运用“抄纸”技术的“CFRP”有何优点？
在碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）中，使用热可塑性树脂（加热软化、冷却硬化）的“CFRTP”如今备受关注。CFRTP受到关注的大原因是，该材料与使用热硬化性树脂（加热硬化）的CFRP相比，成形时间短，实用化门槛低*1。上图为使用CFRTP的成型样品。这些成型品的中间材料——预浸材（让碳纤维含浸树脂的片材或毡片）的工艺中采用了传统抄纸技术。这样做的原因是可以获得比原来更大的优点。那么，这种优点是什么呢？
*1 加热后，树脂会变软，容易与碳纤维分离，因此CFRTP还具有容易回收再利用的特点。
答案是工序减少，可以降低生产成本。
采用抄纸技术之后可以获得的优点是，与以往的预浸材工艺相比，工序减少，便于降低生产成本。图1是采用基于抄纸技术的新工艺生产的预浸材。这种预浸材由碳纤维与热可塑性树脂纤维（以下称树脂纤维）缠绕交错形成无纺布状，外观及手感都与毛毡布料极为相似。图1为王子控股开发的预浸材，图2为阿波制纸的预浸材。两家公司均打算利用造纸企业的核心技术——抄纸技术，来涉足作为轻量化材料备受期待的CFRP领域。
使两种纤维均匀地分散在溶液中
两公司开发的预浸材均为使用短纤维的类型*2。王子控股的预浸材由长12～13mm的碳纤维和树脂纤维组成。主要树脂材料为聚酯酰亚胺（PEI）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）6。而阿波制纸的预浸材使用6mm长的碳纤维和树脂纤维。据该公司介绍，虽然树脂材料使用PP开发而成，但也可以使用PC或PA来制造。
*2 热硬化性树脂预浸材大多使用连续纤维（长纤维）。一般来说，虽然强度高于短纤维预浸材，但复杂形状成型性能较差。
图2 预浸材工艺对比
上为新工艺，下为老工艺。新工艺只需一道成型工序即可制造出预浸材，而老工艺需要成型和含浸两道工序。照片中的预浸材为阿波制纸开发的产品。
新工艺的大特点是只需将碳纤维和树脂纤维成型为无纺布（复合毡片）这一道工序，就能制成预浸材（图2）。而以往的工艺是先将碳纤维均匀地分散在剥离纸或者网格中，再喷上粘合剂，使其成型为碳纤维毡片。然后再用树脂薄膜从两面夹住该碳纤维毡片，通过让树脂渗入碳纤维的空隙中（含浸），来获得预浸材。也就是说，需要成型工序与含浸两道工序。
如上所述，新工艺比老工艺少一道工序。由于各工序的内容不同，因此很难单纯进行比较，但工序减半之后，生产成本有望降低*3。
*3 但王子控股和阿波制纸都未透露新工艺具体能使生产成本降低多少。
新工艺的成型工序采用的是“湿式抄纸技术”。先，将碳纤维和树脂纤维放入溶液中。然后一边加入起粘合作用的粘合剂等一边搅拌，使两种纤维均匀分散在溶液中。后再对其抄制除去水分，这样便可形成碳纤维和树脂纤维均匀缠绕交错的预浸材（图3）。
图3 新型预浸材构造示意图
在碳纤维与树脂纤维交错缠绕状态下成型。从该图来看，两种纤维好像呈直线，但实际上是在弯曲状态下缠绕在一起的。将两种纤维均匀地分散在溶液中之后，采用除去水分的湿式抄纸技术，实现了这样的均匀性。
还能成型1mm以下的薄型壳体
虽然CFRP已在飞机等部分领域实现实用化，但还谈不上广泛普及。要实现普及，能否被量产汽车采用将起到关键作用。虽然希望车辆实现轻量化的汽车行业对CFRP十分关注，但这种材料存在的课题是成本高。现行CFRP预浸材“每公斤高达5000～6000日元”（阿波制纸）。而汽车行业则要求每公斤至少降至2000～3000日元以下。供应方的成本与需求方的要求存在很大差距，所以供应方打算通过降低生产成本来消除这种差距。王子控股和阿波制纸的开发目的也在于此。
图4 汽车前发动机罩样品
树脂纤维使用了PEI。在保持强度的同时，使重量比钢制产品减轻了75％。
新型预浸材可通过放入模具后进行热压来成型。树脂会在模具内融化，并在包围碳纤维的状态下硬化。除了CFRP的优点——重量轻、强度高之外，还因为采用了短纤维而具备成型自由度高的特点。
图5 带有肋或毂的壳体样品
由于使用较短的碳纤维，因此可在不破坏复杂形状的情况下成型?
图6 智能手机壳样品
厚度仅为0.5mm。射出成型工艺无法实现如此薄的厚度。
图4是前发动机罩样品。强度与钢制产品相同，重量却减轻到了1/4。因成型性能出色，还可以在不影响强度的情况下轻松制造带有肋或毂的壳体（图5）。图6为智能手机壳样品。厚度仅为0.5mm。
虽然厚度如此之薄，但却不易摔裂或破碎。王子控股充满自信地表示，“这是射出成型技术无法实现的成型品”。
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*1 加热后，树脂会变软，容易与碳纤维分离，因此CFRTP还具有容易回收再利用的特点。
答案是工序减少，可以降低生产成本。
采用抄纸技术之后可以获得的优点是，与以往的预浸材工艺相比，工序减少，便于降低生产成本。图1是采用基于抄纸技术的新工艺生产的预浸材。这种预浸材由碳纤维与热可塑性树脂纤维（以下称树脂纤维）缠绕交错形成无纺布状，外观及手感都与毛毡布料极为相似。图1为王子控股开发的预浸材，图2为阿波制纸的预浸材。两家公司均打算利用造纸企业的核心技术——抄纸技术，来涉足作为轻量化材料备受期待的CFRP领域。
使两种纤维均匀地分散在溶液中
两公司开发的预浸材均为使用短纤维的类型*2。王子控股的预浸材由长12～13mm的碳纤维和树脂纤维组成。主要树脂材料为聚酯酰亚胺（PEI）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）6。而阿波制纸的预浸材使用6mm长的碳纤维和树脂纤维。据该公司介绍，虽然树脂材料使用PP开发而成，但也可以使用PC或PA来制造。
*2 热硬化性树脂预浸材大多使用连续纤维（长纤维）。一般来说，虽然强度高于短纤维预浸材，但复杂形状成型性能较差。
图2 预浸材工艺对比
上为新工艺，下为老工艺。新工艺只需一道成型工序即可制造出预浸材，而老工艺需要成型和含浸两道工序。照片中的预浸材为阿波制纸开发的产品。
新工艺的大特点是只需将碳纤维和树脂纤维成型为无纺布（复合毡片）这一道工序，就能制成预浸材（图2）。而以往的工艺是先将碳纤维均匀地分散在剥离纸或者网格中，再喷上粘合剂，使其成型为碳纤维毡片。然后再用树脂薄膜从两面夹住该碳纤维毡片，通过让树脂渗入碳纤维的空隙中（含浸），来获得预浸材。也就是说，需要成型工序与含浸两道工序。
如上所述，新工艺比老工艺少一道工序。由于各工序的内容不同，因此很难单纯进行比较，但工序减半之后，生产成本有望降低*3。
*3 但王子控股和阿波制纸都未透露新工艺具体能使生产成本降低多少。
新工艺的成型工序采用的是“湿式抄纸技术”。先，将碳纤维和树脂纤维放入溶液中。然后一边加入起粘合作用的粘合剂等一边搅拌，使两种纤维均匀分散在溶液中。后再对其抄制除去水分，这样便可形成碳纤维和树脂纤维均匀缠绕交错的预浸材（图3）。
图3 新型预浸材构造示意图
在碳纤维与树脂纤维交错缠绕状态下成型。从该图来看，两种纤维好像呈直线，但实际上是在弯曲状态下缠绕在一起的。将两种纤维均匀地分散在溶液中之后，采用除去水分的湿式抄纸技术，实现了这样的均匀性。
还能成型1mm以下的薄型壳体
虽然CFRP已在飞机等部分领域实现实用化，但还谈不上广泛普及。要实现普及，能否被量产汽车采用将起到关键作用。虽然希望车辆实现轻量化的汽车行业对CFRP十分关注，但这种材料存在的课题是成本高。现行CFRP预浸材“每公斤高达5000～6000日元”（阿波制纸）。而汽车行业则要求每公斤至少降至2000～3000日元以下。供应方的成本与需求方的要求存在很大差距，所以供应方打算通过降低生产成本来消除这种差距。王子控股和阿波制纸的开发目的也在于此。
图4 汽车前发动机罩样品
树脂纤维使用了PEI。在保持强度的同时，使重量比钢制产品减轻了75％。
新型预浸材可通过放入模具后进行热压来成型。树脂会在模具内融化，并在包围碳纤维的状态下硬化。除了CFRP的优点——重量轻、强度高之外，还因为采用了短纤维而具备成型自由度高的特点。
图5 带有肋或毂的壳体样品
由于使用较短的碳纤维，因此可在不破坏复杂形状的情况下成型?
图6 智能手机壳样品
厚度仅为0.5mm。射出成型工艺无法实现如此薄的厚度。
图4是前发动机罩样品。强度与钢制产品相同，重量却减轻到了1/4。因成型性能出色，还可以在不影响强度的情况下轻松制造带有肋或毂的壳体（图5）。图6为智能手机壳样品。厚度仅为0.5mm。
虽然厚度如此之薄，但却不易摔裂或破碎。王子控股充满自信地表示，“这是射出成型技术无法实现的成型品”。
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