プリプレグ積層

Contents

イントロ
CFRPとは？
- 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』
プリプレグとは？
注意すべき点
擬似等方性積層

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などへ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積層について解説します。

CFRPとは？

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスチック)は、その名の通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

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と言えます。

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

プリプレグとは？

プリプレグ・Pre-preg(Pre-Impregnated)とは、樹脂があらかじめ予備含侵された炭素繊維シートのことを指します。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。

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たり不具合につながる。

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。

などが挙げられます。

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ように、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。その名のとおり、等方性材料を擬似的に再現した積層方法です。

サマリー

ここまで、CFRPに使用する中間材料『プリプレグ』の積層について解説しました。プリプレグの積層について、ちょとだけイメージができたのではないでしょうか。

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