レクサスLFA CFRP

本日はレクサスLFAに使用されているCFRPの成型工程の紹介です。

レクサスの公式サイトによるとCFRPには3つの成型工程があるそうです。

以下抜粋です。

「
CFRP成形工程

工程1
プリプレグは、熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維シートを使用する手動の敷設工程です。これによりきわめて硬性の高い安定した構造をつくり上げます。LFAでは、主にメインキャビンフレームの成形に使用されます。

工程2
RTM（樹脂注入成形法）では、事前成形された炭素繊維部品を使用。この部品にはその後熱硬化性樹脂を含浸させます。この工程は、LFAトランスミッショントンネル、フロアパネル、ルーフ、ボンネットに使用されます。

工程3
C-SMC（炭素繊維強化シート成形複合材料）にはダイスで成形した短い炭素繊維が用いられます。この工程は、LFAのCピラーとリヤフロアで使用されます。

御存知の方もいらっしゃると思いますが、樹脂は大きく分けて2種類あります。

一つは温度を上げると軟らかくなる熱可塑性樹脂、もう一つが温度を上げると硬くなる熱硬化性樹脂です。

私は専門家ではないので詳しいことは分かりませんが、樹脂とははモノマーと呼ばれる単分子が結合してポリマーと呼ばれる高分子になったもののことです。

熱可塑性樹脂は、熱を加えると高分子の結合が弱くなるため軟らかくなりますが、熱硬化性樹脂は、熱を加えることにより架橋反応と呼ばれるモノマーの結合が促進されるため硬くなります。

つまり、工程1では、液体状の熱硬化性樹脂を炭素繊維シートに含浸し、所定の形状に加工した後に熱を加えれば、熱硬化性樹脂が硬化し部品ができます。

工程2のRTMでは、炭素繊維部品は最終製品形状に近いため、樹脂を均等に確実に注入することが困難だと思います。

推測ですが、炭素繊維部品を液体状の熱硬化性樹脂の中に浸して、真空脱泡しているのではないかと思います。

工程3は良くわかりません。

炭素ウィスカーを使用した複合材料のことでしょうか？

いずれにせよ、製品の良し悪しに影響を与えるのが、液体熱可塑性樹脂による炭素繊維の濡れ性です。

濡れ性が良ければ浸透は容易ですが、濡れ性が悪ければ、浸透が困難です。

濡れ性が悪ければ、工程2の真空脱泡では、樹脂が浸透しないため加圧して浸透させていることも考えられます。

これらの技術を材料メーカーではないトヨタが自社開発したところがすごいです。

日本一の企業が抱える技術者の質の高さを思い知らされます。