イントロ
最近メディア等で、炭素繊維強化プラスチック『CFRP』という言葉を聞く機会が増えています。金属に代わる軽くて強い素材という紹介を見ることもあります。いったいどんな素材なのでしょうか。
概要
繊維強化プラスチック（FRP）は、繊維を強化材として使用したプラスチックです。炭素繊維強化プラスチック（CFRP）はその名のとおり、カーボン繊維で強化されたプラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics）の略で、CFRPはFRPの一種です。使用する繊維がカーボンであればC、ガラス繊維であればG、アラミド繊維であればAが頭について呼称されます。強化繊維と樹脂（プラスチック）を組み合わせて使用することから、『複合材:Composite』や『複合材料:Composite Material』と呼ばれています。今回は、中間基材の一種である『SMC・C-SMC』について解説します。
SMC・C-SMCとは？
SMCはSheet molding compoundの略で、一般的にシート状の基材を金型内にセットし、プレス機による圧力と、金型を加温することによって加圧・加熱して成形する方法です。SMCの基材は、ガラス繊維やカーボン繊維を既定の長さ（約1inch程度）に裁断し、樹脂や硬化剤、内部離型剤などを混合した素材に含侵させた中間基材になります。強化材としてカーボン繊維を用いたSMC材料を、カーボン（Carbon）の頭文字をとってC-SMCと呼んでいます。
SMCの特徴
- 成形サイクルが短い
- SMC基材の繊維長が短いため流動性が高く、リブやインサートなどを同時に成形することが可能。
- 従来のCFRPのように連続繊維を使用しないため、金属など等方性材料に近い設計が可能。
- 一方で繊維を裁断し短繊維として使用しているため、連続繊維のように高い物性を確保することはできない。炭素繊維の特徴である繊維強度を最大限発揮できない。
このような特徴により、アルミなどの代替材料として開発され用途を広げている素材です。
プリプレグを用いた高品質なCFRP製法の代名詞『オートクレーブ成形法』
製造方法
多くの特徴がある素材『CFRP』ですが、製品形状や製造ロッド・構造などによってさまざまな成形方法が存在します。当社では、幅広い成形方法で試作開発からワンストップに対応が可能です。
サマリー
CFRPの中でも、量産に向いている中間基材『SMC/C-SMC』について解説してきました。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。大まかなFRPの特徴は、『軽い、強い、錆びない』です。魅惑の素材と感じるCFRPですがメリットの反面、製造の煩雑さやコスト・量産性・リサイクル性などデメリットもあります。デメリットも理解した上で、GFRP・CFRP部品の採用を検討してみてはいかがでしょうか。
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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。
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
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
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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
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DMG森精機 - NV5000B/40
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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
Markforged - 3Dプリンター
