従来のセットアップより 10 倍高速な高速 CFRP 成形テクノロジー

スティーブン・ムーア 2023 年 3 月 6 日

日本の東レは、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）モビリティコンポーネントの高速一体成形技術を開発した。 この技術は、軽量で多孔質の炭素繊維強化フォーム (CFRF) コアを熱硬化性プリプレグスキンで挟み込み、優れた機械的特性を提供します。

この新技術により、自動車のルーフなどの CFRP モビリティ コンポーネントを従来のオートクレーブ成形セットアップより 10 倍速く成形できるようになりました。 さらに、部品の質量は鋼製の同等品の半分以下です。 東レは今後も研究開発を進め、軽量化と高速生産が求められる電気自動車部品への適用を加速する方針だ。

CFRP コンポーネントは通常、熱硬化性プリプレグスキンでウレタンフォームコアをサンドイッチ状に挟みます。 これらの軽量で剛性の高い構造の一般的な用途は、航空機、自動車、船舶、インフラストラクチャー用の大型パネルです。 コアをスキンに成形した後にコアを最適に接着するために、製造時間を短縮するよう求める人もいます。 さらに、車両の電動化により、重いバッテリーを搭載したモデルの航続距離を延ばすために、部品の重量を軽減することがますます重要になっています。 都市部のエアモビリティやドローンなどの新興交通手段も、軽量素材から大きな恩恵を受けることになります。

東レの新しい高速一体成形技術により、一度のプレスショットで大型パネルを製造することが可能になります。 これは、このアプローチでは、同じ金型内でコア CFRF と熱硬化性プリプレグスキンの成形、熱硬化性、金型の接合が同時に行われるためです。

CFRF の膨張とプリプレグの硬化タイミングを同期させることは、従来のプロセスよりも大幅に高速になります。 プリプレグの熱硬化性樹脂が多孔質CFRFに浸透し、スキン材とコア材を接着剤を使用せずに接合するため、信頼性の高い接合構造を実現します。 東レの技術は、大型 CFRP 部品の迅速な生産への道を開きます。

CFRF は独自の多孔質材料です。 バインダー樹脂は加熱により柔軟になり、同時に炭素繊維の復元力により膨張します。 得られた炭素短繊維の三次元ネットワークにより、バインダー樹脂と炭素繊維が強固に結合します。

CFRFは従来のコア材と比較して強度、弾性率、耐衝撃性が大幅に向上します。 比重範囲が 0.2 ～ 0.4 と低いため、パフォーマンスが向上し、サンドイッチ構造が軽量になります。

東レは、プレス機を用いて自動車用大型ルーフパネル（長さ1.2メートル×幅1.2メートル×厚さ2.3ミリ）を従来の10倍にあたるわずか5分で製造するコンセプトを実証した。 自動車生産に必要な剛性、塗装性、遮音性などの実用性を評価した。 最も重要な落下重量衝撃試験において、東レはスキンコア界面が剥離せず、衝撃吸収性が優れていることを確認しました。

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