JP2008286297A - High-pressure tank manufacturing method - Google Patents

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Hiroaki Saikai
弘章 西海
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve space-saving and fatigue durability in a high-pressure tank. <P>SOLUTION: A liner is set (S10) and filament winding forming of one to ten layers is performed using prepreg where half-hardened thermosetting resin has been impregnated into fiber bundles (S12). Then, filament winding forming of 11 to 36 layers is performed using fiber bundles impregnated with a liquid thermosetting resin (S14). Then, the thermosetting resin is hardened by heating to manufacture the high-pressure tank (S16). In the prepreg, the thermosetting resin is highly viscous and is less transuded from the fiber bundle and therefore a fiber density inside layers can be prevented from lowering. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、繊維強化複合材を巻回して製造される高圧タンクに関する。   The present invention relates to a high-pressure tank manufactured by winding a fiber-reinforced composite material.

ライナの外側に繊維強化複合材を複数層にわたって巻回することにより、高圧タンクを製造する技術が知られている。   A technique for manufacturing a high-pressure tank by winding a fiber-reinforced composite material over a plurality of layers on the outside of a liner is known.

下記特許文献1には、繊維強化複合材を巻回して高圧タンクを製造する過程で、巻き締め張力に起因して内側の層から樹脂が絞り出され、これにより内層あるいは外層の繊維強化複合材が蛇行してしまう問題が記載されている。また、この問題を解決するために、繊維強化複合材に含まれる樹脂量や巻回時の張力を制御して、絞り出される樹脂量を所定の値に管理する技術も記載されている。   In the following Patent Document 1, resin is squeezed out from the inner layer due to the tightening tension in the process of manufacturing the high-pressure tank by winding the fiber-reinforced composite material, and thereby the fiber-reinforced composite material of the inner layer or the outer layer. Has been described as meandering. In order to solve this problem, there is also described a technique for managing the amount of resin squeezed out to a predetermined value by controlling the amount of resin contained in the fiber-reinforced composite material and the tension during winding.

なお、下記特許文献2には、自動車用ドライブシャフトや、フィルム搬送用・印刷用のロール等に使用されるプラスチックパイプについての技術が記載されている。この技術では、マンドレルに対し、熱硬化性樹脂をマトリクスとするプリプレグシートを巻回し、その外層に熱可塑性樹脂テープを巻回した後に、熱硬化性樹脂の硬化条件で熱硬化・熱圧着を行うことにより、パイプ表面にある程度の厚みをもった樹脂を設けている。   The following Patent Document 2 describes a technique relating to a plastic pipe used for a drive shaft for automobiles, a roll for film conveyance / printing, and the like. In this technique, a prepreg sheet using a thermosetting resin as a matrix is wound around a mandrel, and a thermoplastic resin tape is wound around the outer layer, followed by thermosetting and thermocompression bonding under the curing conditions of the thermosetting resin. Thus, a resin having a certain thickness is provided on the pipe surface.

また、下記特許文献3には、ゴルフシャフトや釣り竿などで使用され、捻り破壊強度、曲げ強度、衝撃強度などが高い管を、繊維強化樹脂層を積層して製造する技術が開示されている。具体的には、マンドレルの周囲に傾斜して巻回された炭素繊維強化プリプレグの外周に、プリプレグテープ部材などを所定の張力で巻き付け、さらにその外周に炭素繊維強化プリプレグを巻き付けた後に、プリプレグを加熱硬化する技術が開示されている。   Patent Document 3 below discloses a technique for manufacturing a pipe that is used in golf shafts, fishing rods, and the like and has high torsional fracture strength, bending strength, impact strength, and the like by laminating a fiber reinforced resin layer. Specifically, a prepreg tape member or the like is wound around the outer periphery of the carbon fiber reinforced prepreg wound around the mandrel at a predetermined tension, and further, the carbon fiber reinforced prepreg is wound around the outer periphery. A technique for heat curing is disclosed.

特開2004−66637号公報JP 2004-66637 A 特開平7−80973号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-80973 特開平5−185541号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-185541

上記特許文献1に記載されたように、繊維強化複合材では、その外側に巻回される繊維強化複合材による巻き締めの効果などにより、繊維束間に満たされる樹脂が浸み出してしまうため、内層(ライナ側の層)ほど、繊維密度(あるいは繊維体積含有率Vf)が高くなる(樹脂が少なくなる)傾向にある。特に、高圧タンクの使用圧を高める場合には、強度を確保するために繊維強化複合材層を増やす必要があり、内層におけるVf上昇が顕著となる。   As described in Patent Document 1, in the fiber reinforced composite material, the resin filled between the fiber bundles oozes due to the effect of tightening by the fiber reinforced composite material wound around the outside. In the inner layer (liner side layer), the fiber density (or fiber volume content Vf) tends to increase (resin decreases). In particular, when the working pressure of the high-pressure tank is increased, it is necessary to increase the fiber reinforced composite material layer in order to ensure strength, and the Vf increase in the inner layer becomes significant.

一般に、Vfが高い繊維強化複合材層では、亀裂が生じやすくなるなど疲労耐久性能が低下することが知られている。特に、高圧タンクに高圧の気体や液体を充填した場合には、内層側の繊維強化複合材層ほど大きな応力が作用する傾向にあり、高圧タンクの疲労耐久性を高め、寿命を延ばすためには、内層におけるVfを比較的低くすることが望ましい。   In general, it is known that in a fiber reinforced composite material layer having a high Vf, fatigue durability performance is lowered, for example, cracks are likely to occur. In particular, when a high-pressure tank is filled with a high-pressure gas or liquid, the fiber-reinforced composite layer on the inner layer side tends to have a greater stress, and in order to increase the fatigue durability of the high-pressure tank and extend its life It is desirable to make Vf in the inner layer relatively low.

しかしながら、単純に高圧タンク全体でVfを低くしたのでは、樹脂が多くなる分だけ外径が大きくなってしまう。また、上記特許文献1の技術では、繊維強化複合材の選択や、巻回時における張力設定などの制約が多く、必ずしも所望の高圧タンクを得ることができない。また、上記特許文献2,3の管の製造技術においても、内層と外層の樹脂特性の差異に着目した記載はなされていない。   However, if Vf is simply lowered in the entire high-pressure tank, the outer diameter increases as the resin increases. Moreover, in the technique of the said patent document 1, there are many restrictions, such as selection of a fiber reinforced composite material and tension setting at the time of winding, and a desired high-pressure tank cannot necessarily be obtained. Also, in the pipe manufacturing techniques of Patent Documents 2 and 3, there is no description focusing on the difference in resin characteristics between the inner layer and the outer layer.

本発明の目的は、高圧タンクにおける省スペース化と疲労耐久性の向上を図ることにある。   An object of the present invention is to save space and improve fatigue durability in a high-pressure tank.

本発明の別の目的は、車載用の利便性を向上させた高圧タンクを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a high-pressure tank with improved in-vehicle convenience.

本発明の高圧タンク製造方法の一態様においては、中空のライナの外周に、複数の繊維からなる第1繊維束と各繊維間に非硬化状態で設けられた熱硬化性樹脂とを含む第1繊維強化複合材を巻回し、第1繊維強化複合材層を積層形成するステップと、前記第1繊維強化複合材層の外周に、複数の繊維からなる第2繊維束と各繊維間に非硬化状態で設けられた熱硬化性樹脂とを含む第2繊維強化複合材を巻回し、第2繊維強化複合材層を積層形成するステップと、前記第1繊維強化複合材層及び前記第2繊維強化複合材層が積層形成された後に、加熱により前記熱硬化性樹脂を硬化させるステップと、を含み、巻回時においては、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性は、前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性に比べて高く設定されている。   In one aspect of the method for producing a high-pressure tank according to the present invention, a first fiber bundle including a first fiber bundle composed of a plurality of fibers and a thermosetting resin provided in an uncured state between the fibers on the outer periphery of the hollow liner. A step of winding a fiber reinforced composite material to form a first fiber reinforced composite material layer, and a non-hardening between each fiber and a second fiber bundle composed of a plurality of fibers on the outer periphery of the first fiber reinforced composite material layer A step of winding a second fiber reinforced composite material including a thermosetting resin provided in a state to form a second fiber reinforced composite material layer, and the first fiber reinforced composite material layer and the second fiber reinforced material. A step of curing the thermosetting resin by heating after the composite material layer is formed, and at the time of winding, the viscosity of the thermosetting resin provided in the first fiber-reinforced composite material is The thermosetting resin provided in the second fiber reinforced composite material It is set higher than the viscosity.

高圧タンクは、気体(ガス)あるいは液体を高圧で保持可能な容器であり、耐圧タンクや圧力容器などとも呼ばれる。また、ライナは高圧タンクの内筒として用いられる容器であり、典型的には内部に充填されるガスあるいは液体の保持力が高い樹脂あるいは金属などにより作られる。繊維強化複合材は、複数の繊維が束ねられた繊維束と、これらの繊維間に設けられるマトリクスとしての熱硬化性樹脂とを含む素材であり、ライナの外周に巻回されて高圧タンクの強度を高める。繊維束は複数の繊維が単に寄せ集められたものであってもよいし、複数の繊維が織り上げられたものであってもよい。また、繊維束を構成する繊維は連続したもの(巻回される一端から他端まで途切れていない)であってもよいし、不連続なものであってもよい。繊維の例としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などを挙げることができる。また、繊維間に設けられる熱硬化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などを挙げることができる。樹脂に対しては、硬化温度等を制御するための付与剤(例えば硬化剤、可撓性付与剤など)を添加することがある。   The high-pressure tank is a container that can hold gas (gas) or liquid at high pressure, and is also called a pressure-resistant tank or a pressure container. The liner is a container used as an inner cylinder of a high-pressure tank, and is typically made of a resin or metal having a high holding power for gas or liquid filled therein. A fiber reinforced composite material is a material that includes a fiber bundle in which a plurality of fibers are bundled and a thermosetting resin as a matrix provided between these fibers, and is wound around the outer periphery of the liner to provide strength of the high-pressure tank. To increase. The fiber bundle may be one in which a plurality of fibers are simply gathered together, or may be one in which a plurality of fibers are woven. Moreover, the fiber which comprises a fiber bundle may be continuous (it is not interrupted from the one end wound) to the other end, and may be discontinuous. Examples of the fiber include carbon fiber, glass fiber, and aramid fiber. Moreover, as an example of the thermosetting resin provided between fibers, an epoxy resin, a polyurethane resin, a diallyl phthalate resin, a phenol resin, a polyester resin, etc. can be mentioned. An imparting agent (for example, a curing agent or a flexibility imparting agent) for controlling the curing temperature or the like may be added to the resin.

第1繊維強化複合材に含まれる熱硬化性樹脂、及び、第2繊維強化複合材に含まれる熱硬化性樹脂は、巻回時には非硬化状態にある。非硬化状態とは塑性変形が可能な状態を指す。そして、少なくとも巻回時には、第1繊維強化複合材に含まれる熱硬化性樹脂は、第2繊維強化複合材に含まれる熱硬化性樹脂に比べて、粘性が高く設定されている。粘性の高低は、典型的には、粘性係数の大小により評価される。粘性は、例えば、樹脂の組成を変えたり、熱硬化を進行度合いを変えたりして制御することができる。なお、第1繊維強化複合材中で、あるいは、第2繊維複合強化材中で、粘性が一様である必要はないが、第1繊維強化複合材において最も粘性が低い樹脂は、第2繊維強化複合材において最も粘性が高い樹脂よりも高い粘性をもつように設定される。   The thermosetting resin contained in the first fiber reinforced composite material and the thermosetting resin contained in the second fiber reinforced composite material are in an uncured state when wound. The uncured state refers to a state in which plastic deformation is possible. At least at the time of winding, the thermosetting resin contained in the first fiber reinforced composite material is set to have higher viscosity than the thermosetting resin contained in the second fiber reinforced composite material. The level of viscosity is typically evaluated by the magnitude of the viscosity coefficient. The viscosity can be controlled, for example, by changing the composition of the resin or changing the degree of progress of thermosetting. The viscosity does not need to be uniform in the first fiber reinforced composite material or in the second fiber reinforced composite material, but the resin having the lowest viscosity in the first fiber reinforced composite material is the second fiber. The reinforced composite material is set to have a higher viscosity than the most viscous resin.

第1繊維強化複合材は、ライナの外周に巻回されて第1繊維強化複合材層を形成する。第1繊維強化複合材層は、ライナの外周を全面的(開口部や把手部などの特異な箇所はこの限りではない)に覆うように形成される。この第1繊維強化複合材層は、典型的には、第1繊維強化複合材を厚さ方向(ライナから遠ざかる方向)に複数回巻くことで形成される。同様にして、第2繊維強化複合材は、第1繊維強化複合材層の外周に巻回されて第2繊維強化複合材層を形成する。第2繊維強化複合材層は、基本的には、第1繊維強化複合材層の外周を全面的に覆うように形成され、また、厚さ方向に複数回巻くことで形成される。   The first fiber reinforced composite material is wound around the outer periphery of the liner to form a first fiber reinforced composite material layer. The first fiber reinforced composite material layer is formed so as to cover the entire outer periphery of the liner (exclusive portions such as openings and handle portions are not limited to this). This first fiber-reinforced composite material layer is typically formed by winding the first fiber-reinforced composite material a plurality of times in the thickness direction (direction away from the liner). Similarly, the second fiber reinforced composite material is wound around the outer periphery of the first fiber reinforced composite material layer to form a second fiber reinforced composite material layer. The second fiber reinforced composite material layer is basically formed so as to entirely cover the outer periphery of the first fiber reinforced composite material layer, and is formed by winding a plurality of times in the thickness direction.

第1繊維強化複合材層は、ライナと接するように、あるいは、ライナの外表面に設けられた別の部材と接するように設けられる。言い換えれば、第1繊維強化複合材層は、繊維強化複合材層としては、最も内側に位置するように設けられる。また、第2繊維強化複合材層は、第1繊維強化複合材層よりも外側に設けられる。典型的には、第2繊維強化複合材層は、第1繊維強化複合材層と接するように設けられるが、第1繊維強化複合材層との間に別の部材が挟まれていてもよい。なお、第1繊維強化複合材と第2繊維強化複合材は、不連続な素材(つまり樹脂や繊維が物理的に繋がっていない素材)であってもよいが、連続した素材(樹脂あるいは繊維の少なくとも一方が物理的に繋がっている素材)であって連続的に巻回されるものであってもよい。   The first fiber reinforced composite material layer is provided in contact with the liner or in contact with another member provided on the outer surface of the liner. In other words, the first fiber reinforced composite material layer is provided so as to be located on the innermost side as the fiber reinforced composite material layer. The second fiber reinforced composite material layer is provided outside the first fiber reinforced composite material layer. Typically, the second fiber reinforced composite material layer is provided in contact with the first fiber reinforced composite material layer, but another member may be sandwiched between the first fiber reinforced composite material layer. . The first fiber reinforced composite material and the second fiber reinforced composite material may be discontinuous materials (that is, materials in which resin and fiber are not physically connected), but are continuous materials (resin or fiber materials). It may be a material in which at least one of them is physically connected) and continuously wound.

第1繊維強化複合材層が形成される内層付近では、一般に、外層に比べて巻き締めにより樹脂の浸み出し量が大きくなる傾向にあり、また、高圧タンクに気体あるいは液体を充填した際に大きな応力が作用する傾向にある。そこで、この付近に巻回される前記第1繊維強化複合材の粘性を、少なくとも巻回時においては、前記第2繊維強化複合材の粘性に比べて高く設定している。これにより、巻回された第1繊維強化複合材層から漏れ出す樹脂の量を比較的少なくすることができるため、巻回前の第1繊維強化複合材と第2繊維強化複合材の粘性を同じにした場合に比べて、少なくとも第1繊維強化複合材層の繊維密度が第2繊維強化複合材層の繊維密度より高くなる度合いが抑制される。   In the vicinity of the inner layer where the first fiber-reinforced composite material layer is formed, the amount of resin leaching tends to increase by tightening compared to the outer layer, and when the gas or liquid is filled in the high-pressure tank Large stresses tend to act. Therefore, the viscosity of the first fiber-reinforced composite material wound around this is set higher than the viscosity of the second fiber-reinforced composite material at least during winding. Thereby, since the amount of the resin leaking from the wound first fiber reinforced composite material layer can be relatively reduced, the viscosity of the first fiber reinforced composite material and the second fiber reinforced composite material before winding is reduced. Compared with the case where it makes it the same, the degree to which the fiber density of a 1st fiber reinforced composite material layer becomes higher than the fiber density of a 2nd fiber reinforced composite material layer at least is suppressed.

なお、第1繊維強化複合材における繊維密度と第2繊維強化複合材における樹脂の粘性の調整、あるいは、巻回する際の張力の調整などを行うことで、第1繊維強化複合材層の繊維密度と第2繊維強化複合材層の繊維密度を同程度に設定してもよいし、第1繊維強化複合材層の繊維密度を第2繊維強化複合材層の繊維密度よりも低く設定してもよい。第1繊維強化複合材層の繊維密度と第2繊維強化複合材層の繊維密度をどの程度に設定するかは、高圧タンクの強度、疲労耐久性、大きさなどを考慮した上で、実験的あるいは理論的根拠に基づいて決めることができる。いずれにせよ、本構成によれば、繊維強化複合材層を比較的薄くして省スペース化を図るとともに、繊維強化複合材層の疲労耐久性を高めることが可能となる。この省スペース化は、例えば、移動体(例えば車両、船舶、航空機)のように利用可能な空間が限られた状況下で特に有効となる。   The fiber of the first fiber reinforced composite material layer is adjusted by adjusting the fiber density in the first fiber reinforced composite material and the viscosity of the resin in the second fiber reinforced composite material, or adjusting the tension at the time of winding. The fiber density of the second fiber reinforced composite material layer may be set to the same level, or the fiber density of the first fiber reinforced composite material layer may be set lower than the fiber density of the second fiber reinforced composite material layer. Also good. The fiber density of the first fiber reinforced composite material layer and the fiber density of the second fiber reinforced composite material layer are determined experimentally after considering the strength, fatigue durability, size, etc. of the high-pressure tank. Or it can be decided based on a theoretical basis. In any case, according to this configuration, the fiber-reinforced composite material layer can be made relatively thin to save space, and the fatigue durability of the fiber-reinforced composite material layer can be increased. This space saving is particularly effective in a situation where a space that can be used is limited, such as a mobile object (for example, a vehicle, a ship, or an aircraft).

本発明の高圧タンク製造方法の一態様においては、巻回時においては、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂は、前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂に比べて硬化が進行した半硬化状態にあり、これにより、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性は、前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性に比べて高く設定されている。ここで、熱硬化性樹脂の硬化が進行した半硬化状態とは、樹脂の重合などにより樹脂分子の結合が進行し、流動性が相対的に低下した状態を指すものであり、プリプレグと呼ばれることもある。半硬化状態では、一般に、粘性が高くなるため、高い圧力が作用した場合にも、繊維強化複合材層から浸み出す量が低下することになる。   In one aspect of the high-pressure tank manufacturing method of the present invention, at the time of winding, the thermosetting resin provided in the first fiber reinforced composite material is the thermosetting resin provided in the second fiber reinforced composite material. It is in a semi-cured state where the curing has proceeded compared to the resin, whereby the viscosity of the thermosetting resin provided in the first fiber reinforced composite material is the thermosetting property provided in the second fiber reinforced composite material. It is set higher than the viscosity of the resin. Here, the semi-cured state in which the curing of the thermosetting resin has progressed refers to a state in which the bonding of the resin molecules has progressed due to resin polymerization or the like, and the fluidity has relatively decreased, and is called a prepreg There is also. In the semi-cured state, generally, the viscosity becomes high, so that even when a high pressure is applied, the amount of leaching from the fiber-reinforced composite material layer is reduced.

本発明の高圧タンク製造方法の一態様においては、前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂は、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂と同じ組成をもち、巻回時には液状に保たれた樹脂であり、これにより、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性が、前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性に比べて高く設定されている。ここで、液状とは、例えば、滴となってしたたり落ちる程度の流動性が確保された状態をいう。同じ組成をもち、硬化の進行度合いが異なる樹脂を使用することで、硬化段階において、第1繊維強化複合材層と第2繊維強化複合材層とを滑らかに結合する効果が期待できる。   In one aspect of the high-pressure tank manufacturing method of the present invention, the thermosetting resin provided in the second fiber reinforced composite material has the same composition as the thermosetting resin provided in the first fiber reinforced composite material. The resin kept in a liquid state at the time of winding so that the viscosity of the thermosetting resin provided in the first fiber reinforced composite material is the thermosetting resin provided in the second fiber reinforced composite material. It is set higher than the viscosity of. Here, the liquid state means, for example, a state in which fluidity is ensured to be a drop or drop. By using resins having the same composition and different curing degrees, an effect of smoothly bonding the first fiber-reinforced composite layer and the second fiber-reinforced composite layer in the curing stage can be expected.

以下に本発明の実施の形態を例示する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be exemplified.

図1は、本実施の形態にかかる高圧タンク10の概略的な断面図である。高圧タンク10では、円筒形状に作られた樹脂製のライナ12の外周に、繊維強化複合材としての炭素繊維強化プラスチック(CFRP)が巻回されたCFRP層14が形成されており、さらにCFRP層14の外周には保護層としてのガラス層16が形成されている。そして、ライナ12の両端には、金属製の口金18,20が取り付けられている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a high-pressure tank 10 according to the present embodiment. In the high-pressure tank 10, a CFRP layer 14 in which carbon fiber reinforced plastic (CFRP) as a fiber reinforced composite material is wound is formed on the outer periphery of a resin-made liner 12 made into a cylindrical shape. A glass layer 16 as a protective layer is formed on the outer periphery of 14. Metal caps 18 and 20 are attached to both ends of the liner 12.

この高圧タンク10は、水素あるいは天然ガスなどの燃料ガスを高圧で貯蔵する容器である。高圧タンク10は据え置き型として用いられても良いし、移動体に搭載されて用いられても良い。例えば、燃料電池車に搭載されて使用される場合には、典型的には全長が800〜1500mm、直径が200〜500mm程度の高圧タンク10が用意され、満タン時には数十MPa〜100MPa程度の圧力の燃料ガスが充填される。   The high-pressure tank 10 is a container that stores fuel gas such as hydrogen or natural gas at high pressure. The high-pressure tank 10 may be used as a stationary type or mounted on a moving body. For example, when mounted on a fuel cell vehicle and used, typically, a high-pressure tank 10 having a total length of 800 to 1500 mm and a diameter of about 200 to 500 mm is prepared. Filled with pressure fuel gas.

図2は、図1に符号22で示した高圧タンク10の側面の断面構造を示す図である。高圧タンク10では、最も内側にライナ12があり、その外側にCFRP層14が設けられ、さらに、その外側にガラス層16が設けられている。CFRP層14は、複数(例えば数千本〜数万本)の炭素繊維を含む束状のCFRPが巻回され多層化(例えば10層程度から数十層程度)されたものである。このCFRP層14のうち、内層24は、プリプレグと呼ばれる半硬化状態の樹脂が含まれたCFRPを巻回して製造されており、外層26は液状の樹脂が含まれたCFRPを巻回して製造されている。   FIG. 2 is a view showing a cross-sectional structure of the side surface of the high-pressure tank 10 indicated by reference numeral 22 in FIG. In the high-pressure tank 10, a liner 12 is provided on the innermost side, a CFRP layer 14 is provided on the outer side, and a glass layer 16 is provided on the outer side. The CFRP layer 14 is formed by winding a bundle of CFRP containing a plurality (for example, several thousand to several tens of thousands) of carbon fibers to form a multilayer (for example, about 10 to several tens of layers). Of the CFRP layer 14, the inner layer 24 is manufactured by winding CFRP containing a semi-cured resin called a prepreg, and the outer layer 26 is manufactured by winding CFRP containing a liquid resin. ing.

続いて図3,4を用いて、高圧タンク10の製造方法について説明する。図3は、高圧タンク10の製造手順を示したフローチャートであり、ここでは、36層のCFRP層14を形成するものとして説明を行う。また、図4は、CFRP層14を形成する過程を示した模式図である。   Then, the manufacturing method of the high-pressure tank 10 is demonstrated using FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing procedure of the high-pressure tank 10, and here, description will be made assuming that 36 CFRP layers 14 are formed. FIG. 4 is a schematic view showing a process of forming the CFRP layer 14.

製造過程においては、まず、口金を取り付けたライナ12が回転軸30にセットされる(S10)。そして、内側の層(例えば1〜10層)に対しては、直径が7μmである炭素繊維が2万本程度束ねられ、この炭素繊維間に半硬化状態の樹脂が設けられたた繊維束32(プリプレグ)を用いて、CFRP層14がフィラメントワインディング成形(以下FW成形と呼ぶことがある)される(S12)。ここで、フィラメントワインディング成形とは、樹脂を含浸させた繊維束を巻回する成形方法を指す。繊維束の幅が比較的広い場合には、テープワインディング成形と呼ばれることもある。繊維束は例えば、幅方向に数mm、厚み方向に0.01mm〜数mm程度に設定される。   In the manufacturing process, first, the liner 12 to which the base is attached is set on the rotary shaft 30 (S10). And, for the inner layer (for example, 1 to 10 layers), about 20,000 carbon fibers having a diameter of 7 μm are bundled, and a fiber bundle 32 in which a semi-cured resin is provided between the carbon fibers. Using the (prepreg), the CFRP layer 14 is subjected to filament winding molding (hereinafter sometimes referred to as FW molding) (S12). Here, filament winding molding refers to a molding method in which a fiber bundle impregnated with resin is wound. When the width of the fiber bundle is relatively wide, it may be called tape winding molding. For example, the fiber bundle is set to several mm in the width direction and about 0.01 mm to several mm in the thickness direction.

プリプレグは、例えば、ボビンから送られる繊維束32に対し、液状のエポキシ樹脂が蓄えられた含浸バスに浸すことで樹脂の含浸を行い、その後に緩やかな加熱により樹脂を半硬化状態にまで重合させることで製造することができる。また、高圧タンクの製造とは別にプリプレグを製造することも可能であり、例えば、一般に流通しているプリプレグを利用するようにしてもよい。   For example, the prepreg impregnates the fiber bundle 32 sent from the bobbin in an impregnation bath in which liquid epoxy resin is stored, and then polymerizes the resin to a semi-cured state by gentle heating. Can be manufactured. Moreover, it is also possible to manufacture a prepreg separately from the manufacturing of the high-pressure tank. For example, a prepreg generally distributed may be used.

なお、巻回の方法は特に限定されるものではなく、例えば、フープ巻き(図4に示すように、繊維束32を回転軸30にほぼ垂直にセットし、徐々に巻回箇所をずらしていく巻き方)であっても、ヘリカル巻き(繊維束32を回転軸30に対して斜めにセットし、巻回箇所を大きくずらしていく巻き方)であってもよいし、また、複数の繊維束を編み上げて(ブレイディング)から巻回を行ってもよい。   The winding method is not particularly limited. For example, hoop winding (as shown in FIG. 4, the fiber bundle 32 is set almost perpendicularly to the rotating shaft 30 and the winding position is gradually shifted. Winding method) or helical winding (winding method in which the fiber bundle 32 is set obliquely with respect to the rotation shaft 30 and the winding location is largely shifted), or a plurality of fiber bundles Winding may be performed after braiding the braid.

プリプレグがFW成形された外側の層(11〜36層)には、液状の樹脂が含浸された繊維束32がFW成形される(S14)。この方式は、プリプレグを用いる方式と区別して、WET方式と呼ばれることがある。具体的には、繊維束32は、液状の含浸バスに浸されてエポキシ樹脂が含浸された後に、半硬化処理を行われることなく、高圧タンク10の周囲に巻回される。WET方式において使用する繊維束32の成分、本数、大きさや、含浸させる樹脂の成分、温度などは、プリプレグによる方式と同じようにすることも可能であるし、異ならせてもよい。   A fiber bundle 32 impregnated with a liquid resin is FW-molded on the outer layers (11 to 36 layers) on which the prepreg is FW-molded (S14). This method is sometimes called a WET method, differently from a method using a prepreg. Specifically, the fiber bundle 32 is wound around the high-pressure tank 10 without being subjected to a semi-curing treatment after being immersed in a liquid impregnation bath and impregnated with an epoxy resin. The components, number and size of the fiber bundle 32 used in the WET method, the component of the resin to be impregnated, the temperature, and the like can be the same as or different from those in the prepreg method.

36層までFW成形が終了すると、CFRP層14のエポキシ樹脂を硬化させるため、高圧タンク10は加熱処理される(S16)。その後、高圧タンク10の表面に対して、保護層としてのガラス層を形成する処理が行われる(S18)。   When the FW molding is completed up to 36 layers, the high pressure tank 10 is heated to cure the epoxy resin of the CFRP layer 14 (S16). Then, the process which forms the glass layer as a protective layer is performed with respect to the surface of the high pressure tank 10 (S18).

図5は、このようにして製造された高圧タンク10のCFRP層14における繊維体積含有率Vfについて模式的に説明する図である。図5においては、横軸はVfを表し、縦軸はCFRP層14の層を表している。そして、図5(a)は、参考として全層に対してWET方式によるFW成形を行った場合を示しており、図5(b)は、1〜10層にプリプレグを用い、11〜36層にWET方式を採用した場合を示している。   FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the fiber volume content Vf in the CFRP layer 14 of the high-pressure tank 10 manufactured as described above. In FIG. 5, the horizontal axis represents Vf, and the vertical axis represents the layer of the CFRP layer 14. 5A shows a case where FW molding is performed on all layers by reference for reference, and FIG. 5B uses prepreg for 1 to 10 layers, and 11 to 36 layers. The case where the WET method is adopted is shown.

図5(a)の例では、内側の層ほどVfの値が大きくなる。これは、巻回する前の繊維束においてはVfの値は一定であるが、巻回にともなう張力を多く受ける内側の層では、樹脂が浸み出して樹脂含浸量が低下する(繊維の比率が高まる)ためである。同様に、図5(b)の例でも、1〜10層と11〜36層の中では、内側の層ほどVfが高くなっている。しかし、図5(b)の例では、11〜36層におけるVfは図5(a)の場合と同様に内層ほど急激に値を高める分布を示しているが、1〜10層におけるVfは内層ほどやや値が大きくなるものの外層に比べれば一定とみなせる分布を示している。これは、プリプレグでは、樹脂の流動性が相対的に小さく、樹脂の浸み出し量が少なくなるためである。しかも、この樹脂の浸み出し量は、外層に対するFW成形の張力の大きさによっては、あまり変化しない。つまり、プリプレグを用いた場合には、巻回時の張力の設定などによらず、巻回前のプリプレグにおける繊維体積含有率Vfに近い値をもつCFRP層14を形成することができる。例えば、図5(b)に示した例では、1〜10層のVfが11層のVfと同程度かやや小さくなるようにプリプレグの樹脂量が設定されている。   In the example of FIG. 5A, the value of Vf increases in the inner layer. This is because the value of Vf is constant in the fiber bundle before winding, but in the inner layer that receives a lot of tension accompanying winding, the resin oozes and the resin impregnation amount decreases (fiber ratio). This is to increase. Similarly, in the example of FIG. 5B, among the 1 to 10 layers and the 11 to 36 layers, the inner layer has a higher Vf. However, in the example of FIG. 5 (b), Vf in the 11th to 36th layers shows a distribution in which the value increases sharply in the inner layer as in the case of FIG. 5 (a). Although the value is slightly larger, it shows a distribution that can be considered constant compared to the outer layer. This is because in the prepreg, the fluidity of the resin is relatively small and the amount of the resin leaching is reduced. In addition, the leaching amount of the resin does not change so much depending on the magnitude of the FW molding tension with respect to the outer layer. That is, when the prepreg is used, the CFRP layer 14 having a value close to the fiber volume content Vf in the prepreg before winding can be formed regardless of the tension setting at the time of winding. For example, in the example shown in FIG. 5B, the resin amount of the prepreg is set so that 1 to 10 layers of Vf is approximately the same as or slightly smaller than 11 layers of Vf.

以上の説明においては、1〜10層までをプリプレグでFW成形し、11〜36層までをWETでFW成形する例について説明した。しかし、プリプレグによるFW成形を何層にするかは様々に設定可能であり、一例としては、1〜4層をプリプレグ、5〜36層をWETでFW成形する態様を挙げることができる。また、樹脂の硬化の度合いを複数段階に設定した巻回を行うことも可能である。一例としては、1〜4層には相対的に最も硬化が進行した樹脂を含む繊維束を使用し、5〜10層には硬化の進行が中程度の樹脂を含む繊維束を使用し、11〜36層には硬化が最も進行していない樹脂(例えば、全く硬化させていない樹脂)を含む繊維束を使用する態様を挙げることができる。さらには、WETからプリプレグへと、連続的に変化させることも可能である。例えば、液状の樹脂が含浸された繊維束に対する加熱の度合いを徐々に緩めることで、プリプレグからWETへと連続的に変化するFW成形を行うことができる。具体的な設定は、例えば、内側の層において必要となる疲労耐久性能を満足し、かつ、必要強度を与えるCFRP層14が所定の厚さに収まるとの条件の下で、理論的あるいは実験的に決定することができる。   In the above description, an example in which 1 to 10 layers are FW-molded with a prepreg and 11 to 36 layers are FW-molded with WET has been described. However, how many layers the FW molding by the prepreg is set can be variously set. As an example, an embodiment in which the FW molding is performed by 1 to 4 layers by prepreg and 5 to 36 layers by WET can be mentioned. It is also possible to perform winding with the degree of curing of the resin set in a plurality of stages. As an example, a fiber bundle containing a resin that is relatively hardened most is used for the first to fourth layers, and a fiber bundle containing a resin that is moderately cured is used for the fifth to tenth layers. The ~ 36th layer can include an embodiment in which a fiber bundle containing a resin that has not been cured most (for example, a resin that has not been cured at all) is used. Furthermore, it is possible to continuously change from WET to prepreg. For example, by gradually relaxing the degree of heating of the fiber bundle impregnated with the liquid resin, FW molding that continuously changes from prepreg to WET can be performed. The specific setting is, for example, theoretically or experimentally under the condition that the fatigue durability performance required in the inner layer is satisfied and the CFRP layer 14 that provides the required strength is within a predetermined thickness. Can be determined.

本実施の形態にかかる高圧タンクの断面図である。It is sectional drawing of the high pressure tank concerning this Embodiment. 図1の高圧タンクの側面の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the side surface of the high pressure tank of FIG. 高圧タンクの製造手順を例示したフローチャートである。It is the flowchart which illustrated the manufacturing procedure of the high pressure tank. 高圧タンクの製造過程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the manufacturing process of a high pressure tank. 高圧タンクのCFRP層における繊維体積含有率を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the fiber volume content rate in the CFRP layer of a high pressure tank.

符号の説明Explanation of symbols

10 高圧タンク、12 ライナ、14 CFRP層、16 ガラス層、18,20 口金、24 内層、26 外層、30 回転軸、32 繊維束。   10 high pressure tank, 12 liner, 14 CFRP layer, 16 glass layer, 18, 20 base, 24 inner layer, 26 outer layer, 30 rotating shaft, 32 fiber bundle.

Claims (3)

中空のライナの外周に、複数の繊維からなる第1繊維束と各繊維間に非硬化状態で設けられた熱硬化性樹脂とを含む第1繊維強化複合材を巻回し、第1繊維強化複合材層を積層形成するステップと、
前記第1繊維強化複合材層の外周に、複数の繊維からなる第2繊維束と各繊維間に非硬化状態で設けられた熱硬化性樹脂とを含む第2繊維強化複合材を巻回し、第2繊維強化複合材層を積層形成するステップと、
前記第1繊維強化複合材層及び前記第2繊維強化複合材層が積層形成された後に、加熱により前記熱硬化性樹脂を硬化させるステップと、
を含み、
巻回時においては、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性は、前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性に比べて高く設定されていることを特徴とする高圧タンク製造方法。
A first fiber reinforced composite material comprising a first fiber bundle composed of a plurality of fibers and a thermosetting resin provided in an uncured state between the fibers is wound around the outer periphery of the hollow liner. Laminating a material layer; and
A second fiber reinforced composite material comprising a second fiber bundle composed of a plurality of fibers and a thermosetting resin provided in an uncured state between the fibers is wound around the outer periphery of the first fiber reinforced composite material layer, Laminating and forming a second fiber reinforced composite layer;
Curing the thermosetting resin by heating after the first fiber reinforced composite material layer and the second fiber reinforced composite material layer are laminated and formed;
Including
At the time of winding, the viscosity of the thermosetting resin provided in the first fiber reinforced composite material is set higher than the viscosity of the thermosetting resin provided in the second fiber reinforced composite material. A high-pressure tank manufacturing method characterized by the above.
請求項1に記載の高圧タンク製造方法において、
巻回時においては、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂は、前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂に比べて硬化が進行した半硬化状態にあり、これにより、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性は、前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性に比べて高く設定されていることを特徴とする高圧タンク製造方法。
In the high pressure tank manufacturing method according to claim 1,
At the time of winding, the thermosetting resin provided in the first fiber reinforced composite material is in a semi-cured state in which the curing has progressed compared to the thermosetting resin provided in the second fiber reinforced composite material. Thus, the viscosity of the thermosetting resin provided in the first fiber reinforced composite material is set higher than the viscosity of the thermosetting resin provided in the second fiber reinforced composite material. A high-pressure tank manufacturing method characterized.
請求項2に記載の高圧タンク製造方法において、
前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂は、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂と同じ組成をもち、巻回時には液状に保たれた樹脂であり、これにより、前記第1繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性が、前記第2繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性に比べて高く設定されていることを特徴とする高圧タンク製造方法。
In the high pressure tank manufacturing method according to claim 2,
The thermosetting resin provided in the second fiber reinforced composite material has the same composition as the thermosetting resin provided in the first fiber reinforced composite material, and is a resin that is kept in a liquid state when wound. Thereby, the viscosity of the thermosetting resin provided in the first fiber reinforced composite material is set higher than the viscosity of the thermosetting resin provided in the second fiber reinforced composite material. A high-pressure tank manufacturing method.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010151167A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Kobe Steel Ltd High pressure processing device
JP2014113755A (en) * 2012-12-10 2014-06-26 Jx Nippon Oil & Energy Corp Production method of composite container
JP2014218031A (en) * 2013-05-09 2014-11-20 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Method and system for manufacturing composite container
JP2015113862A (en) * 2013-12-09 2015-06-22 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Composite container manufacturing method, and composite container manufacturing system
JP2015113864A (en) * 2013-12-09 2015-06-22 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Composite container manufacturing system, and composite container manufacturing method
JP2017115938A (en) * 2015-12-22 2017-06-29 ニッタ株式会社 High pressure vessel and process of manufacture of high pressure vessel
JP2018096385A (en) * 2016-12-08 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 High pressure tank
US10158130B2 (en) 2015-10-08 2018-12-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha High-pressure tank
JP2021095943A (en) * 2019-12-16 2021-06-24 宇部興産株式会社 Polyamide resin molding material for thermoplastic molded hydrogen tank liner, thermoplastic molded hydrogen tank liner, and method for producing hydrogen tank

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010151167A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Kobe Steel Ltd High pressure processing device
JP2014113755A (en) * 2012-12-10 2014-06-26 Jx Nippon Oil & Energy Corp Production method of composite container
JP2014218031A (en) * 2013-05-09 2014-11-20 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Method and system for manufacturing composite container
JP2015113862A (en) * 2013-12-09 2015-06-22 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Composite container manufacturing method, and composite container manufacturing system
JP2015113864A (en) * 2013-12-09 2015-06-22 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Composite container manufacturing system, and composite container manufacturing method
US10158130B2 (en) 2015-10-08 2018-12-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha High-pressure tank
WO2017110902A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 ニッタ株式会社 High pressure container and method for manufacturing high pressure container
CN108368968A (en) * 2015-12-22 2018-08-03 霓达株式会社 The manufacturing method of high-pressure bottle and high-pressure bottle
US20180283609A1 (en) * 2015-12-22 2018-10-04 Nitta Corporation High pressure container and method for manufacturing high pressure container
JP2017115938A (en) * 2015-12-22 2017-06-29 ニッタ株式会社 High pressure vessel and process of manufacture of high pressure vessel
JP2018096385A (en) * 2016-12-08 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 High pressure tank
US10982810B2 (en) 2016-12-08 2021-04-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha High-pressure tank
JP2021095943A (en) * 2019-12-16 2021-06-24 宇部興産株式会社 Polyamide resin molding material for thermoplastic molded hydrogen tank liner, thermoplastic molded hydrogen tank liner, and method for producing hydrogen tank
JP7059243B2 (en) 2019-12-16 2022-04-25 Ube株式会社 Polyamide resin molding material for thermoplastic molded hydrogen tank liner, manufacturing method of thermoplastic molded hydrogen tank liner and hydrogen tank

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