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JP2014169409A - Cfrp structure and cfrp structure restoring device - Google Patents

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JP2014169409A
JP2014169409A JP2013042598A JP2013042598A JP2014169409A JP 2014169409 A JP2014169409 A JP 2014169409A JP 2013042598 A JP2013042598 A JP 2013042598A JP 2013042598 A JP2013042598 A JP 2013042598A JP 2014169409 A JP2014169409 A JP 2014169409A
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Japan
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substrate
repair
optical fiber
cfrp structure
cfrp
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JP2013042598A
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Inventor
Limin Bao
力民 鮑
Chika Uchijo
千翔 内城
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Shinshu University NUC
Original Assignee
Shinshu University NUC
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Abstract

【課題】CFRPの外部から損傷部分に修復剤を注入して修復する方法により損傷部分を修復する方法に係り、的確にかつ効率的に修復することができるCFRP構造体及びCFRP構造体の修復装置の提供。
【解決手段】カーボンシートを内蔵する基板12と、基板12の一端側から他端側へ連通し、かつ基板12内に埋没された部位を備える光ファイバ14とを備え、基板12には、基板12の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴15が設けられている。光ファイバ14の一端側には参照光の光源が接続され、他端側にはセンサが接続される。光ファイバは基板の損傷個所に充填された修復剤を光硬化させる導光用としても作用する。
【選択図】図1
The present invention relates to a method of repairing a damaged part by injecting a repair agent into the damaged part from the outside of the CFRP, and to repair the damaged part accurately and efficiently, and a repair device for the CFRP structure. Offer.
A substrate 12 containing a carbon sheet, and an optical fiber 14 that communicates from one end side to the other end side of the substrate 12 and has a portion buried in the substrate 12 are provided. A restoration agent injection hole 15 is provided, which is open on at least one surface in the thickness direction. A reference light source is connected to one end of the optical fiber 14 and a sensor is connected to the other end. The optical fiber also serves as a light guide for photocuring the restoration agent filled in the damaged part of the substrate.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)の自己修復に好適に用いることができるCFRP構造体及びこのCFRP構造体の修復装置に関する。   The present invention relates to a CFRP structure that can be suitably used for self-repair of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) and a repair device for the CFRP structure.

複合材料の一種である炭素繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastic:CFRP)は、プラスチックの軽量性とCFの高強度・高弾性を併せ持ち、比強度・比剛性に優れることから、航空宇宙産業や自動車産業等に広く使用されている。CFRPは多くの場合、積層板として成形され使用される。CFRP積層板は、層内における強度は高いが、層間強度はやや弱く、経年劣化や外部からの衝撃を受けた場合に層間剥離やき裂が発生することがある。剥離やき裂が進展していくと、CFRP全体で荷重を負荷することができず、健全材に比べて低い荷重で破壊に至る。CFRP構造部の運用中に剥離やき裂が発生することは非常に危険であるため、剥離やき裂を自動的に修復できる自己修復機能を備えるCFRP構造体が求められている。   Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP), a type of composite material, combines the light weight of plastic with the high strength and high elasticity of CF, and is superior in specific strength and specific rigidity. Widely used in industry. CFRP is often molded and used as a laminate. CFRP laminates have high strength in the layers, but the interlaminar strength is somewhat weak, and delamination and cracks may occur when subjected to aging or external impacts. As delamination and cracks progress, the load cannot be applied to the entire CFRP, and fracture occurs at a load lower than that of a healthy material. Since it is very dangerous that peeling or cracking occurs during operation of the CFRP structure, a CFRP structure having a self-repairing function capable of automatically repairing peeling or cracking is required.

CFRPの自己修復方法としては、マイクロカプセルを用いる方法(非特許文献1、2)や、中空ガラス繊維を用いる方法(非特許文献3)がある。これらは、損傷の発生に伴いCFRP内に埋め込んだマイクロカプセルあるいは中空ガラス繊維から修復剤が流れ出して、損傷を修復する方法である。マイクロカプセルあるいは中空ガラス繊維を使用する方法は、修復剤をあらかじめ材料内部に埋め込んでおくものであり、これらの方法では損傷を修復する修復剤の量が不足するという問題がある。この問題を解消する方法として、CFRPの外部から修復剤を損傷部分に注入して修復する方法が提案されている(非特許文献4)。   As a self-repairing method of CFRP, there are a method using microcapsules (Non-Patent Documents 1 and 2) and a method using hollow glass fibers (Non-Patent Document 3). These are methods for repairing damage by causing a repair agent to flow out of microcapsules or hollow glass fibers embedded in CFRP as damage occurs. The methods using microcapsules or hollow glass fibers have a restoration agent embedded in the material in advance, and these methods have a problem that the amount of the restoration agent for repairing damage is insufficient. As a method of solving this problem, a method of repairing by injecting a repair agent into the damaged part from the outside of CFRP has been proposed (Non-Patent Document 4).

特表2011−518056号公報Special table 2011-518056 gazette

M. R. Kessler, S. R. White,Self-activatedhealing of delamination damage in woven composites,compositesPart A 32 683-699,(2001).M. R. Kessler, S. R. White, Self-activated healing of delamination damage in woven composites, composites Part A 32 683-699, (2001). 大月浩嗣,剱持潔,鮑力民,後藤卒土民機械材料・材料加工技術講演会講演論文集 2007(15),351-352, 2007-11-16.Hiroki Otsuki, Kiyoshi Tsujimo, Minoru Riki, Graduates of Gotoh Tsuchimin Lectures on Mechanical Materials and Materials Processing Technology 2007 (15), 351-352, 2007-11-16. G. Williams, R. Trask, I. Bond,Aself-healing carbon fibre reinforced polymer for aerospace applications,composites Part A 38 1525-1532,(2007).G. Williams, R. Trask, I. Bond, Aself-healing carbon fiber reinforced polymer for aerospace applications, composites Part A 38 1525-1532, (2007). 荒尾慶宣,鮑力民,剱持潔,北陸信越学生会第40回学生員卒業研究発表講演会 701,(2011).Arao Keinobu, Minoru Minoru, Kiyoshi Tsujimo, Hokuriku Shin-Etsu Student Association 40th Student Graduation Research Presentation Lecture 701, (2011).

CFRPの外部から修復剤を損傷部分に注入して修復する方法は、修復剤を損傷部分に連続的に注入することができ、マイクロカプセル法等による場合の修復剤の不足を克服することが可能である、しかしながら、この方法では、CFRPの外部から修復剤を注入した後、修復剤を硬化させるために長時間のアフターキュアが必要であったり、2液混合型の修復剤を使用するような場合は、樹脂と硬化剤とを混合した時点から修復剤が硬化しはじめるため取り扱い性が悪いという問題があった。
本発明は、CFRPの外部から損傷部分に修復剤を注入して修復する方法によりCFRPの損傷部分を修復する方法に係るものであり、従来方法と比較して、より的確にかつ効率的に修復することができるCFRP構造体及びこのCFRP構造体の修復装置を提供することを目的とする。
The method of repairing by injecting a repair agent into the damaged part from the outside of the CFRP can inject the repair agent continuously into the damaged part, and can overcome the shortage of the repair agent in the case of microcapsule method etc. However, in this method, after injecting the repair agent from the outside of the CFRP, a long-time after-curing is required to cure the repair agent, or a two-component mixed type repair agent is used. In such a case, there is a problem that handling properties are poor because the restoration agent begins to cure from the time when the resin and the curing agent are mixed.
The present invention relates to a method for repairing a damaged part of CFRP by a method of repairing by injecting a repair agent into the damaged part from the outside of the CFRP, and more accurately and efficiently repairing compared to the conventional method. An object of the present invention is to provide a CFRP structure that can be used and a repair device for the CFRP structure.

本発明に係るCFRP構造体は、カーボンシートを内蔵する基板と、基板の一端側から他端側へ連通し、かつ前記基板内に埋没された部位を備える光ファイバとを備え、前記基板には、基板の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴が設けられていることを特徴とする。カーボンシートを内蔵する基板のカーボンシートの積層数は限定されるものではない。また基板の厚さ、大きさ、形状も限定されない。   A CFRP structure according to the present invention includes a substrate containing a carbon sheet, and an optical fiber that is connected from one end side to the other end side of the substrate and includes a portion buried in the substrate. The method is characterized in that a restoration agent injection hole is provided that opens on at least one surface in the thickness direction of the substrate. The number of carbon sheets stacked on the substrate incorporating the carbon sheet is not limited. Further, the thickness, size, and shape of the substrate are not limited.

CFRP構造体に設ける修復剤の注入穴は、基板を厚さ方向に貫通する貫通孔とすることも可能であるが、基板の損傷個所に的確に修復剤を充填させるためには、基板の厚さ方向の一方の面で開口し、他方の面では閉止する形態とすることがよい。
また、光ファイバは、基板の基板面に平行に配置され、基板の一端側から他端側へ全長にわたって埋没された部位を備えるように配置する方法は、基板内に容易に光ファイバを埋設することができ、基板に生じた損傷個所を容易に検出できるという利点がある。
また、光ファイバは、基板面と交差する向きとして埋没された部位を備える構成とすることができる。この構成は、カーボンシートを多数枚積層したCFRP基板の場合に、基板の内層における損傷個所を特定しやすくなり、基板の内層における修復が容易に可能になるという利点がある。
The restoration agent injection hole provided in the CFRP structure may be a through-hole penetrating the substrate in the thickness direction. However, in order to accurately fill the restoration site with the restoration agent, the thickness of the substrate It is good to set it as the form which opens on one surface of a horizontal direction, and closes on the other surface.
The optical fiber is arranged in parallel with the substrate surface of the substrate, and the method of arranging the optical fiber so as to have a portion buried over the entire length from one end side to the other end side of the substrate is easily embedded in the substrate. There is an advantage that a damaged portion generated in the substrate can be easily detected.
Further, the optical fiber can be configured to include a portion buried in a direction intersecting with the substrate surface. This configuration has an advantage that, in the case of a CFRP substrate in which a large number of carbon sheets are laminated, it becomes easy to specify a damaged portion in the inner layer of the substrate, and repair in the inner layer of the substrate can be easily performed.

また、本発明に係る修復装置は、カーボンシートを内蔵する基板と、基板の一端側から他端側へ連通し、かつ前記基板内に埋没された部位を備える光ファイバとを備え、前記基板には、基板の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴が設けられているCFRP構造体を使用し、該CFRP構造体に生じた損傷個所を修復する修復装置であって、前記損傷個所を検知する検知機構として、前記光ファイバの一端側に接続する光源と、前記光ファイバの他端側に接続するセンサと、前記光源から前記光ファイバに参照光を投入し、前記センサによって受信される光信号から基板に生じた損傷個所を特定するコントロール部とを備えることを特徴とする。
また、前記CFRP構造体の修復装置として、前記損傷個所を修復する修復機構として、前記光ファイバに接続する光源と、前記注入穴から前記基板の損傷個所に修復剤を注入する注入機構と、前記損傷個所に注入された前記修復剤に前記光ファイバを介して光を放射することにより前記修復剤を光硬化させるコントロール部とを備えるものが好適に使用できる。
Further, a repair device according to the present invention includes a substrate incorporating a carbon sheet, and an optical fiber having a portion that is communicated from one end side to the other end side of the substrate and buried in the substrate, Is a repair device that uses a CFRP structure provided with an injection hole for a repair agent that opens on at least one surface in the thickness direction of the substrate, and repairs a damaged portion in the CFRP structure. As a detection mechanism for detecting the damaged portion, a light source connected to one end of the optical fiber, a sensor connected to the other end of the optical fiber, and a reference light from the light source to the optical fiber, And a control unit for identifying a damaged part generated in the substrate from the optical signal received by the sensor.
Further, as a repair device for the CFRP structure, as a repair mechanism for repairing the damaged part, a light source connected to the optical fiber, an injection mechanism for injecting a repair agent from the injection hole into the damaged part of the substrate, A thing provided with the control part which photocures the restoration agent by radiating light through the optical fiber to the restoration agent inject | poured into the damaged part can be used conveniently.

また、前記CFRP構造体は、修復操作時における修復範囲をユニットごとにあらかじめ区画して設定され、前記検知機構は、前記ユニットごとに監視するコントロール部を備えることにより、CFRP構造体に生じた損傷個所を的確にかつ効率的に検知することができる。
また、前記CFRP構造体は、修復操作時における修復範囲をユニットごとにあらかじめ区画して設定され、前記修復機構は、前記ユニットごとに修復するコントロール部を備えることにより、CFRP構造体を的確にかつ効率的に修復することができる。
前記修復剤には光硬化樹脂を使用する。光硬化樹脂には紫外線硬化樹脂に限らず、種々の光によって硬化する光硬化樹脂を使用することができる。紫外線硬化樹脂は硬度が高く、修復剤として紫外線硬化樹脂を使用し、前記光ファイバに接続する光源として紫外線光源を使用することによって、確実かつ効率的にCFRP構造体を修復することができる。
In addition, the CFRP structure is preliminarily defined by setting a repair range for each unit at the time of repair operation, and the detection mechanism includes a control unit that monitors each unit, thereby causing damage to the CFRP structure. The location can be detected accurately and efficiently.
Further, the CFRP structure is set in advance by dividing the repair range at the time of repair operation for each unit, and the repair mechanism includes a control unit that repairs each unit so that the CFRP structure can be accurately and It can be repaired efficiently.
A photo-curing resin is used for the restoration agent. The photo-curing resin is not limited to the UV-curing resin, and a photo-curing resin that is cured by various kinds of light can be used. The UV curable resin has high hardness, and the CFRP structure can be repaired reliably and efficiently by using the UV curable resin as a restoration agent and using the UV light source as a light source connected to the optical fiber.

本発明に係るCFRP構造体及びCFRP構造体の修復装置によれば、CFRP構造体に生じた損傷部分を的確に検知して、損傷部分を確実にかつ効率的に修復することができる。   According to the CFRP structure and the CFRP structure repairing apparatus according to the present invention, it is possible to accurately detect a damaged portion generated in the CFRP structure and repair the damaged portion reliably and efficiently.

本発明に係るCFRP構造体の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the CFRP structure which concerns on this invention. CFRP構造体を用いた自己修復方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the self-repair method using a CFRP structure. CFRP構造体の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of a CFRP structure. CFRP構造体を修復する方法をシステム化した例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which systematized the method of repairing a CFRP structure. 試験片を作製する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of producing a test piece. 試験用のブロックを付けた試験片の平面図(a)及び側面図(b)である。It is the top view (a) and side view (b) of the test piece which attached the block for a test. CFRP構造体の試験片の修復方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the repair method of the test piece of CFRP structure. DCB試験の模式図である。It is a schematic diagram of a DCB test. エポキシ樹脂と紫外線硬化樹脂を用いた試験片についてのLoad−COD線図である。It is a Load-COD diagram about the test piece using an epoxy resin and an ultraviolet curable resin. 修復前と修復後の試験片についてのLoad−COD線図である。It is a Load-COD diagram about a specimen before restoration and after restoration. 試験片の修復部分の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the repair part of a test piece. 修復後の試験片の修復部分の写真である。It is a photograph of the restoration part of the test piece after restoration. 修復後の試験片の修復部分の写真である。It is a photograph of the restoration part of the test piece after restoration. 修復後の試験片の修復部分の写真である。It is a photograph of the restoration part of the test piece after restoration.

(CFRP構造材の構成)
図1は、本発明に係るCFRP自己修復方法に用いるCFRP構造体の構成例を示す。図1に示すCFRP構造体10は、炭素繊維プラスチック(CFRP)からなる基板12と、基板12の内層に基板面と平行に、基板12の長手方向の全長にわたって連続して埋設された光ファイバ14とを備える。
(Configuration of CFRP structural material)
FIG. 1 shows a configuration example of a CFRP structure used in the CFRP self-repairing method according to the present invention. A CFRP structure 10 shown in FIG. 1 includes a substrate 12 made of carbon fiber plastic (CFRP), and an optical fiber 14 embedded continuously in the inner layer of the substrate 12 over the entire length in the longitudinal direction of the substrate 12 in parallel to the substrate surface. With.

CFRP構造体10に埋設する光ファイバ14は、CFRPの損傷部分を光学的に検知する検知機構の構成要素でもあり、損傷部分を修復する修復機構の構成要素でもある。したがって、光ファイバ14は基板12に損傷部分が発生した場合に、その損傷部分を確実に検知できる配置間隔に配置する。
図1は、基板12を断面方向から見た状態であるが、基板12を平面方向から見た状態では、光ファイバ14は基板12の全面にわたり、所定間隔をあけて並列に複数本配置する。CFRPは炭素繊維クロスなどのカーボンシートを複数枚積層した積層構造として形成する場合が多いから、異なる積層位置における損傷個所を検知する必要がある場合には基板12の積層方向にも複数本の光ファイバを配置すればよい。
The optical fiber 14 embedded in the CFRP structure 10 is a component of a detection mechanism that optically detects a damaged portion of the CFRP, and is also a component of a repair mechanism that repairs the damaged portion. Therefore, the optical fiber 14 is arranged at an arrangement interval that can reliably detect the damaged portion when the damaged portion is generated on the substrate 12.
FIG. 1 shows a state in which the substrate 12 is viewed from the cross-sectional direction. In the state in which the substrate 12 is viewed from the plane direction, a plurality of optical fibers 14 are arranged in parallel over the entire surface of the substrate 12 with a predetermined interval. In many cases, CFRP is formed as a laminated structure in which a plurality of carbon sheets such as carbon fiber cloth are laminated. Therefore, when it is necessary to detect a damaged portion at a different lamination position, a plurality of light beams are also provided in the lamination direction of the substrate 12. A fiber may be arranged.

基板12には修復剤の注入穴15を基板12の厚さ方向に設ける。この注入穴15は修復作業時に修復剤を損傷個所に供給するためのものである。注入穴15は一方側を開口させ、他方側を閉止させた有底の穴形状とする。注入穴15の底部分(閉止部分)の厚さをカーボンシート1枚の厚さ(0.1mm)程度とすれば、基板12の損傷部分に修復剤を供給する作用が損なわれることはない。
注入穴15は、基板12の平面内で所定間隔に配置する。この注入穴15の配置間隔も基板12に発生する損傷を想定し、基板12に損傷が発生した際に、損傷部分もしくはその近傍に注入穴15が位置するように、言い換えれば、損傷部分に必ず修復剤を供給できるように設定する。たとえば、基板12の平面内で格子点配列のように注入穴15を配置し、その注入穴15の配置間隔を適宜設定する。
The substrate 12 is provided with a restoration agent injection hole 15 in the thickness direction of the substrate 12. The injection hole 15 is for supplying a repairing agent to the damaged part during the repairing operation. The injection hole 15 has a bottomed hole shape with one side open and the other side closed. If the thickness of the bottom portion (closed portion) of the injection hole 15 is about the thickness of one carbon sheet (0.1 mm), the function of supplying the repairing agent to the damaged portion of the substrate 12 is not impaired.
The injection holes 15 are arranged at a predetermined interval in the plane of the substrate 12. The arrangement interval of the injection holes 15 is also assumed to cause damage to the substrate 12, and when the substrate 12 is damaged, the injection holes 15 are positioned at or near the damaged portion. Set so that restorative can be supplied. For example, the injection holes 15 are arranged like a lattice point arrangement in the plane of the substrate 12, and the arrangement interval of the injection holes 15 is set as appropriate.

注入穴15を基板12の厚さ方向に設ける際に、CFRP構造体10の強度が損なわれないようにする必要がある。このためには、CFRP構造体10の強度を損なわないように、注入穴15の孔径や注入穴15の配置位置を適宜選択する。カーボンシートを積層して樹脂モールドするモールド型に、注入穴形成用のピン(先細形状としたピン)をあらかじめ配置しておき、モールド時にピンがカーボンシートと交差するようにしておくと、カーボンシートの炭素繊維を切断しないようにピンが挿通され、カーボンシートの強度を損なわずにCFRP構造体10を作製することができる。   When the injection hole 15 is provided in the thickness direction of the substrate 12, it is necessary to prevent the strength of the CFRP structure 10 from being impaired. For this purpose, the hole diameter of the injection hole 15 and the arrangement position of the injection hole 15 are appropriately selected so as not to impair the strength of the CFRP structure 10. If a pin for forming injection holes (a tapered pin) is placed in advance in a mold that laminates carbon sheets and is resin-molded, the carbon sheet can be crossed with the carbon sheet during molding. A pin is inserted so as not to cut the carbon fiber, and the CFRP structure 10 can be manufactured without impairing the strength of the carbon sheet.

図1に示すCFRP構造体10では、基板面に平行に光ファイバ14を埋設している。光ファイバを基板12に配置する方法としては、図3に示すように、基板13の内層のカーボンシート層と交差するように光ファイバ16を配置することも可能である。
図3に示すCFRP構造材11では、基板13の内部ではカーボンシート層に直交する向きに交差し、基板13の表面では基板面に沿って光ファイバ16が配置され、光ファイバ16は全体として屈曲する形態となっている。光ファイバ16は全体として屈曲形状とはなっているが、全体としては一連の光ファイバである。
図3では、注入穴を図示していないが、このCFRP構造体11においても、基板13の厚さ方向に、所定の平面配置間隔に修復剤の注入穴を設ける。
In the CFRP structure 10 shown in FIG. 1, an optical fiber 14 is embedded parallel to the substrate surface. As a method of arranging the optical fiber on the substrate 12, as shown in FIG. 3, it is also possible to arrange the optical fiber 16 so as to intersect with the inner carbon sheet layer of the substrate 13.
In the CFRP structural material 11 shown in FIG. 3, the optical fiber 16 is arranged along the substrate surface on the surface of the substrate 13 so as to intersect the carbon sheet layer inside the substrate 13, and the optical fiber 16 is bent as a whole. It is a form to do. The optical fiber 16 has a bent shape as a whole, but as a whole is a series of optical fibers.
In FIG. 3, the injection holes are not shown, but also in the CFRP structure 11, the repair agent injection holes are provided at predetermined planar arrangement intervals in the thickness direction of the substrate 13.

(CFRP構造体を用いる修復方法)
図2(a)〜(d)は、図1に示したCFRP構造体10を用いてCFRP構造体10を修復する方法を示している。
CFRP構造体10に発生した損傷を光ファイバ14を利用して検知するため、光ファイバ14の一端に光ファイバ14に光を投入する光源20を接続し、他端に光ファイバ14を通過した光を検知するセンサ22を接続する。光ファイバ14に光源20とセンサ22とを接続するため、光ファイバ14は両端を基板12の周囲から若干、延出させてある。
CFRP構造体10に損傷が発生したか否かは、光源20から光ファイバ14に赤外線等の参照光を通し、センサ22によって参照光が感知できるか否かにより検知する。光ファイバ14と光源20、及び光源20とセンサ22とを制御し、光信号から基板12の損傷個所を特定するコントロール部が検知機構を構成する。光源20をコントロール部を兼ねる光源システム部としてもよい。
(Repair method using CFRP structure)
2A to 2D show a method of repairing the CFRP structure 10 using the CFRP structure 10 shown in FIG.
In order to detect damage occurring in the CFRP structure 10 using the optical fiber 14, a light source 20 for injecting light into the optical fiber 14 is connected to one end of the optical fiber 14, and light that has passed through the optical fiber 14 is connected to the other end. Is connected to the sensor 22. In order to connect the light source 20 and the sensor 22 to the optical fiber 14, both ends of the optical fiber 14 are slightly extended from the periphery of the substrate 12.
Whether or not the CFRP structure 10 has been damaged is detected based on whether or not the reference light can be sensed by the sensor 22 by passing reference light such as infrared light from the light source 20 through the optical fiber 14. A control unit that controls the optical fiber 14 and the light source 20 and the light source 20 and the sensor 22 and identifies a damaged portion of the substrate 12 from the optical signal constitutes a detection mechanism. The light source 20 may be a light source system unit that also serves as a control unit.

図2(b)は、CFRP構造体10が何らかの原因によって損傷が生じた場合で、これを検知している状態を示す。CFRP構造体10に亀裂あるいは層間剥離といった損傷が生じると、これに伴って損傷部分で光ファイバ14が破断する。光ファイバ14による光導通状態の変化はセンサ22によって検知され、コントロール部により基板12のどの位置で損傷が生じたかを検知することができる。図2(b)は、基板12のA部分にクラックが発生した状態を示す。
基板12の厚さ方向と平面内に所定間隔で光ファイバ14を配置することにより、損傷部分の深さ方向の位置(Z位置)と平面内の位置(X-Y位置)を知ることができる。
FIG. 2B shows a state where the CFRP structure 10 has been detected for some reason and is being detected. When damage such as cracking or delamination occurs in the CFRP structure 10, the optical fiber 14 is broken at the damaged portion. The change in the optical conduction state by the optical fiber 14 is detected by the sensor 22, and the position of the substrate 12 where the damage has occurred can be detected by the control unit. FIG. 2B shows a state in which a crack has occurred in part A of the substrate 12.
By disposing the optical fibers 14 at a predetermined interval in the thickness direction of the substrate 12 and in the plane, the position in the depth direction (Z position) and the position in the plane (XY position) of the damaged portion can be known.

図2(c)は、CFRP構造体10の損傷部位にポンプ24から修復剤30を注入して、損傷部分(A部分)を修復している状態を示す。基板12に発生した損傷部分を修復する方法として、本実施形態では、CFRP構造体10の基板12に設けた注入穴15の開口側から、修復剤30として光硬化性樹脂(紫外線硬化樹脂)を注入し、光源20から光ファイバ14内に紫外線を通して光硬化性樹脂を光硬化させる方法を利用する。   FIG. 2 (c) shows a state where the repairing agent 30 is injected from the pump 24 into the damaged part of the CFRP structure 10 to repair the damaged part (A part). As a method for repairing a damaged portion generated in the substrate 12, in this embodiment, a photocurable resin (ultraviolet curable resin) is used as a repairing agent 30 from the opening side of the injection hole 15 provided in the substrate 12 of the CFRP structure 10. A method of injecting and photocuring the photocurable resin from the light source 20 through the ultraviolet ray into the optical fiber 14 is used.

光ファイバ14と、光源20、センサ22による光センシングによって基板12内における損傷個所の位置が特定できるから、まず、損傷個所以外に修復剤30が漏出しないように、基板12の損傷個所に合わせて基板12の注入穴15が開口している側の表面に、周囲をシールして遮蔽フィルムを基板12に配置し、遮蔽フィルムの内空間とポンプ24とをチューブ25等により連通させる。次いで、ポンプ24からチューブ25を介して遮蔽フィルム内に光硬化性樹脂を注入し、注入穴15に光硬化性樹脂を注入する。   Since the position of the damaged portion in the substrate 12 can be specified by optical sensing using the optical fiber 14, the light source 20, and the sensor 22, first, according to the damaged portion of the substrate 12 so that the repairing agent 30 does not leak outside the damaged portion. The shielding film is disposed on the substrate 12 with the periphery sealed on the surface of the substrate 12 where the injection hole 15 is open, and the inner space of the shielding film and the pump 24 are communicated with each other by a tube 25 or the like. Next, the photocurable resin is injected into the shielding film from the pump 24 through the tube 25, and the photocurable resin is injected into the injection hole 15.

光硬化性樹脂は注入穴15から基板12内に注入され、基板12の損傷部分に入り込んでいく。光硬化性樹脂は紫外線を照射しない状態では流動性は良好であるから、微細な損傷部分にも浸透する。
修復剤30(光硬化性樹脂)を損傷部分に充填させた後、光ファイバ14を介して光源20から紫外線を投入する。光センシングでは光源20から赤外線を投入したが、修復操作では赤外線を紫外線に切りかえて投入する。光ファイバ14に投入された紫外線は光ファイバ14が破断された端面から放射される。光ファイバ14は基板12の損傷部分で破断されているから、この損傷部分に選択的に紫外線が放射され、損傷部分の光硬化性樹脂が集中的に光硬化される。
The photocurable resin is injected into the substrate 12 from the injection hole 15 and enters the damaged portion of the substrate 12. Since the photocurable resin has good fluidity when not irradiated with ultraviolet rays, it penetrates into fine damaged portions.
After the restoration part 30 (photocurable resin) is filled in the damaged part, ultraviolet rays are injected from the light source 20 through the optical fiber 14. In the optical sensing, infrared light is input from the light source 20, but in the restoration operation, the infrared light is switched to ultraviolet light. The ultraviolet rays thrown into the optical fiber 14 are radiated from the end face where the optical fiber 14 is broken. Since the optical fiber 14 is broken at the damaged portion of the substrate 12, ultraviolet rays are selectively emitted to the damaged portion, and the photocurable resin in the damaged portion is intensively photocured.

図2(d)は、基板12の損傷部分に充填された修復剤30である光硬化性樹脂が硬化して、損傷を修復した状態を示す。本実施形態では、光ファイバ14と、ポンプ24、チューブ25等の修復剤30の注入機構と、紫外線の光源20が基板12の損傷部分の修復機構に相当する。コントロール部により、これらの注入機構、光源20等を制御して修復操作を制御することができる。
紫外線を利用して光硬化させる方法は、アフターヒーティングによる樹脂硬化方法と比較して、はるかに短時間で樹脂を硬化させることができ、損傷部分を確実に修復できるという利点がある。
FIG. 2D shows a state in which the photocurable resin that is the restoration agent 30 filled in the damaged portion of the substrate 12 is cured to repair the damage. In the present embodiment, the optical fiber 14, the injection mechanism of the repair agent 30 such as the pump 24 and the tube 25, and the ultraviolet light source 20 correspond to the repair mechanism of the damaged portion of the substrate 12. The restoration operation can be controlled by controlling the injection mechanism, the light source 20, and the like by the control unit.
The method of photocuring using ultraviolet rays has an advantage that the resin can be cured in a much shorter time than the resin curing method by after heating, and the damaged portion can be reliably repaired.

図2(a)〜(d)では、1本の光ファイバ14に光源20とセンサ22を接続し、1本の光ファイバ14から紫外線を照射しているように示しているが、CFRP構造体10には基板12の厚さ方向にも、基板12の平面内においても複数の光ファイバが並置されており、光センシングの際には複数本の光ファイバ14についてセンシングして基板12の損傷の有無を検知し、かつ損傷が検知された際には、損傷部位に係わる複数本の光ファイバ14から紫外線を放射して樹脂硬化させる操作を行う。   In FIGS. 2A to 2D, the light source 20 and the sensor 22 are connected to one optical fiber 14, and ultraviolet rays are irradiated from the one optical fiber 14, but the CFRP structure is shown. 10, a plurality of optical fibers are juxtaposed both in the thickness direction of the substrate 12 and in the plane of the substrate 12, and in the optical sensing, a plurality of optical fibers 14 are sensed to damage the substrate 12. When the presence / absence is detected and damage is detected, the resin is cured by radiating ultraviolet rays from a plurality of optical fibers 14 related to the damaged part.

樹脂を硬化させる操作においては、損傷範囲が特定できるから確実性を考慮して、損傷範囲よりもやや広い範囲を修復剤30を注入する修復範囲に設定し、修復範囲内にある注入穴15から修復剤30を注入する。損傷部位から外れた位置にある注入穴15に注入された修復剤30については光硬化の作用が及ばないことになるが、修復範囲を限定的に設定することによって、修復剤30が無駄になることを抑えることができる。
本発明方法によれば、ポンプ24を利用して外部から修復剤30を供給することにより、必要個所に十分な量の修復剤30を送り込むことができ、修復剤30を注入する範囲(修復範囲)を限定することによって、修復剤30の使用量を節約することができる。
In the operation of curing the resin, since the damage range can be specified, in consideration of certainty, a range slightly wider than the damage range is set as a repair range in which the repair agent 30 is injected, and from the injection hole 15 within the repair range. The repair agent 30 is injected. The repairing agent 30 injected into the injection hole 15 at a position away from the damaged site does not have the effect of photocuring, but the repairing agent 30 is wasted by setting the repairing range limitedly. That can be suppressed.
According to the method of the present invention, by supplying the repairing agent 30 from the outside using the pump 24, a sufficient amount of the repairing agent 30 can be fed to a necessary portion, and the range in which the repairing agent 30 is injected (restoration range). ) Can be used to save the amount of the restoration agent 30 used.

前述した図3に示すCFRP構造体11では、光ファイバ16を基板13の内層のカーボンシートと交差するように配置している。この場合も基板13の内層で損傷が生じた場合には、その損傷個所で光ファイバ16が破断するから、図2に示した方法と同様にして、損傷個所を検知することができる。損傷個所を修復する際には、損傷部位の近傍の注入穴から光硬化性樹脂を注入し、光ファイバ16に紫外線を投入して光ファイバ16の破断個所から紫外線を放出させ、損傷が生じた部位の光硬化性樹脂を光硬化させることにより修復することができる。この修復方法も、上述した図2に示す修復方法と基本的に変わるものではない。   In the CFRP structure 11 shown in FIG. 3 described above, the optical fiber 16 is disposed so as to intersect the carbon sheet of the inner layer of the substrate 13. Also in this case, when damage occurs in the inner layer of the substrate 13, the optical fiber 16 is broken at the damaged portion, so that the damaged portion can be detected in the same manner as the method shown in FIG. When repairing the damaged part, a photocurable resin was injected from an injection hole near the damaged part, ultraviolet light was injected into the optical fiber 16 and ultraviolet light was emitted from the broken part of the optical fiber 16 to cause damage. It can be repaired by photocuring the photocurable resin at the site. This repair method is not fundamentally different from the repair method shown in FIG.

図4は、CFRP構造体10の修復操作をシステム化して行えるようにする場合の構成例である。すなわち、CFRP構造体10を修復する操作をユニット単位で行うように、あらかじめ修復範囲を区画して設定しておき、基板に損傷が生じた際にユニット単位で修復する方法である。コントロール部はユニットごとに損傷が発生したか否かを監視し、当該ユニット領域に損傷が発生した際には、当該ユニット領域に限定して修復操作を行う。損傷が複数のユニットにまたがった範囲で発生した場合には、もちろん損傷が発生したユニットすべてについて修復操作を行う。   FIG. 4 is a configuration example in a case where the repair operation of the CFRP structure 10 can be performed as a system. That is, the repair range is defined and set in advance so that the operation for repairing the CFRP structure 10 is performed in units, and the unit is repaired in units when the substrate is damaged. The control unit monitors whether or not damage has occurred for each unit, and when the unit area is damaged, performs a repair operation only in the unit area. If damage has occurred in a range that spans multiple units, then of course all repaired units are repaired.

この方法によれば、コントロール部によって損傷を検知した際に、どのような範囲を修復範囲に設定して修復操作を行うかを検討する必要がなく、修復対象ユニットがすぐに特定でき、修復操作を容易に行うことができる。修復範囲が共通になっていれば、修復機構が共用できるという利点もある。   According to this method, when damage is detected by the control unit, it is not necessary to consider what range should be set as the repair range and perform the repair operation. Can be easily performed. If the repair range is common, there is also an advantage that the repair mechanism can be shared.

以下では、本発明に係るCFRP構造体を用いてCFRP基板を自己修復する方法について実験した結果について説明する。
(CFRP構造体の製造)
図5は、実験で使用した試験片の成形方法を示す。試験片は、カーボンシートとして炭素繊維クロス材、母材としてエポキシ樹脂を使用し、VaRTM(Vacuum asisted Resin Transfer Molding)法によって成形して作製した。炭素繊維クロス材40の層数は12層であり、初期亀裂を形成するためにポリイミドフィルム41(厚さ:7.5μm)を、炭素繊維クロス材40の6層と7層の間に挟み込み、6層と7層をまたぐ配置となるように、光ファイバ42をコの字形にして埋め込む。光ファイバ42は、プラスチック製光ファイバである(直径0.5mm)。光ファイバ42は試験片の平面方向から見て並列に3本配置した。
Hereinafter, the results of experiments on a method for self-repairing a CFRP substrate using the CFRP structure according to the present invention will be described.
(Manufacture of CFRP structure)
FIG. 5 shows the molding method of the test piece used in the experiment. The test piece was produced by using a carbon fiber cloth material as a carbon sheet and an epoxy resin as a base material, and molding by a VaRTM (Vacuum asisted Resin Transfer Molding) method. The number of layers of the carbon fiber cloth material 40 is 12, and a polyimide film 41 (thickness: 7.5 μm) is sandwiched between the 6 layers and 7 layers of the carbon fiber cloth material 40 to form an initial crack. The optical fiber 42 is embedded in a U shape so as to be disposed across the seven layers. The optical fiber 42 is a plastic optical fiber (diameter 0.5 mm). Three optical fibers 42 were arranged in parallel when viewed from the plane direction of the test piece.

ラバープレート43の上に、ネット、ピールクロス、炭素繊維クロス材40、ポリイミドフィルム41、光ファイバ42、炭素繊維クロス材40、ネット、ピールクロスをこの順に重ね、バッグフィルム44によって全体を覆い、バッグフィルム44の周縁部をシーラントテープによりシールする。修復剤を注入する注入穴を成形するため、ラバープレート43に画鋲45(針径0.8mm)を差し込む。   On the rubber plate 43, the net, peel cloth, carbon fiber cloth material 40, polyimide film 41, optical fiber 42, carbon fiber cloth material 40, net, peel cloth are overlapped in this order, and the whole is covered with the bag film 44. The peripheral edge of the film 44 is sealed with a sealant tape. A thumbtack 45 (needle diameter 0.8 mm) is inserted into the rubber plate 43 in order to form an injection hole for injecting the repair agent.

バッグフィルム44内を真空ポンプで吸引しながら、バッグフィルム44内にエポキシ樹脂を導入し、炭素繊維クロス内と層間に樹脂を含浸させる。樹脂を含浸させた後、24時間そのまま放置し、樹脂を硬化させた。その後、55℃、6時間、アフターキュアを行った。
樹脂成形によって得られた成形品を短冊状に切り出して試験片とした。試験片の長さ、幅、厚さはそれぞれ140mm、25mm、3mmである。この試験片にDCB試験用のブロックを接着して実験に使用した。
図6(a)は試験用のブロック47を付けた試験片の平面図、図6(b)は側面図である。試験片には3本の光ファイバ42が埋設され、修復剤(紫外線硬化樹脂)を注入する注入穴46が2つ形成されている。試験用のブロック47は試験片のポリイミドフィルム41を配置した側に接着されている。
While sucking the bag film 44 with a vacuum pump, an epoxy resin is introduced into the bag film 44 to impregnate the resin into the carbon fiber cloth and between the layers. After impregnating the resin, the resin was allowed to stand for 24 hours to cure the resin. Thereafter, after-curing was performed at 55 ° C. for 6 hours.
A molded product obtained by resin molding was cut into a strip shape to obtain a test piece. The length, width, and thickness of the specimen are 140 mm, 25 mm, and 3 mm, respectively. A DCB test block was adhered to the test piece and used for the experiment.
6A is a plan view of a test piece provided with a test block 47, and FIG. 6B is a side view. Three optical fibers 42 are embedded in the test piece, and two injection holes 46 for injecting a restoration agent (ultraviolet curable resin) are formed. The test block 47 is bonded to the side of the test piece on which the polyimide film 41 is disposed.

(試験片の修復方法)
試験片の修復度合いの評価は、修復前の試験片と修復後の試験片についてDCB試験を行い、試験片の強度がどのようになるかを測定することによって行った。
修復処理では、試験片からポリイミドフィルム41を人為的に除去して亀裂を生じさせ、同時に光ファイバ42を破断(カット)してから修復処理を行った。ここでは、試験片の
修復方法を説明する。
(Test piece repair method)
The degree of repair of the test piece was evaluated by performing a DCB test on the test piece before repair and the test piece after repair, and measuring the strength of the test piece.
In the repair process, the polyimide film 41 was artificially removed from the test piece to cause a crack, and at the same time, the repair process was performed after the optical fiber 42 was broken (cut). Here, a method for repairing the test piece will be described.

図7に試験片を修復方法を示す。修復対象の試験片は、試験片の端面側からポリイミドフィルム41を鋭利な刃物で切り出し、人為的にクラックBを形成し、光ファイバ42のポリイミドフィルム41と交差する位置をカットしたものである。この試験片の注入穴46に連通するように、試験片の表面にシーラントテープによりシールしてフィルム50とチューブを取り付け、チューブに注射器51を接続する。光ファイバ42には、紫外線光源として紫外線LED(波長:375nm)を接続する。
注射器51を用いて紫外線硬化樹脂52を注入穴46から試験片内に注入し、紫外線LEDを点灯させ、光ファイバ42を介して光ファイバ42の破断した部位から試験片内に充填された紫外線硬化樹脂52に紫外線を照射する。紫外線照射時間を1時間とした。
FIG. 7 shows a method for repairing the test piece. The test piece to be repaired is obtained by cutting the polyimide film 41 from the end face side of the test piece with a sharp blade, artificially forming a crack B, and cutting the position where the optical fiber 42 intersects the polyimide film 41. The surface of the test piece is sealed with a sealant tape so as to communicate with the injection hole 46 of the test piece, and the film 50 and the tube are attached, and the syringe 51 is connected to the tube. An ultraviolet LED (wavelength: 375 nm) is connected to the optical fiber 42 as an ultraviolet light source.
A UV curable resin 52 is injected into the test piece from the injection hole 46 using the syringe 51, the UV LED is turned on, and the UV curable resin filled in the test piece from the broken portion of the optical fiber 42 through the optical fiber 42 is filled. The resin 52 is irradiated with ultraviolet rays. The ultraviolet irradiation time was 1 hour.

(DCB試験)
修復前の試験片と修復後の試験片についてDCB試験を行う前に、試験片(CFRP)の母材のエポキシ樹脂と、修復に使用した紫外線硬化樹脂の力学的特性を調べた。修復前後の試験片の力学特性に、母材と紫外線硬化樹脂の力学特性の相異が影響する可能性があるからである。この特性の比較は、短冊状のアクリル板をエポキシ樹脂で貼り合わせた試験片と、紫外線硬化樹脂で貼り合わせた試験片についてDCB試験を行い、Load−COD線図を求める方法によって行った。
図8にDCB試験の模式図を示す。DCB試験では、ピン負荷用ブロックを介して試験片に荷重を負荷し、そのときのCODと荷重Pとの関係を、亀裂長さaと対応させながら測定して、Load−COD線図を求める。
(DCB test)
Before the DCB test was performed on the test piece before repair and the test piece after repair, the mechanical properties of the epoxy resin of the base material of the test piece (CFRP) and the UV curable resin used for the repair were examined. This is because the difference in mechanical properties between the base material and the UV curable resin may affect the mechanical properties of the specimen before and after the repair. The comparison of the characteristics was performed by a method in which a DCB test was performed on a test piece obtained by bonding a strip-shaped acrylic plate with an epoxy resin and a test piece bonded with an ultraviolet curable resin to obtain a Load-COD diagram.
FIG. 8 shows a schematic diagram of the DCB test. In the DCB test, a load is applied to the test piece through the pin load block, and the relationship between the COD and the load P at that time is measured in correspondence with the crack length a to obtain a Load-COD diagram. .

図9に、エポキシ樹脂と紫外線硬化樹脂を用いた試験片についてのLoad−COD線図を示す。エポキシ樹脂を使用した試験片の最大荷重PEpと紫外線硬化樹脂を使用した試験片の最大荷重PUVをそれぞれの樹脂の接着強度とする。
本実験で使用した紫外線硬化樹脂の接着強度は、CFRP構造体の試験片の母材であるエポキシ樹脂の接着強度の35.46%であった。
FIG. 9 shows a Load-COD diagram for a test piece using an epoxy resin and an ultraviolet curable resin. The maximum load P Ep of the test piece using the epoxy resin and the maximum load P UV of the test piece using the ultraviolet curable resin are defined as the adhesive strength of each resin.
The adhesive strength of the UV curable resin used in this experiment was 35.46% of the adhesive strength of the epoxy resin that is the base material of the test piece of the CFRP structure.

(修復前の試験片の強度)
前述した方法によって修復したCFRP構造体の試験片についてDCB試験を行い、Load−COD線図を求めた結果を。図10に代表的な試験片の線図を示す(Before repair)。DCB試験は、試験片のポリイミドフィルム41を端部側から2mmから5mm程度切り開いて初期亀裂とした。
通常のDCB試験では、破線の矢印のように亀裂の進展に伴い荷重は低下していく。光ファイバを埋め込んだ場合、荷重を負荷する方向に光ファイバが埋め込まれている。そのため、亀裂が光ファイバに近づくと、実線の矢印のように荷重が増加する結果が得られた。これは、光ファイバが荷重を負荷する作用によるものである。
本実験では、光ファイバの影響が顕著になる前の亀裂進展時の荷重を修復前の荷重Pnormalとする。図8の丸で示したところが修復前の荷重としたところである。
(Strength of specimen before repair)
Results of performing a DCB test on a CFRP structure specimen repaired by the method described above and obtaining a Load-COD diagram. FIG. 10 shows a diagram of a representative specimen (Before repair). In the DCB test, a polyimide film 41 as a test piece was cut from about 2 mm to 5 mm from the end side to form an initial crack.
In a normal DCB test, the load decreases as the crack progresses as indicated by the dashed arrow. When an optical fiber is embedded, the optical fiber is embedded in a direction in which a load is applied. Therefore, when the crack approached the optical fiber, the load increased as indicated by the solid arrow. This is due to the effect that the optical fiber applies a load.
In this experiment, the load at the time of crack growth before the influence of the optical fiber becomes significant is set as a load P normal before repair. The place indicated by the circle in FIG. 8 is the load before repair.

(修復後の試験片の強度)
図10には、前述した人為的に亀裂を形成して修復した試験片についてDCB試験を行って得られたLoad−COD線図をあわせて示している(Ater Repair)。
表1は、7個のサンプルについて、修復前の荷重Pnormalと修復後の荷重Prepairの測定結果を示したものである。表1では、修復の有効性を評価するため、修復率η=Prepair/ Pnormal(%)を算出した結果も示している。
(Strength of specimen after repair)
FIG. 10 also shows a Load-COD diagram obtained by performing a DCB test on the test piece repaired by artificially forming a crack as described above (Ater Repair).
Table 1 shows the measurement results of the load P normal before repair and the load P repair after repair for seven samples. Table 1 also shows the result of calculating the repair rate η = P repair / P normal (%) in order to evaluate the effectiveness of repair .

表1から、修復した試験片の修復率は平均で9.94(%)となり、光ファイバと紫外線硬化樹脂による修復方法による一定の修復効果が認められる。この修復実験において、光ファイバ42から放射された紫外線により光硬化性樹脂が硬化した範囲は、光ファイバ42の端面の近傍に限定されていることを考慮すると平均修復率9.94(%)はけして低い値ではないといえる。   From Table 1, the repair rate of the repaired test piece is 9.94 (%) on average, and a certain repair effect by the repair method using the optical fiber and the ultraviolet curable resin is recognized. In this repair experiment, considering that the range in which the photocurable resin is cured by the ultraviolet rays emitted from the optical fiber 42 is limited to the vicinity of the end face of the optical fiber 42, the average repair rate is 9.94%. It can be said that it is not a low value.

(試験片の修復部分の観察)
修復後の試験片についてDCB試験を行った後、試験片の修復部分を観察し、修復部分の幅と試験片幅から紫外線硬化樹脂によって修復された範囲の割合を求めた。図11は、修復部分のイメージ図である。試験片は3本の光ファイバが並列に配置されており、光ファイバからの放射光によって硬化した範囲の幅をB、B、B(mm)とする。試験片幅をB(mm)とし、修復範囲B’(%)とする。
B’=(B+B+B)/B
(Observation of the repaired part of the specimen)
After the DCB test was performed on the test piece after repair, the repaired portion of the test piece was observed, and the ratio of the repaired portion and the range repaired by the ultraviolet curable resin was determined from the width of the test piece. FIG. 11 is an image diagram of a repaired portion. The test piece has three optical fibers arranged in parallel, and the width of the range cured by the light emitted from the optical fiber is B 1 , B 2 , and B 3 (mm). The specimen width is B (mm), and the repair range is B ′ (%).
B ′ = (B 1 + B 2 + B 3 ) / B

図12、13、14は、修復してDCB試験を行った後の試験片の修復部分の表面写真である。円で表わされている部位が破断した光ファイバの先端の部分であり、線によって囲まれた範囲が修復された部位、すなわち硬化して残っていた紫外線硬化樹脂が硬化していた範囲である。図12、13、14では、X軸を試験片の幅方向、Y軸を試験片の長さ方向としている。   12, 13, and 14 are surface photographs of the repaired portion of the test piece after the repair and the DCB test. The part represented by the circle is the part of the tip of the broken optical fiber, and the area surrounded by the line is the repaired part, that is, the area where the UV-curing resin that has been cured has been cured. . 12, 13, and 14, the X axis is the width direction of the test piece, and the Y axis is the length direction of the test piece.

修復率は試験片の母材と修復剤(紫外線硬化樹脂)の接着強度と修復範囲に依存すると考えられる。前述した試験片の母材と紫外線硬化樹脂の接着強度、PEpとPUVを及び修復範囲から、修復率の換算値ηCV(%)を次式によって求めた。
ηCV(%)=(PUV/PEp)×B’
表2に、実験から求めた修復率ηと修復率の換算値ηCVを示す。
The repair rate is considered to depend on the adhesive strength of the base material of the test piece and the repair agent (ultraviolet curable resin) and the repair range. From the above-mentioned adhesive strength between the base material of the test piece and the ultraviolet curable resin, P Ep and P UV , and the repair range, a conversion value η CV (%) of the repair rate was determined by the following equation.
η CV (%) = (P UV / P Ep ) × B ′
Table 2 shows the repair rate η obtained from the experiment and the converted value η CV of the repair rate.

表2に示すように、修復率と換算値とを比較すると近似する値となった。このことから、母材と修復剤の接着強度と、修復範囲が修復率に大きく影響を及ぼしていることがわかる。したがって、母材と同等の接着強度を持つ修復剤を用い、修復範囲を100(%)に近くすることができれば、理論上ではあるが修復率をほぼ100%にすることが可能である。本実験結果は、本発明に係る修復方法がCFRPの損傷を修復する方法として有効に活用できることを示すものである。   As shown in Table 2, when the repair rate and the converted value were compared, the values were approximated. This shows that the adhesive strength between the base material and the restoration agent and the restoration range have a great influence on the restoration rate. Therefore, if a repairing agent having an adhesive strength equivalent to that of the base material is used and the repairing range can be made close to 100 (%), the repairing rate can be almost 100% although theoretically. This experimental result shows that the repair method according to the present invention can be effectively used as a method of repairing the damage of CFRP.

10、11 CFRP構造体
12、13 基板
14、16 光ファイバ
15 注入穴
20 光源
22 センサ
24 ポンプ
30 修復剤
40 炭素繊維クロス材
41 ポリイミドフィルム
42 光ファイバ
46 注入穴



10, 11 CFRP structure 12, 13 Substrate 14, 16 Optical fiber 15 Injection hole 20 Light source 22 Sensor 24 Pump 30 Restoration agent 40 Carbon fiber cloth material 41 Polyimide film 42 Optical fiber 46 Injection hole



Claims (9)

カーボンシートを内蔵する基板と、
基板の一端側から他端側へ連通し、かつ前記基板内に埋没された部位を備える光ファイバとを備え、
前記基板には、基板の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴が設けられていることを特徴とするCFRP構造体。
A substrate containing a carbon sheet;
An optical fiber that communicates from one end side of the substrate to the other end side and that includes a portion buried in the substrate,
A CFRP structure, wherein the substrate is provided with a restoration agent injection hole that opens on at least one surface in the thickness direction of the substrate.
前記注入穴は、前記基板の厚さ方向の一方の面で開口し、他方の面では閉止することを特徴とする請求項1記載のCFRP構造体。   The CFRP structure according to claim 1, wherein the injection hole is opened on one surface in the thickness direction of the substrate and closed on the other surface. 前記光ファイバは、前記基板の基板面に平行に配置され、前記基板の一端側から他端側へ全長にわたって埋没された部位を備えることを特徴とする請求項1または2記載のCFRP構造体。   3. The CFRP structure according to claim 1, wherein the optical fiber includes a portion that is arranged in parallel to the substrate surface of the substrate and is buried over the entire length from one end side to the other end side of the substrate. 前記光ファイバは、前記基板面と交差する向きとして埋没された部位を備えることを特徴とする請求項1または2記載のCFRP構造材。   The CFRP structure material according to claim 1, wherein the optical fiber includes a portion buried in a direction intersecting with the substrate surface. カーボンシートを内蔵する基板と、基板の一端側から他端側へ連通し、かつ前記基板内に埋没された部位を備える光ファイバとを備え、前記基板には、基板の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴が設けられているCFRP構造体を使用し、該CFRP構造体に生じた損傷個所を修復する修復装置であって、
前記損傷個所を検知する検知機構として、
前記光ファイバの一端側に接続する光源と、前記光ファイバの他端側に接続するセンサと、前記光源から前記光ファイバに参照光を投入し、前記センサによって受信される光信号から基板に生じた損傷個所を特定するコントロール部とを備えることを特徴とするCFRP構造体の修復装置。
A substrate containing a carbon sheet; and an optical fiber that communicates from one end side to the other end side of the substrate and has a portion buried in the substrate, wherein the substrate includes at least one of the thickness directions of the substrate. A repair device for repairing a damaged portion generated in the CFRP structure using a CFRP structure provided with an injection hole for a repair agent that is opened on the surface of the CFRP structure,
As a detection mechanism for detecting the damaged part,
A light source connected to one end side of the optical fiber, a sensor connected to the other end side of the optical fiber, a reference light from the light source to the optical fiber, and an optical signal received by the sensor generated on the substrate A device for repairing a CFRP structure, comprising a control unit for identifying a damaged part.
前記損傷個所を修復する修復機構として、
前記光ファイバに接続する光源と、前記注入穴から前記基板の損傷個所に修復剤を注入する注入機構と、前記損傷個所に注入された前記修復剤に前記光ファイバを介して光を放射することにより前記修復剤を光硬化させるコントロール部とを備えることを特徴とする請求項5記載のCFRP構造体の修復装置。
As a repair mechanism for repairing the damaged part,
A light source connected to the optical fiber, an injection mechanism for injecting a repair agent into the damaged portion of the substrate from the injection hole, and emitting light through the optical fiber to the repair agent injected into the damaged portion. The CFRP structure repair device according to claim 5, further comprising: a control unit that photocures the repair agent.
前記CFRP構造体は、修復操作時における修復範囲をユニットごとにあらかじめ区画して設定され、前記検知機構は、前記ユニットごとに監視するコントロール部を備えることを特徴とする請求項5記載のCFRP構造体の修復装置。   6. The CFRP structure according to claim 5, wherein the CFRP structure is set by dividing a repair range for each unit in advance, and the detection mechanism includes a control unit that monitors each unit. Body repair device. 前記CFRP構造体は、修復操作時における修復範囲をユニットごとにあらかじめ区画して設定され、前記修復機構は、前記ユニットごとに修復するコントロール部を備えることを特徴とする請求項6記載のCFRP構造体の修復装置。   7. The CFRP structure according to claim 6, wherein the CFRP structure is set by dividing a repair range for each unit in advance, and the repair mechanism includes a control unit that repairs each unit. Body repair device. 前記修復剤として紫外線硬化樹脂を使用し、前記光ファイバに接続する光源として紫外線光源を使用することを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項記載のCFRP構造体の修復装置。



The apparatus for repairing a CFRP structure according to any one of claims 5 to 8, wherein an ultraviolet curable resin is used as the restoration agent, and an ultraviolet light source is used as a light source connected to the optical fiber.



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