JP6694862B2

JP6694862B2 - 強化繊維再生方法

Info

Publication number: JP6694862B2
Application number: JP2017216287A
Authority: JP
Inventors: 渉西村; 西村　　渉; 将征金升; 耕大下野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: CN109760230A; US20190136414A1; CN109760230B; JP2019084785A

Description

本発明は、強化繊維再生方法に関する。

複合部材には、互いに異なる方向に配向する繊維と樹脂とを含有するものがある。
例えば、特許文献１には、複合部材として、炭素繊維が一方向に配向されているＵＤ材と、炭素繊維が格子状に配向されているクロス材と、が組み合わせて積層されている炭素繊維強化プラスチック部材が開示されている。

特開２０１５−９８２８２号公報

特許文献１に開示された複合部材に含まれる炭素繊維をリサイクルするには、樹脂を除去し、炭素繊維を抽出する必要がある。
しかし、複合部材の形状によっては、長さの異なる炭素繊維が混ざって抽出されることがある。このため、回収される炭素繊維は長さが不揃いとなってしまう。

本発明は、長さの揃っている強化繊維を再生できる繊維再生方法を提供することを目的とする。

第１の態様の強化繊維再生方法は、互いに異なる方向に配向する強化繊維と樹脂とを含有する複合部材の一部分を、前記複合部材の長手方向と交差する方向に沿ってバインドする工程と、前記複合部材から、前記樹脂を除去する工程と、前記強化繊維のうち、バインドされている強化繊維から、バインドされていない強化繊維を分離する工程と、を含む。

本実施形態では、互いに異なる方向に配向する強化繊維と樹脂とを含有する複合部材の一部分を、複合部材の長手方向と交差する方向に沿ってバインドし、樹脂を除去し、バインドされている強化繊維から、バインドされていない強化繊維を分離している。バインドされている強化繊維は、複合部材の長手方向に配向する強化繊維が多く含まれる。したがって、回収される強化繊維束は、各強化繊維の長さが揃っており、品質の高い強化繊維として再生することができる。

第２の態様の強化繊維再生方法は、前記一部分が前記複合部材の一端側の一部分である第１の態様の強化繊維再生方法である。

第３の態様の強化繊維再生方法は、前記除去する工程が、エアブロー、櫛、又は水流でバインドされていない強化繊維を除去する第１又は第２の態様の強化繊維再生方法である。

第４の態様の強化繊維再生方法は、前記除去する工程の後に、前記バインドされている強化繊維を切断する工程をさらに含む第１から第３のいずれかの態様の強化繊維再生方法である。

第５の態様の強化繊維再生方法は、前記強化繊維が、炭素繊維である第１から第４のいずれかの態様の強化繊維再生方法である。

本発明の一態様によれば、長さの揃っている強化繊維を再生できる。

本発明に係る実施形態における強化繊維再生方法のフローチャートである。本発明に係る実施形態におけるバインドする工程を説明する図である。本発明に係る実施形態における樹脂を除去する工程を説明する図である。本発明に係る実施形態における強化繊維を分離する工程を説明する図である。本発明に係る実施形態における強化繊維を切断する工程を説明する図である。強化繊維の長さの比較を説明する図である。

以下、本発明に係る実施形態の強化繊維再生方法について、図面を用いて説明する。

＜実施形態＞
以下、強化繊維再生方法について図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態の強化繊維再生方法は、互いに異なる方向に配向する強化繊維２０と樹脂３０とを含有する複合部材１０に適用される。
本実施形態では、強化繊維２０として、炭素繊維が用いられている。
図１に示すように、強化繊維再生方法は、バインドする工程（ＳＴ０１）と、樹脂を除去する工程（ＳＴ０２）と、強化繊維を分離する工程（ＳＴ０３）と、強化繊維を切断する工程（ＳＴ０４）と、を実施する。

本実施形態において、複合部材１０は、長方形の板部材である。複合部材１０は、長方形の長手方向両端に第一端１０ａ及び第二端１０ｂを有する。
図２に示されるように、複合部材１０は、互いに異なる方向に配向する３種の強化繊維２０を有する。
３種の強化繊維２０のうち、第１の強化繊維２０Ｐは、複合部材１０の長手方向に沿って配向している。
３種の強化繊維２０のうち、第２の強化繊維２０Ｌは、複合部材１０の長手方向に対し＋４５°配向している。
３種の強化繊維２０のうち、第３の強化繊維２０Ｒは、複合部材１０の長手方向に対し−４５°配向している。
本実施形態において、複合部材１０は、硬化済の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。図２には、模式的に３枚に見えるように示されているが、実際は３種の強化繊維２０がまとめて硬化されており、１枚のＣＦＲＰ板である。

（バインドする工程）
まず、ＳＴ０１を実施する。ＳＴ０１では、作業者は、互いに異なる方向に配向する強化繊維と樹脂とを含有する複合部材１０の一部分を、複合部材の長手方向と交差する方向に沿って、バインド部材１００でバインドする。
バインド部材１００は、例えば、ダブルクリップである。バインド部材１００は、複合部材１０の両板面に圧力をかけて複合部材１０をバインドする。バインド部材１００は、複合部材の長手方向と交差する方向に延びており、延びている方向に挟む対象物をまとめてバインドすることができる。
ＳＴ０１では、作業者は、複合部材の長手方向と交差する方向、すなわち、第１の強化繊維２０Ｐの配向方向と交差する方向に沿って複合部材１０の一部分をバインド部材１００でバインドする。本実施形態では、複合部材１０の長手方向と直交する方向に沿って複合部材１０がバインド部材１００でバインドされる。
具体的には、バインド部材１００は、バインド部材１００が延びている方向を複合部材１０の長手方向と直交する方向に沿わせて、複合部材１０をバインドする。
図２に示されるように、本実施形態では、バインド部材１００は、複合部材１０のうち、長手方向の第一端１０ａ側の板面の一部分を、短手方向の両側に亘ってバインドする。このとき長手方向の第二端１０ｂ側の板面は、バインドされない。

（樹脂を除去する工程）
ＳＴ０１に続いて、ＳＴ０２を実施する。ＳＴ０２では、作業者は、複合部材１０をバインドしたまま、バインドされた複合部材１０から樹脂３０を除去する。複合部材１０から樹脂３０を除去するには、例えば、焼成法、溶解法、亜臨界流体法などが用いられる。樹脂は、完全に除去される必要はなく、少なくとも、強化繊維２０がばらける程度に除去されればよい。

ＳＴ０２において、バインド部材１００は、複合部材１０の両面から圧力をかけてバインドしているので、複合部材１０から樹脂３０が除去されても、樹脂３０が除去された後に残る強化繊維２０がバインド部材１００でバインドされる。
バインド部材１００が、ダブルクリップのような、挟持部にばねで付勢して圧力をかける挟持機構である場合、複合部材１０の両面を挟むバインド部材１００は、複合部材１０の両面に圧力をかけながら締め付ける機構を有する。このため、樹脂３０が除去されるにしたがい、バインド部材１００は、残る強化繊維２０を締め付け続けることができる。その結果、バインド部材１００は、樹脂３０が除去された後に残る強化繊維２０をバインドすることができる。
本実施形態の場合、樹脂３０が除去されると、図３に示されるように、第１の強化繊維２０Ｐの全体、第２の強化繊維２０Ｌの一部、及び第３の強化繊維２０Ｒの一部が、バインド部材１００でバインドされる。

（強化繊維を分離する工程）
ＳＴ０２に続いて、ＳＴ０３を実施する。ＳＴ０３では、作業者は、強化繊維２０のうち、バインドされている強化繊維２０から、バインドされていない強化繊維２０を分離する。
ＳＴ０３では、樹脂３０が除去された後に残っている強化繊維２０に、エアブロー、櫛、又は水流により、第１の強化繊維２０Ｐの配向に沿う方向の力を与えることによって、強化繊維２０から一部の強化繊維２０を分離する。ここで分離される一部の強化繊維は、バインド部材１００でバインドされていない強化繊維２０である。図４に示されるように、本実施形態では、バインド部材１００でバインドされている強化繊維２０から、第２の強化繊維２０Ｌ及び第３の強化繊維２０Ｒのうち、バインド部材１００でバインドされていない第２の強化繊維２０Ｌ及び第３の強化繊維２０Ｒが除去される。他方、バインド部材１００でバインドされている第１の強化繊維２０Ｐの全体、第２の強化繊維２０Ｌの一部、及び第３の強化繊維２０Ｒの一部は残っている。

（切断する工程）
ＳＴ０３に続いて、ＳＴ０４を実施する。ＳＴ０４では、作業者は、バインドされている第１の強化繊維２０Ｐの全体、第２の強化繊維２０Ｌの一部、及び第３の強化繊維２０Ｒの一部のうち、第１の強化繊維２０Ｐを切断する。このとき、第１の強化繊維２０Ｐは、図４に示される二点鎖線部において切断される。二点鎖線部で切断されると、図５のように、第２の強化繊維２０Ｌ及び第３の強化繊維２０Ｒがほとんど含まれておらず、第１の強化繊維２０Ｐがより多く含まれる強化繊維束２０Ｂを回収することができる。
ここで、図４に示される二点鎖線部は、第１の強化繊維２０Ｐと交差する方向に延びる線であって、バインドされている第２の強化繊維２０Ｌの一部、及び第３の強化繊維２０Ｒの一部と交わらない位置に引かれる線である。本実施形態では、二点鎖線部は、第１の強化繊維２０Ｐの配向方向と直交して延びている。

（作用及び効果）
本実施形態の強化繊維再生方法は、互いに異なる方向に配向する強化繊維と樹脂とを含有する複合部材の一部分を、複合部材の長手方向と交差する方向に沿ってバインドし、バインドされている強化繊維と、バインドされていない強化繊維と、を分離している。バインドされている強化繊維は、複合部材の長手方向に配向する強化繊維が多く含まれる。したがって、回収される強化繊維束は、各強化繊維の長さが揃っており、品質の高い強化繊維として再生される。

特に本実施形態の強化繊維再生方法は、複合部材１０を、複合部材１０の長手方向と直交する方向に沿ってバインドしている。このため、第１の強化繊維２０Ｐがより多く含まれた強化繊維束２０Ｂを回収することができる。したがって、回収された強化繊維束２０Ｂは、各強化繊維の長さが揃っており、品質の高い強化繊維として再生される。

図６に示されるように、複合部材１０に含まれる第１の強化繊維２０Ｐに比べて、第２の強化繊維２０Ｌ及び第３の強化繊維２０Ｒは、いずれも長さが不揃いである。
図６に示されるＡＡの部分の各強化繊維は、ＢＢの部分に示される各強化繊維より長い。このため、第１の強化繊維２０Ｐから、長さが不揃いである第２の強化繊維２０Ｌの少なくとも一部及び第３の強化繊維２０Ｒの少なくとも一部が分離されることで、長さが揃っている強化繊維を回収することができる。

本実施形態において、バインド部材１００の材質は、樹脂を除去する工程で耐えうるものであれば、どのような材質であってもよい。
焼成法であれば、バインド部材１００の材質は、耐熱性である必要があり、６００℃以上の高温に耐えるものが好ましい。例えば、鉄や軽金属類（アルミ、マグネシウム等）が望ましい。
溶解法や亜臨界流体法であれば、バインド部材１００の材質は、耐薬品性を有するものが好ましい。例えば、ステンレスや耐薬品性の樹脂類（ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＰＳ等）が望ましい。
バインド部材１００に樹脂を除去する工程で耐えうるものが用いられれば、樹脂を除去する工程において、バインドによる圧力を保持し続けることが可能となる。

＜変形例＞
本実施形態では、強化繊維２０として、炭素繊維が再生されているが、他の繊維が再生されてもよい。変形例として、強化繊維２０として、ガラス繊維が再生されてもよい。

本実施形態では、複合部材１０のうち、長手方向の第一端１０ａ側の板面の一部分がバインドされているが、複合部材の一部分を複合部材の長手方向と交差する方向に沿ってバインドするなら、どのような部分がバインドされてもよい。
変形例として、複合部材１０のうち、長手方向の中央部の板面の一部分が、短手方向の両側に亘ってバインドされてもよい。

本実施形態では、１つのバインド部材が、１つの複合部材をバインドしている。
変形例として、1つのバインド部材が、複数の複合部材をまとめてバインドしてもよい。例えば、複合部材が板部材である場合、複数の複合部材は、互いの板面が横並びとなるように並べられ、横並びされた複数の板面に亘って、１つのバインド部材でバインドされてもよい。

本実施形態では、分離されないで残っている第１の強化繊維２０Ｐの全体、第２の強化繊維２０Ｌの一部、及び第３の強化繊維２０Ｒの一部に対し、強化繊維を切断する工程ＳＴ０４が実施されているが、以下の変形例によれば、必ずしも、強化繊維を切断する工程ＳＴ０４は実施される必要はない。
変形例として、バインド部材を持ち替えて、分離されないで残っている第１の強化繊維２０Ｐの全体、第２の強化繊維２０Ｌの一部、及び第３の強化繊維２０Ｒの一部のうち、第２の強化繊維２０Ｌの一部、及び第３の強化繊維２０Ｒの一部が、第１の強化繊維２０Ｐからさらに分離されてもよい。具体的には、ＳＴ０３の後に、作業者は、第二端１０ｂ側の強化繊維を、他のバインド部材１００でバインドし、第一端１０ａ側のバインド部材１００を外し、再びＳＴ０３を実施する。これにより、作業者は、分離されないで残っている第１の強化繊維２０Ｐの全体、第２の強化繊維２０Ｌの一部、及び第３の強化繊維２０Ｒの一部のうち、第２の強化繊維２０Ｌの一部、及び第３の強化繊維２０Ｒの一部を、第１の強化繊維２０Ｐから分離することができる。
他の変形例として、作業者は、互いに直交する第１の強化繊維と第２の強化繊維とを有する複合部材に対し、第２の強化繊維に沿う方向に強化繊維をバインドして、ＳＴ０２及びＳＴ０３を実施すれば、第１の強化繊維から第２の強化繊維を分離することができる。

強化繊維を切断する工程ＳＴ０４では、第１の強化繊維２０Ｐが、図４に示される二点鎖線部において切断されている。
変形例として、図４に示される二点鎖線部より第一端１０ａ側で第１の強化繊維２０Ｐは切断されてもよい。第２の強化繊維２０Ｌ、及び第３の強化繊維２０Ｒが幾分含まれるものの、第１の強化繊維２０Ｐがより多く含まれた強化繊維束２０Ｂを回収することができる。
他の変形例として、図４に示される二点鎖線部より第二端１０ｂ側で第１の強化繊維２０Ｐは、切断されてもよい。
残った強化繊維には、一方向に揃った強化繊維が多く含まれているため、作業者は、任意の長さで容易に切断し長さを揃えることが可能となる。

本実施形態では、作業者が各工程を実施しているが、各工程の少なくとも１つの工程を装置が実施してもよい。例えば、バインド部材をロボットが操作することで、ロボットがバインドする工程を実施してもよい。同様に、複合部材を炉内や容器内にロボットが出し入れすることで、ロボットが樹脂を除去する工程を実施してもよい。また、例えば、切断する工程を切断機が実施してもよいし、強化繊維を分離する工程をロボットやエアブロー装置等の装置が実施してもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

１０複合部材
１０ａ第一端
１０ｂ第二端
２０強化繊維
２０Ｂ強化繊維束
２０Ｐ第１の強化繊維
２０Ｌ第２の強化繊維
２０Ｒ第３の強化繊維
３０樹脂
１００バインド部材
ＳＴ０１バインドする工程
ＳＴ０２樹脂を除去する工程
ＳＴ０３強化繊維を分離する工程
ＳＴ０４切断する工程

Claims

互いに異なる方向に配向する強化繊維と樹脂とを含有する複合部材の一部分を、前記複合部材の長手方向と交差する方向に沿ってバインドする工程と、
前記複合部材から、前記樹脂を除去する工程と、
前記強化繊維のうち、バインドされている強化繊維から、バインドされていない強化繊維を分離する工程と、を含む強化繊維再生方法。
前記一部分が前記複合部材の一端側の一部分である請求項１に記載の強化繊維再生方法。
前記除去する工程が、エアブロー、櫛、又は水流でバインドされていない強化繊維を除去する請求項１又は請求項２に記載の強化繊維再生方法。
前記除去する工程の後に、前記バインドされている強化繊維を切断する工程をさらに含む請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の強化繊維再生方法。
前記強化繊維が、炭素繊維である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の強化繊維再生方法。