「カーボン」と「カーボンファイバー」の違いは?

CFRP

「カーボン」と「カーボンファイバー」の違いは?

カーボンとは元素としての炭素のことを言います。炭素は工業原料として使われるスス・黒鉛・ダイヤモンドなどの原料として用いられて、硬度・密度・色などの特性によって呼ばれ方が違ってきます。 工業原料として使われるススは炭素の微粒子で、ゴムとの相性の良さから補強材としてタイヤに使用されたり、塗料や印刷インクとしてコピー機のトナーにも使用されています。 黒鉛・石墨はグラファイトと称されて、潤滑剤や鉛筆の芯などに用いられます。

一方、カーボンファイバーとは炭素繊維のことで、すぐれた強度を持ちながら軽量であるためにロケット・航空機・F1パーツなどの構造材として幅広く使用されています。炭素繊維だけで使われることは少なく、樹脂などと組み合わせて用いられることがほとんどです。最近では、X線透過率の良さを活かし、医療分野で使用されるケースや熱膨張係数の低さ・振動減衰率の高さから工業用途に使用されるケースが増えてきています。このように多くの分野で使用されるようになった炭素繊維は、PAN系とピッチ系の2種類に分けることができます。

※これら2種類を使って繊維の方向等を決め、要求する数値に近づける製品を作り上げていきます。

【PAN系】
アクリル繊維を高温で炭化させて作った繊維のことで、炭素以外の元素を除去するために強く軽い繊維にとなります。カーボンファイバーの生産量の大半を占めて、数多くの分野で使用されています。
【ピッチ系】
石油・石炭などの副生成物を原料としたものを高温で炭化して作った繊維で、製造方法によって弾性率や強度を調節することが可能です。熱伝導性・導電性があるために、電気部品の材料などにも使用されます。

下記の「マテリアル一覧表」では、カーボンファイバーを使用した材料とグラファイトでは引張弾性率や曲げ強さに大きな差があることが分かりますし、アルミニウムなどの金属よりも軽量で強い材料であることが明らかです。

CFRP、GFRPなどマテリアル一覧表

素材 比重 引張
強さ
Mpa
引張
弾性率
Gpa
曲げ
強さ
Mpa
曲げ
弾性率
Gpa
線膨張
係数
10^-6℃
熱伝導率
Kcal/mh℃
体積低効率
Ωcm
連続使用
温度
ガラス
転移点℃
CFRP
高強度繊維
(1方向)
PAN系
1.5 1570

4410
118

147
1270

1960
88

127
0.2

0.4
3.0

3.5
4x10^-5 120

200
CFRP
高剛性
(1方向)
ピッチ系
1.7 1470

1960
235

480
590

1180
147

412
-0.8

-0.3
4

5
2x10^-5 120

200
GFRP
ガラス繊維
(1方向)
Vf.60
2 1080 44 1120 44 7 0.24

0.28
1x10^15 120

200
アルミニウム
A5052
2.7 245 70 --- --- 23.6 100 2.65x10^-6 250
ステンレス
SUS304
7.9 588 206 --- --- 17.5 12.9 4.45x10^-6 600
チタン
6AL4V
4.5 98 118 --- --- 8.2 6.8 72x10^-6 350
グラファイト 1.6

1.7
2060

5400
9

12
21

88
92

136
3

4.2
81

128
0.9

2.2
---
C/C
コンポジット
1.45

1.75
49

80
9293 118

412
17

127
0.5

0.6
3

5
260

290
3000

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