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耐熱性の向上とは?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耐熱性の向上とは?

炭素繊維複合材(CFRP)は、軽量かつ高強度な特性から航空宇宙、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、高温環境下ではマトリックス樹脂の劣化や炭素繊維自体の性能低下が懸念され、さらなる高温耐性の向上が求められています。本稿では、CFRPの耐熱性向上に向けた課題、対策、および関連する商材について解説します。

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『KJカーボンnanoシート』は、カーボンナノチューブとバインダーからなるシートです。KJ特殊紙独自のCNT高濃度分散技術より産出されたCNT分散液により、極薄で高密度のCNT膜を実現しました。目付、厚さ、塗工量、基材、バインダー、表面低効率などお客様のニーズに合わせた設計が可能です。

【特長】
■ 面全体での発熱
■ 高い温度均一性
■ 早い昇温レスポンス
■ 曲面への適用可能
■ 自在な形状への断裁可能

※詳細は資料請求して頂くかダウンロードからPDFデータをご覧下さい

カーボンナノチューブシート『KJカーボンnanoシート』

『G-TRIX』は、グラスファイバー3軸織物で製造されている複合材料です。

無機質からなる当材料は、成形可能な不燃材で、透明で耐光性があり、色
が変わりません。
また、型崩れしにくく、撥水効果があり汚れにくく、メンテナンスも比較的
簡単です。

炎によって、グラスファイバーそのものは加熱されて赤熱しますが、
形や固さはそのままで変化しません。

【特長】
■成型可能な不燃材
■透明、耐光性がある
■型崩れしにくい
■撥水効果があり汚れにくい
■メンテナンスが容易

※詳しくはカタログをご覧頂くか、お気軽にお問い合わせ下さい。

複合材料『G-TRIX』

『KEHMA-HR』は、付加価値を創る軽量材です。

アルミよりも比重が小さく、実用金属では最も軽い金属である
マグネシウムを使用。FAA(米国連邦航空局)の燃焼試験の
基準を満たしています。

当製品を使うことで耐熱性が求められる製品にも軽量化と
難燃性が両立します。

【特長】
■従来のエンジンに使用されるアルミニウム合金(ADC12系)に対し、
  中温域(175℃程度)で同等の耐熱性(耐クリープ特性)を有している
■希土類元素を使用していない低コストを目指せる材料
■燃えにくく、鋳造や機械加工(旋盤加工)に適している
■一般汎用マグネシウム合金(AZ系)と比較して鋳造性(流動性)が
 向上している

※詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。

『KEHMA』は株式会社栗本鐵工所の登録商標です

軽量材『KEHMA-HR』

・高温タイプは、連続使用温度250℃での使用を考慮して製作されています。
・標準タイプに比べ高いワット密度の設定が出来るので、急速加熱が可能。
 0.8~1.5W/㎠
 ※取付状態、温度制御方法により大きく変動しますので、選定に際しま
  してはご相談下さい。
・ヒーター厚はわずか1.5mmなので、熱応答性に大変優れています。
・低電圧から100V・200V・240V など、各種電圧設計に対応可能。

高温用シリコーンラバーヒーター

『YCB-105シリーズ』についてご紹介します。

当製品は、柔軟性・耐摩耗性に優れる防炎・耐火材料です。

空気中では燃えたり溶融したりすることが有りません。
溶接火花延焼防止用不燃シートとしてご使用いただけます。

【特長】
■柔軟性・耐摩耗性に優れる
■空気中では燃えたり溶融しない
■平織
■サイズ:1.7mm×1000mm×30m
■難燃性試験 JIS A2123 C種合格品

※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。

カーボンクロス『YCB-105シリーズ』

ニクロム線など金属系素材を使用した面状発熱体とは違い、
全面発熱する素材です。
HEATNEXはCNTを抵抗体として使用しフィルムに印刷することで
フレキシブルな発熱素材を実現しました。

透明度の調整により透明に近づけ
光を通す仕様にも対応可能です。

【特長】
■全面で均一に発熱させることが可能なフレキシブルな発熱素材です。
■面状発熱の伝熱と遠赤外線の輻射熱により効率的に発熱します。
■熱伝導性、熱放射性に優れ、瞬時に発熱し放熱します。
■導電ペースト等で電極を形成することで軽薄な面状発熱を作成することが可能です。
■遠赤外線を金属系発熱体より、約5倍放射することが可能です。
※評価結果は社内比較によります。

【新規開発品】
高温対応品
・耐熱温度 :200℃ (標準品:80℃)
基材にポリイミドを使用し標準品と比べて高温での発熱が可能です。

低電圧対応品
・耐熱温度 :80℃
・表面抵抗率:30Ω/□ (標準品:150Ω/□)
低電圧で使用できるため幅広くご使用いただけます。

※詳しくは資料をダウンロードいただくか、お問い合わせください。

CNT面状発熱体「HEATNEX(ヒートネクス)」

ハヤミ工産(株)ハミロン事業部では、ハイテク繊維を使用した繊維ワイヤー、コード、組紐、ロープの製造を行っております。
お客様の用途、使用環境に合わせたワイヤーの生産が可能です。
お気軽にお問い合わせください。
サンプルのご依頼も承っております。

ケブラーは1972年に米国のデュポン社で発明された芳香族ポリアミド繊維につけられた登録商標です。

【特長】
・軽量     ・高強度
・高モジュラス ・ 低伸度
・耐熱性    ・耐薬品性

良好な電気特性など従来の天然繊維や合成繊維にない数々のすぐれた特性を有したスーパー繊維です。

●お気軽にお問い合わせください。

KEVLAR、ケブラーは、テュボン社の登録商標です

【スーパーコード】「ケブラー」を使用した繊維ワイヤー

「三軸織複合材料」は、人工衛星や探査機搭載用のアンテナ向けに実績を持ち、
国内外に大きなシェアを有しています。

現在、次世代の宇宙開発技術として、コンパクトに収納して打上げ、
宇宙環境で長く大きく展開する宇宙展開構造物の研究開発に取り組んでいます。

宇宙用材料技術やアンテナ技術、宇宙展開構造物に関する研究成果を活かし、
科学観測ロケットや国際宇宙ステーション搭載用実験装置の開発に成功しました。

今後、これらの実証・実用化の経験と、得られた貴重なデータを基に、
宇宙搭載機器の更なる高機能、高性能化を目指して行く予定です。

【特長】
■軽量なメッシュ構造
■優れた形状復元力と保形性
■面内外疑似等方性
■低熱膨張係数

※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。

三軸織複合材料と宇宙分野

『カーボン系紡織品』は、アクリル繊維を原料とする有機質の耐炎繊維です。

アスベストを全く含まず、皮膚刺激が少ない製品です。

防炎性・耐火性に優れており、溶接スパッタ養生シートや、熱遮断カーテン、
その他アスベスト代替各種製品等の用途に適しています。

【特 長】
■アスベストを全く含まない
■皮膚刺激が少ない
■防炎性、耐火性に優れる
■耐熱性、断熱性に優れる
■耐薬品性に抵抗性があり、取り扱いが容易

※詳しくは、お気軽にお問い合わせ下さい。

カーボン系紡織品

成形や射出成形などの多様な製造加工プロセスに対応しており、優れた熱伝導性と構造強度を兼ね備えています。
そのため、特定の用途では金属合金の代替材料として、高い総合コストパフォーマンスを発揮します。
CADがなくても、成形設備がなくても、大丈夫です。
思う形から製品化まで、対応いたします。

熱伝導グラフェン合成材料(進化版)

当社では、プリプレグ(Prepreg)の受託製造サービスを行っております。

強化材(繊維)と母材(熱硬化性樹脂)は、お客様支給または当社所有品を選択可能。

標準生産量50m2~、少量でもご相談ください。

・CFRP、GFRPなどの成形品製造用に。
・耐熱、低温硬化、高速硬化、など特長ある熱硬化性樹脂をラインナップしています。
・製造仕様(詳細はお問い合わせください)
幅:~1000mm、巻取径:~400mmφ、巻取紙管:内径φ300(12インチ管)または内径φ100

※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(PPG)の受託製造サービス

I.S.Tは独自の技術による高強度のポリイミド繊維「IMIDETEX」を
開発しました。3.0GPaの高強度を実現し、連続使用可能温度は250℃を
超える、スーパー繊維です。

さらに、吸水率が低く(0.9%未満)、従来のパラ系アラミド繊維では
叶えられなかった過酷な環境下でのアウトドア、スポーツシーンをはじめ、
さまざまな分野で活躍する可能性を秘めた新しい材料です。

【特長】
■3.0GPaの高強度
■0.9%未満の低吸水率
■250℃以上での連続使用できる高耐熱性

※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。

IMIDETEX <ポリイミドスーパー繊維>

『ひなたごこち』は、導電性カーボンファイバーを和紙の混紗技術を用いて
シートヒーター化した高機能材料です。

有害な電磁波を出しません。
また、遠赤外線の輻射が非常に高く、身体への熱伝導に優れます。

さらに、ポケット+ヒーターという構造の場合、幅広いデザインの衣料に
対応できます。

【特長】
■衣料の種類を問わずヒーティングウェア化が行える
■有害な電磁波を出さない
■遠赤外線の輻射が非常に高い
■身体への熱伝導に優れる
■幅広いデザインの衣料に対応可能(ポケット+ヒーターという構造の場合)

※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ください。

高機能材料『ひなたごこち』

当社では、保温・保冷・断熱・配管・空調ダクト用の『粘着テープ』を
取り扱っております。

耐熱性・耐候性に優れ、水蒸気の透過性が低いALGC粘着テープ
「AG-1825R」をはじめ、ALS粘着テープ「FS1835B」や「FSE18205BHK」などを
ラインアップしています。

【特長】
<ALGC粘着テープ:AG-1825R>
■耐熱性・耐候性に優れている
■水蒸気の透過性が低い
■コストパフォーマン性に優れている
■難燃性アクリル系粘着剤を使用
■優れた粘着力を有する

※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。

保温・保冷・断熱・配管・空調ダクト用粘着テープ

最大330℃の耐熱性を持つ発泡プラスチック材料で、100℃以上の耐熱断熱材、緩衝材、軽量化材として使用可能です。
他のポリイミド発泡体と比較し発泡倍率(密度)を自由にコントロールできることが大きな特徴で、柔らかく軽量の低密度の発泡体から固くソリッド(固体)状のものまで製作することができます。
更には他部材と組み合わせてコンポーネント化(複合化)が可能であり、発泡体の内部に導電性のフィラーなどを分散させることにより軽量電波吸収体としても応用が可能です。

SKYBOND FOAM <発泡ポリイミド>

『BOY+Pシリーズ』は、紙用の接着剤が使用でき、様々な物に貼り合わせが
可能な次世代型断熱材です。

アルミ等の金属系はもちろん非金属系にもご利用可能。
パルプとガラスビーズが原料の「断熱紙(標準)」や原料の組み合わせができる
「難燃断熱紙」などご用意しています。

今までに諦めていた熱を吸収しやすい素材の断熱などアイデア次第で多様な
用途にご利用いただけます。

【特長】
■厚さ0.12~0.295mm
■安全対策
■性能アップ
■環境配慮
■アイデア次第で様々な用途に利用可能

※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。

次世代型断熱材『BOY+Pシリーズ』

『ナノテクト』は、カーボンナノチューブ(CNT)複合の高強度・高靭性
被膜です。

他のさまざまな樹皮被膜と比較して高度な外的衝撃性を維持。
優れた耐摩耗性を示し、素材の耐久性向上を図ります。

さらに、被膜硬度は高いが、靭性を有していることから
極度な折り曲げ特性を示します。

【特長】
■高度な耐摩耗性
■衝撃耐久性
■折り曲げ特性
■金属メッキに匹敵する被膜硬度
■高度な潤滑特性・絶縁・防食性

※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。

カーボンナノチューブ複合塗膜『ナノテクト』

アラミド、ガラス、バサルト、シリカファイバーを用いて、
ロープやテープ、不織布、織布を製造しています。

【主な用途】
・工業: 炉・熱交換器の耐火、廃液・排ガスのフィルター
・車両: エンジン、マフラー周りの耐熱、吸音、EV電池の熱暴走対策
・防火: 防火シャッター、消防服、耐火用品

※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。

【耐火、吸音、断熱】グラスファイバー、シリカファイバー耐火材

ザイロンは剛直で極めて直線性の高い分子構造を持つ、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)を液晶紡糸した繊維です。最新のマテリアルサイエンスとファイバーテクノロジーが生んだ次世代のスーパー繊維です。

【特長】
・高強力・高弾性率を有しています
・耐熱性・難燃性
・非常に優れた耐クリープ特性

●お気軽にお問い合わせください。

ZYLON、ザイロンは東洋紡の登録商標です

【スーパーコード】「ザイロン」を使用した繊維ワイヤー

株式会社ベル開発では、さまざまな分野のニーズに応える機能をもつ
『高難燃不織布』を取り扱っています。

ガスバーナーで加熱しても燃焼しない特長をもっています。
さらに、穴あきは無く形状を保持。

車両、鉄道車両、寝装、防火服などの用途に適しています。

【特長】
■バーナー加熱で燃焼はなく炭化
■穴あきは無く形状保持
■UL-94 5VA 燃焼時間0秒
■45度ミクロバーナー法 A-1法、A-2法、区分3
■鉄道車両用燃焼規格 極難燃性

※詳しくは外部リンクをご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

高難燃不織布

台湾セテック社は2006年からコスパに優れた炭素材料(燃料電池用ガス拡散層用など)を世界中のお客様に提供しております。多くの研究者・技術者にご愛用されています。

台湾セテック社(CeTech Co., Ltd)製の炭素材料

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炭素繊維複合材における耐熱性の向上

炭素繊維複合材における耐熱性の向上とは?

炭素繊維複合材(CFRP)は、軽量かつ高強度な特性から航空宇宙、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、高温環境下ではマトリックス樹脂の劣化や炭素繊維自体の性能低下が懸念され、さらなる高温耐性の向上が求められています。本稿では、CFRPの耐熱性向上に向けた課題、対策、および関連する商材について解説します。

課題

高温下でのマトリックス樹脂の熱分解

CFRPを構成するエポキシ樹脂などの熱可塑性樹脂は、一定温度を超えると熱分解を起こし、強度や剛性が著しく低下します。これにより、高温環境での使用が制限されます。

炭素繊維自体の熱的安定性の限界

一般的な炭素繊維は高い耐熱性を持つものの、極めて高温(例:1000℃以上)では酸化や構造変化を起こし、その優れた特性を維持できなくなります。

繊維とマトリックス間の界面接着力の低下

高温下では、炭素繊維とマトリックス樹脂の熱膨張係数の違いから界面に熱応力が発生し、接着力が低下します。これが複合材全体の性能低下を招きます。

製造プロセスにおける熱履歴の影響

CFRPの製造工程(硬化など)で加えられる熱が、最終的な耐熱性に影響を与える場合があります。不適切な熱処理は、材料の潜在的な耐熱性を十分に引き出せない可能性があります。

​対策

高耐熱性マトリックス樹脂の開発・採用

ポリイミド、ビスマレイミド(BMI)、フェノール樹脂などの、より高い分解温度を持つマトリックス樹脂を採用することで、複合材全体の耐熱性を向上させます。

無機材料とのハイブリッド化

セラミックス繊維やセラミックス粒子を複合材に添加・配合することで、マトリックス樹脂の熱分解を抑制し、耐熱性を高めます。

界面改質技術の適用

炭素繊維表面の処理や、界面層に耐熱性のあるコーティングを施すことで、高温下での繊維とマトリックス間の接着力を維持・強化します。

特殊炭素繊維の利用

ピッチ系炭素繊維など、より高い熱的安定性を持つ特殊な炭素繊維を使用することで、高温環境下での性能低下を抑制します。

​対策に役立つ製品例

高機能性ポリマーマトリックス

従来の樹脂よりも高いガラス転移温度と分解温度を持つポリマーベースのマトリックス材料は、高温下での構造維持に貢献します。

セラミックコーティング剤

炭素繊維表面や複合材表面に適用されるセラミック系コーティングは、熱分解や酸化から材料を保護し、耐熱性を向上させます。

耐熱性接着剤・バインダー

高温環境下でも接着力を維持できる特殊な接着剤やバインダーは、複合材の積層構造を強固に保ち、全体の耐熱性を支えます。

特殊繊維強化材

耐熱性に優れた無機繊維や、特殊な製造プロセスを経た炭素繊維は、高温下での強度低下を最小限に抑える基材となります。

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