FRP・GFRP・CFRPの加工

FRP・GFRP・CFRPの加工

FRP・GFRP・CFRPを加工し、機械部品などを製造しています。
また、用途に応じて材質選定も行っておりますので、お気軽にご相談ください。

概要

FRPとは、Fiber Reinforced Plasticsの略で、繊維(Fiber)で強化された(Reinforced)樹脂(Plastics)、
即ち「繊維強化樹脂(繊維強化プラスチック)」、言い換えれば繊維と樹脂の複合材料(Composite Materials)です。

軽量で耐久性がよいことから、バスタブなどの住宅設備機器、公園の遊具、ベンチ、ゴルフクラブのシャフト、釣竿、小型船舶の船体、航空機の機体、
自動車・鉄道車両の内外装、医療機器など幅広く使われています。

FRPの中で最も代表的なGFRP・CFRPについては以下をご覧ください。

GFRP(ガラス繊維強化プラスチック=ガラス繊維強化樹脂)

ガラス繊維をポリエステル樹脂、
ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂などで固めたもので、FRPの中では最も安価で最も一般的なものです。

CFRP(カーボン繊維強化プラスチック=炭素繊維強化樹脂)

鉄やアルミなどの金属に比べ同じ強度・剛性でより軽量化できるという特長を持つため、
スポーツ・レジャーから航空・宇宙まで幅広い分野で利用されています。
すなわち、強度を必要とし、重量を軽くしたい場合に適した素材です。
ただし、GFRPに比べ高価になります。

FRPの種類

FRPはガラス繊維とポリエステル樹脂の組み合わせが最も一般的ですが、繊維と樹脂の組み合わせにより様々な種類があります。

繊維としては以下のようなものが使用されます。

  • ガラス繊維
  • カーボン繊維
  • アラミド繊維(ケブラー繊維)
  • ポリエチレン繊維(ダイニーマ)
  • ザイロン繊維
  • ボロン繊維

樹脂としては以下のようなものが使用されます。

  • ポリエステル樹脂
  • ビニルエステル樹脂
  • エポキシ樹脂
  • フェノール樹脂
  • 熱可塑性樹脂

上記のように、FRPは繊維と樹脂の複合材のため様々な種類がありますが、以下の2種類が代表的です。

GFRP=Glass Fiber Reinforced Plastics=ガラス繊維強化プラスチック(ガラス繊維強化樹脂)

CFRP=Carbon Fiber Reinforced Plastics=カーボン繊維強化プラスチック
(カーボン繊維強化樹脂 炭素繊維強化プラスチック 炭素繊維強化樹脂)

GFRP、CFRP以外には以下の様なものがあります。

AFRP=Aramid Fiber Reinforced Plastics=アラミド繊維(ケブラー繊維)強化プラスチック(アラミド繊維強化樹脂)
アラミド繊維(ケブラー繊維)は非常に切れにくく、耐衝撃性に優れ、最も優れた強度を発揮する一方で、切れにくいという特性により、自由な形状の成形を困難にし、後加工もしにくいという欠点もあります。
DFRP=Dyneema Fiber Reinforced Plastics=ダイニーマ繊維強化プラスチック(ダイニーマ繊維強化樹脂)
ダイニーマ繊維 (ポリエチレン繊維)による強化プラスチックで、高強度、熱伝導性にも優れる。
ZFRP=Zylon Fiber Reinforced Plastics=ザイロン繊維強化プラスチック(ザイロン繊維強化樹脂)
ザイロン繊維による強化で、きわめて高い強度と難燃性がある。
BFRP=Boron Fiber Reinforced Plastics=ボロン繊維強化プラスチック(ボロン繊維強化樹脂)
強度、対弾丸性に優れ、軍事兵器などに使用される。

FRPの製造方法

FRPの製造は以下の様な方法があります。

ハンドレイアップ法

繊維を型にセットし、ローラーや刷毛で樹脂を塗布して含侵させながら脱泡し、硬化した後に型から取り外して製造する方法。
少量多品種生産に適します。
ヨット、ボート、漁船、薬品タンク、テーマパークの構築物など、複雑な形状のものや大きなものを作るのに最適な方法です。

スプレーアップ法

繊維と樹脂をスプレーガンから型へ吹き付けて、ローラーや刷毛で含侵させながら脱泡成形し、硬化した後に型から取り外して製造する方法。
機材を使用することにより作業時間を短縮することが出来ます。

BMC(Bulk Molding Compound)法

BMC(短繊維、硬化剤、剥離剤、着色剤を混合させた塊状の成形材料)を金型キャビティに押し込んで圧縮成形やトランスファー成形で硬化させる方法。
比較的短い成形サイクルで量産加工ができます。
耐熱性や電気特性に優れます。
光学機器シャーシ、複写機部品など、精密部品に適しています。

SMC(Sheet Molding Compound)法

繊維に樹脂を含侵させたものをフィルムではさんで、ローラーを通して連続シートとし、切断して金型内に積んで、プレスで加熱・加圧して製造する方法。
切削加工用の板材の製造などに用いられます。

RTM(Resin Transfer Molding)法

素材をセットした凹型を、凸型で密閉してから樹脂を注入し、圧力含侵させる成形法。
大型製品や複雑な形状の成形に適しており、また成形品の表面が非常に美しく仕上がります。
RI(Resin Injection)法とも呼ばれます。

オートクレーブ法

繊維に樹脂を含侵し半硬化状態にしたもの(プリプレグ)を型に積層してプラスチックフィルムなどで積層面全面を覆い、気密シールしてバギングをおこない、減圧脱気したままオートクレーブ(加熱加圧成形釜)に入れ加熱・加圧させる方法。
加圧状態で同時に減圧することにより、樹脂内の気泡を減らして繊維への樹脂含浸性を良くすることで高強度の成形品が得ら れるので、航空機材や宇宙関連機材の生産に適しています。

真空バッグ法

繊維に樹脂を含浸させながら積み重ねて成形し、圧力を成形物に作用させることのできるフレキシブルな型(バッグ)をかぶせ、気密シールしたものを減圧(真空)し、常温で硬化させる方法。
大型成形品に適しています。

引抜成形法

長尺の繊維に樹脂を含浸させ、型の中で樹脂を連続して加熱硬化させ、引張機で連続的に引き抜く成形法。
丸棒、パイプ、アングル、チャンネルなど一定の断面形状のものを連続して成形できます。

フィラメントワインディング法

回転しているマンドレル(芯金)の外側にロービング(連続した繊維の束)に樹脂を含侵したものを巻きつけ、加熱硬化後マンドレルを引き抜いてパイプ状のものを成形する方法。
高圧ガス容器、液体輸送パイプなどの製造に用いられます。

シートワインディング成形

回転しているマンドレル(芯金)の外側にシート状の繊維に樹脂を含侵し半硬化状態にしたもの(プリプレグ)を巻きつけ、加熱硬化後マンドレルを引き抜いてパイプ状のものを成形する方法。
釣竿、ゴルフクラブのシャフトなどの製造に用いられます。

プレス成形

シート状の繊維に樹脂を含侵したもの(プリプレグ)を所定の枚数積み重ねて熱プレスで加熱・加圧し、硬化させて成形する方法。
切削加工用の板材の製造などに用いられます。

ピンワインディング成形

ロービング(連続した繊維の束)に樹脂を含侵させてピンに掛けながら格子状に成形する。
グレーチング、コンクリート補強材、地盤補強材などの製造に用いられます。

GFRP

概要

GFRP(ガラス繊維強化プラスチック=ガラス繊維強化樹脂)はガラス繊維をポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などで固めたもので、FRPの中では最も安価で最も一般的なものです。

特長

  • いろいろな形状になじみやすいので形状の自由度が高い。
  • 耐候性に優れる。
  • 金属に比べて軽量である。
  • 耐食性に優れる。
  • 電気絶縁性に優れる。
  • 断熱性に優れる。
  • 電波透過性に優れる。
  • 耐水性に優れる。

用途例

  • 自動車、鉄道車両、船舶、航空機の部品、小型船舶の船体
  • バスタブなどの住宅設備機器
  • ゴルフクラブのシャフト、テニスラケット、スキー板、釣竿、サーフボード
  • 公園の遊具、ベンチ
  • レーダードーム、通信用アンテナ
  • 高架及び地下理設水槽
  • 保冷車、保冷コンテナ
  • MRI・CTカバー
  • プリント基板

CFRP

概要

CFRP

CFRP(カーボン繊維強化プラスチック=炭素繊維強化樹脂)は鉄やアルミなどの金属に比べ同じ強度・剛性でより軽量化できるという特長を持つため、スポーツ・レジャーから航空・宇宙まで幅広い分野で利用されています。
すなわち、強度を必要とし、重量を軽くしたい場合に適した素材です。
ただし、GFRP(ガラス繊維強化プラスチック=ガラス繊維強化樹脂)に比べ高価になります。

特長

  • 軽量(鉄の約1/5)
  • 高剛性(鉄の約2倍)
  • 高強度(鉄と同等以上)
  • 高熱伝導性(鉄の1/2~1/3)
  • 低熱膨張性(鉄の1/10)
  • X線透過性
  • 振動減衰性

用途例

産業機械 搬送装置のハンド、アーム、
フレーム、ロボット部品
航空 航空機の機体、ヘリコプターの回転翼
宇宙 ロケット、人工衛星の部品
医療機器 X線撮影装置用天板、X線フィルムカセット
スポーツ・
レジャー
ゴルフクラブのシャフト、テニスラケット、釣竿

材質選定

  • CFRPはカーボン繊維(炭素繊維)を樹脂(一般的にはエポキシ樹脂)で固めたものです。
  • カーボン繊維は5~10ミクロンの太さの極細繊維で、PAN系とピッチ系の二つに大別されます。
  • PAN系はポリアクリロニトリル繊維を焼成したもの、ピッチ系は石炭・石油化学の残渣として出るピッチを溶融紡糸後に焼成して得られるものです。
  • また、カーボン繊維は一方向のみにカーボン繊維を引き揃えたUD材、縦横90°にカーボン繊維を織り込んだクロス材など多くの種類があります。
  • UD材を同じ方向に積層して成形した場合と、1枚ずつ縦横に方向を変えて積層して成形した場合では製品の特性が大きく変わります。
  • このように、カーボン繊維の品種や積層の方向性、樹脂の種類などの諸条件によってさまざまな種類のCFRPが製作可能なため、製品の必要特性に応じてカーボン繊維の品種や積層方向、樹脂の種類などを決める必要があります。

高強度FRP ガラス繊維・エポキシ樹脂積層板

高強度FRP

概要

  • ガラス繊維・エポキシ樹脂積層板(ガラエポ)はガラス繊維にエポキシ樹脂を含侵したシート(プリプレグ)を何層にも重ね加熱・加圧して製造した板状の積層板です。
  • FRPの中では最も強度に優れたもののひとつです。
  • 当社はこのガラス繊維・エポキシ樹脂積層板(ガラエポ)を切削加工して、様々な機械部品や電気絶縁部品を製作しています。

物性値

横にスワイプすると一覧表がご確認いただけます。

項目 単位 物性値
耐熱温度 120~150
熱伝導率 W/m・k 0.3
熱膨張率 1/℃ 5.7×10-5
圧縮強度 Mpa 400~500
曲げ強度 Mpa 400~500
引張強度 Mpa 350~450
衝撃強度(アイゾット) J/㎝ 5~6
へき開強度 kN 7~11
貫層破壊電圧
(90時間/20℃65%吸湿後)
MV/m 20~30
絶縁抵抗
(90時間/20℃65%吸湿後)
106~108
吸水率 0.1
比重   1.75~1.95

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記載の数値は測定値であり、保証値ではありません。

耐熱温度は目安であり、使用条件によって異なります。

素材寸法

  • 厚み:0.3~100㎜
  • 縦×横:1000×1000㎜、1000×2000㎜

※丸棒・パイプ状の素材もあります。

主な用途・使用例

  • 電気絶縁部品
  • 機械部品
  • 金属代替の構造部品
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