阅读说明：本技术 储罐的制造方法 (Method for manufacturing storage tank ) 是由 饭田康博 于 2019-06-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及储罐的制造方法,是通过在内衬的外周卷绕多层含浸有树脂的纤维来制造储罐的方法,包括：环状卷绕含浸有所述树脂的所述纤维来层叠多个环状层；以及以覆盖环状层的方式螺旋卷绕含浸有树脂的纤维来层叠多个螺旋层。在层叠多个螺旋层时,将含浸有所述树脂的所述纤维的温度调整为40℃以上且60℃以下。(The present invention relates to a method for manufacturing a tank by winding a plurality of layers of resin-impregnated fibers around the outer periphery of a liner, the method including: winding the fiber impregnated with the resin in a ring shape to laminate a plurality of ring-shaped layers; and spirally winding a resin-impregnated fiber so as to cover the annular layer, thereby laminating a plurality of spiral layers. When a plurality of spiral layers are laminated, the temperature of the fibers impregnated with the resin is adjusted to 40 ℃ to 60 ℃.)

储罐的制造方法

技术领域

本发明涉及通过在内衬(liner)的外周卷绕多层含浸(浸渍)有树脂的纤维来制造储罐(tank)的储罐的制造方法。

背景技术

搭载于燃料电池机动车的储氢罐等储罐为了确保安全性而要求高强度等。作为这样的储罐的制造方法，已知例如国际公开第2010/116526所记载的纤维卷绕(FW)法。即，如下的制造方法：通过在内衬的外周反复卷绕含浸有未固化的热固化性树脂的纤维而分别形成环状层和该环状层的外侧的螺旋层，然后，使热固化性树脂热固化。

发明内容

但是，在上述的制造方法中，在从环状层的形成切换为螺旋层的形成时，纤维的朝向改变，所以，含浸于纤维的树脂的浸透(渗透)变差而易于产生空隙。在产生空隙时，会招致储罐的初始强度、疲劳强度的降低。

本发明是能够抑制空隙的产生来实现强度的提高的储罐的制造方法。

本发明的一方案的储罐的制造方法是通过在内衬的外周卷绕多层含浸有树脂的纤维来制造储罐的储罐的制造方法，该制造方法包括：环状卷绕含浸有所述树脂的所述纤维来层叠多个环状层；以及以覆盖所述环状层的方式螺旋卷绕含浸有所述树脂的所述纤维来层叠多个螺旋层；至少在层叠所述螺旋层时，将含浸有所述树脂的所述纤维的温度调整为40℃以上且60℃以下。

在本发明的一方案的储罐的制造方法中，至少在层叠螺旋层时将含浸有树脂的纤维的温度调整为40℃以上且60℃以下，从而能够降低含浸于纤维的树脂的粘度而提高树脂的浸透性。因此，即使在如从环状层的形成切换到螺旋层的形成时那样纤维的朝向改变了的情况下，也能够使得环氧树脂浸透，所以，能够抑制空隙的产生而实现储罐的强度的提高。

在本发明的一方案的储罐的制造方法中可以是，在采用具有用于输送含浸有所述树脂的所述纤维的树脂纤维输送辊的制造装置来制造储罐的情况下，在层叠所述螺旋层时，含浸有所述树脂的所述纤维的所述温度由通过控制所述树脂纤维输送辊的旋转所产生的摩擦热来调整。这样一来，能够不进行设备的追加而仅用现有的设备来应对纤维的温度调整，所以，能够维持低成本。

另外，在本发明的一方案的储罐的制造方法中可以是，在采用具有加热器的制造装置来制造储罐的情况下，在层叠所述螺旋层时，含浸有树脂的纤维的温度由所述加热器来调整。这样一来，能够仅用现有的设备来应对温度的调整，并且，能够防止给含浸有树脂的纤维带来损伤。

另外，在本发明的一方案的储罐的制造方法中可以是，在层叠所述螺旋层时，将含浸有所述树脂的所述纤维的温度调整为40℃以上且50℃以下。

另外，在本发明的一方案的储罐的制造方法中可以是，控制所述树脂纤维输送辊的旋转包括：使所述树脂纤维输送辊向与所述内衬的旋转方向相同的方向旋转；使所述树脂纤维输送辊向与所述内衬的旋转方向相反的方向旋转；以及使所述树脂纤维输送辊的旋转停止。

根据上述方案，能够抑制空隙的产生来实现强度的提高。

附图说明

本发明的示范性实施例的特征、优点以及技术和产业意义将参照附图进行描述，其中，相同的标号表示相同的部件。

图1是表示储罐的结构的剖视图。

图2是用于说明利用环状卷绕的环状层的形成的示意图。

图3是用于说明利用螺旋卷绕的螺旋层的形成的示意图。

图4是表示含浸有环氧树脂的纤维的温度与储罐的Vf(纤维体积含有率)的关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对储罐的制造方法的实施方式进行说明。在以下的说明中，作为含浸有树脂的纤维，举出含浸有环氧树脂的纤维的例子进行说明，但也可以是含浸有聚酯树脂、聚酰胺树脂等的纤维。另外，为了避免说明的复杂，在以下的说明中有时将“含浸有环氧树脂的纤维”省略为“纤维”。

首先，基于图1，对储罐的结构进行说明。图1是表示储罐的结构的剖视图。储罐1是例如搭载于燃料电池车辆的高压储罐，能在内部储存高压氢。储罐1具有：具有流体的储存空间的内衬10、以及紧贴于该内衬10的外周的加强层(即纤维强化树脂层)20。

内衬10具有对氢气的气体阻隔性。内衬10是具有大致圆筒状的主体部11和分别设置于主体部11的左右两端的大致半球状的拱顶部12的中空的容器。在2个拱顶部12的顶部分别形成开口部，在这些开口部的一方内插有阀侧卡口(接头)13而在另一方内插有端侧卡口14。

该内衬10例如采用聚乙烯、尼龙等树脂部件、通过旋转吹塑成形法而一体形成。另外，内衬10也可以代替树脂部件而由铝等轻金属来形成。而且，也可以代替旋转吹塑成形法那样的一体成形的制造方法，内衬10通过接合由注射/挤出成形等形成的分成多个的部件来形成。

加强层20具有以覆盖内衬10的主体部11的外周的方式层叠的多个环状(hoop)层21、以及以包围多个环状层21和拱顶部12的方式整体覆盖内衬10的多个螺旋层22。

如图2所示，环状层21是通过以与内衬10的中心轴L大致垂直的卷绕角度、在主体部11的周向上将含浸有环氧树脂的纤维15进行环状卷绕来形成的纤维层。在此，“大致垂直”包括90°、以及为了纤维15彼此不重叠而错开纤维15的卷绕位置而产生的90°前后的角度这双方。

另一方面，如图3所示，螺旋层22通过以相对于内衬10的中心轴L为大于0°且小于90°的卷绕角度、在主体部11和拱顶部12的周向上将纤维15进行螺旋卷绕而形成。此外，螺旋卷绕按卷绕角度被进一步分为低角度螺旋卷绕和高角度螺旋卷绕。低角度螺旋卷绕是卷绕角度小(例如比0°大且为30°以下)时的螺旋卷绕，是在纤维15绕中心轴L一周之前产生拱顶部12处的纤维15的卷绕方向的折返的卷绕方法。高角度螺旋卷绕是卷绕角度大(例如比30°大且小于90°)时的螺旋卷绕，是直到产生拱顶部12处的纤维15的卷绕方向的折返为止纤维15在主体部11绕中心轴L至少一周的卷绕方法。此外，图3示出低角度螺旋卷绕。

接下来，对储罐1的制造方法进行说明。本实施方式的储罐1的制造方法主要包括：在主体部11的外周依次层叠多个环状层21的环状层层叠工序、层叠多个整体地覆盖内衬10的螺旋层22的螺旋层层叠工序、以及使层叠的环状层21和螺旋层22热固化的热固化工序。

在环状层层叠工序中，如图2所示，从靠近内衬10的主体部11的外周的一侧朝向远离的一侧，环状卷绕含浸有环氧树脂的纤维15来依次层叠多个环状层21。具体地说，在将内衬10安装于储罐制造装置所配备的旋转驱动部(未图示)的状态下，使内衬10以其中心轴L为中心旋转。

同时，卷绕了含浸有环氧树脂的纤维15的树脂纤维输送辊30一边沿着中心轴L方向往复移动，一边向内衬10侧放出纤维15地进行输送。此时，树脂纤维输送辊30向与内衬10的旋转方向相同的方向旋转。

并且，通过从主体部11的一端(在图2中为纸面的左端)朝向另一端(在图2中为纸面的右侧)环状卷绕纤维15而在主体部11的外周形成第1层的环状层21。接着，通过从主体部11的另一端朝向一端环状卷绕纤维15而在第1层的环状层21的外侧层叠第2层的环状层21。接着，依次在第2层的环状层21的外侧层叠第3层的环状层21、在第3层的环状层21的外侧层叠第4层的环状层21、…、在第N层的环状层21的外侧层叠第N+1层的环状层21。

在此，为了降低主体部11与拱顶部12的边界处的台阶差，优选将多个环状层21层叠成，层叠的环状层21的左右两端部分别朝向中心轴L方向阶段性地向内侧偏移地倾斜。也就是说，第N+1层的环状层21的沿着中心轴L剖切的截面的长度比第N层的环状层21的沿着中心轴L剖切的截面的长度短。

在接着环状层层叠工序的螺旋层层叠工序中，以覆盖层叠了的环状层21和拱顶部12的方式，螺旋卷绕含浸有环氧树脂的纤维15来层叠多个螺旋层22。此外，在本实施方式的螺旋层层叠工序中，将含浸有环氧树脂的纤维15的温度调整为40℃～60℃。

在此，对使含浸有环氧树脂的纤维15的温度为40℃～60℃的理由进行说明。

通过使含浸有环氧树脂的纤维15的温度比常温高，能够抑制空隙的产生。这是因为，通过使温度比常温高，含浸于纤维15的环氧树脂的粘度变低而能够提高环氧树脂的浸透性。

另外，储罐1的初始强度(也称为破裂强度)大大依赖于Vf(纤维体积含有率)。Vf是储罐1的径向截面的预定面积中的纤维的比例，由Vf＝(纤维面积/总面积)×100％而算出。总面积是加强层20的截面，由纤维、环氧树脂和空隙形成。并且，若Vf大，则纤维的含有率高，所以，初始强度也高。

图4是表示含浸有环氧树脂的纤维15的温度与储罐1的Vf的关系的图。如图4所示，随着温度变高，Vf也变大，因此，储罐1的初始强度也提高。但是，若Vf过大，则会产生招致储罐1的疲劳强度的降低的问题。为了提高储罐1的强度，需要兼顾初始强度和疲劳强度。

于是，本申请发明者反复潜心研究，结果发现，若纤维15的温度为40℃～60℃，则能够兼顾储罐1的初始强度和疲劳强度。具体地说，本申请发明者制作各温度条件下的样品，并对制作的样品调查了温度与Vf的关系、温度对初始强度和疲劳强度的影响。此外，图4所示的温度与Vf的关系是本申请发明者实际调查的结果。

另一方面，关于温度对初始强度和疲劳强度的影响，在以下的条件下实施了破裂试验和循环疲劳试验。在破裂试验中，利用水压以0.35MPa/s的升压速度将储罐的压力升压到126MPa，并在该状态下保持4分钟。然后，继续升压直到储罐破裂，测定破裂时的压力(即初始强度)。在循环疲劳试验中，在常温下反复进行压力2～87.5Mpa的膨胀收缩，评价储罐到破裂、泄漏为止的膨胀收缩的次数。试验的结果如表1所示。

【表1】

温度(℃)	初始强度(MPa)	能否到45000次？
			15	185	否(35000次)
45	205	能
			80	220	否(30000次)

根据表1，纤维15的温度被调整为15℃而制成的储罐的样品的初始强度为185MPa，到破裂、泄漏为止的次数为35000次。纤维15的温度被调整为45℃而制成的储罐的样品的初始强度为205MPa，到破裂、泄漏为止的次数为45000次以上。纤维15的温度被调整为80℃而制成的储罐的样品的初始强度为220MPa，到破裂、泄漏为止的次数为30000次。

基于这些试验结果等可知，若使含浸有环氧树脂的纤维的温度为40℃～60℃，则既能提高储罐的初始强度又能维持储罐的疲劳强度。在此，更优选的是使含浸有环氧树脂的纤维的温度为40℃～50℃。这样一来，能够有效地实现储罐1的初始强度和疲劳强度的兼顾。

此外，作为在本实施方式的螺旋层层叠工序中将含浸有环氧树脂的纤维15的温度调整为40℃～60℃的方法，例如举出下述2个方法。

第1个是利用通过控制树脂纤维输送辊30的旋转所产生的摩擦热来调整含浸有环氧树脂的纤维15的温度的方法。通常，树脂纤维输送辊30一边赋予卷绕于其上的纤维15以一定的张力，一边向与内衬10的旋转方向相同的方向旋转而向内衬10侧放出纤维15。在本实施方式的螺旋层层叠工序中，通过使树脂纤维输送辊30的旋转停止、或使树脂纤维输送辊30向与内衬10的旋转方向相反的方向旋转，而在纤维15与树脂纤维输送辊30之间产生摩擦热，利用该摩擦热来加热纤维15。

关于对加热的温度管理，例如通过采用非接触温度计来计测内衬10的表面温度来进行。

并且，在计测的温度小于40℃的情况下，例如通过使树脂纤维输送辊30的旋转停止，利用纤维15与树脂纤维输送辊30的摩擦热来加热纤维15。在仅通过树脂纤维输送辊30的旋转停止而无法使纤维15的温度充分上升时，通过使树脂纤维输送辊30反向旋转(即，向与内衬10的旋转方向相反的方向旋转)而增大摩擦热来加热纤维15。另一方面，在计测的温度超过了60℃的情况下，通过使树脂纤维输送辊30正向旋转(即，向与内衬10的旋转方向相同的方向旋转)而减小摩擦热来进行温度调整。

这样通过用控制树脂纤维输送辊30的旋转所产生的摩擦热来调整纤维15的温度，能够不进行设备的追加而仅用现有的设备来应对纤维15的温度调整，所以，能够维持低成本。

第2个是在制造装置具有加热器(未图示)的情况下利用该加热器来加热纤维15的温度的方法。此时，可以利用加热器而将内衬10整体的温度加热到40℃～60℃，也可以仅加热之后要卷绕的纤维15部分。这样一来，能够仅用现有的设备来应对纤维15的温度调整，并且，能够防止给纤维15带来损伤。

在接着螺旋层层叠工序的热固化工序中，将具有层叠了的环状层21和螺旋层22的内衬10放入恒温槽，以例如85℃左右的温度加热而使纤维15中的环氧树脂热固化。由此，完成储罐1的制造。

在本实施方式的储罐1的制造方法中，在螺旋层层叠工序中将含浸有环氧树脂的纤维15的温度调整为40℃～60℃，由此能够降低含浸于纤维15的环氧树脂的粘度而提高环氧树脂的浸透性。因此，即使在如从环状层21的形成切换到螺旋层22的形成时那样纤维15的朝向改变的情况下，也能够使得环氧树脂浸透，所以，能够抑制空隙的产生。

而且，通过将含浸有环氧树脂的纤维15的温度调整为40℃～60℃，能兼顾储罐1的初始强度和疲劳强度，所以，能够实现储罐1的强度的提高。

以上，详细说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述的实施方式，在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内，能够进行各种设计改变。

例如，在上述的实施方式中，记载了在螺旋层层叠时将纤维15的温度调整为40℃～60℃，但也可以根据需要，也在环状层层叠时将纤维15的温度调整为40～50℃。另外，在上述的实施方式中，作为调整含浸有环氧树脂的纤维15的温度的方法，记载了利用通过控制树脂纤维输送辊30的旋转所产生的摩擦热的方法、或利用加热器的方法，但也可以根据需要，并用这些方法，或者还可以利用加热用喷嘴等设备。