JP2011144860A - High-pressure tank - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resin high-pressure tank that prevents a surface resin layer from breaking by a simple device. <P>SOLUTION: The high-pressure tank 10 includes: a resin-made liner 11 that forms a storage space 17 for high pressure gas; a fiber reinforced resin layer 12 that covers an outer surface of the liner 11; and a surface foaming resin layer 13 that is made to be porous by applying a solvent to the surface resin layer that is a part of the fiber reinforced resin layer 12 and foaming it. The surface foaming resin layer 13 regulates porous structure formation without reducing the burst strength of the tank by, for instance, properly regulating the application amount of a solvent, thereby improving gas permeability. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、高圧タンクに係り、特に、樹脂製のライナーを繊維強化樹脂層で被覆した樹脂製の高圧タンクに関する。   The present invention relates to a high pressure tank, and more particularly to a resin high pressure tank in which a resin liner is covered with a fiber reinforced resin layer.

近年、燃料電池の開発が盛んに行なわれ水素ガスが充填された高圧タンクが車両等に搭載される機会が増えてきたこともあり、高圧タンクの軽量化が強く要求されている。軽量性に優れた高圧タンクとして、樹脂製の高圧タンクが開発されている。図4(a)に示すように、樹脂製の高圧タンクは、樹脂製のライナー11を備え、その外表面に繊維強化樹脂層12を設けて補強した構造を有している。ここで、図4は、従来の高圧タンクの積層構造を示す図であって、後述の図2に対応する図である。   In recent years, the development of fuel cells has been actively carried out, and the opportunity to mount a high-pressure tank filled with hydrogen gas on a vehicle or the like has increased. Thus, weight reduction of the high-pressure tank is strongly demanded. Resin-made high-pressure tanks have been developed as light-weight high-pressure tanks. As shown in FIG. 4A, the resin high-pressure tank includes a resin liner 11, and has a structure reinforced by providing a fiber reinforced resin layer 12 on the outer surface thereof. Here, FIG. 4 is a view showing a laminated structure of a conventional high-pressure tank, and corresponds to FIG. 2 described later.

図4(a)に示すように、繊維強化樹脂層12の表面には、通常、表面樹脂層18が形成されている。表面樹脂層18は、樹脂が含浸された繊維をライナー11に巻き付けて繊維強化樹脂層12を形成する際に、余分な樹脂が外側にブリードすることで形成される樹脂のみからなる緻密な層である。即ち、繊維強化樹脂層12と表面樹脂層18とは一体化した連続層である。   As shown in FIG. 4A, a surface resin layer 18 is usually formed on the surface of the fiber reinforced resin layer 12. The surface resin layer 18 is a dense layer made only of a resin formed by bleeding the resin impregnated around the liner 11 to form the fiber reinforced resin layer 12 with excess resin bleeding outward. is there. That is, the fiber reinforced resin layer 12 and the surface resin layer 18 are an integrated continuous layer.

本発明に関連する技術として、特許文献1には、アルミニウム合金からなるライナーと、当該ライナーを被覆する繊維強化樹脂層を備え、当該繊維強化樹脂層の外面を熱収縮チューブで被覆した高圧タンクが開示されている。また、特許文献1には、熱収縮チューブが複数の通気孔を有しており、熱収縮チューブを熱収縮させて樹脂含浸繊維束層内部に存在している気体を樹脂含浸繊維束層外に押し出す際、樹脂含浸繊維束層の外面に達した気体は通気孔を介して熱収縮チューブの外側に排出できる、と記載されている。   As a technique related to the present invention, Patent Document 1 discloses a high-pressure tank that includes a liner made of an aluminum alloy and a fiber reinforced resin layer that covers the liner, and the outer surface of the fiber reinforced resin layer is covered with a heat-shrinkable tube. It is disclosed. Further, in Patent Document 1, the heat-shrinkable tube has a plurality of vent holes, and the gas present inside the resin-impregnated fiber bundle layer is caused to shrink outside the resin-impregnated fiber bundle layer by thermally shrinking the heat-shrink tube. It is described that the gas that has reached the outer surface of the resin-impregnated fiber bundle layer can be discharged to the outside of the heat-shrinkable tube through the vent hole during extrusion.

特開2008‐309219号公報JP 2008-309219 A

上記のように、繊維強化樹脂層12を備える高圧タンクには、表面樹脂層18が形成される。この表面樹脂層18は、図4(b)に示すように、ガスを遮断する機能(ガスバリア性)を有している。樹脂製の高圧タンクでは、ガスを完全に遮断するライナー11が存在しないことから、タンクに充填されたガスは経時的にライナー11を透過する。そして、ライナー11を透過したガスが、樹脂のみからなる緻密な表面樹脂層18によって遮断されるのである。   As described above, the surface resin layer 18 is formed in the high-pressure tank including the fiber reinforced resin layer 12. As shown in FIG. 4B, the surface resin layer 18 has a function of blocking gas (gas barrier property). In the high-pressure tank made of resin, there is no liner 11 that completely shuts off the gas, so the gas filled in the tank permeates the liner 11 over time. And the gas which permeate | transmitted the liner 11 is interrupted | blocked by the precise | minute surface resin layer 18 which consists only of resin.

図4(c)に示すように、表面樹脂層18によってライナー11を透過したガスが遮断されてガスの蓄積量が限界点に達すると、表面樹脂層18が破壊されてガスが一気に放出することが起こり得る。このとき、ガスの放出量は安全上問題にならない程度であるが、表面樹脂層18の破壊によって異音が発生する。また、表面樹脂層18は、タンクに耐損傷性等を付与する保護層としての役割を持つので、破壊されると耐損傷性等が低下する可能性もある。   As shown in FIG. 4C, when the gas that has passed through the liner 11 is blocked by the surface resin layer 18 and the accumulated amount of gas reaches the limit point, the surface resin layer 18 is destroyed and the gas is released at once. Can happen. At this time, the amount of released gas is not a problem for safety, but noise is generated due to the destruction of the surface resin layer 18. Further, since the surface resin layer 18 has a role as a protective layer for imparting damage resistance to the tank, the damage resistance or the like may be reduced when it is destroyed.

一方、特許文献1に記載の高圧タンクのように、アルミニウム合金からなる金属製ライナーを備えるタンクでは、ライナーによってガスが完全に遮断されるため表面樹脂層が破壊されるという課題が存在しない。したがって、特許文献1には、繊維強化樹脂層の表面樹脂層に関する記載が存在しない。以上のように、特許文献1の技術を含む従来技術では、樹脂製の高圧タンクにおいて、表面樹脂層の破壊を防止することは困難であった。   On the other hand, in a tank including a metal liner made of an aluminum alloy like the high-pressure tank described in Patent Document 1, there is no problem that the surface resin layer is destroyed because the gas is completely blocked by the liner. Therefore, Patent Document 1 does not include a description regarding the surface resin layer of the fiber reinforced resin layer. As described above, in the prior art including the technique of Patent Document 1, it is difficult to prevent the surface resin layer from being destroyed in the high-pressure tank made of resin.

本発明の目的は、表面樹脂層の破壊を防止することが可能な樹脂製の高圧タンクを提供することである。また、本発明のもう1つの目的は、従来の基本プロセスを変更することなく簡便な操作を付加するだけで、当該高圧タンクを製造できる製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a resin-made high-pressure tank capable of preventing the surface resin layer from being destroyed. Another object of the present invention is to provide a production method capable of producing the high-pressure tank only by adding a simple operation without changing the conventional basic process.

本発明に係る高圧タンクは、樹脂製のライナーと、ライナーの外表面を被覆する繊維強化樹脂層と、繊維強化樹脂層の外側に設けられる表面樹脂層と、を備える高圧タンクにおいて、表面樹脂層に多孔化処理を施すことで、多孔質構造を有する表面多孔質樹脂層が形成されたことを特徴とする。即ち、本発明に係る高圧タンクは、樹脂製のライナーと、繊維強化樹脂層と、多孔質構造を有する表面樹脂層である表面多孔質樹脂層と、を備える。ここで、多孔化処理としては、表面樹脂層を発泡させて多孔化する処理であることが好ましい。   A high-pressure tank according to the present invention is a high-pressure tank comprising a resin liner, a fiber-reinforced resin layer covering an outer surface of the liner, and a surface resin layer provided outside the fiber-reinforced resin layer. A surface porous resin layer having a porous structure is formed by subjecting to a porous treatment. That is, the high-pressure tank according to the present invention includes a resin liner, a fiber reinforced resin layer, and a surface porous resin layer that is a surface resin layer having a porous structure. Here, the porous treatment is preferably a treatment for foaming the surface resin layer to make it porous.

なお、表面樹脂層は、繊維強化樹脂層の外側に別途設けた層であってもよいが、通常、繊維強化樹脂層の形成過程において余分な樹脂成分が外側にブリードすることで形成される。その場合、表面樹脂層は繊維強化樹脂層の一部を構成する。即ち、本発明に係る高圧タンクは、樹脂製のライナーと、ライナーの外表面を被覆すると共に、樹脂成分が外側にブリードして表面樹脂層が形成された繊維強化樹脂層と、を備える高圧タンクにおいて、表面樹脂層に多孔化処理を施すことで、多孔質構造を有する表面多孔質樹脂層が形成されたことを特徴とする。   The surface resin layer may be a layer separately provided outside the fiber reinforced resin layer, but is usually formed by bleeding an excess resin component to the outside in the process of forming the fiber reinforced resin layer. In that case, the surface resin layer constitutes a part of the fiber reinforced resin layer. That is, a high-pressure tank according to the present invention comprises a resin liner and a fiber-reinforced resin layer that covers the outer surface of the liner and that has a resin component bleed outwardly to form a surface resin layer. The surface porous resin layer having a porous structure is formed by subjecting the surface resin layer to a porous treatment.

上記構成によれば、多孔質構造によってガス透過性が向上するため、ライナーを透過したガスがライナーの外側で遮断されることを抑制することができる。即ち、多孔質構造を有する表面樹脂層である表面多孔質樹脂層は、ライナーを透過したガスの蓄積により破壊されることがない。   According to the said structure, since gas permeability improves with a porous structure, it can suppress that the gas which permeate | transmitted the liner is interrupted | blocked on the outer side of a liner. That is, the surface porous resin layer, which is a surface resin layer having a porous structure, is not destroyed by the accumulation of gas that has passed through the liner.

本発明に係る高圧タンクの製造方法は、樹脂製のライナーの外表面に未硬化の樹脂成分を含む繊維を巻き付けて未硬化繊維強化樹脂層を形成する工程を備える高圧タンクの製造方法において、未硬化繊維強化樹脂層の未硬化の樹脂成分が外側にブリードして形成された未硬化表面樹脂層に溶剤を塗布して浸透させる溶剤塗布工程と、未硬化繊維強化樹脂層の樹脂成分を硬化させると共に、溶剤を蒸発除去して表面樹脂層を発泡させ多孔化する加熱処理工程と、をさらに備えることを特徴とする。   A method for producing a high-pressure tank according to the present invention is a method for producing a high-pressure tank comprising a step of wrapping a fiber containing an uncured resin component around an outer surface of a resin liner to form an uncured fiber reinforced resin layer. A solvent application step of applying and infiltrating a solvent into an uncured surface resin layer formed by bleeding the uncured resin component of the cured fiber reinforced resin layer outward, and curing the resin component of the uncured fiber reinforced resin layer And a heat treatment step of evaporating and removing the solvent to foam the surface resin layer to make it porous.

上記構成によれば、未硬化表面樹脂層に溶剤を塗布する操作を追加するだけで、表面樹脂層を発泡させて表面多孔質樹脂層を形成することができる。ここで、溶剤としては、未硬化の樹脂成分に浸透して良好に混和(相溶化)し、加熱処理工程で容易に蒸発除去可能な溶剤を用いることが好ましい。また、タンクのバースト強度を維持しながら、ガス透過性を増加させて表面樹脂層(表面多孔質樹脂層)の破壊を防止するために、溶剤の使用量が適切な範囲に調整される。   According to the said structure, a surface porous resin layer can be formed by foaming a surface resin layer only by adding operation which applies a solvent to an uncured surface resin layer. Here, as the solvent, it is preferable to use a solvent that penetrates into the uncured resin component and is well mixed (compatibilized), and can be easily removed by evaporation in the heat treatment step. Further, the amount of the solvent used is adjusted to an appropriate range in order to increase the gas permeability and prevent the destruction of the surface resin layer (surface porous resin layer) while maintaining the burst strength of the tank.

本発明に係る高圧タンクによれば、表面樹脂層を多孔化する(即ち、表面多孔質樹脂層を形成する)ことで表面樹脂層の破壊を防止することができる。また、本発明に係る高圧タンクの製造方法によれば、従来の基本プロセスを変更することなく簡便な操作を付加するだけで、表面樹脂層の破壊を防止可能な高圧タンクを製造することができる。   According to the high-pressure tank according to the present invention, the surface resin layer can be prevented from being destroyed by making the surface resin layer porous (that is, forming the surface porous resin layer). Moreover, according to the method for manufacturing a high-pressure tank according to the present invention, it is possible to manufacture a high-pressure tank capable of preventing the surface resin layer from being destroyed only by adding a simple operation without changing the conventional basic process. .

本発明に係る実施の形態である高圧タンクの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the high pressure tank which is embodiment which concerns on this invention. 図1に示す高圧タンクの積層構造断面(A部)を拡大した図である。It is the figure which expanded the laminated structure cross section (A section) of the high-pressure tank shown in FIG. 本発明に係る実施の形態である高圧タンクの製造手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacture procedure of the high pressure tank which is embodiment which concerns on this invention. 従来技術の課題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the subject of a prior art.

図面を用いて、本発明に係る高圧タンクの実施形態につき、以下詳細に説明する。以下では、高圧タンクは、燃料電池車両に搭載される高圧の水素ガスが充填されたタンクとして説明するが、その他の用途についても適用することができる。また、高圧タンクに充填可能なガスとしては、高圧の水素ガスに限定されない。   Embodiments of a high-pressure tank according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, the high-pressure tank is described as a tank filled with high-pressure hydrogen gas mounted on a fuel cell vehicle, but it can also be applied to other uses. The gas that can be filled in the high-pressure tank is not limited to high-pressure hydrogen gas.

図1及び図2を用いて高圧タンク10の構成を説明する。図1に示すように、高圧タンク10は、両端がドーム状に丸みを帯びた略円筒形状の水素ガス貯蔵容器である。高圧タンク10は、ガスバリア性を有するライナー11と、表面発泡樹脂層13を含む繊維強化樹脂層12と、を備える。また、高圧タンク10には、両端に開口部が形成され、一方の開口部に口金14が、他方の開口部にエンドボス16が、それぞれ取り付けられている。   The configuration of the high-pressure tank 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, the high-pressure tank 10 is a substantially cylindrical hydrogen gas storage container whose both ends are rounded in a dome shape. The high-pressure tank 10 includes a liner 11 having a gas barrier property and a fiber reinforced resin layer 12 including a surface foamed resin layer 13. The high-pressure tank 10 has openings at both ends, and a base 14 is attached to one opening, and an end boss 16 is attached to the other opening.

ライナー11は、高圧の水素ガスが充填される収容空間17を形成する樹脂製部材である。一般的に、ライナー11は、略円筒形状等に加工可能な熱可塑性樹脂から構成される。ライナー11を構成する樹脂は、加工性が良好であって、水素ガスを収容空間17内に保持する性能、即ち、ガスバリア性が良好な樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、及びエチレン‐ビニルアルコール共重合樹脂(EVOH)等の熱可塑性樹脂が挙げられる。   The liner 11 is a resin member that forms a housing space 17 filled with high-pressure hydrogen gas. Generally, the liner 11 is made of a thermoplastic resin that can be processed into a substantially cylindrical shape or the like. The resin that constitutes the liner 11 is preferably a resin that has good processability and good performance for holding hydrogen gas in the accommodation space 17, that is, good gas barrier properties. Examples of such a resin include thermoplastic resins such as polyester, polyamide, polyethylene, and ethylene-vinyl alcohol copolymer resin (EVOH).

ライナー11は、上記のように、両端にドーム部を有する略円筒形状を有している。ライナー11の各ドーム部には、開口部がそれぞれ形成され、口金14及びエンドボス16がそれぞれの開口部に設けられる。詳しくは後述するように、繊維強化樹脂層12はライナー11の外表面に沿って形成されるので、ライナー11の形状が高圧タンク10の形状を決定することになる。   As described above, the liner 11 has a substantially cylindrical shape having dome portions at both ends. Each dome portion of the liner 11 is formed with an opening, and a base 14 and an end boss 16 are provided in each opening. As will be described in detail later, since the fiber reinforced resin layer 12 is formed along the outer surface of the liner 11, the shape of the liner 11 determines the shape of the high-pressure tank 10.

口金14は、収容空間17に充填された水素ガスの取り出し口である。口金14には、例えば、バルブ15を設置することができ、バルブ15と嵌合する図示しない溝等が形成されている。口金14としては、アルミニウム合金等の金属材料を所定の形状に加工したものを用いることができる。   The base 14 is an outlet for taking out hydrogen gas filled in the accommodation space 17. In the base 14, for example, a valve 15 can be installed, and a groove or the like (not shown) that fits the valve 15 is formed. As the base 14, a metal material such as an aluminum alloy processed into a predetermined shape can be used.

エンドボス16は、口金14と反対側のドーム部に設けられた部材であって、繊維強化樹脂層12を形成する際にライナー11を回転させるシャフトを取り付けるための部材である。なお、シャフトは、エンドボス16だけでなく口金14にも取り付けられる。エンドボス16は、口金14と同様に、アルミニウム合金等の金属材料から構成できる。   The end boss 16 is a member provided in the dome portion on the opposite side to the base 14 and is a member for attaching a shaft for rotating the liner 11 when the fiber reinforced resin layer 12 is formed. The shaft is attached not only to the end boss 16 but also to the base 14. The end boss 16 can be made of a metal material such as an aluminum alloy, like the base 14.

繊維強化樹脂層12は、ライナー11の外表面を被覆する層であって、ライナー11を補強して高圧タンク10の剛性や耐圧性等の機械的強度を向上させる機能を有する。一般的に、繊維強化樹脂層12は、熱硬化性樹脂及び強化繊維から構成される。ここで、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量性や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。   The fiber reinforced resin layer 12 is a layer that covers the outer surface of the liner 11 and has a function of reinforcing the liner 11 and improving mechanical strength such as rigidity and pressure resistance of the high-pressure tank 10. Generally, the fiber reinforced resin layer 12 is comprised from a thermosetting resin and a reinforced fiber. Here, as the thermosetting resin, it is preferable to use a thermosetting resin such as a phenol resin, a melamine resin, a urea resin, and an epoxy resin, and it is particularly preferable to use an epoxy resin from the viewpoint of mechanical strength and the like. . As the reinforcing fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, carbon fiber, and the like can be used. In particular, it is preferable to use carbon fiber from the viewpoints of lightness and mechanical strength.

一般的に、エポキシ樹脂とは、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンの共重合体等であるプレポリマーと、ポリアミン等である硬化剤と、を混合して熱硬化することで得られる樹脂である。エポキシ樹脂は、未硬化状態では流動性があり、熱硬化後は強靭な架橋構造を形成してメチルエチルケトン(MEK)等の溶剤に不溶となる。   In general, an epoxy resin is a resin obtained by mixing a prepolymer such as a copolymer of bisphenol A and epichlorohydrin and a curing agent such as polyamine and thermosetting the mixture. The epoxy resin is fluid in an uncured state and forms a tough crosslinked structure after thermosetting and becomes insoluble in a solvent such as methyl ethyl ketone (MEK).

繊維強化樹脂層12は、未硬化の樹脂(例えば、エポキシ樹脂)が含浸された繊維(例えば、炭素繊維)をライナー11の外表面に巻き付け、樹脂を硬化させることにより形成される。例えば、ライナー11の口金14とエンドボス16にシャフトを取り付けて回転自在に支持し、回転させながら樹脂含浸繊維をヘリカル巻きとフープ巻きとを併用して巻き付ける。そして、樹脂の硬化温度で加熱して樹脂成分を硬化させる。ヘリカル巻きとフープ巻きとを併用することで、高圧タンク10の軸方向(長手方向)及び径方向について耐圧性等の機械的強度を確保することができる。   The fiber reinforced resin layer 12 is formed by winding fibers (for example, carbon fibers) impregnated with uncured resin (for example, epoxy resin) around the outer surface of the liner 11 and curing the resin. For example, a shaft is attached to the base 14 and the end boss 16 of the liner 11 so as to be rotatably supported, and the resin-impregnated fiber is wound using both helical winding and hoop winding while rotating. Then, the resin component is cured by heating at the curing temperature of the resin. By using the helical winding and the hoop winding together, mechanical strength such as pressure resistance can be secured in the axial direction (longitudinal direction) and the radial direction of the high-pressure tank 10.

表面発泡樹脂層13は、繊維強化樹脂層12の未硬化のエポキシ樹脂が外側にブリードして形成された表面樹脂層を発泡させて多孔化した層である。即ち、表面発泡樹脂層13は、多孔質構造を有する表面樹脂層である。ここで、表面樹脂層(非多孔質構造)は、繊維強化樹脂層12の形成過程、即ち、樹脂含浸繊維の巻き付け時に余分な樹脂成分が外側に押し出されて形成される樹脂のみからなる層である。即ち、表面樹脂層及びこれを多孔化した表面発泡樹脂層13は、繊維強化樹脂層12の一部である。なお、繊維に含浸する樹脂量を適切に調整することで、表面発泡樹脂層13が適切な厚みに調整されてタンクの機械的強度を確保することができる。例えば、タンクの機械的強度を確保するためには、1〜2mmの表面樹脂層が形成される程度の樹脂成分が通常必要である。   The surface foamed resin layer 13 is a layer obtained by foaming a surface resin layer formed by bleeding the uncured epoxy resin of the fiber reinforced resin layer 12 outward. That is, the surface foamed resin layer 13 is a surface resin layer having a porous structure. Here, the surface resin layer (non-porous structure) is a layer formed only of a resin formed by the process of forming the fiber reinforced resin layer 12, that is, an extra resin component is pushed outward when the resin-impregnated fiber is wound. is there. That is, the surface resin layer and the surface foamed resin layer 13 obtained by making this porous are part of the fiber reinforced resin layer 12. By appropriately adjusting the amount of resin impregnated in the fibers, the surface foamed resin layer 13 can be adjusted to an appropriate thickness, and the mechanical strength of the tank can be ensured. For example, in order to ensure the mechanical strength of the tank, a resin component that normally forms a surface resin layer of 1 to 2 mm is necessary.

なお、表面発泡樹脂層13は、タンクに耐損傷性等を付与する保護層として機能する。例えば、エポキシ樹脂から構成される表面発泡樹脂層13は、強靭な樹脂であるから、耐損傷性や耐衝撃性等に優れた保護層として機能する。   The surface foamed resin layer 13 functions as a protective layer that imparts damage resistance and the like to the tank. For example, since the surface foamed resin layer 13 made of an epoxy resin is a tough resin, it functions as a protective layer excellent in damage resistance, impact resistance, and the like.

表面発泡樹脂層13は、上記のように、表面樹脂層を多孔化処理して得られた多孔質構造を有している。本実施形態において多孔質構造とは、多数の孔を含む構造であって、表面樹脂層を発泡させて多孔化した構造(発泡構造)である。一般的に、当該発泡構造は、独立気泡構造及び連続気泡構造の両方を含んでいる。ここで、独立気泡構造とは、孔が独立しており隣接する孔同士が繋がっていない構造であり、連続気泡構造とは、孔が繋がって連通している構造を意味する。なお、ガス透過性向上の観点から、連続気泡構造を増加させることが好ましい。   As described above, the surface foamed resin layer 13 has a porous structure obtained by making the surface resin layer porous. In the present embodiment, the porous structure is a structure including a large number of pores, and is a structure (foamed structure) obtained by foaming the surface resin layer to make it porous. Generally, the foam structure includes both a closed cell structure and an open cell structure. Here, the closed cell structure is a structure in which the holes are independent and adjacent holes are not connected to each other, and the open cell structure means a structure in which the holes are connected and communicated with each other. From the viewpoint of improving gas permeability, it is preferable to increase the open cell structure.

図2に示すように、表面発泡樹脂層13は、ガス透過性が高いのでライナー11を透過した水素ガスを遮蔽することなく外部に放出することが可能である。したがって、表面発泡樹脂層13が内圧の上昇によって破壊されることはない。このような機能を有する表面発泡樹脂層13は、従来の高圧タンクの製造工程に、未硬化表面樹脂層に対して溶剤を塗布する工程を加えることによって形成することができる。なお、発泡構造の形態(独立気泡構造、連続気泡構造)や孔のサイズ等は、例えば、使用する溶剤の種類や量によって任意に調整することができる。   As shown in FIG. 2, since the surface foamed resin layer 13 has high gas permeability, the hydrogen gas that has passed through the liner 11 can be released to the outside without being shielded. Therefore, the surface foamed resin layer 13 is not destroyed by the increase in internal pressure. The surface foamed resin layer 13 having such a function can be formed by adding a step of applying a solvent to the uncured surface resin layer in a conventional high-pressure tank manufacturing process. The form of the foam structure (closed cell structure, open cell structure), the size of the pores, and the like can be arbitrarily adjusted depending on, for example, the type and amount of the solvent used.

溶剤としては、未硬化状態の樹脂との相溶性が良好であり、且つ後述の加熱処理工程における加熱温度よりも沸点が低いものが好ましい。繊維強化樹脂層12(表面発泡樹脂層13)を構成する樹脂がエポキシ樹脂である場合には、メチルエチルケトン(MEK)、トルエン、ジメチルアセトアミド、アセトン等を適用することができ、特に、MEKを用いることが好ましい。また、2種類以上の溶剤を混合して、相溶性や蒸発温度を調整することもできる。   As the solvent, those having good compatibility with the uncured resin and having a boiling point lower than the heating temperature in the heat treatment step described later are preferable. When the resin constituting the fiber reinforced resin layer 12 (surface foamed resin layer 13) is an epoxy resin, methyl ethyl ketone (MEK), toluene, dimethylacetamide, acetone, etc. can be applied, and in particular, MEK is used. Is preferred. Two or more kinds of solvents can be mixed to adjust the compatibility and the evaporation temperature.

溶剤の使用量は、エポキシ樹脂、MEKを例に挙げると、未硬化表面樹脂層のエポキシ樹脂重量に対して、例えば、1%(1重量%)とすることができる。溶剤を1重量%程度塗布すると良好な多孔質構造を形成することができ、タンクのバースト強度が低下することなく表面発泡樹脂層13の破壊を防止することができる。なお、溶剤の使用量が多すぎると、溶剤が繊維強化樹脂層12まで浸透してタンクのバースト強度が低下する。一方、溶剤の量が少なすぎる場合は、ガス透過性を十分に向上させることができず表面発泡樹脂層13が破壊されるおそれがある。   Taking the epoxy resin and MEK as an example, the amount of the solvent used may be, for example, 1% (1% by weight) with respect to the epoxy resin weight of the uncured surface resin layer. When the solvent is applied at about 1% by weight, a good porous structure can be formed, and the surface foamed resin layer 13 can be prevented from being destroyed without lowering the burst strength of the tank. In addition, when there is too much usage-amount of a solvent, a solvent osmose | permeates to the fiber reinforced resin layer 12, and the burst strength of a tank falls. On the other hand, if the amount of the solvent is too small, the gas permeability cannot be sufficiently improved and the surface foamed resin layer 13 may be destroyed.

図3を用いて、上記構成を備える高圧タンク10の製造手順を以下説明する。図3は、高圧タンク10の製造手順を示すフローチャートであり、口金14及びエンドボス16を取り付けたライナー11に繊維強化樹脂層12を被覆する手順以降を示している。   A manufacturing procedure of the high-pressure tank 10 having the above configuration will be described below with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing procedure of the high-pressure tank 10 and shows the procedure after the procedure of covering the liner 11 to which the cap 14 and the end boss 16 are attached with the fiber reinforced resin layer 12.

まず初めに、ライナー11の口金14とエンドボス16にシャフトを取り付けて回転自在に支持する。そして、ライナー11を回転させながら、ライナー11の外表面を被覆するように未硬化樹脂が含浸された繊維を巻き付ける(S10)。巻き付け手法は、略軸方向に沿って巻き付ける所謂ヘリカル巻き、及び略径方向に沿って巻き付ける所謂ループ巻きがあって、両者が交互に行なわれることが好ましい。この工程によって、ライナー11の外表面に未硬化繊維強化樹脂層が形成される。   First, a shaft is attached to the base 14 and the end boss 16 of the liner 11 and is supported rotatably. Then, the fiber impregnated with the uncured resin is wound so as to cover the outer surface of the liner 11 while rotating the liner 11 (S10). As the winding method, there are so-called helical winding that winds along a substantially axial direction and so-called loop winding that winds along a substantially radial direction, and both are preferably performed alternately. By this step, an uncured fiber reinforced resin layer is formed on the outer surface of the liner 11.

さらに、S10の繊維の巻き付け工程において、繊維に含浸された余分な未硬化樹脂が外側にブリードすることで、未硬化繊維強化樹脂層の外表面に未硬化樹脂のみからなる未硬化表面樹脂層が形成される。例えば、未硬化繊維強化樹脂層の厚みが2〜3mmであり、表面樹脂層の厚みが1〜2mmである。   Further, in the fiber winding step of S10, the uncured surface resin layer made of only the uncured resin is formed on the outer surface of the uncured fiber reinforced resin layer by bleeding the excess uncured resin impregnated into the fiber to the outside. It is formed. For example, the thickness of the uncured fiber reinforced resin layer is 2 to 3 mm, and the thickness of the surface resin layer is 1 to 2 mm.

次に、MEK等の溶剤を未硬化表面樹脂層に塗布して浸透させる(S11)。具体的には、スプレー等の塗布器を用いて、未硬化表面樹脂層の全体に溶剤を均一に噴霧する。上記のように、溶剤としては、未硬化樹脂との混和性(相溶性)が良好で内部に浸透可能なものであって、後述の加熱処理工程の加熱温度よりも沸点の低い溶剤が好ましい。また、溶剤の使用量は、例えば、未硬化表面樹脂層を構成する樹脂重量に対して1重量%程度であることが好ましい。   Next, a solvent such as MEK is applied to the uncured surface resin layer and penetrated (S11). Specifically, the solvent is uniformly sprayed on the entire uncured surface resin layer using an applicator such as a spray. As described above, the solvent is preferably a solvent having good miscibility (compatibility) with the uncured resin and penetrating into the inside and having a boiling point lower than the heating temperature in the heat treatment step described later. Moreover, it is preferable that the usage-amount of a solvent is about 1 weight% with respect to the resin weight which comprises an uncured surface resin layer, for example.

次に、未硬化樹脂を硬化させるための加熱処理を行う(S12)。当該加熱処理工程は、表面樹脂層を発泡させて多孔質構造を形成するための工程でもある。例えば、樹脂がエポキシ樹脂である場合、その硬化温度は140℃〜150℃である。未硬化表面樹脂層に塗布された溶剤は、140℃〜150℃の高温で蒸発除去されるので、溶剤が存在した部分が孔となって多孔質構造が得られる。このようにして、樹脂成分が硬化して繊維強化樹脂層12が形成されると共に、多孔質構造を有する表面発泡樹脂層13が形成される。   Next, a heat treatment for curing the uncured resin is performed (S12). The heat treatment process is also a process for forming a porous structure by foaming the surface resin layer. For example, when the resin is an epoxy resin, the curing temperature is 140 ° C to 150 ° C. Since the solvent applied to the uncured surface resin layer is removed by evaporation at a high temperature of 140 ° C. to 150 ° C., the portion where the solvent is present becomes pores and a porous structure is obtained. In this way, the resin component is cured to form the fiber reinforced resin layer 12, and the surface foamed resin layer 13 having a porous structure is formed.

以上のように、従来の製造プロセスに溶剤を塗布する操作を追加するだけで、樹脂製のライナー11と、ライナー11の外表面を被覆する繊維強化樹脂層12と、繊維強化樹脂層12の表面に形成される表面発泡樹脂層13と、を備える高圧タンク10が得られる。高圧タンク10は、表面樹脂層が発泡して多孔化した表面発泡樹脂層13であるためガス透過性が高く、ライナー11を透過したガスがライナー11の外部で遮断されることを抑制することができる。即ち、多孔質構造を有する表面樹脂層である表面発泡樹脂層13は、ライナー11を透過したガスの蓄積により破壊されることがない。   As described above, the resin liner 11, the fiber reinforced resin layer 12 covering the outer surface of the liner 11, and the surface of the fiber reinforced resin layer 12 simply by adding an operation of applying a solvent to the conventional manufacturing process. The high-pressure tank 10 provided with the surface foamed resin layer 13 formed on is obtained. The high-pressure tank 10 is a surface foamed resin layer 13 in which the surface resin layer is foamed and made porous, so that the gas permeability is high, and the gas that has permeated the liner 11 is prevented from being blocked outside the liner 11. it can. That is, the surface foamed resin layer 13, which is a surface resin layer having a porous structure, is not destroyed by the accumulation of gas that has passed through the liner 11.

表面発泡樹脂層13の多孔質構造は、塗布する溶剤量等を適切に調整することで良好な形態に調整可能である。即ち、高圧タンク10によれば、塗布する溶剤量等を適切に調整することで表面樹脂層のみを多孔化処理することができ、高いバースト強度を維持しながら表面樹脂層(表面発泡樹脂層13)のガス透過性を向上させて破壊を防止することができる。   The porous structure of the surface foamed resin layer 13 can be adjusted to a good form by appropriately adjusting the amount of solvent to be applied. That is, according to the high-pressure tank 10, only the surface resin layer can be made porous by appropriately adjusting the amount of solvent to be applied, and the surface resin layer (surface foamed resin layer 13 is maintained while maintaining high burst strength. ) Gas permeability can be improved and destruction can be prevented.

なお、タンクのバースト強度を低下させることなく、樹脂成分のブリードを抑えて繊維強化樹脂層を形成できた場合には、保護層として繊維強化樹脂層とは別の表面多孔質樹脂層を設けることもできる。その場合、当該表面多孔質樹脂層は、ガスの遮断による破壊を防止するために、上記の表面発泡樹脂層13と同様の多孔質構造を有する必要がある。   In addition, if the fiber reinforced resin layer can be formed by suppressing the bleed of the resin component without reducing the burst strength of the tank, a surface porous resin layer different from the fiber reinforced resin layer should be provided as a protective layer. You can also. In that case, the surface porous resin layer needs to have a porous structure similar to that of the surface foamed resin layer 13 in order to prevent destruction due to gas blocking.

10 高圧タンク、11 ライナー、12 繊維強化樹脂層、13 表面発泡樹脂層、14 口金、15 バルブ、16 エンドボス、17 収容空間、18 表面樹脂層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 High pressure tank, 11 Liner, 12 Fiber reinforced resin layer, 13 Surface foamed resin layer, 14 Base, 15 Valve | bulb, 16 End boss | hub, 17 Storage space, 18 Surface resin layer.

Claims (3)

樹脂製のライナーと、
ライナーの外表面を被覆する繊維強化樹脂層と、
繊維強化樹脂層の外側に設けられる表面樹脂層と、
を備える高圧タンクにおいて、
表面樹脂層に多孔化処理を施すことで、多孔質構造を有する表面多孔質樹脂層が形成された高圧タンク。
A resin liner,
A fiber reinforced resin layer covering the outer surface of the liner;
A surface resin layer provided outside the fiber-reinforced resin layer;
In a high pressure tank comprising:
A high-pressure tank in which a surface porous resin layer having a porous structure is formed by subjecting a surface resin layer to a porous treatment.
樹脂製のライナーと、
ライナーの外表面を被覆すると共に、樹脂成分が外側にブリードして表面樹脂層が形成された繊維強化樹脂層と、
を備える高圧タンクにおいて、
表面樹脂層に多孔化処理を施すことで、多孔質構造を有する表面多孔質樹脂層が形成された高圧タンク。
A resin liner,
A fiber reinforced resin layer that coats the outer surface of the liner and has a resin component bleed outwardly to form a surface resin layer;
In a high pressure tank comprising:
A high-pressure tank in which a surface porous resin layer having a porous structure is formed by subjecting a surface resin layer to a porous treatment.
樹脂製のライナーの外表面に未硬化の樹脂成分を含む繊維を巻き付けて未硬化繊維強化樹脂層を形成する工程を備える高圧タンクの製造方法において、
未硬化繊維強化樹脂層の未硬化の樹脂成分が外側にブリードして形成された未硬化表面樹脂層に溶剤を塗布して浸透させる工程と、
未硬化繊維強化樹脂層の樹脂成分を硬化させると共に、溶剤を蒸発除去して表面樹脂層を発泡させ多孔化する加熱処理工程と、
をさらに備えることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
In a method for producing a high-pressure tank comprising a step of wrapping a fiber containing an uncured resin component around an outer surface of a resin liner to form an uncured fiber reinforced resin layer,
Applying and infiltrating a solvent to the uncured surface resin layer formed by bleeding the uncured resin component of the uncured fiber reinforced resin layer to the outside; and
A heat treatment step of curing the resin component of the uncured fiber reinforced resin layer, evaporating and removing the solvent to foam the surface resin layer, and making it porous;
A method for manufacturing a high-pressure tank, further comprising:
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