about CFRP

CFRPとは

CFRP

軽くて強い炭素繊維

鉄より10倍強く、1/4軽い。

優れた特性を多く持つCFRPは、今、世界の産業界から注目を集めています。

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)とは、炭素繊維と樹脂との複合材料で炭素繊維強化プラスチックの意味です。
特徴として、鉄やアルミなどの金属材料よりも低密度でありながら、力学特性に優れた比強度が高い、軽くて強い材料です。
また、設計要領にも特徴をもち繊維方向に弾性率及び強度が高く、配置した繊維方向の割合を変えることで自由な設計ができることから、金属のような等方材料とは全く違った異方性を有する設計が可能となるのです。

MATERIAL

材料

CFRPの主な材料となる炭素繊維とマトリックス樹脂はどのような素材なのか。
ここではその種類や特徴を解説いたします。

炭素繊維

特徴

  • 比強度・比弾性率が高い
  • 耐食性・耐薬品性に優れている
  • 設計の自由度が高い材料
  • 線膨張率が小さく寸法安定性に優れている
  • 疲労特性に優れている
  • 振動減衰性に優れている
  • 導電性を有する
  • X線透過性に優れている

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。

マトリックス樹脂

種類

主な熱硬化性樹脂(CFRTS)の場合

  • 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

主な熱可塑性樹脂(CFRTP)の場合

  • 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)

How to Shape

成形方法

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。
ここでは成形方法の種類を紹介いたします。

成形方法の種類

  • 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

MARKET TRANSITION

市場の変遷

  • 導入期

    1971 - 1983

    • ゴルフシャフト・釣竿の開発
    • 人工衛星
    • ボーイング737 二次構造材
    • ボーイング737&767 二次構造材

    用 途

    限定分野

    • 釣竿[スポーツ用途]
    • 航空機二次構造材[航空宇宙用途]

    備 考

    • 高品質
  • 成長期

    1984 - 1993

    • テニスラケット&ゴルフシャフトブーム
    • エアバスA320 一次構造材
    • ボーイング777 一次構造材
    • 世界的な航空機不況

    用 途

    用途拡大

    • テニスラケット[スポーツ用途]
    • ゴルフシャフト[スポーツ用途]
    • 航空機一次構造材[航空宇宙用途]

    備 考

    • 品種拡大
    • 形成加工技術の進歩
  • 拡大期

    1994 - 2003

    • 産業用途本格化
    • 通信衛星用途拡大
    • 米国同時多発テロ
    • 航空機不況
    • エアバスA380 一次構造材

    用 途

    産業用途本格化

    • 圧力容器[産業用途]
    • 産業機械、船舶[産業用途]
    • 土木建築、補修補強[産業用途]

    備 考

    • コストダウン
    • 大型構造材
  • 本格拡大期

    2004 - 2011

    • ボーイング787 プロジェクト

    用 途

    航空用途急拡大・自動車本格化

    • 航空大型プログラム[航空宇宙用途用途]
    • 風力発電[産業用途]
    • 自動車関連、海底油田[産業用途]

    備 考

    • 加工法多様化
    • リサイクル対応
  • 飛躍的拡大期

    2012 -

    • 自動車用途本格拡大

    用 途

    航空用途急拡大・自動車本格化

    • 航空大型プログラム[航空宇宙用途用途]
    • 風力発電[産業用途]
    • 自動車関連、海底油田[産業用途]

    備 考

    • 加工法多様化
    • リサイクル対応

資料提供:東レ株式会社

PRINCIPAL USE

主な用途

  • 航空宇宙分野

    ロケット・人工衛星・軍用機・民間旅客機・ヘリコプターブレードなど

  • 二輪・自動車分野

    レーシングカー/バイク(F1・GT・MotoGPなど)・高級スポーツカー・競技用自転車など

  • 鉄道分野

    鉄道車両 新幹線(700系先頭部分)など

  • 海洋分野

    深海探査船・レース舟艇など

  • 工業分野

    測定機器・搬送用ロボットアーム・ノートパソコンなど

  • 建築・土木分野

    橋脚など鉄筋に変わる腐食劣化の少ない補強材など

  • エネルギー分野

    大型風力発電のブレードの桁・送電線の芯材など

  • スポーツ・レジャー分野

    ゴルフシャフト・テニスラケット・釣り竿・自転車など

  • 医療分野

    レントゲンやX線CTの天板・車いす・人口骨など