脱炭素社会ってよく言われていますが炭素を90%以上含んだ素材である「炭素繊維」って聞いたことありますか?

それは軽くて強くて硬くてさびないそんな優れた特徴を持っています。

比重比強度非弾性率
(倍)0.25107
鉄との比較

そもそも炭素繊維は19世紀末にエジソンが木綿、麻、竹の繊維を炭素化して白熱電球のフィラメントとして用いたのが始まりとされています。現在日本でも研究、生産が盛んにおこなわれています。

炭素繊維はほとんど炭素だけからできている繊維です。衣料の原料などでお馴染みのアクリル樹脂や石油、石炭からとれるピッチ等の有機物を繊維化して、その後、特殊な熱処理工程を経て作られる「微細な黒鉛結晶構造をもつ繊維状の炭素物質」です。

Folded raw carbon fiber cloth. 画像:酒井興業株式会社より

炭素繊維はそのまま繊維だけとして使われることなくほとんどが樹脂の中に埋め込まれ使われています。使用用途によって樹脂や成型方法を使い分けています。

炭素繊維の応用分野は大きく航空宇宙分野、スポーツ分野、産業分野の三つに分類できます。軽量・高強度・高弾性率といった特徴をいかした使い方がされています。例えばスポーツ分野ならば釣り竿やゴルフのシャフト、レーシングカーなどに使われています。

こんなに有能な素材なのになぜ普及していないのでしょうか。

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それは値段が高いからです。

その理由は大きく分けて二つあります。

まずベース素材となる有機ポリマーから炭素繊維の「炭素」部分を取り出すには、素材の半分のアクリル部分は除去する必要があります。要するに最終製品には、元の2倍のコストがかかります。

さらに使用用途によって炭素繊維の形成は様々な方法があります。

画像:ニュースイッチより

しかしどれも大きな機械と、大量の熱が必要になってきます。

しかしこれらのことを解決するような研究もおこなわれています。炭素繊維の発展は他分野の発展にも根深く関わっているため今後も注目していきたいです。

〈参考文献〉

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平松徹,トコトン優しい炭素繊維の本,日刊工業新聞社

〔酒井興業株式会社(最終閲覧:2021年1月20日)https://www.ksakai.co.jp/np/2019/04/11/cfrp/〕

〔炭素繊維協会 「航空・宇宙航空機への応用」(最終閲覧:2021年1月20日)https://www.carbonfiber.gr.jp/field/craft.html 〕

〔三菱レイヨン株式会社 「PAN 系炭素繊維の現状と将来」(最終閲覧:2021年1月20日)https://www.carbonfiber.gr.jp/pdf/26th_seminar_PAN.pdf

〔ニュースイッチ 「炭素繊維メーカーが成形技術に積極投資し始めたワケ」(最終閲覧:2021年1月20日)https://newswitch.jp/p/9991

〔GIZMOD 「カーボンファイバーってなんでこんなに高価なの?」(最終閲覧:2021年1月20日)https://www.gizmodo.jp/2011/10/why-is-carbon-fiber-so-expensive.html

〔東レ・カーボンマジック株式会社 「CFRPの成形方法について概要や工程を詳しく解説」(最終閲覧:2021年1月20日)https://www.carbonmagic.com/cfrp/molding.html

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