碳纤维基材的切断方法

专利名称：碳纤维基材的切断方法
技术领域：
本发明涉及一种至少由含有碳纤维的布帛状物构成的碳纤维基材的切断方法，尤其是涉及一种用于下述目的的适合的碳纤维基材的切断方法，所述目的是将用来制作纤维增强塑料(以下，有时也简称为FRP [Fiber Reinforced Plastic]。)的基材精度良好地切断成规定形状。
背景技术：
近年来，为了实现飞机、汽车等的轻质化而使用使用了碳纤维的纤维增强塑料(以下，有时也简称为CFRP [Carbon Fiber Reinforced Plastic (碳纤维增强塑料)]。)的机会正在增加。例如，将使用了碳纤维束的碳纤维织物作为增强纤维基材使用的CFRP，在比刚度和比强度方面与金属材料相比有利的方面较多，被用于各种部件，其中，所述碳纤维束由沿一个方向并丝而成的多根碳纤维形成。 作为这样的CFRP的成型方法，提出了预浸料坯/高压釜法、RTM(Resin TransferMolding)成型方法、RFI (Resin Film Infusion)成型方法或由这些方法派生的成型方法等各种方法。其中，RTM成型方法在如下方面受到瞩目例如准备由含有碳纤维的布帛或者层合多个该布帛而成的层合体所形成的碳纤维基材，预先形成赋予期望形状的预成型体，之后将注入到成型模具内的基质树脂含浸、使其固化，从而得到了复杂形状的CFRP。但，在欲用通常的刃具将含有碳纤维的布帛或其层合体、赋予它们规定形状的预成型体(以下，有时也将这些统称为碳纤维基材。)切断成规定形状时，有时产生如下的问题。即，碳纤维非常细，直径为ΙΟμπι左右，因此在欲用刃具将碳纤维布帛的层合体、预成型体接触切断时，也由于碳纤维自身的硬度的关系，将欲切断的位置压碎来切断。因此，碳纤维容易因该回弹力而易于在切断端面散开。特别是，欲在层合布帛形成预成型体之后切断时，切断面容易在厚度方向上变得不整齐。在欲向成型模具配置这样的预成型体时，在与成型模具的内腔形状之间产生偏模(mismatch)。在预成型体大于成型模具时，进行用于调整形状至适于成型模具尺寸的追加切断加工操作，或者将大于成型模具的预成型体直接放入成型模具内来成型。在后者的情形中，甚至在成型后的CFRP的毛边部分都含有碳纤维，产生毛边处理作业变复杂这样的不良情况。另一方面，在预成型体较小时，在与成型模具之间产生的间隙中形成仅为树脂(富含树脂)的部分，因此有必要在注入基质树脂之前进行另行埋入碳纤维的操作。此外，即使在例如预成型体与成型模具的形状几乎一致时，在将预成型体向成型模具运送时等，预成型体的端部有时也会散开，难以完全抑制偏模。已知对于这样易散开的碳纤维，有预先将碳纤维之间粘结的技术。例如，作为粘结碳纤维的技术，在专利文献I和专利文献2中记载了通过酚醛树脂等使短纤维状(3 20_左右)的碳纤维成为片状成型物的方法。作为该片状成型物的制作方法，记载了将碳短纤维在二维平面内随机分散，并与酚醛树脂一起在惰性气氛下、在约2000°C以上的高温下烧结。这些文献中记载的片状成型物适合用于碳纤维电极，并非是对片状成型物重新含浸基质树脂来使用的片状成型物。此外，由于在约2000°C以上的高温下烧结，所以碳短纤维自身全部都碳化，因此得不到碳短纤维自身所具有的弹性模量和强度等。专利文献I :日本特开2004-288489号公报专利文献2 日本特开2005-297547号公报

发明内容
为了消除下述问题，S卩，如前所述使用通常的刃具将碳纤维基材切断时在切断端面容易散开，此外，难以精度良好地切断成规定形状之前本申请人提出了如下技术通过在切断端面生成特定性状的石墨化部分(例如，膜状的石墨化部分)，从而实现了容易切断成规定形状，并能够防止切断端面中的碳纤维散开等(日本特愿2009-285882号)，该提案中还记载了这样的切断可通过激光(激光光线)切断来实现，该提案还处于申请未公开的阶段。
但，在如此通过激光切断碳纤维基材时，显然遗留有如下的问题。首先，在激光加工中，碳纤维的升华切断温度比金属(铁为约1600°C)还高、为约3800°C左右，气氛温度与切断温度之差较大，因此热能容易散失。碳纤维自身的导热性虽比一般无机物优异，但根据由布帛状物构成的基材形态的不同，有时切断加工方向、即厚度方向(尤其是由层合体形成的基材的厚度方向)的导热率与金属相比变得极差，因此，有时难以接受经由基材自身的厚度方向的热供给，难以上升至基材的切断温度。若不充分提高由激光产生的切断温度、即若提高不到碳纤维的升华切断温度，则会产生切断不良位置。此外，在激光切断加工中，虽存在可加工的焦距(用于聚光的焦距)，但在基材易变形时，有可能会从可加工的焦距的范围偏移，若从该范围偏移，仍会产生切断不良位置。因此，本发明的课题在于，为了解决用激光切断碳纤维基材时的如上所述的问题和伴随激光切断加工的其它问题，提供一种碳纤维基材的切断方法，其能够以成为目标的期望状态稳定地进行激光切断，该激光切断可期待对于碳纤维基材切断来说优异的切断性能和如前所述的优异的切断端面形态。为了解决上述问题，本发明的碳纤维基材的切断方法包括具有如下特征的切断方法，所述特征为，在用激光切断至少由含有碳纤维的布帛状物构成的碳纤维基材时，设定初始条件来切断基材，该初始条件可抑制或防止用激光切断基材时的状态偏离目标状态。这里，本发明中的至少由含有碳纤维的布帛状物构成的碳纤维基材是指实质上包括所有由含有碳纤维的布帛状物构成的碳纤维基材，包括其单独的布帛状物、层合体这两者。此外，作为布帛状物的形态，例如，包括将碳纤维沿一个方向并丝而成的一方向织物基材、多轴缝合(multiaxial stitching)基材、无纺布的形态、平织、斜纹、针织物(knit)、编织物(braid)等形态，进而，可以是玻璃纤维、有机纤维的混合结构。此外，在具有层合体结构的基材的情况下，除了含有碳纤维的布帛状物以外，还可含有由玻璃纤维、芳酰胺纤维、PBO(聚对苯撑苯并二噁唑)纤维、硼纤维、氧化铝纤维等形成的布帛状物。并且，将这样的基材预先赋予规定形状(包括二维形状、三维形状这两者)得到的预成型体也包括在本发明的碳纤维基材中。前述基材的优选形态为由包括碳纤维的连续纤维的前述碳纤维含有布帛状物构成的基材；进而优选为仅由碳纤维构成的前述碳纤维含有布帛状物。进而，本发明主要以树脂(基质树脂)未含浸于基材的、所谓干式碳纤维基材为对象，但树脂含浸于基材而成的基材、例如树脂在固化前的所谓B-阶段的状态下被含浸而成的预浸料坯也包括在本发明的碳纤维基材中。这样的本发明的碳纤维基材的切断方法中，设定可抑制或防止用激光切断基材时的状态偏离目标状态的特定初始条件，并在该条件下切断基材。上述抑制或防止偏离目标状态是指抑制或防止由如上所述的用于切断的激光引起的热的不期望的散失，防止基材应切断部位从可加工的激光焦距范围的偏移，或进而抑制或防止照射激光的头的堵塞等。通过初始设定抑制或防止这样的用激光切断基材时的状态偏离或偏移目标状态的条件，可以避免在切断时变为不期望的状态，以成为目标的期望状态稳定地进行利用激光的切断基材。作为更具体的形态，在将碳纤维基材放置在支撑夹具上并用激光切断时，可用前述支撑夹具部分地支撑前述基材。在难以由基材产生导热的部位用支撑夹具部分地支撑基材，这样基本上可以实现在激光切断加工时热不易散失的形态。即，如前所述，碳纤维的升华切断温度比金属高、为约3800°C左右，由于气氛温度与切断温度之差较大，因而热能容易散失。进而，由于切断加工方向、即基材的厚度方向的导热比金属差，因而具有如下特征 不易受到来自基材自身的厚度方向热供给，应切断的厚度方向部位不易上升至切断温度。因此，对于含有碳纤维的这样的基材的切断，有必要较大抑制热能散失，重要的是能够将与热能散失有关的参数(导热率、接触面积、与接触物的温度差、加热时间等与散失量成正比例，与接触物的距离成反比例)控制在适当范围的夹具结构。此外，如果代替热能散失或与热能散失同时使与所切断基材接触的夹具的热容尽可能减小，则夹具提前升温，可防止热能散失。对于这样的结构，更具体地，优选将基材的切断位置设定在基材未接触前述支撑夹具的位置。为了防止照射在碳纤维基材上的热能通过支撑夹具散失，较好的是将支撑夹具与切断点隔开距离。即，较好的是不支撑切断线的背面。另一方面，若与切断点的距离过远，则基材容易弯曲、容易从焦距范围偏移，因此有必要隔开适当的距离。例如，作为优选的距离范围，可列举Imm 200mm、2mm 100mm、进而为3mm 75mm的范围。但，若基材的厚度增加则刚度提高，因此还可根据厚度来增加最大距离。此外，通过支撑夹具的热能散失在纤维方向(导热率高)上支撑基材的位置是显著的，还可根据纤维方向来改变支撑夹具与切断点的距离。例如，在如布(cloth)材这样的织物基材中，可以在未与切断线上的纤维直接接触的方向的纤维束下配置支撑夹具。此外，还优选将支撑夹具对基材的接触支撑部设定为带状、线状或点状的形态。由这样的接触支撑部支撑基材时，可以可靠地减少支撑夹具与基材的接触面积，可以可靠地降低不期望的热散失。进而，还优选至少由具有绝热性的材料形成支撑夹具与基材的接触表面。对于这样的结构，可降低基材与支撑夹具之间的导热率，可更可靠地降低不期望的热散失。此外，本发明的碳纤维基材的切断方法中，优选在将碳纤维基材放置在支撑夹具上并用激光切断基材时，在切断位置的两侧通过支撑夹具支撑基材。为了高效迅速地用激光切断基材，优选基材应切断部位的位置不从规定的激光焦距范围偏移。碳纤维基材、尤其是未含浸树脂的干式基材具有较高的柔软性，容易弯曲。因此，为了不产生较大弯曲、切断点不从规定的激光焦距范围偏移，在切断位置的两侧支撑基材，以两端固定支撑形态是可以将弯曲抑制在低水平的。尤其是，由于基材的端部容易下垂、或为层合体基材时层间容易剥离，因而优选在切断端部时在切断位置的两侧通过支撑夹具支撑基材。为了在切断位置两侧的至少一侧的部位更可靠地支撑、固定基材，可对支撑夹具赋予例如真空吸附功能。此夕卜，可以在至少一侧的部位从两面侧把持基材。为了从两面侧把持，还可使用例如磁力，也可以机械地把持。此外，本发明的碳纤维基材的切断方法中，为了照射激光而使用激光头，但在该激光头内有可能侵入作为来自切断部位的基材的升华物的煤烟，在激光照射路产生堵塞。为了消除这样的担忧，优选在从激光头内照射激光的同时喷射气体(作为优选的气体，可列举惰性气体[例如，氮气]。)。为了有效防止煤烟的侵入和附着，优选与照射激光同轴地喷射该气体。此外，为了使煤烟不从外部侵入到激光头内，优选将激光头内维持在比激光头外更高压的状态。进而，还可更积极地除去煤烟。例如，还可在激光头上设置抽吸单元，从而抽吸基材切断时所产生的煤烟。由于煤烟向上方上升，因而优选抽吸单元的抽吸口设置在包含切断点以上的高度的位置。此外，喷射气体时，由于在基材的背面侧较多的煤烟被吹起，因而 更好的是在背面也设置抽吸口(避开激光)。此外，本发明的碳纤维基材的切断方法中，如前所述，作为进行切断的碳纤维基材，可以以层合体的形态、预先赋予规定形状而成的预成型体的形态中任一者为对象。在制成层合体的形态时，优选由如下这样的层合体而形成在至少单面赋予颗粒状树脂而成的布帛状物之间通过前述树脂粘合一体化而成的层合体。若如此预先通过树脂粘合一体化，则规定的层合体结构不易散开，且即便制成预成型体时也容易保持所赋予的形状。如上所述，根据本发明的碳纤维基材的切断方法，可有效消除用激光切断碳纤维基材时的、热散失、从激光的焦距范围偏移、煤烟等各种问题，可以以成为目标的期望状态稳定地进行碳纤维基材的切断。


[图I]是表示本发明的实施方式之一的碳纤维基材的切断方法的结构简图。[图2]是表示本发明中的支撑夹具的各种形态例的结构简图。[图3]是表示本发明的另一实施方式的碳纤维基材的切断方法的结构简图。[图4]是表示本发明中的支撑夹具的另外各种形态例的结构简图。[图5]是表示本发明中的用支撑夹具两侧支撑的情形㈧和单侧支撑的情形(B)所产生的问题的结构简图。[图6]是表示仅仅用支撑夹具两侧支撑的情形(A)所产生的问题和本发明中的基材双面支撑的情形(B)的结构简图。[图7]是例示本发明中的根据实际切断部的板厚与模具的腔厚度的大小关系而产生合模时的各状态的结构简图。[图8]是表示本发明中的伴随惰性气体喷射的激光切断的一例的结构简图。[图9]是例示本发明中的煤烟的问题和处理方法的结构简图。[图10]是例示本发明中的煤烟的另一问题和处理方法的结构简图。[图11]是表示本发明中的赋予颗粒状的树脂而成的布帛状物的一例的局部立体图。[图12]是表示本发明中的包括三维预成型体的切断的工序的一例的结构简图。
具体实施例方式以下、参照

本发明的优选实施方式。图I表示本发明的实施方式之一的碳纤维基材的切断方法，尤其是，表示用激光切断由含有碳纤维的布帛状物的层合体所形成的预成型体的周边部的例子。如图I(A)所示，预成型体I被放置在支撑夹具2上，沿着沿预成型体I的周边的切断线(切断位置3)，进行激光切断。如图I(B)所示，本实施方式中，支撑夹具2被设置在基座4上由波形板形成的底座5上，在该支撑夹具2上放置预成型体I。预成型体I由支撑夹具2部分地支撑，支撑夹具2a、2b位于切断位置的两侧。在支撑夹具2b的支撑位置，使用加压夹具6从两面侧把持预成型体I。通过从激光头7朝向切断位置3照射切断用的激光8、使头7或基座4移动，从而 沿图I所示的切断线进行激光切断加工。切断位置3设定在预成型体I未与支撑夹具2接触的位置(支撑夹具2a、2b之间的位置)。从激光头7照射的激光8通过光纤9导入到头7内，在将焦距与预成型体I厚度方向的切断部位重合的状态下聚光，供于切断。为了抑制头 过热，在激光头7内通过冷却水进水管线10、冷却水出水管线11循环冷却水。此外，本实施方式中，为了防止切断时产生的煤烟12堵塞头7内等，通过头7内朝向切断位置3在与照射激光8同轴状态下喷射从惰性气体供给管线13供给的惰性气体(例如,氮气)。此夕卜，在激光头7上设有朝向下方扩大的喇叭状的抽吸盒14，从切断位置3上升的煤烟12被收集在抽吸盒14内，通过真空泵15等抽吸装置，经由抽吸管线16抽吸除去。对于使用这样的装置的预成型体I的切断，由于在利用激光8进行切断的切断位置3处预成型体I未接触支撑夹具2，因而抑制了切断所必须的热散失。此外，预成型体I由于在切断位置3的两侧通过支撑夹具2a、2b支撑，因而避免了因预成型体I弯曲使得切断部位从激光8的适当焦距范围偏移，确保了规定的期望切断条件。进而，由于对激光头7供给、喷射惰性气体、煤烟12被适当地抽吸除去，因而防止了激光头7的堵塞，稳定地维持了期望的激光切断加工状态。图2例示了本发明中用支撑夹具支撑作为碳纤维基材的预成型体时的各种形态。图2(A)所示的形态中，预成型体21被如上所述的多个带状支撑夹具22支撑，在支撑夹具22之间设定切断位置。图2 (B)所示的形态中，用竖立设置成销(pin)状的多个支撑夹具23支撑预成型体21，通过使其点状接触来支撑，从而实现了为了抑制热散失而需要的接触面积的减少。图2(C)所示的形态中，用由截面为锯齿形状的波形板形成的支撑夹具24支撑预成型体21，通过使其线状接触来支撑，从而实现了为了抑制热散失而需要的接触面积的减少。图2(D)所示的形态中，制成多个带状的支撑夹具22与由波形板形成的支撑夹具24的组合结构，用多个带状的支撑夹具22支撑预成型体21，由波形板形成的支撑夹具24并不是直接支撑预成型体21的夹具，而是发挥如图I所示的底座的功能。通过将底座制成波形板结构，抑制了热通过支撑夹具22向底座、基座侧逃离，抑制了激光切断加工中的热散失。图2(E)所示的形态中，预成型体21用井字状或格子状的支撑夹具25支撑，仍然是减少接触面积来抑制热散失。
与图I所示的形态相比，图3表示切断位置由相互分离的多个切断位置31a、31b构成的情形，根据这些切断位置31a、31b，适当设定预成型体I与支撑夹具32的接触部33和非接触部34。由此，可根据预成型体I的应切断位置和数量，适当设定支撑夹具32的分割形态等。由于其它结构以图I所示的结构为标准，所以标记了与图I相同的符号，从而省略说明。与图2(A) ⑶所示的形态相比，图4(A) ⑶例示了采用绝热材料结构的形态。图4(A)所示的形态中，预成型体21被与图2(A)所示同样形状的支撑夹具41支撑，但支撑夹具41自身以绝热材料构成，或者在支撑夹具41的表面设有绝热材料42的层。通过夹设这样的绝热材料42，更有效地抑制了激光切断加工中的热散失。图4(B)所示的形态中，预成型体21被竖立设置成与图2(B)所示同样形状的销状的多个支撑夹具43支撑，但在各支撑夹具43上设有表层绝热材料44。通过夹设这样的表层绝热材料44，更有效地抑制了激光切断加工中的热散失。图4(C)所示的形态中，预成型体21被由与图2(C)所示同样的截面为锯齿形状的波形板形成的支撑夹具45支撑，但通过在支撑夹具45的与预成型 体21的接触部即锯齿形状的顶点部夹设绝热材料46，更有效地抑制了激光切断加工中的热散失。图4(D)所示的形态中，与图4(D)所示的同样，制成多个带状的支撑夹具47与由波形板形成的支撑夹具48的组合结构，但通过在与预成型体21接触的带状的支撑夹具47的接触部侧夹设绝热材料49，更有效地抑制了激光切断加工中的热散失。此外，前述夹设绝热材料的方法为，将支撑夹具所要求功能当中的绝热功能进行功能分离的形态，例如，若支撑夹具的骨架为金属材料、在表层安装薄的绝热层即玻璃纤维织物等，则还可兼顾预成型体的定位和加工时的绝热，故可优选使用。如前所述，基材的厚度方向的切断位置必须在激光的适当的焦距范围内。为此，必须将碳纤维基材的切断位置的弯曲尽量抑制在低水平。特别是，在基材的端部有切断位置时,有必要注意基材的弯曲量。图5例示将作为碳纤维基材的预成型体的弯曲抑制在低水平的方法。图5(A)表示在预成型体51的切断位置52的两侧配置支撑夹具53的形态，在照射从光纤54向激光头55传送的激光56时，则激光56具有某一焦距，该焦点的附近成为了预成型体51的厚度方向的可切断的范围57。若预成型体51的厚度方向的应切断部位因弯曲等而从该可切断的范围57偏移时，有可能产生切断不良位置和未切断的位置。为了防止这样的不期望的预成型体51的弯曲，在将支撑夹具53配置在切断位置52的两侧的同时，还必须适当设定夹具53间的距离。有必要设定成相对于容易弯曲的预成型体51较小的间隔。并且，为了用两侧支撑夹具53更可靠地保持预成型体51，如图所示，优选设置可吸附预成型体51的抽吸机构58。更优选为，如图所示在两侧支撑夹具53上分别设置抽吸机构58。但，欲在预成型体的厚度方向部分切断时，反而还可通过避开焦点来制造部分切断预成型体。在激光切断加工预成型体51的端部时，有时还难以在切断位置的两侧支撑，不得不进行单侧支撑。这样的情形中，例如，如图5(B)的(B-I)所示，容易产生下垂59a或为层合体情形的层间剥离5%，在这样的情形中，若如图5(B)的(B-2)所示在预成型体51上产生偏移可切断的范围的部位时，有可能在该部位产生未被切断的部分60a、60b。因此，在激光切断加工预成型体51的端部时，期望尽量在切断位置的两侧支撑。此外，如图6(A)所示，在预成型体61的切断位置62两侧用支撑夹具63仅从下侧支撑的形态下切断的情形中，在预成型体61由于自重容易产生弯曲66(下垂)时，或如前所述从激光头64喷射惰性气体65时因该喷射压力而在预成型体61的切断位置62产生弯曲67时等，有可能从激光的焦距前后的可切断的范围偏移。此时，如图6(B)所示，优选使在预成型体61的切断位置62两侧设置的夹具63中至少一方从两面侧把持预成型体61，由此将预成型体61的弯曲抑制在低水平，从而控制在可切断的范围68内。此时，如图6(B)的左侧所示可机械地夹持，还可如右侧的支撑夹具69所示，采用使用磁力使两面侧的支撑夹具69相互吸附的结构。此外，在如上所述从双面把持预成型体时，作为切断部的板厚优选如下。如图7 (A)所示，尤其是如RTM成型等指定由上模141与下模142形成的腔143合模时的厚度144时，优选预成型体145的实际切断部(切断端部)的板厚146小于上述腔厚度144，进而优选期望小O. 05mm以上。若如此，在例如前述的、在切断端面生成特定性状的膜状的石墨化部分147以防止切断端面的碳纤维散开等时(使用先前日本特愿2009-285882号提出的技术时)，在合模时不会对膜状的石墨化部分147产生不良影响。如图7(B)所示，预成型体148的实际切断部的板厚149比上述腔厚度144厚时，有可能在合模时对切断端面产生的特定 性状的膜状的石墨化部分150产生不良影响(例如，如图示例，膜状的石墨化部分150破损、或被破坏)。此外，如图7(C)所示，在上述腔厚度144与预成型体151的实际切断部的板厚152大致一致时，在合模时成为用上下模具141、142把持膜状的石墨化部分153的形状，RTM成型所注入的树脂不在膜状的石墨化部分153与模具之间循环，有可能树脂以膜状的石墨化部分153的位置为起点容易裂开。此外，本发明的切断方法中，为了在规定条件下稳定照射激光，必须防止激光头内的堵塞。为此，如图8所示，在照射激光71的激光头72内通过光纤73传导激光71的同时，通过惰性气体供给管线74向激光头72内导入氮气等惰性气体76，优选朝向预成型体75照射激光71时，也同时朝向预成型体75的切断位置喷射惰性气体76。此时，优选与激光71同轴地喷射惰性气体。在无法如上所述供给、喷射惰性气体时，如图9(A)所示，优选预先使激光头81内的压力(气压)维持在与激光头81外相比为高压状态。在用激光83切断预成型体82时，因预成型体82构成材料的升华而产生煤烟84，该煤烟84上升有时上升至激光头81的照射口侧。如上所述预先使头内为高压状态时，可防止该煤烟84侵入头81内。但，若头内压力较低时，有可能如图9(A)的虚线所示煤烟85侵入到头81内。此时，只要如图9(B)所示在激光头86内高压化的同时、与图8所示同样通过惰性气体供给管线74在激光头86内导入惰性气体、并使该惰性气体76与激光83的照射一起朝向预成型体82的切断位置喷射即可。若如此，则可抑制煤烟84侵入激光头86内，可防止头86的堵塞。如图10㈧所示，通过使从惰性气体供给管线74供给的惰性气体76与激光83的照射一起朝向预成型体82喷射，从而可防止如上所述产生的煤烟侵入激光头86内，但另一方面，还有时有可能煤烟84与所喷射的惰性气体76的气流一起在切断位置周围飞散。为了防止这样的煤烟84的飞散，优选积极地除去煤烟84，作为有效手段可列举抽吸除去。还可如图10(B)所示，在激光头86的下部安装抽吸用挡板91，在该抽吸用挡板91内收集煤烟84，同时通过与挡板91内连通的抽吸管线92由真空泵93抽吸除去煤烟84。进而，如图10(C)所示，在预成型体82的规定的切断位置切断刚刚结束后，在激光83沿预成型体82的厚度方向穿透的同时，惰性气体76有时也会喷射至预成型体82的背面侧。成为这样的状态时，由于煤烟84也会产生在预成型体82的背面侧，因而如图IO(C)所示，优选在背面侧也预先设置抽吸除去单元。例如，可以设置与从下面侧支撑支撑夹具94的波形板状底座95上面侧连通的抽吸管线96，通过真空泵97抽吸除去煤烟84。如前所述，作为进行切断的碳纤维基材，可采用将至少单面赋予颗粒状树脂的布帛状物之间通过该树脂粘合一体化而成的层合体结构。即如图11所示，表示在碳纤维布帛101 (图示例为一方向碳纤维织物)上遍布粘合用颗粒状树脂102的状态，可通过将这样的布帛状物层合一体化来形成。这样的层合体对于在例如将预成型体赋予三维形状时预先良好地维持该赋形形状是有效的。若能够维持预成型体的三维形状，则容易进行预成型体的搬运和各种处理。例如如图12所示，在用多关节机器人111搬运三维预成型体112、并将其设置在利用激光113的切断处理装置114的处理台115上时，也容易维持规定的三维形状。在图12所示的例中，激光113从安装在另一多关节机器人116前端部的激光头117照射，在激光头117中从光纤118传导激光的同时，利用真空泵119的抽吸管线120与头117连接。利用真空泵119的抽吸管线120通过过滤器121抽吸，在其下部侧蓄有冷凝水122，冷凝水122通过阀123的开闭而被适当排出。此外，处理台115与压空管线124连接而被用于脱模或清理。此外，连接有真空抽吸管线125，其被用于于三维预成型体112的真空夹持、前述的煤烟抽吸除去、激光切断时产生的切屑的抽吸除去等。在抽吸管线125上设有如前述的排水管线126、用于处理方向转换的三通电磁阀127、过滤器128等。在多关节机器人116中贯通有惰性气体供给管线129、冷却水进水管线130、冷却水出水管线131等。
工业上的可利用件本发明的碳纤维基材的切断方法可适用于由碳纤维布帛状物形成的所有基材和预成型体的切断。符号说明1、21、51、61、75、82 :预成型体2、2a、2b、22、23、24、25、32、41、43、45、47、48、53、63、69、94 :支撑夹具3、31a、31b、52、62 :切断位置4 :基座5、95 :底座6 :加压夹具7、55、64、72、81、86、117 :激光头8、56、71、83、113 :激光9、54、73、118 :光纤10、130 :冷却水进水管线11、131 :冷却水出水管线12,84,85 :煤烟13、74、129 :惰性气体供给管线14 :抽吸盒
15、93、97、119 :真空泵16、92、96、120、125 :抽吸管线33 :接触部34 :非接触部42、44、46、49 :绝热材料57、68:可切断的范围58 :抽吸机构59a:下垂
59b:层间剥离60a、60b :未被切断的部分65、76 :惰性气体66、67:弯曲91 :抽吸用挡板101 :碳纤维布帛102 :颗粒状的树脂111、116 :多关节机器人112:三维预成型体114:切断处理装置115:处理台121、128:过滤器122 :冷凝水123:阀124 :压空管线126 :排水管线127 :三通电磁阀141 :上模142 :下模143 :腔144:腔厚度145、148、151 :预成型体146、149、152 :切断部的板厚147、150、153 :膜状的石墨化部分
权利要求
1.一种碳纤维基材的切断方法，其特征在于，在用激光切断至少由含有碳纤维的布帛状物构成的碳纤维基材时，设定初始条件来切断基材，所述初始条件可抑制或防止用激光切断基材时的状态偏离目标状态。
2.根据权利要求I所述的碳纤维基材的切断方法，其中，在将碳纤维基材放置在支撑夹具上并用激光切断时，用所述支撑夹具部分地支撑所述基材。
3.根据权利要求2所述的碳纤维基材的切断方法，其中，将基材的切断位置设定在基材未接触所述支撑夹具的位置。
4.根据权利要求3所述的碳纤维基材的切断方法，其中，将支撑夹具对基材的接触支撑部设定为带状、线状或点状的形态。
5.根据权利要求I 4中任一项所述的碳纤维基材的切断方法，其中，至少由具有绝热性的材料形成支撑夹具与基材的接触表面。
6.根据权利要求I 5中任一项所述的碳纤维基材的切断方法，其中，在将碳纤维基材放置在支撑夹具上并用激光切断基材时，在切断位置的两侧通过支撑夹具支撑基材。
7.根据权利要求6所述的碳纤维基材的切断方法，其中，在切断位置两侧的基材支撑部的至少一侧的部位，从两面侧把持基材。
8.根据权利要求I 7中任一项所述的碳纤维基材的切断方法，其中，在从照射激光的激光头内照射激光的同时喷射气体。
9.根据权利要求8所述的碳纤维基材的切断方法，其中，与照射激光同轴地喷射气体。
10.根据权利要求8或9所述的碳纤维基材的切断方法，其中，将激光头内维持在比激光头外更高压的状态。
11.根据权利要求8 10中任一项所述的碳纤维基材的切断方法，其中，在激光头上设置抽吸单元，抽吸基材切断时所产生的煤烟。
12.根据权利要求I 11中任一项所述的碳纤维基材的切断方法，其中，进行切断的碳纤维基材由层合体构成，所述层合体是在至少单面赋予颗粒状树脂而成的布帛状物之间通过所述树脂粘合一体化而形成的。
13.根据权利要求I 12中任一项所述的碳纤维基材的切断方法，其中，进行切断的碳纤维基材由预先赋予规定形状的预成型体构成。
全文摘要
本发明提供一种碳纤维基材的切断方法，其特征在于，在用激光切断至少由含有碳纤维的布帛状物构成的预成型体等碳纤维基材时，设定初始条件来切断基材，该初始条件可抑制或防止用激光切断基材时的状态偏离目标状态。所述方法可有效消除用激光切断碳纤维基材时的热散失、从激光的焦距范围偏移、煤烟等各种问题，可以以成为目标的期望状态稳定地进行碳纤维基材的切断。
文档编号B23K26/00GK102812175SQ20108006447
公开日2012年12月5日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年3月19日
发明者山本晃之助, 山崎真明, 关户俊英 申请人:东丽株式会社