複合材料の技術解説

【軽量化と強度を両立】金属部品から複合材料（CFRP・GFRP）へ変更する3つのメリット

機械装置を解決するにあたって、 「金属部品をもっと軽くしたいけれど、強度は落とせない」 「金属加工品の製造コストを抑える方法はないか」 といった課題に頭を悩ませていませんか？ その解決策の一つとなるのが、として、金属部品から「CFRP（炭素繊維強化プラスチック）」や「GFRP（ガラス繊維強化プラスチック）」への材料変更（金属代替）です。 「プラスチックにすると強度が落ちてしまうのでは？」と不安に思われるかもしれませんが、複合材料（FRP）を使用すると、必要な強度を保ちながら、軽量化やコストダウンにつなげることができます。本記事では、金属からCFRP・GFRPへ変更することで得られる3つのメリットと、複合材料へ転換する際の注意点を分かりやすく解説します。

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CFRP（炭素繊維強化プラスチック）とは何ですか？

CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics）とは、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂に炭素繊維を強化材として加えた複合材料です。 軽い樹脂に炭素繊維を加えることで、「軽くて・強くて・腐食しない」という特長を有します。材料の種類にもよりますが、一般的に鉄材と比べるとCFRPの重量はおよそ1/4程度です。 また、疲労強度に強い、耐薬品性に優れる、通常の熱的環境では安定している、振動減衰特性がある、熱膨張係数が低いといった様々な特性があり、スポーツ用途から産業用途、航空機、自動車に至るまで幅広い用途で使用されています。今回は、CFRPの特長や種類、CFRP成形における素材の選定基準について詳しく解説します。

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CFRP（UD材・クロス材・チョップ材）の選定基準

樹脂部品の製作において、樹脂成形は一般的な製造プロセスですが、樹脂成形の工法は多岐にわたり、材料の特性や生産数量によって品質やコストは大きく異なります。 本記事では、「樹脂成形（プラスチック成形）」の基礎知識、各工法の特徴について具体的に解説します。

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樹脂成形（プラスチック成形）の種類と設計のポイント

樹脂部品の製作において、樹脂成形は一般的な製造プロセスですが、樹脂成形の工法は多岐にわたり、材料の特性や生産数量によって品質やコストは大きく異なります。 本記事では、「樹脂成形（プラスチック成形）」の基礎知識、各工法の特徴について具体的に解説します。

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代表的な複合材料

複合材料とは、2つ以上の異なる材料を組み合わせた材料のことです。強化のための強化材料と、それを支持するための母材（マトリクス）から構成されています。 複合材料は材料の組み合わせにより、構造などを変えることで、「硬さ・耐久性・重量・靭性・腐食抵抗力」などの性質をコントロールすることが可能になります。 代表的なものに、CFRPやGFRP、FRPなどがあり、様々な分野で注目されています。

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主なCFRP・GFRP材料の種類

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マトリクス樹脂の種類

複合材料のマトリクス（母材）には合成樹脂が使用されます。その合成樹脂は、「熱可塑性樹脂」と「熱硬化性樹脂」の2種類があります。 さらに熱可塑性樹脂は、「結晶性」と「非結晶性」の2種類に分かれます。 熱可塑性樹脂は、熱を加えると、軟化し、冷却すると硬化します。 一方、熱硬化性樹脂は、熱を加えると硬化します。冷却し再加熱しても硬いままです。

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熱可塑性樹脂の種類

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熱硬化性樹脂の種類

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炭素繊維の種類

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