炭素繊維自動車部品の主な用途

カーボンファイバーとは、炭素含有率が90％以上の繊維状の炭素材料です。各種有機繊維を不活性ガス中で高温で炭化して製造されます。優れた機械的特性を持っています。特に2000℃以上の高温不活性環境下においては、強度が低下しない唯一の物質です。炭素繊維コイルチューブや炭素繊維強化ポリマー（CFRP）は、21世紀の新素材として、その高強度、高弾性率、低比重を生かして自動車に広く使用されています。

炭素繊維コイル成形技術は、炭素繊維プリプレグをコイラー上で熱間圧延して成形する複合材料製品の成形方法です。

原理は、カーボンファイバー巻き取り機のホットローラーを使用してプリプレグを柔らかくし、プリプレグ上の樹脂バインダーを溶かすことです。一定の張力の下で、ローラーの回転操作中に、プリプレグはローラーとマンドレルの間の摩擦によって所望の厚さに達するまでチューブコアに連続的に巻き取られ、その後コールドローラーによって冷却され、成形されます。ワインダーから取り出し、硬化オーブンで硬化させます。チューブが硬化した後、コア形成体を除去することにより、複合材料が巻かれたチューブが得られる。成形工程におけるプリプレグの供給方法により、手動供給方式と機械連続供給方式に分けられます。基本的なプロセスは次のとおりです。まず、ドラムを洗浄し、次にホットドラムを設定温度まで加熱し、プリプレグの張力を調整します。ローラーに圧力をかけず、離型剤を塗布したモールドにリードクロスを1回転巻き付けてから、プレッシャーローラーを下げ、プリントヘッドクロスをホットローラーの上に置き、プリプレグを引き出し、加熱されたモールドにプリプレグを貼り付けます。ヘッドクロスの一部がリードクロスと重なっています。リードクロスの長さはパイプの直径にもよりますが、800～1200mm程度、リードクロスとテープの重なり長さは150～250mmが一般的です。厚肉パイプをコイル状に巻く場合は、通常の運転ではマンドレル速度を適度に上げ、減速してください。壁の厚さに近い設計をし、設計の厚さに達したらテープをカットします。その後、加圧ローラーの圧力を維持した状態で、マンドレルが１～２回転連続回転する。最後に、加圧ローラーを持ち上げてチューブブランクの外径を測定します。テストに合格すると、カーボンファイバーコイラーから取り出され、硬化炉に送られ、硬化・成形されます。

シートヒーターパッド

炭素繊維自動車シート加熱パッドは、自動車産業における炭素繊維加熱の応用における画期的な製品です。炭素繊維発熱体技術は自動車補助市場でますます人気が高まっており、従来の面状加熱システムに完全に取って代わりました。現在、メルセデス・ベンツ、BMW、アウディ、フォルクスワーゲン、ホンダ、日産など、世界中の自動車メーカーのほとんどすべての高級車や高級車にこのようなシートヒーター装置が装備されています。炭素繊維の熱負荷 炭素繊維は、最大 96% の熱効率を備えた比較的高性能の熱伝導材料であり、加熱パッド内に均一に分布しています。

均一な分布により、シート加熱領域、カーボンファイバーフィラメント、均一な温度分布での均一な熱放出が保証され、加熱パッドの長期使用により、シート表面の革が滑らかで完全であることが保証されます。線跡や局所的な変色はありません。温度が設定範囲を超えると、自動的に電源が切れます。温度が要件を満たさない場合は、自動的に電源がオンになり、温度が調整されます。炭素繊維は人体に吸収される赤外線の波長に適しており、健康管理効果があります。運転疲労を完全に軽減し、快適性を向上させます。

自動車ボディ、シャーシ

炭素繊維強化ポリマー複合材料は十分な強度と剛性を備えているため、ボディやシャーシなどの主要構造部品の軽量化に適しています。炭素繊維複合材料の適用により、車体やシャシーの重量は40～60％、鉄骨構造の1/3～1/6に相当する軽量化が見込まれる。英国のマテリアル システム研究所は、炭素繊維複合材の重量損失効果を研究しました。結果は、炭素繊維強化ポリマー材料の重量がわずか 172 kg であるのに対し、鋼製本体の重量は 368 kg であり、約 50% の軽量化であることがわかりました。生産能力が 20,000 台未満の場合、RTM プロセスを使用して複合ボディを製造するコストは、鋼製ボディのコストよりも低くなります。東レは、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を用いて自動車のシャシー（フロントフロア）を10分以内で成形する技術を確立した。しかし、炭素繊維はコストが高いため、自動車への炭素繊維複合材料の適用は限られており、一部のF1レーシングカーや高級車、自動車のボディなどの少量モデルにのみ使用されています。 BMWのZ-9とZ-22、M3シリーズのルーフとボディ、G&MのUltraliteボディ、FordのGT40ボディ、Porsche 911 GT3の耐荷重ボディなど。

燃料貯蔵タンク

CFRPを使用することで、この要求を満たしながら圧力容器の軽量化を実現できます。エコカーの発展に伴い、水素燃料電池車の燃料タンクにCFRP材料を使用することが市場に受け入れられてきました。独立行政法人エネルギー研究機構の燃料電池セミナーの情報によると、2020年には日本国内の500万台の自動車が燃料電池を使用する予定です。米国のフォード・ヒューマーhh2hオフロード車も水素燃料電池の使用を開始しており、水素燃料の使用が期待されています。セル自動車は一定の市場規模に達するだろう。

以上がご紹介した炭素繊維自動車部品の主な応用内容です。分からないことがございましたら、弊社ホームページをご参照ください。専門の担当者が丁寧にご説明させていただきます。