FRPとFRPの比較

現代のエンジニアリングにおいて、材料は製品の設計、構造、性能、効率において重要な役割を担っています。自然界に存在する工学材料は、製品の仕様を満たさないことがあります。そのため、2つ以上の材料を組み合わせることで、さまざまな工学的要求に対応できる新材料が開発されている。これらはコンポジットと呼ばれる。

コンクリート、合板、エアロジェル、カーボンファイバーはすべて強化ポリマーであり、すべて複合材料である。本稿では、複合材料の中でも特に繊維強化ポリマーに焦点を当てます。これらの素材は、軽量で強度があり、堅牢であることが特徴です。

繊維強化プラスチック／ポリマー（FRP）とは？

繊維強化ポリマーは、繊維とポリマーマトリックスという2つの主要な成分から構成されている。FRPでは、繊維がポリマーマトリックスに埋め込まれている。この構造によって、個々の素材とは全く異なる化学的・物理的な性質が得られる。このような材料は、通常の材料よりもはるかに高い工学的要求を満たしているのです。その結果、複合材料はそれほど複雑でないものから非常に複雑で要求の厳しいもの**まで使用されるようになりました。機械、土木、バイオメディカル、海洋、航空宇宙などの産業が複合材料の主なユーザーである。

繊維の主な機能は、材料に強度と剛性を与えることである。しかし、繊維そのものが壊れやすい（ガラスなど）。そのため、繊維は高分子材料のコーティングで包まれている。ポリマーマトリックスは、繊維をその位置に保持し、繊維間の荷重を伝達する。また、層間せん断強度にも寄与している。

コンポジットに使用されている繊維は、Eガラス、Sガラス、石英、アラミド（ケブラー49）、スペクトラ1000、カーボン（AS4）、カーボン（IM-7）、グラファイト（P-100）、ボロンです。ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、ビスマレイミド、ポリイミド、フェノール樹脂などが使用されるポリマーです。ポリマーはそれぞれ化学的・物理的性質が異なるため、複合体構造への寄与も異なる。その結果、コンポジットの特性はポリマーごとに異なる。

ポリエステルやビニールは安価な素材であるため、業務用として広く使用されている。エポキシ樹脂は、高性能な連続繊維の基材に使用されています。また、高温条件下ではビニールやポリエステルを凌駕する性能を発揮します。ビスマレイミドやポリイミドは、温度変化の激しいエンジニアリング用途に使用される高温樹脂基板です。フェノール樹脂は、耐熱性が高く、耐煙・耐火性に優れた樹脂であるため、航空機の内装に使用されている。

ガラス繊維強化プラスチック（GRP）／ガラス繊維強化プラスチック（GFRP）とは？

FRPは、一般にファイバーグラスと呼ばれ、繊維強化ポリマーとガラス繊維の複合構造体である。ポリマーは通常、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニールなどである。グラスファイバー素材は、高性能のレクリエーション用航空機やグライダー、ボート、自動車、バスタブ、ホットタブ、水槽、屋根材、パイプ、クラッディング、鋳物、サーフボード、外扉の表皮などによく使われています。

FRPとの違いは何ですか？

-FRPは、高強度繊維をポリマーマトリックスに含有させた複合材料である。高強度、軽量であることから、多くの商業用途やエンジニアリング用途に広く使用されています。FRPは、金属や木材の代替品として広く利用されています。その最たる例が、アルミニウムやチタン、高級鋼の代わりに炭素繊維強化ポリマー（CFRP）を航空機に使用することです。