短炭素繊維コンパウンドは、熱可塑性複合材料の範囲を拡大します

射出成形用に特別に配合された短炭素繊維強化熱可塑性（CFRTP）化合物のファミリーは、さまざまな部品サイズと複雑さで熱可塑性複合材料の機能を拡張するために使用されています。興味深いことに、これらの材料は、スポーツ用品や自動車部品から医療機器や航空宇宙部品に至るまで、さまざまな用途で金属だけでなく、長繊維熱可塑性（LFT）複合材料（ガラス繊維または炭素繊維）よりも優れていることが示されています。

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モルダーがコンパウンダーに変わった

材料は、三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズ株式会社（MCAM、東京、日本）によって処方および販売されています。 MCAMは、過去10年間に親会社が買収した以前は別々だったいくつかの事業を組み合わせたものです。これらには、ガラスマット熱可塑性プラスチック（GMT）と有機シート複合材料、および熱可塑性プラスチック加工形状の生産者である旧Quadrant AG（スイス、レンツブルク）、および開始したPiper Plastics Inc.（チャンドラー、アリゾナ州、米国）が含まれます。射出成形機および精密機械加工部品の製造者としての生活を経て、後にカスタムCFRTP配合に拡大しました。最初は独自に使用し、後で他の成形機に使用しました。

2012年頃、Piperは、航空宇宙およびスポーツ用品/娯楽機器の顧客ベースにサービスを提供する中型のカスタム射出成形機でした。会社のリーダーシップは部品製造ビジネスを成長させたいと考えていましたが、2つの課題がありました。第一に、チームがより高性能な市場セグメントで競争することを可能にするだろうとチームが感じた種類の化合物を調達するのに苦労していました。第二に、同社は自動車市場への参入を望んでいましたが、主要なプログラムで競争するのに十分な成形能力がありませんでした。

最初の問題は、さまざまなベース樹脂と繊維サイジング技術に焦点を絞った研究開発努力を適用することによって解決され、KyronMAXと呼ばれる高性能の射出成形可能なCFRTPコンパウンドのファミリーの開発につながりました。これらの材料は、ポリアミド6/6（PA6 / 6）、ポリフタルアミド（PPA）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリアリールエーテルケトン（PAEK）などのマトリックスを短いチョップドカーボンファイバーで強化したものです。これらのコンパウンドは、高い熱性能、幅広い耐薬品性、優れた機械的特性、低い火炎/煙/毒性（FST）値を提供するものであり、短いガラス繊維強化および鉱物充填射出成形グレードに代わるものとして配合されました。 LFTコンパウンド（平均開始繊維長は13ミリメートル）、さらには金属。

「データシートでは、LFTコンパウンドはより強力に見えますが、多くの場合、短炭素繊維技術で埋めることができる種類の部品形状を埋めることができません」と、MCAMキーアカウントマネージャーであるコンポジットのAlexWojtysiakは説明します。 「フローが非常に高いため、複雑なジオメトリをより適切に埋めることができます。そのため、コンパウンドは劇的に強力なパーツを生成します。」

「私たちが幅広いCFRTP化合物の作成に着手したのはそれほど多くはありませんが、それぞれが特定の顧客の特定のニーズを満たすために開発されました」と、MCAMグローバル複合材料技術マネージャーのClintNewellは付け加えます。 「私たちの製剤能力が成長するにつれて、私たちは新しい市場に参入し、新しい顧客に会い、彼らが何を必要としているかを尋ね、それらのニーズを満たすための完璧な化合物の作成に着手しました。」

当然のことながら、これらの化合物は最初に によって処方されたためです。 成形機 成形機であり、加工を容易にし、一貫して高品質で性能の高い部品を生み出す特性を提供するように設計されています。 「KyronMAX製品ラインを策定して、壁のセクションが厚いか薄いかに関係なく、より高い流れと繊維の相互作用、より低い内部応力、より少ない異方性、より強いウェルドライン、より少ないシンクマーク、反りの傾向の減少、およびより高い寸法精度を提供します。」 MCAM R＆DディレクターのDaveWilkinson氏は次のように述べています。 「当社の配合作業と独自のサイジング技術に加えて、これらの材料をより効率的に使用するために独自のプレス修正も行いました。」

なぜ珍しい製品名？ 「古代ギリシャ神話では、カイロン（別名カイロン）はケンタウロスであり、人間でもありました」と、MCAMの最高イノベーション責任者であるランディホワイトは説明します。 「カイロンは、彼のユニークな個人的なスキルを使用して、彼の獣の性質を超えました。私たちはそれを、半分が炭素繊維で半分が樹脂である私たちの化合物に例えました。馬のように強く、人間のように賢く、加工が簡単です。」

配合の専門知識が高まるにつれ、同社は2016年にパイパーを買収した三菱ケミカルホールディングスグループ（MCHC、東京、日本）の注目を集めました。MCHCはすぐにアリゾナの配合ラインのサイズを拡大するために数百万ドルの巨額の投資を行いました。 、操作を自動化し、独自の炭素繊維サイジングおよびチョッピング技術を取り入れて、KyronMAXコンパウンドをより速く、より一貫性と効率で生産できるようにします。その後、ミシガン州に2番目、日本に3番目の配合ラインが設置されました。この拡張された容量は、KyronMAXグレードが北米とアジアで自動車ビジネスをめぐって競争できることを意味しました。他の市場も続いています。

拡張された製品の提供、新しい市場機会

現在、より大きな生産能力と幅広いポリマーおよび炭素繊維材料へのアクセスにより、MCAMチームは一連の新製品の開発に忙しくしています。そのうちのいくつかは自動車市場向けに特別に配合されています。最も興味深いのはKyronMAXES 4240で、これは414 MPa（60,000 psi）の引張強度の障壁を打ち破った世界初の短炭素繊維射出成形コンパウンドであると言われています。デトロイト郊外で開催された2019SPE Automotive Engineered Plastics Conference（AutoEPCON）で紹介されたこのグレードは、40％繊維重量分率（FWF）の炭素繊維強化PPAであり、引張弾性率値41.2 GPa、曲げ弾性率値も提供します。 34.5GPaの曲げ強度値は552MPaです。 PPAは、従来のPA6およびPA6 / 6よりも優れた耐熱性と幅広い耐薬品性を備え、加水分解の傾向がはるかに低い特殊なポリアミドです。

2019 SPE AutoEPCONで導入された他の自動車グレードには、ボンネット下の用途向けに特別に開発された高温炭素繊維強化PPAグレードが含まれます。そのグレードはガラス転移温度（T _g ）およびPEEKに匹敵する連続使用温度（CUT）ですが、成形が容易です。自動車や小型家電などの大量生産産業のコストに敏感であることを考えると、チームがポリプロピレン（PP）ベースのKyronMAX製品にも取り組んでいることを知っても当然です。

製品ラインが拡大するにつれて、これらの材料が使用される市場も拡大しています。長年望まれていた自動車事業に加えて、同社は現在、医療機器（耐久性と使い捨ての両方）、小型家電製品、家電製品（金属製の交換用ケース/カバー）を提供しています。レーシングバイク、マウンテンバイク、ゴルフクラブ、銃器、複合弓、その他のアーチェリーパーツへの応用を含むように成長したスポーツ用品業界と同様に、航空/航空宇宙は依然として重要です。金属射出成形（MIM）アルミニウムおよびマグネシウムと同様の線熱膨張係数（CLTE）値を提供するいくつかの製品により、チームは、ますます多くのアプリケーションで金属に取って代わっています。 。

次は何ですか？ MCAMチームは、世界中のより広範な三菱組織にアクセスできるため、さまざまな補強タイプと長さで、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂にまたがる幅広い複合材料ポートフォリオを表すテクノロジーにアクセスできます。たとえば、別の三菱グループは、分割およびチョップドトウ炭素繊維強化鍛造成形コンパウンドを製造しています （FMC）は、短いガラスまたは炭素繊維強化SMCと連続炭素繊維強化プリプレグの間の性能と処理のギャップを埋めるのに役立つ高度な形態のシート成形コンパウンド（SMC）です。さらに別のグループは、炭素繊維強化プリプレグおよび速硬化型プリプレグ圧縮成形（PCM）材料を製造しています。

MCAM自体の中で、商業化が近づいているもう1つのテクノロジーは、熱可塑性プラスチックを使用した新しいテキスタイルファミリー（不織布、織物、一方向）で強化されたドライプリプレグです。 KyronTEXと呼ばれる行列。これらの製品は現在、戦略的にサンプリングされています。

最後に、昨年の夏、MCAMはcarbonNXTGmbHと姉妹会社CFKValley State Recycling GmbH and Co. KG（両方ともドイツのヴィシュハーフェン）を買収し、グループの製品提供に炭素繊維リサイクル技術の完全なラインをもたらしました。 MCAMチームは、適格な市販製品に先立って、リサイクル炭素繊維を使用して複数の処方をテストしていると言われています。