JP2012052588A - Method for manufacturing pressure vessel, and pressure vessel - Google Patents

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JP2012052588A JP2010194723A JP2010194723A JP2012052588A JP 2012052588 A JP2012052588 A JP 2012052588A JP 2010194723 A JP2010194723 A JP 2010194723A JP 2010194723 A JP2010194723 A JP 2010194723A JP 2012052588 A JP2012052588 A JP 2012052588A
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直樹 山田
Tomio Ito
富男 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a pressure vessel that prevents a minute crack from occurring to a reinforced resin and enables speed production in good work environment, and also to provide a pressure vessel manufactured thereby.SOLUTION: The method includes: a step of winding a reinforced fiber 2 on a side of a metal liner 1; a step of expanding a diameter of the metal liner 1 on which the reinforced fiber 2 is wound and impregnating the reinforced fiber 2 with a resin 4 while the diameter being expanded; and a step of stopping the diameter expansion after the impregnated resin 4 is hardened.

Description

本発明は圧力容器の製造法および圧力容器、特に、繊維強化型の圧力容器の製造法、および該製造法によって製造された圧力容器に関する。   The present invention relates to a pressure vessel manufacturing method and a pressure vessel, and more particularly to a fiber reinforced pressure vessel manufacturing method and a pressure vessel manufactured by the manufacturing method.

従来、自動車や船舶等の輸送装置や種々のプラント装置等に装備される容器、特に、燃料(例えば、天然ガスや水素等)を高圧で貯蔵する圧力容器は、軽量化や高耐圧化の要請に応えるため、繊維強化されている。
そして、内圧に対する十分な破壊特性と共に疲労特性に優れ、かつ軽量である圧力容器およびその製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, containers equipped in transportation devices such as automobiles and ships and various plant devices, particularly pressure vessels for storing fuel (for example, natural gas, hydrogen, etc.) at a high pressure are required to be lighter and higher in pressure resistance. The fiber is reinforced to meet the requirements.
And the pressure vessel which is excellent in the fatigue characteristic with the sufficient fracture characteristic with respect to an internal pressure, and is lightweight, and its manufacturing method are disclosed (for example, refer patent document 1).

国際公開2004/051138 A1号公報(第5−6頁、図2)International Publication No. 2004/051138 A1 (Page 5-6, FIG. 2)

特許文献1に開示された発明は、強化繊維を貯槽に収納したマトリックス樹脂に浸して含浸させせながら(樹脂含浸処理に同じ)、容器本体(金属ライナーに同じ)に巻き付け、中間体容器(強化繊維樹脂が巻き付けられた容器本体に同じ)を得るステップ(フィラメントワインディング(以下、「FW」と称す)処理に同じ)と、中間体容器を常温ないし加熱処理によって繊維強化樹脂層を硬化させるステップ(樹脂層硬化処理に同じ)と、さらに、中間体容器に内圧を付加して容器本体を塑性変形させた後、内圧を低下させ、容器本体に圧縮残留応力を与えるステップ(自緊処理に同じ)からなる工程を有している。このため、以下のような問題があった。   The invention disclosed in Patent Document 1 wraps around a container body (same as a metal liner) while immersing and impregnating reinforcing fibers in a matrix resin housed in a storage tank (same as resin impregnation treatment). (Same as the filament winding (hereinafter referred to as “FW”) treatment), and the intermediate container is cured at room temperature or heat treatment to cure the fiber reinforced resin layer (same as the container body wrapped with the fiber resin) ( (Same as resin layer curing process), and after applying internal pressure to the intermediate container to plastically deform the container body, lowering the internal pressure and applying compressive residual stress to the container body (same as self-adhesive process) The process which consists of. For this reason, there were the following problems.

(あ)強化樹脂を硬化させた後に自緊処理を行うため、硬化している強化樹脂に引張力が作用する。このため、硬化している強化樹脂に微細なクラックが生じる可能性があり、強化繊維の性能(高強度)を十分に発揮させることができない。
(い)また、含浸処理とFW処理を連続して実行するから、樹脂含浸および硬化に要する時間が制約条件(律速条件)となって高速製造ができないため、FW装置を占有する時間が長くなって製造効率が悪い。
(う)さらに、FW成形では有機揮散物を発生する未硬化の樹脂を、成形品全体に露出させて扱うオープンモールドであるため、作業環境が悪く、換気設備の設置やガスマスクの着用などが必要となる。
(A) Since the self-adhesive treatment is performed after the reinforced resin is cured, a tensile force acts on the cured reinforced resin. For this reason, a fine crack may arise in the reinforced resin which has hardened | cured, and the performance (high intensity | strength) of a reinforced fiber cannot fully be exhibited.
(Ii) In addition, since the impregnation treatment and the FW treatment are executed continuously, the time required for resin impregnation and curing becomes a constraint condition (rate-limiting condition), and high-speed production cannot be performed. Production efficiency is poor.
(U) Furthermore, in FW molding, an uncured resin that generates organic volatilization is an open mold that is exposed and exposed to the entire molded product, so the working environment is poor, and installation of ventilation equipment or wearing a gas mask is required. Necessary.

本発明はかかる問題を解決するものであって、強化樹脂に微細なクラックが発生することを抑制し、良好な作業環境において高速製造を可能にする圧力容器の製造法、および該製造法によって製造した圧力容器を提供することを目的とする。   The present invention solves such a problem, and suppresses the occurrence of fine cracks in the reinforced resin, and a method of manufacturing a pressure vessel that enables high-speed manufacturing in a favorable working environment, and manufacturing by the manufacturing method An object of the present invention is to provide a pressure vessel.

(1)本発明に係る圧力容器の製造法は、
強化繊維を容器本体の側面に巻き付ける工程と、
前記強化繊維が巻き付けられている容器本体を拡径すると共に、該拡径された状態において前記強化繊維に樹脂を含浸する工程と、
前記含浸された樹脂が硬化した後、前記拡径を中止する工程と、を有する。
(2)前記(1)において、前記樹脂を含浸する工程が真空補助樹脂含浸法によることを特徴とする。
(3)前記(2)において、前記容器本体の少なくとも側面を気密的に覆う覆い材を配置すると共に、前記容器本体を略鉛直に配置し、前記覆い材の下部に前記樹脂を注入するための樹脂注入口を設け、前記覆い材の上部に、真空引きをするための脱気口を設けることを特徴とする。
(4)前記(1)乃至(3)の何れかにおいて、前記圧力容器が金属製であることを特徴とする。
(5)前記(1)乃至(4)の何れかにおいて、前記強化繊維が炭素繊維またはガラス繊維の一方または両方であることを特徴とする。
(6)さらに、本発明に係る圧力容器は、前記(1)乃至(5)の何れかに記載の圧力容器の製造法によって製造されたことを特徴とする。
(1) A method for producing a pressure vessel according to the present invention includes:
Winding the reinforcing fiber around the side of the container body;
Expanding the diameter of the container body around which the reinforcing fibers are wound, and impregnating the reinforcing fibers with a resin in the expanded diameter;
After the impregnated resin is cured, the step of stopping the diameter expansion.
(2) In the above (1), the step of impregnating the resin is performed by a vacuum assisted resin impregnation method.
(3) In the above (2), a covering material for airtightly covering at least a side surface of the container body is disposed, the container body is disposed substantially vertically, and the resin is injected into a lower portion of the covering material. A resin injection port is provided, and a degassing port for evacuation is provided above the covering material.
(4) In any one of (1) to (3), the pressure vessel is made of metal.
(5) In any one of (1) to (4), the reinforcing fiber is one or both of carbon fiber and glass fiber.
(6) Furthermore, the pressure vessel according to the present invention is manufactured by the method for manufacturing a pressure vessel according to any one of (1) to (5).

本発明の圧力容器の製造法によれば以下の効果が得られる。
(i)強化繊維が巻き付けられている容器本体を拡径した状態において、容器本体に巻き付けられている強化繊維に樹脂を含浸し、含浸された樹脂が硬化した後、拡径を中止するから、容器本体には圧縮残留応力、強化繊維には引張残留応力、樹脂には圧縮残留応力が働くため、樹脂に微細なクラックが発生することが抑制される。このため、より強い自縛処理が可能になるから、容器本体の圧縮残留応力の値を大きくして、容器本体の耐圧強度を高めることができる。
According to the pressure vessel manufacturing method of the present invention, the following effects can be obtained.
(I) In a state where the diameter of the container body around which the reinforcing fibers are wound is expanded, the reinforcing fibers wound around the container body are impregnated with resin, and after the impregnated resin is cured, the diameter expansion is stopped. Since a compressive residual stress acts on the container body, a tensile residual stress acts on the reinforcing fiber, and a compressive residual stress acts on the resin, occurrence of fine cracks in the resin is suppressed. For this reason, since a stronger self-binding process becomes possible, the value of the compressive residual stress of the container body can be increased, and the pressure resistance of the container body can be increased.

(ii)また、容器本体を拡径する際、容器本体に巻き付けられた強化繊維がドライな状態(樹脂が含浸されていない状態)であるため、ドライな状態の強化繊維間では「すべり」の発生が許容されるから、強化繊維に発生する引張応力が全体(全長さ)に渡ってより均一に分散する。よって、締め付け効果が向上するから、容器本体の耐圧強度を高めることができる。なお、従来のように、強化繊維が樹脂含浸されている場合、強化繊維間の「すべり」が困難なため、容器本体を拡径する際、容器本体に近い層の強化繊維と、容器本体から離れた層の強化繊維との間で、それらに発生する引張応力の不均一になり、締め付け効果が十分に発揮されていなかった。   (Ii) Further, when expanding the diameter of the container body, the reinforcing fibers wound around the container body are in a dry state (a state in which the resin is not impregnated). Since generation | occurrence | production is accept | permitted, the tensile stress which generate | occur | produces in a reinforced fiber distributes more uniformly over the whole (full length). Therefore, since the tightening effect is improved, the pressure resistance strength of the container body can be increased. In addition, when the reinforcing fibers are impregnated with resin as in the past, since “slip” between the reinforcing fibers is difficult, when expanding the diameter of the container body, the reinforcing fibers in the layer close to the container body and the container body The tensile stress generated in the reinforcing fibers in the separated layers became non-uniform, and the fastening effect was not sufficiently exhibited.

(iii)また、強化繊維を容器本体に巻き付ける工程と拡径された状態において強化繊維に樹脂を含浸する工程とが独立しているから、一方が他方を律速することがないため、FW装置を占有する時間が長くなって製造効率が悪化することがない。
(iv)また、強化繊維を容器本体に巻き付ける工程(FW成形に同じ)では、強化繊維がドライな状態であるから、高速巻き付けが可能となり、限られたFW装置を効率良く稼働することができる。
(Iii) In addition, since the step of winding the reinforcing fiber around the container body and the step of impregnating the reinforcing fiber with the resin in the expanded state are independent, one does not rate-limit the other. Occupancy time does not increase and manufacturing efficiency does not deteriorate.
(Iv) Further, in the step of winding the reinforcing fiber around the container body (same as FW molding), the reinforcing fiber is in a dry state, so that high-speed winding is possible, and a limited FW device can be operated efficiently. .

(v)また、強化繊維を容器本体に巻き付ける工程(FW成形に同じ)では、強化繊維がドライな状態であるから、有機揮散物が発生することがないため、成形品全体に露出させて扱うオープンモールドであっても、作業環境が悪化することがない。よって、換気設備の設置やガスマスクの着用などが不要となる。   (V) Further, in the step of winding the reinforcing fiber around the container body (same as FW molding), since the reinforcing fiber is in a dry state, organic volatilization is not generated, and thus it is exposed to the entire molded product. Even if it is an open mold, the working environment will not deteriorate. Therefore, it is not necessary to install a ventilation facility or wear a gas mask.

(vi)さらに、樹脂を含浸する工程が真空補助樹脂含浸法(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding、以下、「VARTM成形」と称す)の場合、多数の容器本体(強化繊維が巻かれている)を並べて同時に実行したり、流れ生産工程に処することができるため、生産性が向上する。
(vii)さらに、VARTM成形は、フィルムやバッグで覆った中に樹脂を注入するクローズドモールド成形でるため、樹脂からの揮散物の周囲への飛散を抑えることができるから、作業環境がクリーンであると共に、含浸の際のボイドの混入が少ない。よって、高品質の容器を安定して生産することができる。
(viii)さらに、VARTM成形において、容器本体を略鉛直に配置し、覆い材の下部に樹脂注入口を設け、覆い材の上部に脱気口を設ければ、樹脂が容器本体の側面に均一に行き渡りながら、容器本体の上方向に向かって含浸されるから、側面の広い範囲に渡った均一な含浸ができる。また、樹脂に含まれていた気泡が減圧によって膨張した場合でも、膨張した気泡(ボイドに同じ)は浮上して、上部に設けた脱気口から除去されるから、ボイドの混入がさらに少ない高品質の容器を安定して生産することができる。
(Vi) Furthermore, when the step of impregnating the resin is a vacuum assisted resin impregnation method (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding, hereinafter referred to as “VARTM molding”), a large number of container bodies (with reinforcing fibers wound) are arranged side by side. Productivity is improved because it can be performed simultaneously or processed in a flow production process.
(Vii) Furthermore, since the VARTM molding is a closed mold molding in which a resin is injected while covered with a film or bag, it is possible to suppress scattering of volatilized substances from the resin, and the working environment is clean. In addition, there is little mixing of voids during impregnation. Therefore, a high quality container can be produced stably.
(Viii) Further, in the VARTM molding, if the container body is arranged substantially vertically, a resin injection port is provided at the lower part of the covering material, and a deaeration port is provided at the upper part of the covering material, the resin is uniform on the side surface of the container body. Since it is impregnated toward the upper direction of the container main body, it can be uniformly impregnated over a wide range of side surfaces. In addition, even if the bubbles contained in the resin expand due to reduced pressure, the expanded bubbles (same as the voids) rise and are removed from the deaeration port provided at the top. Quality containers can be produced stably.

本発明の実施の形態1に係る圧力容器の製造法を説明するフローチャート。The flowchart explaining the manufacturing method of the pressure vessel which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1に示す圧力容器の製造法を説明する所定の工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the predetermined | prescribed process explaining the manufacturing method of the pressure vessel shown in FIG. 本発明の実施の形態2に係る圧力容器を説明する模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the pressure vessel which concerns on Embodiment 2 of this invention.

[実施の形態1]
図1および図2は本発明の実施の形態1に係る圧力容器の製造法を説明するものであって、図1はフローチャート、図2は所定の工程を模式的に示す断面図である。
図1において、圧力容器の製造法100は、金属ライナー1(容器本体に同じ)がCFRP(Carbon fiber reinforced plastics:炭素繊維強化プラスチック)6を用いて補強された圧力容器7を製造するものであって、以下の工程を有している。以下、工程(ステップ)の番号をSj(j=1〜9)と記載する。
[Embodiment 1]
1 and 2 are diagrams for explaining a method of manufacturing a pressure vessel according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 is a flowchart, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a predetermined process.
In FIG. 1, a pressure vessel manufacturing method 100 is to manufacture a pressure vessel 7 in which a metal liner 1 (same as the vessel body) is reinforced using CFRP (Carbon fiber reinforced plastics) 6. And has the following steps. Hereinafter, the number of a process (step) is described as Sj (j = 1-9).

まず第1に、金属ライナー1を製作する(S1)。
そして、金属ライナー1に口金1kを取り付ける(S2)。
そして、金属ライナー1の側面にドライ状態の強化繊維2を巻き付ける(S3、「FW強化」と称す)。
そして、強化繊維2が巻き付けられている金属ライナー1の内部に高圧を加えて、金属ライナー1を拡径し(S4、「自緊圧力負荷」と称す)、自緊圧力負荷の状態において、容器本体に巻き付けられている強化繊維2に真空補助樹脂含浸(VARTM)により樹脂4を含浸(S5)し、さらに、自緊圧力負荷の状態において、含浸された樹脂4を硬化させる(S6)。
そして、含浸された樹脂4が硬化した後、金属ライナー1の内部を徐圧する(S7、「自緊圧力除荷」と称す)。
さらに、装備品等(図示しない)を調整して、圧力容器7を製造する(S8)。
なお、必要に応じて、以降、検査工程(S9)に進む。
First, the metal liner 1 is manufactured (S1).
Then, the base 1k is attached to the metal liner 1 (S2).
Then, the reinforcing fiber 2 in a dry state is wound around the side surface of the metal liner 1 (S3, referred to as “FW reinforcement”).
Then, a high pressure is applied to the inside of the metal liner 1 around which the reinforcing fiber 2 is wound to expand the diameter of the metal liner 1 (S4, referred to as “self-tightening pressure load”). The reinforcing fiber 2 wound around the main body is impregnated with the resin 4 by vacuum auxiliary resin impregnation (VARTM) (S5), and further, the impregnated resin 4 is cured under a self-tightening pressure load (S6).
Then, after the impregnated resin 4 is cured, the inside of the metal liner 1 is gradually pressurized (S7, referred to as “self-tightening pressure unloading”).
Furthermore, equipment (not shown) is adjusted to manufacture the pressure vessel 7 (S8).
If necessary, the process proceeds to the inspection process (S9).

(容器本体)
容器本体として金属ライナー1を用いているのは、内部に充填するガスの透過阻止能力(ガスバリア性)および自緊処理を行う際の塑性特性が確保されるからであり、特に、A6061等のアルミ合金製にすれば、軽量化を図ることができる。なお、本願発明は金属ライナー1に限定するものではなく、ガスバリア性や塑性特性を有するものであれば何れ(ポリエチレン製等)であってもよい。また、ガスバリア性を有する部材(第1の容器)と、塑性特性を有する部材(第2の容器)とが複合したものであってもよい。
また、金属ライナー1の製造方法は限定するものではなく、円筒状の部分と、該円筒状の部分の両端を閉塞する鏡板部とを、一体的に製造してもよいし、それぞれを別個に製造した後に接合してもよい。さらに、円筒状の部分が括れ部分や膨出部分を有し、外径(内径)が不均一であってもよい。
さらに、実施の形態1である圧力容器の製造法100は、文字通り「圧力容器(筒状部と、該筒状部の両端に鏡板が設置されている)」に限定されるものではなく、圧力容器の一部(鏡板を欠いている)の製造法や、圧力容器の一部に相当するものであって、例えば、高圧流体が封入される管体(配管やラインパイプ等)の製造法を含むものである。
(Container body)
The reason why the metal liner 1 is used as the container body is that the permeation blocking ability (gas barrier property) of the gas filled in the inside and the plastic properties when performing the self-tightening treatment are secured, and in particular, aluminum such as A6061 If it is made of an alloy, the weight can be reduced. Note that the present invention is not limited to the metal liner 1 and may be any (such as polyethylene) as long as it has gas barrier properties and plastic properties. Further, a member having a gas barrier property (first container) and a member having a plastic property (second container) may be combined.
Moreover, the manufacturing method of the metal liner 1 is not limited, and the cylindrical portion and the end plate portion that closes both ends of the cylindrical portion may be manufactured integrally, or each may be separately manufactured. You may join after manufacturing. Further, the cylindrical portion may have a constricted portion or a bulging portion, and the outer diameter (inner diameter) may be non-uniform.
Furthermore, the pressure vessel manufacturing method 100 according to the first embodiment is not limited to literally “a pressure vessel (a tubular portion and end plates are installed at both ends of the tubular portion)”. A method of manufacturing a part of a container (having no end plate) or a part of a pressure vessel, for example, a method of manufacturing a pipe body (pipe, line pipe, etc.) in which high-pressure fluid is enclosed Is included.

(強化繊維)
強化繊維2とは、炭素繊維(Carbon fiber)を用いるものを示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、ガラス繊維、あるいは金属繊維(ピアノ線や形状記憶合金線)であってもよい。このとき、炭素繊維やガラス繊維を用いると、圧力容器7の軽量化をさらに促進することができる。また、材質と同様に、繊維の外径の大きさも限定するものではない。
(Reinforced fiber)
Reinforcing fiber 2 shows what uses carbon fiber (Carbon fiber), but this invention is not limited to this, It is glass fiber or metal fiber (piano wire or shape memory alloy wire), Also good. At this time, if carbon fiber or glass fiber is used, weight reduction of the pressure vessel 7 can be further promoted. Further, like the material, the size of the outer diameter of the fiber is not limited.

(自緊処理)
自緊処理とは、製造過程において使用圧力の倍程度の圧力をかけ、金属ライナー1の板厚内面側の所定部分を降伏させ、圧力を戻すことにより板厚の内側部分に圧縮残留応力、外側部分は引張残留応力を発生させる処理である。圧力容器7の場合は、金属ライナー1の周囲に強化繊維2(例えは、炭素繊維等)を捲回して、CFRP6によって強化することにより、金属ライナー1には圧縮残留応力、CFRP6には引張残留応力を発生させる。自緊処理を行うことにより、繰り返し使用による疲労強度が向上し、金属ライナー1の板厚を薄くすることで軽量化ができる。
なお、自緊圧力負荷状態における、金属ライナー1の降伏させる範囲や、自緊圧力除荷状態における、各部材の残留応力の大きさは、各部材の材料特性等に基づいて決定されるものである。
また、以上は、金属ライナー1の内部に高圧をかけて、拡径しているが、本発明は拡径の要領を限定するものではない。例えば、円筒部の一方または両方に鏡板がない場合、円筒部の内側に機械式の拡径装置(いわゆる、エキスパンダー)を挿入して、拡径してもよい。
(Sudden treatment)
The self-tightening process is a process in which a pressure about twice the working pressure is applied in the manufacturing process, a predetermined portion on the inner surface side of the metal liner 1 is yielded, and the pressure is returned to compress the residual stress on the inner portion of the plate thickness. The part is a process for generating a tensile residual stress. In the case of the pressure vessel 7, the reinforcing fiber 2 (for example, carbon fiber) is wound around the metal liner 1 and reinforced with CFRP 6, thereby compressing residual stress in the metal liner 1 and tensile residual in CFRP 6. Generate stress. By performing the self-tightening treatment, the fatigue strength due to repeated use is improved, and the weight can be reduced by reducing the thickness of the metal liner 1.
In addition, the yield range of the metal liner 1 in the self-tightening pressure load state and the magnitude of the residual stress of each member in the self-tightening pressure unloading state are determined based on the material characteristics of each member. is there.
Moreover, although the above has applied the high voltage | pressure inside the metal liner 1 and expanded the diameter, this invention does not limit the point of diameter expansion. For example, when one or both of the cylindrical portions have no end plate, a mechanical diameter expanding device (a so-called expander) may be inserted inside the cylindrical portion to increase the diameter.

(FW法)
FW法は、金属ライナー1を埋め込み型として回転させながら周囲に強化繊維を巻きつけるものであって、巻き付けられた形態(巻き姿)を限定するものではない。例えば、金属ライナー1の軸方向で、強化繊維間距離(巻き付け密度)を変更したり、巻き付け回数(捲回層の厚さ)を変更してもよい。また、金属ライナー1の回転軸と強化繊維の配向方向を種々に変化させ、強化繊維の捲回方向を変更してもよい。このとき、金属ライナー1の軸心に対して一方に傾いた方向(+α)に捲回して所定の層を形成し、該層の上に、金属ライナー1の軸心に対して他方に傾いた方向(−α)に捲回された層を形成してもよい。かかる捲回によって、圧力容器7を軽量にして所要機能を持たせるための最適設計が可能になる。
(FW method)
In the FW method, the reinforcing fiber is wound around the metal liner 1 while being rotated as an embedded mold, and the wound form (winding shape) is not limited. For example, the distance between the reinforcing fibers (winding density) may be changed in the axial direction of the metal liner 1, or the number of windings (the thickness of the wound layer) may be changed. Further, the rotating direction of the reinforcing fiber may be changed by variously changing the rotation axis of the metal liner 1 and the orientation direction of the reinforcing fiber. At this time, a predetermined layer is formed by winding in a direction (+ α) inclined to one side with respect to the axis of the metal liner 1, and inclined to the other side with respect to the axis of the metal liner 1 on the layer. A layer wound in the direction (−α) may be formed. Such winding allows an optimum design to make the pressure vessel 7 light and have the required functions.

なお、金属ライナー1を拡径する際、金属ライナー1に巻き付けられた強化繊維2がドライな状態であるため、強化繊維2間では「すべり」の発生が許容されるから、強化繊維2に発生する引張応力が全体(全長さ)に渡ってより均一に分散する。よって、締め付け効果が向上するから、金属ライナー1の耐圧強度を高めることができる。また、高速巻き付けが可能となり、限られたFW装置を効率良く稼働することができる。   In addition, when the diameter of the metal liner 1 is increased, the reinforcing fiber 2 wound around the metal liner 1 is in a dry state, so that “slip” is allowed to occur between the reinforcing fibers 2. The tensile stress to be distributed is more evenly distributed over the entire length (full length). Therefore, since the tightening effect is improved, the pressure resistance of the metal liner 1 can be increased. Further, high-speed winding is possible, and a limited FW device can be operated efficiently.

(強化樹脂)
前記工程によって、樹脂4には圧縮残留応力が発生するから、微細なクラックが発生することが抑制される。
なお、樹脂4は、金属ライナー1の外周に巻き付けられた強化繊維2を固定して、強化繊維2間のずれ発生を防ぎながら応力を分散させると共に、水分の浸入や経年劣化を抑制するためのものである。本発明は樹脂の種類は限定するものではないが、強化繊維との接着力が高い熱硬化性のエポキシ樹脂が使われることが多い。
(Reinforced resin)
By the above process, since a compressive residual stress is generated in the resin 4, occurrence of fine cracks is suppressed.
The resin 4 fixes the reinforcing fibers 2 wound around the outer periphery of the metal liner 1 to disperse stress while preventing the occurrence of displacement between the reinforcing fibers 2 and to suppress moisture intrusion and deterioration over time. Is. In the present invention, the type of the resin is not limited, but a thermosetting epoxy resin having high adhesive strength with the reinforcing fiber is often used.

(VARTM成形法)
VARTM成形法は、近年になって普及し始めたFRP(繊維強化型プラスチック)の生産法であり、真空フイルムやゴムシート等の覆い材によって、金属ライナー1の外周を覆って、覆い材の内部を減圧して真空状態のところに強化樹脂を供給するものである。
したがって、樹脂4からの有機揮発物が捕獲されるため、有機揮発物の周囲(工場内)への放散が抑えられる。また、真空引きを継続しながら、強化樹脂を供給すれば、気泡が樹脂4に含まれていた場合でも、それが減圧によって膨張し、膨張した気泡(ボイドに同じ)は真空引きによって除去されるから、ボイドの混入が少ない高品質の圧力容器7を安定して生産することができる。
(VARTM molding method)
The VARTM molding method is a production method of FRP (fiber reinforced plastic) that has begun to become popular in recent years. The outer periphery of the metal liner 1 is covered with a covering material such as a vacuum film or a rubber sheet, and the inside of the covering material. The reinforced resin is supplied to a vacuum state by reducing the pressure.
Therefore, since organic volatiles from the resin 4 are captured, emission of the organic volatiles to the surroundings (in the factory) can be suppressed. Further, if the reinforced resin is supplied while continuing the evacuation, even if the bubbles are contained in the resin 4, it expands due to the reduced pressure, and the expanded bubbles (same as the voids) are removed by evacuation. Therefore, it is possible to stably produce a high-quality pressure vessel 7 with little mixing of voids.

なお、図2に示すように、金属ライナー1を略鉛直に配置し、真空フィルム(覆い材に同じ)5の下部に樹脂注入口5aを設け、真空フィルム5の上部に脱気口5bを設けてVARTM成形法を実行することが好ましい。
このとき、樹脂4が金属ライナー1の側面に均一に行き渡りながら、金属ライナー1の上方向に向かって含浸されるから、側面の広い範囲に渡った均一な含浸ができる。また、樹脂4に含まれていた気泡が減圧によって膨張した場合でも、膨張した気泡(ボイドに同じ)は浮上して、上部に設けた脱気口5bから除去されるから、ボイドの混入がさらに少ない高品質の容器を安定して生産することができる。
大型のVARTM成形法では粘度の低いビニルエステル樹脂が使われることが多いが、最近ではエポキシ樹脂も粘度を下げてVARTM成形法できるものが出現しており、流動性が必要なVARTM成形法にも用いられるようになっている。
As shown in FIG. 2, the metal liner 1 is arranged substantially vertically, a resin injection port 5 a is provided at the lower part of the vacuum film (same as the covering material) 5, and a deaeration port 5 b is provided at the upper part of the vacuum film 5. It is preferable to execute the VARTM molding method.
At this time, the resin 4 is impregnated toward the upper side of the metal liner 1 while being uniformly distributed on the side surface of the metal liner 1, so that uniform impregnation can be performed over a wide range of the side surface. Further, even when the bubbles contained in the resin 4 expand due to the reduced pressure, the expanded bubbles (same as the voids) float and are removed from the deaeration port 5b provided at the upper portion, so that the inclusion of voids is further increased. A small number of high-quality containers can be stably produced.
Large-scale VARTM molding methods often use low-viscosity vinyl ester resins, but recently, epoxy resins that can be made VARTM molding with reduced viscosity have also emerged, and VARTM molding methods that require fluidity It has come to be used.

[実施の形態2]
図3は本発明の実施の形態2に係る圧力容器を説明するものであって、一部を断面にして模式的に示す斜視図である。なお、実施の形態1と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図2において、圧力容器200は、実施の形態1において説明した圧力容器の製造法100によって製造されたものである。
すなわち、圧力容器200(実施の形態1における圧力容器7に同じ)は、ドライな状態で強化繊維2を金属ライナー1に巻き付け、自緊圧力負荷状態で、VARTM処理と樹脂の効果を実行し、樹脂が効果した後に自緊圧力除荷したものであるから、安定して生産された、高い品質を有する。
[Embodiment 2]
FIG. 3 illustrates a pressure vessel according to Embodiment 2 of the present invention, and is a perspective view schematically showing a part in cross section. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted.
In FIG. 2, the pressure vessel 200 is manufactured by the pressure vessel manufacturing method 100 described in the first embodiment.
That is, the pressure vessel 200 (same as the pressure vessel 7 in the first embodiment) winds the reinforcing fiber 2 around the metal liner 1 in a dry state, and executes the effect of the VARTM treatment and the resin in a self-tight pressure load state. Since the resin is unloaded after the effect of the resin, it is produced stably and has high quality.

本発明によれば、強化樹脂に微細なクラックが発生することを抑制し、良好な作業環境において高速製造を可能にするから、各種大きさや形状の各種材質からなる圧力容器および圧力容器の一部の製造法として、さらに各種圧力容器として広く利用することができる。   According to the present invention, the generation of fine cracks in the reinforced resin is suppressed, and high-speed production is possible in a favorable working environment. Therefore, a pressure vessel made of various materials of various sizes and shapes, and part of the pressure vessel In addition, it can be widely used as various pressure vessels.

1 金属ライナー(容器本体)
1k 口金
2 強化繊維
3 ピールプライ
4 樹脂
5 真空フィルム
5a 樹脂注入口
5b 脱気口
6 CFRP
7 圧力容器
100 圧力容器の製造法(実施の形態1)
200 圧力容器(実施の形態2)
1 Metal liner (container body)
1k Base 2 Reinforcing Fiber 3 Peel Ply 4 Resin 5 Vacuum Film 5a Resin Injection Port 5b Degassing Port 6 CFRP
7 Pressure Vessel 100 Pressure Vessel Manufacturing Method (Embodiment 1)
200 Pressure vessel (Embodiment 2)

Claims (6)

強化繊維を容器本体の側面に巻き付ける工程と、
前記強化繊維が巻き付けられている容器本体を拡径すると共に、該拡径された状態において前記強化繊維に樹脂を含浸する工程と、
前記含浸された樹脂が硬化した後、前記拡径を中止する工程と、を有する圧力容器の製造法。
Winding the reinforcing fiber around the side of the container body;
Expanding the diameter of the container body around which the reinforcing fibers are wound, and impregnating the reinforcing fibers with a resin in the expanded diameter;
And a step of stopping the diameter expansion after the impregnated resin is cured.
前記樹脂を含浸する工程が真空補助樹脂含浸法によることを特徴とする請求項1記載の圧力容器の製造法。   The method for producing a pressure vessel according to claim 1, wherein the step of impregnating the resin is performed by a vacuum auxiliary resin impregnation method. 前記容器本体の少なくとも側面を気密的に覆う覆い材を配置すると共に、前記容器本体を略鉛直に配置し、前記覆い材の下部に前記樹脂を注入するための樹脂注入口を設け、前記覆い材の上部に、真空引きをするための脱気口を設けることを特徴とする請求項1または2記載の圧力容器の製造法。   A covering material that airtightly covers at least a side surface of the container body is disposed, the container body is disposed substantially vertically, and a resin injection port for injecting the resin is provided below the covering material, and the covering material A method for producing a pressure vessel according to claim 1 or 2, wherein a deaeration port for evacuation is provided in an upper part of the container. 前記圧力容器が金属製であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の圧力容器の製造法。   The method of manufacturing a pressure vessel according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure vessel is made of metal. 前記強化繊維が炭素繊維またはガラス繊維の一方または両方であることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の圧力容器の製造法。   The method for producing a pressure vessel according to any one of claims 1 to 4, wherein the reinforcing fiber is one or both of carbon fiber and glass fiber. 請求項1乃至5の何れかに記載の圧力容器の製造法によって製造されたことを特徴とする圧力容器。   A pressure vessel manufactured by the method for manufacturing a pressure vessel according to claim 1.
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