炭素繊維強化プラスチック（CFRP）

CFRP

炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は、高性能のレースカーで長い間使用されてきました。ただし、コンポーネントのコストと製造時間により、CFRPは民生用アプリケーションにとって法外なものになっています。しかし、それは変わりつつあります。

強力で軽量

炭素強化プラスチック製の部品は、鋼よりも12倍多くのエネルギーを吸収でき、安全性が向上します。 CFRPは、スチールの50倍、アルミニウムの30倍軽量であるため、CFRPを使用して製造された自動車の燃費は大幅に向上します。したがって、温室効果ガスの排出量が削減されます。 BMWは、フォーミュラワンのレースカーからハイエンドの消費者向け車両へのギャップを埋めるi8およびi3カーを「乗用車」に依存しています。

2025年までに1ガロンあたり50マイル

米国環境保護庁とともに国道交通安全局によって設定された基準では、2025年までに自動車が1ガロンあたり50マイル以上を達成する必要があります。

高速サイクルタイム

CFRPを自動車部品に適したものにするためには、速いサイクルタイムと予測可能な強度が必要です。これらの部品には、パネル、バンパーガード、ダッシュボードなどの部品だけでなく、ボンネットの下の部品も含まれます。そして今日、ダッシュボードはミルクジャグを作るのと同じくらい速く作ることができます。

樹脂充填チョップドグラスファイバー

1950年代以降、自動車業界では、プラスチック製の自動車部品を強化するために、樹脂を充填したガラス繊維のみじん切りを使用してきました。現在、ガラス繊維とCADソフトウェアを使用して、SUVトラックの厳しい基準を満たすガラス充填アンダーボディオイルパンを構築することが可能です。そしてこれは、経済的要件を満たすために必要な速度を備えています。しかし、繊維充填樹脂には新しい革命があります。射出成形可能なプラスチックを充填した炭素繊維です。これはガラス充填樹脂よりもはるかに強力で、重量もはるかに軽いです。

炭素繊維強化プラスチックの特性

• CFRPは導電性です。これはプラスまたはマイナスの可能性があります。たとえば、ガラスは絶縁体であるため、公益事業業界では多くの製品をガラス繊維で製造する必要があります。はしごはグラスファイバーで作られています。
• CFRPの重量はグラスファイバーよりも軽いです。
• CFRPの重量は軽いですが、ガラス繊維複合材よりも強度と剛性が高くなっています。金属と比較した場合、鋼と同等の強度のCFRP部品は、その金属の1/5の重量になります。また、アルミニウム部品の重量は、同じ強度の同等のCFRP部品の1.5倍になります。
• コスト：CFRPは現在非常に高価です。

炭素繊維強化プラスチックの用途

• 自動車：2019年、GMはシエラデナリピックアップに強力なカーボンファイバー製トラックベッドを導入しました。ボンネットの下の部品もCFRPで作られています。
• スポーツ用品：軽量で強度があるため、ゴルフシャフト、スキー、スノーボード、ラケット、釣り竿、ホッケースティック、バット、ヘルメット、自転車のほか、スポーツ用品のさまざまな用途に使用されます。
• 風力タービンブレード：CFRPの強度と剛性により、より長く、より軽く、より強力な、より細い風力タービンブレードが可能になります。結果として得られるブレードは、より空力的に効率的です。したがって、CFRPで作られたブレードは、より低いエネルギーコストを提供します。
• 航空宇宙：エアバスA350 XWBは翼桁と胴体コンポーネントを含めて52％CFRPですが、ボーイング787ドリームライナーの重量比は50％CFRPです。エアバスA380は、CFRP製の中央ウィングボックスを備えており、滑らかな輪郭の翼断面を持つことができます。この連続的に流れる断面により、空力効率が向上します。スペースシップワンはCFRPコンポーネントでさえ作られました。
• 医療：CFRPは放射線透過性であり、X線に対して透明であり、X線画像上で黒く表示されます。手足をサポートする画像構造にも使用されます。
• 軍隊：軍隊は、ロケットおよびランチャーシステムのプラットフォームと構造にCFRPを使用しています。これは、軍用輸送機や野戦病院などの軍事インフラストラクチャのコンポーネントを作成するために使用されます。この素材は、強度を犠牲にすることなく軽量化する保護用ヘルメットやその他の個人用ギアにも使用されています。飛行機やミサイルでさえ、その構造にCFRPコンポーネントが含まれています。