炭素繊維強化プラスチック
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この記事には独自研究が含まれているおそれがあります。問題箇所を検証出典を追加して、記事の改善にご協力ください。議論はノートを参照してください。(2022年7月)
CFRPで作られたレースカーCFRP成形用炭素繊維カーボン素材を加圧・加熱するためのオートクレーブ装置

炭素繊維強化プラスチック(たんそせんいきょうかプラスチック、: Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)は、炭素繊維樹脂を強化した複合材料である。よりなじみのある複合材料の鉄筋コンクリートで例えると、樹脂がコンクリートに相当し、炭素繊維が鉄筋に相当するものである。東レ製のCFRPを使用しているB787

繊維強化プラスチックの一種であり、マトリックス(母材)にはエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂が多く用いられるが、熱可塑性樹脂を用いるものもあり、それらを特にCFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermo plastics)、FRTPと呼ぶこともある。

CFRPの代表的な特性は高い強度と軽さである。CFRPによる製品は金属や樹脂のような一般的な材料よりも高価であるものの、高い比強度や剛性が求められる分野で用いられる。ゴルフクラブのシャフトや釣り竿などのスポーツ用途から実用化が始まり、1990年代から航空機自動車などの産業用に用途が拡大しており[1][2]、建築、橋梁の耐震補強などの建設分野、その他の民生品でも用途が拡大を続けている。

一部の分野ではCFRP製品のことを単に、カーボン樹脂やカーボンとも呼ぶことがある。
ドライカーボンとウェットカーボン

製造法の違いからドライカーボンとウェットカーボンの2種類に大別される。ドライカーボンは炭素繊維と母材(マトリクス)を、あらかじめ馴染ませた部材(プレプリグ(英語版)など)を型に貼り込んでいったものを真空バッグを使用して加熱しながら圧力差を利用し、エポキシを吸い出しながら圧着し硬化させる。積層プリプレグやプリプレグとハニカム材との密着性を確保するため高い性能を求める場合にはオートクレーブを使用する場合が多い。ハニカム材の圧着の必要がない場合などは、加熱と真空引きによる1気圧の圧力で施工してオートクレープによる加圧を使用しない場合も多い。

従来、車両や航空機の構造部品など大型で極限の性能が求められる用途の場合、生産工程の多くが手作業であり準備・施工にも時間がかかり、大型で高圧のオートクレーブや類する設備が必要なことからコストが非常に高くなることに加え、CFRPが炭素繊維の方向にしか強度を発生しないために設計が難しいことから、利用用途は限られていた。近年ではプリプレグ貼り込みがハンドレイアップよりも容易で精度を高くでき少量生産に向いていることや、小型の製品であれば大型の設備でなくても対応できることから低コストで生産できるため、スマートフォンケースやモバイルPCの外装など小サイズな製品が増加している。

脱オートクレーブ成形法マイクロ波による加熱[3]など、新たな製造法により成形コストは低減しつつある。

ウェットカーボンは、通常のFRPと同じくハンドレイアップ(英語版)・インフュージョン・RTMなどの工法で作られる。RTMやインフュージョン工法でのウェットカーボン製品は機械自動化による大量生産が可能で、自動車などに使われている.
特性

CFRPの特に重要な性質は、軽量であることと優れた力学的特性(強度・弾性率)であるが、それ以外にも優れた性質を多く持つ。


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