CFRP複合材は軽くて強い素材

2022-08-18 19:12:14

CFRP複合材は軽くて強い素材

CFRP 複合材料は、私たちが日常生活で使用する多くの製品の製造に広く使用されている軽量で強力な材料です。炭素繊維複合材料と呼ばれる炭素繊維強化複合材料は、主要な構造成分として炭素繊維を使用した繊維強化複合材料を指します。 CFRP複合材の「P」は、「ポリマー」だけでなく「プラスチック」も表すことができることに注意してください。

一般に、CFRP複合材料には、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂がよく使用されます。熱可塑性樹脂は CFRP 複合材料にも使用されますが、「炭素繊維強化熱可塑性複合材料」は、英語名の Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Composites の頭字語を表す CFRTP 複合材料と呼ばれることがよくあります。

複合材料を扱う場合、材料固有の用語と略語を理解することが重要です。ただし、さらに重要なことは、FRP 複合材料とそのさまざまな補強材 (炭素繊維など) の特性を理解する必要があることです。

炭素繊維複合材料の特性 炭素繊維強化複合材料は、ガラス繊維やアラミド繊維などの従来の繊維を使用する他の FRP 複合材料とは異なります。 CFRP 複合材の優れた特性には次のようなものがあります。 軽量 - 従来のガラス繊維強化複合材 連続ガラス繊維は 70% (ガラスの重量/総重量) で使用され、通常、密度は立方インチあたり 0.065 ポンドです。

高強度 - CFRP 複合材は軽量ですが、CFRP 複合材はガラス繊維複合材よりも単位重量あたりの強度と剛性が高くなります。金属材料と比較すると、この利点はさらに顕著です。

たとえば、CFRP 材料は、鋼と比較して同じ強度条件下で鋼の 5 分の 1 の重量しかないことが経験からわかっています。すべての自動車メーカーが、自社製品の性能を向上させるためにスチールの代わりに炭素繊維の使用を研究している理由は考えられます。

CFRP 複合材を最も軽量な金属の 1 つであるアルミニウムと比較すると、同じ強度のアルミニウムの重さは炭素繊維ボディの約 1.5 倍であるという基本的な前提があります。

もちろん、実験には他にも多くの変数があり、比較結果に影響を与える可能性があります。例えば、材料のグレードや品質が異なり、配合プロセス、製造プロセス、繊維構造、品質も考慮する必要があります。

炭素繊維複合材の欠点 高コスト - CFRP 複合材の優れた特性にもかかわらず、なぜ炭素繊維は製品生産に広く使用されないのですか?現在、CFRP 複合材料の製造コストは非常に高額です。現在の市場状況 (需要と供給) に応じて、炭素繊維の種類 (航空宇宙と商用グレード)、繊維束のサイズ、および繊維の価格も大きく異なります。

炭素繊維原料の 1 ポンドあたりの価格は、ガラス繊維の価格の 5 ～ 25 倍です。スチールと比較して、CFRP 材料の高コストはさらに顕著です。

導電性 - これは、炭素繊維複合材の利点と実際の用途の欠点の両方になる可能性があります。カーボンファイバーは非常に導電性が高く、グラスファイバーは絶縁性に優れています。