2016年3月7日

CFRPとは

◉ CFRPの特徴

1. 軽い…比重は鉄の約1/4
2. 強い…比強度は鉄の約10倍(比弾性率は鉄の約7倍)
3. 疲労強度の保持率は鉄の2倍
4. 熱膨張係数が極めて小さい
5. 電気伝導性が良い
6. 電磁波遮断特性が優れている
7. X線透過性が優れている
8. 錆びない(耐食性)など

素材
曲げ強度(MPa)
密度(kg/㎥)
引張強度(MPa)
ナイロン6120113085
熱可塑性ブロック2951220195
アルミ1952800160
3007900400
CFRP120018002600

◉ 炭素繊維の種類

・PAN系(ポリアクリロニトリル繊維)
高強度・高弾性の繊維として航空宇宙分野の構造材料からスポーツレジャー用品など広い分野に使われている。

・ピッチ系(コールタールなど石油系原料とした繊維)
主に高弾性・超高弾性タイプの繊維として高剛性・熱伝導・導電性などに優れ人工衛星や搬送用部品などに使われている。

◉ 使用される樹脂による違い

①熱硬化性樹脂(CFRTP)とは

エポキシ、ポリエステル、フェノール、熱硬化性ポリイミドなどが あります。樹脂によってCFRP特性が変わります。
熱硬化性樹脂は力学的物性が高く、広範囲の用 途に採用されています。

<主な種類>
不飽和ポリエステル
エポキシ
ビニルエステル
ビスマレイミド
フェノール
シアネート
ポリイミド

<主な特徴>

  • 塑性変形しない
  • 再成形できないため、 基本的には金属などの異種材料との結合は “接着”あるいは“機械的結合”(ボルトアップ、リベットなど) で行います。結合力をより確かにするためには“接着+機械的 結合”の併用が望ましいです。
  • 耐熱温度は汎用エポキシの場合は130℃です。加熱時は温度や樹脂の種類に よりますが、強度・弾性率は少し下がります。

②熱可塑性樹脂(CFRTP)とは

CFRTP用材料は、国内では未だ開発段階でポリアミド(PA: ナイロン)、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレン サルファイド(PPS)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)の製品などの 探索・開発が進められています。

<主な種類>
PA(ナイロン)
PP(ポリプロピレン)
PPS(ポリフェニレンサルファイド)
PEI(ポリエーテルイミド)
PC(ポリカーボネート)
PET(ポリエーテルテフタレート)
PEEK(ポリエーテルケトン)
PEKK(ポリエーテルケトンケトン)

<主な特徴>

  • 熱硬化CFRPでは通常2時間加熱保持する必要があるのに対して熱可塑CFRPでは1分以内で成形完了できます。
  • 出来上がった製品(板、棒など)に熱と圧力をかけることにより、 曲げたりする再成形(2次成形)が可能です。
  • 樹脂との接着力が小さく、大きな力が掛かると樹脂が伸びて、 熱硬化CFRPと違い一瞬で破壊することなく、延性破壊します。
  • 熱融着できる CFRTP同士の場合、短時間に熱融着が可能です。その方法として熱板、振動 超音波、抵抗、誘導などの方法があります。
  • 加工歩留りも高く、リサイクルしやすいのも大きな特徴です。

◉ 成形方法の種類

CFRPの素材に色々な種類があるのと同じように成形方法にも色々な種類があります。

<主な成形の種類>
ハンドレイアップ成形
RTM成形
VaRTM成形
SMC成形
オートクレーブ成形
フィラメントワインディング成形