RWTHアーヘン大学ITA、先進ファイバーコーティングラインとカーボンファイバー研究を発表──JEC World 2020向け

編集者注：CompositesWorldはJEC World 2020（3月3-5日予定）に向けた複数の新製品・技術発表を受領。同展は5月に延期となったが、CWは受領した発表を公開する。これはその1つ。

RWTHアーヘン大学繊維技術研究所（ITA、ドイツ・アーヘン）は、アーヘン統合軽量構造センターの共同ブースで、ガラス・カーボンファイバー生産の革新を発表。

マルチファイバーコーティングシステムのライブデモ

ブースでライブ実演：ITAのマルチマテリアルファイバーコーティングラインが、さまざまな材料のロービングをコーティング/含浸し、熱可塑性樹脂とカーボンファイバーからトウプレグ（プリインプレグネートドロービング）を製造。トウプレグはワインディングやブレーディングで加工可能。用途例：自動車・航空宇宙分野のドライブシャフト。

このシステムは幅広い用途に対応し、高速アウトプットが可能。最高処理温度400°Cで高温熱可塑性樹脂も処理可能、ラボスケールで多様な材料を迅速にテスト可。熱硬化性・熱可塑性両方処理可能。現在の生産速度は5m/分（材料とライン構成依存）、産業スケールへのスケールアップ可能。直径5mmまでの円形断面トウプレグ、幅20mmまでのテープ状形状を生産可能（速度5m/分、材料・構成依存）。

カーボンファイバー生産研究

また、コア研究領域の1つであるカーボンファイバー生産も紹介。ITAは年間1トン未満の連続パイロットスケールカーボンファイバー生産プラントを保有。比較的小規模で材料投入量が少ないため、新しい安定化・炭化プロファイルの開発や新ファイバーサイジング試験に理想的。

カーボンファイバー生産研究の現在の主目標は、安定化時間を初期50分から約21分に短縮すること。結果のファイバーは東レT700レベル。

カーボンファイバーコスト削減の別アプローチとして、ポリエチレン（PE）など代替原料の使用がある。これによりカーボンファイバー価格を約50%削減可能。既存の紡糸・スルホン化プラントにより、ITAはポリオレフィンベース低コストカーボンファイバー生産を扱う主要研究機関の1つとなっている。

テキスタイル技術とフォトニクス

CFRPコンポーネントは、硬化・穴あけ済みCFRPコンポーネントに接着剤で固定されるファスナーで組み立てられることが多い。ITAによれば、ファスナーをテキスタイルプリフォームに統合し、最終CFRPコンポーネント製造のための追加硬化プロセスを行うことで、生産プロセスチェーンを短縮し、接合性能を少なくとも50%向上可能。これにはファスナー用の高精度テキスタイル切り抜きが必要。

NRWベースプロジェクト「CarboLase」（OP.EFRE助成）では、レーザー材料加工が自動プリフォーミングプロセスに初めて統合された。プロセスの新規性は、材料に優しい超短パルスレーザーを使用し、テキスタイルを熱的に損傷させずに加工すること。

フレキシブルロボットセルで技術を統合することで、コンポーネント形状とバッチサイズに依存しない、統合ファスナー付きCFRPコンポーネントのジャストインタイム生産が可能に。新プロセスチェーンでデモンストレーターを全自動生産。統合ファスナー付きBピラーセグメントのデモンストレーターを以下に示す。

この技術は、RWTHアーヘン大学繊維技術研究所（ITA）が、アンフォス社、コールハーゲ・ファスナーズ社、ルノブ・インテグレート・レーザー・ソリューションズ社、フラウンホーファー・レーザー技術研究所（ILT）と協力して開発。

高速プリプレグフィラメントワインディング

ITAは多くの産業でフィラメントワインディング技術に取り組み、独自のマルチフィラメントワインディング技術も開発。主利点は、多数の繊維（ITA施設では48本）を同時ワインディング可能で、処理速度を50倍向上、1パスで100%カバレッジ実現。

ZIMプロジェクト「MFWOptiPreg」でF.A.クンパース社と共同開発した高品質プリプレグにより、作業速度をさらに向上。最適化されたタック（粘着性）と繊維破断抑制、高速ワインディングと高品質製品を実現。フィラメントワインディングは、所望方向（0°≤θ<90°）への繊維配向という利点を持つ。

品質製品の例として、これらのプリプレグは圧力容器とねじりシャフト製造で試験済み。開発済みプリプレグはすでに市場投入されている。