[发明专利]制造FRP圆筒的方法和FRP圆筒

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造FPR圆筒的方法，并涉及一种FRP圆筒。

背景技术

近年来，FRP(纤维增强塑料)圆筒已经用于各种工业领域当中。作为制造FRP圆筒的方法，本领域当中已知的方法是细丝缠绕法(专利文献1)和预浸料坯方法(专利文献2)，在细丝缠绕法中，碳纤维在浸渍了树脂的同时缠绕在心轴周围，在预浸料坯方法当中，多个预浸料坯(每个预浸料坯由浸渍了热固树脂片的碳纤维制成)进行缠绕并被热固化，以形成多个FRP层，。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：公开号为No.2006-62355的日本未经审查的专利。

专利文献2：公开号为No.2001-96635的日本未经审查的专利。

发明内容

本发明欲解决的问题

然而，根据细丝缠绕法制造的FRP圆筒需要大于规定量的树脂，并且碳纤维的体积含量具有上限，因此存在无法充分满足FRP圆筒重量减小和强度提高的需求的问题。

另一方面，根据预浸料坯方法制造的FRP圆筒具有的特性是：即使在最小必需量的树脂下也能够增大碳纤维的体积含量，从而有利的是同时获得了FRP圆筒的重量的减轻和强度的提高。然而，在根据预浸料坯方法制造的FRP圆筒用作汽车(两轮车)的传动轴或者驱动轴的情况下，需要该FRP圆筒具有高级别的强度(扭转刚度、碾压刚度和疲劳强度等)来抵抗在倾斜于FRP圆筒的方向上施加在该FRP圆筒上的力(扭矩)和在正交于FRP圆筒的方向上的施加在该FRP圆筒上的力(屈曲)，从而具有了改进的空间。

鉴于对上述问题的了解，已经设计出本发明，并且本发明的目的在于提供一种用来制造重量减轻的FRP圆筒的方法，该FRP圆筒能够达到很高的强度，并且本发明的目的还在于提供这种FRP圆筒。

解决问题的手段

作为对传统的FRP圆筒进行分析的结果，本发明的发明人已经发现：大体而言，传统的FRP圆筒是通过在互相不同的纤维方向上对预浸料坯进行多圈缠绕而制成的；然而，当在FRP圆筒的内部/外部方向上在FRP圆筒上的互相毗邻的多个纤维之中施加力的时候，由于在互相毗邻的预浸料坯的FRP圆筒的内部/外部方向上互相毗邻的多个纤维(纤维层)互相隔离，因此很难使得对这些纤维的变形进行抑制的力产生作用。此外，尽管同一个预浸料坯已经连续缠绕了多圈，但当已经缠绕了多圈的该预浸料坯进行了热固化的时候，很难使得变形抑制效果以类似的方式产生作用，这是因为在FRP圆筒的内部/外部方向上互相毗邻的纤维方向彼此相同。发明人得出的结论是，这些就是为何传统的FRP圆筒不能展现充分强度的原因，从而将其引向本发明的构想。

具体而言，已经从以下的观点中来设计本发明：在通过缠绕纤维方向相互不同的多个预浸料坯而制成的FRP圆筒当中，该FRP圆筒总是包括扭转刚度保持预浸料坯和防止屈曲(纵弯曲)的预浸料坯，该扭转刚度保持预浸料坯包含了倾斜于FRP圆筒的纵向方向的增强纤维(倾斜纤维)，该防止屈曲的预浸料坯包含了正交于FRP圆筒的纵向方向的增强纤维(正交纤维)，因此，如果倾斜纤维和正交纤维以互相毗邻的状态连续缠绕多圈的话，则能够使在一个方向上延伸的多个纤维(纤维层)和在另一个方向上延伸其它纤维(纤维层)在内部/外部方向上毗邻地层叠两圈或更多圈。因此，内纤维层和外纤维层互相阻止其变形，从而能够提高强度。换言之，如果正交纤维(倾斜纤维)和倾斜纤维(正交纤维)进行层叠并且缠绕两圈或者更多圈(以形成同时缠绕的多层/多重缠绕层/一组缠绕层)，其中正交纤维(倾斜纤维)夹在倾斜纤维(正交纤维)之间，则能够提高FRP圆筒的强度，这是因为，可以设想到，在外力作用到FRP圆筒的时候，毗邻的纤维层相互合作地抵抗变形。

根据本发明的用来制造FRP圆筒的方法的特征在于，将多个预浸料坯缠绕为圆筒并进行热固化，以形成多个FRP层，所述预浸料坯通过将增强纤维浸渍了热固树脂片而形成，所述方法包括同时进行的多层缠绕过程，其中当所述多个预浸料坯缠绕为圆筒的时候，扭转刚度保持预浸料坯和防止屈曲的预浸料坯在互相层叠的同时被连续地缠绕了多圈，其中所述扭转刚度保持预浸料坯包括倾斜于所述FRP圆筒的圆筒轴线方向的纤维层，并且其中，所述防止屈曲的预浸料坯包括正交于所述圆筒轴线方向的纤维层。

通过这种构型，能够获得相对于扭转方向和屈曲方向的高强度的FRP圆筒，这适合于用作汽车的传动轴和驱动轴。