Composite Specialist

Accumulated "skills" and "heritage"

ACM TCHNOLOGY & DESIGN

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What's ACM

先端複合素材について

What is a composite material

Composite(複合素材)とは

Compositeとは、異なる素材を組み合わせて作る製品です。 1300年もの時をすぎても姿を変えない、国宝、阿修羅像は、「麻と漆」を用いて作られた「脱活乾漆造」と呼ばれています。 異なる素材を組み合わせてつくるこの製法は、まさに現代のCompositeであり、生成技法です。 私たちは、脱活乾漆造そのものが、コンポジット成形のお手本と考えていました。 私たちTrasは1987年から、カーボンとエポキシ樹脂で構成されるコンポジット製品を作り続けてまいりました。 軽く、強く、美しい製品は、繊維と樹脂の複合素材(コンポジット製品)です。 カーボンの欠点、それは石油から糸を作り出すカーボン繊維は、コンポジット 天然繊維を用いず、 Trasはコンポジット製品の成形技法の起源を、脱活乾漆造の阿修羅像と解釈しています。 軽く、強く、美しい製品は、繊維と樹脂の複合素材(コンポジット製品)です。 地球温暖化、CO2排出量削減、 Trasは30年のカーボンファイバーで培った「技能の蓄積」を「天然繊維」に置き換え、取り組みます。 ご期待ください。

CHARACTERISTIC OF Carbon

カーボンの特性

アルミや代表的な金属に対して、カーボンーはどのくらい強くて軽いのか?

カーボンファイバーは鉄の1/5、アルミの1/2の重量(質量)で、ほぼ同じ強度を実現できる『軽く・強く・腐食しない』次世代製品に欠かせない先端材料となります。しかし、その反面、材料品質管理(プリプレグ材の場合専用冷凍庫にて-18℃保管)のシビアさや成形加工法も難しい先端材料と言えます。下記、比較表はアルミ材の強度を基準として、金属(ステンレス)・カーボン・カーボンコンポジットの4種の中で、「剛さ(つよさ)」と「強さ(つよさ)」を比較(2種の「強さ」)したものになります。

材料物性比較

材料 密度 g/cm2 E(弾性率)GPa o(破断強度)MPa 備考
アルミニウム 2.7 70.5 260.0 5052-H34
ステンレス材 7.9 193.0 520.0 SUS304
CFRP 1.6 52.3 636.0 3K-0/90材(VF50%)

アルミ材(t10)と同じ合成(曲げ)になるのは

材料 板厚 mm 重量 kg/m2 参考(B5板の重量)
アルミニウム 10.0 26.8 1.3
ステンレス材 7.1 56.3 2.6
CFRP板 11.1 17.8 0.8
CFRPハニカムサンドイッチ板 Tc=10 13.3 5.7 0.3

曲げ剛性の指標:E1   E:弾性率   I:断面2次モーメント 板材のI(単位幅あたり)=t 3/12

アルミ材(t10)と同じ強度(曲げ)になるのは

材料 板厚 mm 重量 kg/m2 参考(B5板の重量)
アルミニウム 10.0 26.8 1.3
ステンレス材 7.1 56.3 2.6
CFRP板 6.4 10.2 0.5

曲げ強度の指標:σZ σ:強度  Z:断面係数 板材のZ(単位幅あたり)=t 2/6

「 剛さ 」と「 強さ 」の違いは以下の基準から成り立ちます。
・ 剛さ(つよさ)  材料に、ある力が作用した時の変形のしにくさを表すもの。
・ 強さ(つよさ)  材料が、ここまでの力であれば壊れないという、耐えられる力の限度を表すもの。

CHARACTERISTIC OF Carbon Fiber

カーボン製造工程
ACMのカーボン製品はどのような工程で製作されるのか? プリプレグカーボン(ドライカーボン)製造のおおまかな、工程は下記の通りです。

工程概要


1 プリプレグ(カーボン繊維に熱硬貨樹脂を含浸させたシート上の中間素材)を製造形状に合わせた型紙を作成し、CADデータ化後、専用プロッターにてカット。
2 金型・ケミカル型・プリプレグメス型など用途別な型を作成し、さらに型にプリプレグを積層する。このプリプレグを型に貼る工程は職人技といわれるところで、強度計算を踏まえて、繊維の方向性と積層枚数を決定します。つまり、強度を持たせたい部分としなやかさを持たせたい部分などを自由に成形する事が可能となり、職人としての腕のみせどころとなるところです。
3 ナイロン製バッキングフィルムに入れ真負圧密封(バキング)
4 オートクレーブに入れ、バッキングフィルム内の空気を真空ポンプで抜きながら、加圧・加熱します。
メリット:加圧するため、残存気孔率が低く均質となり、高品質な製品となります。
オートクレーブのデメリット:ひとつひとつが手作りのため、大量生産品には向かず、生産性が低い。したがって、CFRPは多品種少量生産向けで、試作品・高付加価値製品市場が活躍の場となります。

CHARACTERISTIC OF ACM

先端複合材料 ACM(Advanced Composite Material )の特徴

先端複合材料のカーボンは、オートバイや自動車などに使用し、軽量化することで、地球規模での環境にやさしい省エネルギー対策につながります。また、化学繊維のカーボンから、必要な強度と剛性を備えながらカーボンに比べCo2フットプリント75%減量可能な天然繊維素材まで、軽量・高機能・高強度の利点を生かして、航空機・究極の開発を要求されるレーシングカー・次世代移動体・医療機器等に欠く事のできない素材となっております。

特徴

  
軽量 鉄の1/5、アルミの1/2の重量(質量)で、ほぼ同じ強度を実現します。適材適所に繊維の枚数を変えたり、ハニカムなどのコア材をハイブリットすることでさらに軽量化が可能です。
高い剛性 スチールの約1/5、アルミの約1/2の比重で同等の剛性を実現します。
優れた疲労寿命 スチールやアルミニウムと比較した場合、錆びない・腐らない等、さまざまな環境下で約3倍の疲労特性があり、耐光性、耐熱性、耐薬品性にも優れています。
高熱伝導性 熱伝導性や放熱特性があります。
電波透過性 X線を透過させる特性があります。
低熱膨張 寸法安定性に優れた製品が提供できます。熱膨張係数の低い設計も可能です。
ホット・ウエット特製 湿潤かつ高温(150℃)の状況でも使用できる特性を有します。
曲面形状にも成形可能        金属は、板材や塊から形状を作成しますが、ナチュラルファイバーの場合は繊維と樹脂の複合材(Composite)のため、金属では再現できないような複雑な形状も成形可能で着色が自由。美しいアールのついた曲面形状をオートクレーブに入る大きさまで、一体で製作することが可能で、リベットや接着により二次加工をすれば、大型の製品製作まで美しく制作可能です。

Tras Composite Specialist

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