炭素繊維特徴

Contents

炭素繊維とは？
- 炭素繊維の特徴
CFRPとは？
CFRPの成形方法
- CFRPの成形方法
高品質なCFRP部品製造の代表『オートクレーブ成形法』
UCHIDAのオートクレーブ

炭素繊維とは？

炭素繊維(英：carbon fiber)は、アクリル繊維や石油・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。

炭素繊維の特徴

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、多くの特徴がある素材です。炭素繊維は単体では形状を保持できない細い糸です。一般的には樹脂などプラスチックと組み合わせて使用します。

CFRPとは？

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスチック)は、その名のとおり炭素繊維で強化されたプラスチックであり、複合材料（FRP）の一種です。最大の特徴は、『軽い・強い・腐食しない』ことです。その特徴を生かして、幅広い分野で先端素材CFRPが活躍しています。炭素繊維は単体では比強度の高い“糸”であり、形状を保持することができません。プラスチックと複合化することにより、高い強度や弾性と成形性を兼ね備えた製品をCFRPやドライカーボンなどと呼んでいます。

CFRPの成形方法

CFRPの加工を行う前に、成形方法をご紹介します。CFRPは用途や形状・ロッドなどにより様々な成形方法が存在します。

CFRPの成形方法

オートクレーブ成形

RTM(Resin Transfer Molding)成形　

Va-RTM（Vacuum Assisted-RTM）成形

プレス成形

ハンドレイアップ成形

フィラメントワインディング成形

シートワインディング成形

引抜き成形

3Dプリンター

当社では■色の製法に対応しております。

高品質なCFRP部品製造の代表『オートクレーブ成形法』

CFRPの成形方法はロッドや形状・用途などによって、さまざまに存在しますが、ここでは材料の設計自由度も高く、高品質な製品が作れる代表的な工法である『オートクレーブ成形法』をご紹介します。カーボンプリプレグ材を使用してオートクレーブ成形法などで作られた高品質なCFRPをドライカーボンと呼ぶこともあります。オートクレーブ成形法では、金型のように高価な成形型を必要とせず製品が製造できるため、試作から少量生産向けの設備製法です。下図は、オートクレーブ成形法でCFRP部品を製造する際のプロセス紹介です。

UCHIDAのオートクレーブ

大型・高温/高圧のオートクレーブを用いて幅広いニーズにお応えします。

①φ3ｍｘ奥行6m 温度MAX 200℃：圧力MAX 1.0MPa

②φ1.15m x 奥行 1m 温度 MAX 400℃：圧力 MAX 2.0MPa

UCHIDAについて - 創業55年

当社では、FRP・GFRP・CFRPを用いたCFRP成形加工メーカーとして多くの技術ノウハウを活用し、設計・解析から製造、二次加工・アッセンブリ、塗装、品質保証、試験までワンストップに対応しています。

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UCHIDAの設備

UCHIDAではお客様の高度な課題にも対応できるように最先端の設備を導入しております。

DMG森精機 - VS1000/40/2050
X軸：2,050mm（ストローク）／ Y軸：1,000mm ／ Z軸：600mm ／テーブル作業面：2,250×1,000mm

芦田製作所 - AUTO CLAVE 2号機
サイズ：Ø1,150×1,000mm ／使用温度：常温〜400℃ ／設計圧力：2.0Mpa（最高使用圧力）／真空方式：バック吸引方式／真空口数：5個

芦田製作所 - AUTO CLAVE 3号機
サイズ：Ø3,000×6,000mm ／使用温度：常温〜200℃ ／分布精度：±2.5℃以内／昇温速度：4.0℃/分（空炉）／冷却速度：4.0℃/分（空炉）／設計圧力：0.99Mpa（最高使用圧力）／常用圧力：0.7Mpa以内（メーカーから指定がなければ0.3Mpa位）／圧力精度：±0.02Mpa（０〜0.99Mpa/cm²の圧力設定に対して）／昇圧精度：0〜0.03Mpa/min ／圧力源：圧縮空気（常用時）／真空方式：バック吸引方式／真空口数：10個

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オーブン
サイズ：W1,000×H1,000×D1,000mm ／温度範囲：環境温度+20〜300℃ ／昇温能力：環境温度（20〜40℃）〜300℃まで/45分以内／真空方式：バック吸引方式／真空口数：10個

エスペック - 恒温恒湿槽

インストロン - 万能試験機5958

オーブン
サイズ：W7,000×H3,000×D2,000mm ／温度範囲：環境温度+20〜300℃（MAX）／昇温能力：環境温度（20〜40℃）〜300℃まで/60分以内／真空方式：バック吸引方式／真空口数：10個

NEO
X軸：4,000mm（ストローク）／ Y軸：2,000mm ／ Z軸：1,200mm ／ C軸：0度〜±270度／ B軸：0度〜±110度／テーブル作業面：4,000×2,000mm

【開発】
3Dプリンター | Markforged

塗装ブース
各種塗装・クリア仕上げ等は、専用の塗装ブースで行っています。

接着・仕上げ・コーティングルーム
型や成形物の表面処理・トリミング・穴明け・接着等の仕上げ工程は専用ブースで行っています。

東芝 - マトリックスアイEX （超音波探傷器）
Matrix-Arrey：32

AMETEK CREAFORM MetraSCAN750 Elite（3Dスキャン）

• 検査室オリンパス - 倒立顕微鏡

オーブン
サイズ：W450×H450×D450mm ／温度範囲：環境温度+50〜650℃ ／昇温能力：環境温度+50〜650℃/120分以内

カッティングプロッター
テーブル作業面：W1,500×L3,500mm

島精機製作所 - カッティングプロッター

KUKA - ロボット

Krauss Maffei - エポキシ樹脂注入機
Resin 60ℓ ／ Hardener 25ℓ

Krauss Maffei - 630t プレス機
W1,200×L1,500×H1,700mm ／ Power Unit：Vacuum valve×2 ／ Air valve×5 ／ Hydraulic valve×5

DMG森精機 - NV5000B/40
X軸：1,020mm（ストローク）／ Y軸：510mm ／ Z軸：510mm ／テーブル作業面：1,320×600mm

大型クリーンルーム
JIS B 9920 清浄度クラスの上限濃度（個/立方メートル）／クラス5：100,000m³ ／室容量：256m²（16,000×16,000mm）　760m²（16,000×16,000×3,000mm）／室内温湿度条件：温度 23℃±3℃　湿度 65%以下／外気条件：夏期　温度35℃　湿度 70%以下／冬期　温度-5℃　湿度 40%以下