カーボンファイバーとは？
軽量複合材料の初心者向けガイド
モンティ・ラクセン/ゲッティイメージズ
カーボンファイバーとは、まさにその名の通り、 炭素 .しかし、これらの繊維はベースにすぎません。一般に炭素繊維と呼ばれるものは、炭素原子の非常に細いフィラメントからなる材料です。プラスチックポリマー樹脂と熱、圧力、または真空で結合すると、 複合材料 強さと軽さを両立させています。
布、ビーバーのダム、または籐の椅子と同じように、炭素繊維の強度は織り方にあります。織りが複雑であるほど、複合材の耐久性が高くなります。ある角度で別のスクリーンと織り交ぜられ、別のスクリーンとわずかに異なる角度で織り込まれたワイヤー スクリーンなどを想像すると便利です。各スクリーンの各ワイヤーは炭素繊維ストランドでできています。このスクリーンのメッシュが液体プラスチックに浸され、材料が融合するまでプレスまたは加熱されると想像してみてください。織りの角度だけでなく、 樹脂 繊維と一緒に使用すると、複合材全体の強度が決まります。樹脂は最も一般的にはエポキシですが、熱可塑性、ポリウレタン、 ビニルエステル、またはポリエステル。
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あるいは、型を鋳造し、その上に炭素繊維を適用することもできます。の 炭素繊維複合材 その後、多くの場合、真空プロセスによって硬化させます。この方法では、金型を使用して目的の形状を実現します。この手法は、オンデマンドで必要な単純なフォームに適しています。
炭素繊維材料は、無限の形状とサイズでさまざまな密度で成形できるため、幅広い用途があります。炭素繊維は、多くの場合、チューブ、ファブリック、クロスに成形され、任意の数の複合部品や部品にカスタム成形できます.
炭素繊維の一般的な用途
- 高級自動車部品
- 自転車フレーム
- 釣り竿
- 靴底
- 野球のバット
- ラップトップと iPhone の保護ケース
アポロ IE ハイパーカー。 マーティン・ルーシー/ゲッティイメージズ
よりエキゾチックな使用法は、次の場所にあります。
- 航空および航空宇宙産業
- 石油・ガス産業
- 無人航空機
- 衛星
- フォーミュラ 1 レースカー
しかし、炭素繊維の可能性は、需要とメーカーの想像力によってのみ制限されると主張する人もいます。現在、炭素繊維は次の場所でもよく見られます。
- 楽器
- 家具
- 美術
- 建物の構造要素
- ブリッジ
- 風力タービンブレード
ギラクシア/ゲッティイメージズ
カーボンファイバーにデメリットがあるとすれば、 生産コスト .炭素繊維は大量生産が容易ではないため、非常に高価です。炭素繊維の自転車は簡単に数千ドルで走ることができ、自動車での使用はまだエキゾチックなレーシングカーに限られています.カーボンファイバーはこれらのアイテムで人気があり、他のアイテムは重量と強度の比率と難燃性に起因するため、カーボンファイバーのような合成繊維の市場があります.ただし、模造品は多くの場合、部分的に炭素繊維であるか、炭素繊維のように見えるように作られた単なるプラスチックです。これは、コンピュータやその他の小型家電製品のアフターマーケットの保護ケースでよく発生します。
良い点は、カーボンファイバーの部品や製品は、損傷がなければ、文字通り永遠に続くということです。これは、消費者にとって良い投資となり、製品の流通を維持します。たとえば、消費者が新品のカーボン ファイバー ゴルフ クラブのセットにお金を払いたくない場合、それらのクラブが二次中古市場に出回る可能性があります。
カーボンファイバーは混同されることが多い グラスファイバー 、製造には類似点があり、家具や自動車の成形品などの最終製品にはいくつかのクロスオーバーがありますが、それらは異なります.グラスファイバーは、ポリマーカーボンではなくシリカガラスの織りストランドで補強されています。カーボンファイバー複合材はより強く、ファイバーグラスはより柔軟性があります。また、どちらもさまざまな化学組成を持っているため、さまざまな用途により適しています。
炭素繊維のリサイクルは非常に困難です。完全なリサイクルに利用できる唯一の方法は、熱解重合と呼ばれるプロセスです。このプロセスでは、炭素繊維製品が無酸素チャンバー内で過熱されます。解放された炭素は固定して再利用でき、使用された接着剤や強化材料 (エポキシ、ビニールなど) はすべて焼却されます。炭素繊維は、低温で手作業で分解することもできますが、繊維が短くなるため、得られる材料は弱くなるため、最も理想的な用途には使用されない可能性があります。たとえば、使用されなくなった大きなチューブは分割され、残りの部分はコンピューターのケース、ブリーフケース、または家具に使用されます。
炭素繊維は、複合材料に使用される非常に有用な材料であり、製造市場のシェアを拡大し続けるでしょう。炭素繊維複合材料を経済的に製造する方法が開発されるにつれ、価格は下がり続け、より多くの産業がこのユニークな材料を利用するようになるでしょう。