CFRP(炭素繊維)

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CFRPとは?

CFRPとはカーボンファイバーで強化したプラスチックのことです。

CF : Carbon Fiber(炭素繊維)
R : Reinforced(強化)
P : Plastics(合成樹脂)

カーボンファイバーは5~10ミクロンの太さの極細繊維ですが、優れた力学的特性を持っています。
CFRPはその繊維を合成樹脂(一般的にはエポキシ樹脂)で固めたものです。
いまでも日本の古い家屋に見られる土壁は、粘土にわらを混ぜて作られていますが同じ発想です。

カーボンファイバーにはPAN系とピッチ系があり、弾性率、強度だけでなく、熱的特性など物理的性質でも多くの種類があります。
製品の性能要求を満たすために適したカーボンファイバーを選定します。希望の特性を得るためにPAN系とピッチ系を組み合わせて使うこともあります。

一般的なCFRP成形では、材料としてエポキシ樹脂マトリックスのプリプレグシート(一般的な厚みは0.1mmから0.3mm程度)を使います。
プリプレグシートには、一方向のみにカーボンファイバーを引き揃えたUD材と、タテヨコにファイバーを織り込んだクロス材があります。

成形品はUD材を同じ方向に積層して成形した場合と、タテとヨコに方向方向を変えて積層して成形した場合では、成形品の性能が大きく変わります。
又 カーボンファイバーにも多くの品種があります。
使う品種によって大きな性能差が出ます。

糸の品種・方向性で大きく性能の異なる製品ができます。
このことが規格品が流通しづらい要因となっています。

一般的には製品の要求性能により積層設計(糸の品種・方向性・マトリックス選定)を行います。
そして、お客様のご要求に見合う力学的物性の計画値をお示しして、試作・評価・採用と進むケースが多くあり、合理的・経済的と考えています。

   

CFRPの物性比較

CFRPの性能

異方性材料 繊維方向に性能が発現(人間と一緒で、強化した筋肉(繊維)の質・場所・量・方向で、能力が生まれます。
つまり、金属・プラスチックと異なり、常に「材料設計」から製品作りが始まります。)
軽量 比重1.5~1.7(鉄の1/4以下)
高強度 900~3000 MPa(鉄以上:S45Cは700MPa)
高剛性 55~350 GPa(鉄:S45Cは200GPa)
寸法安定性 3ppm以下という低熱膨張率(鉄の約1/4以下。アルミの約1/8以下。)
振動減衰性 高い比剛性(鉄の5倍)による
高熱伝導率 2~300 W・m/℃(アルミ:140 W・m/℃)

各種材料の密度

各種材料の密度:弾性率


※一般比較であり実際は個々の積層設計によります。

ACMの製品紹介

CFRPパイプ

・丸パイプ以外に各種形状のパイプ成形が可能です
・高精度の内寸・外寸・肉厚のパイプ成形が可能です
・ロボットハンド等に使用可能なパイプです
引張強度 98~2600 Mpa
引張ヤング率 49~390 Gpa
線膨張係数 5×10-6/ ℃ 以下
密度 1.5~1.7 g/cm3

CFRP液晶パネル搬送ハンド

・軽量・高剛性(実績:330 Gpa品)
・振動減衰性
・写真は第6世代用ダブルアームです
・組立・調整を行いパッド面の平面度0.5mm以内
・センサー・電磁弁等組込みも実施
引張強度 250 Gpa
線膨張係数 0.1×10-6/ ℃ 以下
密度 1.65 g/cm3
重量 上ハンド:54kg / 下ハンド:32kg

CFRP定盤

・軽量定盤
・CFリブ構造による中空構造品
・高い寸法安定性(低線膨張率、高剛性)
・表面機械仕上定盤
・サイズ 50t×1300mm×1700mm

CFRPシャフト

・軽量・高剛性シャフト
・六角断面形状(中実)
・SUSジャーナル付き
引張強度 1100 Mpa
引張ヤング率 250 Gpa
線膨張係数 0.2~0.3×10-6/ ℃ 以下
密度 1.65 g/cm3
資料提供: 株式会社エーシーエム