丝束预浸料的制造方法及检查方法与流程

本公开涉及丝束预浸料。

背景技术：

JP2015-98556A公开了一种使环氧树脂浸渍丝束而得到丝束预浸料的方法。

当上述的浸渍使用无水物系的环氧树脂时，具有材料费廉价且用于使其固化的加热时间为短时间即可这样的优点。另一方面，如果水分向固化前的环氧树脂渗透，则环氧树脂可能会变性。该变性有时会引起固化不良。

本公开立足于上述情况，解决课题是在将无水物系的环氧树脂使用于浸渍的情况下，抑制由水分引起的环氧树脂的变性。

技术实现要素：

本公开的一方式是包括浸渍工序和使环氧树脂固化的工序的丝束预浸料的制造方法。在所述浸渍工序中，通过使无水物系的环氧树脂浸渍强化纤维而得到丝束预浸料。在使所述环氧树脂固化的工序中，通过向所述丝束预浸料的特定面照射激光而在所述特定面使环氧树脂固化。根据该方式，在特定面无水物系的环氧树脂固化，因此能够防止水分从特定面向内部渗透。

在上述方式中，可以还包括进行判定的工序和涂布环氧树脂的工序。在所述进行判定的工序中，判定通过所述浸渍工序所得到的所述丝束预浸料中的所述环氧树脂的浸渍率是否低于预先确定的下限值。该判定基于所述激光的反射光的光谱来实施。在涂布所述环氧树脂的工序中，在所述环氧树脂的浸渍率低于所述下限值时，向所述丝束预浸料的所述特定面的背面涂布所述环氧树脂。根据该方式，即使通过浸渍工序所得到的丝束预浸料中的浸渍率低于下限值，也能够避免成为制造不良。

在上述方式中，可以还包括另一进行判定的工序。在该进行判定的工序中，判定所述环氧树脂的浸渍率是否超过预先确定的上限值。该判定基于所述激光的反射光的光谱来实施。在该方式中，在所述环氧树脂的浸渍率超过所述上限值的情况下，在所述浸渍工序中，可以使所述环氧树脂的浸渍量减少。根据该方式，能够降低制造不良。

本公开的另一方式是包括浸渍工序、进行照射的工序、进行判定的工序的丝束预浸料的检查方法。在所述浸渍工序中，通过使环氧树脂浸渍强化纤维而得到丝束预浸料。在进行照射的工序中，向所述丝束预浸料的特定面照射激光。在进行判定的工序中，判定所述环氧树脂的浸渍率是否收敛于预先确定的范围内。该判定基于所述激光的反射光的光谱来实施。根据该方式，能够连续地掌握浸渍工序中的浸渍量。

本公开能够通过上述以外的各种方式实现。例如，能够以实现上述方法的制造装置的方式实现。

附图说明

图1是丝束预浸料的制造装置的概略图。

图2是树脂涂布装置的立体图。

图3是图2的3-3剖视图。

图4是表示基于树脂涂布装置的树脂的涂布中断的情况的图。

图5是表示向丝束预浸料的第一面照射激光的情况的图。

图6是表示激光的大致的照射范围的图。

图7是表示浸渍率控制处理的流程图。

图8是表示由受光部接收到的反射光谱的坐标图。

具体实施方式

图1示出丝束预浸料的制造装置10的概略。制造装置10具备放出装置20、宽度调整装置30、树脂浸渍装置40、热风产生装置50、宽度调整装置60、卷绕装置70、控制装置90、发光部210及受光部220。

放出装置20将卷绕于辊(未图示)的丝束CF放出。丝束是指纤维束。构成本实施方式的丝束CF的各纤维是使用了碳纤维的强化纤维。

宽度调整装置30具备多个辊31～34。多个辊31～34的中央部的直径比两端的直径大。因此，通过了辊31～34的丝束CF较薄地扩展。在较薄地扩展的丝束CF中，通过树脂涂布装置100、101(后述)涂布的树脂R的浸渍容易进展。

树脂浸渍装置40在壳体内具备树脂涂布装置100、101、102。树脂涂布装置100具备树脂积存部110及涂布辊80。树脂涂布装置101具备树脂积存部111及涂布辊81。树脂涂布装置102具备树脂积存部112及涂布辊82。

树脂积存部110、111、112分别积存树脂R。树脂R是未固化的无水物系环氧树脂。树脂R包含固化剂。本实施方式的固化剂在成为约60℃以上时使树脂R固化。

涂布辊80为了向丝束CF的第一面涂布树脂R而旋转。涂布辊81为了向丝束CF的第二面涂布树脂R而旋转。涂布辊81位于传送方向上的涂布辊80的下游。关于涂布辊82，在后文叙述。

热风产生装置50产生约50℃的热风，向树脂浸渍装置40的内部供给。通过热风的供给，积存于树脂积存部110、111、112的树脂R的温度成为约50℃。通过该温度控制，避免固化剂的固化进展，且树脂R的粘度下降。涂布于第一面及第二面上的树脂R的浸渍由于这样粘度下降而进展。

向树脂涂布装置100送入的丝束CF通过上述的树脂涂布装置101、102的动作而变化为丝束预浸料TP，被从树脂浸渍装置40暂时送出。送出的丝束预浸料TP被向宽度调整装置60送入。

宽度调整装置60具备多个辊61、62。多个辊61、62的中央部的直径比两端的直径小。丝束预浸料TP在通过辊61、62时，厚度变厚，宽度变窄。

发光部210朝向从宽度调整装置60送出的丝束预浸料TP发出激光。发出的激光向丝束预浸料TP的第一面TP1(附图标记在图5中图示)照射。丝束预浸料TP的第一面TP1对应于丝束CF的第一面。第一面TP1也称为特定面。丝束预浸料TP的第二面TP2(附图标记在图5中图示)对应于丝束CF的第二面。

受光部220接收在丝束预浸料TP的第一面TP1处反射的光，作为反射光谱的信息而向控制装置90输入。关于激光的作用及反射光谱，在后文叙述。在照射了激光之后，丝束预浸料TP再次被送入到树脂浸渍装置40内，向树脂涂布装置102传送。

树脂涂布装置102的涂布辊82具有向丝束预浸料TP的第二面TP2涂布树脂R的功能。但是，树脂涂布装置102在原则上不执行树脂R的涂布，在基于树脂涂布装置100、101的浸渍量不足的情况下执行涂布。

卷绕装置70将通过了树脂涂布装置102的丝束预浸料TP卷绕于线轴(未图示)。卷绕于线轴的丝束预浸料TP用于高压罐的制造。需要说明的是，该高压罐的制造包括将卷缠于内衬的丝束预浸料TP加热成150℃左右的工序。在该工序中，树脂R固化，丝束预浸料TP的强度升高。这样，能得到作为高压罐的部件所要求的强度。

控制装置90取得来自受光部220的反射光谱，向树脂涂布装置100、101、102发送控制信号。关于控制装置90的详细动作，在后文叙述。

图2是树脂涂布装置101的立体图。以下，说明通过树脂涂布装置100、101、102涂布的树脂量的控制。树脂涂布装置100、101、102具有大致相同的结构，因此以树脂涂布装置101为代表进行说明。但是，树脂涂布装置102存在如前所述不执行树脂R的涂布的情况，因此关于这一点在后文叙述。

树脂涂布装置101除了树脂积存部111和涂布辊81之外，还具备刮板111d。

树脂积存部111的轮廓为大致六面体。树脂积存部111由4个侧面中的三方即侧板111a、侧板111c、背面板111b包围。在树脂积存部111的底部设有底板111e。树脂积存部111的上表面及1个侧面敞开。

涂布辊81具有辊面81s。涂布辊81与树脂积存部111相邻地配置，以使辊面81s沿着树脂积存部111的敞开的侧面进行旋转。由此，形成由2个侧板111a、111c、背面板111b、底板111e及辊面81s包围而用于积存树脂R的空间。从该空间向辊面81s上供给树脂R，向与辊面81s接触的丝束CF涂布树脂R。

在底板111e的上方配置刮板111d。刮板111d隔着间隙(也称为刮板间隙G(图3))而与涂布辊81的辊面81s相向配置。通过调节刮板间隙G的大小，能够调整辊面81s上附着的树脂R的厚度以及树脂R的质量。

图3示出图2所示的3-3剖面的一部分。在图3中，侧板111a、背面板111b及底板111e省略。在图3中，示出刮板111d与涂布辊81之间的间隙作为刮板间隙G。

树脂涂布装置101具备滚珠丝杠116和电动机117。滚珠丝杠116的一端与电动机117连接且另一端与刮板111d连接。并且，当电动机117旋转时，滚珠丝杠116将电动机117的旋转运动转换成直线运动而向刮板111d传递。其结果是，刮板111d移动以使刮板间隙G变化。

这样刮板间隙G增大时，在涂布辊81的表面上附着的树脂R的量增加。其结果是，涂布于丝束CF的树脂R的量增加。反之刮板间隙G减小时，在涂布辊81的表面上附着的树脂R的量减少。其结果是，涂布于丝束CF的树脂R的量减少。电动机117由来自控制装置90的驱动信号来驱动。

在调节刮板间隙G时，为了确保调节的精度，优选求出刮板间隙G的大小。刮板间隙G的大小可以设置位置传感器进行实测，也可以使用推定值。

在测定刮板间隙G的情况下，例如，可以将刮板111d安装在位置控制用台上，将作为位置传感器的线性标尺装入到台内。

在推定刮板间隙G的大小的情况下，可以利用电动机117的旋转量。预先求出电动机117的旋转量与刮板111d的移动量的关系并存储，如果实测到电动机117的旋转量，则能够推定刮板间隙G的大小。

图4示出基于树脂涂布装置102的树脂R的涂布中断的情况。如前所述，树脂涂布装置102具有能够使涂布于涂布辊82的表面的树脂R的量成为0的机构。具体而言，树脂涂布装置102设有通过使树脂积存部112以远离涂布辊82的方式移动而能够中断树脂R向涂布辊82的供给的机构。

在树脂涂布装置102设有在树脂R向涂布辊82的供给中断的情况下防止树脂R漏出的可动式的侧壁92。在向涂布辊82的表面涂布树脂R时，侧壁92退避，以避免妨碍涂布。上述的树脂积存部112的移动及侧壁92的移动由来自控制装置90的控制信号控制。

图5示出向丝束预浸料TP的第一面TP1照射激光的情况。图5示出丝束预浸料TP的侧面。在图5中，与图1不同，示出丝束预浸料TP的厚度N。并且，在图5中，示出构成丝束预浸料TP的强化纤维F。

发光部210发出的激光的波长为600nm～800nm。如图5所示，将丝束预浸料TP的传送方向定义为X方向正向，将从第二面TP2向第一面TP1的朝向定义为Z方向正向。X方向及Z方向大致正交。Y方向根据X方向及Z方向，通过右手系来确定。

图6示出激光的大致的照射范围S。照射范围S大致为圆形形状。照射范围S的直径比丝束预浸料TP的宽度K稍小。

激光的照射使丝束预浸料TP的温度局部性地上升。温度最高的部位是照射范围S内且第一面TP1的最表面。并且，从该部位主要沿X-Y平面方向传递热量，因此照射范围S外且第一面TP1的最表面的温度也上升。其结果是，第一面TP1在整个宽度方向上达到60℃以上。

当第一面TP1的温度达到60℃以上时，在第一面TP1固化剂的固化进展。其结果是，向树脂涂布装置102送入的丝束预浸料TP的第一面TP1固化。

当第一面TP1固化时，能够防止气氛中的水分从第一面TP1向丝束预浸料TP的内部的渗透。无水物系的环氧树脂在固化之前如果与水分发生反应则会变性。该变性在高压罐的制造工序中有时会引起固化不良。因此，如果防止水分从占据丝束预浸料TP的表面积的接近一半的第一面TP1渗透，则能够延缓上述变性的进展。

另一方面，第一面TP1以外、即第二面TP2及丝束预浸料TP的内部几乎未固化。由此，丝束预浸料TP整体的柔软性充分地保留。因此，卷绕装置70能够将丝束预浸料TP卷缠于线轴。

需要说明的是，树脂涂布装置102不向第一面TP1而向第二面TP2涂布树脂R的原因是，即使向第一面TP1涂布树脂R，由于第一面TP1固化，因此浸渍也不会进展。

图7是表示浸渍率控制处理的流程图。浸渍率控制处理在基于制造装置10的丝束预浸料TP的制造中，通过控制装置90反复执行。

首先，控制装置90推定浸渍率是否低于下限值(S410)。浸渍率是丝束预浸料TP包含的树脂的质量除以丝束预浸料TP整体的质量而得到的值。在此所说的下限值是浸渍率的适当范围的下限值。适当范围的下限值及上限值预先通过实验来确定。以下，对于浸渍率的取得进行说明。

图8是例示由受光部220接收到的反射光谱的坐标图。纵轴表示强度，横轴表示波长。如图8所示，在波长W1及波长W0中出现峰值。将波长W1下的强度称为强度J1。将波长W0下的强度称为强度J0。

在本实施方式的情况下，强度J1与丝束预浸料TP包含的环氧树脂的质量存在相关。强度J0与丝束预浸料TP的强化纤维F的质量存在相关。因此，通过取得强度比J1/J0而能够推定浸渍率。具体而言，通过实验而预先取得强度比J1/J0与通过其他方法测定出的浸渍率的多个对应关系，由此，能够根据强度比J1/J0推定浸渍率。

测定浸渍率的其他方法能够通过掌握预定长度的丝束CF的质量和向该丝束CF涂布的树脂R的质量并实施浸渍来实现。该方法可以使用制造装置10，也可以通过手工作业等实施。

在S410中，判定强度比J1/J0的值是否表示小于适当范围的下限值的浸渍率。

在浸渍率低于适当范围的下限值的情况下(S410为“是”)，控制装置90向树脂涂布装置102发送控制信号，向丝束预浸料TP的第二面TP2涂布树脂R(S420)。然后，控制装置90对树脂涂布装置100、101进行控制，增加向丝束CF涂布树脂R的量(S430)。

另一方面，在浸渍率为适当范围的下限值以上的情况下(S410为“否”)，控制装置90中断基于树脂涂布装置102的树脂R的涂布(S440)。需要说明的是，在S410中判定为“否”的时刻已经为基于树脂涂布装置102的涂布中断了的状态的情况下，跳过S440。

接下来，控制装置90推定浸渍率是否超过上限值(S450)。该上限值是比适当范围的下限值大且比适当范围的上限值小的值。未采用适当范围的上限值作为S450中的判定基准的原因是，当超过适当范围的上限值时，成为不合格品。

相对于此，采用适当范围的下限值作为S410中的判定基准的原因是，即使低于适当范围的下限值，通过使用树脂涂布装置102而增大浸渍率，也能够避免成为不合格品。

在浸渍率超过上限值的情况下(S450为“是”)，控制装置90对树脂涂布装置100、101进行控制，减少向丝束CF涂布树脂R的量(S460)。

在浸渍率未超过上限值的情况下(S450为“否”)，返回S410。在S430或S460结束之后，也返回S410。

以上说明的本实施方式在通过利用激光的照射而能够得到3个效果这一点上优异。第一个效果如前所述是通过带来第一面TP1的固化而能够抑制丝束预浸料TP因水分而变性。

第二个效果如前所述是通过取得反射光的光谱而能够连续地掌握浸渍率。进而，通过连续地掌握浸渍量，能够以使浸渍率收敛于适当范围的方式控制树脂涂布装置100、101、102。

第三个效果是纤维缠绕中的生产率的提高。如前所述，丝束预浸料TP用于高压罐的制造。具体而言，丝束预浸料TP在卷缠于高压罐的构成要素即内衬的外周之后，通过加热工序而固化。该卷缠的工序通过周知的纤维缠绕法来实现。

另外，构成丝束预浸料TP的强化纤维F有可能包含缺损。该缺损意味着强化纤维F的间断。丝束预浸料TP将多个强化纤维F捆扎而构成且如上所述进行固化，因此即使包含些许的缺损也几乎不会产生强度上的问题。

但是，缺损如果存在于丝束预浸料TP的表面，则有时会卡挂于纤维缠绕所使用的通丝辊等。当这样的卡挂发生时，会导致生产率的下降。

通过将如上所述容易发生卡挂的与通丝辊等接触的部位形成为第一面TP1，能够抑制卡挂。其原因是，在第一面TP1处，即使产生强化纤维F的缺损，固化的树脂也会填埋该缺损。

需要说明的是，上述第二个及第三个效果在使用不是无水物系的环氧树脂作为其他方式的情况下也能得到。

本公开并不局限于本说明书的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征为了解决前述的课题的一部分或全部，或者为了实现前述的效果的一部分或全部，可以适当更换、组合。该技术特征只要在本说明书中不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。