[发明专利]碳纤维基材的切断方法

说明书

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 Transfer Molding)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10μm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1和专利文献2中记载了通过酚醛树脂等使短纤维状(3～20mm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℃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℃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1：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，即，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℃)还高、为约3800℃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。