よくある質問

Q1.

CFRPの規格品や価格表はありますか?

A1.

用意しておりません。FRPは「要求仕様→設計→製作」する材料と言われ、繊維とマトリクスの組み合わせにより幾多の異なる性能を持った材料を造りだすことが出来ます。お客様の要求仕様に基づいて、都度設計、製作しますため、予め「規格品」や「価格表」を用意することが難しいのです。当社では、任意仕様での価格表(板、丸パイプ)のみ用意しています。

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Q2.

アルミからCFRPに材料を変えたら価格はどれ位アップしますか?

A2.

形状・性能等により大きく異なりますが、概ね、2~10倍と云ったところです。安直な表現になりますが、産業機器に於いてはCF化により性能が2倍になっても価格が2倍或いは、それ以上になってしまっては効果がないと評される事があります。性能アップの効果が取扱い製品の価値に反映されず、投資費用対効果が律則であればCFRP化検討は断念すべきかもしれません。

Q2.

どれくらいの大きさまで製造できますか?

A2.

成形方法により異なります。例えば角チューヴ形状品をシートワイディングで成形する方法を例にあげますと、当社の成形設備を前提として1000㎜×1000㎜×5000㎜(外径寸法)です。厚みについては、1回の成形で安定的に硬化できるのは概ね、10㎜程度です。それ以上の場合はチャージ→ベーキングを繰り返すか予め成形された硬化板を接着する方法を採ります。

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Q3.

個人での製造依頼は可能ですか?

A3.

個人からの製造依頼もお受けします。通常のBtoBやBtoGが以外では代金引換若しくは、代金入金後、納入させて頂いています。

Q1.

金属材料と同等の加工精度は出せますか?

A1.

CFRPは広義にはプラスチックスに分類されます。プラスチックスの加工精度と考えてください。金属と同程度の精度が必要な場合、コンポジットの表面に金属部材を接着或いは、厚肉の鍍金、スパッタリングなどを施し、その面を加工するなどが有効です。但し採用にあたっては線膨張係数について、考慮することが必要です。

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Q2.

炭素繊維材料の加工は難削と聞いていますが、特殊な工具(ツール)で加工されるのですか?

A2.

ダイヤモンドのツールが使われます。とは云え、通常のハイヤや超鋼が使えないわけではありません。極論ですが、1本のツールの加工有効長さ(使用寿命)が長いか短いかの違いと云えます。CFRPを削っていく過程でツールが磨滅していくことに因りますが、その意味合いでは、加工精度にも影響があります。結晶構造の違いから、PAN系炭素繊維とピッチ系炭素繊維でもツールの寿命と加工精度に違いが現われます。

Q1.

別のメーカーで作ったCFRP部品を壊してしまったのですが修理は可能ですか?

A1.

修理に必要な条件として、1)繊維種別、マトリクス種別、配向 2)繊維の断裂状態 の2点が判れば、修理の可否は判断できます。但し、1)はコンポジットメーカーのノウハウの領域であり、開示されることは略ありません。2)の状態によっては修理不可になります。
意匠的な機能であれば、外層を”畳の張替え”のように積層することは可能です。

Q1.

CFRPの使用環境温度は?

A1.

使用可能な温度範囲はFRPを構成する材料のうち、マトリクスの性能が支配的になります。CFRPに限って言えば、マトリクスは熱硬化性樹脂で、汎用品で100℃程度、耐熱性の高いマトリクスで230℃辺りが上限です。一方、マイナス温度域はどうかと言うと、クライオスタット(物性測定や構造解析の目的で試料を極低温に保つ装置)に使われています。冷媒として液体窒素(沸点-196℃)が使われていますので、耐熱もその近傍と言えます。マトリクスの性能起因については、耐薬品性能も同様のことが云えます。

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Q2.

金属部品と比較した場合、製作リードタイムは永くなりますか?

A2.

概して、永くなります。金属材料に限らず、他の均質材若しくは、慣用材料は素材自体が既に規格化され、代理店或いは、加工メーカーに常時定量の在庫があります。コンポジットは加工素材からお客様の要求仕様に副って作ることになります。少なくとも、この作業時間は余計に掛ることになります。言わば、スタート地点が慣用材を用いた部品より後方にあると云えます。

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Q3.

コンポジットトに於いて、数量ディスカウントの原理は適用されますか?

A3.

先端材料と評され、ハイテク機器への選定材料ではありますが、製造方法は人によるの手作業が多様されます。強いてその原理が反映できるのは、成形工数なります。成形は“One Btch”費用の数量按分、つまり成形のチャージ費用と云う考え方になりますので、1回の成形で製品1個より2個の方が成形費は低減されることになります。但しコンポジットに占める成形費のコストウェイトは小さく、材料費が大凡60%を占めますので、その効果は極小です。

Q4.

化学物質規制はクリアーされていますか?

A4.

クリアーされています。コンポジットの構造材、接着剤、表面処理材、金属部品は勿論、作業工程で使用される溶剤,梱包資材等についても「RoHS」や「REACH」或いは、顧客内規の「グリーン調達」等に基づいた管理を行っています。

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Q5.

炭素繊維にはPAN系繊維とピッチ系繊維の2つがあると聞きますが、大きな違いは何でしょうか?図面の材料指示は「CFRP」ではなく、それらを指示した方がよいでしょうか?

A5.

PAN系繊維はポリアクリロニトリル(Polyacrylonitrile:略称PAN)を原料とした炭素繊維で一般的には強度(Tensile Strength)を重視した繊維となります。一方のピッチ系繊維は、石炭や石油のピッチを原料とした炭素繊維で、一般的には鉄よりも固い超高弾性率の繊維が得られやすい事を特徴としています。弾性率(Modulus)を重視した繊維です。強度と剛性は相反する性能を示す傾向にあります。
強度を高めようとすれば剛性が出し辛く、剛性を高めれば強度を上げ辛くなります。コンポジットメーカーに於いては周知のことですので、改まって繊維種別の指示は必要ありません。構造体としての強度や剛性などの要求注記をいただければ、弊社にて材料設計致します。蛇足ですが、CFRPの意匠用に使われるものとして、”クロス材”がありますが、これに使われている炭素繊維は概ねPAN系の炭素繊維と云えます。

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Q6.

UD材とは何ですか?ユニバーサルデザインなどの国際規格のことですか?

A6.

Uni Directionの略称です。一方向強化材とも言います。強度や剛性などの特性の殆どは、この方向にしか発現されません。それ以外の方向では、マトリクスの性能しかなく、当社に於いては設計上”ゼロ”カウントしています。これに対して、クロス材があります、強化繊維(糸)を経糸(たていと)と緯糸(よこいと)に交互に配向(織る)した材料です。布や織物といった広義の意味でファブリック(Fabric)材といいますが、織り方を変えたものに、朱子織り(しゅすおり)や綾織(あやおり)などがあります。

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Q7.

CFRPの構造品を操作中に誤ってぶつけてしまいました。金属部品は問題ないのですが、CFRPの本体の角が若干凹んだ程度です。このまま使って問題ないでしょうか?簡単な判断方法があれば教えてください。

A7.

先ずは目視です。繊維が断裂しているか否か。断裂の深さは表層のみか、強化繊維の破断や積層間での剝離が発生しているか否かを調べる必要があります。
一般的には超音波探傷試験などが使われてますが、破損の有無をもっと簡単に調べる方法としては、打音による方法(打音チェックなどと呼ばれる)があります。コイン等を軽く当てることで正常部との音の違いを調べ、明らかに音が違う場合には使用が適しませんので、再製作が必要と考えてよいでしょう。

Q8.

FRPは環境に悪影響との話を聞きますが、どうなのでしょう?再生システムは確立されているのでしょうか?

A8.

これまで宇宙航空と云った限られた分野で採用されていた先端複合材であるCFRPが一般産業機器構造材として既存の金属材料の代替として注目を浴びるのと時を同じくして「環境に悪影響・・・・」と暄伝されました。論拠は『何年経っても土に還らない』からだそうです。
最近では、製品(CFRP構造体)の製造~使用~廃棄までのライフサイクル(アセスメント)の観点から省エネルギー、環境負荷低減に効果があるとの期待が高まっています。再生の方法としては炭素繊維協会からの支援を受けて、リサイクル技術の実証検討を行っています。現段階では粉砕し、セメントの補強材や射出成型品の補強材として再利用するなどに留まっています。今後の課題と云えます。
当社に於いては、環境保全基本方針に基づき、素材・副資材・廃材の管理を行っています。

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Q9.

CFRPを検索すると、”ハイブリッド(Hybrid)"と云う語句がでてきます。自動車のハイブリッドと同じ意味合いですか?

A9.

広義の意味では同じです。定義は『2つ以上の異なる性質の材料から成り、夫々の性能を補完し合うもの』と言われます。FRP自体が繊維とマトリックスとで成り立ったハイブリッド材料とも言えますが、先端複合材の場合では強度、剛性の強い炭素繊維と靱性の強いアラミド繊維などの性質の異なる繊維を一体化して双方の良い性質を生かした材料や成形構造体などを指す例が多いようです。

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Q10.

FRPは絶縁材料ですか?

A10.

一般的にFRPと言った場合には、ガラス繊維強化プラスチックスを指す事が多く、一体化の為のプラスチックス(樹脂)が絶縁性のものであれば絶縁材に成ります。
一方強化材に炭素繊維を使ったCFRPと成りますと、炭素繊維が導電性を示しますので絶縁材料にはなりません。

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Q11.

複合材を用いた構造体の接合方法の多くは接着構造だと聞きますが、強度的に大丈夫なのでしょうか?

A11.

複合材料自体が、強化繊維をマトリクス樹脂で固めた接着構造であると云えます。一般的には設計の際に部材同士の接着強度を測定して、負荷される応力に見合う接着面積を確保するようにしますが、信頼性を高める為にボルトナットで補完するケースもあります。

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Q12.

炭素繊維材料は他の材料に比べて非常に高価ですが、なぜですか? 今後安くなるのでしょうか?

A12.

要因の一つとしては、生産量の違いと云えます。年間生産量でPAN系繊維は約60.000ton、ピッチ系繊維に至っては約1.000tonです。
此れに対して、他の鉄などの慣用材料は十数兆tonと桁違いに生産量が大きいのです。今後、用途開発が進み、量産技術が確立されれば本格的な拡大期を迎えると考えられます。加えて、再生システムも確立されれば、自ずと他の慣用材料の価格に近づいていくであろうと思われます。

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Q13.

サンドイッチ構造とは?

A13.

構造的複合化の代表格は、衛星構造体などに多用される ”ハニカムサンドイッチ(HoneyCombSandwich)構造” や医用機器など用いられる "フォームサンドイッチ(FoamSandwich)構造があります。引張りや圧縮強度より曲げ剛性のような特性が要求される場合、スキン部の剛性が支配的となり内側(コア部)の剛性はZ軸方向のみが必要で、X軸やY軸方向には必要で無くなります。複合材料に於けるサンドイッチ構造(材料)は、この様な特性を利用して剛性や強度をスキン材に負担させつつ、コア材の特徴(軽量・電波特性)を活かした構造(材)と言えます。

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Q14.

ヤング率とは?

A14.

ヤング率(Young'modulus)とは、縦弾性係数のことで弾性範囲で塑性変形を起こす前の単位応力あたり、どれだけ歪むかを表した定数になります。”強さ(こわさ)”、撓み難さ”と言い換えることができます。一般的に、アルミ合金の場合の定数は70Gpa(≒7000Kgf/㎜2)、スチール系で210Gpa(≒21000kgf/㎜㎡)であるのに対して、高弾性繊維を一方向に配した場合、アルミ合金の5倍以上、スチールの2倍近傍の性能が得られます。因みに、ダイヤモンドは1000Gpa超と言われています。弾性率は使用環境や温度(ガラス転移転「Tg」以上)で変化するため、構造体設計時の解析や実際の使用にあたっては配慮が必要です。

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Q15.

複合材には方向性があると聞きますが、どういったことですか?

A15.

繊維強化プラスチックの場合では強化繊維の配列により方向性が決まります。長繊維強化材の場合にはその繊維の向いている方向には繊維の充填率に見合った性能になりますが、繊維の直角方向ではマトリクスとなる樹脂の物性に近い値となります。一般的な炭素繊維一方向強化材の場合では繊維軸方向に対して、その直角方向では1/20程度の性能となります。これに対して、短繊維強化材を使った複合材の場合では多くの繊維がランダム配向となる為、方向性は少なくなります。

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Q16.

衛星構造体や航空機、最近では自動車にもCFRPが使われているようですが、何故CFRPが多用されるのでしょう?

A16.

理由の一つは、抜きんでた特性からです。その特性は、比重・引張強さ・引張弾性率・線膨張係数などに顕著に現れます。衛星構造体に例を挙げると、「太陽に向いてる面は100℃をはるかに超え、反対に太陽に向いてない面は-100℃以下」といった熱応力が同一構造の表裏で伝わる訳です。慣用材では膨張収縮が表裏で異なる為、形状が保持できなくなります。また。比重が1.5~1.7と極めて軽く、比弾性率や比強度が高いため、同一性能であれば小型化が図れ、同一形状であれば格段の軽量化が図れます。
近年、炭素繊維の量産体制が整って来た事や成形技術の改良と相まって、航空機や自動車の燃費(環境性能)の向上の方策の一つとして注目されています。

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Q17.

プリプレグとは?

A17.

カーボン繊維を並べる或いは、織り込んだ生地に熱硬化性樹脂(主にエポキシ樹脂)を体積比率で40%前後含浸させたシート状の基材のことです。プリプレグシート(Preprege.PP)はボビンに巻かれた状態で劣化を防止するため、-10℃~-20℃で保管されます。保管期限は凡そ、6カ月です。保管方法とライフがコストに影響を与えてる要因の一つと言えます。

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Q18.

CFRTPとは?CFRPの一種ですか?

A18.

熱可塑性樹脂をマトリックスとした複合材料のことで、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材(Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics)と言います。補強材として用いられる炭素繊維が短繊維であり、繊維の体積含有率も低くなるため、力学特性はCFRPに比べ低いのですが、成形時間が非常に短く、冷凍保存の必要もありません。更には、リサイクルがより容易などの特性もあり、量産化にも向いている事から、近年力学特性を改善する為の検討(長繊維化)が進められ,自動車用途などへの展開が期待されている。

Q19.

複合材料とはなんですか?

A19.

”composite materrial” の和訳で、強化材(reinfororing element) 母材(matrix)という2種類の素材を組み合わせ作られた材料の名称で、FRPまたは、コンポジットとも呼ばれてます。複合材は大別して、PMC(Polymer Matrix Composite:高分子基複合材料)と、MMC(Metal Matrix Composite:金属基複合材料)、CMC(Ceramics Matrix Composite:セラミックス基複合材)とに分類されます。

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Q20.

複合材料の耐磨耗性は金属材料に比べて良好ですか?

A20.

画一的に比較できません。
磨耗とは、摩擦や研磨などの機械的作用によって、材料が表面から消耗していくことをさしますが、材料の 表面硬度と摩擦係数によって決まります。耐摩耗性を向上させる方法には、表面硬度をあげる方法と摩擦係数を下げる方法があります。表面硬度をあげる手法として、耐摩耗性メッキも有効です。
複合材は金属などの均質材とは異なり、母材と補強材から成りますので、ファクターが多くなります。
材料表面の母材(ポリプロピレンの耐摩耗性はプラスチック中でもすぐれている)と熱特性は勿論、補強材の形態(①長繊維一方向材か②短繊維ランダム方向材か)、更には摺動方向(①繊維と摺動方向が直角、②繊維と摺動方向が平行、③繊維断面)により、磨耗性は異なります。

Q21.

複合材料は真空下で使われた例はありますか?

A21.

宇宙環境の例では、人工衛星のベースパネル、太陽電池パネルの部材などに多用されています。
一方、半導体製造装置で使用する真空チャンバーなどの高真空環境下では、マトリックス樹脂から発生するOut-Gas特性をクリアする必要があり使用に際してはマトリックス樹脂の選定など制限があるケースが有ります。

Q22.

金属複合管はCFRP管より剛性が高い?また、金属とCFRPの界面は接着剤か?

A22.

総じてCFRP管の方が優位です。
当社では金属複合管の一つの手法を実用新案として取得していますが、開発した目的は耐薬性能を上げるなどの表面改質です。金属複合管は内筒:CFRP+外筒:金属の複合構造(ハイブリッド構造)です。
金属複合管の製造には5つの手法があります。その手法全てに云えることは、外筒と内筒の剛性按分(厚み比率)だと云うことです。鋼材のヤング率は概ね206GPaですが、高剛性繊維を100%製品長手方向に配向した場合、設計上400GPaになります。加算して、600GPaとはなりません。5つの手法の内、3つは界面に接着を介さない手法です。また、金属との複合化以外にも熱可塑性樹脂との複合化の可能です。

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Q24.

CFRPは電蝕しますか?

A24.

電蝕が起きると考えるべきだと思います。
一般的に金属材料に起きる電気的化学的な腐食のことですが、使用環境(高温高湿雰囲気下)にも拠りますが、炭素繊維自体は緩やかな導電性を示しますので、CFRPにタップを切り、金属ボルトで締結した個所などは”電蝕防止対策”が必要と思われます。

Q26.

CFRPは塩ビやカイダックのように、曲げたり絞ったりは出来ますか?

A26.

出来ません。CFRTPであれば曲げ加工は可能ですが、絞り加工は不可です。
CFRP,CFRTPも塩ビやカイダック(アクリル変性高衝撃塩ビ:以降、変性塩ビと呼ぶ)と同じ”プラスチックス”に分類できますが、CFRPは”熱硬化性”樹脂が母材で、CFRTPや塩ビ、変性塩ビは”熱可塑性”の樹脂になります。CFRPは塑性変形を起こしませんので、硬化後の板などを曲げることは出来ないのです。
但し、CFRTPと云えども、絞り形状は母材の樹脂は変形しても強化材である繊維がその形状に追従することはないため、不可となります。CFRPの曲げ形状品や絞り形状品を造形するためには、最終形状を一時に成形するか複数のパーツに分けて接着接合する必要があります。

関連項目

Q1.

輸出は可能ですか?

A1.

輸出は輸出貿易管理令(輸出令)の基準をクリアーした商品であれば、可能です。輸出に際しては、経済産省の輸出許可が必要です。当社は輸出業務は行っておりません。お客様の輸出に当たって、輸出管理令の基準に則り、製品の「該非判定書」の作成は有償でいたします。