關于碳纖維的材料特性。 

碳纖維，顧名思義就是“由碳構成的纖維”。其特點是“令人驚訝的輕盈，強大和持久”。重量是鐵的1/4、鋁的2/3、玻璃纖維的2/3。例如拉伸強度是鐵的10倍，非常強大，而且不疲勞、不生銹、熱性穩定，是非常優秀的材料。

 

碳纖維廣泛用作CFRP（碳纖維增強塑料）與塑料結合，用于高爾夫球桿桿，釣魚竿，網球拍等。對于大型飛機例如波音787，飛機上超過50％的部件采用的都是CFRP。由于輕，強，無銹的材料特性，材料也適用于汽車車身。目前，它僅用于一些豪華車，但如果生產和加工成本降低，CFRP也將用于普通車輛的車身，將大大提升汽車性能。

碳纖維項目團隊的目標是什么

廣島有許多與汽車有關的中小企業。碳纖維項目團隊正在測試和研究CFRP加工技術，以便當CFRP在未來的汽車中使用時，這些中小企業可以順利接收訂單。

 

廣島縣有很多高科技金屬沖壓公司，我們可以期待CFRP在沖壓方面的潛力。CFRP加工研究屬于工業技術中心的研究主題，該中心為該地區內的公司提供新領域的技術方面的支持。

 

當中小企業進行CFRP處理時，重要的是什么？

確立能夠以低成本進行加工的技術很重要。我們已經知道CFRP具有優秀的材料特性。但是現在，因為生產成本和加工成本都很高，所以還無法量產。

 

期望材料制造商降低材料成本。我們的研究所致力于降低加工成本，即“提高材料產量”和“縮短生產周期”，并已提交多項專利。

CFRP有什么樣的加工法?

CFRP有很多加工方法，比如“熱壓罐成形”、“熱塑沖壓成形”、“RTM成形”等。

 

在熱壓罐成型中，利用了“熱固性樹脂和碳纖維復合材料，加熱熱固性樹脂，使其固化的性質。具體做法是使用大型壓力鍋，用高溫、高壓成形。在飛機、新干線、賽車、人造衛星等宇宙技術中使用的CFRP大部分零件都是用熱壓罐成形法加工而成的。

 

在“熱塑性壓塑成形”中，利用“熱塑性樹脂和碳纖維復合材料，熱塑性樹脂加熱后就會變得柔軟”的性質進行壓塑成形。具體來說，首先從CFRP薄片切成預定的形狀和尺寸，然后將它們疊起來壓成一塊板，然后將“CFRP板”加熱，用模具壓成想要的形狀。

所謂“RTM成形法”，是將碳纖維配置在密封模具內部，通過施加壓力使樹脂充滿模腔，通過加熱固化而成型的方法。

 

碳纖維項目組主要進行“熱塑性模壓成形”的實驗和研究。

關注熱塑性塑料模壓成型的原因

 

目前通過熱固化的主流成型方法在應用于汽車工業時需要較長的成型時間，并且在這方面，熱可塑有著可行性。此外，熱固性研究已在各大公司進行。作為后來者，我們的目標是熱塑性塑料成型。

 

此外，考慮到廣島的公司的發展，如果是模壓成型，則可以原樣使用與汽車部件用模具相關的傳統設備。

 

碳纖維項目團隊開發出以下技術

1.提高中間材料的沖擊吸收性的辦法

CFRP一般是在碳纖維中加入樹脂而制成的稱為預制的片狀中間材料。在那個時候，我們開發了能更可靠地附著熱塑性樹脂和碳纖維的制造技術。通過這個可以期待CFRP的沖擊吸收性的提高。

 

2.為了減少材料的浪費

將薄片狀的中間材料層疊起來時，如果薄片狀材料太大的話，很多部分會在成型后丟棄。通過將薄片做成細的帶狀，減少了原材料的浪費(右上圖)。

 

另外，帶狀薄片是由工業用縫紉機發展改良而成的裝置縫合而成(右圖)。如果使用尼龍線加熱熔化，就能很好地與樹脂融合。

 

3.高速成形的辦法

CFRP沖壓成形。利用加熱到超過樹脂熔化溫度的模具，對碳纖維薄膜進行沖壓成形，然后冷卻模具，取出成型產品。這種方法的缺點有兩種，一是反復加熱和冷卻模具難以提高速度，二是模具表面產生的溫度不均可能導致成型產品的質量下降。關于這個問題，和擁有高技術的中小企業共同探討。通過在模具材料上巧妙地結合鐵和銅，在加快加熱、冷卻工序的同時，實現模具表面溫度的均勻化。

 

Pam-Form的必要性

在CFRP模壓成型中，需要借助實驗提升對材料特性的理解。但是，由于碳纖維價格昂貴，無法重復試驗和錯誤。因此，PAM-FORM等分析軟件很有用。

 

在CFRP中，纖維方向和垂直方向在材料特性上有很大差異。根據纖維方向不同，壓模的褶皺也會不同，產品的特性也會受到纖維方向的影響。

 

纖維方向上的細微差異會導致結果上的巨大差異。僅憑推測是不可能的。雖然最終還是需要通過反復嘗試和錯誤來尋找答案，但是在實際制作之前結合PAM-FORM和其他CAE軟件來使用的話，能夠達到一定程度的精簡，這一點感到很有好處。