カーボンオートクレーブ温度

Contents

イントロ
概要
オートクレーブ成形法
CFRPの成形温度
成形は温度と圧力の制御
サマリー

イントロ

今回は、FRP（英：Fiber Reinforced Plastics）繊維強化複合材の中でも、軽くて強い素材の代名詞『CFRP』について解説します。

概要

今回は、高品質CFRP（ドライカーボン）には欠かせない、オートクレーブ装置の成形温度について掘り下げていきます。

オートクレーブ成形法

オートクレーブ成形法の一般的なフローをご紹介します。

CFRPの成形温度

CFRPをはじめとする複合材は樹脂（プラスチック）を母材としているため、成形温度を決めるのは樹脂特性に依存します。熱硬化性CFRP（CFRTS）では、エポキシ樹脂を用いることが多く、成形温度は120℃～180℃辺りです。それ以外には、ビニールエステル・ビスマレイミド・シアネート・ポリイミド樹脂など、樹脂の硬化反応温度によって200℃～400℃程度の温度で焼き固めます。熱可塑性CFRP（CFRTP）では、エンジニアリングプラスチックからスーパーエンプラと呼ばれるPEI,PEKK,PEEKなどの素材を溶かすために400℃程度までのスペックが必要です。

成形は温度と圧力の制御

オートクレーブ成形では、高品質で安定した製品が作れる特徴の一つに、成形圧力があります。管内に圧縮空気を用いて加圧するため、材料に対して圧力が均等にかかります。圧力により製品内のボイド（気泡）の発生を抑えることができます。成形圧力は、一般的に0.3MPa~1.5MPa(製品によっては2.0MPa)程度で制御します。樹脂の特性や、製品の構造、型材の種類などによって成形温度（昇温速度）や保持時間・加圧タイミング・昇圧/加圧保持時間・冷却時間などをプログラミングし自動で運転します。オートクレーブのスペックは400℃で2.0MPaまで対応できれば、プラスチック母材のCFRPは成形可能！オートクレーブなど高品質なCFRPを成形できる設備によって生み出された製品を『ドライカーボン』と呼ぶこともあります。

サマリー

カーボン（CFRP）をはじめ、複合材料を高品質で成形するオートクレーブ成形について解説しました。先端素材と言われる素材なので、まだまだ情報も少なく全てを理解することは難しいと思います。まずは、オートクレーブ成形や材料保管、裁断、クリーンルーム、検査装置・マシニングセンタなど周辺設備や環境が整ってないと高品質なCFRP製品をワンストップで作ることはできない、ということをご理解いただけたでしょうか。

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