2024年注目の複合材料製造技術トップガイド

2024年までに世界複合材料市場は約1,308.3億ドルに達すると予測されています。米国ではガラス繊維補強だけで2017年に21億ドルの成長を記録しました。

あらゆる産業が、より軽量で強靭、耐久性に優れたコンポーネントを実現するため、複合材料への転換を加速しています。製造方法の選択は、材料、設計意図、最終用途に依存します。

以下に最も広く採用されている技術を紹介します。それぞれが特定のユースケースに独自の利点を提供します。

1. 手積み成形（ハンドレイアップ）

ハンドレイアップは熱硬化性複合材料の基礎的技術であり続けています。職人がプリプレグまたはドライファイバー積層を金型に手作業で配置し、刷毛塗り（ウェットレイアップ）またはスプレーで樹脂を塗布、その後スタックを硬化させます。

2. オープンモールディング（接触成形）

オープンモールディングはFRP部品のコスト効率に優れたプロセスです。離型剤とゲルコートで処理した金型に、スプレーアップまたはハンドレイアップで材料を積層。その後の圧縮、コア挿入、最終スプレーアップ層で堅牢なラミネートを形成し、常温で硬化させます。

3. 樹脂注入工法

生産加速と部品品質の一貫性向上のため、多くのメーカーが手作業レイアップから自動樹脂注入技術へシフトしています。

樹脂移送成形（RTM）

ドライ補強材をクローズドモールドに配置し、低粘度樹脂と触媒を混合して制御圧力で注入。オートクレーブ不要で高品質部品を生産可能です。

反応注入成形（RIM）

RTMとは異なり、RIMでは樹脂と触媒を別々のストリームとして注入。化学反応が金型内で開始され、迅速な部品形成を可能にします。

真空支援樹脂移送成形（VARTM）

VARTMは真空を利用して樹脂をプリフォームへ引き込み、加熱や高圧を不要とします。低工具コストで複雑な大量生産部品の製造に最適です。

フィラメントワインディング

フィラメントワインディングは連続的・高度自動化されたプロセスで、連続繊維ストランドを回転するマンドレルに巻き付けます。コスト効率に優れ、ゴルフクラブシャフト、圧力容器、釣り竿など円筒形部品に広く採用されています。

プルトルージョン

プルトルージョンはドライファイバーを樹脂槽に通し、その後加熱ダイスを通すことで、インラインで硬化する連続プロファイルを形成します。結果として滑らかで、後処理最小限の即使用可能コンポーネントが得られます。

チューブローリング

チューブローリングは、ファイバーパターンを表面に配置しマンドレル上で圧縮することで、小径のテーパー付きまたは円筒形チューブを構築。工程繰り返しでチューブ長と曲げ強度を付与します。

圧縮成形

熱硬化性樹脂の大量生産に最適。シート成形化合物を用いて加熱金型で部品を形成。自動車メーカーは炭素強化シートモールディング化合物を模索し、優れた剛性重量比を活用しています。

射出成形

高速・低圧で、充填熱可塑性樹脂に最適。典型的なサイクルタイムは1〜5秒で、時間あたり数千個の生産が可能。自動BMC射出成形が特定市場で金属鋳造に取って代わっています。

複合材料製造における重要な考慮事項

複合材料製造は材料を形作るだけでなく、その性能特性をも定義します。製造者は適切な個人防護具の着用と、繊維と樹脂に関連する健康リスクを軽減するための全社的な監視プロトコルの実施により、安全性を最優先しなければなりません。

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