マイクロファイバー注入樹脂「MIR-170」、ワンステップ成形でステンレス部品を82%軽量化・90%コスト削減

スポーク・マテリアルズのMIR-170強化液体複合材で製造された複合材ケミカルタンクベース部品は、重量わずか180ポンド（約82kg）で、1,000ポンド（約454kg）超のステンレス鋼部品を置き換えた。 CW 写真 | スコット・フランシス

新興樹脂技術企業スポーク・マテリアルズ（米国インディアナ州インディアナポリス）は、ミルテック社（米国インディアナ州フォートウェイン）が開発した成形・鋳造用樹脂、構造用接着剤、ペースト、パテのラインを取得。スポークはこの先進複合材を改良・再発売し、長繊維を用いるRTM、ハンドレイアップ、インフュージョンなどの従来工法に代わる選択肢を提供する。スポーク・マテリアルズCEOのジョー・ロック氏によれば、MIR製品ラインは多くの精密部品で労働力、原材料コスト、生産時間を削減できるといい、これらの製品は追加補強や高価な工具を必要としない。

ガラスマイクロファイバーをビニルエステル樹脂に浸透

スポークのアプローチは、AOCアリアンシス（米国テネシー州コリアビル）のビニルエステル樹脂を使用し、スポーク・マテリアルズの特許「マイクロファイバーインフュージョンプロセス」で改質してMIR製品を開発するもの。スポークの技術はまずガラスマイクロファイバーを独自プロセスで処理し、その後ビニルエステル樹脂に浸透させる。これにより、シングルステップ/シングルポア（一回注入）成形プロセスで強度、衝撃・耐摩耗性、性能、耐久性を向上させる。

「これらの製品は長繊維の『代替品』ではありませんが、手作業が多くなる、または複数材料が必要になる精密用途、モールドイン機能、厚肉断面では有力な代替案になります」とロック氏は説明。「場合によってはそれらのプロセスを置き換え、コストを半分に、場合によっては最大85%削減できます。」

高価な金型を安価なツーリングボードに置き換え可能

ほとんどの場合、MIR製品によるシングルポアアプローチにより、高価な金型をポリウレタンやファイバーグラス製ツーリングボード製モールドに置き換えられ、さらなるコスト削減が可能。また、製品は常温硬化し、機械加工・フライス加工が可能で、耐薬品性・耐食性を備える。

実例：ケミカルタンクベースで劇的な改善

スポークの技術の一例は、1,000ポンド超のステンレス鋼部品を置き換える複合材ケミカルタンクベース。ロック氏によれば、新MIRベース部品はわずか180ポンド（元比82%軽量）、製造時間を4-5日から数時間に短縮。さらに複合材版は耐食性・耐薬品性を備える。

タンクベースは、厚肉部品・厚肉断面用途向けに特別に設計されたスポーク・マテリアルズのMIR-170で製造。低発熱製品により、内部クラックリスクを低減しながら最大3インチ厚の複雑・精密部品を製造可能。

「厚肉断面ではクラックやクレージングが発生したり、適切に硬化しなかったりすることが多々あります」とロック氏。「MIR-170はスポークのControlCureテクノロジーを利用し、部品が均一に硬化するようにしています。」

元のステンレス部品は製造コストが高いだけでなく、輸送コストも高く、設置・メンテナンスには重機が必要だった。複合材版なら1-2人の作業員で設置可能。さらに製造コストは90%削減される。

新市場開拓の可能性

ロック氏によれば、このタンクコンポーネントはスポークの技術がいかに新用途を可能にするかの例だ。鋼鉄でケミカルタンク部品を製造してきた顧客にとって、複合材ソリューションは新市場を開く。建築分野では、腐食した石造装飾の修復に非常に効果的なソリューションとなりつつある。従来工法では数週間かかり、工期遅延とコスト増の原因になっていた。スポークのソリューションなら、古い部品を取り外して再組立てし、新しいモールドを鋳造、MIR材料で注入するだけで済む。

MIR材料が万能ソリューションではないことは確かだが、多くの用途でコストと時間の節約になる。ロック氏によれば、スポーク・マテリアルズ製品を使う鍵は「材料と用途のマッチングを理解すること」だ。「顧客がモールドを作り始める前、アプリケーションのフロントエンドに入り込むよう常に努めています」とロック氏。「何に効くかを理解し、最初からその変更を行うことが重要です。」