カーボン繊維強化樹脂部品とは

CFRTPは熱硬化性樹脂、CFRTPは熱可塑性樹脂を使用する製品の略号。

カーボン成形は熱硬化性樹脂と炭素繊維織布の組み合わせで、オートクレーブ工法(高温高圧炉)からスタートしたが生産性に課題があった。そのため、生産性向上を狙いとして、新たに炭素短繊維と熱可塑性樹脂の射出成形機の組み合わせが考案された。しかし、耐熱性がなく強度不足のため小物部品や軽負荷ドアパネルなどへの採用に留まっている。そのため、連続繊維との組み合わせなど改良が進んでいる。

一方、従来から使用されている熱硬化性樹脂も課題だった硬化時間が改良され、熱プレスなどを使用するハイサイクル工法など用途に応じて選べるようになってきている。

カーボン繊維でなくガラス繊維を使用するものもあり、同様にGFRP/GFRTPと呼ばれる

□工法区分

区分 CFRP CFRP CFRP CFRP CFRTP CFRTP
工法 ドライカーボン RTM PCM SMC LFT-D 射出成形
樹脂 熱硬化 熱硬化 熱硬化または熱可塑 熱硬化または熱可塑 熱可塑 熱可塑
中間材 樹脂含浸プリプレグ織布 連続繊維 樹脂含浸プリプレグ織布 樹脂含浸SMCシート(チョップド繊維) 押出材 (連続繊維 )なし (短繊維)
予備成形 真空成形など 高圧樹脂注入機
成形機 オートクレープ 熱プレス 熱プレス 熱プレス 熱プレス 射出成形機
サイクル 数時間 300秒 熱硬化 180秒 熱可塑 60秒 熱硬化 180秒 熱可塑 60秒 60秒 30秒

RTM :Resin Transfer Molding

PCM: Pre-preg Compression Molding

SMC :Sheet molding compound

LFT-D:Long Fiber Thermo plastics-Direct

サイズ

100㎜~2000㎜

構成

炭素繊維強化プラスチックの略号は2種類。

熱硬化性樹脂CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)

熱可塑性樹脂GFRTP(Grass  Fiber Reinforced Thermo Plastics)

ゴルフクラブのシャフトが代表例。炭素繊維を重ねて樹脂で固めた複合材料。軽量で鉄並みの強度がある。加熱すると硬化する熱硬化性樹脂のCFRPと加熱すると溶ける熱可塑性樹脂のCFRTPがある。

材質

炭素繊維フィラメント

所定の本数に束ねた長繊維束。炭素繊維製品群の最も基本となる材料。炭素繊維は単独で使用されることはまれで、通常は複合材料の強化として利用される。

プリプレグ (Pre-preg)

連続炭素繊維を織物に加工して、未硬化の樹脂を含侵させた織布。

SMCシート(Sheet molding compound / シート モールディング コンバウンド):

生産性を改良した樹脂シートで、炭素繊維を10~50mm程に短くチョップして樹脂と練り合わせて、半硬化したシート。

連続炭素繊維

RTM法では樹脂を含浸させたプリプレグ織布の代わりに乾燥状態の連続繊維を熱プレスに投入して、特殊な高圧樹脂注入機を使用して熱硬化性樹脂含浸と熱プレスを同時に行う。

LFT-D法では連続繊維と熱可塑性樹脂を混錬し、押し出し材とし、熱プレスに投入する。

短炭素繊維

熱可塑性樹脂に混ぜペレットに加工することで、通常の射出成形機で成形できる。繊維長は数㎜が限度で、ガラス繊維同様に補強材として使用する。

工法

<オートクレープ法(真空加熱炉法)>

ドライカーボン

<熱プレス法>

RTM工法(連続繊維CFRP)

PCM工法(プリプレグ織布CFRP/CFRTP)

SMC工法(ランダムシートCFRP/CFRTP)

LFT-D(連続繊維CFRTP)

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