航空宇宙用途の炭素繊維

航空宇宙は変化と革新に満ちた産業です。航空宇宙エンジニアは、飛行をより安全で持続可能なものにするために取り組んできました。その結果、飛行機、ヘリコプター、さらには宇宙シャトルでも炭素繊維複合材料が使用されるようになりました。

炭素繊維は、長くて薄い結晶に配列された炭素原子からなる材料です。これらの結晶の配列により、炭素繊維は人間の髪の毛よりも薄い太さで非常に強くなります。炭素繊維とエポキシを組み合わせることで、多くの産業で広く使用されている強力で軽量な複合材料が作成されます。

航空宇宙における炭素繊維の利点

炭素繊維は、エポキシで成形できるユニークな素材で、金属では実現できない形状や、複数の部品を溶接して弱点を作ることなく、ほぼすべての形状に成形できます。このため、カーボンファイバーは、シートからフレームまで、航空宇宙で使用される用途の広い素材です。しかし、なぜ航空宇宙で炭素繊維複合材料を使用するのでしょうか？航空宇宙での用途に関して、炭素繊維の利点のいくつかを次に示します。

軽量

おそらく、航空宇宙用途向けの炭素繊維の最大の利点の1つは、その軽量さです。航空宇宙の重量は、燃料消費に大きな役割を果たすため、重要です。飛行機、ヘリコプター、またはスペースシャトルが軽いほど、それを空中に出すために必要な燃料は少なくなります。さらに、より軽い飛行機はより少ない燃料でより遠くまで移動できます。つまり、給油の停止が少なくなるか、まったくなくなります。燃料消費量は、コストだけでなく環境への配慮においても非常に重要な要素です。

耐久性

炭素繊維の強度対重量比は驚異的です。引張強度が高いため、引張りによる破損に対して非常に耐性があります。航空宇宙では、炭素繊維コンポーネントが事故の生存性を向上させるのに役立ちます。

金属ハイブリッド化合物

航空宇宙における炭素繊維の欠点の1つは、導電性がないことです。つまり、電気を通しません。飛行機は落雷の影響を受けることが多いため、落雷から電気を放散し、計画内の人を保護するために、飛行機の外殻は電気を通すことができる必要があります。現在、炭素繊維は、導電性を助けるために導電性の金属ワイヤー、フォイル、およびメッシュで埋め込むことができます。ただし、他の利点を損なうことなく炭素繊維を導電性にするために、ハイブリッド複合材料を含む新しいアプリケーションが開発されています。

耐食性

特定の金属が接触すると、それらは互いに腐食する可能性があります。炭素繊維は、金属やそれ自体と接触しても腐食を引き起こしません。これは、航空宇宙で炭素繊維を使用すると、金属部品の寿命を延ばすことができることを意味します。

耐薬品性

炭素繊維は、化学物質への暴露に対してもかなり耐性があります。強力な化学物質にさらされても、他の材料のように弱くなったり、腐食したり、バラバラになったりすることはありません。

耐熱性

ほとんどの金属は、それらが置かれている環境の温度に基づいて膨張および収縮します。航空宇宙では、金属部品は離着陸中に数分以内に非常に急激な温度変化にさらされます。炭素繊維などの複合材料は、急激な温度変化にさらされても劇的に伸縮しないため、金属よりも耐久性があります。

航空宇宙用炭素繊維部品

今日、さまざまな複合材料が現代の航空機の約40％を占めています。しかし、航空機のどこで炭素繊維複合材を使用していますか？

炭素繊維は、航空機のほぼすべての場所、特に飛行機で使用されてきました。たとえば、ボーイング787ドリームライナーの旅客機は重量で50％の複合材料で構成されており、複合材料のほとんどは炭素繊維ラミネートまたは炭素繊維サンドイッチです。炭素繊維材料は、飛行機の胴体、つまり本体、および翼と尾の一部を構成します。ボーイングは、燃料効率に加えて、炭素やその他の複合材料を使用すると、金属のように腐食したり疲労したりしないため、メンテナンスが少なくて済むと指摘しています。メンテナンスが少ないということは飛行時間が長くなることを意味し、炭素繊維飛行機の収益性を高めます。

カーボンファイバーは、ローターブレードやテールなどのヘリコプターの金属部品の代わりにも使用されます。また、楽器の筐体、ドア、シートなどの内装部品にも適用されます。カーボンファイバーを小さな方法で使用しても大きな違いは感じられないかもしれませんが、重い材料を取り除くと重量の違いが増える可能性があります。さらに、カーボンファイバーは腐食や疲労に強いため、楽器の筐体に使用すると、それらの楽器の使用が長くなり、損傷から保護されます。

PCMIの炭素繊維鋳造ソリューション

炭素繊維に対する1つの障壁は、多くの場合、そのコストです。ただし、PCMI Manufacturingは、より低コストの材料とより速いサイクルレートを使用する独自の炭素繊維鋳造プロセスを提供します。私たちのプロセスは、平均して、従来の製造方法に比べて20〜30％のコスト削減を実現します。

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