JP2014172338A

JP2014172338A - Ｆｒｐパイプの製造方法

Info

Publication number: JP2014172338A
Application number: JP2013048697A
Authority: JP
Inventors: Shinta Murakami; 信太村上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-09-22
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: JP5900385B2

Abstract

【課題】ＦＲＰパイプ強度低下の起因となる皺発生を防ぎ、２軸以上の強化繊維による材料を用いている中空のＦＲＰパイプを提供する。
【解決手段】ＦＲＰパイプの積層時に、パイプ長手方向（基準方向）からの繊維配向角度と一致するように、あらかじめ強化繊維によるクロスプリプレグシートに同一の角度をつけて四角形状に準備しておく。準備したクロスプリプレグシートを、芯金に巻きつけて積層する。これにより、クロスプリプレグシートを芯金に螺旋状に積層しなくても、ＦＲＰパイプに繊維異方性を有することができ、皺を発生することなく積層することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、人工衛星構造体などに用いられる強化繊維プラスチック（以下、ＦＲＰという）パイプの製造方法に関するものである。詳しくは、２軸以上の強化繊維を材料とした場合で、繊維配向角がＦＲＰパイプ長手方向に対して異方性を有する多層多角のパイプ製造方法に関するものである。

現在、人工衛星構造体として用いられるパイプには各種パイプが存在するが、軽量化を目的としたパイプとしてＦＲＰ製パイプ（以下、ＦＲＰパイプという）がある。ＦＲＰパイプの一成形法として、たとえばカーボン繊維にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、半硬化状態としたプリプレグシートを芯金に巻付ける積層方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−６７６３８号公報

強化繊維による２軸織物を材料とした異方性を有するＦＲＰパイプの製法として、少なくとも繊維配向の一方向が矩形の一辺と平行である短形のプリプレグシートを用い、このプリプレグシートを芯金に螺旋状に積層していく方法がある。
このプリプレグシートを螺旋状に積層する製法では、従来、積層時の繊維継ぎ部に皺が発生することがあり、また、積層した層の繊維ずれによっても皺が発生することがあった。この皺はＦＲＰパイプの強度低下の原因となっていた。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、ＦＲＰパイプの強度低下の原因となる皺の発生を抑えて、軽量かつ高い強度の、強化繊維による２軸織物を材料とする多層多角の中空のＦＲＰパイプを提供することを目的とする。

この発明に係るＦＲＰパイプの製造方法は、矩形のクロスプリプレグシートの外周の一辺を基準として前記クロスプリプレグシートの材料である強化繊維の繊維配向方向θが０°＜θ＜９０°であるクロスプリプレグシートの前記一辺の方向と、パイプ内径に相当する径を有する円柱状の芯金の中心軸の方向とが一致するように、前記クロスプリプレグシートを配置した後、前記クロスプリプレグシートを前記芯金に巻きつけて成形するものである。

この発明に係るＦＲＰパイプの製造方法よれば、ＦＲＰパイプの強度低下の起因となる皺の発生を抑えることができる。これにより軽量かつ強度の高い、強化繊維による２軸織物を材料とする多層多角の中空のＦＲＰパイプを提供することができる。

この発明の実施の形態１に係るＦＲＰパイプの製造方法を説明する図である。この発明の実施の形態１に係るＦＲＰパイプの製造方法に用いるクロスプリプレグシートの図である。この発明の実施の形態１に係るＦＲＰパイプの製造方法により製造したＦＲＰパイプの図である。この発明の実施の形態２に係るＦＲＰパイプの製造方法により製造した階段状の積層部分を有するＦＲＰパイプの図である。この発明の実施の形態３に係るパイプ直胴部に繊維継ぎ部（クロスプリプレグシート継ぎ足し）を施した長尺のＦＲＰパイプの図である。この発明の実施の形態４に係るＦＲＰパイプの円周方向に繊維継ぎ部（クロスプリプレグシート継ぎ足し部）を施した大径のＦＲＰパイプの図である。従来のクロスプリプレグシートを芯金に螺旋状に積層するＦＲＰパイプの製造方法を説明する図である。

図７は従来のＦＲＰパイプの一製造方法を示した図であり、パイプ内径に相当する芯金３にクロスプリプレグシート２を螺旋状に積層することでＦＲＰパイプを製造していた。この際、炭素繊維などの繊維を一方向に引き揃えて樹脂を含浸させたＵＤプリプレグシートではこの螺旋状に積層する方法によりＦＲＰパイプを製造することができるが、繊維を織ったクロス（２軸織物）に樹脂を含浸させたクロスプレグシートを使う場合には、螺旋状に積層する際に（１）クロスプリプレグの繊維の継ぎをコントロールすることが難しい、（２）わずかな積層ずれが皺となる、（３）螺旋積層時に０度方向（芯金３の長手方向）のクロスプリプレグの繊維方向がずれるなどの問題が生じていた。以下では、この発明の実施の形態にかかるＦＲＰパイプの製造方法について図を用いて説明する。

実施の形態１．
図１〜図３は、実施の形態１に係る２軸織物を材料とした異方性を有するＦＲＰパイプの製造方法を説明する図である。
図１において、２は２軸以上の強化繊維を材料とする矩形のクロスプリプレグシート、３は芯金であり、クロスプリプレグシート２を、矩形に切断されているクロスプリプレグシート２の一辺を芯金３の長手方向と一致させた状態で芯金３に巻きつけることを示している。

図２は、実施の形態１に係るクロスプリプレグシート２の図である。図２において、４はクロスプリプレグシート２の繊維方向θ１（０°＜θ１＜９０°）を示しており、クロスプリプレグ２の外形（矩形）の一辺に対して、少なくとも１つの繊維配向方向の角度が角度θ１となるように、予めクロスプリプレグシート２を準備しておく。
そして、準備したクロスプリプレグシート２を、先に繊維配向方向の角度θ１の基準とした１辺が芯金３の中心軸と平行となるように設置した状態で、芯金３に巻きつける。

図３は、実施の形態１に係るＦＲＰパイプの製造方法により製造したＦＲＰパイプの側面図と断面図である。このように芯金３の長手方向（基準方向）を基準として、繊維配向角度がθ２（＝θ１）のＦＲＰパイプを製造することができる。

本実施の形態では、予め繊維方向θ１を有する矩形のクロスプリプレグシート２を用意し、このクロスプリプレグシート２の外形の１辺を、芯金３の長手方向（基準方向）と一致させた状態で芯金３に巻きつけるようにしたので、ＦＲＰパイプに皺を発生させることなく、強化繊維による２軸織物を材料とした異方性を有するＦＲＰパイプを製造することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２を説明するための図である。図４においてＦＲＰパイプ１に段状（階段状）の積層領域を設けることで、段階的に変化する肉厚を有する中空のパイプを積層することができる。パイプ本体とクロスプリプレグシート２の繊維配向方向を一致させる積層方法は実施の形態１と同様であるが、段状に積層する際、準備した幅の異なる短形のクロスプリプレグシートの端面をずらして積層するようにする。
積層時に螺旋積層を実施しないため、皺を発生することなく段状に積層して作ることができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３を説明するための図であり、ＦＲＰパイプ１のパイプ全長を長尺にする方法を示すものである。準備したクロスプリプレグシート２の幅よりも長いパイプを作りたい場合、クロスプリプレグシートを複数枚用意しておき、パイプ直胴部に繊維継ぎ（クロスプリプレグシート継ぎ）を設ける。
パイプ本体とクロスプリプレグシート２の繊維配向方向を一致させる積層方法は実施の形態１と同様である。パイプ長手方向に繊維継ぎ（クロスプリプレグシート継ぎ）を生じた場合においても、図５のパイプ１側面図における繊維配向角度θ２はクロスプリプレグシートの繊維配向角θ１と同一となる。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４を説明するための図である。ＦＲＰパイプ１に対して、準備したクロスプリプレグシート２の長さよりも大径のパイプを作りたい場合、パイプ１の円周方向に対して繊維継ぎ（クロスプリプレグシートの継ぎ）を設ける。
パイプ本体とクロスプリプレグシート２の繊維配向方向を一致させる積層方法は実施の形態１と同様である。繊維継ぎを生じた場合においても、図６のパイプ１側面図における繊維配向角度θ２はクロスプリプレグシートの繊維配向角θ１と同一となる。

１ＦＲＰパイプ（積層後）、２クロスプリプレグシート、３芯金、４クロスプリプレグシート２の繊維方向（θ１）、５ＦＲＰパイプ１の繊維方向（θ２）、６ＦＲＰパイプ１の長手方向の繊維継ぎ、７ＦＲＰパイプ１の円周方向の繊維継ぎ、８螺旋積層時の繊維継ぎ（クロスプリプレグシートの繊維継ぎ位置）。

Claims

矩形のクロスプリプレグシートの外周の一辺を基準として前記クロスプリプレグシートの材料である強化繊維の繊維配向方向θが０°＜θ＜９０°であるクロスプリプレグシートの前記一辺の方向と、パイプ内径に相当する径を有する円柱状の芯金の中心軸の方向とが一致するように、前記クロスプリプレグシートを配置した後、前記クロスプリプレグシートを前記芯金に巻きつけて成形することを特徴とするＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics。強化繊維プラスチック）パイプの製造方法。
幅の異なる複数枚の前記クロスプリプレグシートを積層して成形することを特徴とする請求項１記載のＦＲＰパイプの製造方法。
複数枚の前記クロスプリプレグシートを、ＦＲＰパイプのパイプ長手方向に継ぐことを特徴とする請求項１記載のＦＲＰパイプの製造方法。
複数枚の前記クロスプリプレグシートを、ＦＲＰパイプのパイプ円周方向に継ぐことを特徴とする請求項１記載のＦＲＰパイプの製造方法。