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繊維強化プラスチック(せんいきょうかプラスチック、Fiber Reinforced Plastics, FRP)は、ガラス繊維などの繊維をプラスチックの中に入れて強度を向上させた複合材料のこと。

FRP と書いた場合、暗にガラス繊維強化プラスチックを指すこともある。ガラス繊維であることを明示したい場合は GFRP または GRP (Glass fiber reinforced plastics, Glass-reinforced plastics) とも書かれる。

◆概要

プラスチックは軽量ではあるが、弾性率が低く構造用材料としては適していない。そこで、ガラス繊維のように弾性率の高い材料との複合材料として、軽量で強度の高い(比強度の大きな)材料として用いられる。強化材はガラス繊維の他、炭素繊維を用いる場合もある (CFRP)。強度の高い樹脂繊維、ケブラー、ダイニーマなどで強化する場合もある (AFRP, KFRP, DFRP)。
可塑性材と非可塑性材の利点を組み合わせて実用材として用いる点において鉄筋コンクリートと同等である。

こうした複合材料において、強化される側の部材を母材(マトリックス)と呼ぶ。繊維強化プラスチックの場合はプラスチック、繊維強化金属の場合は金属、鉄筋コンクリートの場合はコンクリートがそれぞれマトリックスとなる。

繊維の混入方法には大きく2種類ある。細かく切断した繊維を均一にまぶす方法と、繊維に方向性を持たせたままプラスチックに浸潤させる方法とがそれで、ガラス繊維は前者、炭素繊維は後者の方法が採られることが多い。ただし繊維の方向の引張には強いが、繊維と直角方向の引張には弱く(強度に異方性がある)、通常は板状の繊維の層を、繊維方向が異なるように複数枚重ねる(積層する)ことが行なわれる。それでもなお、ある層と上下の層との接着は問題となる(層間剥離、デラミネーション)ため、繊維層間を縫う(ステッチング)ことや、繊維の三次元化といった手法が開発されている。

繊維強化プラスチックのマトリックスとしては、一般に、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂を使用することが多い。エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂を使用する場合もある。メチルメタアクリレートなどの熱可塑性樹脂を用いた繊維強化熱可塑性プラスチック(FRTP、Fiber Reinforced Thermo Plastics)もある。

成型方法としては、型に繊維骨材を敷き、硬化剤を混合した樹脂を脱泡しながら多重積層してゆくハンドレイアップ法やスプレーアップ法のほか、あらかじめ骨材と樹脂を混合したシート状のものを金型で圧縮成型するSMCプレス法、インジェクション成形の様に繊維を敷き詰めた合わせ型に樹脂を注入するRTM法、繊維とマトリクス(接着剤)を予め馴染ませてある部材(プリプレグなど)を大型の窯(オートクレーブ)で「焼き固める」方法などがある。

オートクレーブで焼き固めたものは極めて強靱で、ドライカーボンと呼ばれるが、生産工程が完全な手作業となるため高価であり、量産に向いていないが、その特性からレース用の自動車フレームや航空機の翼、宇宙工学、楽器ケース(チェロなど)などで使用される。

オートクレーブで焼き固めないものは、ウエットカーボンと呼ばれ、強度としてはプラスチック+αに留まるが、安価・軽量で耐久性がよいことから、小型船舶の船体や、自動車・鉄道車両の内外装、ユニットバスや浄化槽などの住宅設備機器で大きな地位を占めている。しかし、異種材料が混合した状態で成型されていることから、現時点ではリサイクルが難しい事が欠点である。

; ガラス繊維強化プラスチック (GFRP)

: 比較的安価で、電波透過性に優れる。

; ガラス長繊維強化プラスチック(GMT)

: 強度に優れ、自動車部品などに使用される。

; 炭素繊維強化プラスチック (CFRP)

: アルミニウム合金の後継材料として使用される。

; ボロン繊維強化プラスチック (BFRP)

: 強度、対弾丸性が大きく、軍事兵器などによく使用される。

; アラミド繊維強化プラスチック (AFRP, KFRP)

: アラミド繊維(ケブラー)による強化で耐衝撃性に優れる。

; ポリエチレン繊維強化プラスチック (DFRP)

: ポリエチレン繊維(ダイニーマ)による強化プラスチックで高強度、熱伝導性にも優れる。

; ザイロン強化プラスチック(ZFRP)

: ザイロンによる強化できわめて高い強度と難燃性がある。

; 液晶ポリマー[外部リンク]http://www.toray.co.jp/news/rd/nr040910.html 射出成型でき、再利用できる

◆ 利点

・ 金属材料よりも比強度が大きく、軽量化が可能

・ 保温性がよい

・ 腐食しにくい

・ 補修が容易である

◆ 欠点

素材の分離が困難で、リサイクルや廃棄処分が難しいことも多い。このような環境負荷と同時に、ライフサイクルコストを考えた場合、見かけ以上に高価な素材となる可能性がある。

◆ 用途

・ 航空機

・ 宇宙機

・ 自動車

・ 兵器

・ スポーツ用品

・ 容器

・ 建築材料

  ・ FRP防水

・ プリント基板

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