JP2002542084A - 繊維を包封した複合構造材の均質化法 - Google Patents

繊維を包封した複合構造材の均質化法

Info

Publication number
JP2002542084A
JP2002542084A JP2000613638A JP2000613638A JP2002542084A JP 2002542084 A JP2002542084 A JP 2002542084A JP 2000613638 A JP2000613638 A JP 2000613638A JP 2000613638 A JP2000613638 A JP 2000613638A JP 2002542084 A JP2002542084 A JP 2002542084A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fibers
fiber
resin
liner
tension
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000613638A
Other languages
English (en)
Inventor
ルッツ，リーネ
Original Assignee
ルッツ，リーネ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ルッツ，リーネ filed Critical ルッツ，リーネ
Publication of JP2002542084A publication Critical patent/JP2002542084A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/56—Tensioning reinforcements before or during shaping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C71/00—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/02—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/10—Cords, strands or rovings, e.g. oriented cords, strands or rovings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037—Other properties
    • B29K2995/0077—Yield strength; Tensile strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/712—Containers; Packaging elements or accessories, Packages
    • B29L2031/7154—Barrels, drums, tuns, vats
    • B29L2031/7156—Pressure vessels

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明は、繊維強化圧力容器の製造方法及び製品に関する。圧力ライナーは、従来技術に従って樹脂含浸繊維により包封され硬化される。硬化済み繊維包封ライナーは、その後、経時的に高い温度と圧力を受ける。温度を増加させると、樹脂（１４）は軟化する。圧力を増加させると、繊維（１３）は引張り荷重を受ける。引張り荷重により、繊維は樹脂中で延びてまっすぐになる。冷却後、反復使用されると、まっすぐになった繊維は直ちに引張り荷重に応答できるようになり、容器の破裂強さが増加する。このプロセスをオートフレッテージと直列に、あるいは同時に、実施すると、最終的な強さがさらに大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、樹脂含浸繊維補強複合構造材の製造方法及びその方法による製品に
関する。さらに詳細には、繊維で包封した圧力容器は、その強さを増加させるた
めに圧力及び温度処理を施される。
【０００２】
【発明の背景】
繊維でその下の種々の形状体を包封して、繊維強化プラスチック複合材製品ま
たはＦＲＰを製造することが知られている。繊維は、常態では低強度の形状体上
に包封された構造部材として働く。繊維は、複合材が応力を受けると張力状態と
なる。かかる例の１つとして、中空の、実質的には構造的部分でないライナーを
繊維で包封して行う繊維強化圧力容器の製造がある。
【０００３】 繊維包封複合材を製造する従来方法による製品としての複合材は、荷重下での
強度はそれほど大きくない。
【０００４】 従来、繊維は非常に細いため、ＦＲＰへの使用前に大きな束に束ねるのが一般
的である。通常、１２０００本以上の多数の繊維を巻いてトウを形成する。多数
のトウを、ライナー上に機械的に包封する前に、触媒樹脂を含む加熱された樹脂
浴に通す。巻き付けたものの形状は、容器のライナーの回転速度及びトウを供給
する装置の走行速度に左右される。最もありふれた形状として、螺旋状（トウは
、被包封対象物の軸と有意な角度を成している）、環状（トウは、対象物の周り
にリング状に巻回されている）、及び玉巻き状（トウは、対象物の縦方向軸の方
向に包封されている）がある。
【０００５】 樹脂は、乾燥後に硬化される。硬化は、樹脂がその最終的な化学的状態に到達
し、さらにライナーの補強目的を達成するためのプロセスである。硬化または化
学的重縮合は、水または他の単純物質の解放によりモノマーからポリマーを形成
するプロセスである。通常、硬化は高い温度で行われるが、樹脂によっては室温
で十分なものもある。
【０００６】 硬化した状態は、通常、従来のプロセスが終了し、その結果得られる製品が使
用に供せられる状態である。
【０００７】 従来技術の製造方法は、加圧状態の容器のライナーあるいは曲げ状態のビーム
を制限するときのように、全ての繊維が引張り荷重を均等に支持できるように、
繊維を形状体に包封できるとは思えない。トウ内の全ての繊維は、樹脂内で引張
られた場合直ちに引張り荷重を支持できるような状態になっていないと推量され
る。さらに詳説すると、繊維が包封されると曲げが生じ、ライナーの加圧により
、一部の繊維が張力を受けるが、繊維の中には、ただ真直ぐになるだけで有意な
荷重を分担しないものがあると推量される。
【０００８】 包封体内の繊維の間のこれらの不均一性またはばらつきにより、従来技術によ
る複合構造材では、全ての繊維が荷重を分担する場合に理論的に可能な強度を得
ることができない。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、従来技術による張力分担のばらつきに注目し、樹脂内の繊維の配置
構成を変えて、引張り荷重分担能力を増加させると共に繊維包封形状体の強度を
最終的に増加させものである。個々の繊維の間の引張り荷重の均質化または等化
は、形状体に荷重がかかるとそれに応答して繊維を樹脂内で移動させることによ
り行う。典型的な作動圧力及び作用温度では、繊維は硬化した樹脂内で実質的に
移動できない。本発明のプロセスによると、樹脂の性質が、移動性が高くなるよ
うに操作され、繊維が、より最適な配置構成を得ることができるように操作され
る。
【００１０】 一般的に、圧力容器の繊維を包封した形状体またはライナーは、経時的に高い
温度および高い圧力を受ける。高い温度により、繊維は樹脂内で移動性を有する
ようになる。圧力容器内の高い圧力は、ばらばらの各繊維が支持する引張り荷重
を変化させる。
【００１１】 樹脂温度の増加は、繊維が樹脂内で移動できるように十分な高さにする必要が
ある。圧力容器にかける荷重は、繊維を張力状態にして、それらが新しくかつ低
い応力状態になるような移動を開始させるに十分な大きさでなければならない。
樹脂が一旦冷却すると、多数の繊維は引張り荷重をより均等に分担するようにな
る。
【００１２】 本発明の広い範囲において、繊維補強複合材中に埋め込まれた複数の繊維の張
力を均質化させるプロセスは、 樹脂が軟化するように樹脂の温度を増加させ、 繊維が張力を有するように複合材を操作し、 樹脂の温度及び繊維の張力を、繊維を樹脂内で移動できるようにするに必要な
長さ維持して、繊維内の張力が均質化されるようにし、 樹脂及び繊維母材を冷却するステップより成り、多数の繊維は印加される引張
り荷重をよりよく分担できるようになる。
【００１３】 好ましくは、複合材は繊維を包封したライナーまたは圧力容器であり、繊維に
張力をかけるためにライナーを加圧する。理想的には、温度を、繊維が樹脂内で
移動できるようになる範囲に増加させるが、樹脂、繊維または形状体の性質が永
続的に劣化するようなものであってはならない。さらに、繊維を張力状態にする
際、形状体または繊維の破壊を起こさないようにする。
【００１４】 さらに好ましくは、均質化工程と直列に、またはそれと同時に、オートフレッ
テージを実施して、さらに大きい強度を得るようにする。
【００１５】
【好ましい実施例の詳細な説明】 図１を参照して、複合構造材は、ライナー２を有する繊維補強圧力容器１を構
成し、ライナー２は樹脂含浸繊維３により包封されている。本発明は、圧力容器
のライナーに関連して説明するが、このプロセスは、複合構造材、最も好ましく
は圧力容器のライナー１（しかしながら、ビーム等も含む）を形成するための、
形状体を包封し、引張り荷重を支持する繊維の処理に関する。
【００１６】 圧力容器の場合、ライナー２は流体を収容し、繊維３はライナー２を補強して
その破裂強さを増加させる働きがある。
【００１７】 容器１のライナー２はアルミニウム製の管であり、半球状端部４にねじ山を切
った軸方向のノズル５が半球状端部４から縦方向に延びている。
【００１８】 ライナー２は、従来技術により、螺旋状且つ環状に樹脂含浸繊維３で包封され
ている。
【００１９】 繊維のトウ３は、通常、それぞれが約１２０００本の繊維を含んでいる。ライ
ナー２の包封に同時に使用する１０または１２本のトウは、先ず最初に、それぞ
れを加熱された樹脂浴に通し、触媒樹脂が含浸されようにする。繊維及び樹脂は
、ライナー２上に機械的に包封される。
【００２０】 図２ａを参照して、ライナーは、包封された後、空気乾燥する（８）。次いで
、樹脂包封ライナーを、約１２５℃の高温の空気オーブン内で加熱（９）して樹
脂を硬化させる。
【００２１】 硬化済みの樹脂包封ライナー９は、延性金属より成る場合は、オートフレッテ
ージ（１０）を施す場合がある。オートフレッテージ（１０）は、包封体内のア
ルミニウムライナー２に予め応力を加えることにより、最終的な破裂圧力あるい
はそれが永続的変形を受ける荷重を増加させるプロセスである。
【００２２】 詳説すると、オートフレッテージ・プロセス１０は、硬化済み（９）繊維包封
ライナー２を保護ハウジング内に配置し、ライナー２を過圧して、降伏させるス
テップより成る。圧力を解放すると、ライナー２内の張力が減少し、周囲圧力で
圧縮（予め応力をかけた）状態となる。従って、再加圧により、ライナーにかか
る応力は、まず圧縮状態から徐々に減少して、０点を通過し、最後に引張り状態
となる。引張り応力を発生させる圧力サイクルは、疲れ応力破壊を生ぜしめる重
要なファクターである。最初の予圧縮性応力により、各圧力サイクルはライナー
に低い最大引張り応力を発生させるため、疲れ強度が改善される。
【００２３】 以上において、繊維包封ライナーの技術の現状を説明した。
【００２４】 図２ｂ−２ｄを参照して、本発明は、硬化プロセスに続く新規な均質化ステッ
プ１２により繊維強化ライナーをさらに処理するものである。
【００２５】 詳説すると、図２ｂに示す第１の実施例では、硬化後、オートフレッテージ１
０の後に均質化プロセスが続く。オートフレッテージ１０は、上述したように、
さらなる構造的改善を得るために、硬化させた容器に対してオプションとして実
施するが、それは本発明の必要条件ではない。
【００２６】 図２ｃに示す第２の実施例において、均質化ステップ１２は、硬化ステップ９
の後の、オートフレッテージと均質化を組み合わせたステップ１５より成る。
【００２７】 図２ｄで示す第３の実施例では、均質化ステップ１２は、硬化ステップ９のす
ぐ後にくる。
【００２８】 図８ａに示すように、アルミニウムライナーを有する容器には、通常、オート
フレッテージＡが施される。その後、反復性圧力サイクルテストＴ１、Ｔ２、Ｔ
３等を含むテストにより、繊維包封ライナーがカナダ規格協会により公開された
規格のような合格性能規格を満足することが保証される。
【００２９】 本発明の第１の実施例を示す図８ｂを参照して、均質化ステップは、まず最初
に、繊維包封ライナーを膨脹させて繊維に引張り荷重を印加する液体により、こ
のライナーを安全に再加圧することにより、オートフレッテージに続く。圧力が
増加するが、この圧力は、降伏圧力より高いがライナーとその繊維包封体の破裂
圧力よりは低い値に維持し、それと同時に、繊維包封ライナー２の温度を硬化樹
脂が軟化するように高くする。
【００３０】 温度の増加は、繊維包封ライナー２を周囲温度を増減できるチェンバー内に配
置することにより行う。使用する温度及び圧力は、主として、ライナーと使用す
る樹脂の種類により異なる。
【００３１】 樹脂は、繊維が樹脂内で移動できるように軟化させる。完全にはまっすぐでな
い繊維は、張力を受けると、曲げ応力を発生し、横方向荷重が生じる。繊維は樹
脂内に埋め込まれているため、横方向荷重が樹脂にかかる。繊維にかかる軸方向
及び横方向荷重のベクトル分析によると、大きい合成荷重が存在し、その結果、
所望の最終的な軸方向荷重支持能力が低くなる。
【００３２】 高温での樹脂の軟化により張力状態の繊維が発生する横方向荷重は、樹脂を変
位させ、弛緩させることができる。繊維が波状不整列状態または長すぎることに
より張力が局在化してるか否かに関係なく、繊維は横方向に弛緩して樹脂内を移
動できるようになる。高張力状態の繊維が弛緩すると、低張状態の繊維が作用し
開始してそれらの張力を増加させるため、作用する全ての繊維に存在する張力が
一般的にますます均質化される。
【００３３】 エポキシ樹脂では、軟化させるために温度を６０℃より高い値に増加させる必
要があるが、劣化を防止するためには１５０℃以下に維持しなければならない。
アルミニウム製ライナーは、最高約１７０℃までは健全性を維持するため、この
プロセスの間、樹脂と同じ温度に到達しても、劣化する危険はない。
【００３４】 容器を安全に加圧するための液体としては、温度により種々のものを使用する
ことができる。
【００３５】 温度の増加は、複合材のいずれの成分も劣化させなければ、できるだけ高い方
が好ましい。樹脂の方が最も大きい危険に曝され易い。種々の樹脂及びそれらの
略温度過敏性を表にして以下に示す。
【００３６】 表 １ 樹脂 最高温度℃ ポリエステル １００ エポキシ １５０ フェノール樹脂 １５０ ビニルエステル １５０ シリコーン １０００ 種々の繊維及びそれらの温度過敏性を表にして以下に示す。
【００３７】 表 ２ 繊維 種類 最高温度℃ 有機 アラミド ３５０ ガラス Ｅ−モノ ４００ Ｓ−モノ ４００ グラファイト 高強度 ５００ 低強度 ５００ 以上より、ひずみが印加された状態でまっすぐでなければ、繊維は適当にある
いは事実上利用されていないことがないことがわかる。例えば、図３ａと３ｂを
参照して、２つの繊維１２、１３は、樹脂１４内に埋め込まれている。図３ａは
、休止状態の繊維１２、１３を示し、図３ｂは、ひずみを加えた同じ繊維１２、
１３を示す。
【００３８】 図１３ａにおいて、繊維１２は休止中であるが、張力受け入れ準備のできた理
想的な緊張状態である。繊維１３は曲がった状態にあり、最初にまっすぐしない
限り大きな張力を直ちに受けることができない。
【００３９】 図３ｂにおいて、樹脂１４と繊維１２、１３は、その下のライナーが加圧され
た時のように、変位した状態にある。樹脂１４と繊維１２、１３は、応力を受け
て、ε1からε2へ変位している。繊維１３は、その元の状態（点線で示す）から
まっすぐになっており、任意の実質的大きさの軸方向張力を受ける準備ができた
ばかりであることに注意されたい。
【００４０】 図３ｃに示すように、最初から緊張している繊維１２は、張力状態に置かれた
繊維の典型的な応力−ひずみ応答σ12を示す。曲がった繊維１３にかかる応力σ 13 は、樹脂１４内でまっすぐにすると小さな軸方向応力となるに過ぎない。繊維
１２に応力がないと、その繊維は複合圧力容器に印加される荷重を分担できない
のは明らかである。
【００４１】 繊維包封ライナーの破裂圧力は、引張り荷重または軸方向荷重を受けることの
できる樹脂内の多数の個別繊維数に依存する。
【００４２】 この問題は、図４及び図５ａ―５ｃを見るとよくわかる。図４は、４本の繊維
が全て整列状態で、引張り荷重を等しく受けることができる理想的な状態を略示
する。図５ａ―５ｃは、包封繊維のうち４本の繊維の１本だけが直ちに荷重を受
けることができるが、他の３本は弛緩状態かまたは何らかの理由で不整列である
極端な場合を示す。図４を参照してさらに詳しく説明すると、極限引張り強さは
、理論的には、全ての繊維がまっすぐで引張り荷重を支持できる場合に得られる
。
【００４３】 図５ａ−５ｃに示す場合、荷重下での変位により繊維にかかる張力が増分的に
増加すると、不整列状態の繊維が、おそらく容器強度を分担するのには間に合わ
ないが、最終的に、荷重を受けるようになる。
【００４４】 さらに詳しく説明すると、図５ａは、繊維の４分の３が荷重を分担しない状態
を示す。図５ｂでは、樹脂母材と繊維とが十分に引き延ばされて、１本の繊維だ
けが荷重の分担に寄与する。この極端な場合では、変位が増加するにつれて、最
初のまっすぐな繊維が全ての応力を支持することに注意されたい。図５ｃでは、
不整列の繊維も全て最終的に荷重の分担に寄与するが、緊張状態にあった最初の
繊維はその極限引張り強さを超えたため、切れてしまっている。図５ａ―５ｃに
示す包封製品は、図４に示す包封製品ほど大きな強度を持たない。
【００４５】 図６ａを参照して、樹脂のモデルブロック内に埋め込まれた繊維は全部がまっ
すぐでないため、引張り荷重を支持できるようになる前にまっすぐになるになる
かまっすぐにする必要がある。その結果、繊維包封ライナーの破裂強さが減少す
る。縦方向に延びる３本の繊維Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3は、横方向に延びる繊維Ｆ4の上方
及び下方にある。繊維Ｆ2とＦ3は繊維Ｆ4の周りで変位するため、それらの繊維
がわずかに曲がる。繊維Ｆ1は、弛緩状態の繊維が波状になる可能性を示してい
る。
【００４６】 図６ｂを参照して、樹脂のモデルブロックは、温度が増加した状態で、繊維Ｆ
1、Ｆ2、Ｆ3が張力を受けている。その結果、繊維は、まっすぐになり、移動性
樹脂の内部を移動して、樹脂を変位させ、それらの相対位置を変化させている。
【００４７】 その結果、図６ｃに示すように、張力を解放すると、繊維は冷却した樹脂内で
さらにまっすぐな状態を維持する。従って、繊維Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3は、図６ａで示
すよりも早く張力を受け得る状態にある。
【００４８】 図７を参照して、荷重が等しく分担されない現象を、分担率対ひずみ（ε）を
示すグラフで説明する。荷重の増加により繊維のひずみ（伸び）が増加すると、
より多くの繊維が緊張状態となって、荷重の分担に参加し始める。従来技術の繊
維の荷重分担への参加を、線Ａで示す。最初のひずみで多くの繊維が荷重の分担
に参加するが、ひずみが増加すると、さらに多くの繊維が参加する。線Ａは１０
０％の参加率になることは決してないことに注意されたい。全ての繊維が寄与し
ようとするが、早期に荷重を支えていた繊維はそれらの極限引張り応力に到達す
るため、他の繊維がそれらの荷重支持能力に到達する前に、断裂してしまってい
る可能性があることに注意されたい。
【００４９】 線Ｂは、均質化プロセスを施した繊維が荷重分担に参加する態様を示す。この
プロセスによって全ての繊維が荷重の分担に参加することは予想されないため、
出発点は１００％未満であるが、より多くの繊維が早期に荷重を分担し、所与の
変形またはひずみに対して、全体として、繊維の大きな部分が荷重の分担に参加
する。
【００５０】 上述のプロセスによると、以前は不可能であった優れた破裂強さを有する繊維
包封ライナーが得られる。
【００５１】 当業者は、破裂強さの改善は、オートフレッテージにより得られるものに付加
されるものであり、均質化プロセスによると、オートフレッテージとは無関係に
強度の改善が可能となり、それらを同時に実施すると、高温プロセスである均質
化ステップにより従来技術のオートフレッテージが補足されることがわかるであ
ろう。
【００５２】 実施例 本発明の第１の実施例では、エポキシ樹脂を予め含浸させた炭素繊維で包封し
た押出アルミニウムライナーを空気乾燥した後、１２５℃の温度で２時間硬化さ
せた。繊維は、三菱レーヨンから取得した炭素またはグラファイト繊維Grafil 3
4-700であった。エポキシ樹脂はShellから得たEpon 826/Epi CURE 9551であった
。
【００５３】 図８ａを参照して、オートフレッテージＡを、アルミニウムライナーを降伏さ
せるに適当な約６０００ｐｓｉの圧力で行った。その後、従来通りに、繊維包封
ライナーの保証テストを行った。カナダ規格協会は、かかる容器が設計圧力の１
．２５倍の圧力を１１２５０サイクル受けるのを条件とする。３０００ｐｓｉの
設計圧力につき、繊維包封ライナーを４５００ｐｓｉでテストした。
【００５４】 図８ｂを参照して、均質化プロセスＨを、オートフレッテージプロセスＡの後
に実施した。圧力容器を、約１０００時間の間、７０℃の温度と３０００ｐｓｉ
の圧力に維持した。上記均質化プロセスの結果、破裂強さは約１０−１５％増加
した。
【００５５】 テストプログラムが進行すると、温度を最大許容温度（エポキシ樹脂で１５０
℃）に向けて増加させた場合、樹脂の移動性が増すことが知られており、それに
応じて、繊維の温度と張力を維持するに必要な時間が減少すると予想される。
【００５６】 温度と圧力は、圧力テストサイクルの開始前に周囲状態に戻す。
【００５７】 本発明のプロセスを実施した結果、以下の利点及び製品が得られる。
【００５８】 このプロセスを利用して製造した繊維包封容器の破裂強さは、１０乃至１５％
増加している。
【００５９】 ライナーを包封するに要する材料の量が減少する結果、製造コストが減少する
。繊維は材料と製造の全コストの４０％を占めるため、繊維を１２％節約すると
コストが５乃至６％減少し、ライナーの包封に要する時間の減少により節約がさ
らに可能となる。
【００６０】 必要なライナーの材料が減少し、それによりコストが減少して、等しい強さを
維持するに要する重量が減少する。
【００６１】 構造体またはライナーの材料として押出アルミニウム以外のものを用いる本発
明の別の実施例では、均質化プロセスは、ライナー材料及び樹脂材料の種類に応
じて温度及び圧力を変化させることを条件として、実施できる。
【００６２】 圧力容器のライナー材料がオートフレッテージの高温に耐えることができない
場合、オートフレッテージは実施しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、樹脂含浸繊維で螺旋状且つ環状に包封したアルミニウムライナーの側
面図である。
【図２ａ】 図２ａは、オートフレッテージを含む場合と、含まない場合のある、従来技術
の包封、乾燥及び硬化プロセスを説明する図である。
【図２ｂ】 図２ｂは、オートフレッテージと均質化を硬化の後に順番に行う第１の実施例
を示す。
【図２ｃ】 図２ｃは、オートフレッテージと均質化を硬化の後同時に行う本発明の第2の
実施例を示す新規なプロセスを示す。
【図２ｄ】 図２ｄは、均質化プロセスを硬化の直後に実施する第３の実施例を示す。
【図３ａ】 図３ａは、休止状態の埋め込まれた繊維を示す。
【図３ｂ】 図３ｂは、樹脂内に埋め込まれた、ひずみを受けた状態の繊維を示す。
【図３ｃ】 図３ｃは、まっすぐな繊維と不整列状態の繊維に荷重を図３ａ及び３ｂに従っ
てかけた場合の応力対ひずみの関係を示すグラフである。
【図４】 図４は、全ての繊維が理論的な極限引張り強さに寄与する繊維包封モデルの予
想図である。
【図５ａ】 図５ａは、包封繊維が繊維間でばらばらの状態を示す仮想図である。
【図５ｂ】 図５ｂは、変位が増加して荷重を分担する繊維が増加した状態を示す仮想図で
ある。
【図５ｃ】 図５ｃは、変位が増加して荷重を分担する繊維が増加した状態を示す仮想図で
ある。
【図６ａ】 図６ａは、本発明の均質化プロセスに対する繊維の応答を従来の状態で示す。
【図６ｂ】 図６ｂは、本発明の均質化プロセスに対する繊維の応答を、均質化プロセスの
終了時で示す。
【図６ｃ】 図６ｃは、本発明の均質化プロセスに対する繊維の応答を、均質化プロセス後
で示す。
【図７】 図７は、応力状態にある従来技術の複合材と、本発明のプロセスとの間の繊維
の寄与の相対的な改善度合を示すグラフである。
【図８ａ】 図８ａは、オートフレッテージ及びそれに続くテストサイクルを取りこんだ圧
力容器処理の圧力対時間の関係を示すグラフである。
【図８ｂ】 図８ｂは、均質化プロセスがオートフレッテージの後に続く本発明の第１の実
施例に適用される圧力容器処理のための圧力及び温度対時間の関係を示すグラフ
である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年７月１７日（２００１．７．１７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】 従来技術の製造方法は、加圧状態の容器のライナーあるいは曲げ状態のビーム
を制限するときのように、全ての繊維が引張り荷重を均等に支持できるように、
繊維を形状体に包封できるとは思えない。トウ内の全ての繊維は、樹脂内で引張
られた場合直ちに引張り荷重を支持できるような状態になっていないと推量され
る。さらに詳説すると、繊維が包封されると曲げが生じ、ライナーの加圧により
、一部の繊維が張力を受けるが、繊維の中には、ただ真直ぐになるだけで有意な
荷重を分担しないものがあると推量される。 ピュック他の米国特許第４，６２２，０８６号は、繊維強化硬質弾性プラスチ ック材料の少なくとも２つの層で形成し、予め応力をかけた中空本体の製造方法 を開示している。予め応力をかける方法は、その２またはそれ以上の繊維層をガ ラス変移温度（即ち、エポキシ樹脂で１５０℃として示されている）以上に加熱 した後、それらの層の少なくとも１つまたはそれ以上に力を加え、その層の繊維 に荷重を与えることより成る。この力は、それらの層を硬質弾性プラスチックの ガラス変移温度以下の温度に冷却し、硬質弾性プラスチックの周りの母材を冷却 して固化させ、荷重をかけた繊維の応力を補足する間中維持される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｋ 63:00 Ｂ２９Ｋ 63:00 105:06 105:06 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3E072 CA01 CA10 3J046 AA01 BA06 BD09 CA04 DA05 EA02 EA10 4F072 AA04 AA07 AB06 AB09 AB10 AD13 AD23 AD37 AJ04 AK06 AK11 AK20 AL09 4F201 AA39 AD02 AD04 AD05 AD16 AG03 AG07 AH55 BA07 BR02 BR11 BR21

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 硬化した樹脂に埋め込まれ、応力を受けると張力を吸収する
    ように作用する多数の繊維により形状体を包封した複合構造材を処理する均質化
    法であって、 （ａ）繊維が樹脂内で高い移動性を有するように、硬化した樹脂の温度を増加
    させ、 （ｂ）繊維に張力を印加し、 （ｃ）増加させた温度及び樹脂の張力を維持して、張力状態の繊維が樹脂内を
    十分に移動できるようにすることにより、個々の繊維の間の張力のばらつきを均
    質化し、 （ｄ）樹脂の温度を低下させ且つ繊維の張力を減少させるステップより成る均
    質化法。
  2. 【請求項２】 増加させた温度は、多数の繊維が高い移動性を得る程十分高
    いが、樹脂やその下の形状体が劣化する温度よりは低い温度範囲内に維持される
    請求項１の均質化法。
  3. 【請求項３】 樹脂はエポキシ樹脂であり、増加させた温度は１５０℃より
    低い温度に維持される請求項２の均質化法。
  4. 【請求項４】 増加させた温度は６０乃至１５０℃の間に維持される請求項
    ３の均質化法。
  5. 【請求項５】 繊維はガラス繊維である請求項２、３または４の均質化法。
  6. 【請求項６】 繊維は炭素繊維である請求項２、３または４の均質化法。
  7. 【請求項７】 繊維はアラミド繊維である請求項２、３または４の均質化法
    。
  8. 【請求項８】 複合構造材は、繊維がライナーである形状体上に包封された
    圧力容器であり、繊維にかかる張力は、ライナーを内部から加圧することにより
    繊維に印加される請求項２の均質化法。
  9. 【請求項９】 圧力容器には、オートフレッテージも施される請求項８の均
    質化法。
  10. 【請求項１０】 ライナー内の圧力は、ライナーを降伏させてオートフレッ
    テージを起こさせるに十分な大きさである請求項８の均質化法。
  11. 【請求項１１】 ライナー内の圧力は、ライナー及びその包封繊維の破裂強
    さより低い値に維持される請求項８の均質化法。
  12. 【請求項１２】 樹脂はエポキシ樹脂であり、増加させた温度は６０乃至１
    ５０℃の間に維持される請求項８の均質化法。
  13. 【請求項１３】 繊維は炭素繊維である請求項８、１１または１２の均質化
    法。
  14. 【請求項１４】 繊維はガラス繊維である請求項８、１１または１２の均質
    化法。
  15. 【請求項１５】 繊維はアラミド繊維である請求項８、１１または１２の均
    質化法。
  16. 【請求項１６】 請求項１、２，８，９または１０に従って製造された複合
    構造材。
JP2000613638A 1999-04-23 2000-04-19 繊維を包封した複合構造材の均質化法 Pending JP2002542084A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA002269976A CA2269976C (en) 1999-04-23 1999-04-23 Homogenizing process for fiber-wrapped structural composites
CA2,269,976 1999-04-23
PCT/CA2000/000444 WO2000064664A1 (en) 1999-04-23 2000-04-19 Homogenizing process for fiber-wrapped structural composites

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002542084A true JP2002542084A (ja) 2002-12-10

Family

ID=4163482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000613638A Pending JP2002542084A (ja) 1999-04-23 2000-04-19 繊維を包封した複合構造材の均質化法

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP1173323B1 (ja)
JP (1) JP2002542084A (ja)
AT (1) ATE244132T1 (ja)
AU (1) AU4096000A (ja)
CA (1) CA2269976C (ja)
DE (1) DE60003666T2 (ja)
WO (1) WO2000064664A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2004070258A1 (ja) * 2003-02-03 2006-05-25 株式会社産学連携機構九州 耐圧シェル及び同耐圧シェルを具備する高圧タンク及び同高圧タンクの製造方法並びに同高圧タンクの製造装置
JP2020200846A (ja) * 2019-06-06 2020-12-17 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 高圧ガス容器及びその製造方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150121730A (ko) * 2014-03-26 2015-10-30 현대자동차주식회사 연료가스 저장탱크 및 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3432905A1 (de) * 1984-09-07 1986-03-20 Alfred Prof. Dr.-Ing. 3524 Immenhausen Puck Verfahren zur verminderung der rissbildung von langgestreckten hohlkoerpern ...
DE3942046A1 (de) * 1989-12-20 1991-06-27 Bundesrep Deutschland Festigkeitsgesteigerter duroplast und hierzu geeignete verfahren zur steigerung der festigkeit

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2004070258A1 (ja) * 2003-02-03 2006-05-25 株式会社産学連携機構九州 耐圧シェル及び同耐圧シェルを具備する高圧タンク及び同高圧タンクの製造方法並びに同高圧タンクの製造装置
US7763137B2 (en) 2003-02-03 2010-07-27 Kyushu University, National University Corporation Pressure shell, high-pressure tank provided with the pressure shell, manufacturing method of the high-pressure tank and manufacturing apparatus of the high-pressure tank
JP4617411B2 (ja) * 2003-02-03 2011-01-26 国立大学法人九州大学 高圧タンクの製造方法並びに同高圧タンクの製造装置
JP2020200846A (ja) * 2019-06-06 2020-12-17 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 高圧ガス容器及びその製造方法
JP7313040B2 (ja) 2019-06-06 2023-07-24 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 高圧ガス容器及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1173323A1 (en) 2002-01-23
DE60003666D1 (de) 2003-08-07
DE60003666T2 (de) 2004-01-29
CA2269976A1 (en) 2000-10-23
WO2000064664A1 (en) 2000-11-02
EP1173323B1 (en) 2003-07-02
ATE244132T1 (de) 2003-07-15
AU4096000A (en) 2000-11-10
CA2269976C (en) 2005-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4639085B2 (ja) 圧力容器およびその製造方法
US8858857B2 (en) Process for the rapid fabrication of composite gas cylinders and related shapes
JPH03500665A (ja) ファイバー・樹脂複合材料およびその製法
JPH02127583A (ja) 複合撚合型抗張力体の製造方法
US6425172B1 (en) Homogenizing process for fiber-wrapped structural composites
US20020029449A1 (en) Pre-stressed fibre-reinforced high pressure vessel
CN104841790B (zh) 制造用于储氢的无缝压力容器的方法
US3023495A (en) Cold-working process for pressure vessel
JP2002542084A (ja) 繊維を包封した複合構造材の均質化法
US3608052A (en) Method for fabricating fiber reinforced articles
RU175376U1 (ru) Композитная стойка
US12024885B2 (en) Basalt fiber composite rebar and method of manufacturing
US5340625A (en) Layout and manufacturing method for fiber-reinforced composite shells
JPH01249326A (ja) 繊維強化樹脂ばねの製造方法
JPH05138759A (ja) 曲管の製造方法
JP2020200846A (ja) 高圧ガス容器及びその製造方法
JP3433867B2 (ja) 繊維強化樹脂ストランドの製造方法
JPH04133807A (ja) 空気入りタイヤ
JPH0474639A (ja) 繊維強化複合材製中空構造物の製造方法および装置
JPH09267401A (ja) Ｆｒｐ管およびその製造方法
JP2996481B2 (ja) 光ファイバ担持用繊維強化硬化性樹脂製スペーサの製造方法
RU2252345C1 (ru) Способ изготовления подшипника скольжения
RU2180948C1 (ru) Способ изготовления баллона давления
JPH04163130A (ja) 繊維強化樹脂成形体の製造方法
US3149740A (en) Pressure vessel