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炭素繊維強化プラスチックとは?

たんそせんいきょうかぷらすちっく

炭素繊維強化プラスチック(CFRP)とは、炭素繊維を樹脂に複合させた、鉄より軽く高強度・高剛性の先端複合材料のことです。

炭素繊維強化プラスチック(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics)は、炭素繊維を強化材として熱硬化性樹脂(主にエポキシ樹脂)や熱可塑性樹脂に組み合わせた複合材料です。比強度(強度を密度で割った値)・比剛性が金属をはるかに上回り、軽量・高強度材料の代名詞となっています。

炭素繊維はポリアクリロニトリル(PAN)系や石油ピッチ系の原料を高温処理することで製造され、繊維の向きを制御して積層することで、製品に必要な強度・剛性方向を自在に設計できます。エポキシ樹脂と組み合わせたプリプレグ(樹脂含浸シート)を型に貼り付けてオートクレーブ(加圧加熱炉)で成形するのが代表的な製造法ですが、近年はRTMやフィラメントワインディングなど多様な製造技術も普及しています。

CFRPの主な特長は次のとおりです。

  • 鋼鉄の約4分の1の軽さで同等以上の強度・剛性
  • 疲労耐性・耐食性が高い
  • 熱膨張係数が低く寸法安定性に優れる
  • 材料・製造コストが高い(高機能製品向け)

航空機の構造部材・スポーツカーのボディ・自転車フレーム・釣り竿・ゴルフシャフトなど、軽量化と高性能が求められる分野で普及しており、日本のメーカーが世界の炭素繊維生産を大きく牽引しています。

使い方・例文

航空機では機体重量の削減と燃費向上のためにCFRPが主翼や胴体に採用されており、最新の旅客機では機体構造の半分以上がCFRPで構成されているものもあります。

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