炭素繊維複合材料加工ガイド
炭素繊維複合材料：加工ガイド
炭素繊維（CF）複合材料の処理は、金属部品の設計のバックグラウンドから製造または設計を考えているほとんどのエンジニアを考えると、難しいビジネスです。それはブラックアルミニウムと呼ばれ、そのデザインと製造はブラックアートと呼ばれています。本当に何ですか？
この設計ガイドの目的は、炭素繊維複合材料に関する一般的な情報と仕様、および炭素繊維複合材料を使用して軽量で高性能な製品を設計するためのいくつかのガイドラインを提供することです。
なぜ炭素繊維
炭素繊維複合材料は、均質な金属やプラスチックと比較して、並外れた機械的特性を備えています。素材は丈夫で硬く、軽量です。これらの複合材料は、宇宙船、戦闘機、レースカーのコンポーネントなど、軽量で優れたパフォーマンスが最優先されるアプリケーションに最適な材料です。
炭素繊維複合材料とは
複合材料は、強化材（繊維）とマトリックス（樹脂）を組み合わせて作られ、この繊維とマトリックスの組み合わせは、どちらの材料だけよりも優れた特性を提供します。複合材料では、繊維が荷重の大部分を担い、材料特性の主要な要因になります。樹脂は、繊維間で荷重を伝達し、繊維が座屈するのを防ぎ、材料を結合するのに役立ちます。
いくらですか？
歴史的に、炭素繊維複合材料は非常に高価であり、その使用は特別な用途のみに制限されてきました。しかし、過去17年間で、消費量が増加し、製造プロセスの自動化が進んだため、炭素繊維複合材料の価格は下落しました。複合効果により、ハイエンドアルミニウム製品の全体的なコストが削減されました。今日、炭素繊維複合材料は、スポーツ用品、パフォーマンスボート、パフォーマンスビークル、高性能産業機械などの多くのアプリケーションで経済的に実行可能です。
アプリケーション
複合材料は非常に用途が広いです。エンジニアは、さまざまな繊維や樹脂から選択して、目的の材料特性を得ることができます。また、材料の厚さと繊維配向は、アプリケーションごとに最適化できます。
炭素繊維複合材料の利点は次のとおりです。
1.高い比剛性（剛性を密度で割ったもの）
2.高い比強度（強度を密度で割ったもの）
3.非常に低い熱膨張係数（CTE）
4.X線透過性（低分子量のため）
炭素繊維複合材料はどのような用途で使用されていますか？
以下の表に示すように、比強度が高く、剛性が高く、CTEが低い炭素繊維複合材料の独自の配置により、多くの用途分野で独自の場所が提供されます。
炭素繊維複合材料の典型的な用途
設計情報
炭素繊維複合材料は、必要な方向と位置で強度や剛性を持たせるように部品を調整できるため、「設計者の材料」と見なされます。これは、材料を戦略的に配置し、要件に最も合うように繊維の方向を方向付けることによって実現されます。また、炭素繊維複合材料が提供する設計と製造の柔軟性は、現場で多くの機能を統合して組み込むなど、設計を最適化する機会を提供し、部品の総価格をさらに削減します。
ツーリング
金型は、複合部品の形状を定義するために使用されます。複合部品は、金型のすべての形状と機能を取得します。したがって、成形品の品質は金型の品質に大きく影響されます。カビはオスでもメスでもかまいません。雌型が最も一般的であり、外面が滑らかな部品を生成し、雄型は内面が滑らかになります。プレスを使用して部品を統合する場合は、一致する金型（オスとメス）が必要です。
一般に「クラムシェル」と呼ばれる2つの部分からなるツール
金型は、複合材料、金属充填エポキシで作成するか、アルミニウムまたは鋼から機械加工することができます。使用する金型と材料の種類は、部品の種類と生産量によって異なります。
製造プロセス
高度な炭素繊維の製造は、通常、熱硬化性樹脂を事前に含浸させた炭素繊維を使用して実行されます。使用される2つの主要な方法は次のとおりです。
1.ハンドレイアップ
事前に含浸された織物材料の手作業によるレイアップは、依然として複合製造業界の大部分を占めており、平らな層を複雑な形状に成形するには、人間の労働力のスキルと経験が必要です。高性能で複雑な部品を製造することができますが、高価で変動の大きいプロセスになる可能性があります。
2.自動ファイバー配置（AFP）
考慮すべき主なことは、使用している繊維の幅と圧縮ローラーの半径です。
