炭素繊維複合材料 炭素繊維は「外は柔らかく、中は硬い」素材である。炭素素材の本質的な特性だけでなく、繊維の柔らかさや加工性も兼ね備えている。新世代の高性能強化繊維である。髪の毛より数倍細い炭素繊維を、樹脂、カーボン、セラミック、金属などのマトリックスと組み合わせる。特殊な複合成形プロセスを経て、優れた性能を持つ炭素繊維複合材料が得られる。炭素繊維複合材料は、航空、航空宇宙、エネルギー、輸送、軍事機器など多くの分野で広く使用されている。国防、軍需産業、民間生産と生活にとって重要な材料である。

報道によれば、炭素繊維は単純に見えるが、その製造工程は非常に複雑だという。それは、学際的で洗練されたハイテク技術を統合したシステム工学である。化学、繊維、材料、精密機械、その他の学際的な分野が関わっている。プロセス全体には、温度、湿度、濃度、粘度、流動性など、何千ものパラメーターの高精度制御が含まれる。気をつけないと炭素繊維の性能や品質の安定性に深刻な影響を及ぼすため、一般的なプロセス技術の域をはるかに超えている。

今日、炭素繊維複合材料は、高いステルス性能を達成するために不可欠な基礎材料となっただけでなく、兵器装備システムの高度な性能を測定するための重要なシンボルにもなっている。例えば、多くの航空機が炭素繊維複合材料をより高い割合で使用しているため、その積載量、耐久性、生存性は新たなブレークスルーを達成している。

戦闘機の最大の特徴のひとつはステルス性能の高さだが、これは炭素繊維複合材料の多用と密接な関係がある。また、他の戦闘機も炭素繊維吸収材を使用しており、スウェーデンの巡視船もオール複合材を使用しているため、高いステルス性、高い操縦性、長寿命といった高度な戦闘性能を有している。

航空宇宙分野の開発はさらに綿密だ。例えば、固体ロケットエンジンの質量を1kg減らすごとに、航続距離を16km伸ばすことができる。そのため、炭素繊維複合材料は米国のミサイルなどのエンジンシェルに広く使われている。将来、炭素繊維は、小型化、高機動性、高精度、高貫通性の先端戦略兵器・装備を開発するための重要な基盤になるだろう。

新しい高性能炭素繊維複合材料は、より優れた安定性と信頼性を持っており、現在、極超音速航空機、国際宇宙ステーション、先進衛星などの装備品システムに広く使用されている。米国国防総省は、"Material Research for 21st Century Defense Needs "という報告書の中で、"2020年までに、複合材料だけが装備品の性能を20-25%向上させる可能性がある "と強調している。

現代兵器・装備の発展に伴い、ステルス性、低エネルギー消費、高機動性、大荷重などの傾向が顕著となり、炭素繊維・複合材料に求められる性能はますます高くなっている。そのため、より高強度・高弾性率の炭素繊維の開発と、それに見合う高性能戦闘システムの開発が、軍事大国の最先端強度競争の目玉となっている。現在、先進国は炭素繊維、先端樹脂、製造技術という3つの方向に注力している。

現在、炭素繊維の引張強度と弾性率には、理論的にも実験室でも大きな可能性と改善の余地があり、戦いは本格化している。

樹脂研究の分野では、高靭性熱硬化性樹脂の開発に焦点が当てられており、武器装備部品の長期温度を上昇させ、靭性、加工性、耐湿熱性を向上させることができる。熱可塑性樹脂の開発により、兵器・装備品の耐衝撃靭性や耐疲労損傷性を大幅に向上させることができる。

現代の先進的な自動化製造技術は、部品の三次元モデルの製造への統合を実現することができ、大型で複雑な構造部品の製造に適しており、装備品の品質信頼性を効果的に向上させ、コストを削減し、それによって国防と軍事産業のより良い発展を促進することができる。