JP2021094790A - 繊維強化樹脂製パイプの製造方法 - Google Patents
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上記の構成によれば、搬送ローラの半径R(mm)を、テープ基材を搬送ローラの周面に沿わせた場合にテープ基材に掛かる曲げモーメントMの値に基づいて設定している。そのため、搬送ローラの周面にテープ素材を沿わせ易く、搬送時にテープ素材に曲げ負荷が掛かった場合の影響を抑制することができる。テープ基材を搬送させ易く、編組を容易に行うことができる。
上記の構成によれば、搬送ローラの半径Rを、テープ基材を搬送ローラの周面に沿わせた場合にテープ基材の表面に発生する曲げ応力σと、テープ基材の破壊時の引張応力σbに基づいて設定している。ここで、テープ基材に掛かる引張応力は曲げ応力σとほぼ相関関係にある。そのため、半径Rの搬送ローラの周面に沿わせた場合にテープ基材の表面に発生する曲げ応力σの値の、テープ基材の破壊時の引張応力σbの値に対する割合であるσ比率σrを所定範囲に設定することで、テープ基材を搬送ローラの周面に沿い易くすることができる。
上記の構成によれば、材料の調達が容易である。
まず、繊維強化樹脂製パイプ(以下、パイプという。)について説明する。
繊維強化樹脂を構成する樹脂は熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。中でも、成形性、耐熱性に優れることからポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK樹脂)が好ましい。
本実施形態のパイプ10の製造方法は、UDテープ11を搬送ローラの周面に沿わせて搬送する搬送工程と、搬送されたUDテープ11を加熱しながらマンドレルの周囲に巻き付けて編組し、円筒状の中間体13を得る編組工程と、中間体13の外周面を加圧及び加熱してパイプ10を成形する成形工程と、パイプ10を冷却した後、マンドレルをパイプ10から脱芯する脱芯工程を備えている。
また、搬送ローラ34の半径R(mm)は、JIS K7165に準拠する引張試験により得られたUDテープ11の破壊時の引張応力をσb、前記式(1)により算出した曲げモーメントMが作用した際のUDテープ11の表面に発生する曲げ応力をσとしたとき、下記式(2)により得られたσ比率σrの値が1.2以下となるような値に設定されていることが好ましく、1.0以下となるように設定されていることがより好ましい。
搬送ローラ34の半径R(mm)がこうした値に設定されていると、UDテープ11が搬送ローラ34の周面に沿い易く、搬送時にUDテープ11に対して過度の曲げ負荷が作用することが抑制される。また、搬送ローラ34より大径に形成されているボビン31、32、33についても、搬送ローラ34の半径R(mm)がこうした数値範囲となるように設定されていることで、UDテープ11の搬送を容易に行うことができる。
このように編組工程では、自動的に移動されてきたマンドレル51の周囲に、UDテープ11が加熱されながら編組されることにより、円筒状の中間体13が形成される。
脱芯工程では、パイプ10の外周面から熱収縮テープを剥がして除去し、パイプ10の内部からマンドレル51を引き抜く。
次に、上記実施形態のパイプ10の効果について説明する。
(1)ブレイディング装置20の搬送部22での搬送ローラ34の半径R(mm)は、UDテープ11の断面二次モーメントをIz、JIS K7165に準拠する引張試験により得られたUDテープ11の引張弾性率をEとしたとき、下記式(1)により算出したUDテープ11の曲げモーメントMの値が0.0024(kgf・m)以下となるような値に設定されている。
そのため、搬送ローラ34の周面にUDテープ11を沿わせ易く、搬送時にUDテープ11に曲げ負荷が掛かった場合の影響を抑制することができる。UDテープ11を搬送させ易い。
σ比率σrを所定範囲に設定することで、UDテープ11を搬送ローラ34の周面に沿い易くすることができる。
・ヒータ40の加熱本体部43に形成された吹出口45の個数、大きさ、形状、配置は特に限定されない。
(イ)繊維強化樹脂製のテープ基材を編組するブレイディング装置であって、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されてなる前記テープ基材を、搬送ローラの周面に沿わせて搬送する搬送部と、搬送された前記テープ基材を加熱しながら編組する編組部とを備え、前記搬送部における前記搬送ローラの半径R(mm)は、JIS K7165に準拠する引張試験により得られた前記テープ基材の引張弾性率をEとしたとき、下記式(1)により算出した前記テープ基材の曲げモーメントMの値が0.0024(kgf・m)以下となるような値に設定されているブレイディング装置。
(ロ)前記搬送部における前記搬送ローラの半径R(mm)は、JIS K7165に準拠する引張試験により得られた前記テープ基材の破壊時の引張応力をσb、前記曲げモーメントMが作用した際の前記テープ基材の表面に発生する曲げ応力をσとしたとき、下記式(2)により得られたσ比率σrの値が1.2以下となるような値に設定されている前記(イ)に記載のブレイディング装置。
(ハ)繊維強化樹脂製のテープ基材を編組して成形された繊維強化樹脂製パイプの製造方法であって、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されてなる前記テープ基材を、搬送ローラの周面に沿わせて搬送する搬送工程と、搬送された前記テープ基材を加熱しながら編組する編組工程とを備え、前記搬送工程における前記搬送ローラの半径R(mm)は、JIS K7165に準拠する引張試験により得られた前記テープ基材の引張弾性率をEとしたとき、下記式(1)により算出した前記テープ基材の曲げモーメントMの値が0.0024(kgf・m)以下となるような値に設定されており、前記編組工程では、前記テープ基材を編組する編組点を、前記熱可塑性樹脂の融点より0〜70℃高い温度範囲になるように加熱し、前記編組点より約20mm手前地点の温度を、前記融点に対して±40℃の温度範囲になるように加熱することを特徴とする繊維強化樹脂製パイプの製造方法。
(ニ)繊維強化樹脂製のテープ基材を編組して成形された繊維強化樹脂製パイプの製造方法であって、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されてなる前記テープ基材を、搬送ローラの周面に沿わせて搬送する搬送工程と、搬送された前記テープ基材を加熱しながら編組する編組工程とを備え、前記搬送工程における前記搬送ローラの半径R(mm)は、JIS K7165に準拠する引張試験により得られた前記テープ基材の引張弾性率をEとしたとき、下記式(1)により算出した前記テープ基材の曲げモーメントMの値が0.0024(kgf・m)以下となるような値に設定されており、前記編組工程では、前記編組点より約20mm手前地点の温度を、前記編組点の温度より0〜80℃低い温度範囲になるように加熱することを特徴とする繊維強化樹脂製パイプの製造方法。
(試験1;搬送ローラの半径についての検討)
上記実施形態における搬送ローラ34の半径R(mm)について検討した。
UDテープとして、次の2種類のものを中間材料1、2として調整した。中間材料1、2は、ともに強化繊維としての炭素繊維に、PEEK樹脂を含浸させたものである。UDテープにおける体積繊維含有率はともに62%である。具体的仕様は以下のとおりである。
搬送ローラとして、半径5mm、10mm、15mm、20mm、35mm、76mmの6種類のものを準備した。
試験例1〜14のUDテープについて、厚みhと幅bから、下記式(3)により断面二次モーメントIzを算出した。その結果を表1に示した。
<断面係数Z>
試験例1〜14のUDテープについて、厚みhと幅bから、下記式(4)により断面係数Zを算出した。その結果を表1に示した。
試験例1〜14のUDテープについて、下記式(5)に基づいて、曲げモーメントMが作用した際の各UDテープの表面に発生する曲げ応力σの値を算出した。その結果を表3に示した。
△;何とか解けない。
×;解ける。
試験例1〜14のUDテープについて、6種類の搬送ローラに沿わせて搬送し、編組した場合のUDテープの編組し易さを評価した。ブレイディング装置20において、ボビン31の半径を102mm、ボビン32の半径を35mm、ボビン33の半径を35mmとした。3個の搬送ローラ34は、それぞれ半径が異なる6種類の場合について、すべて同径のものを取り付けた。UDテープの編組は、編組点Bの雰囲気温度が約390℃、編組点Bより上流側約20mm地点Cの雰囲気温度が約365℃に調整して行った。
×;UDテープが破損するなど、編組できなかった。
−;未実施
上記実施形態におけるヒータ40による加熱温度について検討した。
<ヒータ40のヒータ本体41の温度>
ヒータ本体41の加熱温度は、430℃、480℃、530℃に設定した。
加熱本体部43に貫設された吹出口45bの数を変更することにより、編組点Bの上流側約20mm地点Cの雰囲気温度を調整した。吹出口45bが8個の場合、吹出口45a、45bの総面積は1119mm2であり、吹出口45bが4個の場合、吹出口45a、45bの総面積は805mm2であり、吹出口45bが0個の場合、吹出口45aの面積は491mm2である。また、温風吹出し部42からの温風吹出し面積に対する、吹出口45a、45bから上流側への温風吹出し面積の割合を、面積割合(%)として算出した。左右一対の温風吹出し部42からの吹出口の総面積が2513mm2であることから、これに対する吹出口45a、45bの総面積の割合は、吹出口45bが8個、4個、0個の場合、それぞれ44.9%、32.0%、19.5%であった。
中間材料1のUDテープであって、幅1.5mmのものを、搬送ローラに沿わせて搬送し、編組した場合のUDテープの編組し易さを評価した。ブレイディング装置20において、ボビン31の半径を102mm、ボビン32の半径を35mm、ボビン33の半径を35mm、3個の搬送ローラ34の半径を20mmとした。
△;編組点がヒータ部から上流側へ移動した。
×;UDテープが破損し、編組できなかった。
Claims (5)
- 繊維強化樹脂製のテープ基材を編組して成形された繊維強化樹脂製パイプの製造方法であって、
強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されてなる前記テープ基材を、搬送ローラの周面に沿わせて搬送する搬送工程と、
搬送された前記テープ基材を加熱しながら編組する編組工程と
を備え、
前記搬送工程における前記搬送ローラの半径R(mm)は、前記テープ基材の断面二次モーメントをIz、JIS K7165に準拠する引張試験により得られた前記テープ基材の引張弾性率をEとしたとき、下記式(1)により算出した前記テープ基材の曲げモーメントMの値が0.0024(kgf・m)以下となるような値に設定されていることを特徴とする繊維強化樹脂製パイプの製造方法。
M=E・Iz/R・・・・・(1) - 前記搬送工程における前記搬送ローラの半径R(mm)は、JIS K7165に準拠する引張試験により得られた前記テープ基材の破壊時の引張応力をσb、前記曲げモーメントMが作用した際の前記テープ基材の表面に発生する曲げ応力をσとしたとき、下記式(2)により得られたσ比率σrの値が1.2以下となるような値に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂製パイプの製造方法。
σr=σ/σb・・・・・(2) - 前記編組工程では、前記テープ基材を編組する編組点の雰囲気温度を、前記熱可塑性樹脂の融点より0〜70℃高い温度範囲になるように設定し、前記編組点より約20mm手前地点の雰囲気温度を、前記融点に比べて±40℃の温度範囲になるように設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂製パイプの製造方法。
- 前記編組工程では、前記編組点より約20mm手前地点の雰囲気温度を、前記編組点の雰囲気温度より0〜80℃低い温度範囲になるように設定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製パイプの製造方法。
- 前記テープ基材は、UDテープであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製パイプの製造方法。
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