イントロ
当社では、1968年の創業から複合材料（FRP）の成形加工を行っており、主としてCFRP(炭素繊維強化プラスチック)の特徴である『軽い・強い・腐食しない』を生かし、次世代モビリティ開発などの軽量化で貢献しています。今回は、専門的な立場でプリプレグの使い方について解説します。
CFRPとは？
『Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスチック』
CFRP(炭素繊維強化プラスチック)は、その名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。
プリプレグとは？
プリプレグ：(英) Pre-preg(Pre-Impregnated)、予備含侵された素材のことを指します。強化材として使用する炭素繊維に予め樹脂が予備含侵された素材を“カーボンプリプレグ”と呼んでいます。
まだ成形前（形になっていない）中間基材の状態
形態は主に織物状（Cloth材）、一方向に繊維を引きそろえた（UD材）を用います。
プリプレグの保管
プリプレグは一般的にエポキシなどの熱硬化性樹脂が予備含侵されている中間材料です。保管温度環境によって樹脂の硬化が進んでしまい使用できなくなるので、-18℃以下の冷凍庫内保管が一般的です。
プリプレグ積層
プリプレグ積層を行う場所は、温湿度管理されているクリーンルームです。温度や湿度が高い環境で作業をすると、プリプレグ材が吸湿し成形後の不具合につながります。
カーボンプリプレグを積層していきます。
カーボンプリプレグ積層動画
注意すべき点
保護フィルムや台紙を確実にはがすこと。
→成形後の不具合につながる。
CFRPなどの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設計（指示書）通りの基準・配向・順序・真空脱気を行いながら積層すること。
→見た目や厚みは同じでも機械特性が全く異なる製品になってしまう。
→積層の順序を間違えると変形などの不具合につながる。
曲面などを積層する際には、繊維がシワにならないようケアすること。
→成形後の厚みが変化して不具合につながる。
作業は規定のクリーンルームで行い、層間に異物が混入しないよう注意すること。
→不具合につながる。
などがあげられます。
擬似等方性積層
繊維強化プラスチックは異方性材料であることから、必要な方向に必要な強度を確保できます。金属などの等方性材料の様に、どの方向にも一様に繊維を配向した積層を『擬似等方性積層』と呼びます。その名の通り等方性材料を擬似的に再現した積層方法です。
積層後の真空引き『バギング』
積層作業を終えると、副資材を配置してバギングと呼ばれる真空引きを行います。
オートクレーブ成形
バギングを終えると、オートクレーブへ投入し成形を行います。
サマリー
今回は、CFRPに使用する中間材料『プリプレグ』の使い方について解説しました。少しイメージを持っていただけたでしょうか。
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UCHIDAの設備
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
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
CAD / CAM
CATIA V5：2台 ／ THINK DESIGN：1台 ／ MASTER CAM：4台 ／ その他 3D/CAD：3台 ／ その他 2D/CAD：5台
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