JP2010234658A - Method of manufacturing composite container - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧の気体あるいは液体を収納する複合容器の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a composite container that stores high-pressure gas or liquid.
従来、ガラス繊維、炭素繊維、芳香族ポリアミド繊維等を強化材とし、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等をマトリックス樹脂とした複合材料は、スポーツ用品、自動車部品を始め広く使用されている。 Conventionally, composite materials using glass fibers, carbon fibers, aromatic polyamide fibers, etc. as reinforcements and epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, etc. as matrix resins have been widely used for sports equipment and automobile parts. Yes.
複合材料の製造方法には、繊維強化材に未硬化のマトリックス樹脂を含浸させてプリプレグとし、該プリプレグを成形硬化させる方法が広く採用されている。一方で、FWによる中空物の成形方法、いわゆるFW法も複合材料の製造方法として多く採用されている。 As a method for producing a composite material, a method is widely adopted in which a fiber reinforced material is impregnated with an uncured matrix resin to form a prepreg, and the prepreg is molded and cured. On the other hand, a hollow material forming method using FW, a so-called FW method, is also widely used as a method for producing a composite material.
FW(フィラメントワインディング)法には、予め熱硬化性樹脂マトリックスを含浸したストランドプリプレグを用意し、これをマンドレルに巻き付けて成形する方法(Dry FW法)と、ストランドに低粘度樹脂を含浸させながら、マンドレルに巻き付けて成形する方法(Wet FW法)とがあることが広く知られている。更にこのWet FW法は、ストランドに低粘度樹脂を含浸させる方法の種類によって、キスタッチ法、浸漬法その他の方法に分類されている。 In the FW (filament winding) method, a strand prepreg impregnated with a thermosetting resin matrix is prepared in advance, and this is wound around a mandrel (Dry FW method), while the strand is impregnated with a low-viscosity resin, It is widely known that there is a method (Wet FW method) in which a mandrel is wound around and formed. Furthermore, the Wet FW method is classified into a kiss touch method, a dipping method, and other methods depending on the type of method in which the strand is impregnated with the low viscosity resin.
図1に、Wet法に用いられるレジンバスを有するタンクの製造装置の一例の模式的な概念図を示す。 FIG. 1 shows a schematic conceptual diagram of an example of a manufacturing apparatus for a tank having a resin bath used in the Wet method.
図1に示す製造装置は、炭素繊維等のトウを巻廻した供給ロール101と、樹脂102を収納したレジンバス103と、レジンバス103内に回転可能に設けられた回転ロール104と、樹脂を含浸させたトウを巻き取り、タンクを成形するライナ105とを有する。
The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 impregnates a
複数の供給ロール101から供給されたトウはレジンバス103内へと案内される。レジンバス103内の炭素繊維は回転ロール104の周縁を案内されながら樹脂が含浸される。樹脂含有量調ロール106によって余剰の樹脂が搾り取られ、樹脂含有量の調整がなされる。樹脂含有量の調整がなされたトウは、巻付張力調整部107により、巻き付け時の張力が調整されながらライナ105に巻き付けられる。
Tows supplied from a plurality of
しかし、レジンバス法は、トウをレジンバス103内に通過させて樹脂含浸させた後、樹脂含有量調ロール106によって余剰の樹脂を搾り取り樹脂含有量を調整する際、トウとの摩擦が生じ、糸切れ、毛羽立ち等を伴うトウの損傷が生じる。また樹脂を搾り取ることによって樹脂含有量を調整するため、樹脂含有量を高精度で調整するのが困難である。
However, in the resin bath method, after the tow is passed through the
また、レジンバス法は、レジンバス103内に直接トウを通過させるので、レジンバス103内が毛羽等で汚損してしまう問題がある。
Moreover, since the resin bath method allows the tow to pass directly through the
さらに、レジンバス103内に収納されている樹脂は、例えば、室温において0.1Pa・s程度の低粘度のものである。このような低粘度の樹脂内で回転ロール104を高速回転させると樹脂が飛散してしまうため、回転ロール104の回転速度は制限を受けてしまう。また、低粘度の樹脂を用いることから、ライナ105に巻き付けられたトウが滑りやすい状態にある。特にライナ105の端部の形状がドーム形状の場合、トウの滑りが生じやすく所望の厚み、あるいは形状を得ることが困難となる。そうすると、ライナ端部では強度が不足してしまうこととなるため、強度を確保するべく、トウを余分に巻き付ける必要があった。また、Wet法は、成形品の形状を所望の形状にすべく、装置を一旦停止して樹脂を固め、固化されたら再度装置を駆動する、といった制御を繰り返す必要がある。これらが原因でWet法は生産性を向上させるのが困難となる。
Furthermore, the resin accommodated in the
また、レジンバス法では、反応性の高い樹脂を用いることが多く、このため室温で徐々に硬化反応が進行し、ワインディング中に樹脂粘度が増加する傾向がある。このような粘度変化は樹脂のピックアップ量に影響するため、結果として樹脂含量の均一性が損なわれることになる。 In the resin bath method, a highly reactive resin is often used, so that the curing reaction gradually proceeds at room temperature, and the resin viscosity tends to increase during winding. Such a change in viscosity affects the amount of resin pick-up, and as a result, the uniformity of the resin content is impaired.
このように、レジンバス法により製造された成型品は、繊維と樹脂との重量比を精度良く一定にすることが困難であることによる品質安定性の低さ、またトウの摩擦による損傷を防ぐために生産速度が低いことによる製造コストの高さ等の問題がある。 In this way, molded products manufactured by the resin bath method have low quality stability due to the difficulty of maintaining a constant weight ratio between fiber and resin, and to prevent damage caused by tow friction. There are problems such as high manufacturing costs due to low production speed.
そこで、予め樹脂が含浸されたトウプリプレグを用いてFWを行う、いわゆるDry法が用いられることがある。図2にトウプリプレグを用いたタンクの製造装置の一例の模式的な概念図を示す。ここで、「トウプリプレグ」とは、繊維束に樹脂を含浸し、半硬化状態としたものを意味する。 Therefore, a so-called Dry method in which FW is performed using a tow prepreg impregnated with a resin in advance may be used. FIG. 2 shows a schematic conceptual diagram of an example of a tank manufacturing apparatus using a tow prepreg. Here, the “tow prepreg” means a fiber bundle impregnated with a resin to be in a semi-cured state.
図2に示す製造装置は、トウプリプレグを巻廻した供給ロール201と、巻付張力調整部207と、タンクを成形するライナ205とを有する。
The manufacturing apparatus shown in FIG. 2 includes a
供給ロール201から供給されたトウプリプレグは、すでに樹脂が含浸されているため、レジンバスを通過することなく、巻付張力調整部207により、巻き付け時の張力が調整されながらライナ205に巻き付けられる。ライナ205へのトウプリプレグの巻き付け時に、ライナ205外部からトウプリプレグを加熱することでトウプリプレグを硬化させる。なお、トウプリプレグに含浸されている樹脂の粘度は供給ロール201部分で5Pa・s〜100Pa・s程度であり、ライナ205に巻き付ける時点で10Pa・s程度となっており、Wet法のトウに比べ粘度が高い。
Since the tow prepreg supplied from the
トウプリプレグを用いたDry法によれば、Wet法の問題点が解消される。すなわち、本方法によれば、含有樹脂量の高精度化が可能であり、樹脂を絞り取る際に生じる糸切れ、毛羽立ち等を伴うトウの損傷を生じることもない。また、レジンバスを用いないので、レジンバスの汚損、樹脂の粘度に起因する生産性向上の制限もない。 According to the Dry method using a tow prepreg, the problems of the Wet method are solved. That is, according to this method, it is possible to increase the accuracy of the amount of resin contained, and tow damage that occurs when the resin is squeezed out, such as yarn breakage and fluffing, does not occur. In addition, since no resin bath is used, there is no limitation on productivity improvement due to the contamination of the resin bath and the viscosity of the resin.
一方、繊維の滑りの問題に対しては、特許文献1や、特許文献2では、ライナの端部(ドーム部)に、階段状、あるいは筋状の構造を設け、繊維の滑りを防止している。また、特許文献3では、光重合を用い、フィラメントを固定した後、樹脂を固化する方法を開示している。 On the other hand, with respect to the problem of fiber slip, Patent Document 1 and Patent Document 2 provide a step-like or streak-like structure at the end (dome) of the liner to prevent fiber slip. Yes. Patent Document 3 discloses a method of solidifying a resin after fixing a filament using photopolymerization.
しかしながら、ライナの端部に構造物を設ける特許文献1や特許文献2に開示された発明の場合、ライナ本体に加工を施さなければならない。 However, in the case of the invention disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 in which a structure is provided at the end of the liner, the liner body must be processed.
また、特許文献3に開示された発明の場合、樹脂の中に光でラジカルを発生させる物質を加える必要があるとともに、このような光に反応する物質は、長期の使用に際して樹脂の劣化の原因となりうる。 In addition, in the case of the invention disclosed in Patent Document 3, it is necessary to add a substance that generates radicals by light in the resin, and such a substance that reacts with light causes the deterioration of the resin during long-term use. It can be.
また、特許文献4に開示された発明の場合、装置やプログラムが複雑になってしまう。 In the case of the invention disclosed in Patent Document 4, the apparatus and the program become complicated.
このように、上述した各特許文献で開示された発明はトウの滑りを抑制できるという点においていずれも高い効果が得られると思われるが、複合容器を簡便に製造するという点ではまだ十分とはいえない。 As described above, the inventions disclosed in each of the above-mentioned patent documents are considered to be highly effective in that they can suppress toe slip, but are still not sufficient in terms of simply manufacturing a composite container. I can't say that.
また、トウプリプレグにおける繊維の束は、その断面形状が概ね円形となっている。従来のDRY法では、このようなトウプリプレグをライナに巻装しても、トウプリプレグの繊維の束は各繊維が広がることなく円形状を保持したままであった。これは、従来のDRY法に用いられるトウプリプレグの樹脂の粘度が比較的高いものを使用していたので、繊維の束が変形しにくかったことによる。繊維が広がらないままライナに巻装されると、繊維と樹脂層の中に空隙が発生しやすく、複合容器としての強度が発現しにくいという問題があった。 The bundle of fibers in the tow prepreg has a substantially circular cross-sectional shape. In the conventional DRY method, even when such a tow prepreg is wound around the liner, the fiber bundle of the tow prepreg remains circular without spreading each fiber. This is because the fiber bundle was difficult to be deformed because the resin of the tow prepreg used in the conventional DRY method had a relatively high viscosity. When the fibers are wound around the liner without spreading, there is a problem that voids are easily generated in the fibers and the resin layer, and the strength as a composite container is difficult to be exhibited.
そこで、本発明は、簡便に、所望の形状および強度を有する複合容器を製造することができる複合容器の製造方法を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the composite container which can manufacture the composite container which has a desired shape and intensity | strength simply.
上記目的を達成するため、本発明の複合容器の製造方法は、熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維をライナに巻装して複合容器を製造する複合容器の製造方法において、繊維に含浸されている樹脂を、繊維がライナに巻装される前に加熱して、樹脂の粘度を加熱前の粘度よりも低下させておく加熱工程と、加熱工程後、繊維をライナに巻装しながら樹脂を冷却して、加熱工程で低下した樹脂の粘度を高める冷却工程と、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the method for manufacturing a composite container according to the present invention is a method for manufacturing a composite container in which a fiber pre-impregnated with a thermosetting resin is wound around a liner to manufacture a composite container. A heating process in which the resin is heated before the fiber is wound around the liner and the viscosity of the resin is lowered below the viscosity before the heating, and after the heating process, while the fiber is wound around the liner A cooling step of cooling the resin and increasing the viscosity of the resin lowered in the heating step.
上記本発明の製造方法は、繊維をライナに巻装する前に加熱することで繊維に含浸させている樹脂の粘度を低下させる。このため、樹脂がライナに巻き付けられた瞬間においては、樹脂の粘度が低下しているので繊維が広がりやすい状態となっている。つまり、繊維が広がり、かつ樹脂の粘度が低下して流動性が高められることで繊維間や樹脂中に存在している気泡が除去される。その結果、空隙が形成されていない、十分な強度を有する複合容器とすることが可能となる。 In the production method of the present invention, the viscosity of the resin impregnated in the fiber is reduced by heating the fiber before winding it on the liner. For this reason, at the moment when the resin is wound around the liner, the viscosity of the resin is lowered, so that the fibers are easily spread. That is, air bubbles existing between the fibers and in the resin are removed by spreading the fibers and reducing the viscosity of the resin to increase the fluidity. As a result, it is possible to obtain a composite container having a sufficient strength without a void.
さらに、本発明の製造方法は、繊維をライナに巻装しながら樹脂を冷却することで樹脂粘度を再び高める。これにより、繊維の滑りが防止され、複合容器を所望の形状に形成することが可能となる。 Furthermore, the manufacturing method of this invention raises resin viscosity again by cooling resin, winding a fiber around a liner. This prevents the fiber from slipping and allows the composite container to be formed into a desired shape.
本発明によれば、簡便に、所望の形状および強度を有する複合容器を製造することができる。 According to the present invention, a composite container having a desired shape and strength can be easily produced.
図3は、本実施形態にかかる複合容器の製造方法に用いられる製造装置を説明するための概略図である。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a composite container according to the present embodiment.
本実施形態の製造装置10は、供給部1と、巻付張力調整部2と、速度センサプーリ3と、デリバリーアイ4と、ライナ5と、加熱装置6と、冷却装置7と、制御部8とを有する。
The manufacturing apparatus 10 of the present embodiment includes a supply unit 1, a winding tension adjustment unit 2, a speed sensor pulley 3, a delivery eye 4, a liner 5, a
供給部1は、トウプリプレグ20を供給する装置であり、トウプリプレグ20が巻廻された複数の供給ロール11を有する。供給ロール11に巻廻されたトウプリプレグ20は5Pa・s〜100Pa・s、好ましくは7Pa・s〜50Pa・sの粘度を維持した状態で保持されている。 The supply unit 1 is a device that supplies the tow prepreg 20 and includes a plurality of supply rolls 11 around which the tow prepreg 20 is wound. The tow prepreg 20 wound around the supply roll 11 is held in a state of maintaining a viscosity of 5 Pa · s to 100 Pa · s, preferably 7 Pa · s to 50 Pa · s.
供給ロール11に積層して巻き付けられているトウプリプレグ20は、内層から外層に向かって熱硬化性樹脂の含浸量を減少させたものを巻きつけておいてもよい。このようにしておくことで、ライナ5に積層して巻き付けられたトウプリプレグ20は、内層から外層に向かって熱硬化性樹脂の含浸量が増加した状態で巻き付けられていることとなる。 The tow prepreg 20 laminated and wound around the supply roll 11 may be wound with a reduced amount of the thermosetting resin impregnated from the inner layer toward the outer layer. By doing in this way, the tow prepreg 20 laminated and wound on the liner 5 is wound in a state where the amount of impregnation of the thermosetting resin is increased from the inner layer to the outer layer.
供給部1からのトウプリプレグ20の供給速度は制御部8により制御される。なお、本実施形態における供給部1は、すでに製造されたトウプリプレグが供給ロール11に巻廻された状態で供給される方式を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、供給部1において、トウに樹脂供給してトウプリプレグを製造し、この製造されたトウプリプレグを供給する方式を採用するものであってもよい。
The supply speed of the tow prepreg 20 from the supply unit 1 is controlled by the
巻付張力調整部2及び速度センサプーリ3は供給部1とライナ5との間に配置されている。巻付張力調整部2は、ライナ5に巻き付けるトウプリプレグ20に所要の巻付張力を付与することができるように構成されており、制御部8によって付与する巻付張力が制御される。速度センサプーリ3は、トウプリプレグ20の線速度を感知する速度センサである。速度センサプーリ3で検出されたトウプリプレグ20の線速度は、不図示の信号送信器から制御部8に送信される。制御部8は、信号送信器からの信号に基づき、供給部1からのトウプリプレグ20の供給速度を制御する。すなわち、トウプリプレグ20の線速度は、速度センサプーリ3により常時測定され、リアルタイムで信号送信器から制御部8にフィードバックされるため、例えば、デリバリーアイ4の折り返し時に速度が低下した際も、あるいは、巻き始めから巻き終わりまでにおけるワインディング成形体の径が変化した場合でも、樹脂供給量が制御され、トウに対する樹脂含浸量は終始一定に制御されてFW成形が実施される。
The winding tension adjusting unit 2 and the speed sensor pulley 3 are disposed between the supply unit 1 and the liner 5. The winding tension adjusting unit 2 is configured to apply a required winding tension to the tow prepreg 20 wound around the liner 5, and the winding tension applied by the
デリバリーアイ4は、供給部1から供給されたトウプリプレグ20を集束させ、FWでライナ5に巻きつける装置であり、ライナ5の軸方向と平行な方向に往復移動可能に設けられている。トウプリプレグ20の配向角度は、ライナ5の回転速度とデリバリーアイ4の移動速度の比により決定される。デリバリーアイ4の移動速度は制御部8により制御される。
The delivery eye 4 is a device that focuses the tow prepreg 20 supplied from the supply unit 1 and winds the tow prepreg 20 around the liner 5 by FW, and is provided so as to be reciprocally movable in a direction parallel to the axial direction of the liner 5. The orientation angle of the tow prepreg 20 is determined by the ratio of the rotational speed of the liner 5 and the moving speed of the delivery eye 4. The moving speed of the delivery eye 4 is controlled by the
トウプリプレグ20が巻き付けられるライナ5の材質は、用途によって、樹脂製、金属製が選択される。樹脂製ライナとしては、高密度ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を回転成形やブロー成形にて容器形状に賦形されたものに、金属製の口金が付けられているものが一般的である。金属製ライナは、アルミニウム合金製や鋼鉄製等からなるパイプ形状や板形状からスピニング加工等により容器形状に賦形したあとで、口金形状を付与するものが一般的である。 The material of the liner 5 around which the tow prepreg 20 is wound is selected from resin and metal depending on the application. As a resin liner, a resin liner formed with a thermoplastic resin such as high-density polyethylene formed into a container shape by rotational molding or blow molding is generally used. A metal liner is generally provided with a die shape after being shaped into a container shape by spinning or the like from a pipe shape or plate shape made of aluminum alloy, steel, or the like.
このライナ5は、不図示の駆動装置により回転駆動される。デリバリーアイ4を通過してきたトウプリプレグ20はライナ5の外周面にFWで巻廻される。 The liner 5 is rotationally driven by a driving device (not shown). The tow prepreg 20 that has passed through the delivery eye 4 is wound around the outer peripheral surface of the liner 5 by FW.
加熱装置6は、ライナ5の外周面に巻装される直前のトウプリプレグ20を加熱して、樹脂の粘度を低下させるためのヒータであり、加熱装置6の温度制御は、制御部8によりなされる。加熱装置6は、トウプリプレグ20の樹脂の温度が50℃〜100℃、より好ましくは60℃〜90℃となるように加熱する。すなわち、加熱装置6は、樹脂の粘度は低下させるが、トウプリプレグ20の樹脂が瞬時に硬化しない温度でトウプリプレグ20を加熱する。
The
冷却装置7は、加熱装置6によって加熱され、ライナ5に巻き付けられた直後のトウプリプレグ20に冷却風を吹き付けてトウプリプレグ20を冷却する。トウプリプレグ20は、ライナ5に巻装される前に加熱装置6によって加熱されることで、樹脂の粘度が加熱前の状態に比べ低下している。冷却装置7は、この粘度が低下した樹脂を冷却することで粘度を再び高めるために用いられる。なお、冷却装置7の温度制御及び風量の制御は、制御部8によりなされ、冷却風の温度は40℃以下、好ましくは35℃以下となるおように制御される。
The cooling device 7 is heated by the
制御部8は、上述したように、供給部1、巻付張力調整部2、デリバリーアイ4、ライナ5、加熱装置6及び冷却装置7等を駆動制御する。
As described above, the
本実施形態のトウプリプレグ20に用いられる熱硬化性樹脂の熱特性は、25℃において粘度が5Pa・s〜100Pa・sであり、80℃において粘度が0.1Pa・s〜1.2Pa・sである。なお、25℃において、熱硬化性樹脂の粘度が5Pa・s未満であると繊維をまとめることができず、100Pa・sを超えると、ライナ5に巻き付けた前の層との熱硬化性樹脂の粘着が悪くなりFWに使用できない。また、80℃において粘度が0.1Pa・s未満であると熱硬化性樹脂が流れてしまうという問題点があり、1.2Pa・sを超えると繊維が広がりにくくなるという欠点がある。 The thermal characteristics of the thermosetting resin used in the tow prepreg 20 of the present embodiment are such that the viscosity is 5 Pa · s to 100 Pa · s at 25 ° C., and the viscosity is 0.1 Pa · s to 1.2 Pa · s at 80 ° C. It is. In addition, when the viscosity of the thermosetting resin is less than 5 Pa · s at 25 ° C., the fibers cannot be bundled. When the viscosity exceeds 100 Pa · s, the thermosetting resin of the layer before being wound around the liner 5 Adhesion worsens and cannot be used for FW. Further, when the viscosity is less than 0.1 Pa · s at 80 ° C., there is a problem that the thermosetting resin flows, and when it exceeds 1.2 Pa · s, there is a disadvantage that the fibers are difficult to spread.
本実施形態のトウプリプレグ20の熱硬化性樹脂の種類としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of the thermosetting resin of the tow prepreg 20 of this embodiment include phenol resin, urea resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, polyimide resin, bismaleimide resin, polyimide resin, polyurethane resin, diallyl phthalate resin, epoxy Examples of the resin include, but are not limited to, resin.
また、熱硬化性樹脂の分子構造としては、例えば、エポキシ樹脂の場合、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。 As the molecular structure of the thermosetting resin, for example, in the case of epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, etc. Can be mentioned.
また、熱硬化性樹脂に加える硬化剤としては、例えば、エチレンジアミン等の脂肪族アミン、ジエチレントリアミン等の脂肪族ポリアミン、メタフェニレンジアミンまたはジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族アミン、ピペリジンまたはジアザピシクロウンデセン等の第一、第三アミン、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物硬化剤等が挙げられる。 Examples of the curing agent to be added to the thermosetting resin include aliphatic amines such as ethylenediamine, aliphatic polyamines such as diethylenetriamine, aromatic amines such as metaphenylenediamine or diaminodiphenylsulfone, piperidine or diazapicycloundecene. And acid anhydride curing agents such as primary and tertiary amines and methyltetrahydrophthalic anhydride.
また、本発明のトウプリプレグ20に用いられる繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ポリエチレン繊維、スチール繊維、ザイロン繊維、ビニロン繊維等が挙げられるが、特に高強度、高弾性率かつ軽量な炭素繊維が好ましい。 Examples of the fiber used in the tow prepreg 20 of the present invention include carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, polyethylene fiber, steel fiber, zylon fiber, vinylon fiber, etc., but particularly high strength, High elastic modulus and lightweight carbon fiber is preferable.
また、本発明のトウプリプレグ20に用いられる繊維の繊維数(フィラメント)は、特に制限されるものではないが1000フィラメント〜50000フィラメント、好ましくは3000フィラメント〜30000フィラメントの範囲である。なお、繊維の繊維数が、1000フィラメントより低いと繊維中に含まれる熱硬化性樹脂の含有量が少なくなる場合があり、50000フィラメントを超えると繊維が太くなり、巻きつけるのが困難になる。 The number of fibers (filaments) used in the tow prepreg 20 of the present invention is not particularly limited, but is in the range of 1000 filaments to 50000 filaments, preferably 3000 filaments to 30000 filaments. When the number of fibers is lower than 1000 filaments, the content of the thermosetting resin contained in the fibers may be reduced. When the number exceeds 50000 filaments, the fibers become thick and difficult to wind.
次に、図4を用いて本実施形態にかかる複合容器の製造方法について説明する。図4は、本実施形態の製造方法の製造フローを示す図である。 Next, the manufacturing method of the composite container concerning this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing flow of the manufacturing method of the present embodiment.
まず、供給部1のトウプリプレグ20が巻付張力調整部2へと供給される(ステップS1)。 First, the tow prepreg 20 of the supply unit 1 is supplied to the winding tension adjusting unit 2 (step S1).
続いて、トウプリプレグ20は巻付張力調整部2により張力を調整されながらデリバリーアイ4へと供給されることで集束される(ステップS2)。 Subsequently, the tow prepreg 20 is focused by being supplied to the delivery eye 4 while adjusting the tension by the winding tension adjusting unit 2 (step S2).
次に、加熱装置6は、ライナ5に巻装される直前のトウプリプレグ20の樹脂の粘度を低下させるため、トウプリプレグ20の樹脂を50〜100℃、好ましくは60〜90℃に加熱する(ステップS3)。
Next, the
デリバリーアイ4はライナ5の軸方向と平行な方向に往復移動させつつ、回転駆動されているライナ5へとトウプリプレグ20を供給することで、トウプリプレグ20をライナ5に巻装していく(ステップS4)。 The delivery eye 4 reciprocates in the direction parallel to the axial direction of the liner 5 and supplies the tow prepreg 20 to the liner 5 that is rotationally driven, whereby the tow prepreg 20 is wound around the liner 5 ( Step S4).
次に、ライナ5へと巻き付けられた直後のトウプリプレグ20の樹脂を、冷却装置7から吹き出させた冷却風によって冷却する(ステップS5)。すなわち、本発明の製造装置10は、トウプリプレグ20をライナ5に巻装しながらトウプリプレグ20の樹脂を冷却することで、加熱装置6の加熱により低下した樹脂の粘度を再び高める。制御部8は、冷却風の温度を40℃以下、好ましくは35℃以下に制御する。
Next, the resin of the tow prepreg 20 immediately after being wound around the liner 5 is cooled by the cooling air blown from the cooling device 7 (step S5). That is, the manufacturing apparatus 10 of the present invention again increases the viscosity of the resin that is lowered by the heating of the
次に、トウプリプレグ20を不図示の熱硬化用加熱装置によって加熱することで熱硬化性樹脂を硬化させる(ステップS6)。硬化条件は、特に制限されるものではないが、例えば、室温から150℃まで、1℃/分で昇温させた後、1時間加熱させ、その後室温まで冷却させるようにする。 Next, the thermosetting resin is cured by heating the tow prepreg 20 with a heating device for thermosetting (not shown) (step S6). The curing conditions are not particularly limited. For example, the temperature is raised from room temperature to 150 ° C. at 1 ° C./min, heated for 1 hour, and then cooled to room temperature.
以上のとおり、本実施形態の場合、トウプリプレグ20は、ライナ5に巻き付けられる前に加熱装置6で加熱されている。このため、トウプリプレグ20がライナ5に巻付けられた瞬間においては、トウプリプレグ20の熱硬化性樹脂の粘度は、加熱前、すなわち室温における粘度に比べて低下している。つまり、トウプリプレグ20は、繊維の束がライナ5上で広がりやすい状態で巻き付けられる。また、流動性が高くなったトウプリプレグ20の樹脂は、トウプリプレグ20間に浸透しやすい状態となり、繊維間や樹脂中に存在している気泡が除去されるとともにトウプリプレグ20どうしの密着性が高められる。その結果、このため、空隙が形成されていない、十分な強度を有する複合容器とすることができる。
As described above, in the present embodiment, the tow prepreg 20 is heated by the
また、加熱によって樹脂の粘度が低下したトウプリプレグ20は、ライナ5に巻装されながら冷却装置7からの冷却風によって冷却される。樹脂が冷却されることで樹脂の粘度は再び高められるのでトウプリプレグ20は滑りにくくなる。その結果、複合容器を所望の形状に形成することができる。 Further, the tow prepreg 20 whose resin viscosity has been reduced by heating is cooled by cooling air from the cooling device 7 while being wound around the liner 5. Since the viscosity of the resin is increased again by cooling the resin, the tow prepreg 20 becomes difficult to slip. As a result, the composite container can be formed into a desired shape.
なお、供給部1を上流側としライナ5を下流側とした場合、図3においては、加熱装置6は、デリバリーアイ4の下流側に配置されているように図示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、加熱装置6による加熱は、ライナ5に巻装される直前のトウプリプレグ20の樹脂の温度が、トウプリプレグ20の樹脂を50〜100℃、好ましくは60〜90℃に加熱に加熱されることで粘度が低下していれば加熱装置6はどのような位置に配置されていてもよく、よって、加熱装置6がデリバリーアイ4の上流側に配置されているものであってもよい。
When the supply unit 1 is on the upstream side and the liner 5 is on the downstream side, in FIG. 3, the
本実施例では、以下の条件において、本発明の複合容器の製造方法により複合容器を製造した。 In this example, a composite container was manufactured by the method for manufacturing a composite container of the present invention under the following conditions.
トウに含浸させる樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂90重量部、フェノールノボラック型エポキシ樹脂10重量部にジシアンジアミド18重量部および3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素9重量部を混合した。この樹脂組成物の粘度は25℃で80Pa・s、80℃で0.3Pa・sであった。この樹脂組成物を50℃に加温しながら、東レ社製炭素繊維T800SCの24000フィラメントに含浸し、供給ロール11(ボビン)に巻き取り、樹脂含有率28%のトウプリプレグ20とした。 As the resin to be impregnated with tow, 90 parts by weight of bisphenol A type epoxy resin, 10 parts by weight of phenol novolac type epoxy resin, 18 parts by weight of dicyandiamide and 9 parts by weight of 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea Were mixed. The viscosity of this resin composition was 80 Pa · s at 25 ° C. and 0.3 Pa · s at 80 ° C. While this resin composition was heated to 50 ° C., 24000 filaments of carbon fiber T800SC manufactured by Toray Industries, Inc. were impregnated and wound on a supply roll 11 (bobbin) to obtain a tow prepreg 20 having a resin content of 28%.
このトウプリプレグ20のボビンを加熱装置6にて50℃にて加熱しながら、中央部分の外径250mmのアルミ製7Lのライナ5にフィラメントワインディング(FW)により巻き付けた。FW条件は、ライナ5の回転数60rpm、張力50Nのフープ巻とした。FWが胴端部に差し掛かったときのみ、巻付け部分を送風により冷却した。
While the bobbin of the tow prepreg 20 was heated at 50 ° C. by the
これにより、胴端部をドーム側にずれることなく巻きつけることができた。 Thereby, it was able to wind without the trunk | drum end part shifting | deviating to the dome side.
本実施例では、以下の条件において、本発明の複合容器の製造方法により複合容器を製造した。 In this example, a composite container was manufactured by the method for manufacturing a composite container of the present invention under the following conditions.
供試体として、SAMTECH社製のアルミニウムライナ(長さ345mm、外径100mm、内容積2.1リットル、材質A6061−T6)を使用した。 As a specimen, an aluminum liner (length: 345 mm, outer diameter: 100 mm, inner volume: 2.1 liters, material A6061-T6) manufactured by SAMTECH was used.
このライナの口金部を除く外表面全域に、エポキシ系の熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂、商品名トーホーダイトEE50(株式会社東邦アーステック製)を、硬化後の剥離抑制材層の厚さが200μmとなるように塗布し、室温で24時間硬化させて剥離抑制材層を形成した。 An epoxy-based thermosetting resin (epoxy resin, trade name Toho Dite EE50 (manufactured by Toho Earthtec Co., Ltd.)) is applied to the entire outer surface excluding the base portion of the liner. And then cured at room temperature for 24 hours to form a peeling inhibitor layer.
硬化後、下記の樹脂組成物を用いたトウプリプレグ20を作成し、実施例1と同じ条件にてフィラメントワインディングを行い、容器を製造したところ、胴端部をドーム側にずれることなく巻きつけることができた。 After curing, a tow prepreg 20 using the following resin composition is prepared, filament winding is performed under the same conditions as in Example 1, and a container is manufactured. The body end is wound without shifting to the dome side. I was able to.
(樹脂組成物)
本実施例の熱硬化性樹脂は、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(25℃で液状:エポキシ当量158g/ep、東都化成社製のエポトートYDF−8170)を290重量部、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(メチル化HHPA、新日本理化社製のリカシッドMH−700)308重量部、2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業社製のキュアゾール2E4MZ)を6.1重量部、無機充填剤890重量部を溶融混錬して得られたものを使用した。この組成における熱硬化性樹脂の粘度は、25℃で85Pa・s、80℃で1Pa・sであった。
(Resin composition)
The thermosetting resin of this example is bisphenol F type epoxy resin (liquid at 25 ° C .: epoxy equivalent 158 g / ep, Epototo YDF-8170 manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), 290 parts by weight, methylhexahydrophthalic anhydride (methyl 308 parts by weight of Kashima HHPA, Shin Nippon Rika Co., Ltd., Licacid MH-700), 6.1 parts by weight of 2-ethyl-4-methylimidazole (Curesol 2E4MZ, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), and 890 parts by weight of an inorganic filler What was obtained by melt-kneading was used. The viscosity of the thermosetting resin in this composition was 85 Pa · s at 25 ° C. and 1 Pa · s at 80 ° C.
1 供給部
2 巻付張力調整部
3 速度センサプーリ
4 デリバリーアイ
5 ライナ
6 加熱装置
7 冷却装置
8 制御部
10 製造装置
11 供給ロール
20 トウプリプレグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supply part 2 Winding tension adjustment part 3 Speed sensor pulley 4 Delivery eye 5
Claims (6)
前記繊維に含浸されている前記樹脂を、前記繊維が前記ライナに巻装される前に加熱して、前記樹脂の粘度を加熱前の粘度よりも低下させておく加熱工程と、
前記加熱工程後、前記繊維を前記ライナに巻装しながら前記樹脂を冷却して、前記加熱工程で低下した前記樹脂の粘度を高める冷却工程と、を含むことを特徴とする複合容器の製造方法。 In a method for manufacturing a composite container, a fiber is pre-impregnated with a thermosetting resin and wound around a liner to manufacture a composite container.
Heating the resin impregnated in the fiber before the fiber is wound around the liner to reduce the viscosity of the resin below the viscosity before heating;
A cooling step of cooling the resin while winding the fiber around the liner after the heating step, and increasing the viscosity of the resin reduced in the heating step. .
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