カーボンファイバーは錆びますか？
カーボンファイバーは化学的に安定しており、耐腐食性があり、錆びません。そのため、過酷な環境でもうまく機能します。ただし、過酸化水素や硫酸などの強力な酸化剤は影響を与える可能性があります。
同様に、エポキシ樹脂は不活性で錆びたり腐食したりしません。ただし、日光には弱いです。したがって、太陽光による長期的な損傷を防ぐために、炭素繊維複合材を耐紫外線仕上げで覆います。
カーボンファイバー複合材料は、一部の金属と接触すると電食を引き起こす可能性があることに注意してください。短期的には明らかな表面腐食にはつながりませんが、時間の経過とともに腐食生成物が蓄積し、損傷につながります。幸いなことに、これには特定の条件が必要であり、一部のコーティングは保護を提供します。
カーボンファイバーは壊れますか?
簡単に言うと「はい」です。どのような材料でも失敗する可能性はありますが、それよりも少し複雑です。製造プロセス、デザイン、使用方法などの多くの要因が耐久性に影響します。
たとえば、メーカーが樹脂を不均一に塗布したり、十分に使用しなかったりすると、隙間ができたり、ひび割れが発生したりする可能性が高くなります。時間の経過とともに、これらの小さな亀裂は破損するまで広がる可能性があります。たとえ小さな衝撃であっても、最終的には故障につながる可能性があります。
繊維と繊維層の配向も疲労耐性に大きな影響を与えます。加える力の種類も同様です。圧縮力、せん断力、および引張力は、さまざまな種類の破損を引き起こします。
たとえば、0 度のレイアップで織られた繊維は、45 度の場合よりもねじり強度が低くなります。そのため、ねじると折れてしまう可能性があります。
重要なのは、特定の部品の負荷しきい値を下回っていれば、簡単には壊れないということです。
また、差し迫った障害を示す損傷の兆候を検出するのは難しいことにも注意してください。また、曲がったり座屈したりする他の素材とは異なり、カーボンファイバーは破損すると見事に破損し、粉々になる可能性があります。
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気象条件はカーボンファイバーの耐久性に影響しますか?
カーボンファイバーは熱膨張が低いのが特徴です。したがって、その形状、面積、体積、密度は、温度の変化に応じてあまり変化しません。だからといって、長期的には天候の影響を受けないわけではありません。研究では、気象条件の組み合わせが、さまざまな環境において炭素繊維に明確な影響を与える可能性があることが判明しました。
凍結融解サイクル
Civil Engineering Research Foundation は、炭素繊維の耐久性に対する潜在的な脅威として凍結融解サイクルを特定しました。さらに、塩水中では凍結融解条件により炭素繊維強化コンクリートがより劣化することが判明した。
完全性を失うのは必ずしも炭素繊維ではなく、むしろマトリックスに微小亀裂が形成され、繊維とマトリックスが剥離することです。そしてその効果の一部は、構造用接着剤が他の炭素繊維の使用ほど進歩していないことによるものです。
最後に、これらの影響にもかかわらず、別の研究では炭素繊維強化コンクリートが標準コンクリートよりも耐久性が高いことがわかりました。
湿熱老化
湿熱老化は、一部の用途では炭素繊維の耐久性に影響を与える可能性がありますが、他の用途ではそうではありません。
湿熱老化とは何ですか?湿熱老化とは、熱と湿気の組み合わせと、それが構造に及ぼす影響を指します。
熱や湿気に長時間さらされても、カーボンファイバーの曲げ強度にはほとんど影響がありません。しかし、持続的な負荷がかかり、塩水が存在すると、引張強さは 7 % ～ 12 % 低下します。
乾湿サイクル
ある研究では、湿潤-乾燥サイクルが引張強度に重大な悪影響を与える可能性があることが示されています。乾湿サイクルを 4000 回繰り返すと、故障の確率が著しく増加します。
対照的に、炭素繊維の変形に対する影響は限定的です。
紫外線暴露と結露
紫外線と結露は相乗的に作用し、エポキシ マトリックスの浸食を引き起こしますが、カーボン ファイバーには影響を与えません。エポキシの浸食により、最終的に引張強度が最大 29 % 低下し、耐久性の低下につながる可能性があります。
前述したように、耐紫外線仕上げはカーボンファイバー複合材の保護に役立ちます。
全体として、気象条件は炭素繊維に影響を与えます。しかし、その効果は使い方次第です。たとえば、気象条件は、カーボン バイク フレームよりもカーボン ファイバーを使用した建物に顕著な影響を与えます。
カーボンファイバーは熱に耐えられますか?
炭素繊維は熱に耐えることができます。しかし、炭素繊維は主にコンクリート、プラスチック、エポキシなどの母材に使用されるため、耐熱性が制限される可能性があります。言い換えれば、炭素繊維部品が熱に耐えられるかどうかにおいて、繊維単独よりもマトリックスがより重要な役割を果たします。
たとえば、一部のエポキシは 100 度 (212 °F) までの温度に耐えることができますが、炭素繊維強化カーボン マトリックス複合材料は 2000 度 (3632 °F) を超える温度に耐えることができます。
カーボンファイバーは防弾ですか?
理論的には、カーボンファイバーは銃弾を止めることができますが、ケブラー® またはその他のアラミドファイバーはより柔軟性と耐衝撃性に優れています。さらに、Kevlar® は防弾装甲としてはよりコスト効率の高いオプションです。
カーボンファイバーは、いくつかの物体に対して高レベルの保護を提供します。力の衝撃を分散させるため、レースカーのドライバーが保護のために使用しているのをよく見かけます。しかし、銃弾の場合は、それを阻止するために多くの層が必要になります。
このビデオを見て、炭素繊維複合材料が弾丸に対してどのように耐えるかを確認してください。
しかし、カーボンナノチューブは弾丸にも耐えることができます。ナノチューブは、六角形のパターンを繰り返して結合した炭素原子で構成され、中空の円筒を形成します。これらのナノチューブは、弾道ミサイルからのエネルギーを炭素繊維よりも吸収し、場合によってはケブラー®よりも吸収することができます。
最も基本的な形状のカーボンファイバーはカーボングラファイトであり、事実上永久に持続します。この材料は通常、光分解性または生分解性ではありません。ただし、マトリックスなどのいくつかの要因が耐久性に影響を与えます。さらに、複合材料の頻繁な使用や環境要因は、その耐久性や潜在的な用途に影響を与える可能性があります。一般に、科学者はカーボンファイバー部品の耐久性は 50 年以上であると予想しています。
