カーボン事業部

CFRPとは？

2つ以上の素材を組み合わせた複合材（コンポジット）の一種で、
炭素繊維（カーボンファイバー）を強化材として加えたものを
CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics＝炭素繊維で補強・強化されたプラスチック）と呼びます。

炭素繊維には、高剛性、高強度といった特徴以外に「導電性・耐熱性・低熱膨張率・自己潤滑性・X線透過性」といった特徴も兼ね備えています。
それらの特徴を生かすことで軽量化・大型化・小型化・省エネ化などが期待でき、航空宇宙、自動車・バイク、スポーツ、医療、建築など、様々な用途で幅広く使われています。

アクリル繊維を使った炭素繊維はPAN系とピッチ系に区分されます。
もう一つのピッチ系は石油・石炭などの副生成物を原料とした物を高温で炭化して作った繊維を指します。
 
炭素繊維用の原料になる繊維（プリカーサ）の直径は1本当たり5～15ミクロンと、髪の毛の10分の1ほどしかありません。その細い繊維を耐炎化処理後、加熱炭化処理することで強固な炭素繊維が作られています。炭素同士の結合は非常に強固でありながら密度は低い。つまり、軽くて強いことが最大の特徴となっています。
強度は鉄の約10倍程度あり、密度（体積当たりの質量）は鉄の約4分の1程度です。
比強度（重量当たりの強度）は約40倍という軽量化による省エネルギーに大いに貢献できる機械的特性を持っています。強度だけでなく弾性率も高いという特性は他の材料ではまず到達できません。現在、私たちのまわりにある製品に広く適用されている工業材料の中で、人類が手にした最強の材料と言えます。
ここで言う強度と弾性率の違いをごく簡単に表すと、強度とは“壊れにくさ”であり、弾性率とは“変形のしにくさ”です。
つまり、部材に求められる強靭さの条件が同じならより軽く作ることができ、同じ重量ならより強靭に作れるのが炭素繊維です。
 
PAN系炭素繊維の材料となるポリアクリロニトリルは衣料品などにも用いられる一般的な材料ですが、炭素繊維の材料に用いられるのはそれとは異なる特別なポリアクリロニトリルです。この材料を見つけたことで炭素繊維の性能が大幅にアップしました。

これは炭素繊維を樹脂の強化材として用いたCFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics／炭素繊維強化プラスチック）と呼ばれる複合材料です。
CFRPはエポキシなどの樹脂を母材として炭素繊維を強化材に用いるが、この複合材料としての用途こそ炭素繊維の価値といえます。

その結果、産業機械から航空機、レーシングヨットなどの船体やスポーツ用品に至るまで、幅広く普及することになりました。
CFRPとしての市場は1980年代から徐々に開拓され、1990年代後半から産業用途が急増。特に2010年以降は急速に需要が拡大し、今では1兆2464億円の世界市場規模（2020年時点）にまで拡大しました。
今後もさらに市場は拡大し続け、2035年には現在の3倍近くにまで達するという予想もあります。
大きなものでは長さ100mを超える風力発電機のブレード。たわみを防ぐために、スパーキャップと呼ばれるCFRP製補強板が不可欠となります。

将来的な市場の中で特に期待されているのが、風力発電ブレード用途です。
私たちジェイスプリームは、ジェイポートグループの一員として、国産カーボンブレードの研究開発に取り組んでいます。

風力発電のブレード本体はガラス繊維複合材料（GFRP）で製造されますが、大型のものだとブレードがたわんでしまい、支柱にぶつかったり破損したりする可能性があります。
そこで、たわみを防ぐために、ブレードの中にCFRPのスパーキャップと呼ばれる補強材を入れます。現在、世界中で風力発電は増加しており、今後も洋上風力などでブレードが大型化されるといわれていますから、CFRPの需要はますます高まっていくと考えています。