炭素繊維複合材料は、その優れた機械的特性や耐薬品性により、航空宇宙、自動車製造、鉄道輸送などの分野で広く使用されています。ただし、高温での強度変化は、その適用範囲を決定する重要な要素の 1 つです。この記事では、高温における炭素繊維複合材料の強度変化について調査します。
カーボンファイバー自体の高温耐性
カーボン繊維自体が優れた耐高温性を持っています。理論によれば、炭素繊維は 2600 度までの高温に耐えることができます。ただし、炭素繊維は通常単独で使用されるのではなく、樹脂などと複合化されて完成品となります。高温におけるこの複合材料の強度変化は、使用する樹脂の種類によって影響を受ける可能性があります。
高温における炭素繊維複合材料の強度変化
エポキシ樹脂複合材
エポキシ樹脂は、炭素繊維複合材料で最も一般的に使用される樹脂の 1 つです。しかし、エポキシ樹脂は高温耐性が比較的弱く、通常180～200度で酸化分解してしまいます。したがって、エポキシベースの炭素繊維複合材料の強度は高温では大幅に低下します。
熱可塑性樹脂複合材
エポキシ樹脂と比較して、熱可塑性樹脂（ポリフェニレンサルファイドやポリエーテルエーテルケトンなど）は高温耐性に優れています。これらの樹脂を使用して製造された炭素繊維複合材料は、高温での強度損失が少なくなります。
セラミックマトリックス複合材料
あらゆる種類の炭素繊維複合材料の中で、セラミックマトリックス複合材料は高温に対する最も強い耐性を持っています。このタイプの材料は 1500 度までの温度でも安定しており、高温でも強度はほとんど変化しません。
結論は
高温における炭素繊維複合材料の強度は、主に使用する樹脂の種類によって異なります。エポキシ樹脂ベースの複合材料の強度は高温では大幅に低下しますが、熱可塑性樹脂およびセラミックベースの複合材料は優れた高温耐性を備えています。これらの特性を理解することは、特定の用途に適切な炭素繊維複合材を選択するために重要です。
