繊維配向とは何か、なぜ重要なのか?

複合材料は、各材料の個々の制限を克服し、全体的により強力な製品を作るために一緒にされた2つ以上の異なる材料の異種混合物です.複合材料の最終的な特性は、最終的には材料の物理的および化学的特性に依存します。

ただし、一般的に言えば、複合材料は繊維を追加することで機械的に強化できます。強度、弾力性、および製造可能性はすべて繊維強化によって強化されますが、その程度は繊維自体の位置または繊維の向きによって異なります。

しかし、繊維配向は最終用途における部品の品質と性能にどのような影響を与えるのでしょうか?ここでは、繊維配向について知っておく必要があるすべての情報と、エンジニアにとって重要な考慮事項について説明します。

繊維配向とは

射出成形における繊維配向とは、繊維強化ポリマー複合材料の最適な構造配置を促進するために個々の繊維を配置する方法を指します。射出された材料が金型を通過すると、結果として生じる繊維の配列によって金型キャビティの形状が変化し、機械的特性に直接影響します。

繊維強化ポリマー複合材 (FRP) は、ポリマー マトリックス、繊維強化材、微細界面領域の 3 つの部分で構成されています。典型的には熱硬化性または熱可塑性のポリマーマトリックスは、射出成形中に強化繊維を適所に保持する結合剤です。また、耐薬品性やクリープなどの複合材の劣化特性も決定します。マトリックスが肉であり、繊維強化が骨である場合、それらは一緒になって強い手足または複合体を形成します.

FRP は、高い機械的性能、耐食性、耐摩耗性、耐久性、および設計の柔軟性で知られています。これらの理由から、繊維強化ポリマー複合材料は、航空宇宙、生物医学、海洋分野で幅広い用途がありますが、特に歯科業界で人気があります.

エンジニアは、さまざまなマトリックスと強化繊維を組み合わせて組み合わせることで、繊維強化ポリマー複合材をカスタマイズして、目的の効果を実現できます。繊維配向は、エンジニアが射出成形材料を強化する主な方法であり、FRP の成功の秘訣です。

ガラスと炭素繊維

繊維強化ポリマー複合材料は、その複合材料と同程度の強度しかありません。これは、ポリマー マトリックスや繊維強化材にも当てはまります。ポリエステルやエポキシなどの熱硬化性樹脂で作られたマトリックスは、高い寸法安定性と熱安定性、および耐溶剤性を備えています。一方、ポリエーテル エーテル ケトン (PEEK) のような熱可塑性樹脂は、この場合、熱硬化性樹脂よりも強靭であり、このポリマー マトリックスで作られた複合材料は、より脆くなりません。

繊維強化材料は、部品の複合密度、機械的特性、および電気伝導率と熱伝導率に大きな影響を与えます。一般に、射出成形で使用するのに最適な種類の繊維はガラスとカーボンです。

ガラス繊維は手頃な価格で、高い引張降伏強度と高い耐薬品性/耐熱性を備えています。また、優れた絶縁体であり、電気用途に最適です。また、ガラス繊維複合材は、非ガラス繊維プラスチックよりもはるかに高い引張弾性率を持っています.

炭素繊維には、ポリアクリロニトリル系 (PAN) 炭素とピッチ由来炭素の 2 種類があります。炭素繊維は熱伝導性が非常に高く、線熱膨張係数が小さいです。また、高い引張強度と弾性率に加えて、高い疲労強度も備えています。

炭素繊維の欠点には、比較的コスト効率が悪く、耐衝撃性が低く、高熱の存在下で酸化することが多いという事実が含まれます。さらに、炭素繊維の高い電気伝導率は、保護されていない機器で不要な放電を引き起こす可能性があります。

複合材の繊維配向が重要なのはなぜですか?

複合材料内では、繊維配向が部品の強度に大きな影響を与える可能性があります。繊維強化複合材の最も一般的な配向は、単方向、ランダム、双方向、および多方向の 4 つです。材料内の繊維の方向に関係なく、繊維配向は射出成形部品の機械的および化学的特性を劇的に向上させることができます。

繊維を補強すると、1 つまたは 2 つの中央の圧力点にすべてを配置するのではなく、支持点のネットワーク全体に部品の構造負荷を均等に分散させることができます。繊維配向は巨視的な剛性と強度を提供し、部品の機械的特性を改善する上で重要な役割を果たします。

さらに、繊維強化複合材料は、ポリマー マトリックスと繊維強化によってもたらされる化学的特性の恩恵を受けます。ガラス繊維は耐熱性に優れ、炭素繊維は熱伝導性に優れています。エンジニアは、繊維強化複合材料を利用して、射出成形部品にほぼすべての機械的または熱的特性を吹き込むことができます。

Fast Radius による繊維配向

繊維強化複合材料は、部品の合計と同じくらい強力です。つまり、非常に強力です。複合材料は、高い耐熱性、強度、および耐久性を必要とする部品を作成しようとしているエンジニアに適しています。経験豊富な製造パートナーが、設計を可能な限り強力にするガラス繊維または炭素繊維の方向を選択するお手伝いをします。

Fast Radius では、設計からプロトタイピング、フルフィルメントまで、製造に関連するすべてのワンストップ ショップとして機能することを使命としています。経験豊富なデザイナーとエンジニアのチームは、あらゆるプロジェクトでエンドツーエンドのサポートを提供する準備ができています。一緒に、私たちは新しいことを可能にすることができます。見積もりについては、今すぐお問い合わせください。

素材、製造方法、業界動向に関するその他の記事については、Fast Radius リソース センターをご覧ください。

Fast Radius でパーツを作成する準備はできましたか?

見積もりを開始する