CN110325352A - 树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法 - Google Patents

树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法 Download PDF

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Abstract

树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其特征在于，至少具有：解绕工序，将纤维束从绕线筒放出；和缠绕工序，缠绕头相对于在固定轴上旋转的卷芯自由地移动，并将纤维束缠绕至卷芯上，由此得到制品，在上述解绕工序与上述缠绕工序之间，包括具备导向构件的导引工序，所述导向构件将上述解绕工序中放出的纤维束向上述缠绕工序导引，在上述导引工序或上述缠绕工序中的任一者中，实施使树脂含浸于纤维束的树脂附着操作，并且，在上述缠绕工序中还实施纤维含有率计算操作，所述纤维含有率计算操作对实施将树脂含浸纤维束缠绕于卷芯上的缠绕操作的过程中的中间体中的树脂含浸纤维束层的纤维含有率Vf(％)进行计算，根据上述纤维含有率Vf(％)的值，对上述树脂附着操作中的树脂附着量、向上述中间体施加的纤维束缠绕张力、在上述中间体的外表面上产生的剩余树脂的除去量、上述中间体上的树脂粘度中的任一者以上进行控制。提供通过掌握缠绕后的树脂含浸纤维束层的状态并使其反映于制造条件、从而对制品品质提高作出贡献的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法。

Description

树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法
技术领域
本发明涉及与纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastic，FRP)制管、压力容器等有关的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法。
背景技术
FRP是对树脂用增强纤维增强而得到的复合材料，与铁、铝等金属材料相比，质轻，同时也能够发挥与金属材料同等以上的强度及刚性，因此已广泛利用。
FRP制造中，在原料阶段，通常为多个单纤维合并而构成的纤维束、和液态树脂这样的独立形态，需要用各种制造手段将纤维束与树脂进行复合化。
例如，图1中示出工序概略的长丝缠绕(Filament Winding，FW)成型法为下述方法：将卷绕成绕线筒状的纤维束连续地退绕，将纤维束与树脂进行复合化·含浸后，卷绕于卷芯上，由此得到制品(树脂含浸纤维束卷绕体)。就该成型法这样、将纤维束连续地退绕而制造FRP制品的方法而言，在工序中使纤维束的形态稳定从而使得无扭绞(扭曲)、折叠等、使纤维束与树脂的混合比(即纤维含有率(或树脂含有率))稳定在根据制品而设定的合适值域，这在工序管理上是重要的，目前为止在进行各种技术开发。
例如专利文献1中记载了下述技术：将以不与实施缠绕处理(在卷芯上卷绕纤维束)的过程中的中间体接触的方式对中间体的外径进行计测的非接触式外径计测器设置于FW装置上，根据在缠绕处理中的各步骤中检测出的中间体的外径，对纤维束放出头的位置、角度进行微调节，使纤维束稳定在目标缠绕角度，提高品质。
专利文献2中记载了下述技术：在即将进行FW装置中的纤维束的缠绕之前，在工序中以光学方式对附着·含浸有树脂的纤维束的静电电容或厚度进行计测，由此检测出纤维含有率，根据检测出的值，使上游工序的树脂附着量增减，精度良好地管理制品的纤维含有率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2-231141号公报
专利文献2：日本特开2009-119717号公报
发明内容
但是，在FW方法中，通常而言，为了使得工序中的纤维束的形态稳定、防止缠绕过程中或缠绕完成后纤维束松弛，对纤维束赋予张力并进行输送及缠绕。即，在卷芯上，先前缠绕的内层侧的树脂含浸纤维束被缠绕于其上的外层侧的树脂含浸纤维束勒紧，在先前缠绕的内侧的树脂含浸纤维束中所附着的树脂被挤出。
作为结果，中间体或最终制品中的纤维含有率与工序中的纤维含有率不同，如图2中的截面图所示，内层侧中产生具有比工序中的纤维含有率更高的纤维含有率的、实际的树脂含浸纤维束层11，外层侧中产生不含纤维束的仅树脂的层即剩余树脂层12。
此时，对制品性能的贡献比例大的是包含纤维束的实际的树脂含浸纤维束层11的状态，剩余树脂层12的状态的贡献比例小。另外，中间体中，剩余树脂层12的厚度过大时，根据树脂的种类，缠绕处理时将纤维束保持于中间体的外表面上的摩擦力变小，发生纤维束的滑动，无法按照设计来配置纤维束，此外，可能引起纤维束的松弛。
此外，根据工序张力及树脂粘度的均衡性，在工序中或中间体中发生树脂的掉落，这也是在工序中设定的纤维含有率与制品中的最终纤维含有率之间产生差异的主要原因。
因此，现有技术中，不得不进行预先估计由挤出引起的剩余树脂的存在、工序中的树脂损失的工序管理及制品设计，因而未实现基于缠绕后的树脂含浸纤维束层的状态的品质管理，尚有改善的余地。
因此，本发明的目的在于提供通过掌握缠绕后的树脂含浸纤维束层的状态并反映于制造条件、从而对制品品质提高作出贡献的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法。
用于解决课题的手段
上述的课题通过以下的发明而得以解决。
(1)树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其特征在于，至少具有：
解绕工序，将纤维束从绕线筒放出；和
缠绕工序，缠绕头相对于在固定轴上旋转的卷芯自由地移动，并将纤维束缠绕至卷芯上，由此得到制品，
在上述解绕工序与上述缠绕工序之间，包括具备导向构件的导引工序，所述导向构件将上述解绕工序中放出的纤维束向上述缠绕工序导引，
在上述导引工序或上述缠绕工序中的任一者中，实施使树脂含浸于纤维束的树脂附着操作，并且
在上述缠绕工序中还实施纤维含有率计算操作，所述纤维含有率计算操作对实施将树脂含浸纤维束缠绕于卷芯上的缠绕操作的过程中的中间体中的树脂含浸纤维束层的纤维含有率Vf(％)进行计算，
根据上述纤维含有率Vf(％)的值，对下述中的任一者以上进行控制：
(i)上述树脂附着操作中的树脂附着量；
(ii)向上述中间体施加的纤维束缠绕张力；
(iii)在上述中间体的外表面上产生的剩余树脂的除去量；
(iv)上述中间体上的树脂粘度。
(2)如(1)所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，还实施对上述中间体中的上述树脂含浸纤维束层的厚度tFRP进行计算的树脂含浸纤维束层厚度计算操作，
使用上述厚度tFRP实施上述纤维含有率计算操作。
(3)如(2)所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，上述树脂含浸纤维束层厚度计算操作包括对实施上述缠绕操作的过程中的上述卷芯或上述中间体的外径进行计测的外径计测操作，
使用通过该外径计测操作计测的第1时刻t1时的上述卷芯或上述中间体的外径即第1外径d1、和上述第1时刻t1之后的第2时刻t2时的上述中间体的外径即第2外径d2，对在上述第1时刻t1至上述第2时刻t2之期间所形成的上述树脂含浸纤维束层的厚度tFRP进行计算。
(4)如(3)所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，上述树脂含浸纤维束层厚度计算操作还包括对在上述中间体的外表面上产生的剩余树脂层的厚度进行计测的剩余树脂层厚度计测操作，
使用上述第1外径d1、上述第2外径d2、和通过上述剩余树脂层厚度计测操作计测的上述第2时刻t2时的剩余树脂层的厚度tr，对在上述第1时刻t1至上述第2时刻t2之期间所形成的上述树脂含浸纤维束层的厚度tFRP进行计算。
(5)如(4)所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，上述剩余树脂厚度计测操作使用光电机构或超声波机构来实施。
(5)如(3)～(5)中任一项所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，上述外径计测操作使用光电机构来实施。
发明的效果
根据本发明，可基于缠绕后的树脂含浸纤维束层的纤维含有率来设定制造条件，因此能够对制品的品质提高作出贡献。
附图说明
[图1]为示出树脂含浸纤维束卷绕体的制造工序的一例的概略构成图。
[图2]为示出树脂含浸纤维束卷绕体的一例的截面图。
[图3]为示出通常的导向构件的例子的图。
[图4]为对与导向构件正交地行进的纤维束进行说明的图。
[图5]为示出导向构件中的纤维束的理想通过形态的图。
[图6]为示出涉及树脂附着手段的位置的另一例的概略图。
[图7]为示出还包括树脂含浸促进工序的另一例的概略图。
[图8]为示出还包含外径计测机构的缠绕工序的一例的概略图。
[图9]为示出外径计测的例子的概略图。
[图10]为示出时刻t1及t2时的树脂含浸纤维束卷绕体的一例的截面图。
[图11]为示出还包含超声波方式的剩余树脂厚度计测机构的缠绕工序的一例的概略图。
[图12]为示出超声波方式的剩余树脂厚度计测的概略图。
[图13]为示出时刻t1及t2时的树脂含浸纤维束卷绕体的一例的截面图。
[图14]为示出还包含光电方式的剩余树脂厚度计测机构的缠绕工序的一例的概略图。
[图15]为示出光电方式的剩余树脂厚度计测的概略图。
[图16]为示出还包含夹入式的外径计测机构的缠绕工序的一例的概略图。
[图17]为示出夹入式的树脂含浸纤维束层厚度计测的概略图。
具体实施方式
以下，详细地说明本发明。
<工序概要>
使用图1所示的实施例，对本发明涉及的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法进行说明。本制造方法至少由下述构成：解绕工序100，将未附着树脂的纤维束1从纤维束绕线筒101退绕；导引工序200，将上述解绕工序中退绕的纤维束1导向作为下游侧工序的缠绕工序300；缠绕工序300，介由缠绕头302，将从上述导引工序200导出的纤维束1缠绕至卷芯301上，由此得到树脂含浸纤维束卷绕体304；和树脂附着手段401，使树脂附着于纤维束。
<导向构件概要>
以下，本说明书中出现的“导向件”或“导向构件”(例如，表述为解绕导向件102、导引导向件201等)是指出于下述目的而配置的构件的总称，所述目的为：与从纤维束绕线筒101放出的纤维束1接触而使用，不给纤维束1带来不需要的扭曲、折叠，在使其高度、方向变化的同时导引至卷芯，缠绕至卷芯。
图3中示出通常的导向构件的形状51、52、53、54。导向构件51～54是形状为沿单向长长地延伸的棒状的构件，优选为以长长地延伸的轴(中心轴55)作为旋转轴的旋转对称形状。更具体而言，可以为沿中心轴55方向均匀的形状(51)，也可以为包含连续地或不连续地变化的部位的形状(52、53、54)。
导向构件以其中心轴55与纤维束1的行进方向大致正交、并且纤维束1在旋转对称形状的外周面上接触的同时行进的方式配置，由此能够将纤维束1的位置限制在规定位置。本发明中的“正交”状态是指如图4所示那样导向构件的中心轴55与纤维束1的行进方向M(被卷绕而前进的方向)所成的角度θ为θ＝90°，也包括θ＝90°±5°的范围。
优选的是，如图5中示出纤维束1的理想的通过状态那样，以使纤维束1的宽度方向沿着导向构件(图5的示例中的导向构件51)的中心轴55的方向的方式行进，由此能够使反作用力F作用于纤维束1的厚度方向而非宽度方向，作为结果，能够使得纤维束中不易产生扭曲、折叠。
关于纤维束1所接触的区域，作为能够绕着中心轴55周围旋转的辊构件，可以为不对纤维束1造成过大阻力而使纤维束1行进的构成，作为不能绕着中心轴55周围旋转的固定导向杆构件，可以为对纤维束1带来阻力而使其行进的构成。可以根据各工序中配置的导向构件应当发挥的规定目的来选择。
<解绕工序>
解绕工序100构成为至少包含纤维束绕线筒101和解绕导向件102。
关于将从纤维束绕线筒101退绕的纤维束1向导引工序200导引的解绕导向件102的数量，从制造设备布局制约的观点、经济性的观点考虑，选择对各制造工序而言最佳的数量。关于解绕导向件102的轴向，与纤维束1的行进方向正交是重要的，轴向可以与纤维束绕线筒101的轴向一致，也可以正交，也可以配置于扭曲的位置。另外，关于纤维束绕线筒101的数量，从制造设备布局制约的观点、经济性的观点考虑，可选择对各制造工序而言最佳的数量。
<纤维>
作为本制造方法中使用的增强纤维，可以将作为FRP的增强纤维通常使用的玻璃纤维等无机纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维等有机纤维等各种增强纤维单独使用或者组合多种而使用，使用碳纤维或玻璃纤维时可提高所得到的树脂含浸纤维束卷绕体的刚性及强度，因此优选。
<导引工序>
导引工序200构成为至少包含导引导向件201，所述导引导向件201用于将在解绕工序100中退绕的纤维束1向作为更下游侧的工序的缠绕工序300导引。
关于导引导向件201的数量及轴向，基于与解绕导向件101同样的思想来确定。即，关于导引导向件201的数量，从制造设备布局制约的观点、经济性的观点考虑，选择对各制造工序而言最佳的数量，关于导引导向件201的轴向，与纤维束1的行进方向正交是重要的，轴向可以与解绕工序100中配置的纤维束绕线筒101的轴向一致，也可以正交，也可以配置于扭曲的位置。
<缠绕工序>
缠绕工序300构成为至少包含下述构件：作为缠绕对象物的卷芯301；相对于卷芯301可自由地移动的缠绕头302；和用于将从导引工序200送出的纤维束1向卷芯301导引的缠绕导向件303。
缠绕工序300中，从导引工序200送出的纤维束1从设置于缠绕头302上的缠绕导向件303通过，缠绕于能够在空间上在固定的轴上旋转的卷芯301。缠绕头302一边与根据制品的要求特性而预先设计的纤维束缠绕量·缠绕角度相对应地自由地移动其位置，一边实施向卷芯301的缠绕，由此制造树脂含浸纤维束卷绕体304。
关于缠绕导向件303的数量及轴向，基于与解绕导向件101、导引导向件201同样的思想来确定。即，关于缠绕导向件303的数量，从制造设备布局制约的观点、经济性的观点考虑，选择对各制造工序而言最佳的数量，关于缠绕导向件303的轴向，与纤维束1的行进方向正交是重要的，轴向可以与卷芯301的轴向一致，也可以正交，也可以配置于扭曲的位置。
<卷芯>
卷芯301根据制品形状、所要求的功能来选择最佳的卷芯。例如，在中空管构件的制造中，可以使用在树脂含浸纤维束的缠绕处理后、或在使用热固性树脂的情况下从树脂固化工序通过后能够脱芯的圆筒状的卷芯、或者因加热等而熔融由此能够脱芯的各种形状的卷芯。在压力容器的制造中，可以使用作为可确保对规定收纳物的密封性的卷芯的、金属制或树脂制的各种衬料(liner)构件。
关于使用了热固性树脂的中空管构件、压力容器这样的需要进行树脂的固化的制品，缠绕完成后经历树脂固化工序及包括剩余部修整等后续加工等的精加工工序，成为最终制品。固化工序及精加工工序可以构成为能够不从缠绕工序移动而在相同场所实施，也可以构成为从缠绕工序移动而在不同场所实施。
<树脂附着手段>
树脂附着手段401是使树脂2附着于纤维束1的工艺，可以如图1所示那样包括在导引工序200内，或者如图6所示那样包括在缠绕工序300内(更优选缠绕头302上)。图示的基于含浸辊式的树脂附着手段401只不过是一例，此外，也可以应用使纤维束直接在树脂中通过的浸渍方式、将纤维束引入含浸模具中、并在模具内部将另行计量的树脂排出的定量排出方式等各种树脂附着手段，只要出于使规定量的树脂附着及含浸于纤维束的目的即可。
图示的含浸辊式中，纤维束1从导引导向件201(或缠绕导向件303)通过后从含浸辊403上通过、并从另一导引导向件201(或缠绕导向件303)通过，从而向工序的下游送出。收纳含浸辊403的树脂浴402内被树脂2充满，含浸辊403的下部从树脂2中通过，通过上述配置，从而使得树脂附着于含浸辊402的表面。用刮除构件404将含浸辊403上的剩余树脂刮落，从而将辊上的树脂量控制成适当的量，然后使纤维束1从含浸辊403上通过，由此能够使适当量的树脂2附着于纤维束1。
<树脂>
关于树脂2，优选为液态，可根据最终制品的用途、使用环境、制品要求特性来选择环氧树脂、不饱和聚酯树脂等热固性树脂、或者聚酰胺树脂等热塑性树脂，但并没有特别限制。从操作性、能量消耗量的观点考虑，环氧树脂等热固性树脂能够在树脂温度大致低的状态下实施含浸工序，因此操作性是更理想的。
关于含浸树脂的粘度，从含浸性的观点考虑，越低越好，但过低时，树脂在充分地含浸于纤维束中之前即掉落，可能无法保持规定的树脂含量，因此需要适当的粘度。具体而言，优选在10～2000mPa·s的范围内。进一步优选为100～1100mPa·s的范围。
<含浸促进机构>
另外，如图7所示例的，在从树脂附着手段401通过后，可以包含出于进一步促进树脂的含浸(渗透)的目的而设置的含浸促进机构501。
含浸促进机构501构成为包含至少一个以上的含浸导向件502(挤压杆)。含浸导向件502通常以限制导向件绕中心轴旋转的状态设置，纤维束1从含浸导向件502上通过时，纤维束1在其厚度方向上受到来自含浸导向件502的反作用力。通过该反作用力，借助树脂附着手段401附着于纤维束1的树脂2向纤维束中的含浸被进一步促进，能够将残留于纤维束1中的空隙置换为树脂2。在包含含浸导向件502的构成中，利用从含浸导向件502通过时在含浸导向件502表面与纤维束1之间产生的摩擦力，向纤维束赋予张力，因此，从含浸性与工序张力的均衡性的观点考虑，能够确定出含浸导向件502的最佳根数。
<制造速度>
关于纤维束1的行进速度，从生产效率的观点考虑，优选为0.1～300m/min的范围。行进速度过快时，无法确保树脂含浸时间，制品的品质可能降低。另外，由于纤维束1的行进阻力变大、每单位时间的纤维行进量增加，因此，可能引起绒毛的产生量增加等、来不及维护而断丝等问题。
<基于缠绕后的状态的制造条件管理>
本发明的特征在于，将制造条件管理中使用的指标设为中间体中的树脂含浸纤维束层的纤维含有率Vf(％)。作为纤维含有率Vf(％)的计算方法，只要为能够精度良好地掌握中间体中的纤维含有率的手段即可，没有特别限制。例如，可举出X射线等能够透过树脂含浸纤维束层内并计测的方法等，就使用树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)来计算纤维含有率的方法而言，计测较容易，是优选的。
此处，使用了厚度的纤维含有率的计算方法由式(1)表示。
(纤维含有率Vf)＝(无树脂的纤维束层的厚度)/(树脂含浸纤维束层的厚度)(％)……(1)
在事先进行设计的品种中，通常而言，纤维束的投入量是已知的，能够算出无树脂的纤维束层的厚度，因此，通过对树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)进行计测即能够算出纤维含有率Vf(％)。
作为树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)的计测方法，只要为能够精度良好地检测出树脂含浸纤维束层的厚度的手段即可，没有特别限制。优选可以为能够在不停止工序的条件下进行计测、并且不易发生由与中间体接触而引起的异物混入、纤维束的散乱的、非接触式的计测手段。
以由上式(1)求出的纤维含有率Vf(％)被限制在根据各品种而确定的合适范围内的方式对制造条件进行控制，由此能够实现本发明的目的。即，在事先进行设计的品种中，如前文所述，纤维束1的投入量是已知的，因此，通过借助树脂附着手段进行的附着树脂量的增减或树脂挤出量的增减(根据情况进行剩余树脂的除去)，从而能够实现本发明的目的。
关于制造条件的控制对象，优选包含下述中的至少任一者以上：树脂附着手段中的树脂附着量的增减；纤维束缠绕张力的增减；中间体中的剩余树脂的除去量；中间体中的树脂粘度。另外，也可以组合前述的多个项目，即使是此处未举出的控制对象，只要有助于中间体中的纤维含有率Vf(％)的管理，则也可以选择。
<树脂附着手段中的树脂附着量>
当判断为树脂附着量过多或不足时，控制树脂附着手段401中的树脂附着量。作为树脂附着量的控制方法，根据树脂附着手段401的方式的不同而不同，在图示的含浸辊方式的例子中，通过增减含浸辊403与刮除构件404之间的距离，从而能够增减树脂附着量。
出于树脂附着量的更精确控制、制造的效率化的目的，可以为利用电动机等的驱动来调节刮除构件404的位置的构成，也可以为与算出的纤维含有率Vf(％)相对应地自动控制的构成。
<纤维束缠绕张力>
当判断为缠绕时的张力过大或不足时，可以通过对从纤维束绕线筒101解绕时所赋予的张力的增减、各工序内导向构件的构成进行调节等的手段来控制。另外，也可以为在工序内还包含其它的张力调节机构(未图示)的构成。作为张力调节机构的种类，没有特别限制，可以选择例如张力调节辊(dancer roll)、基于导向构件的根数·高度调节的机构等各种形态。
出于缠绕张力的更精确控制、制造的效率化的目的，可以为下述构成：在工序内还包含张力传感器、测力传感器，将其计测值作为控制参数对张力调节机构进行自动控制，将缠绕张力控制在合适范围内。
<中间体中的剩余树脂的除去>
当判断为中间体中的剩余树脂量过多时，通过将除去剩余树脂的工艺整合入缠绕处理中，从而能够控制剩余树脂量。
作为除去剩余树脂的方法，只要为可实现将中间体的外表面上产生的剩余树脂除去的目的的方法即可，没有特别限制。可以选择下述各种方法：一边使以刮刀为代表的平板状刮除构件抵接于中间体的外表面一边使中间体旋转的方法；一边将刮刀抵接于不旋转的中间体的外表面一边使刮刀移动的方法；通过使吸附剩余树脂的物质与外表面接触从而将树脂除去的方法；通过使中间体高速旋转而产生的离心力将树脂除去的方法；等等。
出于树脂除去量的更精确控制、制造的效率化的目的，在基于例如前述的刮除构件的方法中，可以为利用电动机等的驱动来调节刮除构件的位置的构成，也可以为自动地进行树脂除去的构成。
<中间体中的树脂粘度的调节>
当判断为中间体中的树脂的挤出量过多或不足时，可以通过调节中间体内的树脂粘度来控制树脂的挤出量。作为树脂粘度的调节手段，只要为可实现树脂粘度调节的目的的方法即可，没有特别限制，将中间体加热或冷却的方法较容易实施，因此优选。
本方法中，在树脂的挤出量过小的情况下，为了促进树脂的挤出，可以对中间体进行加热，使树脂粘度降低。当判断为树脂的挤出过大时，为了抑制树脂的挤出，可以将中间体冷却，使树脂粘度上升。另外，根据树脂，会因加热而促进固化，因此，在加热的同时还能够使树脂粘度不降低而是上升，作为结果，能够抑制树脂的挤出。
出于树脂粘度的更精确控制、制造的效率化的目的，可以为下述构成：与算出的纤维含有率Vf(％)相对应地自动控制加热量或冷却量。
<与缠绕处理中的树脂含浸纤维束层厚度计测相关的实施例>
图8中示出还包含能够进行缠绕处理中的树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)计测的外径计测机构310的、缠绕工序300的例子。
关于外径计测机构310，只要为在缠绕处理中于制造设备的周围进行运作的方式即可，没有特别限制，可应用各种机构。另外，也无需为在缠绕头302上固定外径计测机构310的构成，可以为在卷芯301的周围安置外径计测机构310的构成。
本例中，对基于使用激光的光电机构的外径计测机构310进行了示例，由至少一对送光部311及受光部312构成。如图9(A)所示，从送光部311以线状发出光线，产生被树脂含浸纤维束卷绕体304遮蔽的光线312，仅未被树脂含浸纤维束卷绕体304遮蔽的光线314到达受光部312。即，被遮蔽的光线313所存在的范围必定示出树脂含浸纤维束卷绕体304的外径。另外，如图9(B)所示，也可以由两对送光部311及受光部312构成。该构成中，一对以包含中间体中的一侧的直径端部的方式照射光线，另一对以包含相反侧的直径端部的方式照射光线。此时，若两对送光部311及受光部312的位置关系已知，则可以基于各自的计测值算出中间体的外径。
就基于光电机构的方法而言，能够在短时间内检测出外径，并且无需为了外形计测而使工序停止，从制造性的观点考虑也是优选的实施方式。
<基于外径的树脂含浸纤维束厚度的计算>
首先，在缠绕处理的时刻t1，对图10(A)中示例的这样的中间体的外径d1(mm)进行计测。
接着，在时刻t2(t1之后的时刻)，对图10(B)所示的中间体的外径d2(mm)进行计测。此处，在时刻t2，缠绕处理按照与时刻t1对比的方式进行。此时，时刻t1至时刻t2之期间的外径变化可判断为是由树脂从树脂含浸纤维束所缠绕的部分中掉落、或者除去了树脂的结果所带来的，因此，通过获得d2(mm)与d1(mm)的差值，从而能够算出在时刻t1至时刻t2之期间缠绕的、最终残留的树脂含浸纤维束的厚度tFRP(mm)。
即，在t1至t2之期间形成的树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)可以如式(2)这样确定。
tFRP＝(d2-d1)/2(mm)……(2)
通过将求出的树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)应用于式(1)，从而能够求出缠绕后的树脂含浸纤维束层10中的纤维含有率Vf(％)，因此，能够进行反映出工序中的树脂掉落、卷芯上的树脂掉落的品质管理。
<向实际的树脂含浸纤维束层的厚度的校正>
如背景中所述，对制品性能的贡献大的是实际的树脂含浸纤维束层11中的纤维含有率Vf(％)，但前文所述的计算方法中，算出的是也包括剩余树脂层12在内的树脂含浸纤维束层10中的纤维含有率Vf(％)。能够精度良好地算出仅实际的树脂含浸纤维束层11的厚度的、更优选的构成为如图11所示那样还包含剩余树脂厚度计测机构320的构成。剩余树脂厚度计测机构320无需为图11所示那样固定于缠绕头302上的构成，也可以为安置于卷芯301的周围的构成。关于剩余树脂厚度计测机构320，只要为能够仅提取剩余树脂层12的厚度的机构、且为在缠绕处理中能够在制造设备的周围运作的机构即可，没有特别限制，可应用超声波方式、光电方式等各种手段。
就图12所示的剩余树脂厚度计测机构320而言，示例接触式的超声波厚度计330。入射波321在树脂含浸纤维束层11与剩余树脂层12的界面处反射，成为反射波322，并再次被摄入剩余树脂厚度计测机构320中，由此，通过使用直至摄入为止的时间和剩余树脂内的声速，从而可算出剩余树脂层12的厚度。
就图14所示的剩余树脂厚度计测机构320而言，示例非接触式的激光膜厚计331。本方式中，如图15所示，照射入射光323时，一部分的光线在剩余树脂层12的表面上反射而成为第1反射光324，并摄入激光膜厚计331中，剩余的光线透过剩余树脂层12，在实际的树脂含浸纤维束层11的表面上反射而成为第2反射光325，并摄入激光膜厚计331中。通过分开地识别第1反射光324和第2反射光325并进行处理，从而能够算出剩余树脂层12的厚度。就激光膜厚计这样的光电方式而言，能够在短时间内检测出剩余树脂层12的厚度，并且无需为了外形计测而使工序停止，从制造性的观点考虑也是优选的实施方式。
利用外径的计测来算出树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)的过程是相同的，但通过如图13所示那样还计测剩余树脂层厚度tr(mm)、并使用针对式(2)增加了剩余树脂层12的校正而得到的式(3)，从而能够算出仅将实际的树脂含浸纤维束层11的厚度提取的树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)。
tFRP＝(d2/2-tr)-(d1/2)(mm)……(3)
通过将由式(3)求出的树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)适用于式(1)，从而能够求出实际的树脂含浸纤维束层11中的纤维含有率Vf(％)，因此，能够实现反映出卷芯上的树脂挤出等的、更优品质管理。
<接触式的树脂含浸纤维束层厚度计测>
另一方面，关于接触式计测方法，可举出将卷尺缠绕于树脂含浸纤维束卷绕体304上从而根据圆周长度计算外径的方法等，从能够在短时间内进行计测的方面考虑，夹入式外径计测方法是优选的方式。
图16中示出构成为包含夹入式外径计测机构340的制造方法的例子。夹入式外径计测机构340由至少一对计测头341构成，通过使一对计测头341将树脂含浸纤维束卷绕体304夹入，从而可根据计测头341的相对位置关系算出树脂含浸纤维束卷绕体304的外径、并根据与卷芯301的直径之差对树脂含浸纤维束层的厚度进行计测，此时，就夹入式而言，如图17所示，能够排出剩余树脂12而计测外径，因此，能够对实际的树脂含浸纤维束层的厚度11进行计测。
根据本方法，为简单的装置构成，能够计测仅将实际的树脂含浸纤维束层11的厚度提取的树脂含浸纤维束层的厚度tFRP(mm)，有助于高精度的工序管理。就基于本方法的外径计测而言，从防止树脂的不必要刮除、纤维束的散乱的观点考虑，优选的是：暂时停止工序，用计测头341将树脂含浸纤维束卷绕体304夹入，进行外径计测。
<其他实施方式>
本发明并非仅束缚于说明书中的实施方式，只要为基于同样的技术构思而确定的实施方式即可，可以变更各种构件的选择、配置来实施。
附图标记说明
1：纤维束
2：树脂
10：树脂含浸纤维束层
11：实际的树脂含浸纤维束层
12：剩余树脂层
51、52、53、54：导向构件的例子
55：中心轴
100：解绕工序
101：纤维束绕线筒
102：解绕导向件
200：导引工序
201：导引导向件
300：缠绕工序
301：卷芯
302：缠绕头
303：缠绕导向件
304：树脂含浸纤维束卷绕体
310：外径计测机构
311：送光部
312：受光部
313：被遮蔽的光线
314：未被遮蔽的光线
320：剩余树脂层厚度计测机构
321：入射波
322：反射波
323：入射光
324：第1反射光
325：第2反射光
330：超声波厚度计
331：激光膜厚计
340：夹入式外径计测机构
341：计测头
401：树脂附着手段
402：树脂浴
403：含浸辊
404：刮除构件
410：含浸导向件
501：树脂含浸促进机构
502：含浸导向件
F：向纤维束的反作用力
M：纤维束的行进方向
θ：导向构件的中心轴与纤维束的行进方向所成的角度
Vf：树脂含浸纤维束层的纤维含有率
tFRP：树脂含浸纤维束层的厚度
tr：剩余树脂厚度
t1、t2：第1(第2)时刻
d1、d2：第1(第2)时刻时的中间体的外径

Claims (6)

1.树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其特征在于，至少具有：
解绕工序，将纤维束从绕线筒放出；和
缠绕工序，缠绕头相对于在固定轴上旋转的卷芯自由地移动，并将纤维束缠绕至卷芯上，由此得到制品，
在所述解绕工序与所述缠绕工序之间，包括具备导向构件的导引工序，所述导向构件将所述解绕工序中放出的纤维束向所述缠绕工序导引，
在所述导引工序或所述缠绕工序中的任一者中，实施使树脂含浸于纤维束的树脂附着操作，并且，
在所述缠绕工序中还实施纤维含有率计算操作，所述纤维含有率计算操作对实施将树脂含浸纤维束缠绕于卷芯上的缠绕操作的过程中的中间体中的树脂含浸纤维束层的纤维含有率Vf(％)进行计算，
根据所述纤维含有率Vf(％)的值，对下述中的任一者以上进行控制：
(i)所述树脂附着操作中的树脂附着量；
(ii)向所述中间体施加的纤维束缠绕张力；
(iii)在所述中间体的外表面上产生的剩余树脂的除去量；
(iv)所述中间体上的树脂粘度。
2.如权利要求1所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，还实施对所述中间体中的所述树脂含浸纤维束层的厚度tFRP进行计算的树脂含浸纤维束层厚度计算操作，
使用所述厚度tFRP实施所述纤维含有率计算操作。
3.如权利要求2所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，所述树脂含浸纤维束层厚度计算操作包括对实施所述缠绕操作的过程中的所述卷芯或所述中间体的外径进行计测的外径计测操作，
使用通过所述外径计测操作计测的第1时刻t1时的所述卷芯或所述中间体的外径即第1外径d1和所述第1时刻t1之后的第2时刻t2时的所述中间体的外径即第2外径d2，对在所述第1时刻t1至所述第2时刻t2之期间所形成的所述树脂含浸纤维束层的厚度tFRP进行计算。
4.如权利要求3所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，所述树脂含浸纤维束层厚度计算操作还包括对在所述中间体的外表面上产生的剩余树脂层的厚度进行计测的剩余树脂层厚度计测操作，
使用所述第1外径d1、所述第2外径d2、和通过所述剩余树脂层厚度计测操作计测的所述第2时刻t2时的剩余树脂层的厚度tr，对在所述第1时刻t1至所述第2时刻t2之期间所形成的所述树脂含浸纤维束层的厚度tFRP进行计算。
5.如权利要求4所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，所述剩余树脂厚度计测操作使用光电机构或超声波机构来实施。
6.如权利要求3～5中任一项所述的树脂含浸纤维束卷绕体的制造方法，其中，所述外径计测操作使用光电机构来实施。
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GR01 Patent grant
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