JP6240841B2 - Composite container manufacturing system and composite container manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、複合容器の製造システム、及び複合容器の製造方法に関する。 The present invention relates to a composite container manufacturing system and a composite container manufacturing method.
従来、例えば特許文献1に記載されているように、強化層を備えた複合容器を製造する製造方法が知られている。このような製造方法では、熱硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナに巻き付けて容器中間体を形成し、この容器中間体を加熱炉で加熱して繊維束の熱硬化性樹脂を硬化(ゲル化)させている。
Conventionally, as described in
ところで、上述したような従来技術においては、通常平板状の繊維束がライナに巻き付けられる際に楕円状となったり、撚れたりすることで、強化層中の繊維束と繊維束との間に空隙が発生しやすくなり、複合容器の強度が低下する場合があった。そこで、ライナを内部又は外部から加熱することによって、繊維束をライナ上又はすでに巻き付けられた繊維束上で広がりやすくさせ、強化層中の空隙を減らして複合容器の強度低下を抑制する技術が知られている。 By the way, in the prior art as described above, when a flat fiber bundle is usually wound around a liner, it becomes elliptical or twisted, so that the fiber bundle in the reinforcing layer is between the fiber bundle. In some cases, voids are easily generated, and the strength of the composite container is lowered. Therefore, a technique is known in which the fiber bundle is easily spread on the liner or on the already wound fiber bundle by heating the liner from the inside or the outside, and the void in the reinforcing layer is reduced to suppress the strength reduction of the composite container. It has been.
しかし、このような技術においても、複合容器の強度の低下を十分に抑制することができなかった。 However, even with such a technique, it was not possible to sufficiently suppress a decrease in strength of the composite container.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、複合容器の強度を向上することができる複合容器の製造システム及び複合容器の製造方法を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in order to solve such a subject, and makes it a subject to provide the manufacturing method of the composite container which can improve the intensity | strength of a composite container, and the manufacturing method of a composite container.
上記課題を解決するため、本発明に係る複合容器の製造システムは、強化層を備えた複合容器を製造する製造システムであって、樹脂が含浸された繊維束を予め加温する加温部と、加温された繊維束をライナの外周側に巻き付ける巻付け部と、を備え、加温部は、巻付け位置より上流側で繊維束を加温する。 In order to solve the above problems, a composite container manufacturing system according to the present invention is a manufacturing system for manufacturing a composite container including a reinforcing layer, and a heating unit that preheats a fiber bundle impregnated with a resin; A winding portion for winding the heated fiber bundle around the outer periphery of the liner, and the heating portion heats the fiber bundle upstream from the winding position.
また、本発明に係る複合容器の製造方法は、強化層を備えた複合容器を製造する製造方法であって、樹脂が含浸された繊維束を予め加温する加温工程と、加温された繊維束をライナの外周側に巻き付ける巻付け工程と、を備え、加温工程において、繊維束は巻付け位置より上流側で加温される。 Further, the method for manufacturing a composite container according to the present invention is a manufacturing method for manufacturing a composite container having a reinforcing layer, and a heating step of preheating a fiber bundle impregnated with a resin, and heating A winding step of winding the fiber bundle around the outer periphery of the liner, and in the heating step, the fiber bundle is heated upstream from the winding position.
これらの本発明では、巻付け位置より上流側で加温された繊維束をライナの外周側に巻き付けるので、繊維束に含浸された樹脂の粘度が低下し、繊維束がライナ上又はすでに巻き付けられた繊維束上で広がりやすくなる。これにより、強化層中の空隙を減らして複合容器の強度を向上することができる。 In these inventions, since the fiber bundle heated upstream from the winding position is wound around the outer periphery of the liner, the viscosity of the resin impregnated in the fiber bundle decreases, and the fiber bundle is wound on the liner or already wound. It becomes easy to spread on the fiber bundle. Thereby, the space | gap in a reinforcement layer can be reduced and the intensity | strength of a composite container can be improved.
また、加温された繊維束の温度を検出する温度センサと、温度センサによって検出された温度に基づいて加温部による加温を制御するコントローラを更に備えてもよい。これにより、繊維束に含浸された樹脂の粘度を制御し、繊維束がライナ上又はすでに巻き付けられた繊維束上でより広がりやすくする。 Moreover, you may further provide the temperature sensor which detects the temperature of the heated fiber bundle, and the controller which controls the heating by a heating part based on the temperature detected by the temperature sensor. This controls the viscosity of the resin impregnated in the fiber bundle, making it easier for the fiber bundle to spread on the liner or on the already wound fiber bundle.
また、樹脂が含浸された繊維束は、トウプリプレグであってもよい。これより、繊維束に樹脂を含浸させながらライナに巻き付ける方法(いわゆるWet法)に比べて構成を簡易なものとすることができる。 Further, the fiber bundle impregnated with the resin may be a tow prepreg. As a result, the configuration can be simplified as compared with a method in which the fiber bundle is impregnated with resin and wound around the liner (so-called Wet method).
また、加温部は、温風により繊維束を加温してもよい。これにより、非接触で繊維束を加温することができるので、繊維束の走行状態を安定化することができる。 The heating unit may heat the fiber bundle with warm air. Thereby, since a fiber bundle can be heated non-contactingly, the running state of a fiber bundle can be stabilized.
また、赤外線ヒータにより繊維束を加温してもよい。これにより、非接触で繊維束を加温することができるので、繊維束の走行状態を安定化することができる。 Further, the fiber bundle may be heated by an infrared heater. Thereby, since a fiber bundle can be heated non-contactingly, the running state of a fiber bundle can be stabilized.
本発明によれば、複合容器の強度を向上することが可能となる。 According to the present invention, the strength of the composite container can be improved.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[第1実施形態]
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[First Embodiment]
図1は、本実施形態に係る複合容器の製造システム及び製造方法によって製造される複合容器を示す一部断面図である。図1に示すように、複合容器1は、水素や天然ガス等の燃料ガスを高圧で貯蔵するための容器である。この複合容器1は、例えば、全長が2〜4m、直径が400〜600mm程度に設定され、使用時には、20〜90MPa程度の圧力に耐えることが可能とされている。複合容器1は、その用途が限定されるものではなく、種々の用途で用いることができる。また、複合容器1は、据置き型として用いられてもよく、移動体に搭載されて用いられてもよい。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a composite container manufactured by the composite container manufacturing system and method according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
この複合容器1は、円筒状のライナ2と、ライナ2の外周側を覆うように設けられた強化層(繊維強化プラスチック層)3と、を備えている。ライナ2の両端部2aはドーム状に形成されており、当該両端部2aの先端には、軸方向に突出するように口金4が取り付けられている。ここでの口金4における取付け高さ(突出高さ)は、強化層3の厚みと同等とされているが、それ以上であってもよく、口金4が強化層3から出っ張る高さとされてもよい。
The
ライナ2の材料は特に限定されるものではないが、用途によっては、樹脂製又は金属製が選択される。樹脂製のライナ2としては、高密度ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を回転成形やブロー成形にて容器形状に賦形したものに、金属製の口金4を付けたものが挙げられる。金属製のライナ2としては、例えば、アルミニウム合金製や鋼鉄製等からなるパイプ形状や板形状をプレス加工等にて容器形状に形成したものに、口金4の形状を形成したものが挙げられる。
The material of the
強化層3は、ライナ2の外周側に熱硬化性樹脂(樹脂)が含浸された繊維束10を巻き付け、当該繊維束10を加熱炉で加熱し硬化させることによって形成される。熱硬化性樹脂の種類としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂又はアリル樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。強化層3は、いわゆる厚巻きとされており、通常では厚みが2cm程度であるのに対し、本実施形態では厚みが約5〜6cm程度である。
The reinforcing
また、繊維束10としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ポリエチレン繊維、スチール繊維、ザイロン繊維又はビニロン繊維等を用いることができ、ここでは、高強度で高弾性率且つ軽量な炭素繊維を用いている。また、本実施形態の繊維束10の繊維数(フィラメント)は、特に制限されるものではないが、1000〜50000フィラメント、好ましくは3000〜30000フィラメントの範囲とされ、ここでは、24000フィラメントとしている。
Further, as the
以上のように構成された複合容器1を製造する場合、まず、熱硬化性樹脂が予め含浸された繊維束10をライナ2の外周側に巻き付ける以前に予め加温する(加温工程)。続いて、加温された繊維束10をライナ2の外周側に巻き付け、ライナ2の外周側に複数層の繊維束層(繊維強化プラスチック層)を形成し、これにより、容器中間体を得る(巻付け工程)。
When manufacturing the
なお、容器中間体とは、製造過程における複合容器1を意図しており、ここでは、繊維束10の熱硬化性樹脂が熱硬化する前の状態のものを意図している(以下、同じ)。また、巻付け工程における巻付け方法は特に限定されないが、例えば、FW(フィラメントワインディング)法を採用することができる。FW法としては、予め熱硬化性樹脂が含浸された繊維束(トウプリプレグ)10を用意し、これをライナ2に巻き付けて成形する方法(いわゆるDry法)が挙げられる。
In addition, the container intermediate is intended for the
そして、繊維束10を巻き付けた後、容器中間体を加熱炉で加熱することにより繊維束10の熱硬化性樹脂を硬化させ、これにより、強化層3を備えた複合容器1を得る。或いは、上記巻付け工程を実行しているときに熱硬化性樹脂を硬化させてもよい。
And after winding the
図2に示すように、本実施形態に係る複合容器1の製造システム100Aは、上記複合容器1を製造するものであって、上記加温工程及び巻付け工程で用いられる。この製造システム100Aは、加温部20Aと、巻付け部30と、温度センサ40と、コントローラ50とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
巻付け部30は、熱硬化性樹脂を予め含浸させた繊維束10を巻き回した複数のボビン31と、巻き付けられる複数の繊維束10の通過位置を調整する巻付束通過位置調整部32と、ライナ2の外周側の巻付け位置に繊維束10を給糸するデリバリアイ33と、ライナ2の内部を挿通するように設けられた回転軸34と、回転軸34を回転させることにより繊維束10をライナ2で巻き取る回転機構(不図示)とを備えている。デリバリアイ33は、巻き付けられる複数の繊維束10をライナ2の軸方向に沿って移動させる移動部(不図示)のライナ2側の先端に設けられた給糸口である。
The
巻付け部30では、ボビン31から繊維束10が供給され、これら繊維束10は、巻付束通過位置調整部32によって巻付け時の通過位置が調整されながら、デリバリアイ33、回転軸34及び回転機構の協働によってライナ2の外面側に巻き付けられ、これにより、ライナ2を覆うように繊維束層が形成される。
In the winding
加温部20Aは、巻付け位置より上流側で繊維束10を予め加温する。すなわち、加温部20Aの設けられる位置は、ボビン31より下流側で、且つ巻付け位置より上流側であればどこでもよいが、巻付け位置に到達した時点での繊維束10の温度を高く維持するためには、巻付け位置になるべく近い方が好ましい。ここで、上流、下流とは、繊維束10の流れにおける上流、下流である。また、巻付け位置とは、繊維束10が巻付けられるライナ2の外周側の位置であって、ボビン31から送られてきた繊維束10がライナ2又はすでに巻付けられた繊維束10に初めて接触する位置である。この巻付け位置を境にして、繊維束10は単体の状態から、繊維束10が積層されてなる繊維束層の一部に変わる。
The
巻付け位置とデリバリアイ33との間に十分な設置スペースを確保しにくいことを考慮すると、加温部20Aは、デリバリアイ33と巻付束通過位置調整部32との間の位置に設けられることが好ましく、デリバリアイ33に隣接する位置に設けられることが最も好ましい。本実施形態では、加温部20はデリバリアイ33の上流側であって、デリバリアイ33に隣接する位置に設けられるものとして説明する。
Considering that it is difficult to secure a sufficient installation space between the winding position and the
加温部20は、繊維束10に非接触で熱を伝えて加温を行うものであり、気体を媒介させることにより、または熱放射により間接的に繊維束10に熱を伝えるものである。本実施形態では、加温部20Aは、温風を吹き付けることにより繊維束10を加熱するものとして説明する。温風は、例えば、加熱空気である。加温部20Aは、コントローラ50に接続されており、これにより、温風の温度や流量等が調整されて加温部20Aによる加温がコントローラ50で制御される。
The
温度センサ40は、加温部20Aにより加温された繊維束10の温度を検出する設置型非接触温度計であり、本実施形態ではデリバリアイ33に取り付けられている。ここでの温度センサ40は、例えばサーモグラフィや放射線温度計である。温度センサ40の設けられる位置は、加温部20Aの下流側であって、加温部20Aに隣接する位置であると繊維束10の加温状態を把握する上で好ましい。また、温度センサ40は、コントローラ50に接続されており、検出した繊維束10の温度をコントローラ50へ出力する。
The
コントローラ50は、温度センサ40によって検出された温度に基づいて、加温部20Aの加温を制御するためのものであり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含むコンピュータで構成されている。このコントローラ50は、温度センサ40からの出力に基づいて、繊維束10の温度が目標温度となるように加温部20Aの動作を制御する。
The
コントローラ50は、具体的には、例えば温度センサ40から出力された繊維束10の温度が目標温度より低い場合は、加熱空気の温度を上昇させたり、流量を増加させるような制御を行い、温度センサ40から出力された繊維束10の温度が目標温度より高い場合は、加熱空気の温度を低下させたり、流量を減少させるような制御を行う。ここで、目標温度とは、35℃〜130℃という温度である。例えば、目標温度として、繊維束10が巻付け位置に到達し、ライナ2に積層される時点において樹脂の粘度がWet法での樹脂粘度と同等の粘度となる5Pa・s以下を保てるような温度が設定されてよい。目標温度は温度センサ40の設けられる位置や巻付け工程の条件等にあわせて調整する必要がある。
Specifically, for example, when the temperature of the
図3及び図4を参照して、本実施形態の加温部20Aについて詳説する。加温部20Aは走行する繊維束10に沿って配置されている。加温部20Aの下流側には、加温部20Aに隣接してデリバリアイ33が配置され、デリバリアイ33上には温度センサ40が取り付けられている。
With reference to FIG.3 and FIG.4, it demonstrates in full detail about the
加温部20Aは、繊維束10を取り囲むカバー部21と、カバー部21の下流側の端部に設けられると共にデリバリアイが固定されるフランジ部22と、繊維束10へ温風を供給する温風供給部23とを備えている。
The
カバー部21は、走行する繊維束10の周囲を走行方向に沿って所定長に渡って取り囲んでいる。フランジ部22は、繊維束10を貫通させる貫通孔を有している。なお、デリバリアイ33は、カバー部21の下流側の端部にフランジ部22によって固定され、フランジ部22の貫通孔と連通し、その先端からライナ2へ繊維束10を供給する。温度センサ40は、デリバリアイ33に治具35で固定され、デリバリアイ33の先端からライナ2へ供給される繊維束10の温度を検出する。
The
温風供給部23は、カバー部21の外部から内部に温風を取り込むための流路24と、流路24の一方の端部に設けられた継手25と、流路24の他方の端部に設けられたノズル26とを備えている。流路24は、フランジ部22を貫通し、カバー部21の外部と内部とを連絡している。継手25は、流路24の一方の端部、すなわちカバー部21の外部側の端部であるフランジ部22の外表面から突出するようにして設けられ、外部の温風供給源(不図示)に接続される。ノズル26は、流路24の他方の端部、すなわちカバー部21の内部側の端部に、流路24と連通可能に接続され、流路24を経由して供給される温風をカバー部21の内部で繊維束10に吹き付ける。
The hot
ノズル26は、先端26aが閉じた所定長の管状部材で、その全体がカバー部21部内に配置されている。また、ノズル26は、繊維束10から離間した位置において、繊維束10の走行方向と略平行に延びるように配置されている。ノズル26は、走行方向と直交する方向(本実施形態では、繊維束10の上方向)において、繊維束10から所定距離、離間している。ノズル26は、長手方向に沿って一定間隔で複数の開孔26bを有し、これらの開孔26bが走行する繊維束10に対向する向きに配置されている。ノズル26は、流路24を介して供給された温風を繊維束10に吹き付けて繊維束10を加温する。このとき、温風がカバー部21内部に閉じ込められるので、繊維束10の加温を効率的に行うことができる。
The
以上、本実施形態の複合容器1の製造システム100A及び製造方法によれば、ライナ2の外周側の巻付け位置より上流側において、加温部20Aにより温風を繊維束10に吹き付けて繊維束10を加温する。このため、繊維束10に予め含浸された熱硬化性樹脂の粘度が低下し、繊維束10がライナ2上又はすでに巻き付けられた繊維束10上で広がりやすくなる。したがって、繊維束10がライナ2に巻き付けられる際に、楕円状となったり、撚れたりして、強化層3中の繊維束10と繊維束10との間に空隙が発生するのを抑えることができる。この結果、強化層3の強度を向上させるとともに、複合容器1の強度を向上させることができる。
As described above, according to the
また、繊維束10としてトウプリプレグを用いるので、Wet法のようにレジンバスを別途設け、レジンバスにより熱硬化性樹脂を繊維束10に含浸させる必要がなく、複合容器1の製造システム100A及び製造方法を簡単にすることができる。
Further, since a tow prepreg is used as the
また、加温された繊維束10の温度を温度センサ40で検出し、当該温度によって加温部20Aによる温風の温度や流量等を調整するので、例えば、ヘリカル巻のように繊維束10の走行速度(FWの速度)が変化する場合でも繊維束10の温度を一定に保つことができる。
Further, the temperature of the
また、加温部20Aは温風を吹き付けることにより繊維束10を加温するので、加温部20A自体が繊維束10に対して非接触であり、繊維束10の走行状態を安定化させることができるとともに、繊維束10の損傷を防止することができる。また、加温により繊維束10に含浸された熱硬化性樹脂の粘度が低下した場合であっても、熱硬化性樹脂が加温部20Aに付着するおそれがない。
Moreover, since the
また、加温部20Aを繊維束10の巻付け位置のなるべく近くのデリバリアイ33に設けるので、巻付け位置に到達した時点での繊維束10の温度を高く維持しやすい。これにより、繊維束10がライナ2上又はすでに巻き付けられた繊維束10上で広がりやすくなり、複合容器1の強度を向上させることができる。なお、設置が可能であれば、デリバリアイ33に設置してもよいし、デリバリアイ33と巻付け位置との間に設置してもよい。
In addition, since the
なお、上述の実施形態では、加温部20Aはノズル26を1つ備えることとしたが、これに限られず、2つ以上であってもよい。
In the above-described embodiment, the
図5に示されるように、変形例に係る加温部20Aは、ノズル26を2つ備えている。これらの2つのノズル26は、走行する繊維束10を挟み込むように対向してカバー部21内に配置され、それぞれ温風を繊維束10に吹き付ける。2つの継手25はそれぞれ同じ外部の温風供給源(不図示)に接続される。これによれば、平板状の繊維束10を両面から加温するので、繊維束10の温度を均一にすることができる。なお、2つの継手25はそれぞれ別の外部の温風供給源に接続されることとしてもよく、これによれば、各ノズル26から繊維束10に吹き付けられる温風の温度や流量等を異ならせることができる。
As shown in FIG. 5, the
また、本実施形態では、加温部20Aをデリバリアイ33の一箇所に設けることとしたが、これに限られず、ライナ2の外周側における繊維束10の巻付け位置より上流側であればどこに配置されてもよく、複数箇所に設けてもよい。
In the present embodiment, the
また、加温部20Aにより繊維束10を加温することに加え、ライナ2を内部又は外部から加熱するようにしてもよい。これにり、繊維束10はライナ2上又はすでに巻き付けられた繊維束10上で更に広がりやすくなるので、複合容器1の強度を更に向上させることができる。
In addition to heating the
また、Wet法により熱硬化樹脂が予め含浸された繊維束10を加温することとしてもよい。Wet法では繊維束10はレジンバスにより加温された状態とされるが、さらに加温することにより、巻付け位置に到達するまで温度を維持しやすくなる。この場合、加温部20Aの設けられる位置は、レジンバスより下流側で、且つ巻付け位置より上流側であればどこでもよいが、巻付け位置になるべく近い方が好ましい。
[第2実施形態]
Moreover, it is good also as heating the
[Second Embodiment]
次に、第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第1実施形態と異なる点について主に説明する。本実施形態に係る複合容器1の製造方法及び製造システム100Bが上記第1実施形態と異なる点は、加温部20Bの構成である。以下、図6を参照して、本実施形態について詳説する。
Next, a second embodiment will be described. In the description of the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described. The manufacturing method of the
図6に示すように、複合容器1の製造システム100Bでは、加温部20Bは、繊維束10に非接触で熱を伝えて加温を行うものであり、熱放射により間接的に繊維束10に熱を伝えるものである。本実施形態では、加温部20Bは、赤外線ヒータ27,28を備え、これらの熱放射により繊維束10を加温するものとして説明する。赤外線ヒータ27,28は、それぞれ巻付束通過位置調整部32及びデリバリアイ33を走行する繊維束10を加温できる位置に配置される。赤外線ヒータ27,28は、繊維束10とは非接触に配置され、繊維束10との距離は、例えば数cmとされる。赤外線ヒータ27,28は、それぞれコントローラ50に接続されており、これにより、赤外線ヒータ27,28による加温がコントローラ50で制御される。赤外線ヒータ27,28は、繊維束10の上下あるいは左右の両側に配置してもよい。
As shown in FIG. 6, in the
赤外線ヒータ27,28は、例えば、短波長ヒータであり、これによれば、樹脂を透過して炭素繊維を加熱できるため、効率的に炭素繊維を加温することができる。赤外線ヒータ27,28は、これに限られず、例えば、繊維束10を外部から加熱する対流方式によるものであってもよい。また、赤外線ヒータ27,28は、例えば、何本も組み合わせたモジュール形式であってもよい。
The
なお、本実施形態では、赤外線ヒータ27,28は、それぞれ巻付束通過位置調整部32及びデリバリアイ33を走行する繊維束10を加温できる位置に配置されることとしたが、これに限られず、ライナ2における繊維束10の巻付け位置より上流側において繊維束10を加温できる位置に配置されればよい。また、本実施形態では、赤外線ヒータ27,28の2つを設置することとしたが、1つ以上であればいくつ設置してもよく、繊維束10の走行速度(FWの速度)によって何箇所かに設置してもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態によれば、赤外線ヒータ27,28より繊維束10を非接触で加温するので、繊維束10が損傷され難い。特に、繊維束10は走行状態にあるため、非接触で加温することにより、繊維束10の損傷が防止されるだけでなく、走行状態を安定化することができる。また、赤外線ヒータ27,28によれば、カバー部21(図4参照)を用いなくても繊維束10の温度を上昇させやすいが、更にカバー部21を用い、カバー部21の内部に赤外線ヒータ27,28を設けることとしてもよい。これによれば、繊維束10の加温をより効率的に行うことができる。
According to this embodiment, since the
以下に実施例を説明する。ただし、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものはない。
[トウプリプレグ加温実験]
Examples will be described below. However, the present invention is not limited to these examples.
[Toe prepreg warming experiment]
上記の第1実施形態に係る複合容器の製造システム1A及び製造方法に対応した製造システム及び製造方法を用いて、以下の条件で加熱空気を吹き付けてトウプリプレグ(TPP)を加温し、トウプリプレグの加温実験を行った。
加熱空気の流量:400L/min
加熱空気温度(Heated air temperature):100℃、130℃
トウプリプレグの走行速度(TPP speed):80mm/s、160mm/s、320mm/s、360mm/s、420mm/s、520mm/s
Using the manufacturing system and manufacturing method corresponding to the composite container manufacturing system 1A and the manufacturing method according to the first embodiment, heated tow prepreg (TPP) is heated by blowing heated air under the following conditions, and the tow prepreg is heated. The warming experiment was conducted.
Heated air flow rate: 400L / min
Heated air temperature: 100 ° C, 130 ° C
Tow prepreg traveling speed (TPP speed): 80 mm / s, 160 mm / s, 320 mm / s, 360 mm / s, 420 mm / s, 520 mm / s
図7に示されるように、トウプリプレグの温度(TPP temperature)は、加熱空気温度が100℃、130℃のいずれの場合であっても、トウプリプレグの走行速度が160mm/sのときに最も高くなった。なお、トウプリプレグの走行速度は、ライナの直径とライナの回転速度とにより算出した。 As shown in FIG. 7, the temperature of the tow prepreg (TPP temperature) is highest when the running speed of the tow prepreg is 160 mm / s, regardless of whether the heating air temperature is 100 ° C. or 130 ° C. became. The traveling speed of the tow prepreg was calculated from the diameter of the liner and the rotational speed of the liner.
トウプリプレグの温度が走行速度に応じて変化するのは、加温部からの単位長さ当たりの伝熱量と、加温部で加温されてから温度センサに至るまでにかかる時間等が変化するためと考えられる。このように、トウプリプレグの温度は、トウプリプレグの走行速度、加熱空気温度、加熱空気流量等によって変化するため、これらを適宜調整することによって所望の温度に設定する必要がある。
[破裂実験]
(実施例)
The temperature of the tow prepreg changes according to the traveling speed because the amount of heat transfer per unit length from the heating unit and the time taken from the heating unit to the temperature sensor change. This is probably because of this. As described above, the temperature of the tow prepreg varies depending on the traveling speed of the tow prepreg, the heating air temperature, the heating air flow rate, and the like. Therefore, it is necessary to appropriately adjust these to set the desired temperature.
[Burst experiment]
(Example)
実施例として、上記の第1実施形態に係る複合容器の製造システム1A及び製造方法に対応した製造システム及び製造方法を用いて、加温部によりトウプリプレグを以下の条件で加温し、加温したトウプリプレグを内容積7.5Lのアルミニウム合金製ライナに巻き付けてCFRP(繊維強化プラスチック)層を積層した。なお、雰囲気温度は室温とした。
加熱空気の流量:400L/min
加熱空気温度(Heated air temperature):130℃
トウプリプレグの温度:120℃
As an example, the heating system heats the tow prepreg under the following conditions using the manufacturing system and manufacturing method corresponding to the manufacturing system 1A and the manufacturing method of the composite container according to the first embodiment, and the heating is performed. The tow prepreg was wound around an aluminum alloy liner having an inner volume of 7.5 L, and a CFRP (fiber reinforced plastic) layer was laminated. The ambient temperature was room temperature.
Heated air flow rate: 400L / min
Heated air temperature: 130 ° C
Tow prepreg temperature: 120 ° C
トウプリプレグの樹脂には、25LV−4を用い、巻き付けピッチは3mmとし、層構成としては周方向で破壊が発生するよう軸方向強度に大きく影響する浅い角度のヘリカル巻を多く用いた。 As the tow prepreg resin, 25LV-4 was used, the winding pitch was 3 mm, and a helical structure with a shallow angle that greatly affects the axial strength so that fracture occurred in the circumferential direction was used as the layer structure.
続いて加熱炉で以下の手順で加熱することによりCFRP層を硬化させ、タンク形状のCFRP容器を作成した。
1.1時間かけて130℃まで加熱
2.2時間30分間130℃を維持
3.1時間かけて常温まで冷却
Subsequently, the CFRP layer was cured by heating in the following procedure in a heating furnace, and a tank-shaped CFRP container was prepared.
1.1 hours heating to 130 ° C 2.2
以上のようにして作成した実施例のCFRP容器に対して水圧による破裂試験を行ったところ、破裂圧力は60.7MPaであった。この結果を図8に示す。
(比較例)
When the burst test by the water pressure was done with respect to the CFRP container of the Example created as described above, the burst pressure was 60.7 MPa. The result is shown in FIG.
(Comparative example)
比較例として、加温を行わない以外は実施例と同様にしてCFRP容器を作成し、作成した比較例のCFRP容器に対して水圧による破裂試験を行ったところ、破裂圧力は59MPaであった。この結果を図8に示す。 As a comparative example, a CFRP container was prepared in the same manner as in the example except that heating was not performed, and a burst test with a hydraulic pressure was performed on the prepared CFRP container. As a result, the burst pressure was 59 MPa. The result is shown in FIG.
このようにトウプリプレグの加温により、CFRP容器の強度が向上することが確認できた。 Thus, it was confirmed that the strength of the CFRP container was improved by heating the tow prepreg.
1…複合容器、2…ライナ、3…強化層、10…繊維束、20A,20B…加温部、27,28…赤外線ヒータ、30…巻付け部、40…温度センサ、50…コントローラ、100A、100B…複合容器の製造システム。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
樹脂が含浸された繊維束を予め加温する加温部と、
前記加温された繊維束をライナの外周側に巻き付ける巻付け部と、を備え、
前記加温部は、巻付け位置より上流側で温風により前記繊維束を加温するノズルを有し、
前記ノズルは、前記繊維束の走行方向に沿って配置され、
前記ノズルには、前記繊維束に対向する複数の開孔が前記走行方向に沿って設けられている、複合容器の製造システム。 A manufacturing system for manufacturing a composite container having a reinforcing layer,
A heating unit for preheating the fiber bundle impregnated with the resin;
A winding part for winding the heated fiber bundle around the outer periphery of the liner,
The heating unit has a nozzle that heats the fiber bundle with warm air upstream from the winding position ;
The nozzle is disposed along the traveling direction of the fiber bundle,
The composite container manufacturing system , wherein the nozzle is provided with a plurality of apertures facing the fiber bundle along the traveling direction .
樹脂が含浸された繊維束を予め加温する加温工程と、
前記加温された繊維束をライナの外周側に巻き付ける巻付け工程と、を備え、
前記加温工程において、前記繊維束は巻付け位置より上流側で前記繊維束の走行方向に沿って配置されたノズルの温風により加温され、
前記ノズルには、前記繊維束に対向する複数の開孔が前記走行方に沿って設けられている、複合容器の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing a composite container having a reinforcing layer,
A heating step of preheating the fiber bundle impregnated with the resin;
A winding step of winding the heated fiber bundle around the outer periphery of the liner,
In the heating step, the fiber bundle is heated by warm air from a nozzle disposed along the traveling direction of the fiber bundle on the upstream side from the winding position,
The method for manufacturing a composite container, wherein the nozzle is provided with a plurality of apertures facing the fiber bundle along the traveling direction .
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