4M、プラズマ酸化技術で大径炭素繊維製造のブレークスルー実証
4Mカーボンファイバー(米国テネシー州ノックスビル)は4月23日、特許取得済みのプラズマ酸化技術を用いて、比較的大径のフィラメントを持つ炭素繊維の製造に成功したと発表しました。パートナーの一つであるドラロンGmbH(ドイツ・ドーマーゲン)供給の繊維グレードポリアクリロニトリル(PAN)前駆体を使用しました。
4Mとドラロンは、低コスト繊維グレードPAN前駆体を共同開発し、直径約9.6μmのフィラメントを持つ10Kトウ炭素繊維の製造が可能になりました(一般的な繊維は6〜7μm)。前駆体の予備作業では、炭素繊維製造の酸化工程で滞在時間52分を達成したとしています。4Mによれば、これは従来の酸化技術による商用(小径)PAN前駆体の酸化と比較して大幅に高速です。繊維グレードPANで材料特性の更なる向上とプロセス最適化を継続中です。
4Mによると、これまで大径炭素繊維が量産されてこなかった主な理由は、酸化段階に関連する課題にあります。従来の酸化技術では、大径フィラメントには長い滞在時間と追加エネルギーが必要で、経済的に採算が取れない炭素繊維になります。また、従来の酸化で導入される欠陥により、大径炭素繊維は性能が劣る傾向があります。これらの理由で、炭素繊維メーカーは大径商用炭素繊維を提供していません。
大径炭素繊維の利点は、低コストと高性能だと4Mは主張します。より大径のフィラメントは、前駆体生産から炭素繊維変換まで製造プロセス全体でコスト削減をもたらし、最も顕著なのは質量スループットの増加です。これをドラロンが通常生産する低コスト前駆体と組み合わせると、総コスト削減は大きくなります。
炭素繊維は高い引張強度で知られますが、圧縮強度は特にガラス繊維と比較して高くありません。しかし4Mによれば、大径炭素繊維は圧縮強度を大幅に高めることができます。この面での進歩は、風力タービンブレードなどの既存市場の成長と新たな用途を可能にするとしています。
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