JP2018027836A - Method for producing resin-impregnated fiber bundle wound body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維強化プラスチック(Fiber Reinforced Plastic,FRP)製容器などの製造に係る、樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a resin-impregnated fiber bundle wound body for producing a fiber reinforced plastic (FRP) container or the like.
FRPは、樹脂を強化繊維で補強した複合材料であり、鉄やアルミ等の金属材料と比較して軽量でありながらも金属材料と同等以上の強度および剛性を発揮できることから、広く利用されている。 FRP is a composite material in which a resin is reinforced with reinforcing fibers and is widely used because it is lighter than metal materials such as iron and aluminum but can exhibit strength and rigidity equal to or higher than that of metal materials. .
FRP製造において原料段階では、複数の単繊維が合わさって構成される繊維束と、液状の樹脂という別個の形態となっているのが一般的であり、種々の製造手段で繊維束と樹脂を複合化する必要がある。 In FRP production, at the raw material stage, fiber bundles composed of a plurality of single fibers and liquid resin are generally in separate forms, and the fiber bundle and resin are combined by various production means. It is necessary to make it.
例えば、フィラメントワインディング(Filament Winding、FW)成形法は、ボビン状に巻き取られた繊維束を連続的に巻き出し、繊維束を樹脂と複合化させた後に、巻芯に巻き取ることで製品を得る工法である。本手法のように、繊維束を連続的に巻き出してFRP製品を製造する工法においては、工程中で繊維束の形態を安定させること、例えば、繊維束のねじれ(撚り)を生じないことや製品中の繊維密度を均一化すること、などがしばしば重要となり、問題解決のため、繊維束に付与される摩擦力や張力に注目した種々の技術開発がなされている。 For example, in the filament winding (FW) molding method, a fiber bundle wound in a bobbin shape is continuously unwound, the fiber bundle is combined with a resin, and the product is then wound on a core. It is a construction method to obtain. In the method of manufacturing the FRP product by continuously unwinding the fiber bundle as in this method, the fiber bundle is stabilized in the process, for example, twisting (twisting) of the fiber bundle does not occur. It is often important to equalize the fiber density in the product, and various techniques have been developed focusing on the frictional force and tension applied to the fiber bundle in order to solve the problem.
例えば、特許文献1においては、工程中での繊維束のねじれを防止するため、繊維束の巻取り速度とローラの回転速度に差が生ずるようにローラを外部動力で駆動し、さらには該ローラの中心軸方向と平行に振動を付与し、繊維束に摩擦力を付与することで、繊維束のねじれを防止している。 For example, in Patent Document 1, in order to prevent twisting of the fiber bundle in the process, the roller is driven by external power so that a difference occurs between the winding speed of the fiber bundle and the rotational speed of the roller. The fiber bundle is prevented from being twisted by applying vibration in parallel to the central axis direction of the fiber and applying a frictional force to the fiber bundle.
特許文献2においては、繊維束をボビンから巻き出す際に張力を付与することで繊維束の形態安定化を計り、さらには張力を適正範囲に調整することで製品品質を高めている。 In Patent Document 2, the fiber bundle shape is stabilized by applying tension when the fiber bundle is unwound from the bobbin, and the product quality is improved by adjusting the tension to an appropriate range.
特許文献3においては、工程中に設置された外部動力で駆動されるローラの速度を調整する方法によって、繊維束を巻芯に巻付ける張力を、巻付けのステップに応じたそれぞれの適正値に逐次調整し、製品強度の低下を防いでいる。 In Patent Document 3, the tension for winding the fiber bundle around the winding core is adjusted to an appropriate value corresponding to the winding step by a method of adjusting the speed of the roller driven by external power installed in the process. Sequential adjustments are made to prevent a decrease in product strength.
特許文献4においては、繊維束を巻芯に巻き付ける巻付け張力を適正範囲に保持するため、繊維束とガイド部材の位置関係を逐次変化させ、製品品質の安定を図っている。 In Patent Document 4, in order to maintain the winding tension for winding the fiber bundle around the winding core in an appropriate range, the positional relationship between the fiber bundle and the guide member is sequentially changed to achieve stable product quality.
ところで、例示したような、繊維束を連続的に巻き出すFRP製造工法においては、繊維束と樹脂とを複合化する工程(樹脂含浸工程)を含むのが一般的である。樹脂含浸工程としては種々の方法が存在するが、例えばFW成形法においては図2に示すように、ローラ部材下部を樹脂中に通過させ、余剰樹脂を掻き取り部材で掻き取ることでローラ上に一定厚みの樹脂膜を形成し、樹脂膜に繊維束を接触させて樹脂含浸する手法(含浸ローラ式)が用いられることがある。本方式ではローラ部材は繊維束の巻取り力によって方向DRに回転し、ローラ表面上に樹脂を連続的に供給する仕組みであるが、使用樹脂の粘度やローラが樹脂に浸かっている深さに応じて、ローラの回転時に樹脂粘性による樹脂抵抗RVが発生し、樹脂抵抗RVの大きさに応じて繊維束の張力Fが増大する。 By the way, in the FRP manufacturing method for continuously unwinding the fiber bundle as exemplified, it is general to include a step of compounding the fiber bundle and the resin (resin impregnation step). There are various methods for the resin impregnation process. For example, in the FW molding method, as shown in FIG. 2, the lower part of the roller member is passed through the resin, and the excess resin is scraped off by the scraping member. A technique (impregnation roller type) in which a resin film having a constant thickness is formed and a fiber bundle is brought into contact with the resin film to impregnate the resin is sometimes used. In this method, the roller member rotates in the direction DR by the winding force of the fiber bundle, and the resin is continuously supplied onto the roller surface. However, the viscosity of the resin used and the depth at which the roller is immersed in the resin are adjusted. in response, the resin resistance R V of a resin viscosity occurs during rotation of the roller, the tension F of the fiber bundle is increased in accordance with the magnitude of the resin resistance R V.
それゆえ、使用する樹脂の粘度がそもそも高い場合、あるいは温度変化や経時変化による樹脂増粘が起こるなどして樹脂由来の抵抗が大きくなると、工程中における繊維束の張力の適正な範囲をオーバーし、糸切れなど操業性に悪影響を及ぼす恐れや、巻芯への巻付け張力の適正範囲をオーバーし、製品品質が低下する恐れがあるが、従来技術においては樹脂設計の見直しや、樹脂を適宜交換するなど、手間や時間を要する作業による対策が主であり、効率化の余地があった。 Therefore, if the resin used has a high viscosity in the first place, or if the resin-derived resistance increases due to temperature increase or resin aging, the appropriate range of fiber bundle tension in the process will be exceeded. There is a risk of adversely affecting operability such as thread breakage, and there is a risk that product quality will deteriorate due to exceeding the appropriate range of winding tension around the core. The main measures were time-consuming and time-consuming work such as replacement, leaving room for efficiency.
また、工程中に繊維束の張力によって回転するローラ部材(フリーローラ)が存在するとき、該ローラの回転軸周りに関する慣性モーメントが大きい場合も(例えば、大径である場合、中実である場合)、所定の回転速度に達するまでは大きい回転抵抗を生じ、結果として繊維束に一時的に高い張力が付与されることとなり、工程中の張力あるいは巻芯への巻付け張力の適正範囲をオーバーする恐れがあり、改善の余地があった。 Also, when there is a roller member (free roller) that rotates due to the tension of the fiber bundle during the process, the moment of inertia related to the rotation axis of the roller is large (for example, when the diameter is large or solid) ), A large rotational resistance is generated until a predetermined rotational speed is reached, and as a result, a high tension is temporarily applied to the fiber bundle, exceeding the appropriate range of the tension in the process or the winding tension around the core. There was room for improvement.
したがって、本発明は、繊維束の張力の上昇を抑制して操業性の向上に貢献することができ、更には巻芯への巻付張力に関しても、適正範囲への調整幅を残すことができ、製品品質の向上に貢献することのできる樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can contribute to the improvement of operability by suppressing an increase in the tension of the fiber bundle, and can also leave an adjustment range to an appropriate range with respect to the winding tension around the core. Another object of the present invention is to provide a method for producing a resin-impregnated fiber bundle wound body that can contribute to improvement in product quality.
上記の課題は、次の発明により解決される。
(1)少なくとも、ボビンから繊維束を繰り出す解舒工程と、
固定軸上で回転する巻芯に対し、巻き付けヘッドが自在に移動し、繊維束を巻芯上に巻き付けることで製品を得る巻付工程と、
前記解舒工程と前記巻付工程との間に、前記解舒工程から繰り出された繊維束を前記巻付工程へと誘導するガイド部材と、繊維束に樹脂を付着させる樹脂付着手段とを備えた誘導工程と、
を含む樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法であって、
前記誘導工程に配置される前記ガイド部材のうち、少なくとも1つ以上のガイド部材が外部動力によって回転駆動される駆動ガイド部材であり、前記駆動ガイド部材には回転抵抗トルク値を検出するトルク計をさらに備え、
前記トルク計で検出された前記回転抵抗トルク値に基づいて前記外部動力による回転駆動力を調整する調整手段をさらに含む
ことを特徴とする樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
(2)前記外部動力による回転駆動力は、前記トルク計で検出された前記回転抵抗トルク値を制御パラメータとして常時制御されることを特徴とする(1)に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
(3)前記回転抵抗トルク値が0.0001N・m以上1N・m以下となるように前記外部動力による回転駆動力が制御されることを特徴とする(2)に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
(4)前記樹脂付着手段は、表面に樹脂が塗布されたガイド部材の表面上を繊維束が通過する含浸ロール式であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
The above problems are solved by the following invention.
(1) At least a unwinding step of unwinding the fiber bundle from the bobbin;
A winding step in which a winding head freely moves with respect to a core that rotates on a fixed shaft, and a product is obtained by winding a fiber bundle on the core;
Between the unwinding step and the winding step, a guide member that guides the fiber bundle fed out from the unwinding step to the winding step, and a resin attachment unit that attaches resin to the fiber bundle. A guidance process;
A method for producing a resin-impregnated fiber bundle wound body comprising:
Among the guide members arranged in the guiding step, at least one guide member is a drive guide member that is rotationally driven by external power, and the drive guide member includes a torque meter that detects a rotational resistance torque value. In addition,
A method for producing a resin-impregnated fiber bundle winder, further comprising adjusting means for adjusting a rotational driving force by the external power based on the rotational resistance torque value detected by the torque meter.
(2) The rotational driving force by the external power is always controlled using the rotational resistance torque value detected by the torque meter as a control parameter, and the resin-impregnated fiber bundle winder according to (1) Manufacturing method.
(3) The resin-impregnated fiber bundle winding according to (2), wherein the rotational driving force by the external power is controlled so that the rotational resistance torque value is 0.0001 N · m or more and 1 N · m or less. Manufacturing method of the body.
(4) The resin adhering means is an impregnating roll type in which a fiber bundle passes on the surface of a guide member whose surface is coated with a resin, according to any one of (1) to (3) A method for producing a resin-impregnated fiber bundle wound body.
本発明によれば、繊維束の張力の上昇を抑制して操業性の向上に貢献することができ、更には巻芯への巻付張力に関しても、適正範囲への調整幅を残すことができ、製品品質の向上に貢献することのできる樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the increase in the tension of the fiber bundle and contribute to the improvement of operability, and it is possible to leave an adjustment range to an appropriate range with respect to the winding tension around the core. In addition, it is possible to provide a method for producing a resin-impregnated fiber bundle wound body that can contribute to improvement of product quality.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<工程概要>
図1に示す実施例を用いて、本発明に係る樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法について説明する。本製造方法は少なくとも、樹脂の付着していない繊維束ボビン101から繊維束1を巻き出す解舒工程100と、前記解舒工程で巻き出された繊維束1を、より下流側の工程である巻付工程300へと誘導するための誘導ガイド201と、繊維束1に樹脂を付着させる樹脂付着手段210とを少なくとも備えた誘導工程200と、巻付けヘッド302を介して巻芯301上に巻き付けることで樹脂含浸繊維束巻取体を得る巻付工程300と、から構成される。
<Process outline>
A method for producing a resin-impregnated fiber bundle wound body according to the present invention will be described using the embodiment shown in FIG. This manufacturing method is a downstream process of at least the unwinding step 100 for unwinding the fiber bundle 1 from the fiber bundle bobbin 101 to which no resin is adhered and the fiber bundle 1 unwound in the unwinding step. Winding on a winding core 301 via a winding head 302 and a guiding step 200 having at least a guiding guide 201 for guiding to the winding step 300 and a resin adhering means 210 for adhering resin to the fiber bundle 1 And a winding step 300 for obtaining a resin-impregnated fiber bundle wound body.
<ガイド部材概要>
以下、本明細書中に登場する“ガイド”または“ガイド部材”(例えば、解舒ガイド102や誘導ガイド201などのように表記する)とは、繊維束ボビン101から繰り出された繊維束1に接触させて用いられ、繊維束1に不必要なねじれや折り畳みを与えることなく、その高さや方向を変化させながら巻芯まで誘導して、巻芯に巻き付けることを目的として配置される部材の総称である。
<Outline of guide member>
Hereinafter, the “guide” or “guide member” (for example, expressed as the unwinding guide 102 or the guide guide 201) appearing in the present specification refers to the fiber bundle 1 fed out from the fiber bundle bobbin 101. A generic term for members that are used in contact with each other and are arranged for the purpose of guiding the fiber bundle 1 to the core while changing the height and direction without giving unnecessary twisting or folding to the fiber bundle 1 and winding it around the core. It is.
図3に一般的なガイド部材の形状11、12、13、14を示す。ガイド部材11〜14の形状は一方向に長く延伸した棒状の部材であり、長く延伸した軸(中心軸21)を回転軸とした回転対称形状が好ましい。より具体的には、中心軸21方向に一様な形状(11)でもよく、連続的または不連続的に変化する部位を含んだ形状とされていてもよい(12、13、14)。 FIG. 3 shows general shapes 11, 12, 13, and 14 of the guide member. The shape of the guide members 11 to 14 is a rod-like member elongated in one direction, and a rotationally symmetric shape with a long axis (center axis 21) as the rotation axis is preferable. More specifically, it may be a shape (11) that is uniform in the direction of the central axis 21 or a shape that includes a portion that changes continuously or discontinuously (12, 13, 14).
ガイド部材は、その中心軸21と繊維束1の走行方向とが略直交するように、かつ回転対称形状の外周面上に繊維束1が接触しながら走行するよう配置されることで、繊維束1の位置を所定位置に規制することが可能である。本発明における“直交”状態とは、図4に示されるようにガイド部材の中心軸21と繊維束1の走行方向Mとがなす角度θがθ=90°であることを指すが、θ=90°±5°の範囲を含んでいてもよい。 The guide member is disposed so that the central axis 21 and the traveling direction of the fiber bundle 1 are substantially orthogonal to each other, and the fiber bundle 1 travels while being in contact with the rotationally symmetrical outer peripheral surface. It is possible to restrict the position of 1 to a predetermined position. The “orthogonal” state in the present invention indicates that the angle θ formed by the central axis 21 of the guide member and the traveling direction M of the fiber bundle 1 is θ = 90 ° as shown in FIG. A range of 90 ° ± 5 ° may be included.
好ましくは、図5に繊維束1の理想的な通過状態を示すように、繊維束1の幅方向をガイド部材(図5の例示においては、ガイド部材11)の中心軸21の方向に沿うよう走行させることで、繊維束1の幅方向でなく厚み方向に反力を作用させることが可能になり、結果として繊維束にねじれや折り畳みを生じにくくさせることができる。 Preferably, the width direction of the fiber bundle 1 is aligned with the direction of the central axis 21 of the guide member (in the example of FIG. 5, the guide member 11) so that the ideal passing state of the fiber bundle 1 is shown in FIG. 5. By running, a reaction force can be applied not in the width direction of the fiber bundle 1 but in the thickness direction, and as a result, the fiber bundle can be made less likely to be twisted or folded.
繊維束1が接触する部位は、中心軸21まわりに回転が可能なローラ部材として繊維束1に追従可能とすることで過大な抵抗を与えること無く繊維束1を走行させることができるように構成されたものや、中心軸21まわりに回転不可能な固定ガイドバー部材として、繊維束1に対して抵抗を与えて走行させることができるように構成されたものでもよい。各工程に配置するガイド部材が果たすべき所定の目的に応じて選択することが可能である。 The portion where the fiber bundle 1 contacts is configured to be able to run the fiber bundle 1 without giving excessive resistance by allowing the fiber bundle 1 to follow the fiber bundle 1 as a roller member that can rotate around the central axis 21. As a fixed guide bar member that cannot rotate around the central axis 21, it may be configured such that the fiber bundle 1 can run with resistance. It is possible to select according to a predetermined purpose to be fulfilled by the guide member arranged in each process.
<解舒工程>
解舒工程100は、繊維束ボビン101と解舒ガイド102とを少なくとも含んで構成される。
<Unpacking process>
The unwinding process 100 includes at least a fiber bundle bobbin 101 and a unwinding guide 102.
繊維束ボビン101から巻き出した繊維束1を誘導工程200へと誘導する解舒ガイド102の数については、製造設備レイアウト制約の観点や経済性の観点から、各々の製造工程にとって最適な数が選択される。解舒ガイド102の軸方向については、繊維束1の走行方向(巻き取られて進む方向)に対して直交していることが重要であり、繊維束ボビン101の軸方向と軸方向が一致していてもよいし、直交していてもよいし、ねじれの位置に配置されていてもよい。 The number of unwinding guides 102 for guiding the fiber bundle 1 unwound from the fiber bundle bobbin 101 to the guiding process 200 is an optimum number for each manufacturing process from the viewpoint of manufacturing facility layout constraints and economy. Selected. The axial direction of the unwinding guide 102 is important to be orthogonal to the traveling direction of the fiber bundle 1 (the direction in which the fiber bundle 1 is wound and advanced), and the axial direction of the fiber bundle bobbin 101 matches the axial direction. They may be orthogonal to each other, or may be arranged at a twisted position.
<繊維>
本製造手法に用いられる強化繊維としては、FRPの強化繊維として一般的に用いられているガラス繊維などの無機繊維、炭素繊維やアラミド繊維などの有機繊維など、種々の強化繊維を単体または複数種の組合せで使用することが可能であるが、炭素繊維またはガラス繊維を用いることが、得られる樹脂含浸繊維束巻取体の剛性および強度を高められるため好ましい。
<Fiber>
As the reinforcing fiber used in this production method, various kinds of reinforcing fibers such as inorganic fibers such as glass fibers generally used as reinforcing fibers for FRP, organic fibers such as carbon fibers and aramid fibers, or a plurality of kinds thereof are used. However, it is preferable to use carbon fiber or glass fiber because the rigidity and strength of the resulting resin-impregnated fiber bundle wound body can be increased.
<誘導工程>
誘導工程200は、前記解舒工程で巻き出された繊維束1を、より下流側の工程である巻付工程300へと誘導するための誘導ガイド201と、繊維束1に樹脂を付着させる樹脂付着手段210と、を少なくとも含んで構成される。
<Induction process>
The guiding process 200 includes a guiding guide 201 for guiding the fiber bundle 1 unwound in the unwinding process to a winding process 300 that is a downstream process, and a resin that attaches resin to the fiber bundle 1. And an attaching means 210.
誘導ガイド201の数および軸方向については、解舒ガイド102と同様の思想のもとで決定される。すなわち、誘導ガイド201の数については製造設備レイアウト制約の観点や経済性の観点から、各々の製造工程にとって最適な数が選択され、誘導ガイド201の軸方向については、繊維束1の走行方向に対して直交していることが重要であり、解舒工程100に配置された繊維束ボビン101の軸方向と軸方向が一致していてもよいし、直交していてもよいし、ねじれの位置に配置されていてもよい。 The number and the axial direction of the guides 201 are determined based on the same idea as the unwinding guide 102. That is, as for the number of guides 201, an optimum number is selected for each manufacturing process from the viewpoint of manufacturing facility layout constraints and economical efficiency, and the axial direction of the guides 201 is in the traveling direction of the fiber bundle 1. It is important that they are orthogonal to each other, and the axial direction and the axial direction of the fiber bundle bobbin 101 arranged in the unwinding step 100 may be the same, or may be orthogonal, and the position of the twist May be arranged.
樹脂付着手段210に関し、図1において例示されている含浸ローラ式では、繊維束1が誘導ガイド201を通過した後、ガイド部材の一種である含浸ローラ212上を通過し、別の誘導ガイド201を通過して下流へと送り出される。含浸ローラ212を収容している含浸バス211内は樹脂2で満たされており、含浸ローラ212の下部が樹脂2中を通過する配置とすることで含浸ローラ212の表面に樹脂が付着する。掻き取り部材213で含浸ローラ212上の余剰樹脂を掻き落とした後に、繊維束1が含浸ローラ212上を通過することで、繊維束1へ樹脂2が付着する。 In the impregnation roller type illustrated in FIG. 1 with respect to the resin adhering means 210, the fiber bundle 1 passes through the guide guide 201 and then passes over the impregnation roller 212 which is a kind of guide member, and another guide guide 201 is passed through. Passed and sent downstream. The impregnation bath 211 containing the impregnation roller 212 is filled with the resin 2, and the resin adheres to the surface of the impregnation roller 212 by arranging the lower part of the impregnation roller 212 to pass through the resin 2. After the excess resin on the impregnation roller 212 is scraped off by the scraping member 213, the fiber bundle 1 passes over the impregnation roller 212, so that the resin 2 adheres to the fiber bundle 1.
含浸ローラ式による含浸工程は含浸手法の一例に過ぎず、例えば、樹脂中に繊維束を直接通過させるディップ方式、含浸ダイに繊維束を引き込み、ダイ内部に別途計量された樹脂を吐出する定量吐出方式など、繊維束に所定量の樹脂を付着および含浸させることが目的の部位である限りは、種々の手段が適用可能である。 The impregnation process by the impregnation roller method is only an example of the impregnation method. For example, a dip method in which the fiber bundle is directly passed through the resin, a fixed discharge that draws the fiber bundle into the impregnation die and discharges a separately measured resin inside the die. Various means can be applied as long as the purpose is to attach and impregnate a predetermined amount of resin to the fiber bundle.
<樹脂>
樹脂2については液状のものが好ましく、最終製品の用途、仕様環境、製品要求特性に応じて、エポキシや不飽和ポリエステルなどの熱硬化樹脂、またはポリアミドなどの熱可塑樹脂が選択されるが、特に制約があるものではない。作業性やエネルギー消費量の観点からは、エポキシ樹脂など熱硬化樹脂のほうが、樹脂温度をおおむね低い状態で含浸工程を実施できるために、作業性がよいため好ましい。
<Resin>
The resin 2 is preferably in a liquid form, and a thermosetting resin such as epoxy or unsaturated polyester, or a thermoplastic resin such as polyamide is selected according to the use of the final product, the specification environment, and the required product characteristics. There are no restrictions. From the viewpoint of workability and energy consumption, a thermosetting resin such as an epoxy resin is preferable because the impregnation process can be carried out with the resin temperature being generally low, and workability is good.
含浸樹脂の粘度について、含浸性の観点からは、小さいほうが良いが、低すぎると樹脂が繊維束中に十分に含浸する前に垂れ落ち、所定の樹脂含有量を保てない恐れがあるため、適切な粘度は必要である。具体的には、10〜2000mPa・sの範囲にあることが好ましい。更に好ましくは、100〜1100mPa・sの範囲である。 About the viscosity of the impregnated resin, from the viewpoint of impregnation, it is better to be small, but if it is too low, the resin may drip before sufficiently impregnating into the fiber bundle, and there is a possibility that the predetermined resin content cannot be maintained. A suitable viscosity is necessary. Specifically, it is preferably in the range of 10 to 2000 mPa · s. More preferably, it is the range of 100-1100 mPa * s.
<外部動力駆動と調整手段>
本発明における樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法は、誘導工程200中に少なくとも1つ以上の、外部動力で駆動されるガイド部材である、駆動ガイド204を有することを特徴とする。駆動ガイド204は、図6に示すように、回転自由なフリーローラ205、外部動力源206、トルク計207を少なくとも含んで構成される。
<External power drive and adjustment means>
The method for producing a resin-impregnated fiber bundle wound body according to the present invention is characterized by having at least one drive guide 204 that is a guide member driven by external power during the induction process 200. As shown in FIG. 6, the drive guide 204 includes at least a free roller 205 that can freely rotate, an external power source 206, and a torque meter 207.
図7に、駆動ガイド204の効果について示す。繊維束の張力Fによって回転するフリーローラ205には、種々の抵抗Rが作用する。例えば、フリーローラ205自身の形状や重量によって決定される慣性モーメントによる慣性抵抗RIや、含浸ローラ式樹脂含浸手段に含まれる含浸ローラのように樹脂に浸かりながら回転するフリーローラでは樹脂による粘性抵抗RVがさらに生じる。結果として、回転させるためにより大きな力を必要とするため、繊維束の張力Fが増大し、工程中の適正張力範囲ないし巻芯巻付け時の張力に関して適正範囲をオーバーする恐れがある。この点に注目し、駆動ガイド204においてはフリーローラ205の回転時に外部動力による駆動トルクTを与えることで、抵抗Rを打ち消すことができるため、繊維束の張力Fの過剰な上昇を抑えることができる。 FIG. 7 shows the effect of the drive guide 204. Various resistances R act on the free roller 205 rotated by the tension F of the fiber bundle. For example, inertial resistance R I due to the inertia moment which is determined by the shape and weight of the free rollers 205 itself, the viscous resistance due to the resin is a free roller that rotates while soak in the resin as impregnation roller included in the impregnating roller impregnated means RV is further generated. As a result, since a larger force is required to rotate, the tension F of the fiber bundle increases, and there is a possibility that the proper tension range in the process or the proper range with respect to the tension at the time of winding the core is exceeded. Paying attention to this point, the driving guide 204 can cancel the resistance R by applying the driving torque T by the external power when the free roller 205 rotates, thereby suppressing an excessive increase in the tension F of the fiber bundle. it can.
さらには、トルク計207をフリーローラ205の回転軸上に設置して回転抵抗トルク値を検出し、検出された回転抵抗トルク値に応じて外部動力による駆動トルクTを調整することで、抵抗Rをより精度よく打ち消し、繊維束の張力Fへの影響を最小化することができる。 本発明においては、外部動力による駆動トルクTの調整が繊維束の張力Fの管理上重要な要素となるため、以後、駆動トルクTの調整を調整手段と定める。調整手段の実施方法としては、事前に各駆動ガイド204における製造条件(例えば、工程速度、ローラの慣性モーメント、樹脂粘度、ローラが樹脂に浸かっている深さ、など)ごとにそれぞれのトルク計207によって回転抵抗トルク値を計測・記録しておき、製造の進行にあわせて適切なタイミングで、手動で外部動力による駆動トルクTを調整する方法を選択してもよいし、より好ましい方法としては、得られた回転抵抗トルク値を制御パラメータとして常時、外部動力による駆動トルクTに反映して制御する、連続的な調整手段とすることが好ましい。例えば、フィードバック制御やフィードフォワード制御などによって外部動力による駆動トルクTの制御を行うことで、早くかつ正確に抵抗Rを打ち消すことができる。より好ましくは、回転抵抗トルクの値を0.0001N・m以上1N・m以下に制御することで該ガイド部材の通過による張力上昇をほぼゼロとすることが可能なため、好ましい。 Further, the torque meter 207 is installed on the rotation shaft of the free roller 205 to detect the rotational resistance torque value, and the resistance R is adjusted by adjusting the driving torque T by the external power according to the detected rotational resistance torque value. Can be canceled more accurately and the influence on the tension F of the fiber bundle can be minimized. In the present invention, the adjustment of the driving torque T by the external power is an important factor in managing the tension F of the fiber bundle, and hence the adjustment of the driving torque T is hereinafter defined as the adjusting means. As an implementation method of the adjusting means, a torque meter 207 for each driving guide 204 is prepared in advance for each manufacturing condition (for example, process speed, moment of inertia of the roller, resin viscosity, depth at which the roller is immersed in the resin, etc.). The rotation resistance torque value may be measured and recorded by the method, and a method of manually adjusting the driving torque T by the external power at an appropriate timing according to the progress of production may be selected. As a more preferable method, It is preferable to use continuous adjustment means for controlling the obtained rotational resistance torque value as a control parameter, always reflecting the driving torque T by external power. For example, the resistance R can be canceled quickly and accurately by controlling the driving torque T by external power by feedback control, feedforward control, or the like. More preferably, the value of the rotational resistance torque is controlled to be 0.0001 N · m or more and 1 N · m or less, so that an increase in tension due to the passage of the guide member can be almost zero.
外部動力源206の選定に関しては、抵抗Rを打ち消すだけの駆動トルクを有するものである限りは特に制限があるものではないが、トルク計207で検出される回転抵抗トルクを用いた制御を考えた際に、トルク制御が容易にできる外部動力源、例えば、サーボモータやステッピングモータを用いることが好ましい。 Regarding the selection of the external power source 206, there is no particular limitation as long as it has a driving torque sufficient to cancel the resistance R, but control using the rotational resistance torque detected by the torque meter 207 was considered. In this case, it is preferable to use an external power source that can easily control the torque, for example, a servo motor or a stepping motor.
トルク計207の選定に関しては、フリーロール205回転時の回転抵抗トルクを計測できるものであれば形式を特に問うものではなく、接触式や非接触式など、種々のトルク計が適用可能である。 Regarding the selection of the torque meter 207, any type of torque meter such as a contact type or a non-contact type can be applied as long as the rotational resistance torque during the rotation of the free roll 205 can be measured.
駆動ガイド204の配置位置については特に制限があるものではなく、製造工程のレイアウトの観点から決定することができる。なかでも、回転させるために大きな力を要するフリーローラ205に適用することが効果的である。例えば、図8に示すように工程中の大径フリーローラを駆動ガイド204とすることや、図9に示すように樹脂バス中の含浸ロールを駆動ガイド204とすることが、駆動ガイド204の配置効果を最大限に発揮できるために好ましい。 The arrangement position of the drive guide 204 is not particularly limited, and can be determined from the viewpoint of the layout of the manufacturing process. Especially, it is effective to apply to the free roller 205 which requires a large force to rotate. For example, as shown in FIG. 8, the large-diameter free roller in the process is used as the drive guide 204, or the impregnation roll in the resin bath is used as the drive guide 204 as shown in FIG. It is preferable because the effect can be maximized.
<含浸促進工程>
また、図10に示すように、誘導工程200中には、樹脂含浸をさらに促進する目的で設置される複数の含浸ガイド220(しごきバー)を含んでもよい。含浸ガイド220は通常、ガイドの中心軸回りの回転を拘束された状態で設置され、繊維束1は含浸ガイド220上を通過する時、繊維束1はその厚み方向に対して含浸ガイド220からの反力を受ける。この反力により、前記樹脂付着手段210で繊維束1に付着した樹脂2の繊維束中への更なる含浸(浸透)が促進され、繊維束1中に残留している空隙を樹脂2に置換することが可能である、しごきバーを含む構成においては、しごきバー通過によって繊維束の張力が上昇することが避けられず、本発明による駆動ガイドの設置によって繊維束の張力の増加を抑えうるため、駆動ガイド204を設置する効果がより高く得られる。
<Impregnation promotion process>
Further, as shown in FIG. 10, the guiding process 200 may include a plurality of impregnation guides 220 (ironing bars) installed for the purpose of further promoting resin impregnation. The impregnation guide 220 is usually installed in a state in which the rotation around the central axis of the guide is constrained, and when the fiber bundle 1 passes over the impregnation guide 220, the fiber bundle 1 is separated from the impregnation guide 220 with respect to its thickness direction. Receive reaction force. Due to this reaction force, further impregnation (penetration) of the resin 2 adhered to the fiber bundle 1 into the fiber bundle by the resin adhesion means 210 is promoted, and the void remaining in the fiber bundle 1 is replaced with the resin 2. In the configuration including the squeezing bar, it is unavoidable that the tension of the fiber bundle increases due to the passage of the squeezing bar, and the increase in the tension of the fiber bundle can be suppressed by the installation of the drive guide according to the present invention. The effect of installing the drive guide 204 can be further increased.
<巻付工程>
巻付工程300は、巻き付け対象物である巻芯301と、巻芯301に対して自在に移動可能な巻付けヘッド302と、誘導工程200から送られた繊維束1を巻芯301へと誘導するための巻付けガイド303と、を少なくとも含んで構成される。
<Winding process>
In the winding process 300, the winding core 301 that is the winding object, the winding head 302 that is freely movable with respect to the winding core 301, and the fiber bundle 1 sent from the guiding process 200 are guided to the winding core 301. And a winding guide 303 for performing at least.
巻付工程300において、誘導工程200から送られた繊維束1は、巻付けヘッド302に固定された巻付けガイド303を通過して、空間上に固定された軸上にて回転可能な巻芯301に巻き付けられる。巻付けヘッド302は、製品の要求特性に合わせて予め設計された繊維束巻付け量・巻付け角度に対応して、その位置を自在に移動させながら、巻芯301への巻付けを実施することで樹脂含浸繊維束巻取体304が製造される。 In the winding process 300, the fiber bundle 1 sent from the guiding process 200 passes through a winding guide 303 fixed to the winding head 302, and can be rotated on an axis fixed in space. 301 is wound around. The winding head 302 performs winding on the core 301 while moving its position freely according to the fiber bundle winding amount and winding angle designed in advance according to the required characteristics of the product. Thus, the resin-impregnated fiber bundle wound body 304 is manufactured.
巻付けガイド303の数および軸方向については、解舒ガイド102や誘導ガイド201と同様の思想のもとで決定される。すなわち、巻付けガイド303の数については製造設備レイアウト制約の観点や経済性の観点から、各々の製造工程にとって最適な数が選択され、巻付けガイド303の軸方向については、繊維束1の走行方向に対して直交していることが重要であり、巻芯301の軸方向と軸方向が一致していてもよいし、直交していてもよいし、ねじれの位置に配置されていてもよい。 The number and axial directions of the winding guides 303 are determined based on the same idea as the unwinding guide 102 and the guide guide 201. That is, as for the number of winding guides 303, an optimal number is selected for each manufacturing process from the viewpoints of manufacturing facility layout constraints and economy, and the fiber bundle 1 travels in the axial direction of the winding guides 303. It is important that the direction is perpendicular to the direction, and the axial direction of the core 301 may coincide with the axial direction, may be orthogonal, or may be arranged at a twisted position. .
<巻芯>
用いられる巻芯301は、製品に合わせた選択が可能である。例えば、樹脂を繊維束に含浸させた後に所定レベルの硬化を進めて、半硬化状態とした上で再度ボビン状に巻き取った樹脂含浸繊維束(トウプリプレグ)の製造においては、繊維束ボビンに用いられるものと同様の巻芯(例えば、紙製の中空紙管)などが使用可能である。また、中空パイプ部材の製造においては、成形品を硬化させた後に脱芯が可能な円筒状の巻芯や、加熱等によって溶融させることで脱芯が可能な各種形状の巻芯が使用可能である。圧力容器の製造においては、所定の収容物に対するシール性が確保された巻芯である、金属製あるいは樹脂製の各種ライナー部材を使用可能である。
<Core>
The core 301 used can be selected according to the product. For example, in the production of a resin-impregnated fiber bundle (toe prepreg) that has been impregnated into a fiber bundle and then cured at a predetermined level to obtain a semi-cured state and then wound into a bobbin again, A core similar to that used (for example, a paper hollow paper tube) can be used. In the production of hollow pipe members, cylindrical cores that can be decentered after the molded product has been cured, and various types of cores that can be decentered by melting by heating, etc. can be used. is there. In the production of the pressure vessel, various liner members made of metal or resin, which are cores that ensure a sealing property against a predetermined container, can be used.
熱効果樹脂を用いた中空パイプ部材や圧力容器のように、樹脂の硬化を要する製品に関しては、巻付けの完了後に樹脂硬化工程、および余剰部のトリミングの追加工等からなる仕上げ工程を経て、最終製品となる。硬化工程は巻付け工程から移動されずに同じ場所で実施されても良いし、巻付け工程から移動させて別の場所で実施されてもよい。 For products that require resin curing, such as hollow pipe members and pressure vessels using thermal effect resins, after the completion of winding, through a finishing process consisting of a resin curing process and additional processing for trimming the excess part, etc. The final product. The curing process may be performed at the same place without being moved from the winding process, or may be performed at another place after being moved from the winding process.
<工程速度>
繊維束1の走行速度に関しては、生産効率の観点から0.1〜300m/minの範囲が好ましい。走行速度が速すぎると樹脂含浸時間が確保されずに製品の品質が低下する恐れがある。また、繊維束の走行抵抗が大きくなることや、単位時間あたりの繊維走行量が増えるため、毛羽の発生量が増えるなど、メンテナンスが追いつかずに糸切れなどのトラブルを引き起こす恐れがある。
<Process speed>
The traveling speed of the fiber bundle 1 is preferably in the range of 0.1 to 300 m / min from the viewpoint of production efficiency. If the running speed is too high, the resin impregnation time cannot be secured and the product quality may be deteriorated. In addition, since the running resistance of the fiber bundle is increased and the amount of running fiber per unit time is increased, the amount of fluff generated is increased, and maintenance may not catch up and may cause trouble such as yarn breakage.
<張力調整機構>
また、工程中の張力あるいは巻付け時の張力を最適範囲へと調整するために、別の張力調整機構(図示しない)を工程中にさらに含んでいてもよい。張力調整機構の選定としては特に制限があるものではなく、例えば公知のダンサーロールや、ガイド部材の高さ調整機構など、種々の形態が選択可能である。
<Tension adjustment mechanism>
Further, another tension adjusting mechanism (not shown) may be further included in the process in order to adjust the tension during the process or the tension during winding to the optimum range. The selection of the tension adjusting mechanism is not particularly limited, and various forms such as a known dancer roll and a guide member height adjusting mechanism can be selected.
また、より正確な張力値制御を目的として、公知の張力センサやロードセルを工程中にさらに含み、その計測値を制御パラメータとして張力制御機構を制御し、張力値を指定範囲内に調整する構成とするのが製品品質を安定させうるため、好ましい。 In addition, for the purpose of more accurate tension value control, a known tension sensor or load cell is further included in the process, the tension control mechanism is controlled using the measured value as a control parameter, and the tension value is adjusted within a specified range. It is preferable to stabilize the product quality.
<他の実施形態>
本発明は、説明における実施形態にのみ縛られるものではなく、同様の技術思想に基づいて定められた実施形態である限り、各種部材の選定や配置を変更して実施が可能なものである。
<Other embodiments>
The present invention is not limited only to the embodiments in the description, and can be implemented by changing the selection and arrangement of various members as long as the embodiments are based on the same technical idea.
1:繊維束
2:樹脂
11〜14:ガイド部材の例
21:中心軸
100:解舒工程
101:繊維束ボビン
102:解舒ガイド
200:誘導工程
201:誘導ガイド
204:駆動ガイド
205:フリーローラ
206:外部動力源
207:トルク計
210:樹脂付着手段
211:樹脂バス
212:含浸ローラ
213:掻き取り部材
220:含浸ガイド
300:巻付工程
301:巻芯
302:巻付けヘッド
303:巻付けガイド
304:樹脂含浸繊維束巻取体
F:繊維束の張力
M:繊維束の走行方向
θ:ガイド部材の中心軸と繊維束の走行方向とがなす角度
DR:回転方向
R:抵抗
RV:樹脂抵抗
RI:慣性抵抗
T:外部動力源による駆動トルク
1: Fiber bundle 2: Resin 11-14: Guide member example 21: Central shaft 100: Unwinding step 101: Fiber bundle bobbin 102: Unwinding guide 200: Guide step 201: Guide guide 204: Drive guide 205: Free roller 206: External power source 207: Torque meter 210: Resin adhesion means 211: Resin bath 212: Impregnation roller 213: Scraping member 220: Impregnation guide 300: Winding step 301: Core 302: Winding head 303: Winding guide 304: Resin-impregnated fiber bundle wound body F: Fiber bundle tension M: Fiber bundle travel direction θ: Angle formed by the central axis of the guide member and the fiber bundle travel direction DR: Rotation direction R: Resistance R V : Resin Resistance R I : Inertial resistance T: Driving torque by external power source
Claims (4)
固定軸上で回転する巻芯に対し、巻き付けヘッドが自在に移動し、繊維束を巻芯上に巻き付けることで製品を得る巻付工程と、
前記解舒工程と前記巻付工程との間に、前記解舒工程で繰り出された繊維束を前記巻付工程へと誘導するガイド部材と、繊維束に樹脂を付着させる樹脂付着手段とを備えた誘導工程と、
を含む樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法であって、
前記誘導工程に配置される前記ガイド部材のうち、少なくとも1つ以上のガイド部材が外部動力によって回転駆動される駆動ガイド部材であり、前記駆動ガイド部材には回転抵抗トルク値を検出するトルク計をさらに備え、
前記トルク計で検出された前記回転抵抗トルク値に基づいて前記外部動力による回転駆動力を調整する調整手段をさらに含むことを特徴とする樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。 At least the unwinding step of unwinding the fiber bundle from the bobbin;
A winding step in which a winding head freely moves with respect to a core that rotates on a fixed shaft, and a product is obtained by winding a fiber bundle on the core;
Between the unwinding step and the winding step, a guide member for guiding the fiber bundle fed out in the unwinding step to the winding step, and a resin attaching means for attaching a resin to the fiber bundle A guidance process;
A method for producing a resin-impregnated fiber bundle wound body comprising:
Among the guide members arranged in the guiding step, at least one guide member is a drive guide member that is rotationally driven by external power, and the drive guide member includes a torque meter that detects a rotational resistance torque value. In addition,
A method for producing a resin-impregnated fiber bundle winder, further comprising adjusting means for adjusting a rotational driving force by the external power based on the rotational resistance torque value detected by the torque meter.
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