CN112708158A - Frp的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以简便的方法除去FRP的热固性树脂的FRP的加工方法。通过将激光光线(L)照射到FRP的表面(T)来除去照射位置的热固性树脂(P)，从而使该FRP中包含的纤维材料露出。

Description

FRP的加工方法
技术领域
本发明涉及FRP(纤维增强塑料)的加工方法。
背景技术
FRP、特别是CFRP(碳纤维增强塑料)是使用碳纤维作为增强材料的塑料材料，是广泛使用于航空器或汽车、并且近年来还广泛使用于建筑物或桥梁等的材料。
这种广泛使用的CFRP因经年而劣化或在表面产生损伤，因此产生了修复该CFRP的必要。
例如，在专利文献1中公开了一种CFRP的修复装置，其通过从CFRP的外部向损伤部分注入修复剂来修复该CFRP。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-169409号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，专利文献1中公开的CFRP修复方法存在通用性低并且复杂且高成本的问题。
另外，随着使用用途的扩展，使用过的FRP的废弃已成为社会问题，因此除了上述的修复以外，还要求FRP的再利用方法的建立。
例如，关于CFRP的再利用，目前，一般通过在大型的炉内加热CFRP，使塑料(热固性树脂)燃烧，来回收残留的碳纤维。
但是，该方法虽然在能够处理大量的废弃CFRP方面是有效的，但存在需要大规模的设备的问题。
通常，在以FRP的修复或再利用为目的的情况下，除去塑料(热固性树脂)而仅留下作为增强材料的纤维材料是要点。如果能够仅除去热固性树脂，则之后可以通过再次填充热固性树脂来修复FRP，如果将所有的热固性树脂除去而仅为纤维材料，则能够再利用纤维材料。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种以简便的方法除去FRP的热固性树脂的FRP的加工方法。
用于解决问题的手段
根据本发明的一个方面，提供一种FRP的加工方法，其特征在于，
通过向FRP的表面照射激光管线来除去照射位置的热固性树脂，从而使所述FRP中包含的纤维材料露出。
优选地，其特征在于，
使所述纤维材料露出至所述FRP的厚度方向上的给定深度。
优选地，其特征在于，
使多个所述激光光线的各照射位置分别隔开给定间隔地至少排成一列来照射所述激光光线，
使多个所述激光光线在与多个所述激光光线的各照射位置的列正交的方向上进行移动。
优选地，其特征在于，
向被照射所述激光光线的所述FRP的表面中的一个照射位置重叠照射多个所述激光光线。
发明效果
如本发明这样，通过向FRP的表面照射激光光线来除去照射位置的热固性树脂而使FRP中包含的纤维材料露出，从而能够使用采用激光光源的比较小型且低价的装置来容易地实施FRP的修复和再利用。
即，在将利用激光光线的热固性树脂的除去实施至该FRP的厚度方向上的给定深度的情况下，换言之，在以留下给定的厚度的方式除去热固性树脂而不是在FRP的厚度方向上完全除去该热固性树脂的情况下，能够通过在露出了纤维材料的部分涂布新的热固性树脂等来进行FRP的修复。
另外，在利用激光光线在FRP的厚度方向上完全除去热固性树脂的情况下，能够仅回收残留的纤维材料而进行FRP的再利用。
附图说明
图1是表示为了实施本发明所涉及的方法而构成的激光照射装置10的图。
图2是表示成为加工对象的FRP材料S的例子的剖视图。
图3是表示进行了利用激光光线L的加工后的FRP材料S的例子的剖视图。
图4是表示FRP材料S的表面T的修复的例子的剖视图。
图5是表示立体(3D)形状的FRP材料S的一例的立体图。
图6是表示用于形成一例所涉及的立体(3D)形状的FRP材料S的FRP材料S1及S2的图。
图7是表示变形例1所涉及的激光照射装置10的图。
图8是表示变形例2所涉及的激光照射装置10的图。
图9是表示使用变形例2所涉及的激光照射装置10进行加工的过程中的FRP材料S的加工对象的面B的图。
具体实施方式
(激光照射装置10的结构)
以下，利用附图，对为了实施本发明所涉及的方法而构成的激光照射装置10的结构进行说明。
如图1所示，激光照射装置10大致具备激光光源12和聚光件14。
激光光源12是产生给定的波长/波形的激光光线L的部件，在本实施方式中使用了激光二极管(半导体激光器)。当然，激光光源12并不限定于此，例如也可以使用能够产生更高输出的激光光线L的激光加工机。
聚光件14是用于将来自激光光源12的激光光线L聚光到给定的焦点位置F的部件，在本实施方式中，构成为相对于一个激光光源12组合两个凸透镜16。焦点位置F被设定于成为加工对象的FRP(在本实施方式中为CFRP。以下，称为“FRP材料S”)的表面T。但是，只要能够加热到能除去成为加工对象的CFRP的母材的温度，则焦点位置F并不一定要设定于成为加工对象的FRP材料S的表面T。聚光件14也并不限定于本实施方式的聚光件，例如也可以使用反射器，或者将透镜与反射器组合来构成聚光件14。
从激光光源12照射出的激光光线L由聚光件14折射，聚光于作为焦点位置F的FRP材料S的表面T。
(FRP材料S中的热固性树脂的除去)
通常，如图2所示，FRP材料S是通过使多个预浸片材层叠并使各预浸片材压接固化而形成的，所述预浸片材是通过预先使由相互大致平行地拉齐的多个碳纤维C构成的片材含浸热固性树脂(例如环氧树脂)P而构成的。另外，FRP材料S的形成方法并不限于此，例如也可以是浸渗法或RTM(Resin Transfer Molding：树脂传递模塑)法。
当使从上述激光照射装置10照射的激光光线L聚光到FRP材料S的表面T时，照射位置(焦点位置F)由于该激光光线L的能量而以点的形式成为高温，如图3所示，沸点比碳纤维C低的热固性树脂P先蒸发而留下碳纤维C。
通过在给定的方向依次实施这样的激光光线L的照射，处于最靠近表面T的位置处的一组碳纤维C的周围的热固性树脂P消失，这些碳纤维C露出。
在使碳纤维C露出至FRP材料S的厚度方向上的更深的位置的情况下，在拿掉先露出的碳纤维C之后，再次向表面T照射激光光线L。另外，拿掉的碳纤维C的层越多，受到激光光线L的照射的表面T的位置越成为FRP材料S的厚度方向的更深的位置。
在以FRP材料S的修复为目的的情况下，通过将上述的利用激光光束L的热固性树脂P的除去实施至该FRP材料S的厚度方向上的给定深度，以残留给定的厚度的方式除去热固性树脂P，而不是在该FRP材料S的厚度方向上完全除去该热固性树脂P，从而如图4所示，能够在露出了碳纤维C的部分涂布/固化新的热固性树脂P来进行FRP材料S的修复。
进一步而言，在形成如图5所示的立体(3D)形状的FRP材料S时，能够应用本发明所涉及的FRP的加工方法。
具体地进行说明，首先准备图6所示的两个FRP材料S1及S2。接着，对两个FRP材料S1及S2中的彼此相接的面B应用本发明所涉及的FRP的加工方法，使碳纤维C露出至给定深度。
然后，在两个FRP材料S1及S2的面B分别涂布热固性树脂P、粘接剂，使两个FRP材料S1及S2粘接。由此，能够形成图5所示的立体(3D)形状的FRP材料S。
在以FRP材料S的再利用为目的的情况下，通过利用上述的激光光线L在FRP材料S的厚度方向上将热固性树脂P完全除去，由此能够仅回收残留的碳纤维C而进行FRP材料S的再利用。
这样，通过将激光光线L照射到FRP材料S的表面来除去照射位置(焦点位置F)的热固性树脂P而使FRP材料S中包含的碳纤维C露出，由此能够使用采用激光光源12的比较小型且低价的装置来容易地实施FRP材料S的修复和再利用。
(变形例1)
在上述实施方式中，由一组激光光源12和聚光件14构成了激光照射装置10，但也可以如下构成激光照射装置10，即：将多个激光光源12和聚光件14进行组合，并使来自各激光光源12的多个激光光线L重叠照射到FRP材料S的表面T中的一个照射位置(焦点位置F)。
如图7所示，该变形例1所涉及的激光照射装置10例如通过组合3组激光光源12和聚光件14而构成。
(变形例2)
另外，如图8所示，也可以如下构成激光照射装置10，即：将多个激光光源12和聚光件14进行组合，并将从各激光光源12向FRP材料S照射的激光光线L的照射位置(焦点位置F)设定成分别空开给定间隔且各照射位置(焦点位置F)排成一列。
当然，照射一个照射位置(焦点位置F)的激光光线L的数量可以是一个，也可以组合在变形例1中所说明的结构而使多个激光光线L重叠照射于一个照射位置(焦点位置F)。进一步而言，也可以使激光光线L的各照射位置(焦点位置F)并列地排列成2列以上。
当使各激光光线L在与多个激光光线L的照射位置(焦点位置F)排列而成的列正交的方向上移动时，如图9所示，通过调整各照射位置(焦点位置F)彼此的间隔、激光光线L的强度，能够一次加工FRP材料S中的加工对象的面B。另外，在图9中，用虚线表示各激光光线L的轨迹。
(变形例3)
也可以利用加热源(例如加热板)对要加工的FRP材料S中的与被照射激光光线L的面B相反一侧的面进行加热。由此，FRP材料S被来自加热源的热量加热，能够以更小的输出功率的激光光线L实施FRP材料S的加工。
(其他变形例)
另外，本次使用了碳纤维C的方向在一个方向上拉齐的FRP材料S，但即使在使用碳纤维C在垂直方向上被编织成平织状或斜纹织状的FRP材料S的情况下，也能够利用本发明所涉及的加工方法进行处理。
另外，对于使用了在上述实施方式中所例示的碳以外的纤维材料，例如玻璃纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、铝纤维、纤维素纳米纤维等纤维材料的FRP材料S，也能够实施同样的加工。
应该认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，而不是制限性的方式。本发明的范围并不是由上述的说明示出而是由权利要求书示出，旨在包含与权利要求书等同的含义及范围内的所有变更。
符号说明
10…激光照射装置、12…激光光源、14…聚光件
L…激光光线、F…焦点位置、S…FRP材料、T…(FRP材料S的)表面、C…碳纤维、P…热固性树脂、B…面。

Claims (4)

1.一种FRP的加工方法，其特征在于，
通过向FRP的表面照射激光光线来除去照射位置的热固性树脂，从而使所述FRP中包含的纤维材料露出。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，
使所述纤维材料露出至所述FRP的厚度方向上的给定深度。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，
使多个所述激光光线的各照射位置分别隔开给定间隔地至少排成一列来照射所述激光光线，
使多个所述激光光线在与多个所述激光光线的各照射位置的列正交的方向上进行移动。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，
向被照射所述激光光线的所述FRP的表面中的一个照射位置重叠照射多个所述激光光线。
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