制造FRP圆筒的方法和FRP圆筒.pdf

1、(10)申请公布号 CN 104015374 A (43)申请公布日 2014.09.03 C N 1 0 4 0 1 5 3 7 4 A (21)申请号 201410225187.5 (22)申请日 2010.01.14 2009-011142 2009.01.21 JP 201080005194.4 2010.01.14 B29C 70/32(2006.01) F16C 3/02(2006.01) F16S 3/00(2006.01) (71)申请人藤仓橡胶工业株式会社 地址日本东京都 (72)发明人中村崇人 松本纪生 木元尚纪 (74)专利代理机构北京戈程知识产权代理有限 公司 1131

2、4 代理人程伟 王锦阳 (54) 发明名称 制造FRP圆筒的方法和FRP圆筒 (57) 摘要 本发明提供一种制造更高强度和更轻重量的 FRP圆筒的方法，并提供了一种FRP圆筒。在制造 FRP圆筒的方法当中，其中将多个预浸料坯缠绕 为圆筒形状，并承受热固化以形成多个FRP层，所 述预浸料坯是通过将增强纤维浸渍了热固树脂片 而形成，当多个预浸料坯缠绕为圆筒形状的时候， 执行了同时进行的多层缠绕步骤，其中扭转刚度 保持预浸料坯和防止屈曲的预浸料坯被堆叠并被 连续地缠绕了多次，所述扭转刚度保持预浸料坯 包括倾斜交叉于圆筒轴线方向的纤维层，并且所 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

3、。 (30)优先权数据 (62)分案原申请数据 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书15页 附图21页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书15页 附图21页 (10)申请公布号 CN 104015374 A CN 104015374 A 1/2页 2 1.一种制造FRP圆筒的方法，其中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

4、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， 其中所述同时进行的多层缠绕过程执行至少两次，并且 其中在互相相反的缠绕方向上对所述同时进行的多层缠绕过程执行至少两次。 2.根据权利要求1所述的制造FRP圆筒的方法，其中，在所述同时进行的多层缠绕过程 中，所述扭转刚度保持预浸料坯和所述防止屈曲的预浸料坯通过弯曲刚度保持预浸料坯而 被连续地缠绕了多圈，该弯曲刚度保持预浸料坯包括平行于所述圆筒轴线方向的纤维层， 且该弯曲刚度保持预浸料坯进一步层叠在所述扭转刚度保持预浸料坯和所述防止屈曲的

5、 预浸料坯上。 3.根据权利要求1所述的制造FRP圆筒的方法，其中在所述同时进行的多层缠绕过程 中进行缠绕的所述多个预浸料坯中的每一个都在所述圆筒轴线方向上具有相同的长度，并 且其中，在所述圆筒轴线方向上，所述多个预浸料坯在所述FRP圆筒的整个长度上互相叠 置。 4.一种FRP圆筒，具有多个预浸料坯，所述预浸料坯通过将增强纤维浸渍了热固树脂 片而形成，并且所述预浸料坯缠绕为圆筒并进行了热固化，以形成为多个FRP层， 其中所述多个FRP层包括同时缠绕的多层，该多层由一组预浸料坯配置而成，该一组 预浸料坯连续缠绕多圈并被热固化，其中所述一组预浸料坯包括互相层叠的扭转刚度保持 预浸料坯和防止屈曲的预

6、浸料坯，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， 其中所述多个FRP层包括至少两个所述同时缠绕的多层，并且 其中分别形成所述同时缠绕的多层的至少两组预浸料坯以互相相反的缠绕方向而交 替缠绕。 5.根据权利要求4所述的FRP圆筒，其中所述扭转刚度保持预浸料坯包括一对偏置预 浸料坯，该偏置预浸料坯的细丝纤维方向以度(090)的角度而倾斜于所述圆筒轴 线方向，并且 其中所述防止屈曲的预浸料坯包括环箍预浸料坯，该环箍预浸料坯的细丝纤维方向正 交于所述圆筒轴线方向。 6.根据权利要求5所述的FRP圆

7、筒，其中所述一对偏置预浸料坯的所述细丝纤维方向 以30度、45度或者60度的角度倾斜于所述圆筒轴线方向。 7.根据权利要求4所述的FRP圆筒，其中所述一组预浸料坯还包括层叠在所述扭转刚 度保持预浸料坯和所述防止屈曲的预浸料坯上的弯曲刚度保持预浸料坯，所述弯曲刚度保 持预浸料坯具有平行于所述圆筒轴线方向的纤维层。 8.根据权利要求7所述的FRP圆筒，其中所述弯曲刚度保持预浸料坯包括0度预浸料 坯，该0度预浸料坯的细丝纤维方向平行于所述圆筒轴线方向。 权 利 要 求 书CN 104015374 A 2/2页 3 9.根据权利要求4所述的FRP圆筒，其中所述扭转刚度保持预浸料坯包括平织织物预 浸料坯

8、、三轴编织织物预浸料坯或者四轴编织织物预浸料坯， 其中所述平织织物预浸料坯由浸渍了热固树脂片的平织织物构成，并且该平织织物预 浸料坯包括倾斜于所述圆筒轴线方向的纤维层，其中所述三轴编织织物预浸料坯由浸渍了 热固树脂片的三轴编织织物构成，且该三轴编织织物预浸料坯包括倾斜于所述圆筒轴线方 向的纤维层，并且其中所述四轴编织织物预浸料坯由浸渍了热固树脂片的四轴编织织物构 成，且该四轴编织织物预浸料坯包括倾斜于所述圆筒轴线方向的纤维层。 10.根据权利要求4所述的FRP圆筒，其中所述防止屈曲的预浸料坯包括平织织物预浸 料坯或者四轴编织织物预浸料坯， 其中所述平织织物预浸料坯由浸渍了热固树脂片的平织织物构

9、成，并且该平织织物预 浸料坯包括正交于所述圆筒轴线方向的纤维层，并且其中所述四轴编织织物预浸料坯由浸 渍了热固树脂片的四轴编织织物构成，且该四轴编织织物预浸料坯包括正交于所述圆筒轴 线方向的纤维层。 11.根据权利要求4所述的FRP圆筒，其中所述一组预浸料坯连续缠绕三圈或更多圈而 缠绕为圆筒。 12.根据权利要求4所述的FRP圆筒，其中所述多个FRP层包括防止爆裂层来作为该 FRP层的最外层，该防止爆裂层由环箍预浸料坯制成，该环箍预浸料坯的细丝纤维方向正交 于所述圆筒轴线方向。 13.根据权利要求4所述的FRP圆筒，其中所述一组预浸料坯的每个预浸料坯在所述圆 筒轴线方向上具有相同的长度，并且其

10、中在所述圆筒轴线方向上，所述一组预浸料坯的所 述多个预浸料坯在所述FRP圆筒的整个长度上互相叠置。 权 利 要 求 书CN 104015374 A 1/15页 4 制造 FRP 圆筒的方法和 FRP 圆筒 0001 本申请是申请号为201080005194.4，申请日为2010年1月14日，发明名称为“制 造FRP圆筒的方法和FRP圆筒”的中国专利申请的分案申请。 技术领域 0002 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 0003 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

11、)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，。 0004 现有技术文献 0005 专利文献 0006 专利文献1：公开号为No.2006-62355的日本未经审查的专利。 0007 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 0008 本发明欲解决的问题 0009 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

12、强度提高的需求的问题。 0010 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。 0011 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

13、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。 0012 解决问题的手段 0013 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 说 明 书CN 104015374 A 2/15页 5

14、 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。 0014 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

15、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

16、形。 0015 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。 0016 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。 00

17、17 在所述同时进行的多层缠绕过程中，所述扭转刚度保持预浸料坯和所述防止屈曲 的预浸料坯通过弯曲刚度保持预浸料坯而被连续地缠绕了多圈，该弯曲刚度保持预浸料坯 包括平行于所述圆筒轴线方向的纤维层，且该弯曲刚度保持预浸料坯进一步层叠在所述扭 转刚度保持预浸料坯和所述防止屈曲的预浸料坯上。 0018 通过这种构型，能够获得相对于弯曲方向具有强度并且相对于扭转方向和屈曲方 向具有强度的FRP圆筒，并且该FRP圆筒适合于用作汽车的稳定杆或者防滚动杆。 0019 理想地，所述同时进行的多层缠绕过程执行至少两次。理想地，在互相相反的缠绕 方向上对所述同时进行的多层缠绕过程执行至少两次。 0020 理想地，所

18、述同时进行的多层缠绕过程是利用分离片(例如，PTFE薄膜或PFA薄 膜)进行的，该分离片夹在层叠状态下的毗邻的预浸料坯之间(扭转刚度保持预浸料坯和 防止屈曲的预浸料坯、扭转刚度保持预浸料坯和弯曲刚度保持预浸料坯、或者防止屈曲的 预浸料坯和弯曲刚度保持预浸料坯)，并且在该同时进行的多层缠绕过程的操作期间，将所 述分离片移除。 0021 理想地，在所述同时进行的多层缠绕过程中进行缠绕的每个预浸料坯(扭转刚度 保持预浸料坯和防止屈曲的预浸料坯，以及弯曲刚度保持预浸料坯)都在所述圆筒轴线方 向上具有相同的长度，并且在所述圆筒轴线方向上，多个预浸料坯在所述FRP圆筒的整个 说 明 书CN 1040153

19、74 A 3/15页 6 长度上互相叠置。对于具有传统结构的FRP圆筒来说，典型地，将用来防止FRP圆筒的横截 面屈曲的防止屈曲的预浸料坯在圆筒轴线方向上少量地插入到FRP圆筒的一部分当中，因 此，可能会发生诸如该防止屈曲的预浸料坯无法轻易地插入并且产品出现扭曲的问题。在 本发明当中，通过对这种传统公知技术常识进行再次审视，可以通过使得防止屈曲的预浸 料坯和扭转刚度保持预浸料坯(弯曲刚度保持预浸料坯)在圆筒轴线方向上具有相同长 度，并且使得这些预浸料坯连续缠绕多圈，从而解决诸如该防止屈曲的预浸料坯无法轻易 地插入并且产品出现扭曲的问题。 0022 根据本发明的FRP圆筒的特征在于，该FRP圆筒

20、具有多个预浸料坯，所述预浸料 坯通过将增强纤维浸渍了热固树脂片而形成，并且所述预浸料坯缠绕为圆筒并进行了热固 化，以形成为多个FRP层，其中所述多个FRP层包括同时缠绕的多层，该多层由一组预浸料 坯配置而成，该一组预浸料坯连续缠绕多圈并被热固化，其中所述一组预浸料坯包括互相 层叠的扭转刚度保持预浸料坯和防止屈曲的预浸料坯，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。 0023 从实践来说，使得所述扭转刚度保持预浸料坯包括一对偏置预浸料坯，该偏置预 浸料坯的细丝纤维方向以度(090)的角度而倾斜

21、于所述圆筒轴线方向，并且使得 所述防止屈曲的预浸料坯包括环箍预浸料坯，该环箍预浸料坯的细丝纤维方向正交于所述 圆筒轴线方向。在这种情况下，理想地，所述一对偏置预浸料坯的细丝纤维方向以30度、 45度或者60度的角度倾斜于所述圆筒轴线方向。 0024 所述一组预浸料坯还可以包括层叠在所述扭转刚度保持预浸料坯和所述防止屈 曲的预浸料坯上的弯曲刚度保持预浸料坯，该弯曲刚度保持预浸料坯具有平行于所述圆筒 轴线方向的纤维层。在这种情况下，从实践来说，使得该弯曲刚度保持预浸料坯是0度预浸 料坯，该0度预浸料坯的细丝纤维方向平行于所述圆筒轴线方向。 0025 可替代地，可以使得所述扭转刚度保持预浸料坯包括平

22、织织物预浸料坯、三轴编 织织物预浸料坯或者四轴编织织物预浸料坯，其中所述平织织物预浸料坯由浸渍了热固树 脂片的平织织物构成，并且该平织织物预浸料坯包括倾斜于所述圆筒轴线方向的纤维层， 其中所述三轴编织织物预浸料坯由浸渍了热固树脂片的三轴编织织物构成，且该三轴编织 织物预浸料坯包括倾斜于所述圆筒轴线方向的纤维层，并且其中所述四轴编织织物预浸料 坯由浸渍了热固树脂片的四轴编织织物构成，且该四轴编织织物预浸料坯包括倾斜于所述 圆筒轴线方向的纤维层。此外，所述防止屈曲的预浸料坯可以包括平织织物预浸料坯或者 四轴编织织物预浸料坯，其中所述平织织物预浸料坯由浸渍了热固树脂片的平织织物构 成，并且该平织织物

23、预浸料坯包括正交于所述圆筒轴线方向的纤维层，并且其中所述四轴 编织织物预浸料坯由浸渍了热固树脂片的四轴编织织物构成，且该四轴编织织物预浸料坯 包括正交于所述圆筒轴线方向的纤维层。 0026 理想地，所述一组预浸料坯连续缠绕三圈或更多圈而缠绕为圆筒。 0027 理想地，所述多个FRP层包括至少两个所述同时缠绕的多层。在这种情况下，分别 形成所述同时缠绕的多层的至少两组预浸料坯以互相相反的缠绕方向而交替缠绕。 0028 理想地，所述多个FRP层包括防止爆裂层来作为该FRP层的最外层，该防止爆裂层 由环箍预浸料坯制成，该环箍预浸料坯的细丝纤维方向正交于所述圆筒轴线方向。 说 明 书CN 104015

24、374 A 4/15页 7 0029 理想地，所述一组预浸料坯的每个预浸料坯(扭转刚度保持预浸料坯和防止屈曲 的预浸料坯，以及弯曲刚度保持预浸料坯)在所述圆筒轴线方向上具有相同的长度，并且 在所述圆筒轴线方向上，所述一组预浸料坯的多个预浸料坯在所述FRP圆筒的整个长度上 互相叠置。 0030 发明效果 0031 根据本发明，由于所述方法包括同时进行的多层缠绕过程，其中当多个预浸料坯 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

25、于所述圆筒轴线方向的纤维层， 能够获得相对于扭转方向和屈曲方向的高强度的FRP圆筒。此外，能够实现FRP圆筒的重 量减轻和强度提高，这是因为可以通过减少包含在构成所述一组预浸料坯的扭转刚度保持 预浸料坯和防止屈曲的预浸料坯中的树脂量，从而提高了增强纤维的量。 附图说明 0032 图1是显示关于本发明第一实施方案的包含在FRP圆筒中的同时进行的多层缠绕 层的视图； 0033 图2是显示包括了图1所示的同时进行的多层缠绕层的一组预浸料坯的结构的视 图； 0034 图3是显示防止爆裂的预浸料坯的结构的视图； 0035 图4是显示FRP圆筒的结构的视图，该FRP圆筒通过对以圆筒方式缠绕为FRP层 的预

26、浸料坯进行热固化而制成； 0036 图5是显示包含在FRP圆筒中的同时进行的多层缠绕层的视图，该FRP圆筒通过 利用夹在多个层之间的分离片来对所述多个层进行缠绕而制成； 0037 图6是显示关于本发明第二实施方案的包含在FRP圆筒中的同时进行的多层缠绕 层的视图； 0038 图7是显示关于本发明第三实施方案的包含在FRP圆筒中的同时进行的多层缠绕 层的视图； 0039 图8是显示包括了图7所示的同时进行的多层缠绕层的一组预浸料坯的结构的视 图； 0040 图9显示关于本发明第四实施方案的包含在FRP圆筒中的同时进行的多层缠绕层 的视图； 0041 图10是显示包括了图9所示的同时进行的多层缠绕

27、层的一组预浸料坯的结构的 视图； 0042 图11是显示在所述一组预浸料坯的圈数发生改变的情况下，同时进行的多层缠 绕层的视图； 0043 图12是显示关于本发明第五实施方案的包含在FRP圆筒中的同时进行的多层缠 绕层的视图； 0044 图13是显示包括了图12所示的同时进行的多层缠绕层的一组预浸料坯的结构的 视图； 说 明 书CN 104015374 A 5/15页 8 0045 图14是显示关于本发明第六实施方案的包含在FRP圆筒中的同时进行的多层缠 绕层的视图； 0046 图15是显示包括了图14所示的同时进行的多层缠绕层的一组预浸料坯的结构的 视图； 0047 图16是显示用作扭转刚度

28、保持预浸料坯的平织织物预浸料坯的结构的视图； 0048 图17是显示用作扭转刚度保持预浸料坯的三轴编织织物预浸料坯的结构的第一 视图； 0049 图18是显示用作扭转刚度保持预浸料坯的三轴编织织物预浸料坯的结构的第二 视图； 0050 图19是显示用作扭转刚度保持预浸料坯或防止屈曲的预浸料坯的四轴编织织物 预浸料坯的结构的视图； 0051 图20是显示用作防止屈曲层的平织织物的结构的视图； 0052 图21是用来显示在实践的例子中，用于试验而制造的每个FRP圆筒中的预浸料坯 的多层缠绕结构的第一图表； 0053 图22是用来显示在实践的例子中，用于试验而制造的每个FRP圆筒中的预浸料坯 的多层

29、缠绕结构的第二图表； 0054 图23是用来显示在实践的例子中，用于试验而制造的每个FRP圆筒中的预浸料坯 的多层缠绕结构的第三图表。 具体实施方式 0055 (第一实施方案) 0056 图1是显示关于本发明第一实施方案的包含在FRP圆筒100(图4)中的同时缠绕 的多层10的视图。该FRP圆筒100是通过将多个预浸料坯缠绕为圆筒并对这样缠绕的多 个预浸料坯进行热固化而制成的，从而构成了多个FRP层，其中每个预浸料坯是通过将热 固树脂片浸渍了增强纤维而制成的。在图1中，为了使得本发明更加容易理解，仅仅是对包 含在该多个FRP层中的同时缠绕的多层10进行了显示。 0057 该同时缠绕的多层10具

30、有扭转刚度保持层20和防止屈曲的层30，该扭转刚度保 持层20具有一定的强度来在倾斜于FRP圆筒100的轴线方向上(以下称为“圆筒轴线方 向”)经受施加在FRP圆筒100上的力(扭矩)，所述防止屈曲的层30具有一定的强度来在 正交于圆筒轴线方向上经受施加在FRP圆筒100上的力(屈曲)。扭转刚度保持层20由一 对偏置层20A和20B构成。 0058 更加具体而言，同时缠绕的多层10是由一组预浸料坯1配置而成，该一组预浸料 坯1由扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯3构成，并且扭转刚度保持预浸料 坯2和防止屈曲的预浸料坯3如图2所示的那样按照从底层(内侧)的那个顺序进行层叠， 并且一组预浸

31、料坯1连续缠绕了多圈并被热固化，其中扭转刚度保持预浸料坯2包括倾斜 于圆筒轴线方向的纤维层，防止屈曲的预浸料坯3包括正交于圆筒轴线方向的纤维层。图2 显示了扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯3互相层叠之前的一组预浸料坯1 的状态，以对构成一组预浸料坯1的扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯3的 每一者的纤维方向进行显示。注意到，多个预浸料坯之间的上-下(内-外)位置关系是灵 说 明 书CN 104015374 A 6/15页 9 活可变的；可以通过将防止屈曲的预浸料坯3和扭转刚度保持预浸料坯2按照从底层(内 侧)的那个顺序进行层叠来制造一组预浸料坯1。 0059 扭转刚度保持预浸

32、料坯2通过热固化而变成了扭转刚度保持层20；在该实施方案 当中，扭转刚度保持预浸料坯2由一对偏置预浸料坯2A和2B构成。该对偏置预浸料坯的 细丝纤维方向以度(090)的角度而倾斜于圆筒轴线方向。角度例如是30 度、45度或60度。防止屈曲的预浸料坯3通过热固化而变成防止屈曲的层30，且该防 止屈曲的预浸料坯3是环箍预浸料坯，该环箍预浸料坯的细丝纤维方向正交于圆筒轴线方 向。 0060 一组预浸料坯1(扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯3)的宽度W设 定为是缠绕为圆筒的一组预浸料坯1的周长的大约三倍，并且一组预浸料坯1能够连续缠 绕三圈而缠绕为圆筒。由于一组预浸料坯1由三个预浸料坯构成：

33、一对偏置预浸料坯2A和 2B以及环箍预浸料坯3，因此通过将一组预浸料坯1连续缠绕三圈而缠绕为圆筒，叠层的数 量总共变为九。一组预浸料坯1(扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯3)在圆 筒轴线方向上具有相同的(等量的)长度，并且在圆筒轴线方向上，扭转刚度保持预浸料坯 2和防止屈曲的预浸料坯3在一组预浸料坯1的整个长度上互相叠置。注意到长度L对应 于FRP圆筒100的长度，并且该长度L按照FRP圆筒100的用途来进行设计。 0061 各种预浸料坯根据FRP圆筒100的用途而缠绕在一组预浸料坯1的内侧或者外 侧，并且这些各种预浸料坯通过热固化而变成了不同于同时缠绕的多层10的FRP层。例如，

34、理想地，FRP圆筒的多个FRP层的最外层构成了防止爆裂层，该防止爆裂层是通过对防止爆 裂的预浸料坯7(环箍预浸料坯)进行热固化而制成的，其细丝纤维的方向正交于圆筒轴线 方向(图3)。该防止爆裂层防止了FRP圆筒100在被屈曲压缩的时候发生爆裂，并增强了 FRP圆筒100相对于屈曲方向的强度。防止爆裂的预浸料坯7的宽度W根据其圈数(叠层 数量)而进行设计。此外，还可以在多个FRP层的任何一层上安装弯曲应力保持层(防止 轴线方向压缩的层)，该弯曲应力保持层是通过对0度预浸料坯进行热固化而制成的，该0 度预浸料坯的细丝纤维方向平行于圆筒轴线方向。 0062 除了碳纤维以外，氧化铝纤维、芳香尼龙纤维、

35、泰伦诺(Tyranno)纤维、无定形纤 维、玻璃纤维等等能够用作包含在各种预浸料坯当中的增强纤维，所述预浸料坯包括上述 的扭转刚度保持预浸料坯2、防止屈曲的预浸料坯3和防止爆裂的预浸料坯7(0度预浸料 坯)。换言之，丝线类型并未从根本上限制为特定类型。 0063 在诸如扭转刚度保持预浸料坯2(一对偏置预浸料坯2A和2B)、防止屈曲的(环 箍)预浸料坯3或者防止爆裂的(环箍)预浸料坯7的单向纤维增强预浸料坯的情况下 (亦即，细丝纤维的方向在一个方向上排列)，丝线厚度理想地小于24K(1K1,000根细 丝)。如果丝线厚度超过24K，则可能无法确保均匀的织物性能；此外，在制造期间围绕心轴 来缠绕预

36、浸料坯的可加工性可能会受到恶化。 0064 这种增强织物浸渍的树脂从本质来说可以是任意的类型。例如，可以使用环氧树 脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、聚醚醚酮(peek)树脂、聚酰亚胺树脂等等。 0065 理想地，每个预浸料坯的重量小于300g/m 2 ，更加理想地小于250g/m 2 。如果重量超 过300g/m 2 ，则预浸料坯变得过厚，从而很难在制造期间围绕心轴进行缠绕。包含在每个预 浸料坯当中的树脂量理想地处在重量比的百分之二十至百分之四十五的范围内；更加理想 说 明 书CN 104015374 A 7/15页 10 地为重量比的百分之二十五至百分之四十。如果树脂的重量含量在

37、百分之二十以下的话， 则由于太小量的树脂而可能无法制造出具有足够强度的轴。如果树脂的重量含量超过百分 之四十五，则与具有相同重量的圆筒的情况相比较的话，扭转刚度可能会恶化。 0066 如上所述来进行配置的FRP圆筒100可以相对于扭转方向和屈曲方向来提高强 度，这是因为同时缠绕的多层10被制造为包含在包括FRP圆筒100的主体的多个FRP层之 间，该同时缠绕的多层10是由一组预浸料坯1(其由互相层叠的扭转刚度保持预浸料坯2 和防止屈曲的预浸料坯3构成)连续缠绕多圈并进行热固化(其中扭转刚度保持预浸料坯 2包括倾斜于圆筒轴线方向的纤维层，防止屈曲的预浸料坯3包括正交于圆筒轴线方向的 纤维层)配置

38、而成的。具有这种结构的FRP圆筒100适合于用作汽车的传动轴或驱动轴。 0067 此外，由于三个预浸料坯(亦即，一对偏置预浸料坯2A和2B和环箍预浸料坯3) 在宏观上被认为是单一预浸料坯(一组预浸料坯1)的同时来进行层叠并接着进行缠绕，所 以与相同重量的材料独立缠绕的情形相比，防止屈曲效果的体现为可以同时实现FRP圆筒 100的重量的减轻和强度的提高。 0068 接下来，以下将讨论制造FRP圆筒100的方法，该FRP圆筒100如上所述的那样进 行配置。以下将讨论的制造方法仅仅是例子；在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以 进行各种更改。 0069 多个预浸料坯(包括一组预浸料坯1，该一组预浸料

39、坯1中的每个预浸料坯都由浸 渍了热固树脂片的碳纤维制成)围绕金属材料制成的杆状(柱状)的心轴(以下称作“心 轴”)M的周缘进行缠绕。亦即，多个预浸料坯缠绕在心轴M的周缘周围，以在其上进行多层 的层叠，其层叠顺序是从形成FRP圆筒100的最内FRP层的预浸料坯到形成FRP圆筒100 的最外FRP层的预浸料坯。理想地，这种多层操作在预定的预热状态下执行，从而可以在心 轴M周围来缠绕预浸料坯，其缠绕方式使得毗邻的预浸料坯紧密地互相层叠。 0070 在心轴M周围完成了所有预浸料坯的缠绕的时候，将处于张力下的收缩带或其类 似物缠绕在预浸料坯上，并且预浸料坯通过加热装置(例如烘箱)来进行热固化，其中外部

40、压力作用于预浸料坯。理想地，该加热和固化过程在真空中(例如，在高压锅当中)进行。 因此，缠绕在心轴M周围的多个预浸料坯被热固化成一体的FRP圆筒。亦即，一组预浸料坯 1被热固化而变成了同时缠绕的多层10。 0071 随后，通过将心轴M拔出来而完成FRP圆筒100(图4)，该FRP圆筒100具有内径 、外径和长度L，内径对应于心轴M的外径，外径对应于内径加上多个FRP层 的厚度，长度L对应于预浸料坯的长度。 0072 根据本实施方案的用于制造FRP圆筒的方法，对一组预浸料坯1连续缠绕多圈 (其中扭转刚度保持预浸料坯2包括倾斜于圆筒轴线方向的纤维层，并且防止屈曲的预浸 料坯3包括正交于圆筒轴线方向

41、的纤维层)的过程包含在将多个预浸料坯缠绕为圆筒的过 程当中，该一组预浸料坯1由互相层叠的扭转刚度保持预浸料坯2(一对偏置预浸料坯2A 和2B)和防止屈曲的预浸料坯(环箍预浸料坯)3构成。换言之，该同时进行的多层缠绕过 程是将多个预浸料坯(三个预浸料坯：扭转刚度保持预浸料坯2的一对偏置预浸料坯2A和 2B，以及防止屈曲的预浸料坯3)在心轴M周围连续地缠绕多圈的过程，好像该多个预浸料 坯是单一的预浸料坯(一组预浸料坯1)。 0073 理想地，同时进行的多层缠绕过程通过多个分离片来进行，这些分离片夹在层叠 说 明 书CN 104015374 A 10 8/15页 11 状态下的毗邻层之间(分离片缠绕

42、)。图5显示了这个实施方案。在该实施方案当中，同时 进行的多层缠绕过程通过分离片P1和分离片P2来进行的，该分离片P1夹在扭转刚度保持 预浸料坯2(扭转刚度保持层20)和防止屈曲的预浸料坯3(防止屈曲的层30)之间，该分 离片P2夹在一对偏置预浸料坯2A和2B(一对偏置层20A和20B)之间。可以使用氟树脂 (涂层)薄膜来用作分离片P1和P2，例如举例来说，PTFE薄膜或者PFA薄膜。 0074 根据上述的分离片缠绕，一组预浸料坯1能够均匀地缠绕；此外，极大改进了FRP 圆筒100的可成形性，并且其内部结构和外部结构能够被制造得极佳。因此，不必对FRP 圆筒100的表面进行打磨以使得它通过后处

43、理而变得光滑，也不必对表面进行喷漆以改善 FRP圆筒100的表面的外观。分离片P1和P2在同时进行的多层缠绕过程期间被接连地移 除(分离片的移除过程)。为了便于该分离片的移除过程，每个分离片P1和P2的宽度设定 为大于并长于一组预浸料坯10的宽度W。此外，在缠绕开始的位置上，每个分离片P1和P2 轻微地凹陷在一组预浸料坯1(同时缠绕的多层10)当中。 0075 (第二实施方案) 0076 图6是显示关于本发明第二实施方案的包含在FRP圆筒中的同时缠绕的多层10 的视图。在该实施方案当中，扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯3的缠绕开 始位置被形成为互相不同，从而同时缠绕的多层10的扭转刚

44、度保持层20和防止屈曲的层 30互相偏移(偏移缠绕)。更加具体而言，从扭矩刚度保持预浸料坯2(一对偏置预浸料坯 2A和2B)已经被缠绕为圆筒的点(缠绕开始位置)处，扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈 曲的预浸料坯3互相叠置地连续缠绕了两圈。该偏移缠绕可以在接收较高的剪切应力的外 层中增强防止屈曲的效果，从而能够使得FRP圆筒具有较高的强度。 0077 扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯3的缠绕开始位置之间的偏移度 (偏移量)可以根据FRP圆筒的用途而变化。此外，第二实施方案的FRP圆筒能够以与第一 实施方案的FRP圆筒类似的方式来进行制造。 0078 尽管扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈曲的

45、预浸料坯3在图6中互相偏移，但是 可以使得一对偏置预浸料坯2A和2B互相偏移。例如，以下三个预浸料坯的缠绕开始位置 可以被安排成互相不同，亦即，一对偏置预浸料坯2A和2B以及防止屈曲的预浸料坯3。此 外，这三个预浸料坯的叠置顺序并不限制于图6所示的那样；例如，可以使得防止屈曲的预 浸料坯和一对偏置预浸料坯以从内层侧开始的顺序进行层叠。 0079 (第三实施方案) 0080 图7是显示关于本发明第三实施方案的包含在FRP圆筒中的同时缠绕的多层10 的视图。该实施方案的FRP圆筒具有两个同时缠绕的多层10和40，其分别由两组预浸料坯 1和4制造而成。一组预浸料坯4具有与第一实施方案的一组预浸料坯1

46、相同的结构，并 且该一组预浸料坯4是通过将由一对偏置预浸料坯5A和5B构成的扭转刚度保持预浸料坯 5和防止屈曲的(环箍)预浸料坯6互相层叠而制成的(图8)。通过对两组同时缠绕的多 层10和40的每一者连续缠绕三圈，叠层的总体数量变为十八。 0081 通过使得FRP圆筒在FRP圆筒的多个FRP层中包括两个同时缠绕的多层10和40， 能够进一步地增大FRP圆筒的强度。可以根据FRP圆筒的用途来适宜地改变包含在FRP圆 筒的多个FRP层中的同时缠绕的多层的数量，例如，可以将FRP圆筒制造成在FRP圆筒的多 个FRP层中包括三个或更多个同时缠绕的多层。在这种情况下，使用了对应于同时缠绕的 说 明 书C

47、N 104015374 A 11 9/15页 12 多层的数量的多组预浸料坯。 0082 尽管本实施方案的FRP圆筒可以以类似于第一实施方案的FRP圆筒的方式来进行 制造，但是理想地，对于一组预浸料坯1的同时进行的多层缠绕过程和对于一组预浸料坯4 的同时进行的多层缠绕过程在相互相反的缠绕方向上(相反方向)交替进行。在图7中所 示的例子当中，当一组预浸料坯1在顺时针方向(相对于图7而言从左到右)旋转的心轴 M周围缠绕之后，一组预浸料坯4在逆时针方向(相对于图7而言从右到左)旋转的心轴M 周围进行缠绕。这在圆周方向上增强了FRP圆筒的FRP层的均匀性，并增强了FRP圆筒的 强度及其外观。 0083

48、 (第四实施方案) 0084 图9是显示关于本发明第四实施方案的包含在FRP圆筒中的同时缠绕的多层70 的视图。与第一实施方案的元件类似的元件通过相同的参考标号进行了表示，并且将省略 对这些元件的描述。 0085 除了扭转刚度保持层20和防止屈曲的层30之外，同时缠绕的多层70还设有弯曲 刚度保持层80，该弯曲刚度保持层80具有的强度能够经受在平行于圆筒轴线方向上施加 在FRP圆筒上的力(弯矩)。 0086 亦即，同时缠绕的多层70由一组预浸料坯1配置而成，该一组预浸料坯1由如 图10所示的那样从底层(内侧)开始按序层叠的弯曲刚度保持预浸料坯9、扭转刚度保持 预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯3构

49、成，并且该一组预浸料坯1被连续缠绕了多圈并被 热固化，其中该弯曲刚度保持预浸料坯9包括平行于圆筒轴线方向的纤维层，该扭转刚度 保持预浸料坯2包括倾斜于圆筒轴线方向的纤维层，并且该防止屈曲的预浸料坯3包括正 交于圆筒轴线方向的纤维层。弯曲刚度保持预浸料坯9通过热固化而变成了弯曲刚度保持 层80；在该实施方案当中，弯曲刚度保持预浸料坯9是0度预浸料坯，其细丝纤维方向平行 于圆筒轴线方向。图10显示了构成一组预浸料坯1的弯曲刚度保持预浸料坯9、扭转刚度 保持预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯3层叠在一起之前的状态，从而显示了这些预浸料 坯9、2和3的每一者的细丝纤维方向。 0087 一组预浸料坯1的宽度W(弯曲刚度保持预浸料坯9、扭转刚度保持预浸料坯2和 防止屈曲的预浸料坯3)被设定成当这些预浸料坯缠绕为圆筒的时候近似地略大于这些预 浸料坯的周长的三倍，从而一组预浸料坯1能够连续缠绕三圈