炭素繊維強化熱可塑性複合材料の概要

炭素繊維（CF） 有機繊維を不活性雰囲気下で高温炭化させることによって製造されます。優れた補強材として、 高強度、高比弾性率、優れた熱特性、化学的安定性、減衰、振動低減、騒音低減特性 。

と比較して 従来の熱硬化性複合材料 熱可塑性複合材は 成形サイクルの短縮、化学組成の毒性の低減、靭性の向上、耐衝撃性と損傷許容度の向上、プリプレグの保存期間の延長、大量生産能力の強化 。

CF強化熱可塑性複合材は、炭素繊維と熱可塑性樹脂の両方の性能上の利点を兼ね備えています。成形後に化学架橋を起こさず、再溶融・再成形が可能なため、リサイクルと再利用が容易になり、熱硬化性CF材料の廃棄問題にも対処できます。加工過程において、炭素繊維熱可塑性複合材は結晶化とガラス転移を起こし、炭素繊維熱硬化性複合材は架橋反応と硬化反応を起こします。

技術的な観点から見ると、熱可塑性 CF 複合材は熱硬化性 CF 複合材に比べて製造中に含浸させるのがより困難ですが、明らかな利点があります。 成形サイクルの短縮、優れた耐衝撃性、溶接性、二次成形能力、設計柔軟性の向上 。

炭素繊維強化熱可塑性複合材から作られた部品は、通常 軽量、高強度、丈夫、リサイクル可能 幅広い応用が期待できる 航空宇宙、軍事、高級機械、医療機器などの分野 。

炭素繊維強化複合材は、ガラス繊維やアラミド繊維で強化された従来のFRP材料とは異なります。CFRP複合材（炭素繊維強化プラスチック）は、次のような優れた特性を備えています。

L 軽量 ： 従来のガラス繊維強化複合材では、70% の重量分率 (ガラス/総重量) の連続ガラス繊維が使用され、通常は 1 立方インチあたり 0.065 ポンドの密度に達します。

高強度 CFRP複合材は軽量であるにもかかわらず、ガラス繊維複合材に比べて単位重量あたりの強度と剛性が大幅に高くなっています。その利点は金属と比較するとさらに顕著になります。

例えば、経験上、CFRP材料の重量はわずか 1/5 同等の強度を持つ鋼鉄の約1/3の重量です。自動車メーカーが車両の性能向上のため、鋼鉄の代替として炭素繊維を積極的に検討しているのは明らかです。最も軽い金属の一つであるアルミニウムと同等の強度を仮定した場合、アルミニウムの重量は依然として約1/3です。 1.5倍 カーボンファイバー以上。

炭素繊維強化熱可塑性複合材料に使用される一般的な樹脂には、 PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）、TPI（熱可塑性ポリイミド）、PPS（ポリフェニレンサルファイド）、PEKK（ポリエーテルケトンケトン） 。

以下に3つのタイプを簡単に紹介します。 炭素繊維強化熱可塑性ポリイミド、炭素繊維強化ポリフェニレンサルファイド、および炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン 。

1.

炭素繊維強化熱可塑性ポリイミド（PI）複合材料

新世代の高性能特殊エンジニアリングプラスチックとして、従来の熱硬化性ポリイミドの高強度、耐高温性、耐薬品性、優れた誘電特性、耐放射線性を維持しています。また、優れた靭性と熱処理特性も備えており、ホットプレスだけでなく、押出成形や射出成形も可能です。炭素繊維を添加することで、熱可塑性ポリイミドの機械的特性が大幅に向上します。炭素繊維の体積分率が 30% 引張強度と曲げ強度は約 2～3回 純粋な樹脂と同等の強度を持ちます。カーボンファイバー強化により、 耐熱性と機械性能の向上 熱可塑性ポリイミド複合材料は、 高品質、耐摩耗性、耐腐食性の用途 。

2.

炭素繊維強化ポリフェニレンサルファイド（PPS）複合材料
ポリフェニレンサルファイド（PPS）は、複合材料業界で最も好まれる熱可塑性樹脂の一つです。 優れた機械的特性、耐腐食性、および固有の難燃性 炭素繊維強化PPS複合材料は、様々な高性能複合材料のマトリックス材料として広く使用されています。炭素繊維強化PPS複合材料の機械的特性は炭素繊維含有量の影響を受け、ある一定の閾値内では、炭素繊維含有量が多いほど耐荷重性が向上します。実験では、100℃という高温変化下でも、連続炭素繊維強化PPS複合材料パネルは層間せん断強度（ILSS）において良好な安定性を維持することが示されています。

3.

炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）複合材料

ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）複合材料は、 高い剛性、優れた寸法安定性、低い熱膨張係数、そして時間の経過とともに大きな伸びがなく、大きなストレスに耐える能力 さらに、PEEKは 密度が低く、加工性に優れており、高精度が求められる部品に適しています。 PEEK自体は、耐熱性に優れた熱可塑性樹脂の1つであり、長期間の動作温度にも耐えることができます。 250℃ 高温環境下でも機械的特性はほとんど影響を受けません。 炭素繊維 補強として、PEEKの性能は 強度、剛性、耐摩耗性がさらに向上 これにより、製品全体の耐用年数も大幅に延長されます。実験的研究によると、炭素繊維含有量が30%～40%の場合、PEEK系複合材料の耐摩耗性が大幅に向上することが示されています。炭素繊維の添加は、その応用価値と適用範囲を効果的に高めます。

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