JPH0760859A - 容器の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】容器用ライナ−上にFRP層を形成して容器を成
形する方法において、連続長繊維束を容器用ライナ−の
半球面にもすべりなくワィンディングし得て偏肉の無い
表面平滑な外観に優れた容器を成形できる方法を提供す
る。 【構成】容器用ライナ−１上に樹脂未含浸の連続長繊維
束２１，２２，２３を層状にワィンディングし、而るの
ち、外型３をセットして樹脂を注入し、上記ワィンディ
ング層に樹脂を含浸すると共にこの含浸層上に外面平滑
な樹脂層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は容器の成形方法に関し、
FRP容器の成形に有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】圧縮気体や圧力流体を収容する圧力容器
を成形する方法として、容器用ライナ−上に、樹脂液を
含浸させた連続長繊維束を捲回積層し、次いで加熱によ
り樹脂液を硬化させることが公知である。而るに、ボン
べのように、円筒部の両端に半球殻部を有する圧力容器
においては、円筒部と半球殻部とで内圧に対する応力の
大きさ、方向が異なるので、かかる相異に応じて繊維の
ワィンディング量並びにワィンディング方向を異ならし
める必要があり、容器用ライナ−全体に対するヘリカル
巻と円筒部のみに対するフ−プ巻とによりワィンディン
グしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、容器用
ライナ−両端の半球面では、中心を外れた横断線を線状
体が張力状態で接すると、線状体を横方向にずらせよう
とする分力が発生し、この分力に対し、上記張力状態の
線状体と半球面との間の摩擦力が小であると、線状体が
横方向にずれてしまう。

【０００４】而るに、上記した両端に半球部を有する容
器用ライナ−へのヘリカル巻においては、両端の半球面
に中心を外れた横断線に樹脂含浸連続長繊維束が張力状
態で接し、樹脂の潤滑作用のためにこの連続長繊維束と
半球面との摩擦力が著しく小となる結果、連続長繊維束
がずれ易く、かかるずれのもとでは、その箇所での繊維
密度が粗になって補強不足が余儀なくされる。この補強
不足に対処するために、余分に繊維を巻けば、偏肉が余
儀なくされ、また、上記フィラメントワィンディングで
は表面が繊維のために滑らかさに欠け、光沢性が悪く、
鮮明な印刷も困難であって、外観に劣っている。

【０００５】本発明の目的は、容器用ライナ−上にFRP
層を形成して容器を成形する方法において、連続長繊維
束を容器用ライナ−の半球面にもすべりなくワィンディ
ングし得て偏肉の無い表面平滑な外観に優れた容器を成
形できる方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る容器の成形
方法は、容器用ライナ−上に樹脂未含浸の連続長繊維束
を層状にワィンディングし、而るのち、外型をセットし
て樹脂を注入し、上記ワィンディング層に樹脂を含浸す
ると共にこの含浸層上に外面平滑な樹脂層を形成するこ
とを特徴とする構成である。

【０００７】

【作用】連続長繊維束を樹脂液を含浸していない状態で
容器ライナ−にワィンディングしているから、連続長繊
維束を容器ライナ−の両端の曲面部にもすべりなく巻き
付けることができ、繊維密度の濃淡による補強不足部分
の発生や表面の凹凸化を防止できる。また、巻き付けた
繊維のずれを見込んでの余分の繊維の巻き付けが不要と
なり、偏肉による外観不良を回避できる。また、外型内
への樹脂液の注入により樹脂層を形成しているので、滑
らかで光沢を有し、鮮明な印刷が可能な外面のFRP製容
器を製作できる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説
明する。図１は本発明において使用する容器ライナ−１
の一例を示し、アルミニウム等の金属製、またはABS樹
脂、ナイロン等の合成樹脂製であり、円筒部１１と両端
曲面部１２とを有し、各曲面部１２の中心に管状突出部
１３が形成されている。

【０００９】この容器ライナ−１の厚みをｈ、円筒部１
１の内径をｒとすれば、内圧ｐの作用のもとで、円筒部
１１の軸方向引張応力δa₁並びに周方向引張応力（フ−
プストレス）δa₂は、 δa₁＝ｒｐ／（２ｈ） δa₂＝ｒｐ／ｈ で与えられる。

【００１０】また、各端曲面部１２の経線の曲率半径を
ｒ₁、経線に垂直な断面の曲率半径をｒ₂、経線方向の引
張応力をδb₁並びに経線に垂直な方向、即ち、周方向応
力をδb₂とすれば、 δb₁／ｒ₁＋δb₂／ｒ₂＝ｐ／ｈ が成立し、各端曲面１２が半球面である場合、ｒ₁＝ｒ₂
＝ｒ，δb₁＝δb₂であるから、 δb₁＝δb₂＝ｒｐ／（２ｈ） で与えられる。

【００１１】本発明の実施例によってFRP製容器を成形
するには、前段で、図２の（イ）乃至図２の（ハ）に示
すように、樹脂液を含浸していない連続長繊維束２１，
２２，２３を上記の容器ライナ−１に、上記各部の応力
に応じた所定の繊維量並びに繊維方向でワィンディング
する。

【００１２】すなわち、まず、図２の（イ）に示すよう
に、樹脂液を含浸していない連続長繊維束２を容器ライ
ナ−１の円筒部１１に繊維方向と円筒部の周方向との間
の角を実質上零としつつワィンディングして行く。すな
わち、フ−プ巻きして行く。このフ−プ巻きの終了後、
図２の（ロ）に示すように、樹脂液を含浸していない連
続長繊維束２２を容器ライナ−１の両端曲面部１２にま
たがって所定の巻き付け角度でヘリカル巻きして行く。
更に、このヘリカル巻きの終了後、図２の（ハ）に示す
ように、樹脂液を含浸していない連続長繊維束２３を容
器ライナ−１の円筒部１１にフ−プ巻きして行く。

【００１３】FRP構造において、繊維の巻き付け角を
θ、被巻き付け体の単位断面積当たりの繊維の断面積を
ｓとすると、周方向応力に対しては、断面積ｓcosθの
補強体として作用し、経線方向(軸方向)に対しては、断
面積ｓsinθの補強体として作用するから、上記フ−プ
巻きの繊維量、ヘリカル巻きの角度並びに繊維量は上記
した容器ライナ−の各部の応力を既知値として算出する
ことができる。

【００１４】而して、自在継手機構により傾動自在の容
器ライナ−支持ア−ムを有し、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に
移動自在のフィラメントフィ−ドアイを有するフィラメ
ントワィンディング機を使用し、コンピュ−タ制御によ
り容器ライナ−の傾き角、連続長繊維束の巻き付け角を
制御しつつワィンディングを行うことにより、上記容器
ライナ−の各部の応力に応じた補強が可能となる。

【００１５】上記図２の（イ）乃至図２の（ハ）に示す
ワィンディング中、図２の（イ）並びに図２の（ハ）に
示すフ−プ巻きは、容器ライナ−１の円筒部１１の周方
向応力のみに対する補強のために施されているが、上記
のように、ヘリカル巻の前後に分けてフ−プ巻きを施す
と、前者のフ−プ巻き〔図２の（イ）〕は次ぎに行うヘ
リカル巻き〔図２の（ロ）〕に対し、曲面部１２と円筒
部１１との境界での繊維の滑りを防止して曲面部１２で
の繊維のずれを阻止できるので、曲面部１２での繊維の
ずれの阻止に寄与することが期待され、また後者のフ−
プ巻き〔図２の（ハ）〕は、既に施したヘリカル巻の押
え巻として寄与することが期待される。

【００１６】勿論、全てのフ−プ巻きをヘリカル巻きの
前に行うこと、或いは、最初にヘリカル巻きを行い、次
いでフ−プ巻きを行うこと等のように、２段階ワィンデ
ィングで実施することも可能である。

【００１７】上記のように、容器用ライナ−上に樹脂未
含浸の連続長繊維束を層状にワィンディングして前段半
製品を得れば、図２の（ニ）に示すように、前段半製品
Ａに外型（２っ割れ）３をセットし、容器ライナ−両端
の突出部１３，１３を外型両端で支持して外型３の内面
と前段半製品Ａの外面との間に所定のクリアランス４を
確保し、次いで、外型３の樹脂注入口３１より樹脂液を
加圧注入し（真空引き後、加圧注入する、ガス抜き孔を
設ける等を行うことが望ましい）、ワィンディング繊維
層に樹脂を含浸させると共にこの含浸層上に樹脂層を形
成し、樹脂を硬化させたうえで、外型を脱離し、これに
て容器の成形を終了する。

【００１８】上記において、連続長繊維束にはガラス繊
維、カ−ボン繊維等の無機繊維、またはアラミド繊維、
ポリエチレン繊維の有機繊維の単独または２種以上を使
用できる。上記の図２の（イ）乃至図２の（ハ）の各段
階において、通常、連続長繊維束２１，２２，２３には
同一のものを使用するが、異なる種類の連続長繊維束を
使用することも可能である。

【００１９】上記において、樹脂には、エポキシ樹脂、
フェノ−ル樹脂等の熱硬化性樹脂または、ABS樹脂、ポ
リプロピレン、ナイロン等の熱可塑性樹脂を使用するこ
とができる。

【００２０】本発明に係るFRP製容器の成形方法によれ
ば、容器ライナ−の両端部が曲面であっても、この曲面
での繊維のずれを防止して外面滑らかな外観良好なFRP
製容器を成形できる。このことは次ぎの実施例からも確
認できる。

【００２１】実施例 容器ライナ−には、両端が半球面の内径１５０mmφ、円
筒部長さ３５０mmのアルミニウム製円筒ライナ−を使用
し、連続長繊維束には、太さ１００Tex(100g/m)のガラ
ス繊維を約５mm巾に５束たばねたものを使用した。この
ガラス繊維束を上記アルミニウム製円筒ライナ−に順次
に、フ−プ巻き、ランナ−両端部に掛け回してのヘリカ
ル巻き、フ−プ巻きし、このフ−プ巻き後、巻き付け状
態をチエックし、ライナ−両端の半球部においてもガラ
ス繊維がずれなく、安定に保持されていることを確認し
た。また、ガラス繊維に毛羽立ちが観られたが、この毛
羽立ちのために、かえってガラス繊維の摩擦が大となっ
て、ガラス繊維のずれ防止に役立っていることが明らか
になった。

【００２２】このようにして、ガラス繊維をワィンディ
ングした円筒ライナ−を上下２分割の金型内に、金型内
面との間に約２mmのクリアランスを確保して納め、金型
の樹脂注入口から液状のエポキシ樹脂配合物を圧力２０
kg/cm²にて注入し、樹脂の硬化後、脱型して製品容器を
得た。

【００２３】この製品の外観を調査したところ、両端部
でのガラス繊維は、依然としてずれなくワィンディング
直後の状態に保持されており、偏肉もなく滑らかな表面
の良好な外観であった。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係るFRP製容器の成形方法は、
上述した通りの構成であり、連続長繊維束を容器ライナ
−に樹脂液を含浸していない状態でワィンディングして
いるから、樹脂液の潤滑作用による繊維のずれ移動を排
除し、連続長繊維束の表面の毛羽立ちによる高摩擦性に
よって容器ライナ−両端の曲面にも連続長繊維束を安定
に巻き付け得、繊維のずれに伴う補強不足箇所の発生、
凹凸化偏肉を排除できる。また、外面の樹脂層を型成形
により成形しているので、樹脂層外面を金型の内面精度
にて滑らかにできる。従って、本発明によれば、連続長
繊維による補強を一様に行い得、偏肉、凹凸を排除して
表面滑らかな優れた外観のFRP製容器を容易に製作でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において使用する容器ライナ−の一例を
示す側面図である。

【図２】図２の（イ）乃至（ニ）は本発明の実施例の各
作業段階を示す説明図であり、図２の（イ）はフ−プ巻
きの段階を、図２の（ロ）はヘリカル巻きの段階を、図
３の（ハ）は後のフ−プ巻きの段階を、図２の（ニ）は
樹脂液の注入段階をそれぞれ示している。

【符号の説明】 １ 容器ライナ− １１ 容器ライナ−の円筒部 １２ 容器ライナ−の各端曲面部 ２１ 連続長繊維束 ２２ 連続長繊維束 ２３ 連続長繊維束 ３ 外型 ３１ 樹脂注入口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器用ライナ−上に樹脂未含浸の連続長繊
   維束を層状にワィンディングし、而るのち、外型をセッ
   トして樹脂液を注入し、上記ワィンディング層に樹脂を
   含浸すると共にこの含浸層上に外面平滑な樹脂層を形成
   することを特徴とする容器の成形方法。