JP2016107408A - Method of manufacturing high pressure tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a high-pressure tank.
近年、燃料電池システムに用いられる高圧水素タンク（以下、高圧タンクと称する）の開発が進んでいる。特に、車載用の燃料電池システムにおいては、強度や軽量化等の観点から、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics : 繊維強化プラスチック）製の高圧タンクが有力視されている。 In recent years, development of high-pressure hydrogen tanks (hereinafter referred to as high-pressure tanks) used in fuel cell systems has been progressing. In particular, in an in-vehicle fuel cell system, a high-pressure tank made of FRP (Fiber Reinforced Plastics) is considered promising from the viewpoint of strength and weight reduction.
この種の高圧タンクの製造では、フィラメントワインディング法（以下、「ＦＷ法」という。）が用いられる（下記特許文献１参照）。このＦＷ法により、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維をライナーの外周に繰り返し巻回して、ライナーの外周にフープ層とヘリカル層とが積層された繊維強化樹脂層を形成する。そして、その後に当該繊維強化樹脂層に含まれる熱硬化樹脂を加熱して熱硬化させることで、ライナーを繊維強化樹脂層で被覆・補強した高圧タンクが製造される。なお、上記繊維強化樹脂層のフープ層とは、繊維（例えば炭素繊維）がフープ巻（タンク胴体部においてタンク軸にほぼ垂直に巻く巻き方）されて形成された層であり、ヘリカル層とは、繊維がヘリカル巻（タンク軸にほぼ平行であり、タンクドーム部まで巻く巻き方）されて形成された層である。 In manufacturing this type of high-pressure tank, a filament winding method (hereinafter referred to as “FW method”) is used (see Patent Document 1 below). By this FW method, a fiber impregnated with a thermosetting resin such as an epoxy resin is repeatedly wound around the outer periphery of the liner to form a fiber reinforced resin layer in which a hoop layer and a helical layer are laminated on the outer periphery of the liner. And the high pressure tank which coat | covered and reinforced the liner with the fiber reinforced resin layer is manufactured by heating and thermosetting the thermosetting resin contained in the said fiber reinforced resin layer after that. The hoop layer of the fiber reinforced resin layer is a layer formed by winding a fiber (for example, carbon fiber) in a hoop (how to wind substantially perpendicularly to the tank axis in the tank body), and the helical layer is The layer is formed by helically winding the fiber (how to wind to the tank dome part substantially parallel to the tank axis).
ところで、ＦＷ法によって高圧タンクを製造した場合には、ヘリカル層成形における繊維束の重なり間に空隙が生じることが知られている。この空隙は、熱硬化後にボイドとなり、高圧タンクの強度低下など種々の問題をひき起こす原因となる。このため、繊維束の周りに余剰に樹脂を付着させてこの空隙を埋める必要があった。 By the way, it is known that when a high-pressure tank is manufactured by the FW method, voids are generated between overlapping fiber bundles in helical layer molding. The voids become voids after thermosetting and cause various problems such as a decrease in strength of the high-pressure tank. For this reason, it was necessary to fill the voids by attaching an excessive amount of resin around the fiber bundle.
しかし、繊維束の周りに余剰に樹脂を付着させてヘリカル層成形における繊維束の重なり間に空隙が生じないようにするためには、必要以上のエポキシ樹脂が必要となり、余剰分エポキシ樹脂のコストや重量が大きくなってしまうおそれがあった。 However, in order to prevent excessive gaps between the fiber bundles in the helical layer molding by attaching excessive resin around the fiber bundles, more epoxy resin is required, and the cost of the excess epoxy resin There was a risk that the weight would increase.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヘリカル層成形における繊維束の重なり間に生じる空隙を抑制しながらコスト及び重量を低減させることが可能な高圧タンクの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to manufacture a high-pressure tank capable of reducing cost and weight while suppressing voids generated between overlapping fiber bundles in helical layer molding. It is to provide a method.
上記課題を解決するために本発明に係る高圧タンクの製造方法は、熱硬化性樹脂を含浸した繊維束をタンク本体にヘリカル巻きする工程と、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化させる工程と、を備え、前記加熱硬化させる工程において、前記熱硬化性樹脂を加熱することにより、前記熱硬化性樹脂の粘度を低下させ、かつ、前記繊維束同士の間を埋めるように前記熱硬化性樹脂をゲル化させるゲル化時間を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a high-pressure tank according to the present invention includes a step of helically winding a fiber bundle impregnated with a thermosetting resin around a tank body, and a step of heat-curing the thermosetting resin. In the step of heating and curing, the thermosetting resin is gelled so as to reduce the viscosity of the thermosetting resin and fill the gaps between the fiber bundles by heating the thermosetting resin. It is characterized by including the gelation time to be converted.
本発明に係る高圧タンクの製造方法では、繊維束に含まれる熱硬化性樹脂を加熱硬化させる工程において熱硬化性樹脂を加熱することにより、熱硬化性樹脂の粘度を低下させ、かつ、繊維束同士の間を埋めるように熱硬化性樹脂をゲル化させるゲル化時間を含むことによって、加熱により粘度が低下した繊維束中に含まれる樹脂を、ヘリカル巻きによって形成された繊維束の重なり間に生じる空隙に充填することができる。このため、繊維束の周りに余剰に樹脂を付着させることなくヘリカル巻きによって形成された空隙を抑制することができる。その結果、繊維束の周りに付着させる樹脂の量を減らすことができ、コスト及びタンク本体の重量を低減させることができる。 In the method for producing a high-pressure tank according to the present invention, the viscosity of the thermosetting resin is reduced by heating the thermosetting resin in the step of heat-curing the thermosetting resin contained in the fiber bundle, and the fiber bundle By including the gelation time for gelling the thermosetting resin so as to fill between each other, the resin contained in the fiber bundle whose viscosity has been reduced by heating is changed between the fiber bundles formed by helical winding. The resulting voids can be filled. For this reason, the space | gap formed by helical winding can be suppressed, without making resin adhere excessively around a fiber bundle. As a result, the amount of resin adhered around the fiber bundle can be reduced, and the cost and the weight of the tank body can be reduced.
また本発明に係る高圧タンクの製造方法では、前記加熱硬化させる工程では、前記熱硬化性樹脂をゲル化させるゲル化時間を１１０分以上とすることも好ましい。 Moreover, in the manufacturing method of the high-pressure tank which concerns on this invention, it is also preferable that the gelling time which makes the said thermosetting resin gelatinize is 110 minutes or more in the said heat curing process.
また本発明に係る高圧タンクの製造方法では、前記熱硬化性樹脂には、前記ゲル化を遅らせる硬化剤が含まれていることも好ましい。 In the method for producing a high-pressure tank according to the present invention, it is also preferable that the thermosetting resin contains a curing agent that delays the gelation.
また本発明に係る高圧タンクの製造方法では、前記硬化剤には、アミン系材料が含まれていることも好ましい。 In the method for producing a high-pressure tank according to the present invention, the curing agent preferably contains an amine material.
また本発明に係る高圧タンクの製造方法では、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることも好ましい。 In the high pressure tank manufacturing method according to the present invention, the thermosetting resin is preferably an epoxy resin.
また本発明に係る高圧タンクの製造方法では、前記加熱硬化させる工程において、昇温速度を１℃／分以下とすることも好ましい。 Moreover, in the manufacturing method of the high pressure tank which concerns on this invention, it is also preferable that a temperature increase rate shall be 1 degrees C / min or less in the said heat curing process.
また本発明に係る高圧タンクの製造方法では、前記繊維束同士の間を埋めるように加熱することによって前記高圧タンクのドーム部における空隙率を５％以下とすることも好ましい。 Moreover, in the manufacturing method of the high pressure tank which concerns on this invention, it is also preferable to make the porosity in the dome part of the said high pressure tank into 5% or less by heating so that the said fiber bundles may be filled.
本発明によれば、ヘリカル層成形における繊維束の重なり間に生じる空隙を抑制しながらコスト及び重量を低減させることが可能な高圧タンクの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the high pressure tank which can reduce cost and a weight can be provided, suppressing the space | gap produced between the overlap of the fiber bundle in helical layer shaping | molding.
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The present invention is illustrated by the following preferred embodiments, but can be modified in many ways without departing from the scope of the present invention, and other embodiments other than this embodiment can be utilized. . Accordingly, all modifications within the scope of the present invention are included in the claims.
（高圧タンク）
まず、高圧タンク１００の構成について説明する。図１は、高圧タンク１００の概略構成を示す断面図である。図１では、高圧タンク１００の中心軸に平行で中心軸を通る切断面で切断された断面図を示している。高圧タンク１００の中心軸は、略半球状である円筒形状の高圧タンク本体（タンク本体）の円の中心を通る軸と一致する。なお、本明細書では、略半球状部分をドーム部、筒状胴体部分をストレート部といい、それぞれ符号１ｄ、１ｓで表す。また本実施形態では、高圧タンク１００には、圧縮水素が充填される。例えば、高圧タンク１００は、圧縮水素が充填された状態で、燃料電池に水素を供給するために、燃料電池車に搭載される。
(High pressure tank)
First, the configuration of the high-pressure tank 100 will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the high-pressure tank 100. FIG. 1 shows a cross-sectional view taken along a cutting plane that is parallel to the central axis of the high-pressure tank 100 and passes through the central axis. The central axis of the high-pressure tank 100 coincides with an axis passing through the center of a circle of a cylindrical high-pressure tank main body (tank main body) that is substantially hemispherical. In the present specification, the substantially hemispherical portion is referred to as a dome portion, and the cylindrical body portion is referred to as a straight portion, which are denoted by reference numerals 1d and 1s, respectively. In the present embodiment, the high-pressure tank 100 is filled with compressed hydrogen. For example, the high-pressure tank 100 is mounted on a fuel cell vehicle in order to supply hydrogen to the fuel cell in a state filled with compressed hydrogen.
高圧タンク１００は、樹脂ライナー１０と、外殻２０と、バルブ側口金３０と、エンド側口金４０と、バルブ５０と、を備える。樹脂ライナー１０は、内部に水素が充填される空間を備える中空形状とされ、水素が外部に漏れないように内部空間を密閉するガスバリア性を有する。 The high-pressure tank 100 includes a resin liner 10, an outer shell 20, a valve-side base 30, an end-side base 40, and a valve 50. The resin liner 10 has a hollow shape having a space filled with hydrogen therein, and has a gas barrier property that seals the internal space so that hydrogen does not leak outside.
外殻２０は、樹脂ライナー１０の外周を覆うように形成された繊維強化樹脂層であって、繊維強化プラスチックとしてのＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）である。この外殻２０は、樹脂ライナー１０の外周に、エポキシ樹脂等の熱硬化性を有する樹脂を含有するカーボン繊維やガラス繊維をＦＷ法にて繰り返し巻回し、樹脂の熱硬化を経て形成され、樹脂ライナー１０を補強する。本実施形態では、カーボン繊維にエポキシ樹脂が含浸されたプリプレグが用いられる。なお、カーボン繊維は、繊維径が１μｍ程度の単繊維を多数束ねて構成され（以下、繊維束とも称する）、このようなカーボン繊維としては、例えば、レーヨン系カーボン繊維や、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系カーボン繊維や、ピッチ系カーボン繊維を用いることができる。 The outer shell 20 is a fiber reinforced resin layer formed so as to cover the outer periphery of the resin liner 10 and is CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) as a fiber reinforced plastic. The outer shell 20 is formed by repeatedly winding a carbon fiber or a glass fiber containing a thermosetting resin such as an epoxy resin on the outer periphery of the resin liner 10 by the FW method, and then heat-curing the resin. The liner 10 is reinforced. In this embodiment, a prepreg in which carbon fibers are impregnated with an epoxy resin is used. The carbon fiber is configured by bundling a large number of single fibers having a fiber diameter of about 1 μm (hereinafter also referred to as a fiber bundle). Examples of such carbon fibers include rayon-based carbon fibers and polyacrylonitrile (PAN). -Based carbon fibers and pitch-based carbon fibers can be used.
バルブ側口金３０は、略円筒状を成し、樹脂ライナー１０と外殻２０との間に嵌入されて、固定されている。バルブ側口金３０の略円柱状の開口が、高圧タンク１００の開口として機能する。本実施例において、バルブ側口金３０は、ステンレスから成るが、アルミニウム等他の金属から成るものであってもよいし、樹脂製でもよい。バルブ５０は、円柱状の部分に、雄ねじ（図示略）が形成されており、バルブ側口金３０の内側面に形成されている雌ねじ（図示略）に螺合されることにより、バルブ５０によって、バルブ側口金３０の開口が閉じられる。エンド側口金４０は、例えばアルミニウムから成り、一部分が外部に露出した状態で組みつけられ、タンク内部の熱を、外部に導く働きをするものである。 The valve side cap 30 has a substantially cylindrical shape, and is fitted and fixed between the resin liner 10 and the outer shell 20. The substantially cylindrical opening of the valve side cap 30 functions as the opening of the high-pressure tank 100. In the present embodiment, the valve side cap 30 is made of stainless steel, but may be made of other metals such as aluminum, or may be made of resin. The valve 50 is formed with a male screw (not shown) in a cylindrical portion, and is screwed into a female screw (not shown) formed on the inner surface of the valve side cap 30, thereby allowing the valve 50 to The opening of the valve side cap 30 is closed. The end side cap 40 is made of, for example, aluminum and is assembled in a state where a part thereof is exposed to the outside, and serves to guide heat inside the tank to the outside.
（高圧タンクの製造方法）
次に、上述した構成を備える高圧タンク１００の製造方法について説明する。図２は、高圧タンク１００の製造工程の概要を示すフローチャートである。この製造工程では、ＦＷ法によって樹脂製のタンク容器の外表面に繊維強化樹脂層が形成された高圧タンクが製造される。
(High pressure tank manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the high-pressure tank 100 having the above-described configuration will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an outline of the manufacturing process of the high-pressure tank 100. In this manufacturing process, a high-pressure tank in which a fiber reinforced resin layer is formed on the outer surface of a resin tank container is manufactured by the FW method.
ステップＳ１００の工程では、まず、樹脂ライナー１０と、予め熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグを準備する。次に、このプリプレグをＦＷ法によって樹脂ライナー１０の外周に巻回して外殻２０となる繊維強化樹脂層を形成する。本実施形態におけるプリプレグとは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維に樹脂を含浸させ、半硬化状態としたものを含む。このような熱硬化性の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、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。なお、本実施形態において用いられるプリプレグの繊維と樹脂の比率は、ＲＣ標記にて２０〜２６ｗｔ％である。また、プリプレグの巻付方法としては、例えばフープ巻きやヘリカル巻きを採用することができる。 In step S100, first, a resin liner 10 and a prepreg impregnated with a thermosetting resin in advance are prepared. Next, this prepreg is wound around the outer periphery of the resin liner 10 by the FW method to form a fiber reinforced resin layer that becomes the outer shell 20. The prepreg in the present embodiment includes a prepreg in which a fiber impregnated with a thermosetting resin such as an epoxy resin is impregnated with a resin to be in a semi-cured state. The types of such thermosetting resins are phenol resin, urea resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, polyimide resin, bismaleimide resin, polyimide resin, polyurethane resin, diallyl phthalate resin, epoxy resin, melamine resin , Allyl resins and the like, but are not limited thereto. In addition, the ratio of the fiber and resin of the prepreg used in this embodiment is 20-26 wt% by RC title. Further, as a prepreg winding method, for example, hoop winding or helical winding can be employed.
熱硬化性樹脂の主剤としては、例えばエポキシ樹脂の場合、ビスフェノール型エポキシ樹脂が挙げられる。 As the main component of the thermosetting resin, for example, in the case of an epoxy resin, a bisphenol type epoxy resin may be mentioned.
また、熱硬化性樹脂に加える硬化剤としては、アミン系の硬化剤が挙げられる。このアミン系の硬化剤としては、例えば、芳香族ポリアミン等の硬化剤が挙げられる。このアミン系の硬化剤としては、熱硬化性樹脂をゲル化させる時間（ゲル化時間）を遅らせることが可能な材料であれば特に限定されるものではなく、適宜選択することが可能である。 Examples of the curing agent added to the thermosetting resin include amine-based curing agents. Examples of the amine-based curing agent include curing agents such as aromatic polyamines. The amine-based curing agent is not particularly limited as long as it is a material capable of delaying the gelation time of the thermosetting resin (gelation time), and can be appropriately selected.
また、熱硬化性樹脂に加える強化剤としては、例えば熱可塑系樹脂等の強化剤が挙げられる。熱硬化性樹脂に加える消泡剤としては、例えば非シリコン系等の消泡剤が挙げられる。 Moreover, as a reinforcing agent added to a thermosetting resin, reinforcing agents, such as a thermoplastic resin, are mentioned, for example. Examples of the antifoaming agent added to the thermosetting resin include non-silicone antifoaming agents.
次いで、ステップＳ１１０の工程では、プリプレグに含まれる樹脂を硬化させる熱硬化処理を行う。この工程では、例えば加熱によって熱硬化性樹脂を硬化させる硬化処理や紫外線によって熱硬化性樹脂を硬化させる硬化処理が行われる。なお、この熱硬化処理における熱硬化性樹脂を硬化させる方法は特に限定されるものではなく、適宜選択され得るものである。 Next, in the process of step S110, a thermosetting process for curing the resin contained in the prepreg is performed. In this step, for example, a curing process for curing the thermosetting resin by heating or a curing process for curing the thermosetting resin by ultraviolet rays is performed. In addition, the method of hardening the thermosetting resin in this thermosetting process is not specifically limited, It can select suitably.
次いで、ステップＳ１２０の工程では、上記熱硬化処理を行うことで、プリプレグに含まれる樹脂の粘度を低下させ、プリプレグに含まれる余剰樹脂をゲル化させる。本実施形態では、加熱硬化させる工程において、熱硬化性樹脂を加熱することにより、熱硬化性樹脂の粘土を低下させ、かつ、繊維間同士の間を埋めるように熱硬化性樹脂をゲル化させる時間をゲル化時間と称する。このゲル化時間は、例えばトルク式ゲル化タイムテスター（図示省略）で測定される。具体的には、まず、このトルク式ゲル化タイムテスターを予め規定温度（１１０℃）に安定させ、試料２ｍｌを注射器で試験管にとり、ガラス棒を挿入する。次いで、ガラス板を油槽中にセットし、タイマーをスタートする。次いで、トルク感知マグネット・ローターおよび、ガラス棒を試験管と同芯になるように取り付け、ローターを作動させる。そして、規定トルクに達すると、タイマーおよびローターが停止し、試験が終了する。このタイマーが停止した時間を読み取る。以上のようにして、ゲル化時間を測定する。本実施形態におけるゲル化時間は、使用する熱硬化性樹脂の種類及び昇温速度に応じて変動する時間であり、ゲル化時間を１１０分以上に遅らせる場合には、例えば、ガラス転移温度１３０℃以上の材料及び１℃／分以下の昇温速度が好適である。 Next, in the process of step S120, by performing the thermosetting treatment, the viscosity of the resin contained in the prepreg is reduced, and the excess resin contained in the prepreg is gelled. In the present embodiment, in the step of heat curing, the thermosetting resin is heated to reduce the clay of the thermosetting resin, and the thermosetting resin is gelled so as to fill between the fibers. Time is referred to as gel time. This gelation time is measured by, for example, a torque type gelation time tester (not shown). Specifically, first, the torque-type gelation time tester is previously stabilized at a specified temperature (110 ° C.), 2 ml of a sample is taken into a test tube with a syringe, and a glass rod is inserted. Next, the glass plate is set in the oil tank and the timer is started. Next, the torque sensing magnet rotor and the glass rod are attached so as to be concentric with the test tube, and the rotor is operated. When the specified torque is reached, the timer and rotor are stopped, and the test ends. Read the time when this timer stopped. The gelation time is measured as described above. The gelation time in the present embodiment is a time that varies depending on the type of thermosetting resin to be used and the rate of temperature increase. When the gelation time is delayed to 110 minutes or more, for example, a glass transition temperature of 130 ° C. The above materials and a heating rate of 1 ° C./min or less are suitable.
次いで、ステップＳ１３０の工程では、上述した熱硬化処理において粘度を低下させたプリプレグに含まれる余剰樹脂を、ヘリカル層成形における繊維束の重なり間に生じる空隙Ｗ（図４参照）に流動させる。なお、ヘリカル層とは、ヘリカル巻（タンク軸にほぼ平行であり、タンクドーム部まで巻く巻き方）されて形成された層を含む。本実施形態では、熱硬化性樹脂を加熱硬化させる工程において、繊維間同士の間を埋めることによって高圧タンク１００のドーム部１ｄにおける空隙率を５％以下とすることが好適である。これにより、高圧タンク１００のドーム部１ｄにおける空隙量を、従来の方法により製造された高圧タンクと比較して約５５％減少させることができ、その結果、疲労強度を高めることができる。また、このように高圧タンク１００のドーム部１ｄにおける空隙量を減少させても、ドーム部１ｄの歪量の影響を抑えることができる。 Next, in step S130, the surplus resin contained in the prepreg whose viscosity has been reduced in the above-described thermosetting treatment is caused to flow into the voids W (see FIG. 4) generated between the overlapping fiber bundles in the helical layer molding. The helical layer includes a layer formed by helical winding (which is substantially parallel to the tank axis and wound up to the tank dome). In the present embodiment, in the step of heat-curing the thermosetting resin, it is preferable that the void ratio in the dome portion 1d of the high-pressure tank 100 is 5% or less by filling between the fibers. Thereby, the gap | interval amount in the dome part 1d of the high pressure tank 100 can be reduced about 55% compared with the high pressure tank manufactured by the conventional method, As a result, fatigue strength can be raised. Further, even if the gap amount in the dome portion 1d of the high-pressure tank 100 is reduced in this way, the influence of the distortion amount of the dome portion 1d can be suppressed.
次いで、ステップＳ１４０の工程では、樹脂ライナー１０の外周にプリプレグを巻回りして外殻２０となる繊維強化樹脂層を形成し、樹脂ライナー１０と外殻２０とを一体化させて一体構造とする。その後、熱硬化処理を終了し、高圧タンク１００の製造工程は終了する。 Next, in step S140, a fiber reinforced resin layer that forms the outer shell 20 is formed by winding the prepreg around the outer periphery of the resin liner 10, and the resin liner 10 and the outer shell 20 are integrated to form an integrated structure. . Thereafter, the thermosetting process is finished, and the manufacturing process of the high-pressure tank 100 is finished.
以上のように、本実施形態に係る高圧タンクの製造方法によれば、繊維束に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させる工程において、熱硬化性樹脂の粘度を低下させ、かつ、繊維束同士の間を埋めるように熱硬化性樹脂をゲル化させるゲル化時間を含むようにしている。このようにゲル化時間を設定することにより、加熱硬化処理において粘度が低下した繊維束中に含まれる熱硬化性樹脂を、ヘリカル層成形における繊維束の重なりに生じる空隙に流動させることができる。このため、繊維束の周りに余剰に樹脂を付着させることなく、言い換えれば、高い樹脂含有率の熱硬化性樹脂を用いることなく、ヘリカル層成形における繊維束の重なりに生じる空隙を抑制することができる。その結果、繊維束の周りに付着させる樹脂の量を減らすことができるので、高圧タンクの軽量化及び低コスト化を図ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a high-pressure tank according to the present embodiment, in the step of curing the thermosetting resin contained in the fiber bundle, the viscosity of the thermosetting resin is reduced, and the fiber bundles Gelation time for gelling the thermosetting resin is included so as to fill the gap. By setting the gelation time in this manner, the thermosetting resin contained in the fiber bundle whose viscosity has been reduced in the heat curing process can be caused to flow into the void generated in the overlap of the fiber bundle in the helical layer molding. For this reason, without causing excessive resin to adhere around the fiber bundle, in other words, without using a thermosetting resin having a high resin content, it is possible to suppress voids generated in the overlap of fiber bundles in helical layer molding. it can. As a result, since the amount of resin adhered around the fiber bundle can be reduced, the weight and cost of the high-pressure tank can be reduced.
続いて、本実施形態に係る高圧タンクの製造方法における熱硬化性樹脂の硬化時間について説明する。図３は、従来の高圧タンクの製造方法における熱硬化性樹脂の硬化時間と本実施形態に係る高圧タンクの製造方法における熱硬化性樹脂の硬化時間について説明するための説明図である。なお、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いている。図３におけるグラフの横軸はエポキシ樹脂の硬化時間を表し、図３におけるグラフの縦軸はエポキシ樹脂の引張強度を表している。 Subsequently, the curing time of the thermosetting resin in the method for manufacturing a high-pressure tank according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the curing time of the thermosetting resin in the conventional high-pressure tank manufacturing method and the curing time of the thermosetting resin in the high-pressure tank manufacturing method according to the present embodiment. An epoxy resin is used as the thermosetting resin. The horizontal axis of the graph in FIG. 3 represents the curing time of the epoxy resin, and the vertical axis of the graph in FIG. 3 represents the tensile strength of the epoxy resin.
図３では、本実施形態に係る高圧タンク１００の製造方法におけるエポキシ樹脂の硬化時間を、グラフＧ１として示している。また、従来の高圧タンク２００の製造方法におけるエポキシ樹脂の硬化時間を、グラフＧ２として示している。また、本実施形態に係る高圧タンク１００の製造方法では、低樹脂含有率のプリプレグ（プリプレグの繊維と樹脂の比率は、ＲＣ標記にて約２２〜２６ｗｔ％程度）が用いられるのに対し、従来の高圧タンク２００の製造方法では、高樹脂含有率のプリプレグ（プリプレグの繊維と樹脂の比率は、ＲＣ標記にて約２９ｗｔ％程度）が用いられる。 In FIG. 3, the curing time of the epoxy resin in the method for manufacturing the high-pressure tank 100 according to the present embodiment is shown as a graph G1. Moreover, the hardening time of the epoxy resin in the manufacturing method of the conventional high-pressure tank 200 is shown as graph G2. Moreover, in the manufacturing method of the high-pressure tank 100 according to the present embodiment, a prepreg having a low resin content rate (the ratio of the prepreg fiber to the resin is about 22 to 26 wt% in the RC mark) is conventionally used. In the method of manufacturing the high-pressure tank 200, a prepreg having a high resin content (the ratio of the prepreg fibers to the resin is about 29 wt% in RC) is used.
図３に表されるように、グラフＧ１とグラフＧ２とを比較すると、グラフＧ１（本発明）の方が、エポキシ樹脂の硬化時間が長くなっている。より詳細には、グラフＧ２（従来）ではエポキシ樹脂の硬化が始まる時間、言い換えればエポキシ樹脂のゲル化時間が１０分であり、その時点から時間の経過と共にエポキシ樹脂の引張強度が増加して所定時間経過後に一定となるのに対し、グラフＧ１（本発明）では、エポキシ樹脂の硬化が始まる時間、言い換えればエポキシ樹脂のゲル化時間が１１０分であり、その時点から時間の経過と共にエポキシ樹脂の引張強度が増加して所定時間経過後に一定となる。このように、従来の高圧タンク２００の製造では、短時間で硬化する材料を用いているため、エポキシ樹脂の硬化時間が短くなっているが、本実施形態における高圧タンク１００の製造では、長時間で硬化する材料を用いる（エポキシ樹脂に含ませる硬化剤として、ゲル化時間を遅らせるアミン系の硬化剤を用いる）ため、エポキシ樹脂の硬化時間が長くなっている。また、加熱硬化前にRC表記にて約２４ｗｔ％であった繊維束は、加熱硬化後にＲＣ表記にて約２２ｗｔ％に減少している。つまり、本件のように繊維束からの樹脂で繊維束の間を埋めるように加熱した場合には、元のＲＣ値から１０％程度減少した値となる。 As shown in FIG. 3, when the graph G1 and the graph G2 are compared, the curing time of the epoxy resin is longer in the graph G1 (the present invention). More specifically, in the graph G2 (conventional), the time when the curing of the epoxy resin begins, in other words, the gelation time of the epoxy resin is 10 minutes, and the tensile strength of the epoxy resin increases with the passage of time from that point. On the other hand, in graph G1 (invention), the time when the curing of the epoxy resin starts, in other words, the gelation time of the epoxy resin is 110 minutes. The tensile strength increases and becomes constant after a predetermined time. As described above, in the manufacture of the conventional high-pressure tank 200, since a material that cures in a short time is used, the curing time of the epoxy resin is shortened. The curing time of the epoxy resin is long because a material that cures at (1) is used (an amine curing agent that delays the gelation time is used as the curing agent contained in the epoxy resin). Moreover, the fiber bundle which was about 24 wt% in RC notation before heat-curing is reduced to about 22 wt% in RC notation after heat-curing. That is, when heating is performed so as to fill the space between the fiber bundles with the resin from the fiber bundle as in the present case, the value is reduced by about 10% from the original RC value.
なお、本実施形態に係る高圧タンク１００の製造方法では、上述したように、ゲル化時間が１１０分に限定されるわけではなく、このゲル化時間は例えば６０分等、使用する熱硬化性樹脂の種類や昇温速度に応じて変動する時間である。 In the method of manufacturing the high-pressure tank 100 according to the present embodiment, as described above, the gelation time is not limited to 110 minutes, and the gelation time is, for example, 60 minutes. The time varies depending on the type and the heating rate.
以上のように、本実施形態に係る高圧タンク１００の製造方法によれば、長時間で硬化するエポキシ樹脂を用いているため、エポキシ樹脂の硬化時間を長くすることができる。詳細には、エポキシ樹脂をゲル化させるゲル化時間を例えば１１０分以上とすることができる。これにより、熱硬化処理において粘度が低下した繊維束中に含まれる樹脂を、ヘリカル巻によって繊維束の重なり間に生じる空隙に充填することができるため、繊維束の周りに付着させる樹脂の量を減らすことができる。その結果、低樹脂含有率のエポキシ樹脂を用いても空隙を抑制することができるので、高圧タンクのコスト及び重量を低減させることが可能となる。 As described above, according to the method of manufacturing the high-pressure tank 100 according to the present embodiment, since the epoxy resin that cures for a long time is used, the curing time of the epoxy resin can be extended. Specifically, the gelation time for gelling the epoxy resin can be, for example, 110 minutes or longer. As a result, the resin contained in the fiber bundle whose viscosity has been reduced in the thermosetting treatment can be filled in the voids generated between the overlapping fiber bundles by helical winding, so that the amount of the resin adhered around the fiber bundle can be reduced. Can be reduced. As a result, voids can be suppressed even when an epoxy resin having a low resin content is used, so that the cost and weight of the high-pressure tank can be reduced.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. Each element included in each of the specific examples described above and their arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed.
１０：樹脂ライナー
２０：外殻
３０：バルブ側口金
４０：エンド側口金
５０：バルブ
１００：高圧タンク
10: Resin liner 20: Outer shell 30: Valve side base 40: End side base 50: Valve 100: High pressure tank
Claims (7)
熱硬化性樹脂を含浸した繊維束をタンク本体にヘリカル巻きする工程と、
前記熱硬化性樹脂を加熱硬化させる工程と、を備え、
前記加熱硬化させる工程において、前記熱硬化性樹脂を加熱することにより、前記熱硬化性樹脂の粘度を低下させ、かつ、前記繊維束中に含まれる前記熱硬化性樹脂で前記繊維束同士の間を埋めるように前記熱硬化性樹脂をゲル化させるゲル化時間を含むように前記熱硬化性樹脂を加熱することを特徴とする高圧タンクの製造方法。 A method for manufacturing a high-pressure tank, comprising:
A step of helically winding a fiber bundle impregnated with a thermosetting resin around the tank body;
A step of heat-curing the thermosetting resin,
In the heat curing step, by heating the thermosetting resin, the viscosity of the thermosetting resin is reduced, and the thermosetting resin contained in the fiber bundle is used to interspace the fiber bundles. A method for producing a high-pressure tank, comprising heating the thermosetting resin so as to include a gelation time for gelling the thermosetting resin so as to fill the surface.
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