熱可塑性複合材料

熱可塑性複合材料の生産では、マトリクス材料として熱可塑性ポリマーが使用されます。熱可塑性ポリマーは高温で処理を行う際に加熱すると柔らかくなり、冷やすと硬くなります。熱可塑性複合材料に使用される高性能熱可塑性ポリマーは、エポキシ樹脂をはじめとする従来の熱硬化性樹脂と比較すると、より高い使用温度、より低い吸湿性、硬度と耐薬品性の向上など数多くの利点があります。

熱可塑性複合材料は再加熱や再成形も可能なため、熱成形や熱溶融/溶接/接合など、製造におけるさまざまなプロセスに対してもメリットがあります。熱硬化性材料と違い、熱可塑性複合材料は化学反応や「キュア(硬化)」が不要なため、プロセスにおいて成形サイクル時間を大幅に短縮することができます。さらに、熱可塑性材料は冷却する必要がなく、シェルフライフに制限がありません。このため製造プロセス全体のさらなる簡素化および効率化が可能になります。

熱可塑性複合材料は一般に、熱可塑性ポリマーマトリクスの強化材としてガラス繊維、炭素繊維、またはアラミド繊維を使用しています:

  • ガラス繊維 - 幅広い構造部品や機械部品で使用され、強度や剛性を含むほとんどの機械的性質を強化します。非導電性で、寸法安定性を備えています。
  • 炭素繊維 - 強度性能と剛性性能に最も優れ、ガラス繊維よりも低密度。拡張係数が小さく、耐クリープ性と耐摩耗性が向上しています。
  • アラミド繊維 - 摩擦係数と熱膨張が小さく、硬度と耐摩耗性が非常に優れています。

このほかにも、これらの強化材にはそれぞれの物理的構成に応じたさまざまな利点があります。たとえば、炭素繊維は連続繊維または非連続繊維として、あるいはフレーク状でも生産が可能です。製造された完成品は形状によって異なる特性を持ち、異なる製造プロセスを採用することができます。こうした設計の汎用性により、熱可塑性複合材料の開発は、幅広い使用条件に対応することが可能になります。

現在、熱可塑性複合材料は航空宇宙/防衛、自動車、消費財、電子機器の各産業において、金属部品やダイキャスティング、従来の熱硬化性複合材料の代替として使用されています。例として、航空宇宙業界では燃料費の上昇に対応するため、軽量の金属交換部品の製造において、それまで使用していた費用対効果の低い従来の熱硬化性材料に代わり、熱可塑性複合材料の使用が増加しています。

高性能熱可塑性複合材料の機能と利点:

  • 金属よりも軽量で、優れた疲労性能と耐食性
  • 費用効率の高い製造と廃棄物の削減
  • X線透過性(放射線透過性)
  • 熱硬化性材料や金属よりも高い減衰性
  • リサイクル可能/再成形可能
  • 高い硬度
  • 低い吸湿性による非常に優れたホットウェット特性
  • 優れた耐薬品性
  • 優れた耐火性
  • 高い使用温度