CFRP複合材を理解する

— 炭素繊維強化ポリマーの驚くべき能力。

カーボンファイバー強化ポリマー複合材料 (CFRP) は、日常生活で使用される数多くの製品の製造に使用される軽量で強力な材料です。繊維強化されたものを表すために使用される用語です。複合材料主な構造コンポーネントとしてカーボンファイバーを使用しています。 CFRP の「P」は「ポリマー」ではなく「プラスチック」を表すこともあ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などの熱硬化性樹脂が使用されます。ポリエステル、またはビニルエステル。それでも熱可塑性樹脂「炭素繊維強化熱可塑性複合材料」は CFRP 複合材料で使用され、多くの場合、独自の頭字語である CFRTP 複合材料と呼ばれます。

複合材を扱うとき、または複合材業界内で作業するときは、用語と頭字語を理解することが重要です。さらに重要なことは、次のことを理解する必要があるということです。FRP複合材の特性カーボンファイバーなどの各種補強材の能力。

CFRP複合材料の特性

カーボンファイバーで強化された複合材料は、グラスファイバーやファイバーグラスなどの従来の材料を使用した他の FRP 複合材料とは異なります。アラミド繊維。 CFRP 複合材料の利点としては、次のような特性があります。

軽量:伝統的なグラスファイバー強化複合材70% ガラス繊維 (ガラスの重量 / 総重量) を含む連続ガラス繊維を使用すると、通常、立方インチあたり 0.065 ポンドの密度になります。

一方、同じ 70% の繊維重量を含む CFRP 複合材料の密度は、通常、立方インチあたり 0.055 ポンドになります。

強度の増加:カーボンファイバー複合材は軽量であるだけでなく、CFRP 複合材は単位重量当たりの強度と剛性がはるかに優れています。これはカーボンファイバー複合材とグラスファイバーを比較した場合にも当てはまりますが、金属と比較するとさらに当てはまります。

たとえば、スチールと CFRP 複合材料を比較する場合の適切な経験則は、同じ強度のカーボンファイバー構造の重量はスチールの 1/5 であることが多いということです。自動車会社が鋼鉄の代わりに炭素繊維の使用を検討している理由は想像できるでしょう。

CFRP 複合材料と、使用される金属の中で最も軽いアルミニウムの 1 つであるアルミニウムを比較する場合、同じ強度のアルミニウム構造の重量は炭素繊維構造の 1.5 倍になる可能性が高いというのが標準的な仮定です。

もちろん、この比較を変える可能性のある変数はたくさんあります。材料のグレードと品質は異なる場合があり、複合材料の場合は、製造工程、ファイバーアーキテクチャ、および品質を考慮する必要があります。

CFRP複合材のデメリット

料金：素晴らしい素材ですが、カーボンファイバーがあらゆる用途に使用されないのには理由があります。現時点では、CFRP 複合材料は多くの場合、法外なコストがかかります。現在の市場状況 (需要と供給)、炭素繊維の種類 (航空宇宙用か商用グレードか)、および繊維束のサイズに応じて、炭素繊維の価格は大幅に変動する可能性があります。

未加工の炭素繊維は、ポンド当たりの価格でガラス繊維よりも 5 倍から 25 倍高価になる場合があります。鋼と CFRP 複合材料を比較すると、この差はさらに大きくなります。

導電率:これは、用途によっては炭素繊維複合材料にとって利点となる場合もあれば、欠点となる場合もあります。カーボンファイバーは非常に導電性が高いのに対し、グラスファイバーは絶縁性があります。多くのアプリケーションはガラス繊維を使用します、厳密には導電性の理由から、カーボンファイバーや金属は使用できません。

たとえば、公益産業では、多くの製品にガラス繊維の使用が求められています。これは、はしごのレールにグラスファイバーが使用されている理由の 1 つでもあります。グラスファイバー製のはしごが電線に接触した場合でも、感電死の可能性ははるかに低くなります。 CFRP のはしごの場合はそうではありません。

CFRP 複合材のコストは依然として高いものの、製造における新たな技術の進歩により、よりコスト効率の高い製品が可能になり続けています。私たちが生きているうちに、コスト効率の高い炭素繊維が消費者、産業、自動車の幅広い用途に使用されるようになることを願っています。