專利名稱:制造frp圓筒的方法和frp圓筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造FPR圓筒的方法，并涉及一種FRP圓筒。
技術(shù)背景
近年來，F(xiàn)RP(纖維增強塑料)圓筒已經(jīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。作為制造FRP圓筒的方法，本領(lǐng)域當(dāng)中已知的方法是細(xì)絲纏繞法(專利文獻(xiàn)1)和預(yù)浸料坯方法(專利文獻(xiàn) 2)，在細(xì)絲纏繞法中，碳纖維在浸漬了樹脂的同時纏繞在心軸周圍，在預(yù)浸料坯方法當(dāng)中， 多個預(yù)浸料坯(每個預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的碳纖維制成)進(jìn)行纏繞并被熱固化， 以形成多個FRP層，。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 公開號為No. 2006-62355的日本未經(jīng)審查的專利。
專利文獻(xiàn)2 公開號為No. 2001-96635的日本未經(jīng)審查的專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明欲解決的問題
然而，根據(jù)細(xì)絲纏繞法制造的FRP圓筒需要大于規(guī)定量的樹脂，并且碳纖維的體積含量具有上限，因此存在無法充分滿足FRP圓筒重量減小和強度提高的需求的問題。
另一方面，根據(jù)預(yù)浸料坯方法制造的FRP圓筒具有的特性是即使在最小必需量的樹脂下也能夠增大碳纖維的體積含量，從而有利的是同時獲得了 FRP圓筒的重量的減輕和強度的提高。然而，在根據(jù)預(yù)浸料坯方法制造的FRP圓筒用作汽車(兩輪車)的傳動軸或者驅(qū)動軸的情況下，需要該FRP圓筒具有高級別的強度(扭轉(zhuǎn)剛度、碾壓剛度和疲勞強度等)來抵抗在傾斜于FRP圓筒的方向上施加在該FRP圓筒上的力(扭矩)和在正交于FRP 圓筒的方向上的施加在該FRP圓筒上的力(屈曲)，從而具有了改進(jìn)的空間。
鑒于對上述問題的了解，已經(jīng)設(shè)計出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一種用來制造重量減輕的FRP圓筒的方法，該FRP圓筒能夠達(dá)到很高的強度，并且本發(fā)明的目的還在于提供這種FRP圓筒。
解決問題的手段
作為對傳統(tǒng)的FRP圓筒進(jìn)行分析的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大體而言，傳統(tǒng)的FRP圓筒是通過在互相不同的纖維方向上對預(yù)浸料坯進(jìn)行多圈纏繞而制成的；然而， 當(dāng)在FRP圓筒的內(nèi)部/外部方向上在FRP圓筒上的互相毗鄰的多個纖維之中施加力的時候，由于在互相毗鄰的預(yù)浸料坯的FRP圓筒的內(nèi)部/外部方向上互相毗鄰的多個纖維(纖維層)互相隔離，因此很難使得對這些纖維的變形進(jìn)行抑制的力產(chǎn)生作用。此外，盡管同一個預(yù)浸料坯已經(jīng)連續(xù)纏繞了多圈，但當(dāng)已經(jīng)纏繞了多圈的該預(yù)浸料坯進(jìn)行了熱固化的時候，很難使得變形抑制效果以類似的方式產(chǎn)生作用，這是因為在FRP圓筒的內(nèi)部/外部方向上互相毗鄰的纖維方向彼此相同。發(fā)明人得出的結(jié)論是，這些就是為何傳統(tǒng)的FRP圓筒不能展現(xiàn)充分強度的原因，從而將其引向本發(fā)明的構(gòu)想。
具體而言，已經(jīng)從以下的觀點中來設(shè)計本發(fā)明在通過纏繞纖維方向相互不同的多個預(yù)浸料坯而制成的FRP圓筒當(dāng)中，該FRP圓筒總是包括扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲(縱彎曲)的預(yù)浸料坯，該扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包含了傾斜于FRP圓筒的縱向方向的增強纖維(傾斜纖維)，該防止屈曲的預(yù)浸料坯包含了正交于FRP圓筒的縱向方向的增強纖維(正交纖維)，因此，如果傾斜纖維和正交纖維以互相毗鄰的狀態(tài)連續(xù)纏繞多圈的話， 則能夠使在一個方向上延伸的多個纖維(纖維層)和在另一個方向上延伸其它纖維(纖維層)在內(nèi)部/外部方向上毗鄰地層疊兩圈或更多圈。因此，內(nèi)纖維層和外纖維層互相阻止其變形，從而能夠提高強度。換言之，如果正交纖維(傾斜纖維)和傾斜纖維(正交纖維)進(jìn)行層疊并且纏繞兩圈或者更多圈(以形成同時纏繞的多層/多重纏繞層/一組纏繞層)，其中正交纖維(傾斜纖維)夾在傾斜纖維(正交纖維)之間，則能夠提高FRP圓筒的強度，這是因為，可以設(shè)想到，在外力作用到FRP圓筒的時候，啦鄰的纖維層相互合作地抵抗變形。
根據(jù)本發(fā)明的用來制造FRP圓筒的方法的特征在于，將多個預(yù)浸料坯纏繞為圓筒并進(jìn)行熱固化，以形成多個FRP層，所述預(yù)浸料坯通過將增強纖維浸漬了熱固樹脂片而形成，所述方法包括同時進(jìn)行的多層纏繞過程，其中當(dāng)所述多個預(yù)浸料坯纏繞為圓筒的時候， 扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯在互相層疊的同時被連續(xù)地纏繞了多圈，其中所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括傾斜于所述FRP圓筒的圓筒軸線方向的纖維層，并且其中，所述防止屈曲的預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層。
通過這種構(gòu)型，能夠獲得相對于扭轉(zhuǎn)方向和屈曲方向的高強度的FRP圓筒，這適合于用作汽車的傳動軸和驅(qū)動軸。
在所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程中，所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和所述防止屈曲的預(yù)浸料坯通過彎曲剛度保持預(yù)浸料坯而被連續(xù)地纏繞了多圈，該彎曲剛度保持預(yù)浸料坯包括平行于所述圓筒軸線方向的纖維層，且該彎曲剛度保持預(yù)浸料坯進(jìn)一步層疊在所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和所述防止屈曲的預(yù)浸料坯上。
通過這種構(gòu)型，能夠獲得相對于彎曲方向具有強度并且相對于扭轉(zhuǎn)方向和屈曲方向具有強度的FRP圓筒，并且該FRP圓筒適合于用作汽車的穩(wěn)定桿或者防滾動桿。
理想地，所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程執(zhí)行至少兩次。理想地，在互相相反的纏繞方向上對所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程執(zhí)行至少兩次。
理想地，所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程是利用分離片(例如，PTFE薄膜或PFA薄膜)進(jìn)行的，該分離片夾在層疊狀態(tài)下的毗鄰的預(yù)浸料坯之間(扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯、扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和彎曲剛度保持預(yù)浸料坯、或者防止屈曲的預(yù)浸料坯和彎曲剛度保持預(yù)浸料坯)，并且在該同時進(jìn)行的多層纏繞過程的操作期間，將所述分離片移除。
理想地，在所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程中進(jìn)行纏繞的每個預(yù)浸料坯(扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯，以及彎曲剛度保持預(yù)浸料坯)都在所述圓筒軸線方向上具有相同的長度，并且在所述圓筒軸線方向上，多個預(yù)浸料坯在所述FRP圓筒的整個長度上互相疊置。對于具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的FRP圓筒來說，典型地，將用來防止FRP圓筒的橫截面屈曲的防止屈曲的預(yù)浸料坯在圓筒軸線方向上少量地插入到FRP圓筒的一部分當(dāng)中，因此，可能會發(fā)生諸如該防止屈曲的預(yù)浸料坯無法輕易地插入并且產(chǎn)品出現(xiàn)扭曲的問題。在本發(fā)明當(dāng)中，通過對這種傳統(tǒng)公知技術(shù)常識進(jìn)行再次審視，可以通過使得防止屈曲的預(yù)浸料坯和扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯(彎曲剛度保持預(yù)浸料坯)在圓筒軸線方向上具有相同長度，并且使得這些預(yù)浸料坯連續(xù)纏繞多圈，從而解決諸如該防止屈曲的預(yù)浸料坯無法輕易地插入并且產(chǎn)品出現(xiàn)扭曲的問題。
根據(jù)本發(fā)明的FRP圓筒的特征在于，該FRP圓筒具有多個預(yù)浸料坯，所述預(yù)浸料坯通過將增強纖維浸漬了熱固樹脂片而形成，并且所述預(yù)浸料坯纏繞為圓筒并進(jìn)行了熱固化，以形成為多個FRP層，其中所述多個FRP層包括同時纏繞的多層，該多層由一組預(yù)浸料坯配置而成，該一組預(yù)浸料坯連續(xù)纏繞多圈并被熱固化，其中所述一組預(yù)浸料坯包括互相層疊的扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯，其中所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括傾斜于所述FRP圓筒的圓筒軸線方向的纖維層，并且其中所述防止屈曲的預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層。
從實踐來說，使得所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括一對偏置預(yù)浸料坯，該偏置預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向以士 α度(0 < α < 90)的角度而傾斜于所述圓筒軸線方向，并且使得所述防止屈曲的預(yù)浸料坯包括環(huán)箍預(yù)浸料坯，該環(huán)箍預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向正交于所述圓筒軸線方向。在這種情況下，理想地，所述一對偏置預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向以士 30 度、士45度或者士60度的角度傾斜于所述圓筒軸線方向。
所述一組預(yù)浸料坯還可以包括層疊在所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和所述防止屈曲的預(yù)浸料坯上的彎曲剛度保持預(yù)浸料坯，該彎曲剛度保持預(yù)浸料坯具有平行于所述圓筒軸線方向的纖維層。在這種情況下，從實踐來說，使得該彎曲剛度保持預(yù)浸料坯是0度預(yù)浸料坯，該0度預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向平行于所述圓筒軸線方向。
可替代地，可以使得所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括平織織物預(yù)浸料坯、三軸編織織物預(yù)浸料坯或者四軸編織織物預(yù)浸料坯，其中所述平織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的平織織物構(gòu)成，并且該平織織物預(yù)浸料坯包括傾斜于所述圓筒軸線方向的纖維層， 其中所述三軸編織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的三軸編織織物構(gòu)成，且該三軸編織織物預(yù)浸料坯包括傾斜于所述圓筒軸線方向的纖維層，并且其中所述四軸編織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的四軸編織織物構(gòu)成，且該四軸編織織物預(yù)浸料坯包括傾斜于所述圓筒軸線方向的纖維層。此外，所述防止屈曲的預(yù)浸料坯可以包括平織織物預(yù)浸料坯或者四軸編織織物預(yù)浸料坯，其中所述平織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的平織織物構(gòu)成，并且該平織織物預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層，并且其中所述四軸編織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的四軸編織織物構(gòu)成，且該四軸編織織物預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層。
理想地，所述一組預(yù)浸料坯連續(xù)纏繞三圈或更多圈而纏繞為圓筒。
理想地，所述多個FRP層包括至少兩個所述同時纏繞的多層。在這種情況下，分別形成所述同時纏繞的多層的至少兩組預(yù)浸料坯以互相相反的纏繞方向而交替纏繞。
理想地，所述多個FRP層包括防止爆裂層來作為該FRP層的最外層，該防止爆裂層由環(huán)箍預(yù)浸料坯制成，該環(huán)箍預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向正交于所述圓筒軸線方向。
理想地，所述一組預(yù)浸料坯的每個預(yù)浸料坯(扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯，以及彎曲剛度保持預(yù)浸料坯)在所述圓筒軸線方向上具有相同的長度，并且在所述圓筒軸線方向上，所述一組預(yù)浸料坯的多個預(yù)浸料坯在所述FRP圓筒的整個長度上互相疊置。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，由于所述方法包括同時進(jìn)行的多層纏繞過程，其中當(dāng)多個預(yù)浸料坯纏繞為圓筒的時候，扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯在互相層疊的同時被連續(xù)地纏繞了多圈，其中所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括傾斜于所述FRP圓筒的圓筒軸線方向的纖維層，并且其中，所述防止屈曲的預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層， 能夠獲得相對于扭轉(zhuǎn)方向和屈曲方向的高強度的FRP圓筒。此外，能夠?qū)崿F(xiàn)FRP圓筒的重量減輕和強度提高，這是因為可以通過減少包含在構(gòu)成所述一組預(yù)浸料坯的扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯中的樹脂量，從而提高了增強纖維的量。


圖1是顯示關(guān)于本發(fā)明第一實施方案的包含在FRP圓筒中的同時進(jìn)行的多層纏繞層的視圖；
圖2是顯示包括了圖1所示的同時進(jìn)行的多層纏繞層的一組預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖3是顯示防止爆裂的預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖4是顯示FRP圓筒的結(jié)構(gòu)的視圖，該FRP圓筒通過對以圓筒方式纏繞為FRP層的預(yù)浸料坯進(jìn)行熱固化而制成；
圖5是顯示包含在FRP圓筒中的同時進(jìn)行的多層纏繞層的視圖，該FRP圓筒通過利用夾在多個層之間的分離片來對所述多個層進(jìn)行纏繞而制成；
圖6是顯示關(guān)于本發(fā)明第二實施方案的包含在FRP圓筒中的同時進(jìn)行的多層纏繞層的視圖；
圖7是顯示關(guān)于本發(fā)明第三實施方案的包含在FRP圓筒中的同時進(jìn)行的多層纏繞層的視圖；
圖8是顯示包括了圖7所示的同時進(jìn)行的多層纏繞層的一組預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖9顯示關(guān)于本發(fā)明第四實施方案的包含在FRP圓筒中的同時進(jìn)行的多層纏繞層的視圖；
圖10是顯示包括了圖9所示的同時進(jìn)行的多層纏繞層的一組預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖11是顯示在所述一組預(yù)浸料坯的圈數(shù)發(fā)生改變的情況下，同時進(jìn)行的多層纏繞層的視圖；
圖12是顯示關(guān)于本發(fā)明第五實施方案的包含在FRP圓筒中的同時進(jìn)行的多層纏繞層的視圖；
圖13是顯示包括了圖12所示的同時進(jìn)行的多層纏繞層的一組預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖14是顯示關(guān)于本發(fā)明第六實施方案的包含在FRP圓筒中的同時進(jìn)行的多層纏繞層的視圖；
圖15是顯示包括了圖14所示的同時進(jìn)行的多層纏繞層的一組預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖16是顯示用作扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯的平織織物預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖17是顯示用作扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯的三軸編織織物預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的第一視圖；
圖18是顯示用作扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯的三軸編織織物預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的第二視圖；
圖19是顯示用作扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯或防止屈曲的預(yù)浸料坯的四軸編織織物預(yù)浸料坯的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖20是顯示用作防止屈曲層的平織織物的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖21是用來顯示在實踐的例子中，用于試驗而制造的每個FRP圓筒中的預(yù)浸料坯的多層纏繞結(jié)構(gòu)的第一圖表；
圖22是用來顯示在實踐的例子中，用于試驗而制造的每個FRP圓筒中的預(yù)浸料坯的多層纏繞結(jié)構(gòu)的第二圖表；
圖23是用來顯示在實踐的例子中，用于試驗而制造的每個FRP圓筒中的預(yù)浸料坯的多層纏繞結(jié)構(gòu)的第三圖表。
具體實施方式
(第一實施方案)
圖1是顯示關(guān)于本發(fā)明第一實施方案的包含在FRP圓筒100(圖4)中的同時纏繞的多層10的視圖。該FRP圓筒100是通過將多個預(yù)浸料坯纏繞為圓筒并對這樣纏繞的多個預(yù)浸料坯進(jìn)行熱固化而制成的，從而構(gòu)成了多個FRP層，其中每個預(yù)浸料坯是通過將熱固樹脂片浸漬了增強纖維而制成的。在圖1中，為了使得本發(fā)明更加容易理解，僅僅是對包含在該多個FRP層中的同時纏繞的多層10進(jìn)行了顯示。
該同時纏繞的多層10具有扭轉(zhuǎn)剛度保持層20和防止屈曲的層30，該扭轉(zhuǎn)剛度保持層20具有一定的強度來在傾斜于FRP圓筒100的軸線方向上(以下稱為“圓筒軸線方向”)經(jīng)受施加在FRP圓筒100上的力(扭矩)，所述防止屈曲的層30具有一定的強度來在正交于圓筒軸線方向上經(jīng)受施加在FRP圓筒100上的力(屈曲)。扭轉(zhuǎn)剛度保持層20由一對偏置層20A和20B構(gòu)成。
更加具體而言，同時纏繞的多層10是由一組預(yù)浸料坯1配置而成，該一組預(yù)浸料坯1由扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3構(gòu)成，并且扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3如圖2所示的那樣按照從底層(內(nèi)側(cè))的那個順序進(jìn)行層疊， 并且一組預(yù)浸料坯1連續(xù)纏繞了多圈并被熱固化，其中扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2包括傾斜于圓筒軸線方向的纖維層，防止屈曲的預(yù)浸料坯3包括正交于圓筒軸線方向的纖維層。圖2 顯示了扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3互相層疊之前的一組預(yù)浸料坯1 的狀態(tài)，以對構(gòu)成一組預(yù)浸料坯1的扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3的每一者的纖維方向進(jìn)行顯示。注意到，多個預(yù)浸料坯之間的上-下(內(nèi)-外)位置關(guān)系是靈活可變的；可以通過將防止屈曲的預(yù)浸料坯3和扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2按照從底層(內(nèi)側(cè))的那個順序進(jìn)行層疊來制造一組預(yù)浸料坯1。
扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2通過熱固化而變成了扭轉(zhuǎn)剛度保持層20 ；在該實施方案當(dāng)中，扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2由一對偏置預(yù)浸料坯2A和2B構(gòu)成。該對偏置預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向以士 α度(0 < α < 90)的角度而傾斜于圓筒軸線方向。角度α例如是士30 度、士45度或士60度。防止屈曲的預(yù)浸料坯3通過熱固化而變成防止屈曲的層30，且該防止屈曲的預(yù)浸料坯3是環(huán)箍預(yù)浸料坯，該環(huán)箍預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向正交于圓筒軸線方向。
一組預(yù)浸料坯1(扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯幻的寬度W設(shè)定為是纏繞為圓筒的一組預(yù)浸料坯1的周長的大約三倍，并且一組預(yù)浸料坯1能夠連續(xù)纏繞三圈而纏繞為圓筒。由于一組預(yù)浸料坯1由三個預(yù)浸料坯構(gòu)成一對偏置預(yù)浸料坯2Α和 2Β以及環(huán)箍預(yù)浸料坯3，因此通過將一組預(yù)浸料坯1連續(xù)纏繞三圈而纏繞為圓筒，疊層的數(shù)量總共變?yōu)榫?。一組預(yù)浸料坯1 (扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯幻在圓筒軸線方向上具有相同的(等量的)長度，并且在圓筒軸線方向上，扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯 2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3在一組預(yù)浸料坯1的整個長度上互相疊置。注意到長度L對應(yīng)于FRP圓筒100的長度，并且該長度L按照FRP圓筒100的用途來進(jìn)行設(shè)計。
各種預(yù)浸料坯根據(jù)FRP圓筒100的用途而纏繞在一組預(yù)浸料坯1的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)，并且這些各種預(yù)浸料坯通過熱固化而變成了不同于同時纏繞的多層10的FRP層。例如， 理想地，F(xiàn)RP圓筒的多個FRP層的最外層構(gòu)成了防止爆裂層，該防止爆裂層是通過對防止爆裂的預(yù)浸料坯7 (環(huán)箍預(yù)浸料坯)進(jìn)行熱固化而制成的，其細(xì)絲纖維的方向正交于圓筒軸線方向(圖幻。該防止爆裂層防止了 FRP圓筒100在被屈曲壓縮的時候發(fā)生爆裂，并增強了 FRP圓筒100相對于屈曲方向的強度。防止爆裂的預(yù)浸料坯7的寬度W’根據(jù)其圈數(shù)(疊層數(shù)量)而進(jìn)行設(shè)計。此外，還可以在多個FRP層的任何一層上安裝彎曲應(yīng)力保持層(防止軸線方向壓縮的層)，該彎曲應(yīng)力保持層是通過對0度預(yù)浸料坯進(jìn)行熱固化而制成的，該0 度預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向平行于圓筒軸線方向。
除了碳纖維以外，氧化鋁纖維、芳香尼龍纖維、泰倫諾(Tyrarm0)纖維、無定形纖維、玻璃纖維等等能夠用作包含在各種預(yù)浸料坯當(dāng)中的增強纖維，所述預(yù)浸料坯包括上述的扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2、防止屈曲的預(yù)浸料坯3和防止爆裂的預(yù)浸料坯7(0度預(yù)浸料坯)。換言之，絲線類型并未從根本上限制為特定類型。
在諸如扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2 ( —對偏置預(yù)浸料坯2Α和2Β)、防止屈曲的(環(huán)箍)預(yù)浸料坯3或者防止爆裂的(環(huán)箍)預(yù)浸料坯7的單向纖維增強預(yù)浸料坯的情況下 (亦即，細(xì)絲纖維的方向在一個方向上排列)，絲線厚度理想地小于MK(1K = 1，000根細(xì)絲)。如果絲線厚度超過ΜΚ，則可能無法確保均勻的織物性能；此外，在制造期間圍繞心軸來纏繞預(yù)浸料坯的可加工性可能會受到惡化。
這種增強織物浸漬的樹脂從本質(zhì)來說可以是任意的類型。例如，可以使用環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂、聚醚醚酮(peek)樹脂、聚酰亞胺樹脂等等。
理想地，每個預(yù)浸料坯的重量小于300g/m2，更加理想地小于250g/m2。如果重量超過300g/m2，則預(yù)浸料坯變得過厚，從而很難在制造期間圍繞心軸進(jìn)行纏繞。包含在每個預(yù)浸料坯當(dāng)中的樹脂量理想地處在重量比的百分之二十至百分之四十五的范圍內(nèi)；更加理想地為重量比的百分之二十五至百分之四十。如果樹脂的重量含量在百分之二十以下的話， 則由于太小量的樹脂而可能無法制造出具有足夠強度的軸。如果樹脂的重量含量超過百分之四十五，則與具有相同重量的圓筒的情況相比較的話，扭轉(zhuǎn)剛度可能會惡化。[0065]如上所述來進(jìn)行配置的FRP圓筒100可以相對于扭轉(zhuǎn)方向和屈曲方向來提高強度，這是因為同時纏繞的多層10被制造為包含在包括FRP圓筒100的主體的多個FRP層之間，該同時纏繞的多層10是由一組預(yù)浸料坯1(其由互相層疊的扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2 和防止屈曲的預(yù)浸料坯3構(gòu)成)連續(xù)纏繞多圈并進(jìn)行熱固化(其中扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯 2包括傾斜于圓筒軸線方向的纖維層，防止屈曲的預(yù)浸料坯3包括正交于圓筒軸線方向的纖維層)配置而成的。具有這種結(jié)構(gòu)的FRP圓筒100適合于用作汽車的傳動軸或驅(qū)動軸。
此外，由于三個預(yù)浸料坯(亦即，一對偏置預(yù)浸料坯2A和2B和環(huán)箍預(yù)浸料坯3) 在宏觀上被認(rèn)為是單一預(yù)浸料坯(一組預(yù)浸料坯1)的同時來進(jìn)行層疊并接著進(jìn)行纏繞，所以與相同重量的材料獨立纏繞的情形相比，防止屈曲效果的體現(xiàn)為可以同時實現(xiàn)FRP圓筒 100的重量的減輕和強度的提高。
接下來，以下將討論制造FRP圓筒100的方法，該FRP圓筒100如上所述的那樣進(jìn)行配置。以下將討論的制造方法僅僅是例子；在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種更改。
多個預(yù)浸料坯(包括一組預(yù)浸料坯1，該一組預(yù)浸料坯1中的每個預(yù)浸料坯都由浸漬了熱固樹脂片的碳纖維制成)圍繞金屬材料制成的桿狀(柱狀)的心軸(以下稱作“心軸”)M的周緣進(jìn)行纏繞。亦即，多個預(yù)浸料坯纏繞在心軸M的周緣周圍，以在其上進(jìn)行多層的層疊，其層疊順序是從形成FRP圓筒100的最內(nèi)FRP層的預(yù)浸料坯到形成FRP圓筒100 的最外FRP層的預(yù)浸料坯。理想地，這種多層操作在預(yù)定的預(yù)熱狀態(tài)下執(zhí)行，從而可以在心軸M周圍來纏繞預(yù)浸料坯，其纏繞方式使得毗鄰的預(yù)浸料坯緊密地互相層疊。
在心軸M周圍完成了所有預(yù)浸料坯的纏繞的時候，將處于張力下的收縮帶或其類似物纏繞在預(yù)浸料坯上，并且預(yù)浸料坯通過加熱裝置(例如烘箱)來進(jìn)行熱固化，其中外部壓力作用于預(yù)浸料坯。理想地，該加熱和固化過程在真空中(例如，在高壓鍋當(dāng)中)進(jìn)行。 因此，纏繞在心軸M周圍的多個預(yù)浸料坯被熱固化成一體的FRP圓筒。亦即，一組預(yù)浸料坯 1被熱固化而變成了同時纏繞的多層10。
隨后，通過將心軸M拔出來而完成FRP圓筒100 (圖4)，該FRP圓筒100具有內(nèi)徑 Φ、外徑Φ和長度L，內(nèi)徑Φ對應(yīng)于心軸M的外徑，外徑Φ對應(yīng)于內(nèi)徑Φ加上多個FRP層的厚度，長度L對應(yīng)于預(yù)浸料坯的長度。
根據(jù)本實施方案的用于制造FRP圓筒的方法，對一組預(yù)浸料坯1連續(xù)纏繞多圈 (其中扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2包括傾斜于圓筒軸線方向的纖維層，并且防止屈曲的預(yù)浸料坯3包括正交于圓筒軸線方向的纖維層)的過程包含在將多個預(yù)浸料坯纏繞為圓筒的過程當(dāng)中，該一組預(yù)浸料坯1由互相層疊的扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2 (—對偏置預(yù)浸料坯2Α 和2Β)和防止屈曲的預(yù)浸料坯(環(huán)箍預(yù)浸料坯)3構(gòu)成。換言之，該同時進(jìn)行的多層纏繞過程是將多個預(yù)浸料坯(三個預(yù)浸料坯扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2的一對偏置預(yù)浸料坯2Α和 2Β,以及防止屈曲的預(yù)浸料坯幻在心軸M周圍連續(xù)地纏繞多圈的過程，好像該多個預(yù)浸料坯是單一的預(yù)浸料坯(一組預(yù)浸料坯1)。
理想地，同時進(jìn)行的多層纏繞過程通過多個分離片來進(jìn)行，這些分離片夾在層疊狀態(tài)下的毗鄰層之間(分離片纏繞)。圖5顯示了這個實施方案。在該實施方案當(dāng)中，同時進(jìn)行的多層纏繞過程通過分離片Pl和分離片Ρ2來進(jìn)行的，該分離片Pl夾在扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2(扭轉(zhuǎn)剛度保持層20)和防止屈曲的預(yù)浸料坯3(防止屈曲的層30)之間，該分離片P2夾在一對偏置預(yù)浸料坯2A和2B(—對偏置層20A和20B)之間?？梢允褂梅鷺渲?(涂層)薄膜來用作分離片Pl和P2，例如舉例來說，PTFE薄膜或者PFA薄膜。
根據(jù)上述的分離片纏繞，一組預(yù)浸料坯1能夠均勻地纏繞；此外，極大改進(jìn)了 FRP 圓筒100的可成形性，并且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)能夠被制造得極佳。因此，不必對FRP 圓筒100的表面進(jìn)行打磨以使得它通過后處理而變得光滑，也不必對表面進(jìn)行噴漆以改善 FRP圓筒100的表面的外觀。分離片Pl和P2在同時進(jìn)行的多層纏繞過程期間被接連地移除(分離片的移除過程)。為了便于該分離片的移除過程，每個分離片Pl和P2的寬度設(shè)定為大于并長于一組預(yù)浸料坯10的寬度W。此外，在纏繞開始的位置上，每個分離片Pl和P2 輕微地凹陷在一組預(yù)浸料坯1(同時纏繞的多層10)當(dāng)中。
(第二實施方案)
圖6是顯示關(guān)于本發(fā)明第二實施方案的包含在FRP圓筒中的同時纏繞的多層10 的視圖。在該實施方案當(dāng)中，扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3的纏繞開始位置被形成為互相不同，從而同時纏繞的多層10的扭轉(zhuǎn)剛度保持層20和防止屈曲的層 30互相偏移(偏移纏繞)。更加具體而言，從扭矩剛度保持預(yù)浸料坯2 ( 一對偏置預(yù)浸料坯 2A和2B)已經(jīng)被纏繞為圓筒的點(纏繞開始位置)處，扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3互相疊置地連續(xù)纏繞了兩圈。該偏移纏繞可以在接收較高的剪切應(yīng)力的外層中增強防止屈曲的效果，從而能夠使得FRP圓筒具有較高的強度。
扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3的纏繞開始位置之間的偏移度 (偏移量)可以根據(jù)FRP圓筒的用途而變化。此外，第二實施方案的FRP圓筒能夠以與第一實施方案的FRP圓筒類似的方式來進(jìn)行制造。
盡管扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3在圖6中互相偏移，但是可以使得一對偏置預(yù)浸料坯2A和2B互相偏移。例如，以下三個預(yù)浸料坯的纏繞開始位置可以被安排成互相不同，亦即，一對偏置預(yù)浸料坯2A和2B以及防止屈曲的預(yù)浸料坯3。此外，這三個預(yù)浸料坯的疊置順序并不限制于圖6所示的那樣；例如，可以使得防止屈曲的預(yù)浸料坯和一對偏置預(yù)浸料坯以從內(nèi)層側(cè)開始的順序進(jìn)行層疊。
(第三實施方案)
圖7是顯示關(guān)于本發(fā)明第三實施方案的包含在FRP圓筒中的同時纏繞的多層10 的視圖。該實施方案的FRP圓筒具有兩個同時纏繞的多層10和40，其分別由兩組預(yù)浸料坯 1和4制造而成。一組預(yù)浸料坯4具有與第一實施方案的一組預(yù)浸料坯1相同的結(jié)構(gòu)，并且該一組預(yù)浸料坯4是通過將由一對偏置預(yù)浸料坯5A和5B構(gòu)成的扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯 5和防止屈曲的(環(huán)箍)預(yù)浸料坯6互相層疊而制成的(圖8)。通過對兩組同時纏繞的多層10和40的每一者連續(xù)纏繞三圈，疊層的總體數(shù)量變?yōu)槭恕?br>通過使得FRP圓筒在FRP圓筒的多個FRP層中包括兩個同時纏繞的多層10和40， 能夠進(jìn)一步地增大FRP圓筒的強度?？梢愿鶕?jù)FRP圓筒的用途來適宜地改變包含在FRP圓筒的多個FRP層中的同時纏繞的多層的數(shù)量，例如，可以將FRP圓筒制造成在FRP圓筒的多個FRP層中包括三個或更多個同時纏繞的多層。在這種情況下，使用了對應(yīng)于同時纏繞的多層的數(shù)量的多組預(yù)浸料坯。
盡管本實施方案的FRP圓筒可以以類似于第一實施方案的FRP圓筒的方式來進(jìn)行制造，但是理想地，對于一組預(yù)浸料坯1的同時進(jìn)行的多層纏繞過程和對于一組預(yù)浸料坯4的同時進(jìn)行的多層纏繞過程在相互相反的纏繞方向上(相反方向)交替進(jìn)行。在圖7中所示的例子當(dāng)中，當(dāng)一組預(yù)浸料坯1在順時針方向(相對于圖7而言從左到右)旋轉(zhuǎn)的心軸 M周圍纏繞之后，一組預(yù)浸料坯4在逆時針方向(相對于圖7而言從右到左)旋轉(zhuǎn)的心軸M 周圍進(jìn)行纏繞。這在圓周方向上增強了 FRP圓筒的FRP層的均勻性，并增強了 FRP圓筒的強度及其外觀。
(第四實施方案)
圖9是顯示關(guān)于本發(fā)明第四實施方案的包含在FRP圓筒中的同時纏繞的多層70 的視圖。與第一實施方案的元件類似的元件通過相同的參考標(biāo)號進(jìn)行了表示，并且將省略對這些元件的描述。
除了扭轉(zhuǎn)剛度保持層20和防止屈曲的層30之外，同時纏繞的多層70還設(shè)有彎曲剛度保持層80，該彎曲剛度保持層80具有的強度能夠經(jīng)受在平行于圓筒軸線方向上施加在FRP圓筒上的力(彎矩)。
亦即，同時纏繞的多層70由一組預(yù)浸料坯1，配置而成，該一組預(yù)浸料坯1，由如圖10所示的那樣從底層(內(nèi)側(cè))開始按序?qū)盈B的彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9、扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3構(gòu)成，并且該一組預(yù)浸料坯1’被連續(xù)纏繞了多圈并被熱固化，其中該彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9包括平行于圓筒軸線方向的纖維層，該扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2包括傾斜于圓筒軸線方向的纖維層，并且該防止屈曲的預(yù)浸料坯3包括正交于圓筒軸線方向的纖維層。彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9通過熱固化而變成了彎曲剛度保持層80 ；在該實施方案當(dāng)中，彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9是0度預(yù)浸料坯，其細(xì)絲纖維方向平行于圓筒軸線方向。圖10顯示了構(gòu)成一組預(yù)浸料坯1’的彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9、扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯3層疊在一起之前的狀態(tài)，從而顯示了這些預(yù)浸料坯9、2和3的每一者的細(xì)絲纖維方向。
一組預(yù)浸料坯1’的寬度W(彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9、扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2和防止屈曲的預(yù)浸料坯幻被設(shè)定成當(dāng)這些預(yù)浸料坯纏繞為圓筒的時候近似地略大于這些預(yù)浸料坯的周長的三倍，從而一組預(yù)浸料坯1’能夠連續(xù)纏繞三圈而纏繞為圓筒。由于一組預(yù)浸料坯1’由以下四個預(yù)浸料坯構(gòu)成彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9、一對偏置預(yù)浸料坯2A和2B 以及環(huán)箍預(yù)浸料坯3，因此，通過將一組預(yù)浸料坯1’連續(xù)纏繞三圈，則疊層的數(shù)量總共變?yōu)?br>連續(xù)纏繞為圓筒的一組預(yù)浸料坯1’的圈數(shù)并不限定于三圈，并且可以適宜地進(jìn)行更改。例如，如圖11所示，通過將一組預(yù)浸料坯1’連續(xù)纏繞五圈而纏繞為圓筒，則疊層的數(shù)量總共變?yōu)槎?br>根據(jù)在FRP圓筒的多個FRP層中設(shè)有如上所述而配置的同時纏繞的多層70的FRP 圓筒，該FRP圓筒能夠獲得相對于彎曲方向的強度以及相對于扭轉(zhuǎn)方向和屈曲方向的強度。具有這些特性的FRP圓筒100適合用作汽車的穩(wěn)定桿或者防滾動桿。
本實施方案的同時纏繞的多層70還能夠以與第一實施方案相類似的方式進(jìn)行制造。此外，可以設(shè)置兩個或更多個同時纏繞的多層70 ；在這種情況下，理想地，這些預(yù)浸料坯組1’在相互相反的纏繞方向上交替纏繞。
(第五實施方案)
圖12是顯示關(guān)于本發(fā)明第五實施方案的包含在FRP圓筒中的同時纏繞的多層90的視圖。同時纏繞的多層90設(shè)有第一偏置層20A、彎曲剛度保持層80、第二偏置層20B和防止屈曲的層30，該第一偏置層20A具有的強度能夠經(jīng)受在傾斜于圓筒軸線方向的方向上施加在FRP圓筒上的力(扭矩)；所述彎曲剛度保持層80具有的強度能夠經(jīng)受在平行于圓筒軸線方向的方向上施加在FRP圓筒上的力(彎矩)；第二偏置層20B具有的強度能夠經(jīng)受在傾斜于圓筒軸線方向的方向上施加在FRP圓筒上的力(扭矩)；所述防止屈曲的層30 具有的強度能夠經(jīng)受在正交于圓筒軸線方向的方向上施加在FRP圓筒上的力(屈曲)。
更加具體而言，同時纏繞的多層90由一組預(yù)浸料坯1”配置而成，該一組預(yù)浸料坯 1”由如圖13所示的那樣從底層(內(nèi)側(cè))開始按序?qū)盈B的偏置預(yù)浸料坯2A、彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9、偏置預(yù)浸料坯2B和防止屈曲的預(yù)浸料坯3構(gòu)成，并且該一組預(yù)浸料坯1”被連續(xù)纏繞了多圈并被熱固化，其中偏置預(yù)浸料坯2A的細(xì)絲纖維方向以+45度的角度與圓筒軸線方向傾斜，彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9包括平行于圓筒軸線方向的纖維層，偏置預(yù)浸料坯2B 的細(xì)絲纖維方向以-45度的角度與圓筒軸線方向傾斜，并且該防止屈曲的預(yù)浸料坯3包括正交于圓筒軸線方向的纖維層。圖13顯示了偏置預(yù)浸料坯2A、彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9、 偏置預(yù)浸料坯2B和防止屈曲的預(yù)浸料坯3層疊在一起之前的狀態(tài)，從而顯示了構(gòu)成一組預(yù)浸料坯1”的這些預(yù)浸料坯2A、9、2B和3的每一者的細(xì)絲纖維方向。
一組預(yù)浸料坯1”的寬度W(偏置預(yù)浸料坯2A、彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9、偏置預(yù)浸料坯2B和防止屈曲的預(yù)浸料坯幻被設(shè)定成當(dāng)這些預(yù)浸料坯纏繞為圓筒的時候近似地大于這些預(yù)浸料坯的周長的三倍，并且，通過將一組預(yù)浸料坯1”連續(xù)纏繞五圈，則疊層的數(shù)量總共變?yōu)槎?br>根據(jù)在FRP圓筒的多個FRP層中設(shè)有如上所述而配置的同時纏繞的多層90的FRP 圓筒，毗鄰預(yù)浸料坯(偏置預(yù)浸料坯2A和彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9、彎曲剛度保持預(yù)浸料坯 9和偏置預(yù)浸料坯2B、以及偏置預(yù)浸料坯2B和防止屈曲的預(yù)浸料坯幻之間的角度差值都是45度，這減少了層與層之間的扭曲偏差，從而可以防止層與層之間的剝離/剝落。
本實施方案的同時纏繞的多層90還能夠以與第一實施方案相類似的方式進(jìn)行制造。此外，可以設(shè)置兩個或更多個同時纏繞的多層90 ；在這種情況下，理想地，這些預(yù)浸料坯組1”在相互相反的纏繞方向上交替纏繞。
(第六實施方案)
圖14是顯示關(guān)于本發(fā)明第六實施方案的包含在FRP圓筒中的同時纏繞的多層的視圖。該實施方案的FRP圓筒具有兩個同時纏繞的多層95和96，它們分別由兩組預(yù)浸料坯 IX和IY配置而成。
如圖15所示，同時纏繞的多層95是由一組預(yù)浸料坯IX配置而成，該一組預(yù)浸料坯IX由如圖15所示的那樣從底層(內(nèi)側(cè))開始按序?qū)盈B的防止屈曲的預(yù)浸料坯3、偏置預(yù)浸料坯2A、彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9和偏置預(yù)浸料坯2B構(gòu)成，并且該一組預(yù)浸料坯IX連續(xù)纏繞多圈并被熱固化，其中防止屈曲的預(yù)浸料坯3包括正交于圓筒軸線方向的纖維層，偏置預(yù)浸料坯2A的細(xì)絲纖維方向以+45度的角度傾斜于圓筒軸線方向，彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9具有平行于圓筒軸線方向的纖維層，偏置預(yù)浸料坯2B的細(xì)絲纖維方向以-45度的角度傾斜于圓筒軸線方向。另一方面，同時纏繞的多層96是由一組預(yù)浸料坯IY配置而成，該一組預(yù)浸料坯IY由從底層(內(nèi)側(cè))開始按序?qū)盈B的偏置預(yù)浸料坯2B、彎曲剛度保持預(yù)浸料坯9、偏置預(yù)浸料坯2A和防止屈曲的預(yù)浸料坯3構(gòu)成，并且該一組預(yù)浸料坯IY連續(xù)纏繞多圈并被熱固化。亦即，從下層(內(nèi)側(cè))朝上層(外側(cè))的一組預(yù)浸料坯1X(同時纏繞的多層95)的層疊結(jié)構(gòu)與從上層(外側(cè))朝下層(內(nèi)側(cè))的一組預(yù)浸料坯1Y(同時纏繞的多層 96)彼此相同。
在上述實施方案的每個實施方案當(dāng)中，如圖16所示的由浸漬了熱固樹脂片的平織織物制成的平織織物(雙軸編織織物)預(yù)浸料坯2C可以用作扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2， 而不用作一對偏置預(yù)浸料坯2Α和2Β。在該實施方案當(dāng)中，對平織織物預(yù)浸料坯2C進(jìn)行了設(shè)定，以使得一對纖維紗線2C-1和2C-2相對于圓筒軸線方向以對稱角度(例如，士45度) 對稱地交叉。
此外，如圖17所示的由浸漬了熱固樹脂片的三軸編織織物制成的三軸編織織物預(yù)浸料坯2D可以用作扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2。在該實施方案當(dāng)中，對三軸編織織物預(yù)浸料坯2D進(jìn)行了設(shè)定，以使得緯紗2D-1平行于圓筒軸線方向，并使得一對經(jīng)紗2D-2和2D-3 相對于圓筒軸線方向以對稱角度(例如，士60度)對稱地交叉。另一方面，如圖18所示， 還可以對三軸編織織物預(yù)浸料坯2D進(jìn)行設(shè)置，以使得緯紗2D-1正交于圓筒軸線方向，并使得一對經(jīng)紗2D-2和2D-3相對于圓筒軸線方向以對稱角度(例如，士30度)對稱地交叉。
此外，如圖19所示的由浸漬了熱固樹脂片的四軸編織織物制成的四軸編織織物預(yù)浸料坯2Ε可以用作扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯2。在該實施方案當(dāng)中，對四軸編織織物預(yù)浸料坯2Ε進(jìn)行設(shè)定，以使得水平紗線2Ε-1平行于圓筒軸線方向，從而豎直紗線2Ε-2正交于圓筒軸線方向，并且一對傾斜紗線2Ε-3和2Ε-4相對于圓筒軸線方向以對稱角度(例如士 45度)對稱地交叉。
注意到，如圖20所示的由浸漬了熱固樹脂片的平織織物制成的平織織物(雙軸編織織物)預(yù)浸料坯8可以用作防止屈曲的預(yù)浸料坯3，而不是用作環(huán)箍預(yù)浸料坯。對平織織物預(yù)浸料坯8進(jìn)行設(shè)定，以使得一對纖維紗線8Α和8Β以對稱角度(0度和90度)平行 (正交)于圓筒軸線方向。此外，如圖19所示的四軸編織織物預(yù)浸料坯2Ε也可以被用作防止屈曲的預(yù)浸料坯3。
在具有紡織結(jié)構(gòu)的增強纖維預(yù)浸料坯的情況下，所述紡織結(jié)構(gòu)例如為上述提到的平織織物預(yù)浸料坯2C、三軸編織織物預(yù)浸料坯2D、四軸編織織物預(yù)浸料坯2Ε或者平織織物預(yù)浸料坯8，則絲線厚度理想地小于6Κ。如果絲線厚度超過6Κ，則預(yù)浸料坯的厚度變得過大，并且可能無法確保均勻的織物性能(物理性能)；此外，在制造期間圍繞心軸的纏繞預(yù)浸料坯的可加工性可能會惡化。
實踐例子
(第一實踐例子)
在第一實踐例子當(dāng)中，本發(fā)明的發(fā)明人創(chuàng)造出四種類型的FRP圓筒的原型類型A 至D，以將根據(jù)本發(fā)明的FRP圓筒與具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的FRP圓筒進(jìn)行比較。圖21是用來顯示每個類型的FRP圓筒的多層纏繞結(jié)構(gòu)的視圖，并且在圖21中，被粗邊框包圍的每個區(qū)域代表一個FRP層。
類型A和B的每一者對應(yīng)于具有第三實施方案的結(jié)構(gòu)的FRP圓筒；在類型A當(dāng)中， 通過同時進(jìn)行的多層纏繞而將多個分離片夾在中間，而在類型B當(dāng)中，沒有分離片通過同時進(jìn)行的多層纏繞而被夾在中間。類型A和B的每一者具有兩個同時纏繞的多層，它們由兩層的預(yù)浸料坯組配置而成，每組預(yù)浸料坯由從最內(nèi)層一側(cè)朝最外層一側(cè)按序?qū)盈B的一對偏置預(yù)浸料坯(士45度)和環(huán)箍預(yù)浸料坯(90度)構(gòu)成，并且每組預(yù)浸料坯連續(xù)纏繞三圈 (九個疊層)并被熱固化(總共18個疊層)。在圖21中，這兩組預(yù)浸料坯顯示為陰影區(qū)域。 內(nèi)徑Φ是33. 5mm，外徑Φ是38. 7mm，長度L是330. 2mm，并且已制成的FRP圓筒的重量是大約150g。
類型C和D的每一者對應(yīng)于具有傳統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的FRP圓筒(并不是同時進(jìn)行的多層纏繞類型)。類型C具有交替布置的三層組，每組由從最內(nèi)層一側(cè)朝最外層一側(cè)進(jìn)行層疊的FRP層和另一個FRP層構(gòu)成，其中前一個FRP層僅僅由纏繞兩圈而纏繞為圓筒的一對偏置預(yù)浸料坯(士45度)制成(四個疊層)，并且其中后一個FRP層僅僅由纏繞兩圈而纏繞為圓筒的環(huán)圈預(yù)浸料坯(90度)制成(兩個疊層)(總共十八個疊層)。類型D具有從最內(nèi)層一側(cè)朝著最外側(cè)一側(cè)層疊的兩個第一類型的FRP層和兩個第二類型的FRP層，其中每個第一類型的FRP層僅僅由纏繞三圈而纏繞為圓筒的一對偏置預(yù)浸料坯(士45度)制成(六個疊層)，并且其中每個第二類型的FRP層僅僅由纏繞三圈而纏繞為圓筒的環(huán)箍預(yù)浸料坯(90 度)制成(三個疊層)(總共十八個疊層)。
本發(fā)明的發(fā)明人在FRP圓筒的A至D類型的原型上進(jìn)行了扭矩斷裂試驗，并且已經(jīng)證實根據(jù)本發(fā)明而制造的FRP圓筒(類型A和B)在扭轉(zhuǎn)強度上具有優(yōu)越性。對于每種類型的FRP圓筒執(zhí)行了兩次扭矩斷裂試驗。
扭矩斷裂試驗的執(zhí)行方式將在以下進(jìn)行討論。每個測試件被裝載到液壓扭矩斷裂測試設(shè)備當(dāng)中，一端被牢固地鎖定，通過在0. 02Hz速度下的具有士45度幅值的正弦波來給予另一端角位移。通過安裝在牢固鎖定端的扭矩探測器來測量扭轉(zhuǎn)強度。通過固定至位移端上的軸的解碼器來測量扭轉(zhuǎn)角。
以下的表1顯示了 FRP圓筒的A至D類型的原型的扭矩斷裂試驗結(jié)果。類型A和 B是根據(jù)本發(fā)明來進(jìn)行配置的，該類型A和B具有比傳統(tǒng)類型C和D更高的扭轉(zhuǎn)強度，平均高達(dá)lOONm，這證明了本發(fā)明的同時進(jìn)行的多層纏繞的優(yōu)越性。當(dāng)類型A和類型B互相比較的時候，類型A具有比類型B更高的扭轉(zhuǎn)強度，平均高達(dá)180Nm，這證明了分離片纏繞的優(yōu)越性。
表1
權(quán)利要求
1.一種制造FRP圓筒的方法，其中將多個預(yù)浸料坯纏繞為圓筒并進(jìn)行熱固化，以形成多個FRP層，所述預(yù)浸料坯通過將增強纖維浸漬了熱固樹脂片而形成，所述方法包括同時進(jìn)行的多層纏繞過程，其中當(dāng)所述多個預(yù)浸料坯纏繞為圓筒的時候，扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯在互相層疊的同時被連續(xù)地纏繞了多圈，其中所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括傾斜于所述FRP圓筒的圓筒軸線方向的纖維層，并且其中，所述防止屈曲的預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的制造FRP圓筒的方法，其中，在所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程中，所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和所述防止屈曲的預(yù)浸料坯通過彎曲剛度保持預(yù)浸料坯而被連續(xù)地纏繞了多圈，該彎曲剛度保持預(yù)浸料坯包括平行于所述圓筒軸線方向的纖維層， 且該彎曲剛度保持預(yù)浸料坯進(jìn)一步層疊在所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和所述防止屈曲的預(yù)浸料坯上。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的制造FRP圓筒的方法，其中，所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程執(zhí)行至少兩次。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的制造FRP圓筒的方法，其中，在互相相反的纏繞方向上對所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程執(zhí)行至少兩次。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1至4中的一項所述的制造FRP圓筒的方法，其中所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程是利用分離片來進(jìn)行的，該分離片夾在層疊狀態(tài)下的毗鄰的預(yù)浸料坯之間，并且其中在所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程期間，將所述分離片移除。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1至5中的一項所述的制造FRP圓筒的方法，其中在所述同時進(jìn)行的多層纏繞過程中進(jìn)行纏繞的所述多個預(yù)浸料坯中的每一個都在所述圓筒軸線方向上具有相同的長度，并且其中，在所述圓筒軸線方向上，所述多個預(yù)浸料坯在所述FRP圓筒的整個長度上互相疊置。
7.—種FRP圓筒，具有多個預(yù)浸料坯，所述預(yù)浸料坯通過將增強纖維浸漬了熱固樹脂片而形成，并且所述預(yù)浸料坯纏繞為圓筒并進(jìn)行了熱固化，以形成為多個FRP層，其中所述多個FRP層包括同時纏繞的多層，該多層由一組預(yù)浸料坯配置而成，該一組預(yù)浸料坯連續(xù)纏繞多圈并被熱固化，其中所述一組預(yù)浸料坯包括互相層疊的扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯，其中所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括傾斜于所述FRP圓筒的圓筒軸線方向的纖維層，并且其中所述防止屈曲的預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的FRP圓筒，其中所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括一對偏置預(yù)浸料坯，該偏置預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向以士 α度(0 < α < 90)的角度而傾斜于所述圓筒軸線方向，并且其中所述防止屈曲的預(yù)浸料坯包括環(huán)箍預(yù)浸料坯，該環(huán)箍預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向正交于所述圓筒軸線方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的FRP圓筒，其中所述一對偏置預(yù)浸料坯的所述細(xì)絲纖維方向以士30度、士45度或者士60度的角度傾斜于所述圓筒軸線方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求
7至9中的一項所述的FRP圓筒，其中所述一組預(yù)浸料坯還包括層疊在所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和所述防止屈曲的預(yù)浸料坯上的彎曲剛度保持預(yù)浸料坯，所述彎曲剛度保持預(yù)浸料坯具有平行于所述圓筒軸線方向的纖維層。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的FRP圓筒，其中所述彎曲剛度保持預(yù)浸料坯包括0度預(yù)浸料坯，該0度預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向平行于所述圓筒軸線方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7、10或11所述的FRP圓筒，其中所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括平織織物預(yù)浸料坯、三軸編織織物預(yù)浸料坯或者四軸編織織物預(yù)浸料坯，其中所述平織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的平織織物構(gòu)成，并且該平織織物預(yù)浸料坯包括傾斜于所述圓筒軸線方向的纖維層，其中所述三軸編織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的三軸編織織物構(gòu)成，且該三軸編織織物預(yù)浸料坯包括傾斜于所述圓筒軸線方向的纖維層，并且其中所述四軸編織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的四軸編織織物構(gòu)成，且該四軸編織織物預(yù)浸料坯包括傾斜于所述圓筒軸線方向的纖維層。
13.根據(jù)權(quán)利要求
7、10或11所述的FRP圓筒，其中所述防止屈曲的預(yù)浸料坯包括平織織物預(yù)浸料坯或者四軸編織織物預(yù)浸料坯，其中所述平織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的平織織物構(gòu)成，并且該平織織物預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層，并且其中所述四軸編織織物預(yù)浸料坯由浸漬了熱固樹脂片的四軸編織織物構(gòu)成，且該四軸編織織物預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層。
14.根據(jù)權(quán)利要求
7至13中的一項所述的FRP圓筒，其中所述一組預(yù)浸料坯連續(xù)纏繞三圈或更多圈而纏繞為圓筒。
15.根據(jù)權(quán)利要求
7至14中的一項所述的FRP圓筒，其中所述多個FRP層包括至少兩個所述同時纏繞的多層。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的FRP圓筒，其中分別形成所述同時纏繞的多層的至少兩組預(yù)浸料坯以互相相反的纏繞方向而交替纏繞。
17.根據(jù)權(quán)利要求
7至16中的一項所述的FRP圓筒，其中所述多個FRP層包括防止爆裂層來作為該FRP層的最外層，該防止爆裂層由環(huán)箍預(yù)浸料坯制成，該環(huán)箍預(yù)浸料坯的細(xì)絲纖維方向正交于所述圓筒軸線方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求
7至17中的一項所述的FRP圓筒，其中所述一組預(yù)浸料坯的每個預(yù)浸料坯在所述圓筒軸線方向上具有相同的長度，并且其中在所述圓筒軸線方向上，所述一組預(yù)浸料坯的所述多個預(yù)浸料坯在所述FRP圓筒的整個長度上互相疊置。
專利摘要
本發(fā)明提供一種制造更高強度和更輕重量的FRP圓筒的方法，并提供了一種FRP圓筒。在制造FRP圓筒的方法當(dāng)中，其中將多個預(yù)浸料坯纏繞為圓筒形狀，并承受熱固化以形成多個FRP層，所述預(yù)浸料坯是通過將增強纖維浸漬了熱固樹脂片而形成，當(dāng)多個預(yù)浸料坯纏繞為圓筒形狀的時候，執(zhí)行了同時進(jìn)行的多層纏繞步驟，其中扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯和防止屈曲的預(yù)浸料坯被堆疊并被連續(xù)地纏繞了多次，所述扭轉(zhuǎn)剛度保持預(yù)浸料坯包括傾斜交叉于圓筒軸線方向的纖維層，并且所述防止屈曲的預(yù)浸料坯包括正交于所述圓筒軸線方向的纖維層。
文檔編號F16C3/02GKCN102292208SQ201080005194
公開日2011年12月21日 申請日期2010年1月14日
發(fā)明者中村崇人, 木元尚紀(jì), 松本紀(jì)生 申請人:藤倉橡膠工業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan