第 10 章成形
複合材料
複合材料は、強い繊維（ガラス、炭素、アラミド）と、それを固定して硬化する樹脂を組み合わせたものです。この章の 4 つの工程は、繊維の置き方と、樹脂の行き渡らせ方が違います。どの工程も、材料と部品を同時につくります。
基本の考え方
繊維が荷重を支え、樹脂は繊維を所定の位置に保ち、荷重を繊維どうしで分担させ、守ります。鉄筋コンクリートを想像してください。鉄筋が引っ張りを受け持ち、コンクリートがそれを所定の位置に保ちます。複合材料が強いのは、繊維が向いている方向だけです。そのため、ここにあるどの工程も、本質的には、力のかかる方向に繊維を置くことです。各方法を形づくる選択は 2 つあります：樹脂をあらかじめ含浸した状態で届く繊維（プリプレグ）か、乾いた繊維にあとから液状の樹脂を含浸させるか。そして、仕上がり面が 1 つの開放型か、2 つの閉じた型か。
並べて比較
| プロセス | ひとことで | 向いている用途 | ロットサイズ | 精度 |
|---|---|---|---|---|
| 10.1積層とオートクレーブ硬化 | プリプレグの層を型に積み重ね、真空バッグをかけて、熱と圧力で硬化させる | 最も軽くて強いシェル：航空機、レーシングカー | 1 点ものから年間数千個まで | 形状で約 ±0.2–0.5 mm |
| 10.2レジントランスファー成形とインフュージョン | 金型の中の乾いた繊維に、液状の樹脂を押し込む(RTM)か、真空で引き込む(インフュージョン) | 自動車部品（RTM）、船体や風車ブレード（インフュージョン） | 1 点もの（インフュージョン）から数万個（RTM）まで | RTM は約 ±0.2–0.5 mm。インフュージョンは片面が正確 |
| 10.3引抜成形(プルトルージョン) | 繊維を樹脂と加熱したダイの中に、止まることなく引き抜く | まっすぐな形材：ビーム、ロッド、グレーチング | 1 つの形材を何キロメートルも | 断面で約 ±0.2–0.5 mm |
| 10.4フィラメントワインディング | 樹脂で濡らした繊維を、回転するマンドレルに巻く | パイプ、タンク、圧力容器、シャフト | 1 点ものから年間数万個まで | 内側はマンドレルと同じ精度 |
このファミリー内での選び方
- 丸くて中空、特に圧力がかかるもの（タンク、パイプ）：フィラメントワインディング。
- 長くてまっすぐで、断面が 1 種類のもの：引抜成形（プルトルージョン）。
- 船体やブレードのような大型シェルを、予算を抑えて：真空インフュージョン。
- 両面がきれいな、中型の部品を量産：RTM。
- コストを問わず最高の性能、航空機やレースのように：プリプレグのレイアップとオートクレーブ。
キーワード
- 繊維
- 荷重を支える、強くて硬い糸（ガラス、炭素、アラミド）。
- 樹脂（マトリックス）
- 繊維に染み込み、その周りで硬化する液状のプラスチック。
- 硬化
- 液状の樹脂を硬い固体に変える化学反応。熱で速めることが多い。
- プライ
- 積層された繊維の布またはテープの 1 層。
- プリプレグ
- 部分的に硬化した樹脂をあらかじめ含浸した状態で販売される繊維。使うまで冷凍保管されます。
- プリフォーム
- すでに部品の形に整えられた、樹脂を待つ乾いた繊維。
- マンドレル
- フィラメントワインディングで繊維を巻き付ける芯。
- ボイド
- 閉じ込められた小さな気泡で、部品を弱くします。