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寸法安定性の確保とは?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寸法安定性の確保とは?

炭素繊維複合材は、軽量かつ高強度であることから、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、温度変化や湿度変化によって寸法が変動する「寸法安定性」が課題となる場合があります。この寸法安定性を確保することは、製品の精度や信頼性を高める上で非常に重要です。

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扁平断面ガラス繊維
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『扁平断面ガラス繊維』は、独自の技術で量産化された異形断面ガラス繊維です。

当製品を用いた複合材料は、シリンダーヘッドカバーのような
ソリ変形が発生しやすい形状においても優れた低ソリ性を発現。

機械的強度の異方性が小さく、ガラス繊維の配向による物性差が低減されます。
ご要望の際はお気軽にお問い合わせください。

【特長】
■優れた寸法安定性
■異方性を低減した優れた機械特性
■表面の凹凸が小さく摺動性能に優れる

※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。

採用事例の紹介|『岐阜プラスチック工業』の物流向けハニカムコア
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高強度・超軽量の物流向けハニカムコア材『TECCELL』の
採用事例をご紹介いたします。

『TECCELL』は、特殊成形によりスキン面が一体化されたコア材であるため、
強度面において非常に優れており、さらに異素材との接着工程も容易な
高機能素材です。

自動車部品メーカー向けのハイブリッド折りたたみコンテナー「RS-SMタイプ」
をはじめ、食品会社向けの「ピッキング搬送ボックス」や、高機能
フィルムメーカー向けの「スリーブボックス クリーンルーム対応用」など
様々な業界に採用された実績がございます。

【主な採用事例】
■自動車部品メーカー向け
 ・ハイブリッド折りたたみコンテナー「RS-SMタイプ」
■食品問屋向け
 ・ハイブリッド折りたたみコンテナー「LT-RS-SM21」
■流通業向け
 ・ハイブリッド折りたたみコンテナー「TE-CB-SS165」
■自動車部品メーカー向け
 ・BYボックス 長尺・ALフレームタイプ 他

※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』
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『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。

カーボン系紡織品
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『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。

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炭素繊維複合材における寸法安定性の確保

炭素繊維複合材における寸法安定性の確保とは?

炭素繊維複合材は、軽量かつ高強度であることから、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、温度変化や湿度変化によって寸法が変動する「寸法安定性」が課題となる場合があります。この寸法安定性を確保することは、製品の精度や信頼性を高める上で非常に重要です。

​課題

温度変化による膨張・収縮

炭素繊維複合材は、構成する樹脂の熱膨張率の影響を受け、温度変化によって微細な寸法変化が生じます。これが繰り返されると、製品の精度低下や機能不全を招く可能性があります。

湿度変化による吸湿・膨潤

一部の樹脂は水分を吸収しやすく、湿度変化によって体積が増加(膨潤)します。この膨潤は、特に精密な寸法が要求される部品において、無視できない問題となります。

異方性による変形

炭素繊維は繊維の配向方向によって物性が異なります。この異方性により、特定の方向への寸法変化が他の方向と異なり、複雑な変形を引き起こすことがあります。

製造プロセス中の残留応力

成形・硬化プロセス中に発生する残留応力が、使用環境下での寸法変化の原因となることがあります。この応力が解放されることで、予期せぬ変形が生じます。

​対策

低熱膨張率樹脂の採用

熱膨張率の低い特殊な樹脂を選択することで、温度変化による寸法変化を抑制します。これにより、より安定した寸法精度を実現します。

吸湿抑制コーティング・含浸

表面コーティングや、繊維への撥水性含浸処理を施すことで、水分吸収を低減し、湿度変化による膨潤を防ぎます。これにより、湿潤環境下での安定性を向上させます。

繊維配向設計の最適化

製品の要求特性に合わせて炭素繊維の配向を最適化することで、異方性に起因する望ましくない変形を最小限に抑えます。これにより、均一な寸法安定性を確保します。

熱処理による残留応力緩和

成形後に適切な熱処理を行うことで、製造プロセス中に発生した残留応力を緩和します。これにより、使用環境下での予期せぬ寸法変化を防ぎます。

​対策に役立つ製品例

高次元熱安定性樹脂

極めて低い熱膨張係数を持つ特殊な樹脂であり、温度変化による複合材の寸法変動を大幅に抑制します。精密機器や光学部品に適しています。

水分バリア性表面処理剤

複合材表面に塗布することで、水分が内部に浸透するのを効果的に防ぎます。これにより、湿度変化による体積変化を抑制し、寸法安定性を向上させます。

異方性制御繊維配向設計ソフトウェア

有限要素法などを活用し、複雑な形状や荷重条件における繊維配向を最適化することで、望ましくない変形を予測・低減します。設計段階での寸法安定性確保に貢献します。

精密熱処理制御装置

成形後の複合材に対して、温度・時間を精密に制御した熱処理を行うことで、内部応力を効果的に除去します。これにより、製品の長期的な寸法安定性を保証します。

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