接合部评价方法与流程

本发明涉及接合部评价方法。

背景技术：

近年来，适用复合材料作为构成飞机、汽车、车辆、船舶等结构物的结构构件(专利文献1)。复合材料是在树脂材料中组合了碳素纤维等的增强材料的构件。

在结构物中，具有结构构件彼此接合的接合结构的结构物。在接合中，使用螺栓和螺母等的紧固构件、或粘合剂等。在具有接合结构的产品中，为了保证可靠性而需要检测接合状态。接合状态的检查，以往以采用了超音波的非破坏性的方法进行。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2013-508722号公报([0004]段)

技术实现要素：

发明要解决的问题

粘合剂通过锚定效应(物理性的结合)或化学结合使被粘合材料接合。在用粘合剂接合复合材料的构件彼此的情况下，有时粘合力(接合部强度)因表面的污染等原因而极大地下降。将粘合剂的化学性的粘合力因这样的表面的污染等原因而减弱的状态称为弱接合(kissingbond)。

弱接合不是粘合力因空隙等的存在而物理性地下降的状态，所以在采用了超音波的非破坏性的方法中无法检测。弱接合可以用采用了激光的方法检测，但在该方法中粘合界面会被激光破坏。因此不进行采用了激光的方法的产品检查。

目前，由于用非破坏性的方法评价弱接合的方法尚未确立，所以不能保证有关用粘合剂接合的接合结构的可靠性。在可靠性的保证很重要的飞机领域，不认可对结构物适用仅利用粘合剂的接合结构。因此在适用于飞机的接合结构中，需要用紧固构件结合结构构件彼此。

本发明是鉴于这样的情况完成的发明，目的在于提供用非破坏性的方法检查弱接合并评价接合部的接合状态的方法。

解决问题的方案

为了解决上述课题，本发明的接合部评价方法采用以下步骤。

本发明提供接合部评价方法，是评价具有被粘合材料和另一被粘合材料以粘合剂作为媒介被接合的接合部的复合材料的所述接合部的接合状态的方法，该方法包括：对所述接合部外加交流信号，使频率变化并测量电流和电压，从通过所述测量得到的电流值和电压值，导出与规定的电气特性有关的评价值，将所述评价值与预先设定的所述规定的电气特性有关的基准比较，根据所述评价值偏离所述基准的偏差量，评价所述接合部的接合状态。

上述发明的一方式中，可以将所述规定的电气特性设为介电常数、极化度、静电容量、交流电阻或相位差。

本发明人深入研究的结果，发现了通过电气的方法检测弱接合而可以评价接合部的接合状态的事实。接合部的接合状态(粘合界面的化学的状态)被反映到使频率变化得到的与规定的电气特性有关的评价值上。根据上述发明，通过将评价值与规定的电气特性有关的基准(正常值)比较，可以评价粘合界面的化学状态是否为正常状态。根据上述发明，如果偏离基准的评价值的偏差量小，则接合部的接合状态接近正常状态，如果偏差量大，则可以评价为粘合界面的化学的结合弱。

在上述发明的一方式中，也可以一边对所述接合部的粘合界面施加规定的压力，一边测量所述电流和所述电压。所述压力设为大于1kpa并在100mpa以下。

若对粘合界面施加压力，则粘合界面彼此的粘合状态变化。若在这样的状态下测量电流和电压，则根据粘合界面的化学性的状态，与规定的电气特性有关的评价值变化很大。若施加的压力太大，则有损伤产品的顾虑，所以优选压力在100mpa以下。

在对粘合界面施加压力的情况下，使电极电气接触到所述粘合界面的两端部，测量所述电流和所述电压。

通过使电极电气接触到粘合界面，可以在接合部中流动电流。

在上述发明的一方式中，也可以对所述接合部的粘合界面不施加规定的压力而使频率变化并测量电流和电压，从通过所述测量得到的电流值和电压值导出与介电常数、极化度或静电容量的任意一个有关的第1评价值，将所述第1评价值与所述基准比较并根据所述偏差量对所述接合部的接合状态进行第1评价，对所述接合部的粘合界面一边施加规定的压力一边使频率变化并测量电流和电压，从通过所述测量得到的电流值和电压值导出与交流电阻有关的第2评价值，将所述第2评价值与所述基准比较并根据所述偏差量对所述接合部的接合状态进行第2评价，使所述第1评价和所述第2评价的评价结果相关并综合评价所述接合部的接合状态。

通过使多个评价结果相关，可以高精度地评价接合状态。

发明的效果

根据本发明，通过适用电气的方法，可以以非破坏方式检查弱接合并评价接合部的接合状态。

附图说明

图1是表示第1实施方式的接合部评价方法中所用的测量系统的概略图。

图2是将评价值和基准进行比较的曲线图。

图3是表示第1实施方式的接合部评价方法中所用的另一测量系统的概略图。

图4是表示第2实施方式的接合部评价方法中所用的测量系统的概略图。

图5是表示第2实施方式的接合部评价方法中所用的另一测量系统的概略图。

具体实施方式

〔第1实施方式〕

首先，说明根据本实施方式的接合部评价方法评价的评价对象。本实施方式中的评价对象，具有被粘合材料和另一被粘合材料以粘合剂为媒介接合的接合部。

被粘合材料和另一被粘合材料分别由复合材料构成。复合材料由结合材料(基体)、微粒或纤维状材料形成。结合材料，例如是环氧类热固性树脂、peek类热可塑性树脂。微粒例如是二氧化硅颗粒、炭黑、富勒烯。纤维状材料例如是碳素纤维、玻璃纤维、芳纶纤维。作为复合材料，例如有碳素纤维强化热固性树脂(cfrp)、玻璃纤维强化热固性树脂(gfrp)、碳素纤维强化热可塑性树脂(cfrtp)。

粘合剂是环氧类粘合剂、丙烯类粘合剂、聚氨酯类粘合剂。接合部中的固化后的粘合剂的厚度是0.2mm～1mm左右。接合部包含被粘合材料和另一被粘合材料进行接合(粘合)的粘合界面。

本实施方式的接合部评价方法是，对接合部外加交流信号(步骤s1)，使频率变化并测量电流和电压(步骤s2)，从通过测量得到的电流值和电压值，导出与规定的电气特性有关的评价值(步骤s3)，将评价值与预先设定的规定的电气特性有关的基准比较(步骤s4)，根据评价值偏离基准的偏差量，评价接合部的接合状态(步骤s5)的方法。

交流信号是交流电流或交流电压。在交流信号的外加上，可用使用lcr计量仪和阻抗计量仪等的电气常数测量器(电容测量器)、或交流电源等。

使频率在1khz至100ghz、优选在100mhz至10ghz的范围内变化。

规定的电气特性，从介电常数、极化度、静电容量(电容量)、交流电阻(阻抗)或相位差构成的组中预先选择至少一个。

对于选择出的规定的电气特性，预先设定基准。例如，使用符合实际的评价对象的条件(被粘合材料和另一被粘合材料的材料、形状、粘合剂的种类等)的复合材料试验体，预先设定基准。具体而言，准备多个具有用粘合剂接合的接合部的同等形状的复合材料。在对该复合材料外加交流信号并导出与规定的电气特性有关的评价值后，用破坏性的方法对弱接合进行检查。将未被检测到弱接合的评价值、或检测出的弱接合在容许范围内的评价值的平均设定为基准。弱接合可以在伴随采用了激光的方法等的破坏的试验中检测。未被检测到弱接合的评价值意味着弱接合在检测界限以下。一次设定的基准，可以适用于相同条件的复合材料的评价。

弱接合的容许范围是，满足对产品要求的接合部的粘合强度的范围。在设定基准时，进行复合材料的接合部的粘合强度的确认，使粘合强度和弱接合量(化学性的接合状态的程度)相关，确定可以保证必要的强度的弱接合量的范围即可。使确定出的弱接合量与试验体的规定的电气特性的评价值相关。由此，可以用相对基准的评价值的偏差量评价接合部的强度。此时，也可以设定多个阈值，使得用评价值分级地评价接合强度。粘合强度的确认，可以通过拉伸试验等实施。

与规定的电气特性有关的评价值，从测量得到的电流值和电压值通过运算导出。评价值也可以通过测量电流和电压的设备上附带的功能而运算导出。

导出的评价值与基准比较，获取对每个频率相对基准的评价值的偏差量。接合部的接合状态的评价，根据偏差量进行。例如，在偏离基准的偏差量超过了规定值的情况下，评价为接合不合格。例如，即使评价值从基准值偏离，但只要该偏差量在可保证必需的粘合强度的阈值内，就评价为接合良好。

再者，被评价为接合不合格的复合材料用紧固构件等加固即可。

(实施例1)

图1中，表示在第1实施方式的接合部评价方法中所用的测量系统的概略图。在图1中，复合材料构成的板状的2个被粘合材料1、2用粘合剂接合。规定的电气特性设为静电容量(电容量)。静电容量的测量用电容测量器3进行。将电容测量器3的电极4、5分别连接到被粘合材料1、2的端部，使得夹住接合部6(粘合界面的两端)。

用电容测量器3对接合部6外加交流信号，使频率变化并测量电流值和电压值。基于通过测量得到的电流值和电压值，在电容测量器内提高运算导出静电容量。将导出的静电容量设为评价值，将该评价值与静电容量的基准比较。

图2中，表示将评价值与基准比较的图。在该图中，横轴为频率，纵轴为电容值(标准值)。根据图2，低频中的电容值(评价值)几乎不偏离基准(基准值)，而在高频区域(10mhz至100mhz)中评价值偏离基准。在图2中，高频、特别是100mhz中的偏差量很大。在图2的100mhz中，由于与将基准设为100情况下的基准的偏差量超过阈值，所以评价为接合状态不合格。

(实施例2)

图3中，表示在第1实施方式的接合部评价方法中所用的另一测量系统的概略图。在图3中，复合材料构成的板状的2个被粘合材料11、12用粘合剂接合。规定的电气特性设为交流电阻。使交流电源13与电流计14串联连接。将电压计15和电流计14并联地配置。将电压计15和电流计14的电极16、17分别连接到被粘合材料11、12的端部，使得夹住接合部18(粘合界面的两端)。

用交流电源13对接合部18外加交流信号。使频率变化并测量电流值和电压值。基于通过测量得到的电流值和电压值，导出交流电阻(阻抗＝电压/电流)。将导出的交流电阻设为评价值，将该评价值与交流电阻的基准比较，基于与基准的偏差量评价接合状态。

〔第2实施方式〕

本实施方式与第1实施方式的不同在于，一边对接合部施加规定的压力，一边测量电流和电压。对与第1实施方式同样的结构，省略说明。

在加压中，使用机械地按压的装置、或郎之万(langevin)振子等的加压部件。将加压部件配置在被粘合材料侧或另一被粘合材料侧，面向粘合界面对接合部施加规定的压力。规定的压力设为大于1kpa且100mpa以下。压力可以以连续方式施加固定压力，也可以如正弦波形那样周期性地施加。

规定的电气特性，与第1实施方式同样地从介电常数、极化度、静电容量(电容量)、交流电阻(阻抗)或相位差构成的组中预先选择至少一个。规定的电气特性，优选设为交流电阻。

对于选择出的规定的电气特性设定基准。在一边对接合部施加规定的压力，一边外加交流信号并导出与规定的电气特有关的评价值后，与第1实施方式同样地设定基准。

与规定的电气特性有关的评价值，从一边对接合部加压一边测量得到的电流值和电压值中通过运算导出。

将导出的评价值与基准比较，获取对每个频率相对基准的评价值的偏差量。接合部的接合状态的评价，与第1实施方式同样地根据偏差量进行。

根据本实施方式，通过对接合部提供压力变化，使接合部的粘合状态动态地变化，更明显地表现正常状态和弱接合状态之间的变化，所以可以提高评价精度。

(实施例3)

图4中，表示在第2实施方式的接合部评价方法中所用的测量系统的概略图。在图4中，复合材料构成的板状的2个被粘合材料21、22用粘合剂接合。规定的电气特性设为交流电阻。使交流电源23与电流计24串联连接。将电压计25和电流计24并联地配置。将电压计25和电流计24的电极26、27连接，使得在接合部28(粘合界面)的两端进行电气接触。在接合部上部配置压力件29。

通过压力件29对接合部28施加规定的压力，同时用交流电源23对接合部28外加交流信号。使频率变化并测量电流值和电压值。基于通过测量得到的电流值和电压值，导出交流电阻(阻抗＝电压/电流)。将导出的交流电阻设为评价值，将该评价值与交流电阻的基准比较，对每个频率获取评价值相对基准的偏差量。接合部28的接合状态的评价，与第1实施方式同样地根据偏差量进行。

(实施例4)

图5中表示在第2实施方式的接合部评价方法中所用的另一测量系统的概略图。在图5中，复合材料构成的板状的2个被粘合材料31、32用粘合剂接合。规定的电气特性设为静电容量(电容量)。静电容量的测量用电容测量器33进行。将电容测量器33的电极34、35连接，使得在接合部36(粘合界面)的两端进行电气接触。在接合部上部配置压力件37。

通过压力件37对接合部36施加规定的压力，同时由电容测量器33对接合部36外加交流信号，使频率变化并测量电流值和电压值。基于通过测量得到的电流值和电压值，在电容测量器内通过运算导出静电容量。将导出的静电容量设为评价值，将该评价值与静电容量的基准比较，对每个频率获取评价值相对基准的偏差量。接合部28的接合状态的评价，与第1实施方式同样地根据偏差量进行。

〔第3实施方式〕

本实施方式中，按照第1实施方式对接合部的接合状态进行第1评价，同时按照与其不同的第2实施方式对接合部的状态进行第2评价，使第1评价和第2评价相关而综合地评价接合状态。在第2评价中，选择与第1评价中选择的规定的电气特性不同的电气特性。

(第1评价)

从介电常数、极化度、或静电容量(电容量)构成的组中至少选择一个规定的电气特性。根据第1实施方式，导出评价值，对接合状态进行第1评价。

(第2评价)

将规定的电气特性设为交流电阻。根据第2实施方式，导出评价值，对接合状态进行第2评价。

使第1评价和第2评价相关，使得可以综合地评价接合部的接合状态。例如，通过使第1评价的偏差量和第2评价的偏差量相关，比较两者而能够综合地评价。通过使各评价的偏差量相关，例如，可用如以下那样进行评价。在第1评价中，将评价值的偏差量的阈值如阈值1、阈值2、阈值3、阈值4···那样设定多个。在第2评价中同样地设定多个阈值。若各评价的偏差量都在阈值1内，则评价为接合状态良好。若第1评价中的偏差量在阈值3和阈值4之间，但第2评价中的偏差量在阈值2内，则评价为接合状态良好。另一方面，在第1评价中的偏差量为阈值3和阈值4之间，第2评价中的偏差量是阈值4的极限值的情况下，评价为接合状态不合格。通过在各评价中设定多个阈值，可以相关地评价偏差量，从而能够高精度地评价接合部的接合状态。

标号说明

1，11，21，31被粘合材料，

2，12，22，32(另一)被粘合材料

3，33电容测量器

4，5，16，17，26，27，34，35电极

6，18，28，36接合部

13，23交流电源

14，24电流计

15，25电压计

29，37压力件