制造FRP圆筒的方法和FRP圆筒.pdf

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。

权利要求书
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±α度(0<α<90)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。

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、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。

说明书制造FRP圆筒的方法和FRP圆筒
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
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。
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。
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。
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。
理想地，所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。
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。
根据本发明的FRP圆筒的特征在于，该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。
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±α度(0<α<90)的角度而倾斜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。
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。
可替代地，可以使得所述扭转刚度保持预浸料坯包括平织织物预浸料坯、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。
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。
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。
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。
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。
发明效果
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
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；
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；
图3是显示防止爆裂的预浸料坯的结构的视图；
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层的预浸料坯进行热固化而制成；
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；
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；
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；
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；
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；
图10是显示包括了图9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；
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；
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；
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；
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；
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；
图16是显示用作扭转刚度保持预浸料坯的平织织物预浸料坯的结构的视图；
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；
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；
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；
图20是显示用作防止屈曲层的平织织物的结构的视图；
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；
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缠绕结构的第二图表；
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
(第一实施方案)
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。
该同时缠绕的多层10具有扭转刚度保持层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。
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。
扭转刚度保持预浸料坯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±α度(0<α<90)的角度而倾斜于圆筒轴线方向。角度α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。
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：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。
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，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。
除了碳纤维以外，氧化铝纤维、芳香尼龙纤维、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。
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(1K＝1,000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浸料坯的可加工性可能会受到恶化。
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。
理想地，每个预浸料坯的重量小于300g/m2，更加理想地小于250g/m2。如果 重量超过300g/m2，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。
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。
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。
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。
多个预浸料坯(包括一组预浸料坯1，该一组预浸料坯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。
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。
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φ、外径Ф和长度L，内径φ对应于心轴M的外径，外径Ф对应于内径φ加上多个FRP层的厚度，长度L对应于预浸料坯的长度。
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)。
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状态下的毗邻层之间(分离片缠绕)。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。
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。
(第二实施方案)
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。
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。
尽管扭转刚度保持预浸料坯2和防止屈曲的预浸料坯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。
(第三实施方案)
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。
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多层的数量的多组预浸料坯。
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。
(第四实施方案)
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。
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)。
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。
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’能够连续缠绕三圈而缠绕为圆筒。由于一组预浸料坯1’由以下四个预浸料坯构成：弯曲刚度保持预浸料坯9、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，则叠层的数量总共变为十二。
连续缠绕为圆筒的一组预浸料坯1’的圈数并不限定于三圈，并且可以适宜地进行更改。例如，如图11所示，通过将一组预浸料坯1’连续缠绕五圈而缠绕为圆筒，则叠层的数量总共变为二十。
根据在FRP圆筒的多个FRP层中设有如上所述而配置的同时缠绕的多层70的FRP圆筒，该FRP圆筒能够获得相对于弯曲方向的强度以及相对于扭转方向和屈曲方向的强度。具有这些特性的FRP圆筒100适合用作汽车的稳定杆或者防滚动杆。
本实施方案的同时缠绕的多层70还能够以与第一实施方案相类似的方式进行制造。此外，可以设置两个或更多个同时缠绕的多层70；在这种情况下，理想地，这些预浸料坯组1’在相互相反的缠绕方向上交替缠绕。
(第五实施方案)
图12是显示关于本发明第五实施方案的包含在FRP圆筒中的同时缠绕的多层90的视图。同时缠绕的多层90设有第一偏置层20A、弯曲刚度保持层80、第二偏置层20B和防止屈曲的层30，该第一偏置层20A具有的强度能够经受在倾斜于圆筒轴线方向的方向上施加在FRP圆筒上的力(扭矩)；所述弯曲刚度保持层80具有的强度能够经受在平行于圆筒轴线方向的方向上施加在FRP圆筒上的力(弯矩)；第二偏置层20B具有的强度能够经受在倾斜于圆筒轴线方向的方向上施加在FRP圆筒上的力(扭矩)；所述防止屈曲的层30具有的强度能够经受在正交于圆筒轴线方向的方向上施加在FRP圆筒上的力(屈曲)。
更加具体而言，同时缠绕的多层90由一组预浸料坯1”配置而成，该一组预浸料坯1”由如图13所示的那样从底层(内侧)开始按序层叠的偏置预浸料坯2A、弯曲刚度保持预浸料坯9、偏置预浸料坯2B和防止屈曲的预浸料坯3构成，并且该一组预浸料坯1”被连续缠绕了多圈并被热固化，其中偏置预浸料坯2A的细丝 纤维方向以+45度的角度与圆筒轴线方向倾斜，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，偏置预浸料坯2B的细丝纤维方向以-45度的角度与圆筒轴线方向倾斜，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。图13显示了偏置预浸料坯2A、弯曲刚度保持预浸料坯9、偏置预浸料坯2B和防止屈曲的预浸料坯3层叠在一起之前的状态，从而显示了构成一组预浸料坯1”的这些预浸料坯2A、9、2B和3的每一者的细丝纤维方向。
一组预浸料坯1”的宽度W(偏置预浸料坯2A、弯曲刚度保持预浸料坯9、偏置预浸料坯2B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大于这些预浸料坯的周长的三倍，并且，通过将一组预浸料坯1”连续缠绕五圈，则叠层的数量总共变为二十。
根据在FRP圆筒的多个FRP层中设有如上所述而配置的同时缠绕的多层90的FRP圆筒，毗邻预浸料坯(偏置预浸料坯2A和弯曲刚度保持预浸料坯9、弯曲刚度保持预浸料坯9和偏置预浸料坯2B、以及偏置预浸料坯2B和防止屈曲的预浸料坯3)之间的角度差值都是45度，这减少了层与层之间的扭曲偏差，从而可以防止层与层之间的剥离/剥落。
本实施方案的同时缠绕的多层90还能够以与第一实施方案相类似的方式进行制造。此外，可以设置两个或更多个同时缠绕的多层90；在这种情况下，理想地，这些预浸料坯组1”在相互相反的缠绕方向上交替缠绕。
(第六实施方案)
图14是显示关于本发明第六实施方案的包含在FRP圆筒中的同时缠绕的多层的视图。该实施方案的FRP圆筒具有两个同时缠绕的多层95和96，它们分别由两组预浸料坯1X和1Y配置而成。
如图15所示，同时缠绕的多层95是由一组预浸料坯1X配置而成，该一组预浸料坯1X由如图15所示的那样从底层(内侧)开始按序层叠的防止屈曲的预浸料坯3、偏置预浸料坯2A、弯曲刚度保持预浸料坯9和偏置预浸料坯2B构成，并且该一组预浸料坯1X连续缠绕多圈并被热固化，其中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，偏置预浸料坯2A的细丝纤维方向以+45度的角度倾斜于圆筒轴线方向，弯曲刚度保持预浸料坯9具有平行于圆筒轴线方向的纤维层，偏置预浸料坯2B的细丝纤维方向以-45度的角度倾斜于圆筒轴线方向。另一方面，同时缠绕的多层96是由一组预浸料坯1Y配置而成，该一组预浸料坯1Y由从底层(内侧)开始按序层叠的偏置预浸料坯2B、弯曲刚度保持预浸料坯9、偏置预浸料坯2A和防止屈曲的预浸料坯3构成，并且该一组预浸料坯1Y连续缠绕多圈并被热固化。亦即，从下层(内侧)朝上层(外侧)的一组预浸料坯1X(同时缠绕的多层95)的层叠结构与从上层(外侧)朝下层(内侧)的一组预浸料坯1Y(同时缠绕的多层96)彼此相同。
在上述实施方案的每个实施方案当中，如图16所示的由浸渍了热固树脂片的 平织织物制成的平织织物(双轴编织织物)预浸料坯2C可以用作扭转刚度保持预浸料坯2，而不用作一对偏置预浸料坯2A和2B。在该实施方案当中，对平织织物预浸料坯2C进行了设定，以使得一对纤维纱线2C-1和2C-2相对于圆筒轴线方向以对称角度(例如，±45度)对称地交叉。
此外，如图17所示的由浸渍了热固树脂片的三轴编织织物制成的三轴编织织物预浸料坯2D可以用作扭转刚度保持预浸料坯2。在该实施方案当中，对三轴编织织物预浸料坯2D进行了设定，以使得纬纱2D-1平行于圆筒轴线方向，并使得一对经纱2D-2和2D-3相对于圆筒轴线方向以对称角度(例如，±60度)对称地交叉。另一方面，如图18所示，还可以对三轴编织织物预浸料坯2D进行设置，以使得纬纱2D-1正交于圆筒轴线方向，并使得一对经纱2D-2和2D-3相对于圆筒轴线方向以对称角度(例如，±30度)对称地交叉。
此外，如图19所示的由浸渍了热固树脂片的四轴编织织物制成的四轴编织织物预浸料坯2E可以用作扭转刚度保持预浸料坯2。在该实施方案当中，对四轴编织织物预浸料坯2E进行设定，以使得水平纱线2E-1平行于圆筒轴线方向，从而竖直纱线2E-2正交于圆筒轴线方向，并且一对倾斜纱线2E-3和2E-4相对于圆筒轴线方向以对称角度(例如±45度)对称地交叉。
注意到，如图20所示的由浸渍了热固树脂片的平织织物制成的平织织物(双轴编织织物)预浸料坯8可以用作防止屈曲的预浸料坯3，而不是用作环箍预浸料坯。对平织织物预浸料坯8进行设定，以使得一对纤维纱线8A和8B以对称角度(0度和90度)平行(正交)于圆筒轴线方向。此外，如图19所示的四轴编织织物预浸料坯2E也可以被用作防止屈曲的预浸料坯3。
在具有纺织结构的增强纤维预浸料坯的情况下，所述纺织结构例如为上述提到的平织织物预浸料坯2C、三轴编织织物预浸料坯2D、四轴编织织物预浸料坯2E或者平织织物预浸料坯8，则丝线厚度理想地小于6K。如果丝线厚度超过6K，则预浸料坯的厚度变得过大，并且可能无法确保均匀的织物性能(物理性能)；此外，在制造期间围绕心轴的缠绕预浸料坯的可加工性可能会恶化。
实践例子
(第一实践例子)
在第一实践例子当中，本发明的发明人创造出四种类型的FRP圆筒的原型：类型A至D，以将根据本发明的FRP圆筒与具有传统结构的FRP圆筒进行比较。图21是用来显示每个类型的FRP圆筒的多层缠绕结构的视图，并且在图21中，被粗边框包围的每个区域代表一个FRP层。
类型A和B的每一者对应于具有第三实施方案的结构的FRP圆筒；在类型A当中，通过同时进行的多层缠绕而将多个分离片夹在中间，而在类型B当中，没有分离片通过同时进行的多层缠绕而被夹在中间。类型A和B的每一者具有两个同时缠绕的多层，它们由两层的预浸料坯组配置而成，每组预浸料坯由从最内层 一侧朝最外层一侧按序层叠的一对偏置预浸料坯(±45度)和环箍预浸料坯(90度)构成，并且每组预浸料坯连续缠绕三圈(九个叠层)并被热固化(总共18个叠层)。在图21中，这两组预浸料坯显示为阴影区域。内径φ是33.5mm，外径Φ是38.7mm，长度L是330.2mm，并且已制成的FRP圆筒的重量是大约150g。
类型C和D的每一者对应于具有传统基本结构的FRP圆筒(并不是同时进行的多层缠绕类型)。类型C具有交替布置的三层组，每组由从最内层一侧朝最外层一侧进行层叠的FRP层和另一个FRP层构成，其中前一个FRP层仅仅由缠绕两圈而缠绕为圆筒的一对偏置预浸料坯(±45度)制成(四个叠层)，并且其中后一个FRP层仅仅由缠绕两圈而缠绕为圆筒的环圈预浸料坯(90度)制成(两个叠层)(总共十八个叠层)。类型D具有从最内层一侧朝着最外侧一侧层叠的两个第一类型的FRP层和两个第二类型的FRP层，其中每个第一类型的FRP层仅仅由缠绕三圈而缠绕为圆筒的一对偏置预浸料坯(±45度)制成(六个叠层)，并且其中每个第二类型的FRP层仅仅由缠绕三圈而缠绕为圆筒的环箍预浸料坯(90度)制成(三个叠层)(总共十八个叠层)。
本发明的发明人在FRP圆筒的A至D类型的原型上进行了扭矩断裂试验，并且已经证实根据本发明而制造的FRP圆筒(类型A和B)在扭转强度上具有优越性。对于每种类型的FRP圆筒执行了两次扭矩断裂试验。
扭矩断裂试验的执行方式将在以下进行讨论。每个测试件被装载到液压扭矩断裂测试设备当中，一端被牢固地锁定，通过在0.02Hz速度下的具有±45度幅值的正弦波来给予另一端角位移。通过安装在牢固锁定端的扭矩探测器来测量扭转强度。通过固定至位移端上的轴的解码器来测量扭转角。
以下的表1显示了FRP圆筒的A至D类型的原型的扭矩断裂试验结果。类型A和B是根据本发明来进行配置的，该类型A和B具有比传统类型C和D更高的扭转强度，平均高达100Nm，这证明了本发明的同时进行的多层缠绕的优越性。当类型A和类型B互相比较的时候，类型A具有比类型B更高的扭转强度，平均高达180Nm，这证明了分离片缠绕的优越性。
表1

此外，当类型A和类型B互相比较的时候，类型A的表面形状比类型B的表面形状更光滑，并且从类型A和B的外观来看，很显然，它们之间的可成形性存 在差异。此外，从抛光之后的类型A的内部状态与类型B的内部状态的比较中可以看出，类型A具有比类型B更加均匀的内部结构，这证实了分离片缠绕的优越性。
(第二实践例子)
在第二实践例子当中，本发明的发明人创造出三种类型的FRP圆筒的原型：类型E、F和G。图22是用来显示每个类型的FRP圆筒的多层缠绕结构的视图，并且在图22中，被粗边框包围的每个区域代表一个FRP层。
类型E对应于具有第四实施方案的结构的FRP圆筒(图11)，并且具有同时缠绕的多层，其由一组预浸料坯配置而成，该一组预浸料坯由从最内层一侧朝最外层一侧按序层叠的0度预浸料坯、一对偏置预浸料坯(±45度)和环箍预浸料坯(90度)构成，并且该一组预浸料坯连续缠绕五圈并被热固化(总共20个叠层)。
类型F对应于具有第五实施方案的结构的FRP圆筒(图13)，并且具有同时缠绕的多层，其由一组预浸料坯配置而成，该一组预浸料坯由从最内层一侧朝最外层一侧按序层叠的偏置预浸料坯(+45度)、0度预浸料坯、偏置预浸料坯(-45度)和环箍预浸料坯(90度)构成，并且该一组预浸料坯连续缠绕五圈并被热固化(总共20个叠层)。
类型G对应于具有传统的基本结构的FPR圆筒(并不是同时进行的多层缠绕类型)。类型G是由0度预浸料坯的两个叠层、一对偏置预浸料坯(±45度)的两个叠层(四个叠层)、环箍预浸料坯(90度)的两个叠层、0度预浸料坯的三个叠层、一对偏置预浸料坯(±45度)的三个叠层(六个叠层)和环箍预浸料坯(90度)的三个叠层(总共二十个叠层)构成。
本发明的发明人对于类型E、F和G的FRP圆筒原型进行了扭矩断裂试验，并且已经证实了根据本发明而制造出的FRP圆筒(类型E和F)在扭转强度和扭转刚度上具有优越性。该扭转断裂试验以类似于第一实践例子的方式来执行。
以下的表2显示了FRP圆筒的E、F和G类型的原型的扭矩断裂试验结果。与具有传统结构的类型G相比较，根据本发明来进行配置的类型E展现了高出90Nm的更高的扭转强度和高出20Nm2的更高的扭转刚度。尽管类型E和G根据CLT(经典层合板理论)而计算出的强度互相相同，但是类型E比类型G展现出更高的扭转强度和更高的扭转刚度，从而证实了同时进行的多层缠绕的优越性。此外，根据本发明而配置的类型F比具有传统结构的类型G的扭转刚度要低10Nm2；然而，类型F展现了比类型G高出120Nm的更高的扭转强度。
表2


(第三实践例子)
在该第三实践例子当中，本发明的发明人创造出两种类型的FRP圆筒的原型：类型H和I。图23是用来显示每个类型的FRP圆筒的多层缠绕结构的视图，并且在图23中，被粗边框包围的每个区域代表一个FRP层。
类型H对应于具有第四实施方案的结构的FRP圆筒(图9)，并且具有同时缠绕的多层，其由一组预浸料坯配置而成，该一组预浸料坯由从最内层一侧朝最外层一侧按序层叠的0度预浸料坯、一对偏置预浸料坯(±45度)和环箍预浸料坯(90度)构成，并且该一组预浸料坯连续缠绕三圈并被热固化(总共12个叠层)。
类型I对应于具有传统的基本结构的FPR圆筒(并不是同时进行的多层缠绕类型)。类型I是由0度预浸料坯的三个叠层、一对偏置预浸料坯(±45度)的三个叠层(六个叠层)和环箍预浸料坯(90度)的三个叠层(总共十二个叠层)构成。
本发明的发明人对于类型H和I的FRP圆筒原型进行了弯曲断裂试验，并且已经证实了根据本发明而制造出的FRP圆筒(类型H)在弯曲强度和弯曲刚度上具有优越性。
利用配备了4点弯曲测试夹具的张紧和压缩通用测试设备来进行弯曲断裂试验，其测试方式将在下面论述。制造了700mm长的圆筒测试件，并且在该圆筒测试件上执行弯曲断裂试验，其加载速度为每分钟5mm，支撑点之间的距离为600mm，交互加载点的距离为200mm。长度为20mm的金属芯线加载到每个支撑点的紧下方，其目的在于防止横截面变形。应变测量仪安装在测试件上，并且该测试件的弯曲强度和弯曲刚度从安装于十字头的测力传感器的所测量的扭曲变形和负载来确定的。
以下的表3显示了FRP圆筒的类型H和I原型的弯曲断裂试验结果。与具有传统结构的类型I相比较，根据本发明配置的类型H展现了高出3.55kNm的更高的弯曲强度和高出0.77KNm2的更高的弯曲刚度。以这种方式已经证明了，通过使得一组预浸料坯包括弯曲刚度保持预浸料坯(通过使得同时缠绕的多层包括弯曲刚度保持预浸料坯)还提高了弯曲强度和弯曲刚度。
表3
原型弯曲强度的测量值(kNm)弯曲刚度的测量值(KNm2)类型H11.143.44类型I7.592.67
工业应用性
根据本发明的FRP圆筒能够广泛应用于各种工业领域，例如，用于车辆的传动轴、驱动轴、稳定杆或者防滚动杆。
附图标记的描述
1、1’、1”、1X、1Y、4  一组预浸料坯
2、5  扭转刚度保持预浸料坯
2A、2B、5A、5B  一对偏置预浸料坯
2C  用作扭转刚度保持预浸料坯的平织织物预浸料坯
2D  用作扭转刚度保持预浸料坯的三轴编织织物预浸料坯
2E  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
3、6  防止屈曲的预浸料坯
7  防止爆裂的预浸料坯
8  用作防止屈曲的预浸料坯的平织织物预浸料坯
9  用作弯曲刚度保持预浸料坯的0度预浸料坯
10、40、70、90、95、96  同时缠绕的多层
20、50  扭转刚度保持层
20A、20B、50A、50B  一对偏置层
30、60  防止爆裂层
80  弯曲刚度保持层
100  FRP圆筒
M  杆状(柱状)心轴
P1、P2  分离片