JPH06241397A

JPH06241397A - 圧力容器およびその製造方法

Info

Publication number: JPH06241397A
Application number: JP2518193A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Hino; 征一日野; Shoichi Sato; 正一佐藤; Takeo Sawanobori; 丈夫澤登
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Chemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1993-02-15
Filing date: 1993-02-15
Publication date: 1994-08-30

Abstract

(57)【要約】【構成】熱可塑製樹脂製内筒の外側を、補強繊維を含有
する光硬化性樹脂で強化してなることを特徴とする圧力
容器及び熱可塑性樹脂製内筒の外側に、光硬化性樹脂を
含浸した補強用繊維を光を照射しながら巻き付け、該熱
可塑性樹脂の軟化温度以下の温度で硬化することを特徴
とする圧力容器の製造方法。【効果】本発明の圧力容器は、従来の金属製および複
合材料製圧力容器と比較して、軽量かつ安価であり、そ
れでいて、耐圧性能、ガスバリヤ−性、耐腐食性等の圧
力容器としての要求特性の点で従来品と同等またはそれ
以上の特性を示す。本発明方法によれば、かかる高特性
かつ軽量・安価な圧力容器を、低温で製造可能なため、
熱可塑性樹脂製内筒の変形が防止されるとともに、内筒
と外層の密着性が向上し、薄肉化の促進が可能となり、
また、光硬化によるエネルギ−コストの軽減、生産速度
の向上、無溶剤化による環境、安全性の向上等の効果に
より、工業的有利に軽量の圧力容器が製造可能となり、
多大な工業的利益と提供するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は軽量で十分な耐圧性を有
し、更に生産性に優れた複合材料からなる圧力容器およ
びその製造方法に係わるものである。本発明で製造され
る圧力容器は、ガスボンベ（自動車、家庭用等）、携帯
用ボンベ等のほか、小型オ−トクレ−ブ、精錬器、染色
器、消毒（滅菌）器等にも用いられる。

【０００２】

【従来の技術】ガス及び液化ガスを収納する耐圧ボンベ
等の圧力容器としては、従来、鋼鉄製のものが一般に販
売、使用されている。該圧力容器はガスによる内圧に耐
えるために肉厚に作られており、重量が重いという大き
な欠点がある。このため、近年になりアルミニウム等の
軽金属またはその合金で作られた圧力容器が開発され、
市販もされている。

【０００３】また強化繊維で補強された複合材料製圧力
容器が開発され市販されている。これらは金属製内筒の
外側にフィラメントワインディング法によって繊維強化
プラスチックス層の外層を形成したものであり、全体が
金属製であるものに比較して更に軽量であることを特徴
としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】該複合材料製圧力容器
は、従来の金属製ボンベの肉厚の部分の一部を繊維強化
複合材料で置き変えたものであり、鋼鉄製、アルミニウ
ム製等の全体が金属製である圧力容器に比較して軽量に
はなっているが、更なる軽量化が求められている。

【０００５】また、熱硬化性樹脂を用いたフィラメント
ワインディング成形においては、硬化前にテ−プラッピ
ングが必要となり、生産性がよいとはいい難い。即ち、
本発明の目的は、従来品と同等以上の性能を有する従来
品より軽量の圧力容器を、工業的有利に提供することに
存する。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明者らは、上記の課題
を解決すべく鋭意検討した結果、まず、圧力容器の内筒
を金属よりも軽量なプラスチックスに変更することを検
討した。即ち、軽量な熱可塑性樹脂製内筒と繊維強化プ
ラスチックスの外層を組み合わせてなる軽量圧力容器に
つき検討したが、繊維強化プラスチックスには通常熱硬
化性樹脂が使用され、成形には加熱が必要である。一方
内筒の材料である熱可塑性樹脂は熱により容易に変形す
る性質があり、外層の成形の際にその形状が変化する。
そこで、熱可塑性樹脂製内筒の外側に、光硬化性樹脂を
含浸した補強用繊維を光を照射しながら巻き付け、該熱
可塑性樹脂の軟化温度以下の温度で硬化することにより
外層を形成すれば、熱可塑性樹脂製の内筒の変形を起こ
すことなく、軽量の圧力容器を製造することが可能であ
ることを見いだし、また、かくして製造される圧力容器
はその他の要求特性を全く損なうことなく、軽量化が実
現されることを見いだし、本発明に到達した。

【０００７】即ち、本発明の要旨は、熱可塑製樹脂製内
筒の外側を、補強繊維を含有する光硬化性樹脂の外層で
強化してなることを特徴とする圧力容器および熱可塑性
樹脂製内筒の外側に、光硬化性樹脂を含浸した補強用繊
維を光を照射しながら巻き付け、該熱可塑性樹脂の軟化
温度以下の温度で硬化することを特徴とする圧力容器の
製造方法に存する。

【０００８】

【作用】本発明の構成につき、具体的に説明する。本発
明の複合材料圧力容器の内筒は、熱可塑性樹脂をエキス
トル−ジョンブロ−、アキュ−ムレ−タ−方式、コ−ル
ドパリソン方式、コ−ルドシ−ト方式、インジェクショ
ンブロ−方式等によるブロ−成形で製造される。これら
の成形品は肉厚の均一性、寸法精度等に優れ、薄肉の熱
可塑性樹脂製マンドレルの製造が可能である。

【０００９】この内筒に用いられる熱可塑性樹脂は、圧
力容器に要求される特性により適宜選択される。例え
ば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、
ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、メタクリル樹
脂、ポリビニルアルコ−ル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
エチレンテレフタレ−ト等の汎用樹脂。またポリアミ
ド、ポリアセタ−ル、ポリカ−ボネ−ト、変性ポリフェ
ニレンエ−テル、ポリブチレンテレフタレ−ト、ＧＦ強
化ポリエチレンテレフタレ−ト、超高分子料ポリエチレ
ン等の汎用エンプラおよびポリサルフォン、ポリエ−テ
ルサルフォン、ポリフェニレンサルフォン、ポリアリレ
−ト、ポリアミドイミド、ポリエ−テルイミド、ポリエ
−テルエ−テルケトン、ポリイミド、液晶性ポリエステ
ル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミノビスマレ
イミド、ポリビスアミドトリアゾ−ル等の特殊エンプラ
が挙げられるが、一般にはポリオレフィン、ポリエステ
ル、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６等）、ポリ
カ−ボネ−ト、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂等が用いら
れる。

【００１０】これら熱可塑性樹脂は、高バリヤ−性、高
剛性、大型成形性等それぞれの要求に適したものが用い
られるが、特に高ガスバリヤ−性を必要とする圧力容器
にはガス透過率の低い樹脂を用いて、多層化することが
好ましい。本発明の圧力容器は、このようにして得られ
た熱可塑性樹脂製の内筒に、光硬化性樹脂を含浸した補
強用繊維に光を照射しながらフィラメントワインディン
グ法により巻き付け、短時間に補強層を形成させるが、
必要に応じて内筒の外層表面にあらかじめ粘着剤または
エポキシ、ウレタン等のプライマ−を薄く塗布し、半硬
化または硬化状態で補強用繊維を巻き付けることが好ま
しい。これは補強繊維巻き付け時の繊維の滑りを防止す
ると共に補強後の層間の密着性を改善することができ
る。また必要に応じ、内筒の表面を常温硬化および光硬
化性樹脂を含浸したプリプレグ（クロスマット状物、シ
−ト、テ−プ状物、織物、編物等）を用いて補強するこ
とも可能である。

【００１１】本発明に用いられる補強用繊維は、ガラス
繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、炭
化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、ポリエチレ
ン繊維等が挙げられるが、コスト面ではガラス繊維が好
ましく、物性のバランス面からは炭素繊維が好ましい。
これら補強用繊維は１種または必要に応じて２種以上を
ハイブリット化することもできる。この補強用繊維に光
硬化性樹脂を含浸し、紫外線を照射しながらフィラメン
トワインディング法を用いて熱可塑性樹脂製内筒に巻き
付けることにより外層を形成する。

【００１２】本発明に用いられる光硬化性樹脂は、不飽
和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹
脂、アクリレ−ト化合物等が挙げられ、これらの１種ま
たは２種以上を混合して用いても良い。通常、これらの
光硬化性樹脂を光硬化させるには、光反応開始剤を添加
することが行われる。該光反応開始剤には、不飽和ポリ
エステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アクリレ−ト化合
物等に有効なラジカル系重合開始剤とエポキシ樹脂等に
有効なカチオン系重合開始剤がある。ラジカル系として
は、ベンゾインアルキルエ−テル系、アントラキノン
系、ベンゾフェノン系、メチレンブル−、キサントン系
等の光反応開始剤が挙げられ、これらのラジカル系光反
応開始剤を配合してなる光硬化性樹脂配合物として昭和
高分子社製リポキシ（”ＳＰ”，”ＶＲ”シリ−ズ）等
が挙げられる。またカチオン系としては、ジアゾニウム
塩：旭電化製”ULTRASET”、ヨ−ドニウム塩：ＧＥ製”
UVE”シリ-ス゛、３Ｍ製”FC”シリ-ス゛、スルホニウム塩：旭
電化製”OPTOMER”、ＵＣＣ製”UVI”シリ-ス゛ス゛、ＧＥ
製”UVE”シリ-ス゛、３Ｍ製”FC”,”FX”シリ-ス゛、メタロセ
ン化合物：CIBA-GEIGY製”IRGACURE261”等が挙げられ
る。これら光反応開始剤は、１種または２種以上を併用
して用いることができ、ラジカル重合とカチオン重合を
同時に起こすことも可能である。

【００１３】光反応開始剤の作用を増幅する目的で、有
機過酸化物、メルカプト化合物、多環芳香族化合物等の
増感剤を添加してもよい。通常これら光反応開始剤およ
び増感剤の添加量は、それぞれ、樹脂１００重量部に対
し０．０１〜１０重量部、好ましくは０．１〜５重量部
が好ましい。なお、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエ
ステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリレ−ト化合物等のな
かには、その部分構造として、上記の光反応開始剤と同
一の構造を有する場合があり、その様な場合には、別途
光反応開始剤を用いなくとも光を照射するだけで速やか
に樹脂を硬化させることができる。

【００１４】またこれらの光硬化性樹脂に、反応性、硬
化物物性等を低下させない程度の各種反応性希釈剤、ま
たはシラン、チタネ−ト化合物等のカップリング剤、ハ
ロゲン、リン化合物等の難燃性付与剤、着色剤等も必要
に応じ用いることができる。フィラメントワインディン
グ法による成形は、上記一液性または二液性の光硬化性
樹脂に必要に応じ添加剤を加え均一に混合し、乾式また
は湿式いずれかの方法により補強用繊維に含浸し、紫外
線照射装置の間を含浸繊維を通過させると同時に、熱可
塑性樹脂製内筒に所望の積層構成になるように捲回す
る。樹脂の硬化速度は光反応開始剤により適宜調整する
が、短時間で硬化は完了する。本発明方法においては、
熱可塑性樹脂の軟化点以下の温度で加熱することも可能
である。

【００１５】一般に成形体の要求性能に合致するために
は、補強用繊維を複数の角度に配向する必要がある。特
に高剛性の円筒缶を成形する場合、高弾性の補強繊維を
円筒体の軸方向に対して低角度に捲回することで高剛性
を発揮する。通常はスパイラルまたはポ−ラ−卷きにフ
−ブ巻を重ね圧力容器を十分巻締めて成形品とする。か
くして製造される本発明の圧力容器は、低温で繊維強化
層を硬化させるため、熱可塑性樹脂との熱膨張差が少な
く、内筒の変形が防止されるとともに、内筒と外層の密
着性が向上し、薄肉化の促進が可能となり、その他の要
求特性を損なうことなく、軽量化を実現することが可能
となる。また従来に増して内筒の成形可能な熱可塑性樹
脂の選択範囲が広くなり、種々の用途に対応した圧力容
器の製造が可能となる。特に紫外線硬化による成形で
は、エネルギ−コストの軽減、生産速度の向上、無溶剤
化による環境、安全性の向上等優れた製造方法を提供す
るものである。

【００１６】更に、従来の熱硬化性樹脂を用いたフィラ
メントワインディング成形のように硬化前のテ−プラッ
ピングすることは不要である。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらの実施例によって限定される物ではない。（実施例１）中空成形用ポリエチレン系重合体（三菱化
成社製：”三菱ポリエチＢＳ４００”、ＭＩ（メルトイ
ンデックス）＝０．０３，密度０．９５５）を用い、ア
キュ−ムレ−タ−式大型ブロ−成形機を使用して、直径
２００ｍｍ，長さ４００ｍｍのボンベ状成形体を成形し
た。

【００１８】この成形体の表面に、常温硬化タイプのエ
ポキシ系プライマ−を塗布した。レジンポットに光硬化
性樹脂配合物（”リポキシＳＰー２５００”：昭和高分
子社製）を入れ、ロ−ビングガラス繊維（旭ファイバ−
グラス社製）に含浸させた。このガラス繊維をメタルハ
ライドランプ（”ＵＶＬ−４０００Ｍ３”：ウシオ電器
社製）で照射しながら、上記成形体に巻きつけた。該成
形体に塗布したプライマ−は半硬化の状態で、巻角度１
５°でスパイラル状にガラス繊維を捲回後、巻角度を４
５°とし、最外層は成形体軸方向に対して９０°方向に
捲回し巻締めを行った。捲回終了と同時に硬化はほぼ完
了していた。得られた成形品の断面には殆どボイドは観
察されなかった。この圧力容器は水圧テストの結果、最
低５０ｋｇ／ｃｍ2以上の内圧に耐えることを確認し
た。（実施例２）ポリエチレン系重合体のかわりにポリエチ
レンテレフタレ−ト系重合体を用いてボンベ状成形体を
作成し、補強用繊維としてピッチ系炭素繊維”ダイアリ
−ド”Ｋ１３７（三菱化成社製）を用い、光硬化性樹脂
配合物として”エピコ−ト８２８”（油化シェル社製：
ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹脂）６０重量部および”
ＥＲＬ４２２１”（ＵＣＣ社製：環状脂肪族エポキシ樹
脂）４０重量部ならびに”ＩＲＵＧＡＣＵＲＥ２６１”
（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ社製）２．０重量部、クメンハ
イドロパ−オキサイド２．５重量部およびアントラセン
０．５重量部の混合物を用いた以外、前記実施例１と全
く同様の方法で圧力容器を製造した。成形物の外観、硬
化性は良好であり、ボイドのない成形品が得られた。こ
の圧力容器は水圧テストの結果、最低５０ｋｇ／ｃｍ2
以上の内圧に耐えることを確認した。（比較例）ガラス繊維に含浸する樹脂配合物として、”
エピコ−ト８２８”（油化シェル社製：ビスフェノ−ル
Ａ型エポキシ樹脂）６０重量部および”ＥＲＬ４２２
１”（ＵＣＣ社製：環状脂肪族エポキシ樹脂）４０重量
部ならびに硬化剤無水メチルナジック酸９４重量部およ
び硬化触媒ジメチルベンジルアミン２重量部の混合物を
用い、ガラス繊維捲回中に紫外線照射を行わなかった以
外、前記実施例１と全く同様にして、ボンベ状成形体に
ガラス繊維を捲回した。次いで、段階的に温度を上昇
し、最終的には１８０℃、２時間で硬化を行った。硬化
後、成形物を切断して断面を観察したところ、一部内筒
が変形して外層との間に剥離が認められた。

【００１９】

【発明の効果】本発明の圧力容器は、従来の金属製およ
び複合材料製圧力容器と比較して、軽量かつ安価であ
り、それでいて、耐圧性能、ガスバリヤ−性、耐腐食性
等の圧力容器としての要求特性の点で従来品と同等また
はそれ以上の特性を示す。本発明方法によれば、かかる
高特性かつ軽量・安価な圧力容器を、低温で製造可能な
ため、熱可塑性樹脂製内筒の変形が防止されるととも
に、内筒と外層の密着性が向上し、薄肉化の促進が可能
となり、また、光硬化によるエネルギ−コストの軽減、
生産速度の向上、無溶剤化による環境、安全性の向上等
の効果により、工業的有利に軽量の圧力容器が製造可能
となり、多大な工業的利益と提供するものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂製内筒の外側を、補強繊維
を含有する光硬化性樹脂の外層で強化してなることを特
徴とする圧力容器。
【請求項２】熱可塑性樹脂製内筒の外側に、光硬化性
樹脂を含浸した補強用繊維を光を照射しながら巻き付
け、該熱可塑性樹脂の軟化温度以下の温度で硬化するこ
とを特徴とする圧力容器の製造方法。