カーボンファイバーは炭素含有率が90％以上の無機高分子繊維素材であり、高強度、高弾性率が特徴です。それについての詳しい紹介は次のとおりです。
基本特性
- 軽量かつ高強度：密度は鋼の1/4、アルミニウムの3/5しかありませんが、強度は鋼の7～9倍、アルミニウム合金の4倍です。比強度と弾性率はエンジニアリング材料の中で最高のものの一つです。
- 高温耐性: 不活性環境では 2000 度の温度に耐えることができ、これは鋼 (1500 度で溶ける) やガラス (600 度で軟化) よりもはるかに高いです。
- 耐食性：酸、アルカリ、有機溶剤に対して優れた耐性を持ち、老化や摩耗が起こりにくいです。
- 異方性: 繊維軸方向の強度と弾性率は非常に高いですが、半径方向の強度は比較的弱いです。ラジアル方向の力は避けるべきです。
構造と構成
これは、シート状のグラファイト微結晶を繊維軸に沿って積み重ねることによって形成され、微結晶グラファイト構造を形成します。炭素原子は共有結合によって密接に結合しており、結合エネルギーが高いため、高い強度と安定性が得られます。
分類と適用
- フィラメントの数によって: 小さなフィラメント (24k 以内) と大きなフィラメント (48k 以上) に分けられます。小さなフィラメントはより優れた性能を持ち、航空宇宙で使用されています。太いフィラメントはコストが安く、自動車やスポーツ用品などの分野で広く使用されています。
- 用途により航空宇宙グレード（高強度・高弾性）と工業グレード（一般タイプ）に分類できます。前者は国防産業や軍事産業で使用され、後者は民間産業で使用されます。
- 代表的な用途：航空宇宙（航空機の機体、ロケット部品など）、自動車製造（車体の軽量化）、スポーツ用品（自転車、ラケット）、新エネルギー（風力発電ブレード）など。
準備工程
ポリアクリロニトリル（PAN）繊維を原料として使用し、高温条件下で予備酸化、炭化、黒鉛化を経て加工されます。{0}{1}このプロセスは複雑で、繊維の性能を確保するには温度と雰囲気を厳密に制御する必要があります。
利点と制限事項
- 利点: 軽量、高強度、耐高温性、耐食性。輸送車両において「品質を落とさずに軽量化」を実現するのに最適な素材です。
- 制限事項: 製造コストが高く、そのまま使用すると破損しやすいため、通常は樹脂や金属などと混合して複合材料として使用する必要があります。
「新素材の王様」「黒い金」と呼ばれるカーボン繊維。ハイエンド製造分野においてかけがえのない地位を占めています。-今後、技術の進歩とコストダウンにより、その適用範囲はさらに拡大すると考えられます。
