱子、燈柱、公路標識牌、路邊標志桿等的結(jié)構(gòu)件。如本文所使用的，術(shù)語“中空”通常是指型材內(nèi)部的至少一部分是空隙空間?？障犊臻g可以任選地延伸型材的整個長度。如本文所使用的，術(shù)語“連續(xù)纖維”通常是指具有通常僅受部件長度限制的長度的纖維、細絲、紗線或粗紗(例如纖維束)。例如，這類纖維可以具有大于約25毫米，在一些實施方案中，約50毫米或更大，在一些實施方案中，約100毫米或更大的長度。如本文所使用的，術(shù)語“長纖維”通常是指不連續(xù)的且典型地具有約O. 5-約25毫米，在一些實施方案中，約O. 8-約15毫米，和在一些實施方案中，約I-約12毫米的長度的纖維、細絲、紗線或粗紗。詳述本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解，目前的論述僅僅是示例性實施方案的描述，并且不意欲限制本發(fā)明的更寬泛方面?？傮w而言，本發(fā)明涉及由連續(xù)纖維增強帶(“CFRT”)形成的中空線性型材，所述連續(xù)纖維增強帶含有埋入第一熱塑性聚合物基體內(nèi)的多個連續(xù)纖維。為了提高型材的拉伸強度和模量，使連續(xù)纖維在所述帶內(nèi)沿基本上縱向(例如拉擠方向)排列。除連續(xù)纖維外，本發(fā)明的中空型材還含有可任選埋入第二熱塑性基體內(nèi)的多個長纖維以形成長纖維增強的熱塑性材料(“LFRT")?？梢詫⑺鲩L纖維納入到連續(xù)纖維帶中或形成為型材的單獨層。不管如何，將所述長纖維的至少一部分以相對于縱向成一定角度(例如90° )進行取向以給型材提供提高的橫向強度。為了實現(xiàn)拉伸強度和橫向強度之間的良好平衡，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以對連續(xù)纖維和長纖維的相對比例進行選擇性控制。也就是，連續(xù)纖維的重量與長纖維的重量之比在約O. 2-約10，在一些實施方案中，約O. 4-約5，和在一些實施方案中，約O. 5-約4的范圍內(nèi)。例如，連續(xù)纖維可以占型材的約IOwt. %-約90wt. %,在一些實施方案中，約20wt. %-約70wt. %,和在一些實施方案中，約30wt. %-約60wt. %。同樣，長纖維可以占型材的約O. 5wt. %-約50wt. %,在一些實施方案中，約Iwt. %-約40wt. %,和在一些實施方案中，約2wt. %-約 30wt. %。 與具有相同形狀和尺寸、但是缺乏本發(fā)明的長纖維增強的型材相比，所得本發(fā)明的中空型材可以因此表現(xiàn)出相對高的最大撓曲強度(沿橫向方向)。例如，最大撓曲強度(也稱作斷裂模量或彎曲強度)可以為約12兆帕(“MPa”)或更大，在一些實施方案中，約15-約50MPa，和在一些實施方案中，約20-約40MPa。術(shù)語“最大撓曲強度”通常是指在室溫下在通過“三點彎曲”試驗(例如ASTM D790-10，程序A或ISO 178)產(chǎn)生的應力-應變曲線上沿橫向達到的最大應力。其表示材料經(jīng)受住沿橫向施加的應力直到失效的能力。同樣，所述型材還可以表現(xiàn)出高的撓曲模量。術(shù)語“撓曲模量”通常是指撓曲變形(以單位面積的力為單位)中的應力與應變比,或材料彎曲的傾向性。其由通過“三點彎曲”試驗(例如ASTMD790-10，程序A或ISO 178)產(chǎn)生的應力-應變曲線的斜率進行測定。例如，本發(fā)明的型材可以表現(xiàn)出約2千兆帕(“GPa)或更大，在一些實施方案中，約2-約25GPa，在一些實施方案中，約4-約20GPa，和在一些實施方案中，約5-約15GPa的撓曲模量。當然所述模量和強度的實際值可以根據(jù)所期望的應用而改變。然而，撓曲模量與最大撓曲強度的比率典型地落入一定范圍以獲得表現(xiàn)出拉伸強度和模量性能以及橫向強度之間平衡的部件。例如，所述比率典型地為約50-約2200，在一些實施方案中，約100-約1000，在一些實施方案中，約200-約800，和在一些實施方案中，約250-約600。所述型材還可以具有非常低的空隙率，例如約3%或更小，在一些實施方案中，約2%或更小，和在一些實施方案中，約1%或更小?？梢园瓷鲜龇绞剑缡褂酶鶕?jù)ASTM D2584-08的“樹脂燒除”試驗測定空隙率。本發(fā)明的中空型材中所用的連續(xù)纖維可以由本領(lǐng)域已知的任何常規(guī)材料形成，所述材料為例如金屬纖維；玻璃纖維(如E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、SI-玻璃、S2-玻璃)，碳纖維(如石墨)，硼纖維，陶瓷纖維(如氧化鋁或二氧化硅)，芳族聚釀胺(aramid)纖維(如 E. I. duPont de Nemours, Wilmington, DE 銷售的Kev丨3Γ ),合成有機纖維(如聚酰胺、聚乙烯、聚對苯撐(paraphenyIene)、對苯二甲酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚苯硫醚)，和已知用于增強熱塑性組合物的各種其它天然或合成的無機或有機纖維性材料。玻璃纖維和碳纖維對用于連續(xù)纖維是特別期望的。這類纖維通常具有約4-約35微米，在一些實施方案中，約9-約35微米的標稱直徑。所述纖維可以是絞合的或直的。如果需要，所述纖維可以是含有單一纖維類型或不同類型纖維的粗紗(例如纖維束)形式?？梢栽趩胃旨喼泻胁煌睦w維，或者可替代地，每根粗紗可以含有不同的纖維類型。例如，在一個實施方案中，某些粗紗可以含有連續(xù)的碳纖維，而其它粗紗可以含有玻璃纖維。每根粗紗中含有的纖維數(shù)量可以不變或者在粗紗與粗紗之間存在變動。典型地，粗紗可以含有約1，OOO纖維-約50，000單根纖維，在一些實施方案中，約2，000-約40，000纖維。還可以使用任何各種熱塑性聚合物形成其中埋入連續(xù)纖維的第一熱塑性基體。用于本發(fā)明的合適的熱塑性聚合物可以包括例如聚烯烴(如聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物等)，聚酯(如聚對苯二甲酸丁二醇酯(“PBT”))，聚碳酸酯，聚酰胺(如Nylon )，聚醚酮(如聚醚醚酮(“PEEK”))，聚醚酰亞胺，聚亞芳基酮(如聚亞苯基二酮(“PPDK”))，液晶聚合物，聚芳硫醚(如聚苯硫醚(“PPS”))，含氟聚合物(如聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚聚合物、全氟燒氧基燒烴聚合物、四氟乙烯(petrafluoroethylene)聚合物、乙烯-四氟乙烯聚合物等)，聚縮醛，聚氨酯，聚碳酸酯，苯乙烯類聚合物(如丙烯腈丁二烯苯乙烯(“ABS”))，等等。聚丙烯是特別合適的熱塑性聚合物。連續(xù)纖維帶通常通過以使其空隙率最小化和確保良好浸潰的方式形成。就此而·言，在本發(fā)明中可以使用擠出裝置以將連續(xù)纖維包埋到熱塑性基體中。尤其地，擠出裝置促進將熱塑性聚合物施涂到纖維整個表面的能力。例如，所述空隙率可以為約3%或更小，在一些實施方案中，約2%或更小，在一些實施方案中，約1%或更小?？障堵士梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)進行測定。例如，空隙率可以使用“樹脂燒除(resin burn off) ”試驗進行測量，在該試驗中將樣品置于烘箱中(例如在600°C下3小時)以燒掉樹脂。然后可以測量剩余纖維的質(zhì)量以計算重量分數(shù)和體積分數(shù)?？梢园凑誂STM D 2584-08進行這種“燒除”測試以確定纖維和熱塑性基體的重量，然后可以使用它們按以下方程式計算“空隙率”Vf = 100 * (p t-p c)/p t其中，Vf是以百分數(shù)計的空隙率；P。是使用已知技術(shù)例如用液體或氣體比重計(如氦氣比重計)測得的復合物密度；P t是使用下面方程測定的復合物的理論密度pt=l/[fff/pf+ffm/pm]P m是熱塑性基體的密度(例如在適當?shù)慕Y(jié)晶度下);Pf是纖維的密度；Wf是纖維的重量分數(shù)；和Wni是熱塑性基體的分數(shù)。或者，空隙率可以按照ASTM D 3171-09通過將樹脂化學溶解來進行測定?！盁狈椒ê汀叭芙狻狈椒ㄌ貏e適用于玻璃纖維，玻璃纖維通常耐受熔化和化學溶解。然而，在其它情形中，可以按照ASTMD 2734-09 (方法A)基于熱塑性聚合物、纖維和帶的密度間接計算空隙率，其中ASTM D 792-08方法A可以測定所述密度。當然，還可以使用常規(guī)顯微鏡法設(shè)備估計空隙率。參照圖2，顯示了擠出裝置的一個實施方案，其可以用于用熱塑性聚合物浸潰纖維。更具體地，該設(shè)備包括擠出機120，該擠出機含有安裝在機筒122內(nèi)的螺桿軸124。將加熱器130 (例如電阻加熱器)安裝在機筒122的外部。在使用期間，通過料斗126將熱塑性聚合物原料127供給到擠出機120。將熱塑性原料127通過螺桿軸124輸送到機筒122內(nèi)部并通過機筒122內(nèi)部的摩擦力以及通過加熱器130進行加熱。一旦受到加熱，原料127通過機筒法蘭128離開機筒122并進入浸潰模具150的模具法蘭132中。將連續(xù)纖維粗紗142或多個連續(xù)纖維粗紗142從一個或多個卷軸144供給到模具150。在浸潰之前，通常使粗紗142保持分開一定距離，例如至少約4毫米，在一些實施方案中，至少約5毫米。原料127可以在模具內(nèi)部通過安裝在模具150中或在模具150周圍的加熱器133進一步加熱。通常在足以使熱塑性聚合物發(fā)生熔化和浸潰的溫度下操作所述模具。典型地，所述模具的操作溫度高于熱塑性聚合物的熔化溫度，例如在約200°C -約450°C的溫度。當以這種方式加工時，連續(xù)纖維粗紗142變得埋入聚合物基體中，所述聚合物基體可以是由原料127加工的樹脂214 (圖3A)。然后將該混合物從浸潰模具150擠出以產(chǎn)生擠出物152。壓力傳感器137(圖3A)感測浸潰模具150附近的壓力以允許通過控制螺桿軸124的轉(zhuǎn)動速度，或進料器的進料速率(federate)對擠出速度施加控制。換言之，將壓力傳感·器137定位在浸潰模具150附近使得可操作擠出機120以輸送正確量的樹脂214用以與纖維粗紗142的相互作用。在離開浸潰模具150后，擠出物152，或浸潰的纖維粗紗142，在進入兩個相鄰輥190之間形成的輥隙前，可以進入任選的預成型段或?qū)蚨?未示出)。雖然為任選，但是輥190可有助于使擠出物152合并成帶(或條)的形式，以及增強纖維浸潰并且壓擠出任何多余的空隙。除輥190外，還可以使用其它成型裝置，例如模具系統(tǒng)。通過安裝在輥上的滾道162和164牽拉所得的合并的帶156。滾道162和164還將擠出物152從浸潰模具150且經(jīng)過輥190牽拉出。如果需要，合并的帶156可以在工段171進行卷取。一般而言，所述帶相對薄且典型地具有約O. 05-約I毫米，在一些實施方案中，約O. I-約O. 8毫米，和在一些實施方案中，約O. 2-約O. 4毫米的厚度。在浸潰模具內(nèi)，通常期望粗紗142橫向穿過浸潰區(qū)250以用聚合物樹脂214浸潰所述粗紗。在浸潰區(qū)250中，可以通過浸潰區(qū)250中產(chǎn)生的剪切力和壓力，迫使聚合物樹脂通常橫向穿過粗紗，這顯著提高浸潰程度。這在由高纖維含量，例如約35%重量分數(shù)(“Wf”)或更高，和在一些實施方案中，約40%Wf或更高的帶形成復合物時特別有用。典型地，模具150可包括多個接觸表面252，例如至少2、至少3、4-7、2-20、2-30、2-40、2-50或更多個接觸表面252從而在粗紗142上產(chǎn)生足夠程度的滲透和壓力。雖然接觸表面252的具體形狀可以改變，但是它們典型地具有曲線表面，例如曲形葉(curved lobe)、棒等。接觸表面252還典型地由金屬材料制成。圖3A顯示了浸潰模具150的截面圖。如所示，浸潰模具150包括歧管組件220、澆道270和浸潰區(qū)250。提供的歧管組件220用于使聚合物樹脂214從中流動通過。例如，歧管組件220可以包括一個通槽222或多個通槽222。提供給浸潰模具150的樹脂214可以流經(jīng)通槽222。如圖3B中所示，通槽222的一些部分可以呈曲線，在示例性實施方案中，通槽222具有沿中心軸224的對稱取向。此外，在一些實施方案中，所述通槽可以是多個分岔澆口222，其可以包括第一分岔澆口組232、第二組234、第三組236和如果需要時的更多分岔澆口組。每個組可以包括從前一組的澆口 222開始，或從初始通槽222開始分岔的2、3、4或更多個的澆口 222。分岔澆口 222和其對稱取向通常均勻地分配樹脂214，從而使離開歧管組件220并涂覆粗紗142的樹脂214的流量(flow)基本上均勻地分布在粗紗142上。這理想地允許獲得粗紗142的通常均勻浸潰。此外，在一些實施方案中歧管組件220可以限定出出口區(qū)242，該出口區(qū)通常包括樹脂214從中離開的通槽或澆口 222的至少下游部分。在一些實施方案中，設(shè)置在出口區(qū)242中的通槽或澆口 222的至少一部分沿樹脂214的流向244具有提高的面積。逐漸提高的面積允許在樹脂214流經(jīng)歧管組件220時樹脂214的擴散和進一步分布，其還允許樹脂214在粗紗142上基本上均勻地分布。如圖3A和3B的進一步描述，樹脂214在流經(jīng)歧管組件220后，可以流經(jīng)澆道270。澆道270設(shè)置在歧管組件220和浸潰區(qū)250之間，并且提供來自歧管組件220的樹脂214 的流動使得樹脂214涂覆粗紗142。因此，如所示，離開歧管組件220，例如通過出口區(qū)242的樹脂214，可以進入澆道270并從中流動通過。在樹脂214離開如圖3A中所示模具150的歧管組件220和澆道270時，使其與橫向穿過模具150的粗紗142接觸。如上文所論述，樹脂214可以基本上均勻地涂覆粗紗142，這是因為樹脂214在歧管組件220和澆道270中的分布。此外，在一些實施方案中，樹脂214可以撞擊在每根粗紗142的上表面，或每根粗紗142的下表面，或者每根粗紗142的上表面和下表面。對粗紗142的初始撞擊提供了用樹脂214對粗紗142的進一步浸潰。如圖3A中所示，涂覆的粗紗142沿行進方向282橫向穿過浸潰區(qū)250，將該浸潰區(qū)配置成用樹脂214浸潰粗紗142。例如，如圖3A和3C中所示，在浸潰區(qū)中粗紗142橫過接觸表面252。粗紗142在接觸表面252上的撞擊產(chǎn)生足以用樹脂214浸潰粗紗142的剪切力和壓力從而涂覆粗紗142。在一些實施方案中，如圖3A中所示，浸潰區(qū)250限定在兩個間隔開的對向的板256和258之間。第一板256限定出第一內(nèi)表面257，而第二板258限定出第二內(nèi)表面259。接觸表面252可以限定在如下上或者從如下延伸第一和第二內(nèi)表面257和259兩者，或者第一和第二內(nèi)表面257和259中僅一個。圖3C描述了根據(jù)這些實施方案的第二板258和上面形成浸潰區(qū)250的至少一部分的多個接觸表面。在示例性的實施方案中，如圖3A中所示，接觸表面252可以交替地限定在第一和第二表面257和259的上面使得粗紗交替地撞擊在第一和第二表面257和259上的接觸表面252上。因此，粗紗142可以按波形、曲折形(tortuous)或正弦曲線形(sinusoidual)的路徑通過接觸表面252,這增加了剪切力。粗紗142橫過接觸表面252所成的角度254通?？梢宰銐蚋咭栽黾蛹羟辛?，但是不可以高至造成可破壞纖維的過度的力。因此，例如，角度254可以為約1° -約30°，在一些實施方案中，約5° -約25°。在備選實施方案中，浸潰區(qū)250可以包括多個銷(pin)(未示出)，每個銷具有接觸表面252。所述銷可以是固定的(static)、自由旋轉(zhuǎn)的或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的。在其它備選實施方案中，接觸表面252和浸潰區(qū)250可以根據(jù)需要或要求包含任何合適的用于用樹脂214浸潰粗紗142的形狀和/或結(jié)構(gòu)。為了進一步促進粗紗142的浸潰，還可以使它們在存在于浸潰模具內(nèi)的同時保持在拉緊狀態(tài)下。張力可以例如為每根粗紗142或纖維絲束(tow)約5-約300牛頓，在一些實施方案中，約50-約250牛頓，在一些實施方案中，約100-約200牛頓。如圖3A中所示，在一些實施方案中，到達區(qū)280可以沿粗紗142的行進方向282設(shè)置在浸潰區(qū)250的下游。粗紗142在離開模具150之前可以橫越通過到達區(qū)280。如圖3A中進一步所示，在一些實施方案中，面板290可以鄰接浸潰區(qū)250。通常將面板290配置成計量(meter)來自粗紗142的過量樹脂214。因此,可以調(diào)節(jié)粗紗142從中橫向穿過的面板290中的孔隙的大小使得在粗紗142從中橫越通過時，孔隙的尺寸使過量的樹脂214從粗紗142除去。上文所顯示和描述的浸潰模具僅僅是可用于本發(fā)明的多種可能的構(gòu)造之一。在備選實施方案中，例如，可以將纖維引入到相對于聚合物熔體流向成一定角度的十字頭模具中。在纖維移動通過十字頭模具并到達聚合物從擠出機機筒離開的位置時，迫使該聚合物與纖維接觸。還應理解的是，還可以使用任何其它擠出機設(shè)計，例如雙螺桿擠出機。還另外，還可以任選使用其它部件以輔助纖維的浸潰。例如，在某些實施方案中可以使用“氣體噴射”組件以有助于貫穿合并的束的整個寬度均勻地鋪展(spread)單個纖維的集束或束(它 們可以各自含有高達24，000根纖維)。這有助于在帶中獲得強度性能的均勻分布。這樣的組件可以包括供給以通常垂直的方式撞擊在穿過出口端的移動纖維束上的壓縮空氣或另一種氣體。然后可以將鋪展的纖維束引入到用于浸潰的模具，例如上述模具中。與所使用的技術(shù)無關(guān)，使連續(xù)纖維沿縱向取向(圖I系統(tǒng)的機器方向“A”)以提高拉伸強度。除纖維取向外，還控制帶和拉擠加工的其它方面以獲得所需強度。例如，可以在帶中使用相對高百分數(shù)的連續(xù)纖維以提供提高的強度性能。例如，連續(xù)纖維典型地占帶的約40wt. %-約90wt. %,在一些實施方案中，約50wt. %-約85wt. %,和在一些實施方案中，約55wt. %-約75wt. %。同樣,熱塑性聚合物典型地占帶的約IOwt. %-約60wt. %,在一些實施方案中，約15wt. %-約50wt. %，和在一些實施方案中，約25wt. %-約45wt. %。此外，可以使用多個連續(xù)纖維帶的組合，所述纖維帶層合在一起以形成具有所需厚度的強固整體結(jié)構(gòu)。所使用的帶的數(shù)量可以基于所需型材厚度和強度，以及所述帶它們自身的性質(zhì)而改變。然而，在大多數(shù)情形中，帶的數(shù)量為2-40，在一些實施方案中，為3-30，在一些實施方案中，為4-25。如上所述，中空型材還含有任選埋入第二熱塑性基體內(nèi)的多個長纖維。所述長纖維可以由上文關(guān)于連續(xù)纖維所描述的任何材料、形狀和/或尺寸形成。玻璃纖維和碳纖維對于用作長纖維是特別期望的。此外，其中可任選埋入長纖維的第二熱塑性基體可以包括例如上文所述的熱塑性聚合物。應理解，就連續(xù)纖維所使用的第一熱塑性基體可以與就長纖維所使用的第二熱塑性基體相同或不同。在一個實施方案中，例如，用熱塑性聚合物，例如按下述方式單獨地浸潰長纖維，然后將其冷卻并切成具有約25毫米或更小長度的丸粒。隨后可以將這些丸粒與連續(xù)纖維帶組合。不管如何，中空型材中的至少部分長纖維以相對于縱向(即拉擠方向)成一定角度進行取向以提供提高的橫向強度。例如，約10%或更多，在一些實施方案中，約20%或更多,和在一些實施方案中，約30%或更多的纖維可以相對于縱向成一定角度進行取向。所述角度可以為例如約10° -約120°，在一些實施方案中，約20° -約110°，和在一個實施方案中，約90°。這可以通過特意地使纖維沿所需方向進行取向，或者通過任意分布來完成。其中將長纖維和連續(xù)纖維帶組合在一起形成本發(fā)明中空型材的方式可以根據(jù)預期應用和型材中需要提高強度的位置而改變。在一個實施方案中，例如，長纖維材料作為與連續(xù)纖維帶分開的層形成。尤其地，這允許僅在最需要提高橫向強度的那些位置選擇性地加入長纖維材料。參照圖1，顯示了系統(tǒng)的一個特定實施方案，其中最初在線軸架20上的繞組中提供了一個或多個連續(xù)纖維帶12。線軸架20可以是包括配設(shè)有水平旋轉(zhuǎn)主軸22 (各自承載著捆束(package))的框架的回卷線軸架。還可以使用卷出線軸架，尤其是在如果需要在纖維中引入扭曲的情況下。還應理解的是，還可以隨著型材的成形在線形成所述帶。在一個實施方案中，例如，可以將從圖2的浸潰模具150離開的擠出物152直接供給到用于形成型材的系統(tǒng)。還可以使用張力調(diào)節(jié)裝置40以有助于控制帶12中張力的程度。裝置40可以包括位于與線軸架20的旋轉(zhuǎn)主軸22平行的垂直面中的入口板30。張力調(diào)節(jié)裝置40可以含有以交錯構(gòu)造排列的圓柱形棒41從而使帶12在這些棒的上面和下面穿過以限定出波形圖案。可調(diào)節(jié)這些棒的高度以修改波形圖案的幅度和控制張力。如果需要，可以在具有任何各種已知構(gòu)造的烘箱45，例如紅外烘箱、對流烘箱等中 將帶12加熱。在加熱期間，使纖維沿單一方向取向以使對熱的暴露最優(yōu)化并且貫穿整個型材維持均勻加熱。將帶12加熱到的溫度通常足夠高以使熱塑性聚合物軟化到帶可結(jié)合在一起的程度。然而，溫度沒有高至破壞該材料的完整性。溫度可以為例如約ioo°c-約300°C，在一些實施方案中，約110°C -約275°C，和在一些實施方案中，約120°C -約250°C。在一個特定實施方案中，例如，使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)作為聚合物，并將帶加熱至或高于ABS的熔點(其為約105°C)。在另一個實施方案中，使用聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)作為聚合物，并將帶加熱至或高于PBT的熔點(其為約224°C )。一旦進行加熱，可以將連續(xù)纖維帶12提供到合并模具用以有助于不同的帶層結(jié)合在一起，以及用于型材初始形狀的調(diào)整(alignment)和成形。參照圖1、4和5,例如,更為詳細地顯示了用于形成“中空”型材的合并模具50的一個實施方案。雖然本文稱作單一模具，但是應理解合并模具50實際上可以由多個單獨模具(例如面板模具)形成。在該特定實施方案中，合并模具50在入口端56接收連續(xù)纖維帶的第一層(或?qū)雍象w)12a和連續(xù)纖維帶的第二層(或?qū)雍象w)12b。每個層內(nèi)的帶結(jié)合在一起并沿方向“A”導向通過模具50的通槽(未示出)?？梢匝厝魏胃鞣N取向和排列提供通槽以產(chǎn)生所需增強方案。在說明性實施方案中，例如，層12a和12b在初始沿垂直方向彼此間隔開。在它們通過模具50的通槽時，任選地將層12a和/或12b的寬度分成帶(ribbon)以有助于防止壓力楔(wedge)，并且保持連續(xù)纖維對齊且無絞合。在模具50內(nèi)，使所述帶通常維持在處于或高于帶中所用熱塑性基體的熔點的溫度以確保足夠的合并。雖然在圖1、4和5中未加以具體顯示，但是還可以在合并模具50的內(nèi)部提供心軸以有助于將層合體12a和12b導向成在型材的至少一個側(cè)面上彼此接觸。在說明性實施方案中，例如，使第一層12a的側(cè)部57和第二層12b的側(cè)部53形成角度從而使它們彼此接觸并形成中空型材的側(cè)面。然而，在合并模具50內(nèi)型材的其它側(cè)面典型地保持敞開從而可隨后在拉擠模具中將不連續(xù)纖維材料施加到型材內(nèi)部。當然，對于其中沒有將不連續(xù)纖維材料施加到中空型材內(nèi)部的那些實施方案，可以根本不使用合并模具50，因為整個型材可任選地在拉擠模具內(nèi)成型。當在所需位置時，將連續(xù)纖維材料的層12a和12b牽拉到拉擠模具60中。通常期望的是，讓所述層在離開合并模具50之后和在進入拉擠模具60之前簡短地冷卻。這允許合并的層合體在進一步前進通過系統(tǒng)之前保持其初始形狀。這樣的冷卻可以通過將所述層簡單暴露于環(huán)境氣氛(例如室溫)或者通過使用本領(lǐng)域已知的主動冷卻技術(shù)(例如水浴或空氣冷卻)來完成。在一個實施方案中，例如，將空氣吹到層上(例如用空氣環(huán))。然而，這些階段之間的冷卻通常進行一小段時間以確保所述層仍然足夠軟以進一步成型。例如，所述層在離開合并模具50之后，在進入第二模具60之前，可以暴露于室溫環(huán)境僅約I-約20秒，在一些實施方案中，約2-約10秒。拉擠模具60的構(gòu)造部分取決于所得型材的所需形狀和性能。對于中空型材，例如，拉擠模具通常在其內(nèi)部含有心軸從而使纖維材料在模具的內(nèi)表面和心軸的外表面之間流動以形成所需形狀。然而，實心型材典型地在沒有心軸的情況下成形。此外，雖然本文稱作單一模具，但是應理解，拉擠模具60可以由多個單獨的模具形成。實際上，拉擠模具可以優(yōu)選使用其中供給不連續(xù)材料且將其成型的第一模具部分和其中將連續(xù)纖維材料成型的·第二模具部分。在圖4-5中，例如，使用供給不連續(xù)纖維材料61且將其成型的第一模具部分62，和使用將連續(xù)纖維層12a和12b成型的第二模具部分64。在圖6-8中更為詳細地顯示了其中將長纖維材料61供給到第一模具部分62的特定方式。如所示，長纖維材料61進入第一模具部分62并且彎曲進入其內(nèi)部空腔。雖然未要求，但是這樣的彎曲入口允許長纖維材料61沿方向“A”并朝向模具出口 67逐漸地流入。在這類實施方案中，通?？梢愿淖円韵鄬τ谶B續(xù)纖維層12a和12b的流動方向“A”提供長纖維材料的角度β，但是典型地為約45°或更大，在一些實施方案中，約60°或更大，在一些實施方案中，約75° -約90°。在某些情形中，不垂直的流動角度會是有利的，因為它使模具中的可能由長纖維材料的高壓流動引起的反壓力最小化或者得到克服，所述反壓力有時可能導致不期望的回流。長纖維材料的成角度的輸入取向，與其彎曲構(gòu)造結(jié)合，還可以降低可能在模具內(nèi)部形成靜止點(static spot)(死點)的可能性，這種可能性可以導致樹脂劣化、纖維掛斷或破裂。一旦進入第一模具部分62，則不連續(xù)材料61還流經(jīng)心軸68?？梢砸詰冶鄯绞街С行妮S68從而使其抵抗在心軸周圍和心軸上牽拉的連續(xù)材料的向前的力。此外，雖然在本文未顯示整個心軸，然而應理解其可以延伸到上述合并模具50中以有助于按上述方式使連續(xù)纖維材料“預成型”。不管如何，圖6-8中所示的心軸68具有用于完成型材所需成型的多個部分。更具體地，心軸68含有為實心且通常截面呈矩形的第一心軸部分69。因此，不連續(xù)材料61在心軸部分69的上面和周圍從其近端71向其遠端73通過。在如此進行中，材料61呈現(xiàn)為在第一模具部分62的內(nèi)表面和心軸部分69(其在該實施方案中為中空矩形形狀)的外表面75之間所限定的形狀。如圖9-10中所示，在心軸68的第二部分79的上面或周圍，于拉擠模具60的第二模具部分64中形成連續(xù)纖維層的最終形狀。第二心軸部分79含有與第一心軸部分69的凸起部77嚙合的用以與其連接的U形凹進部103。在該實施方案中，第二心軸部分79還含有通常垂直于物流方向“A”的上壁83和下壁85。向上的端面表面91與上壁83的曲邊93相交并沿方向“A”軸向傾斜。類似地，向下的端面表面95與下壁85的曲邊相交并沿方向“A”軸向傾斜。表面91和95均在邊緣97交匯。在型材成形期間，連續(xù)纖維材料的第一層12a在表面91上牽拉經(jīng)過并且呈現(xiàn)為在拉擠模具60的內(nèi)表面和上壁83之間所限定的形狀。連續(xù)纖維材料的第二層12b在表面95上牽拉經(jīng)過并同樣呈現(xiàn)為在拉擠模具60的內(nèi)表面和下壁85之間所限定的形狀。層12a和12b還逐漸地牽拉成在邊緣97處彼此接觸以形成所得型材的一個邊。如果必要，可以使所述材料經(jīng)受隨后的壓縮步驟，例如在到達模具部分(未示出)中，從而進一步提高各層之間在它們邊緣處的結(jié)合力。在模具60內(nèi)，通常將所述帶維持在充分高于所述帶中所用的熱塑性基體熔點的溫度以促進將部件成型的能力和使不連續(xù)纖維材料混合在一起。然而，所述溫度沒有高至破壞材料的完整性。例如，所述溫度可以為約100°C -約350°C，在一些實施方案中約1200C -約320°C，在一些實施方案中，約150°C -約300°C。如果需要，所得型材還可以施加有覆蓋層以提高型材的審美吸引力和/或保護其不遭受環(huán)境條件。參照圖1，例如，可以通過以任何所需角度進行取向的擠出機施加這樣的覆蓋層以將熱塑性樹脂引入到覆蓋模具72中。所述樹脂可以含有與用于形成型材的熱塑性聚合物通常相容的本領(lǐng)域已知的任何合適的熱塑性聚合物。合適的覆蓋聚合物可以包括例如丙烯酸系聚合物、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、ABS、聚烯烴、聚酯、聚 縮醛、聚酰胺(polyamid)、聚氨酯等。雖然覆蓋樹脂通常不含纖維，然而其可以含有用于改善型材最終性能的其它添加劑。在該階段所用的添加劑物質(zhì)可以包括并不適合用于引入到連續(xù)纖維層或長纖維層中的那些添加劑物質(zhì)。例如，可以期望將顏料加入到復合物結(jié)構(gòu)中以降低成型制品的終飾工作量，或者可以期望將阻燃劑加入到復合物結(jié)構(gòu)中以提高成型制品的阻燃特性。因為許多添加劑物質(zhì)呈熱敏感性，所以過量的熱可以導致它們分解和產(chǎn)生揮發(fā)性氣體。因此，如果在高加熱條件下將熱敏感添加劑物質(zhì)與浸潰樹脂一起擠出，則結(jié)果可能是添加劑物質(zhì)的完全降解。添加劑物質(zhì)可以包括例如無機增強劑、潤滑劑、阻燃劑、吹泡劑、發(fā)泡劑、抗紫外光劑、熱穩(wěn)定劑、顏料和它們的組合。合適的無機增強劑可以包括例如碳酸鈣、二氧化硅、云母、粘土、滑石、硅酸鈣、石墨、硅酸鈣、三水合氧化鋁、鐵酸鋇和它們的組合。雖然本文未詳細顯示，但是覆蓋模具72可以包括本領(lǐng)域已知有助于實現(xiàn)覆蓋層的所需施加的各種特征。例如，覆蓋模具72可以包括與進入的型材對齊的入口導向裝置。覆蓋模具還可以包括在施加覆蓋層之前將型材預加熱以有助于確保充分結(jié)合的加熱機構(gòu)(例如加熱板)。在任選覆蓋之后，然后使用本領(lǐng)域已知的冷卻系統(tǒng)80將成型部件15進行最終冷卻。冷卻系統(tǒng)80可以是例如包括一個或多個塊體(例如鋁塊)的真空定型機(sizer)，在將熱形體靠緊其壁邊真空牽拉邊冷卻的同時所述塊體將型材完全包封。可以向定型機供給冷卻介質(zhì)，例如空氣或水以使型材以正確的形狀凝固。當使型材成型時典型地使用真空定型機。然而，即使不使用真空定型機，也通常期望在型材離開覆蓋模具(或如果不施加覆蓋時是合并模具或校準模具)后將其冷卻。可以使用本領(lǐng)域已知的任何技術(shù)進行冷卻，所述技術(shù)例如真空水箱、冷卻空氣流或空氣噴射、冷卻套、內(nèi)部冷卻通道、冷卻流體循環(huán)通道等。不管如何，通?？刂撇牧系睦鋮s溫度以獲得最佳機械性能、部件尺寸公差、良好的加工和審美上令人愉悅的復合物。例如，如果冷卻工段的溫度過高，材料可能在工具中膨脹并且使過程中斷。對于半結(jié)晶材料，過低的溫度可同樣導致該材料冷卻得過快并且不允許完全結(jié)晶，從而危害復合物的機械和化學抗性?？梢岳镁哂歇毩囟瓤刂频亩鄠€冷卻模具部分以賦予加工屬性和性能屬性的最佳平衡。在一個特定實施方案中，例如，使用保持在約10°c -約50°C，在一些實施方案中約15°C -約35°C的溫度的真空水箱。如可意識到的，可以控制型材在其行進通過本發(fā)明系統(tǒng)的任何部分時的溫度以獲得最佳制造性能和期望的最終復合物性能。任何或全部組件部分可以利用筒形電加熱器、循環(huán)流體冷卻等或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它溫度控制裝置進行溫度控制。再次參照圖1，將牽拉裝置82設(shè)置在冷卻系統(tǒng)80的下游，所述牽拉裝置牽拉成品型材16通過該系統(tǒng)用于復合物的最終定型。牽拉裝置82可以是能夠?qū)⑿筒囊运杷俾薁坷ㄟ^加工系統(tǒng)的任何裝置。典型的牽拉裝置包括例如履帶式牽拉器和往復式牽拉器。如果需要，還可以使用一個或多個校準模具(未示出)。這類模具含有按準確型材形狀切出的開口，從開始的超尺寸漸變?yōu)樽罱K型材形狀。在型材從中穿過時，抵抗其任何移動或松垂傾向，并將其牽拉回到(反復地)其正確形狀。一旦定型，可以在切割工段(未示出)，例如用能夠?qū)嵤┙孛媲懈畹那袛噤弻⑿筒那谐伤栝L度。在圖11中更為詳細地顯示了由上述方法所形成的作為元件16的中空型材的一個·實施方案。如所描述，中空型材16具有通常矩形形狀。由圍繞整個型材延伸并且限定出內(nèi)表面5的LFRT材料形成內(nèi)層4。同樣由圍繞內(nèi)層4的周邊延伸并且設(shè)置成與其鄰近的CFRT材料形成外層6?？梢詫@些層的厚度以及LFRT和CFRT材料的相對比例進行策略性選擇以有助于獲得該型材的具體拉伸強度和橫向強度(例如撓曲模量)。例如，較高百分數(shù)的LFRT材料(和/或厚度)通常產(chǎn)生較高的橫向強度，而較高百分數(shù)的CFRT材料(和/或厚度)通常產(chǎn)生較高的拉伸強度。為了使這些性能最優(yōu)化，CFRT層的重量與LFRT層的重量之比典型地為約O. 2-約10，在一些實施方案中約O. 4-約5，和在一些實施方案中，約O. 5-約
4。就此而言，內(nèi)層4的厚度可以為約O. I-約2. O毫米，在一些實施方案中，約O. 5-約1.5毫米，在一些實施方案中，約O. 6-約I. 2毫米，外層6的厚度可以為約O. 2-約4. O毫米，在一些實施方案中，約O. 5-約3. O毫米，在一些實施方案中，約I. O-約2. O毫米。層4和層6的總厚度同樣可以為約I. O-約4. O毫米，在一些實施方案中，約2. O-約3. O毫米。圖11的型材16還包括圍繞外層6的周邊延伸且限定出型材16的外表面8的覆蓋層7。覆蓋層7的厚度取決于該部件的預期功能，但是典型地為約O. I-約5毫米，在一些實施方案中，約O. 2-約3毫米。在上文所描述和顯示的實施方案中，LFRT材料基本上圍繞型材的整個內(nèi)部周邊進行設(shè)置。然而，應理解這不是所需的，可以期望在某些應用中僅將所述材料施加到按照具體設(shè)計是有利的特定位置。在圖12中更為詳細地顯示了這樣的型材的一個實例。如所描述的，型材216通常具有中空的矩形形狀。在該實施方案中，由圍繞整個型材延伸并且限定出內(nèi)表面205的CFRT材料形成內(nèi)層206。層206的厚度可以類似于上文參照圖11所述的CFRT層的厚度。然而，與圖11的實施方案相反，型材216不含有連續(xù)LFRT層。而是LFRT材料位于在型材216的上和下表面208和209處的離散層204上。LFRT材料的這種離散布置可以僅在需要其用于特定應用的那些位置提供提高的橫向強度。覆蓋層207可以覆蓋型材216的周緣。圖13-14描述了可用于形成型材216的合并模具250和拉擠模具260的一個實施方案。類似于上述實施方案，合并模具250在該實施方案中在入口端256接收連續(xù)纖維材料的第一層212a和第二層212b。將層212a和212b沿方向“A”導引通過模具250的通槽(未示出)。在它們穿過通槽時，任選如上所述使層212a和/或212b的寬度分成帶并在一邊連接。當在所需位置時，將層212a和212b牽拉到拉擠模具260中，這利用了第一模具部分262、第二模具部分264和從中延伸通過的心軸268。每個這些部件一起有助于使連續(xù)纖維材料成型。更具體地，在連續(xù)纖維層于心軸268上面或周圍從其近端向遠端經(jīng)過時，它們呈現(xiàn)為在模具260的 內(nèi)表面和心軸的外表面之間所限定的形狀，在該實施方案中其為中空的矩形形狀。然后通過入口部位將長纖維材料281引入到第三模具部分280，該部分典型地是以上述輸入角度將所述材料擠出的十字頭模具形式。然而，在該特定實施方案中，將長纖維材料281在第三模具部分280內(nèi)分成上部料流240和下部料流242。在料流240和242沿物流方向“A”匯合并牽拉通過該模具系統(tǒng)時，他們分別形成型材216的上部和下部離散層204。然后如所示可以使用覆蓋模具272施加覆蓋層207。當然，可以在本發(fā)明中形成其它中空型材。參照圖15，例如，更為詳細地顯示了通常矩形的中空型材316的另一個實施方案。在該特定實施方案中，由圍繞整個型材延伸并且限定出內(nèi)表面305的LFRT材料形成內(nèi)層304。層304的厚度可以類似于上文參照圖11所述的長纖維層的厚度。然而，與圖11的實施方案相反，型材316不含有圍繞該型材整個周緣的CFRT層。而是CFRT材料作為在型材316內(nèi)部的離散的垂直層306a和水平層306b來提供。同樣提供圍繞內(nèi)層304周緣延伸并且限定出型材316的外表面308的覆蓋層307。在圖16中顯示了中空型材的又一個實施方案。在該實施方案中，型材416通常具有L形截面。L形型材416的內(nèi)層406可以包括CFRT材料而外層404可以包括LFRT材料。還可以使用CFRT材料的離散層409。此外，覆蓋層407可以圍繞型材416的整個周緣延伸并且限定出其外表面408。上述實施方案在單獨各層(separate layers)中含有LFRT和CFRT材料使得可以給型材提供選擇性的增強。然而，決不對此加以要求。實際上，在本發(fā)明的某些實施方案中，將長纖維材料結(jié)合到連續(xù)纖維帶中從而使該材料不作為單獨各層來提供。這可以例如通過在浸潰期間將長纖維材料納入到連續(xù)帶中來實現(xiàn)。再次參照圖2-3，例如，可以將含有無規(guī)分布在第二熱塑性基體內(nèi)的多個長纖維的長纖維丸粒(未示出)供給到料斗126中并與第一熱塑性基體127合并。以這種方式，將長纖維丸粒與用于浸潰連續(xù)纖維股線的第一熱塑性基體熔融共混并且產(chǎn)生含有連續(xù)纖維、長纖維和兩種不同熱塑性基體的擠出物152，所述兩種不同熱塑性基體可以包括相同或不同的聚合物。在替代方案中，可以將長纖維在沒有用熱塑性基體預先包埋的情況下直接加入到料斗126中。在這類實施方案中，第一熱塑性基體可包封(encapsulate)連續(xù)纖維和長纖維這二者。然而，與所用技術(shù)無關(guān)，長纖維材料可以按基本均勻的方式分布遍及整個型材。在圖17中顯示了這樣的作為元件516的型材的一個實例。在該實施方案，型材516為通常矩形形狀并且含有內(nèi)部分布多個長纖維518的連續(xù)纖維帶514。覆蓋層519還圍繞帶514的周邊延伸并且限定出型材516的外表面。還應理解，還可以將含有連續(xù)和長纖維的這類“雜混(hybrid)”帶與上文所述的一個或多個另外的帶組合。這些另外的帶可以含有連續(xù)纖維、長纖維或它們組合，并且可以預先制造或在線制備。如可意識到的，上述特定型材實施方案僅是通過本發(fā)明可能制造的示例性的多個設(shè)計。在各種可能的型材設(shè)計中，應理解除上述那些外還可以使用另外的連續(xù)和/或長纖維材料的層。此外，就上述實施方案具有沿型材的整個長度基本相同的截面形狀而言，通常認為它們是“線性”型材。然而，應理解還可以在本發(fā)明中形成具有變化的截面形狀，例如曲面形、扭曲形等的型材。參考以下實施例可以更好地理解本發(fā)明。
實施例使用基本如上述和圖2-3中所示的擠出系統(tǒng)初始形成連續(xù)纖維帶。對于連續(xù)纖維而言使用玻璃纖維粗紗(E-玻璃，2200teX)，每個單獨帶含有三(3)根纖維粗紗。用于浸潰所述纖維的熱塑性聚合物是丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，其具有約105°C的熔點。每個帶含有60wt. %玻璃纖維和40wt. % ABS0所得的帶具有O. 2-0. 4毫米的厚度和小于1%的空隙率。一旦形成，則將所述帶給進到以5英尺/分鐘的速度操作的擠出/拉擠生產(chǎn)線。在合并之前，在紅外烘箱(功率設(shè)定為160)內(nèi)加熱所述帶。然后將加熱的帶供給到具有U形通槽的合并模具，該合并模具接收所述帶并將它們合并在一起并同時形成型材的初始形狀。在該模具內(nèi)，使所述帶保持在約121°C的溫度，剛好高于ABS基體的熔點。一旦合并，則用環(huán)境空氣將所得層合體進行簡短冷卻。然后如圖I中所示使該層合體通過拉擠模具。將長纖維·丸粒在246 °C下施加到U形型材的內(nèi)部部分。然后將所得部件供給到I英寸到達段以賦予最終“U形形狀”并且使用設(shè)定在約26°C溫度的油冷卻的定型單元進行冷卻。然后使用空氣冷卻以完成冷卻加工。所述型材具有約3. 2毫米的厚度和約40毫米的寬度。雖然所形成的這種特定部件為U形，但是應理解基本上矩形的中空型材可以簡單地由兩種不同的U形層合體以上述和本文所示的方式來形成。如上所述以不同量的連續(xù)纖維和長纖維形成十(10)個不同的U形型材樣品。通過在丸粒中使用不同百分數(shù)即Owt. %-40. %的長纖維來改變長纖維的量，通過使用不同數(shù)量即2-7個所述帶來改變連續(xù)纖維的量。在下表I中反映了形成每個樣品所按照的方式。表I
樣品丸粒中的長纖維Ut. %) 連續(xù)纖維帶的數(shù)量~連續(xù)纖維材料與長纖維材料的重量比~ O7~
~2 202L21
3 203 Γ99
~ 2043 20
53020 72
6303 Γ54~ 30 4 2 3權(quán)利要求
1.一種中空線性型材，該型材包含 含有埋入第一熱塑性基體內(nèi)且基本沿縱向取向的多個連續(xù)纖維的合并的帶； 多個長纖維，所述多個長纖維的至少一部分以相對于縱向成一定角度進行取向，其中所述連續(xù)纖維的重量與所述長纖維的重量之比為約O. 2-約10 ;以及 其中所述型材沿橫向表現(xiàn)出撓曲模量和最大撓曲強度，其中所述撓曲模量與最大撓曲強度之比為約50-約2200。
2.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中所述連續(xù)纖維的重量與所述長纖維的重量之比為約O. 5-約4。
3.權(quán)利要求I的中空線性型材,其中所述比率為約200-約800。
4.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中所述型材表現(xiàn)出約2千兆帕或更大的撓曲模量。
5.權(quán)利要求I的中空線性型材,其中所述型材表現(xiàn)出約4-約20千兆帕的撓曲模量。
6.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中所述型材表現(xiàn)出約12兆帕或更大的最大撓曲強度。
7.權(quán)利要求I的中空線性型材,其中所述型材表現(xiàn)出約15-約50兆帕的最大撓曲強度。
8.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中所述連續(xù)纖維、長纖維、或其二者包括玻璃纖維、碳纖維、或玻璃和碳纖維的組合。
9.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中所述第一熱塑性聚合物基體包括聚烯烴、聚醚酮、聚醚酰亞胺、聚亞芳基酮、液晶聚合物、聚芳硫醚、含氟聚合物、聚縮醛、聚氨酯、聚碳酸酯、苯乙烯類聚合物、聚酯、聚酰胺、或它們的組合。
10.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中將所述長纖維包埋在第二熱塑性基體內(nèi)。
11.權(quán)利要求10的中空線性型材，其中所述第二熱塑性聚合物基體包括聚烯烴、聚醚酮、聚醚酰亞胺、聚亞芳基酮、液晶聚合物、聚芳硫醚、含氟聚合物、聚縮醛、聚氨酯、聚碳酸酯、苯乙烯類聚合物、聚酯、聚酰胺、或它們的組合。
12.權(quán)利要求I的中空線性型材,其中所述帶具有約2%或更小的空隙率。
13.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中約10%或更大的所述長纖維以相對于縱向成一定角度進行取向。
14.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中所述型材具有通常矩形形狀。
15.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中將所述長纖維納入到所述合并的帶中。
16.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中所述長纖維被包括在型材的第一層內(nèi)，所述帶被包括在型材的第二層內(nèi)，將第一層設(shè)置成與第二層相鄰。
17.權(quán)利要求16的中空線性型材，其中第一層形成中空型材的內(nèi)層。
18.權(quán)利要求17的中空線性型材，其中第二層基本上圍繞第一層的周緣延伸。
19.權(quán)利要求17的中空線性型材，其中第二層位于與第一層相鄰的一個或多個離散區(qū)中。
20.權(quán)利要求16的中空線性型材，其中第二層形成中空型材的內(nèi)層。
21.權(quán)利要求20的中空線性型材，其中第一層基本上圍繞第二層的周緣延伸。
22.權(quán)利要求20的中空線性型材，其中第一層位于與第二層相鄰的一個或多個離散區(qū)中。
23.權(quán)利要求I的中空線性型材，其中在沿著型材的整個長度上型材的截面形狀基本相同。
24.權(quán)利要求I的中空線性型材,其還包含限定出型材的外表面的覆蓋層。
25.一種形成沿縱向延伸的中空型材的方法，該方法包括 在擠出裝置內(nèi)用熱塑性基體浸潰多個連續(xù)纖維； 將浸潰的纖維進行合并以形成其中連續(xù)纖維沿縱向取向的第一帶； 拉擠第一帶和至少第二帶通過模具以形成中空型材，其中第一帶、第二帶或其二者含有長纖維。
26.權(quán)利要求25的方法，其中第一帶含有長纖維。
27.權(quán)利要求25的方法，其中第二帶含有長纖維。
28.權(quán)利要求25的方法，其中所述連續(xù)纖維、長纖維、或其二者包括玻璃纖維、碳纖維、或玻璃和碳纖維的組合。
29.權(quán)利要求25的方法，其中所述熱塑性聚合物基體包括聚烯烴、聚醚酮、聚醚酰亞胺、聚亞芳基酮、液晶聚合物、聚芳硫醚、含氟聚合物、聚縮醛、聚氨酯、聚碳酸酯、苯乙烯類聚合物、聚酯、聚酰胺、或它們的組合。
30.權(quán)利要求25的方法，其中第一帶、第二帶或其二者具有約2%或更小的空隙率。
31.權(quán)利要求25的方法，其中歧管組件將熱塑性基體供給到擠出裝置，該歧管組件包含熱塑性基體從中流經(jīng)的分岔澆口。
全文摘要
由連續(xù)纖維增強帶(“CFRT”)形成的中空線性型材，所述連續(xù)纖維增強帶含有埋入第一熱塑性聚合物基體(6)內(nèi)的多個連續(xù)纖維。為了增強型材的拉伸強度，使連續(xù)纖維在所述帶內(nèi)沿基本上縱向(例如拉擠方向)排列。除連續(xù)纖維外，本發(fā)明的中空型材還含有可任選埋入第二熱塑性基體內(nèi)的多個長纖維以形成長纖維增強的熱塑性材料(“LFRT")(4)?？梢詫⑺鲩L纖維納入到連續(xù)纖維帶中或形成為型材的單獨層。不管如何，將所述長纖維的至少一部分以相對于縱向成一定角度(例如90°)進行取向以給型材提供提高的橫向強度。
文檔編號B29C70/52GK102947077SQ201180029259
公開日2013年2月27日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者S·M·尼爾森, D·W·伊斯特普, T·A·里甘 申請人:提克納有限責任公司