アラミドとカーボンの混合織物: 構造、性能上の利点、強度特性、および産業用途

アラミドカーボン混合生地 エンジニアリング分野で最も優れた 2 つの強化繊維、つまりカーボン繊維の剛性と軽量性と、アラミド (ケブラータイプ) 繊維の靭性と耐衝撃性を組み合わせたものです。その結果、構造剛性と損傷耐性の両方が譲れない用途において、いずれかの繊維単独よりも優れた性能を発揮するハイブリッド複合強化材が誕生しました。

どの生地が最も衝撃に強いのでしょうか?

構造補強繊維の中でも、 アラミドカーボン混合生地 織物ハイブリッドの中で最高の耐衝撃性を実現し、同等の面重量でのシャルピー衝撃テストで純粋なカーボンファイバーラミネートを 40 ～ 60% 上回ります。この性能上の利点は、アラミド繊維の優れたエネルギー吸収メカニズムから直接得られます。

カーボンファイバーとアラミドファブリック: 特性ごとの比較

純粋なカーボンファイバー生地と純粋なアラミド生地には、それぞれ十分に文書化された長所と短所があります。 アラミドカーボン混合生地 は、両方の利点を生かしながら、それぞれの重大な弱点であるカーボンの脆性とアラミドの圧縮弱点を軽減するように特別に設計されました。

アラミドカーボンハイブリッド生地は実際どのくらい軽量ですか?

アラミドカーボン混合生地 硬化積層体で 1.35 ～ 1.45 g/cm3 の密度を実現します。これは、構造用鋼 (7.85 g/cm3) の約 5 倍、アルミニウム合金 (2.7 g/cm3) の約 1.8 倍であり、比引張強さでは両方に匹敵するかそれを上回っています。

純粋なカーボンよりも重量がプレミアムになるのは、意図的なエンジニアリング上のトレードオフです。アラミド繊維の密度 (1.44 g/cm3) は、標準弾性率のカーボン繊維 (1.76 g/cm3) よりもわずかに高く、実際には多くの構成においてハイブリッド生地は純粋なカーボンよりも単位体積当たりわずかに軽く、複合材料のグラム当たりの比エネルギー吸収は大幅に高いことを意味します。

アラミドとカーボンの混合生地が必要なのはどの用途ですか?

主な耐荷重機能と衝撃、振動、または動的疲労への曝露を組み合わせた構造部品は、 アラミドカーボン混合生地 。静的な構造には純炭素で十分です。ハイブリッド ファブリックは、剛性と同じくらい故障モードが重要な場合に指定されます。

よくある質問

アラミドとカーボンのハイブリッド生地はウェットレイアッププロセスで使用できますか?

はい。ハイブリッド ファブリックは、標準的なウェット レイアップ、真空注入 (VARTM)、およびプリプレグ プロセスと互換性があります。アラミド繊維はわずかに親水性があるため、乾燥した状態で保管し、切断したらすぐに処理する必要があります。注入の場合、カーボン - アラミドトウ界面にドライスポットを発生させずに混合繊維構造全体を完全にウェットアウトさせるには、25 ℃で 500 mPas 未満の低粘度エポキシを使用することをお勧めします。

アラミドとカーボンの混合生地をほつれなくカットするにはどうすればよいですか?

セラミックはさみ (ケブラーはさみ) または振動ブレード切断システムを使用します。標準的なスチール製のハサミはアラミド繊維に対してすぐに鈍くなり、端がほつれ、ラミネートを汚染します。 CNC 切断では、真空ホールドダウンを備えた高速の多歯超硬ルータービットがファイバーの抜けを防ぎます。常に犠牲バッキングボード上で切断し、希釈した樹脂で切断端を直ちにシールします。

どの樹脂システムがハイブリッド アラミドカーボン生地と互換性がありますか?

エポキシ樹脂が標準的な選択肢であり、両方の種類の繊維に対して最高の繊維対マトリックスの接着力を提供します。ビニルエステル樹脂は、その加水分解安定性により海洋用途で使用されています。フェノール樹脂は航空宇宙用の FST 準拠用途向けに指定されています。ポリエステル樹脂は推奨されません。硬化中の収縮によってアラミドとカーボントウの界面に微小亀裂が生じ、層間せん断強度が 15 ～ 25% 低下します。

アラミドカーボン混合生地はオートクレーブ処理に適していますか?

はい、オートクレーブ処理 (通常、6 ～ 7 bar で 120 ～ 180 ℃) により、空隙率が 1% 未満で最大繊維体積分率 (55 ～ 65%) の最高品質のハイブリッド ラミネートが生成されます。ハイブリッド ファブリックのプリプレグ バージョンはオートクレーブ処理を簡素化し、航空宇宙構造用途の標準となっています。オートクレーブ外 (OOA) プリプレグ バリアントは、オートクレーブ サイズが制約となる大型部品にも利用できます。