熱可塑性複合材料とは何ですか?

近年、熱可塑性樹脂をベースとした繊維強化熱可塑性複合材料が急速に発展しており、このような高性能複合材料の研究開発が世界的に盛り上がっている。 熱可塑性複合材料材料とは、熱可塑性ポリマー（ポリエーテル（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）など）を指す。ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）をマトリックスとし、各種連続・不連続繊維（カーボンファイバー、ガラス等）からなる複合材料繊維、アラミドン繊維など）を補強材として使用する。

熱可塑性脂質ベースの複合材料には、主に長繊維強化顆粒 (LFT) 連続繊維強化プリプレグ ストリップ MT およびガラス繊維強化熱可塑性複合材料 (CMT) が含まれます。さまざまな使用要件に応じて、樹脂マトリックスには PP/PAPRT/PELPCPES/PEEKPI/PA およびその他の熱可塑性エンジニアリング プラスチックが含まれ、寸法タイプにはガラス乾燥ビトリオールやホウ素寸法など、考えられるすべての繊維品種が含まれます。熱可塑性樹脂マトリックス複合技術の発展とリサイクル可能な材料の開発により、欧米の先進国ではさまざまなリサイクル材料が急速に開発され、樹木マトリックス複合材料の総量の30％以上を占めるようになりました。 .

熱可塑性マトリックス

熱可塑性マトリックスは、優れた機械的特性と耐熱性を備え、さまざまな工業用品の製造に使用できる熱可塑性材料です。熱可塑性マトリックスは、高強度、高耐熱性、良好な耐食性を特徴としています。


現在、航空分野に適用されている熱可塑性樹脂は主に、PEEK、PPS、PEIなどの高温耐性・高性能樹脂基板である。中でも、非晶質 PEI は、加工温度と加工コストが低いため、半結晶 PPS や高い成形温度の PEEK よりも航空機構造に多くの用途があります [43]。
熱可塑性樹脂は、より優れた機械的特性と耐化学腐食性、より高い使用温度、高い比強度と硬度、優れた破壊靱性と損傷耐性、優れた耐疲労性を備え、複雑な幾何学的形状と構造を成形でき、調整可能な熱伝導率、リサイクル性、優れた特性を備えています。過酷な環境における安定性、再現性のある成形、溶接および修理特性。

熱可塑性樹脂と強化材からなる複合材料は、耐久性、高靱性、高い耐衝撃性、耐損傷性を備えています。ファイバープリプレグを低温で保管する必要はなくなり、プリプレグの保管期間は無制限になります。成形サイクルが短く、溶接可能、生産効率が高く、修理が簡単。廃棄物はリサイクルできます。製品設計の自由度が高く、複雑な形状を作ることができ、成形適応性など多くの利点があります。

補強材

熱可塑性複合材料の特性は、樹脂と強化繊維の特性に依存するだけでなく、短繊維強化、長繊維強化、連続繊維強化の 3 つの基本形式がある繊維強化方法にも密接に関係しています。


一般に、短繊維強化材の長さは 0.2 ～ 0.6 mm で、ほとんどの繊維は直径 70 μm 未満であるため、短繊維は粉末のように見えます。短繊維強化熱可塑性プラスチックは通常、溶融した熱可塑性プラスチックに繊維を混合することによって製造されます。マトリックス内の繊維の長さとランダムな配向により、良好な濡れを達成することが比較的容易になり、短繊維複合材料は、長繊維や連続繊維の強化材料と比較して、機械的特性の改善が最小限で製造が最も簡単です。短繊維複合材料は、流動性に与える影響が少ないため、最終部品を形成するために成形または押出成形される傾向があります。[65]

長繊維強化複合材料の繊維長は一般に20mm程度であり、通常は長繊維を樹脂に湿潤させて一定の長さに切断して作製されます。一般的に使用されるプロセスは、繊維と熱可塑性樹脂を混合した連続ロービングを特殊な成形型を通して引き抜く引抜成形です。現在、FDM 印刷による長繊維強化 PEEK 熱可塑性複合材料の構造特性は 200MPa 以上に達し、弾性率は 20GPa 以上に達し、射出成形により性能はさらに向上します。[68]。
連続繊維強化複合材の繊維は「連続」で、長さは数メートルから数千メートルの範囲にあり、連続繊維複合材は一般に、連続繊維に所望の物質を含浸させることによって、積層体、プリプレグ、または編組布地などを提供します。熱可塑性マトリックス。

(LFT-G®長繊維強化熱可塑性コンパウンド)

繊維強化複合材料の特徴は何ですか


繊維強化複合材料は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの強化繊維材料とマトリックス材料とを巻き付け、成形または引抜成形プロセスによって形成した複合材料である。異なる強化材料に応じて、一般的な繊維強化複合材はガラス繊維強化複合材（GFRP）、炭素繊維強化複合材（CFRP）およびアラミド繊維強化複合材（AFRP）に分類されます。
繊維強化複合材料には次のような特徴があるためです。
（１）比強度が高く、比弾性率が大きい
(2) 材料特性が設計可能
(3) 耐食性、耐久性に優れている
(4) 熱膨張係数がコンクリートと類似している

これらの特性により、FRP材料は、大スパン、高層、重荷重、軽量、高強度、過酷な条件での作業など、現代の構造物のニーズを満たすだけでなく、現代の建築建設の工業化発展の要件にも適合することができます。さまざまな土木建築物、橋梁、高速道路、海洋、水力構造物、地下構造物、その他の分野でますます広く使用されています。

熱可塑性複合材料には開発の大きな見通しがあります

レポートによると、世界の熱可塑性複合材料市場は2030年までに662億ドルに達し、予測期間中の年平均成長率は7.8%になると予想されています。この増加は、航空宇宙産業および自動車産業における製品需要の増大と、建設産業における急激な成長に起因すると考えられます。熱可塑性複合材料は、住宅の建物、インフラ、給水施設の建設に使用されます。熱可塑性複合材料は、優れた強度、靱性、リサイクルおよび再成形能力などの特性により、建設用途での製造に最適です。

熱可塑性複合材料は、貯蔵タンク、軽量構造物、窓枠、電柱、手すり、パイプ、パネル、ドアの製造にも使用される予定です。自動車産業は重要な応用分野の 1 つです。メーカーは燃料効率の向上に注力しており、そのために金属やスチールを軽量の熱可塑性複合材料に置き換えています。たとえば、カーボンファイバーの重量はスチールの 5 分の 1 であるため、車両全体の重量の軽減に役立ちます。欧州委員会によると、自動車の二酸化炭素排出量の上限目標は、2024 年までに 130 グラム/キロメートルから 95 グラム/キロメートルに引き上げられる予定で、これにより自動車製造業界における熱可塑性複合材料の需要が増加すると予想されています。