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複雑形状への対応とは?課題と対策・製品を解説

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炭素繊維複合材における複雑形状への対応とは?

炭素繊維複合材は、軽量かつ高強度という特性から航空宇宙、自動車、スポーツ用品など幅広い分野で利用されています。しかし、その製造プロセスにおいては、従来の金属材料と比較して複雑な形状への対応が課題となっています。本稿では、この課題とその解決策、そしてそれを支援する商材について解説します。

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特徴
設計自由度に関しては、材料選定、積層構成、ステッチの設計といった仕様に対する柔軟性が挙げられます。また、強化繊維をタテ・ヨコに配向させることはもちろん、斜め方向に配向させた基材を連続的に製造することができ、お客様のご要望に応じた製品のご提案が可能です。
ドレープ性の付与としては基材の強化繊維や樹脂の選定、目付の設計、積層構成、ステッチ条件の設計により材料の変形を容易にさせることや、逆に荷重に対して形状安定を実現できる材料に調整することができます。
成形工程の省力化については積層工程において、一般的なNCFのように樹脂層を別途積層、または注入する必要がなく、裁断したものをそのまま積層して加熱加圧することで成形品を得ることができます。
安定した品質の成形品が得られることについて、NCF-Resinplyはステッチ糸により強化繊維であるNCFと樹脂層が一体化された材料であるため、加熱加圧した際の樹脂流動による強化繊維の配向の乱れが最小限に抑えることで繊維配向精度を高めることできます。これにより、成形品は設計者が意図した通りの強度や剛性をはじめとした各種物性を実現することが可能となります。

NCF-Resinply

『OVEX Fabric』は、一般的な織物よりも薄くて軽量な炭素繊維中間成形材料です。

開繊糸の幅をコントロールすることで、繊維重量(FAW)を任意に設計可能。
標準タイプ~高弾性タイプまで様々な種類の炭素繊維を用いて織物を提供できます。

また、樹脂含浸成形用中間材料「プリプレグ」と「セミプレグ」もご用意しています。

【特長】
■一般的な織物よりも薄くて軽量
■繊維重量(FAW)を任意に設計可能
■様々な種類の炭素繊維を用いて織物を提供できる

※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

炭素繊維中間成形材料『OVEX Fabric』

当社の不織布化技術で100%PAN系炭素繊維の生産が可能です。
バージン繊維ならびに種々の方法(熱分解、溶解)でリサイクルされた炭素繊維でも100%炭素繊維の不織布が生産可能です。
樹脂含侵加工設備を保有していますので、任意の樹脂を含浸し、プリプレグ状のシートを提供が可能です。
樹脂の浸透性が良好で、 RTM成形等の基材として使用できます。
熱可塑性合成樹脂繊維と混綿することで熱可塑性CFRTP用基材も作成可能です。

炭素繊維不織布

『シンエツ加工用フィルム』は、電気用フィルムで培ってきた
ポリプロピレンフィルム製造技術を炭素繊維プリプレグ成形時に
用いられるラッピングテープに応用したものです。

炭素繊維プリプレグ中のマトリクス樹脂(エポキシ)が、溶融・
硬化する際の硬化速度に追従した熱収縮特性と応力特性を保有。

釣竿やゴルフクラブのシャフト、その他炭素繊維プリプレグを用いた
円筒状成形物のラッピングに適しています。

【特長】
■引張強さが196MPa以上あり、ラッピング時に適度な張力がかけられ、
 強度に優れた成形体が得られる
■熱収縮特性と応力特性を持っている
■焼成後、成形体からフィルムを容易に剥がすことができる
 優れた離型性を保有

※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

プリプレグ成形用テープ『シンエツ加工用フィルム』

『疾風-HAYATE-』は、プレス成型用のカーディング式炭素繊維不織布です。

長繊維の炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維を混綿した不織布で、プレス成形により成形可能なCFRTP中間材料です。
スタンピング成形用シートプレスタイプとヒート&クール成形用ニードルパンチタイプをご用意しております。
リサイクルCFも使用可能で、幅広い目付で作製可能です。

【特長】
■長繊維の炭素繊維を使用
■リサイクルCFが使用可能
■任意の樹脂繊維が使用可能
■任意のCF混率で作製可能
■幅広い目付で作製可能
■賦形性に優れる

※詳しくは【カタログダウンロード】からご覧いただけます。
サンプルご希望の際は、【お問い合わせフォーム】より御申込ください。

【サンプル進呈】賦形性/強度に優れた炭素繊維不織布

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炭素繊維複合材における複雑形状への対応

炭素繊維複合材における複雑形状への対応とは?

炭素繊維複合材は、軽量かつ高強度という特性から航空宇宙、自動車、スポーツ用品など幅広い分野で利用されています。しかし、その製造プロセスにおいては、従来の金属材料と比較して複雑な形状への対応が課題となっています。本稿では、この課題とその解決策、そしてそれを支援する商材について解説します。

課題

成形自由度の限界

炭素繊維は繊維方向への配向が重要であり、複雑な曲面や入り組んだ形状への均一な成形が難しい場合があります。これにより、設計の自由度が制限されることがあります。

積層・貼り合わせの難しさ

複雑形状では、多数の炭素繊維シートを正確に積層・貼り合わせる作業が煩雑になり、熟練した技術と時間を要します。これが品質のばらつきやコスト増につながります。

金型設計・製造の複雑化

複雑形状に対応するための金型は、その形状に合わせて精密に設計・製造する必要があり、開発期間の長期化や高コスト化を招きます。

品質管理の困難さ

複雑な内部構造を持つ製品では、ボイド(空隙)や繊維の偏りなどの内部欠陥を検出・管理することが難しく、品質保証のハードルが高くなります。

​対策

先進的な成形技術の導入

プリプレグ(予含浸シート)の自動積層、RTM(樹脂注入成形)、インフュージョン成形などの先進的な成形技術を用いることで、複雑形状への対応力と生産性を向上させます。

デジタルモデリングとシミュレーション

3D CADによる詳細な設計と、CAE(構造解析)による成形プロセスや強度解析を行うことで、設計段階での課題を洗い出し、最適化を図ります。

高精度な金型・治具の開発

3Dプリンティング技術などを活用し、複雑形状に対応した高精度な金型や、積層・固定用の治具を効率的に開発・製造します。

非破壊検査技術の活用

超音波探傷検査やX線CTスキャンなどの非破壊検査技術を導入し、製品の内部欠陥を早期に発見・評価することで、品質管理体制を強化します。

​対策に役立つ製品例

自動積層ロボットシステム

プログラムされた経路で炭素繊維シートを正確かつ効率的に積層し、複雑な形状への均一な成形を可能にします。これにより、人為的なミスを減らし、生産性を向上させます。

統合設計・解析ソフトウェア

製品の3Dモデリングから、成形シミュレーション、構造解析までを一貫して行えるため、複雑形状の設計最適化と製造プロセスの予測・改善を効率的に実現します。

積層用高機能フィルム

複雑な曲面や凹凸部にも追従しやすく、繊維のずれを防ぎながら正確な積層をサポートする特殊なフィルムです。これにより、成形時の作業性と品質を向上させます。

高度非破壊検査装置

高解像度で内部構造を可視化し、微細なボイドや繊維の不均一性を正確に検出します。これにより、複雑形状製品の品質保証レベルを飛躍的に向上させます。

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