2023年6月29日 / 最終更新日 : 2023年8月28日 Nikou2021 強化樹脂

【強化プラスチック】GFRP CFRP FRPとは？強化プラスチックの種類や特性。

強化プラスチックは、プラスチックに繊維などを加えて強度を高めた革新的な素材です。最近ではさまざまな産業分野で注目を集めています。

その優れた特性と多様な応用範囲から、産業界ではさまざまな目的に利用されています。

弊社では、強化プラスチックであるガラス繊維入り6ナイロン（PA6-GF）やガラスビーズ入り6ナイロン（PA6-GB）などを使用したナイロン注型や粉末造形も行っており、幅広い分野で採用されています。

この記事では、強化プラスチックの特徴や用途について説明します。また、私たちが得意とするガラス入りナイロンについても解説します。

強化プラスチックを理解することで、製品開発や設計の際に最適な材料を選ぶのに役立つでしょう。

強化プラスチックの特性

強化プラスチックは、プラスチックにファイバー（繊維）やビーズ（粒子）などの強化材料を添加して製造される複合材料です。強化材料の添加により、プラスチックの特性を向上させ、強度、剛性、耐久性などの性能を向上させることができます。

一般的な強化材料としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などが使用されます。最終的な強化プラスチックの特性は強化材料の種類や配向、添加量などによって影響されます。

強化プラスチックは、金属に比べて軽量でありながら高い強度を持つことから、燃費改善や輸送コストの低減などのメリットがあり、また、その優れた特性から自動車産業、航空宇宙産業、建築業界、電子機器、スポーツ用具など、幅広い産業分野で使用されています。

強化プラスチックのメリットとデメリット

■メリット:

強度と剛性の向上:

強化材料の使用により、通常のプラスチックよりも高い強度と剛性を実現。これにより、より頑丈で耐久性のある製品を作ることが可能です。

軽量化:

強化プラスチックは通常の金属材料よりも軽量です。軽量化により、自動車や航空機などの輸送手段では燃費の向上やエネルギー効率の改善が期待できます。

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耐熱性や耐薬品性の向上:

強化プラスチックは一般的に耐熱性や耐薬品性に優れています。高温環境や腐食性のある環境においても安定性を保ちます。

電気絶縁性:

強化プラスチックは優れた電気絶縁性を持ちます。これにより、電子機器や電気部品の絶縁材料として使用されることがあります。

■デメリット:

高コスト:

強化プラスチックは一般的なプラスチックよりも製造コストが高くなる場合があります。強化材料の追加や特殊な製造プロセスが必要となるため、製品のコストが増加する可能性があります。

衝撃耐性の低下:

強化材料の使用により、プラスチックの衝撃耐性が低下することがあります。衝撃が加わる環境や用途では、注意が必要です。

設計上の制約:

強化プラスチックの使用には設計上の制約があります。強化材料の配置や方向性などが重要であり、適切な設計と製造プロセスの選択が必要です。

GFRP、CFRP、FRPとは？強化プラスチックの種類

GFRP、CFRP、FRPとは

GFRP、CFRP、FRPとは、繊維強化プラスチックという素材の一種です。

GFRPは、ガラス繊維（Glass Fiber）、CFRPは、カーボン繊維（Carbon Fiber）が入った強化プラスチックです。

一方、FRP（Fiber Reinforced Plastic）は、繊維強化プラスチックのことで、様々な種類の繊維が使用される広範なカテゴリーを指します。

FRPには、ガラス繊維、炭素繊維以外にもアラミド繊維などが使用されることがあります。それぞれの繊維は異なる特性を持っており、特定の要件に合わせて選択されます。

FRPの種類はおもに以下のようなものがあります。

CFRP（炭素繊維強化プラスチック）

CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic）は、炭素繊維とプラスチック樹脂を組み合わせた複合材料です。炭素繊維は非常に強靭で軽量な素材であり、プラスチック樹脂と組み合わせることで、高い剛性と優れた強度を持つ製品を作ることができます。

CFRPの利点:
- 軽量性: 炭素繊維は非常に軽量であり、その軽さにも関わらず高い強度を持ちます。
- 高い強度と剛性: CFRPは鉄鋼よりも優れた強度と剛性を持ちます。これにより、製品はより軽量かつ頑丈になります。
- 耐久性: CFRPは耐腐食性があり、熱や化学物質にも耐性があります。

CFRPは航空宇宙、自動車、スポーツ用品、建築など、さまざまな分野で利用されています。その利点と優れた特性から、CFRPは次世代の軽量化技術や高性能製品の製造に重要な役割を果たしています。

GFRP (ガラス繊維強化プラスチック)

GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastic）は、ガラス繊維を強化材料として使用した強化プラスチックの一種です。ガラス繊維は非常に強度が高く、耐摩耗性や耐久性に優れています。

GFRPの利点:
- 強度と剛性の向上: ガラス繊維の高い強度により、通常のプラスチックよりも優れた強度と剛性を持ちます。これにより、構造部材や高負荷部品など、強度要件の厳しい用途で使用されることがあります。
- 軽量性と高い強度: ガラス繊維は非常に軽量でありながら強度が高いため、軽量化が求められる産業分野で広く利用されています。
- 耐熱性と耐薬品性: 一般的に耐熱性や耐薬品性にも優れています。高温環境や腐食性のある環境にさらされる用途においても安定性を維持することができます。

GFRPの用途：
- 建築産業：軽量でありながら強度があり、耐候性や耐腐食性にも優れています。これにより、建築材料として外壁パネル、屋根材、床材、パイプ、断熱材などに使用されます。
- 自動車産業：軽量でありながら強度があり、衝撃吸収性にも優れています。自動車のバンパー、ドアパネル、ボンネット、内装パーツなど、車両の軽量化や安全性の向上に貢献します。
- 船舶産業：軽量かつ耐久性に優れており、船舶の艇体や船体部品に広く使用されています。耐水性、耐腐食性、耐衝撃性が要求される船舶産業において、長期間の使用に耐える材料として重要です。
- スポーツ用品：ゴルフクラブ、釣り竿、カヤック、ヨットなど、スポーツ用具にもGFRPが使用されます。軽量性と耐久性が求められるスポーツ用品において、高性能な材料として利用されます。
- 電子機器：電磁波の遮蔽性に優れており、信号の干渉や電磁ノイズの防止に役立ちます。電子機器の筐体やカバーなどに使用されることがあります。

GFRPはその優れた特性から、耐候性、耐腐食性、耐衝撃性、軽量性、強度などが求められるさまざまな産業分野で広く使用されています。

AFRP(アラミド繊維強化プラスチック)

AFRP（Aramid Fiber Reinforced Plastic）は、アラミド繊維とプラスチック樹脂を組み合わせた複合材料です。アラミド繊維は非常に強力で耐久性に優れており、プラスチック樹脂との組み合わせによって高い強度と耐久性を持つ製品を作ることができます。

AFRPの利点：
- 強度と耐久性：アラミド繊維の高い強度とプラスチック樹脂の柔軟性と結合により、アラミド繊維強化プラスチックは非常に強度があり、耐久性に優れています。
- 軽量性：アラミド繊維は非常に軽量でありながら強度が高いため、アラミド繊維強化プラスチックは軽量化が可能です。
- 耐衝撃性：アラミド繊維は高いエネルギー吸収能力を持ち、アラミド繊維強化プラスチックは耐衝撃性に優れています。
AFRPの用途：
- 軍事・防弾関連：防弾ヘルメット、防弾ベスト、軍事車両の装甲などの防弾製品に使用されます。
- 自動車産業：車両の構造部品や内装パーツ、ドアパネル、フロントエンドモジュールなどの製造に使用され、軽量化と高い耐久性を実現します。
- 航空宇宙産業：航空機の構造部品、宇宙船の部品などに使用され、軽量かつ高い強度を提供します。
- スポーツ用品：スポーツ用品、特に自転車フレーム、テニスラケット、ボウリングボールなどの製造に使用され、軽量性と高い強度を持つ製品を作り出します。

アラミド繊維強化プラスチックは、その優れた特性からさまざまな産業分野で幅広い用途に使用されています。

各特性を把握して検討する

強化プラスチックは、強化材料や添加量によって物性が異なります。また、物性の高い素材は、コストも比例して高くなります。強化プラスチックを選択する際は、使用する素材の物性値・コストも確認して検討する必要があります。

以下では、弊社が使用するGFRPの一つガラス入り６ナイロンについて解説します。

ガラス入り6ナイロン：強度と耐久性を兼ね備えた優れた強化プラスチック

GFRPの一種であるガラス入り6ナイロンは、ナイロン樹脂にガラス繊維を添加した複合材料です。強度と耐久性を兼ね備えた優れた強化プラスチックです。その特性から、さまざまな産業分野で広く利用されています。

ガラス入りナイロンのメリット：
- 高い強度と剛性：ガラス繊維の添加により、ガラス入りナイロン樹脂は非常に高い強度と剛性を持ちます。
- 耐熱性：ガラス繊維はナイロン樹脂に比べて高い耐熱性を持っています。そのため、ガラス入りナイロン樹脂は高温環境での使用や耐熱性が要求される用途に適しています。
- 耐摩耗性と耐薬品性：ガラス入りナイロン樹脂は、ナイロン樹脂の特性である耐摩耗性と耐薬品性を保持しています。これにより、摩擦や化学薬品に対して優れた耐性を持ち、長期間の使用においても性能を維持することができます。
- 軽量性：ナイロン樹脂は比較的軽量な素材ですが、ガラス繊維の添加によりさらに強度が向上します。そのため、ガラス入りナイロン樹脂は軽量かつ強固な製品を実現することができます。

ガラス入りナイロンのデメリット：
- 高コスト：ガラス繊維の添加により製造コストが上昇するため、ガラス入りナイロン樹脂は他の一般的なプラスチック材料に比べてコストが高い傾向があります。
- 制約された成形性：ガラス繊維は剛性があり、成形時には特定の成形技術や設備が必要です。そのため、ガラス入りナイロン樹脂の成形には制約があり、複雑な形状の製品を作る際には工程や設計の調整が必要となる場合があります。
ガラス入りナイロンの用途：
- 自動車産業: エンジン部品、車体部品、内装パーツなど
- 電子機器: 筐体、コネクター、電子部品など
- 工業部品: 構造部材、高負荷部品、耐摩耗部品など
- スポーツ用具: ラケット、クラブ、フレームなど