FRP加工 – metoree本番管理

FRP加工とは

FRP加工とは、繊維強化プラスチック (FRP：Fiber Reinforced Plastics) 製の部品を成形したり、接合や切断、切削などの加工を施したりする工程です。

FRP加工は、材料の成形や強化繊維の配置、樹脂の含浸、硬化などの一連の工程を経て、製品に求められる形状と性能を実現する技術です。また、FRPは樹脂と強化繊維の組み合わせにより特性が大きく変わるため、加工方法も製品や用途によってさまざまな種類が存在します。

FRP加工は、軽量化と耐久性が必要な分野において不可欠な技術です。

自動車の外装や内装、航空機の部品など、軽量で高強度な構造部材として使用されます。特にカーボンファイバーを使用したCFRP加工は、軽量化が求められるスポーツカーや航空機の機体で多く採用されており、燃費向上や運動性能の向上に貢献する技術です。

建築物の外装や内装材、トンネルや橋の補強材も、耐候性と耐久性に優れたFRP加工品の用途です。FRPは腐食しにくく軽量なため、設置が簡単で、特に錆びやすい環境での長期的なメンテナンスを削減できます。

FRPは水に強いため、船体やデッキなどの船舶部材も主な使用用途です。軽量で耐腐食性が高いFRP加工品は、船体の強度を維持しながら燃費効率を高めることができるため、漁船からレジャーボートまで幅広い船舶で採用されています。

ゴルフクラブやテニスラケット、サーフボード、自転車のフレームなど、強度と軽量化が重要なスポーツ用品にもFRP加工が利用されています。耐衝撃性に優れたFRPは、使用者にとってのパフォーマンス向上にもつながる重要な素材です。

家庭用の浴槽やキッチンカウンター、タンクや配管といった産業用の設備にもFRPが採用されています。耐水性と耐久性が必要な場面や、複雑な形状が求められる場面は、FRP加工の特性が活かされる領域です。

FRP加工は、現在は成形を含む工程として認識されています。ここではFRPの成形方法と、成形以外の加工について、主なものを説明します。

最も基本的なFRP加工方法の一つで、型に繊維シートを敷き、その上から樹脂を塗布して積層し、硬化させる手法です。人の手でレイアップ (積み重ね) を行うため、複雑な形状にも対応できますが、製造に手間がかかるため大量生産には不向きです。カスタムメイドの製品や、特注の部品製造に適しています。

スプレーアップ法は、樹脂と短くカットしたガラス繊維をスプレーガンで吹き付けて成形する方法です。複雑な形状にも均一に吹き付けられるため広範囲にわたる加工が可能です。ただし、積層厚みの制御が難しいため、ハンドレイアップ法に比べて製品の強度が劣ります。

RTM (Resin Transfer Molding) 法は、密閉された型の中に繊維をセットし、樹脂を注入して硬化させる方法です。樹脂の含浸が均一であるため、強度の高い製品が作成できます。また、大量生産も可能なため、自動車部品などで多く使用されます。

高温高圧のオートクレーブ (加圧蒸気炉) を使って成形・硬化する方法で、圧力と熱を加えることで高密度のFRP製品を作成できます。特に航空機部品やレーシングカーの部品は軽量かつ高強度が必要であり、オートクレーブ加工が適した領域です。

ライニングとは、基材の表面を比較的厚い層で覆う表面処理を言います。類似するものにコーティングがありますが、一般的にライニングはコーティングよりも層が厚いものとされています。

FRP製品は劣化によってヒビ、穴あきなどが生じます。FRPのライニング加工は、劣化した部分にFRPの層を形成し、強化する技術です。ライニングを応用することで、FRPの配管同士を接合し、エルボやチーズと呼ばれる3本の管を接合することもできます。

FRPは一般的な金属やプラスチックに比べ高価なこともあり、切削加工は一般的ではありません。またCFRPではCF (カーボンファイバー) に油分が染み込むと、強度に大きな影響を及ぼしかねません。そのためCFRPの機械加工では、ドライ加工が一般的です。

使用する環境に応じて、適切な材料と加工方法を選ぶ必要があります。たとえば、屋外で使用する製品には耐候性や耐紫外線性が求められるため、適切な表面処理やコーティングが施されたFRPが適しています。また、高温にさらされる製品には、耐熱性を強化する加工が必要です。

製品が求める強度や耐久性に応じて、最適な繊維材料と成形方法を選ぶことが大切です。

自動車や航空機の部品には軽量化と高強度が必要なため、カーボン繊維とRTM法やオートクレーブ成形が適しています。一方、耐衝撃性が重要なスポーツ用品にはガラス繊維を使ったハンドレイアップ法やプル形成法が適しています。

製造コストや生産量も加工方法の選択に影響します。ハンドレイアップ法やスプレーアップ法は少量生産向き、RTM法やプル形成法は大量生産向きです。コストを抑えながらも強度を確保したい場合、材料費と加工コストのバランスを考慮した選択が重要です。

FRP製品ではデザインが製品の強度に大きく影響します。強度の低い樹脂を基材に繊維で強化しているため、繊維の方向で強度や剛性が大きく変化します。適切な繊維の配向の決定は、FRP製品の設計において重要な要素です。