「CFRP」の版間の差分

2018年11月19日 (月) 22:47時点における版

CFRPとは，Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化樹脂の略称で，樹脂を炭素繊維により強化した複合材料の総称である．

詳細

掲載例

• 特徴

　複合材料とは，二つ以上の異質で異形の材料から構成され，より高い力学的特性や機能を発揮する材料である．その中で，強い繊維を母材（Matrix）で結合して，繊維の特性を生かした複合材料を繊維強化複合材料(FRP: Fiber-Reinforced-Plastics)と呼び．CFRPはFRPの一種である．この材料では，繊維に荷重を分担させることで，高強度の複合材料を実現できる．炭素繊維の他にFRPに用いられる主な繊維材料は，ガラス繊維，セラミック繊維，アラミド繊維，絹，ジュート，炭素鋼，アルミニウム等である．また，近年では，セルロースナノファイバー(CNF)等も用いられる．

　繊維材料は，金属と比較して質量密度が低く，引張強度と弾性率がはるかに大きいことが特徴である．炭素繊維は，他の繊維の引張強度が0.5-2.5 [GPa]であるのに対し7 [GPa]程度と非常に大きな引張強度を持っており，比重は1.8前後で，鉄の1/4程度と軽量である．そのため，CFRPは他のFRPと比較して比強度に優れる．

　CFRPの耐熱温度・耐薬品性・硬さなどの特性は使用する樹脂に影響されるが，金属とは異なり酸化還元反応による腐食が発生しない材料であり，疲労し難い材料であることから高い耐久性が期待できる．また，高いX線透過率を持つことも特徴の一つである．成形品の具体的な機械的性質については，材料の仕様により大きく変化するためここではあえて割愛する．

　FRP成形品はその構造上，繊維方向の剛性と強度は大きくなり，それ以外の方向では相対的に小さい値を示す．そのため，その異方性を考慮した設計が必要であり，通常は積層して用いられる．航空機の翼等では，繊維の配向によって飛行中の負荷による変形を制御するといった，材料の異方性を積極的に利用した設計が行われている．また，破壊様式も金属と比較して複雑であるため，強度の予測が難しいといった金属材料には存在しない課題も持つ．

• 材料分類

　CFRPの仕様は炭素繊維の種類・形態と母材の種類の組み合わせにより決定される．繊維や樹脂の形態から分類した場合，図1のようになる．繊維の形態から分類した場合，連続繊維と不連続繊維に分類できる．連続繊維はその織物形態から，不連続繊維は繊維の長さから分類することができる．

• 中間基材

　CFRPは成形に用いられる手法別に，様々な形態の中間基材が用いられる．現在用いられている材料の一例を以下に示す．

例：

【連続繊維】

◦ ドライファブリック

　　ドライファブリックは樹脂の含侵が行われていない炭素繊維の布である．また，その布を目的形状に近い形状に予備的に成形したものをプリフォームと呼び，これらはRTM(Resin Transfer Molding)等に用いられる． 　従来は平織り，綾織等の材料が一般的であったが，近年では賦形性に優れた多軸挿入たて編物基材(Non-Crimp Fabric : NCF)等も用いられる．

◦ セミプレグ

　　繊維布に樹脂を半含侵した材料であり，プリプレグと比較して成形時に繊維が容易に移動できる．RTM等に用いられる．

◦ プリプレグ(織物)

　　繊維布に熱硬化性樹脂を含侵し半硬化状態にした材料であり，真空バッグ法，オートクレーブ法による硬化による成形に用いられる．

◦ テーププリプレグ

　　一方向繊維(UD)プリプレグを一定幅にカットした材料でATL(Automatic Tape Lay-Up)等に用いられる．

◦ トウプリプレグ

　　糸束状の炭素繊維に熱硬化性樹脂を含侵した材料で，FW(Filament Winding)に用いられる．

図表の追加

また、写真や図面を利用する場合は、適切なサイズを用いたサムネールを設定し、枠を画面の右側に配置することをお勧めします ^[1]。

関連項目

外部リンク

引用

1. 原新版　複合材料・技術総覧，監修　福田　博，邉　吾一，末益博志，(株)産業技術サービスセンター，2011年，ISBN978-4-915957-52-9 C3053

2. 日本製鋼所技報　No.67(2016.11)

1. ↑ 本テンプレートにもありますが、セクションの冒頭にリンクを作成することで文章がうまく図表の左側に回りこみます

記入の最後には、必ず用語の読み方とカテゴリに関する情報を追加するようにしてください。

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