炭素繊維強化プラスチック複合材(CFRP) は、日常生活で使用されるさまざまな製品の製造に使用できる軽量で強力な素材です。これは、主要な構造コンポーネントとして炭素繊維を含む繊維強化複合材料を表すために使用される用語です。CFRP の「P」は、「ポリマー」ではなく「プラスチック」を表す場合もあります。

通常、CFRP 複合材料は、エポキシ、ポリエステル、またはビニルエステルなどの熱硬化性樹脂を使用します。CFRP 複合材料に熱可塑性樹脂が使用されているにもかかわらず、「炭素繊維強化熱可塑性複合材料」はしばしば独自の頭字語 CFRTP 複合材料を使用します。

複合材を扱う場合、または複合材業界で作業する場合、用語と頭字語を知ることは重要です。さらに重要なことに、FRP 複合材料や炭素繊維などのさまざまな強化材料の特性を理解する必要があります。

CFRP複合材の特性

炭素繊維で強化された複合材は、ガラス繊維やアリロン繊維などの従来の材料を使用する他の FRP 複合材とは異なります。CFRP 複合材料の利点は次のとおりです。

軽量: 連続ガラス繊維と 70% のガラス繊維 (ガラス重量/総重量) を使用した従来のガラス繊維強化複合材料は、通常、0.065 ポンド/立方インチの密度を持っています。繊維重量が同じ 70% の CFRP 複合材料の密度は、通常、0.055 ポンド/立方インチです。

強度の向上: 炭素繊維複合材は重量が軽いだけでなく、CFRP 複合材は単位重量あたりの強度と剛性が向上しています。これは、炭素繊維複合材料をガラス繊維と比較する場合に当てはまり、金属を比較する場合はなおさらです。

たとえば、鋼と CFRP 複合材料を比較する場合、経験則として、同じ強度の炭素繊維構造は通常、鋼の 1/5 の重さです。自動車会社がスチールの代わりに炭素繊維の使用を検討している理由は想像できます。

CFRP 複合材料をアルミニウム (使用される最も軽い金属の 1 つ) と比較する場合、標準的な想定では、同じ強度のアルミニウム構造は炭素繊維構造の 1.5 倍の重さになる可能性があります。

もちろん、この比較を変更できる多くの変数があります。材料のグレードと品質はさまざまであり、複合材の場合は、製造プロセス、繊維構造、および品質を考慮する必要があります。

CFRP複合材のデメリット

コスト: 素材は驚くべきものですが、カーボンファイバーがあらゆる状況で使用できないのには理由があります。現在、CFRP複合材料のコストは多くの場合高すぎます。現在の市場の状況 (需要と供給)、炭素繊維の種類 (航空宇宙グレードと商用グレード)、および束のサイズによって、炭素繊維の価格は大きく異なります。

1 ポンドあたりで計算すると、炭素繊維はグラスファイバーの 5 倍から 25 倍の価格になります。鋼と CFRP 複合材を比較すると、その差はさらに大きくなります。

電気伝導率: これは、用途によって、炭素繊維複合材のプラスまたはマイナスになる可能性があります。カーボンファイバーは非常に導電性が高く、グラスファイバーは絶縁性に優れています。多くのアプリケーションでは、厳密に電気伝導性のために、炭素繊維または金属の代わりにガラス繊維が使用されています。

たとえば、ユーティリティ業界では、多くの製品でグラスファイバーを使用する必要があります。これは、はしごがはしごレールとしてグラスファイバーを使用する理由の 1 つです。グラスファイバーのはしごが電源コードに接触しても、感電の可能性ははるかに低くなります。CFRP はしごの場合は状況が異なります。

CFRP 複合材のコストは依然として高いままですが、製造における新しい技術の進歩により、より費用対効果の高い製品が提供され続けています。うまくいけば、私たちが生きているうちに、消費者、産業、自動車の用途で広く使用されている費用対効果の高い炭素繊維が見られるでしょう.

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