穴あけ加工は炭素繊維複合材の最も一般的な二次加工方法の一つであり、主に構造部品のリベット留めや固定に使用されます。
炭素繊維板は比較的脆く、加工中に剥離の問題が発生しやすい傾向があります。
炭素繊維板は、異方性や不均一性、層間結合強度の低さ、温度の影響が大きいなどの理由で加工が難しい典型的な材料であり、穴あけやドリリング時に剥離、バリ、裂け目などの欠陥が発生しやすいです。
炭素繊維板の穴あけ加工で剥離が発生する主な理由は 2 つあります。
1 つは軸力であり、もう 1 つは切断プロセス中に発生する熱です。
その中で、軸力の作用が主な原因です。ドリル加工の軸力が炭素繊維板に作用するとき、その強度が炭素繊維板上の樹脂の強度より大きい場合、樹脂が破壊されて層間剥離が発生します。
剥離現象のもう一つの原因は、工具と接触面の温度が上昇し、炭素繊維と樹脂の熱膨張係数が異なるため、同時に熱の影響を受けると剥離が発生することです。
ドリル加工工程の誤った操作により炭素繊維板の剥離が発生する可能性があるだけでなく、炭素繊維板の製造時にも剥離が発生するリスクがあります。
炭素繊維板は、炭素繊維プリプレグを切断して整然と積み重ね、その後焼成および硬化段階を経て製造されます。
炭素繊維プリプレグを金型内で加熱・加圧した後、ホットプレス金型を閉じ、炭素繊維積層材料を熱圧下で徐々に硬化させます。
しかし、この工程における圧力が十分でないと、製造された炭素繊維板に剥離現象が生じやすくなります。
炭素繊維板は一度剥離するとスクラップに相当し、修復できないため、生産・加工においては総合的に考慮する必要があります。
軸力は、二次穴あけ加工における炭素繊維板の品質に影響を与える重要な要素であり、炭素繊維板の剥離欠陥やオリフィス割れの主な原因でもあります。
掘削工程では、軸力が大きいほど、剥離や割れが発生する可能性が高くなり、破損の範囲も大きくなります。