東レ、超軽量と高剛性を兼ね備えた炭素繊維構造材料を開発

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東レは2016年3月28日、一般的な発泡シート材料と同等の低比重で、繊維強化樹脂レベルの高い剛性を持つ炭素繊維構造材料「Carbon Fiber Reinforced Foam(CFRF)」を開発したと発表した。

CFRFは、炭素繊維の短繊維が3次元的なネットワークを形成し、お互いの交点が樹脂により強固に結合した構造を持つ。これにより多孔質でありながら高い剛性を持つ。

CFRFは新たに開発された炭素繊維シート基材を材料として、一般的なプレス形成によって立体形状を形成できる。この炭素繊維シート基材は、炭素繊維の短繊維を均一に分散させ、バインダー樹脂で固めて圧縮したシートだ。このシートを加熱すると、バインダー樹脂が柔軟になると同時に、炭素繊維の復元力で膨張して賦形性を発現する。成形後は、バインダー樹脂が炭素繊維と強く結合してCFRFを形成する。

CFRFは、一般的な発泡シート材料と同等の0.2~0.6の低い比重だが、繊維強化樹脂レベルの5~12GPaの弾性率を持つ。曲げ剛性を指標とした軽量化効果は、スチールに対して約80%、一般的な炭素繊維強化プラスチックに対して約40%の軽量化が期待できるという。

プレス形成時にシートの厚み方向に膨張するため、金型に沿った立体形状の形成も可能だ。また、他の熱可塑性シート材料や熱硬化性シート材料と組み合わせて一体成形することで、さまざまな材料設計も可能になる。

同社は今後、自動車・航空機向けをはじめ、スポーツや一般産業分野用途への展開を目指すとしている。

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