イントロ
繊維強化プラスチックの材料として『FRP/GFRP』や『CFRP』という言葉を耳にする機会が増えています。どんな素材なのでしょうか。
繊維強化プラスチックとは？
FRP :Fiber Reinforced Plastics(繊維強化プラスチック)は、繊維を強化材として使用したプラスチックの総称です。２種類以上の異なる材料を組合せて使用することから『複合材料：Composite』とも呼ばれます。プラスチックだけでは得られない強度や特性を繊維で補強することにより、プラスチックと比べて軽量で強靭な構造物を作ることが可能になります。FRPは一般的にガラス繊維を強化材として用いることからGFRP：Glass Fiber Reinforced Plasticsと呼ばれます。
繊維強化プラスチックに共通する特徴として、『異方性材料』です。
金属やプラスチックの様にどの方向も同じ特性の材料を『等方性材料』と呼んでいますが、繊維強化プラスチックは繊維の方向に強度が依存する異方性材料なので、必要な方向に必要な強度を設計することが可能となります。
その為、全ての製品に材料設計が必要となります。
使用する強化繊維がガラスであればGを、炭素繊維であればCを、アラミド繊維であればAをFRPの頭文字として表します。
FRPの最高峰『CFRP：炭素繊維強化プラスチック』
FRPでは主にガラス繊維を基材として使用しますが、CFRPは炭素繊維を用いた複合材料です。炭素繊維(carbon fiber)は、アクリロニトリル(PAN)繊維や石油・石炭・コールタールなどの副生成物ピッチを原料に高温で炭化させて作った繊維のことです。アクリロニトリル繊維を用いた炭素繊維をPAN系、ピッチを用いた炭素繊維をピッチ系として区分しています。軽くて強い素材として、航空機や自動車・スポーツ用品など幅広い分野で使用されています。
特徴
①比重が鉄の１/４！
②比強度が鉄の１０倍！
③比弾性率が鉄の７倍！
主な特徴は、『軽い・強い・腐食しない』ですが、その他にもX線透過性・導電性・耐熱性・低熱膨張性など多くの特徴を持っている素材です。
繊維強化プラスチックの用途
GERP、CFRPは、それぞれに特徴を生かした用途があります。
GFRP（ガラス繊維強化プラスチック）
GFRPは歴史が長く1930年代後半に工業化され1940年代から様々な用途に幅広く使われている素材です。
用途
公園の遊具や乗り物などのアトラクションの構造部品、浴槽や洗面台・ベランダの防水施工など身近な所で多く使われている素材です。スポーツの世界では、サーフボードやテニスラケット・ゴルフクラブなどにも使われています。モビリティ関連では、バイク・自動車・船舶・鉄道に多く使われています。車のエアロパーツもGFRPで作られているので、クルマ好きな方はイメージしやすいかもしれません。
CFRP（炭素繊維強化プラスチック）
CFRPはGFRPと比べると歴史は浅く、1970年代から普及が進んできた素材です。GFRPよりも軽量で高強度＋高価格なことからハイエンドな製品で普及が進んできました。
用途
航空機：Boeing787では機体重量の約50%がCFRPで作られています。自動車：スーパーカーをはじめとする高級車を中心に、構造品・エクステリアパーツ・オプションパーツなどで多く使用されています。特にレース用部品には多く使用されています。パーツの模様をよくご覧いただくと分かるかと思いますが、CFRPは織物形態にすることで意匠性も高くなり、魅力ある多くの外装部品に使われているのです。また、宇宙分野では人工衛星やロケットなどに多くのCFRP使われていて、スポーツでも自転車・ゴルフシャフト・釣り竿・野球のバット・テニスラケット・スキー用具など多くの用途で使われています。
サマリー
今回は、グラスファイバーとカーボンファイバーの違いについて解説しました。FRPとは、強化繊維と樹脂を複合化しプラスチックの持つ高い成形性と繊維強度を融合させた素材で、身近な所でも多く使用されています。少しイメージを持っていただけたでしょうか。
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