ちょっと、そこ！炭素繊維のサプライヤーとして、私はしばしば炭素繊維の密度について尋ねられます。これは、さまざまなアプリケーションでのパフォーマンスに影響を与える重要なプロパティです。それでは、炭素繊維の密度が何であるかをすぐに飛び込み、探求しましょう。
とにかく密度とは何ですか？
炭素繊維密度について話す前に、密度の意味をすばやく見てみましょう。密度は、基本的に、どのくらいの質量が特定のボリュームに詰め込まれているかです。オブジェクトの質量をそのボリュームで割ることで計算できます。メトリックシステムでは、密度は通常、1立方センチメートルあたりのグラム（g/cm³）で測定されます。
炭素繊維の密度
炭素繊維は、他の多くの材料と比較して密度が比較的低くなっています。これは、航空宇宙や自動車など、体重の節約が重要な業界で非常に人気がある理由の1つです。炭素繊維の密度は通常、約1.7〜2.0 g/cm³の範囲です。
現在、この範囲は少し広いように見えるかもしれません。それは、炭素繊維には異なる種類があり、その密度は製造プロセスや使用される前駆体材料などの要因によって異なる可能性があるためです。
炭素繊維の種類とその密度
パンベースの炭素繊維
最も一般的なタイプの炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（PAN）から作られています。 PANベースの炭素繊維は通常、1.75〜1.85 g/cm³の範囲の密度を持っています。パン繊維は加熱され、一連のステップで処理され、炭素繊維に変換されます。このプロセス中に、非炭素要素が除去され、炭素原子は高度に秩序化された構造に再配置されます。
PANベースの炭素繊維は、強度、剛性、コストのバランスが良いため、広く使用されています。テニスラケットや自転車などのスポーツ用品から、パフォーマンス航空宇宙コンポーネントまで、あらゆるものに使用されています。パンファイバーの詳細については、当社のウェブサイトでご覧ください。パン繊維。
レーヨンベースの炭素繊維
レーヨンベースの炭素繊維は別のタイプですが、PANベースの炭素繊維よりも一般的ではありません。密度は約1.8〜2.0 g/cm³です。レーヨン繊維はセルロースから作られており、それらを炭素繊維に変換するプロセスは、PANと比較してより複雑で効率が低くなります。ただし、レーヨンベースの炭素繊維には、熱伝導率が高いなど、いくつかのユニークな特性があり、熱放散が重要な用途に適しています。チェックアウトレーヨンカーボンファイバー詳細については。
ピッチベースの炭素繊維
ピッチベースの炭素繊維は、使用するピッチの種類によって大きく異なる密度を持つことができます。約1.9〜2.2 g/cm³の範囲です。ピッチは、石油または石炭加工の産物です。ピッチベースの炭素繊維は非常に高い剛性と熱伝導率を提供することができ、衛星構造や高速航空機部品などの用途に最適です。
なぜ炭素繊維密度が重要なのですか？
炭素繊維の密度は、多くのアプリケーションの重要な要素です。ここにいくつかの理由があります：
体重の節約
航空宇宙や自動車などの業界では、燃費とパフォーマンスを改善するために体重を減らすことが重要です。炭素繊維の密度は低いため、メーカーは強度を犠牲にすることなく軽量コンポーネントを構築できます。たとえば、飛行機で金属部品を炭素繊維部品に置き換えると、その重量が大幅に減少する可能性があり、燃料消費量と運用コストが削減されます。
強度 - と - 重量比
炭素繊維には、優れた強度と重量比があります。その低密度と高強度と組み合わせて、比較的軽い間に大きな負荷に耐えることができることを意味します。これにより、レーシングカーの建設や高エンドスポーツ用品など、強度と低重量の両方が必要なアプリケーションに最適です。
浮力
海洋用途では、炭素繊維の密度が浮力に重要です。炭素繊維で作られたボートやその他の船舶は、より軽く、より浮力があり、水中での速度と取り扱いを改善します。
炭素繊維密度の測定
炭素繊維の密度を測定することは、固体ブロックの密度を測定するほど簡単ではありません。炭素繊維は通常、繊維、生地、または複合材料の形です。
1つの一般的な方法は、ピクノメーターを使用することです。ピクノメーターは、小さく、正確に調整された容器です。炭素繊維のサンプルの重量を量ってから、それをピクノメーターに入れて、既知の密度の液体で満たします。変位した液体の体積とサンプルの質量を測定することにより、炭素繊維の密度を計算できます。
別の方法は、液体の代わりにガス（通常はヘリウム）を使用するガスピクノメーターを使用することです。ガスピクノメーターはより正確であり、繊維の内部多孔性を考慮して、炭素繊維の真密度を測定できます。
中国の炭素繊維
中国は炭素繊維産業の主要なプレーヤーになりました。中国のメーカーは、競争力のある価格で高品質の炭素繊維を生産しています。炭素繊維中国標準的なPANベースの繊維から高性能の専門繊維まで、幅広い炭素繊維製品を提供しています。中国の炭素繊維産業の成長により、世界中の企業が製品に炭素繊維を使用できるようになりました。
結論
そのため、要約すると、炭素繊維の密度は通常1.7〜2.0 g/cm³の範囲であり、異なるタイプの炭素繊維はわずかに異なる密度を持ちます。この低密度は、その高強度と組み合わされて、炭素繊維を航空宇宙や自動車からスポーツや海洋まで、幅広い用途にとって理想的な材料にします。
製品に炭素繊維を使用することに興味がある場合は、お手伝いします。特定のニーズを満たすために、さまざまな密度と特性を持つさまざまな炭素繊維製品を提供しています。航空宇宙プロジェクトの軽量ソリューションや、スポーツ用品デザインの高強度材料をお探しの場合でも、カバーしています。カーボンファイバーの要件についての議論を開始するために、今日お問い合わせください。協力してビジネスに最適なソリューションを見つけましょう。
参照
- Chawla、KK（2019）。複合材料：科学と工学。スプリンガー。
- Hull、D。、＆Clyne、TW（2012）。複合材料の紹介。ケンブリッジ大学出版局。