コダカーボは、強度・耐熱性の高いエンジニアリングプラスチックスに、高強度、高弾性の炭素繊維を複合し、さらに添加物の配合によって摩擦、摩耗特性を飛躍的に向上させた、KODAKA独自の炭素繊維複合樹脂です。
優れた特性を持つ素材「炭素繊維」
炭素繊維（Carbon
Fiber=CF）とは、炭素元素から構成される繊維状の炭素材料で、多様な特性を合わせ持つ高分子新素材です。
1960年代に日本の技術で開発されて、いまでは宇宙ロケット、航空機からOA機器、自動車、レジャー用品（ゴルフクラブ、ラケット、釣り竿など）に至まで、生活の身近な分野でも幅広く利用されています。
炭素繊維は摩擦や摩耗、熱に強く、強度があるなど、優れた特性を多く持ち、原材料や製造方法によってさまざまな炭素繊維が造られています。
1960年代に日本の技術で開発されて、いまでは宇宙ロケット、航空機からOA機器、自動車、レジャー用品（ゴルフクラブ、ラケット、釣り竿など）に至まで、生活の身近な分野でも幅広く利用されています。
炭素繊維は摩擦や摩耗、熱に強く、強度があるなど、優れた特性を多く持ち、原材料や製造方法によってさまざまな炭素繊維が造られています。
炭素繊維について
炭素繊維の性能
| 項目 | 単位 | 品番 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| CF炭素繊維 1000 |
CF炭素繊維 3000 |
CF炭素繊維 6000 |
CF炭素繊維 12000 |
CF炭素繊維 24000 |
||
| フィラメント数 | 本 | 1000 | 3000 | 6000 | 12000 | 24000 |
| 繊度 | tex(g/1000m) | 67 | 200 | 400 | 800 | 1600 |
| 繊維直径 | μm | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| 引張強度 | Mpa | 3270 | 3920 | 3920 | 3920 | 3920 |
| 引張弾性率 | Gpa | 235 | 235 | 235 | 235 | 235 |
| 伸度 | % | 1.6 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 |
| 密度 | g/cm3 | 1.77 | 1.77 | 1.77 | 1.77 | 1.77 |
| 比熱 | J/(kg・K) | 710 | 710 | 710 | 710 | 710 |
| 熱伝導率 | W(m・K) | 17 | 17 | 17 | 17 | 17 |
| 線膨張係数 | 10-6/℃ | -0.1 | -0.1 | -0.1 | -0.1 | -0.1 |
| 比抵抗 | Ω/㎝ | 1.5×10-3 | 1.5×10-3 | 1.5×10-3 | 1.5×10-3 | 1.5×10-3 |
炭素繊維と他材料との性能比較
引張強度[MPa]
| CF炭素繊維 | ガラス繊維 | 高張力鋼 | 超ジュラルミン | ポリエチレン |
|---|---|---|---|---|
| 3240～3920 | 980～3430 | 1370 | 490 | 29 |
引張弾性率[GPa]
| CF炭素繊維 | 高張力鋼 | 超ジュラルミン | ガラス繊維 | ポリエチレン |
|---|---|---|---|---|
| 240～620 | 210 | 74 | 69 | 0.29 |
密度[g/cm3]
| 高張力鋼 | 超ジュラルミン | ガラス繊維 | CF炭素繊維 | ポリエチレン |
|---|---|---|---|---|
| 7.8 | 2.8 | 2.55 | 1.77～1.94 | 0.94 |
比熱[J/(kg・K)]
| ポリエチレン | アルミニウム | ガラス繊維 | CF炭素繊維 | 鉄 | 銅 |
|---|---|---|---|---|---|
| 2300 | 920 | 800 | 710 | 460 | 380 |
熱伝導率[W/(m・K)]
| 銅 | アルミニウム | 鉄 | CF炭素繊維 | ガラス繊維 | ポリエチレン |
|---|---|---|---|---|---|
| 370 | 170 | 47 | 17～120 | 1.05 | 0.23 |
線膨張係数[10-6/℃]
| ポリエチレン | アルミニウム | 銅 | 鉄 | ガラス繊維 | CF炭素繊維 |
|---|---|---|---|---|---|
| 180 | 27 | 17 | 12 | 5 | -0.1 |
比抵抗[Ω/㎝]
| ポリエチレン | ガラス繊維 | CF炭素繊維 | ニクロム線 | アルミニウム | 銅 |
|---|---|---|---|---|---|
| ＞1515 | 1012 | 1.5×10-3～-9×10-4 | 1×10-4 | 3×10-6 | 1.7×10-6 |
炭素繊維の機械特性（硬化性）
UD（一方向）材
引張特性
| 0° | 90° | |
|---|---|---|
| 強度（MPa） | 2950 | 79 |
| 弾性率（GPa） | 142 | 8.8 |
| 伸度（％） | 1.8 | 1.0 |
| ポアソン比 | 0.32 | 0.02 |
圧縮特性
| 0° | 90° | |
|---|---|---|
| 強度（MPa） | 1570 | 190 |
| 弾性率（GPa） | 129 | 9.3 |
| ポアソン比 | 0.32 | 0.02 |
曲げ特性
| 0° | 90° | |
|---|---|---|
| 強度（MPa） | 1830 | 135 |
| 弾性率（GPa） | 131 | 8.6 |
剪断特性
| 面内 | ILSS | |
|---|---|---|
| 強度（MPa） | 140 | 88 |
| 弾性率（GPa） | 4.2 |
クロス材
織素材：平織
引張特性
| 縦糸方向 | 横糸方向 | |
|---|---|---|
| 強度（MPa） | 694 | 661 |
| 弾性率（GPa） | 56 | 56 |
| 伸度（％） | 1.2 | 1.1 |
| ポアソン比 | 0.06 | 0.07 |
圧縮特性
| 縦糸方向 | 横糸方向 | |
|---|---|---|
| 強度（MPa） | 597 | 569 |
| 弾性率（GPa） | 51 | 52 |
| 伸度（％） | - | 1.3 |
曲げ特性
| 縦糸方向 | 横糸方向 | |
|---|---|---|
| 強度（MPa） | 830 | 806 |
| 弾性率（GPa） | 49 | 50 |
| 伸度（％） | 1.9 | 1.8 |
剪断特性
| 面内 | ILSS | |
|---|---|---|
| 強度（MPa） | 112 | 76 |
| 弾性率（GPa） | 4.4 | - |
| 伸度（％） | ＞6 | - |
炭素繊維の代表物性値（可塑性）
| PAベース | PPSベース | |||||||||||
| 物質項目 | 測定法 | 単位 | KBB-OR | KBB-O | KBB-OPS40 | H特材 | KBB-OS60 | KBB-OP | KBB-FPX | KBB-FP | KBB-FPA | |
| 密度 | ASTM D792 | g/cm3 | 1.43 | 1.20 | 1.33 | 1.39 | 1.73 | 1.28 | 1.46 | 1.45 | 1.62 | |
| 成形収縮率 | MD | オリジナル | % | - | 0.4 | - | - | - | 0.3 | 0.22 | 0.2 | 0.15 |
| TD | % | - | 0.8 | - | - | - | 0.6 | 0.27 | 0.5 | 0.3 | ||
| 平均 | % | - | - | - | 0.28 | - | - | - | - | - | ||
| 引張り | 強度 | D638 | MPa | 233 | 220 | 320 | 370 | 235 | 267 | 249 | 231 | 192 |
| 弾性率 | GPa | 8.87 | 6.69 | - | 34.2 | 21.6 | - | - | - | 11.5 | ||
| 伸び | % | 4 | 4 | 480 | - | - | 4 | 1.4 | 1.0 | 2.0 | ||
| 曲げ | 強度 | D790 | MPa | 316 | 290 | 28 | 560 | 390 | 365 | 346 | 342 | 265 |
| 弾性率 | GPa | 13.8 | 9.24 | - | 32.5 | 21.0 | 19.0 | 23.4 | 25.7 | 20.0 | ||
| 歪み | % | - | - | 28 | - | - | - | - | - | 1.5 | ||
| Izod衝撃値 | ノッチ有り | ASTM D256 | KJ/m2 | 6.5 | 6.2 | - | 25 | 18 | 16 | 7.0 | 7.0 | 4.9 |
| ノッチ無し | KJ/m2 | 56 | 47 | - | 46 | - | 67 | 42.6 | - | 30.5 | ||
| 荷重たわみ温度 | ℃ | - | 248 | - | 1.80MPa 235℃ |
- | 250 | 270 | 274 | - | ||
| 熱伝導 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||
| 体積固有抵抗 | Ω・cm | - | - | 103 | 103 | - | - | ＜102 | ＜102 | 102 | ||
| 線膨張係数 （上段：MD/下段：TD） |
ISO 11359-2 |
×10-5/k | - | 3.0 | 0.4 | 2.2 | 2.0 | 1.4 | 1.4 | 0.7 | ||
| - | 10.0 | 1.0 | 6.0 | 4.2 | 4.2 | 3.0 | ||||||
| PPSベース | PEEKベース | 一般材 | |||||||||||
| 物質項目 | 測定法 | 単位 | KBB-FP17 | KBB-FP52 | KBB-FP56 | KBB-KY4 | KBB-MC20 | KBB-PD6 | 450FC30 | 450CA30 | POM | A5052 | |
| 密度 | ASTM D792 |
g/cm3 | 1.81 | 1.52 | 1.92 | 1.53 | 1.31 | 1.43 | 1.45 | 1.40 | 1.41 | 2.69 | |
| 成形収縮率 | MD | オリジナル | % | 0.06 | 0.2 | 0.4 | 0.17 | 0.11 | 0.52 | - | - | - | - |
| TD | % | 0.22 | 0.3 | 0.5 | 0.41 | 0.36 | 1.64 | - | - | - | - | ||
| 平均 | % | - | - | 0.45 | - | - | - | - | - | - | - | ||
| 引張り | 強度 | D638 | MPa | 57 | 150 | 160 | 194 | 70 | 250 | 150 | 260 | 62 | 260 |
| 弾性率 | GPa | - | 10 | 23.8 | 13.6 | 7.7 | 27.0 | 13 | 25 | - | 71 | ||
| 伸び | % | 0.1 | 1.9 | 1.7 | 1.6 | - | 2.0 | 2.3 | 1.7 | - | 10 | ||
| 曲げ | 強度 | D790 | MPa | 103 | 240 | 235 | 292 | 105 | 390 | 230 | 380 | 87 | - |
| 弾性率 | GPa | 39.1 | 18.0 | 20 | 27.5 | 7.3 | 22.0 | 11.5 | 23 | 2.5 | - | ||
| 歪み | % | - | 1.5 | - | 1.2 | - | - | - | - | - | - | ||
| Izod衝撃値 | ノッチ有り | ASTM D256 |
KJ/m2 | 1.4 | 4.5 | 8.0 | 27.1 | 15 | 9.5 | 7.0 | 9.5 | - | - |
| ノッチ無し | KJ/m2 | - | 26 | 40 | 40 | 45 | 50.0 | 35 | 45 | 6 | - | ||
| 荷重たわみ温度 | ℃ | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
| 熱伝導 | 30W/K | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||
| 体積固有抵抗 | Ω・cm | 100 | 102 | - | - | 10-3 | 103 | 1010 | 105 | 1014 | - | ||
| 線膨張係数 （上段：MD/下段：TD） |
ISO 11359-2 |
×10-5/k | 1.5 | - | 1.5 | 0.4 | 2 | 1.0 | - | - | 10 | - | |
| 2.1 | - | 2.1 | 3.5 | 6 | - | 15 | 5 | 10 | - | ||||
炭素繊維の特徴
-
耐熱性
耐熱性が非常に高い（融点4000℃≠鉄1800～2300℃）＝消防服 断熱タイル（C/Cコンポジット）
-
耐摩擦性黒鉛のような剥離現象がなく、摩擦性に強い
＝軸受ベアリング代替品 ジェット機のブレーキシュー
-
耐薬品性重合の樹脂の選定次第で大半の薬品に耐えられる
＝ICチップ製造液 メッキ液 その他薬品
-
対放射線性現存する物質の中で対放射線に強い素材のひとつである
＝防護布（服） ケース他
-
X線透視性X線の透視度が非常に良好である
＝レントゲンのカセッター
-
電磁波特性磁波シール特性に優れている
＝シールボックス他
-
帯電防止性静電除去に非常に有効である
＝刷子 形成品 布 糸
-
錆防特性錆や腐食に強く、侵されることが全くない
＝製品全般に活用
-
軽量特性比重が軽く（1.7≠アルミ2.7）重合により1.3～1.6
＝アルミの1/2 鉄の約1/5～1/6
-
対疲労性疲労強度があり、バネ鋼の約70%の向上が可能
＝板バネ
-
吸振特性振動の吸収力が非常に高い（減衰特性）
＝スピーカーのコーン紙 電動工具
-
線膨張性膨張性が非常に小さいので寸法安定性が高い
＝ガラスの1/5 鉄の1/12 銅の1/17 アルミの1/24 PEの1/180
-
引張強度引っ張り強度が大きく、高張力鋼の2.5倍
＝超ジュラルミンの6倍
-
引張弾性引っ張り弾性が高張力鋼より高い
＝超ジュラルミンの6倍 PEの100倍
-
自己潤滑性炭素繊維自体が潤滑性を有し、オイルレス（無注油）効果がある
炭素繊維複合樹脂
金属から炭素繊維複合樹脂への変更事例
炭素繊維複合樹脂が発揮する機能的特性が生産設備での問題解消や製品のレベルアップとコストダウンを同時に実現しています。
事例01
カメラ製品
従来品
・アルミ製品が主体→炭素繊維複合樹脂「コダカーボ」へ変更
特性
樹脂化によって組立工数の低減に加え、35～50％と大幅な軽量化を実現しました。また、線膨張がアルミの半分であることから、温度差のある使用域での安定性増加に貢献しています。
事例02
アルミ製品
従来品
・アルミ合金品
・金属加工品 →炭素繊維複合樹脂「コダカーボ」へ変更
・金属加工品 →炭素繊維複合樹脂「コダカーボ」へ変更
特性
樹脂化によって軽量化することができます。また、加工レスができるので、コストダウンもできます。
事例03
医療製品
従来品
・硬化性樹脂
→炭素繊維複合樹脂「コダカーボ」へ変更
特性
炭素繊維複合樹脂の採用によって、耐摩耗性、高強度、軽量化の大幅な向上を実現しました。これに伴い、製品の大幅な長寿命化を達成しています。
事例04
ギア（歯車）
従来品
・アルミ
・金属
・POM樹脂 →炭素繊維複合樹脂「コダカーボ」へ変更
・金属
・POM樹脂 →炭素繊維複合樹脂「コダカーボ」へ変更
特性
高強度、軽量、高寿命、静音
事例05
産業機器
従来品
・非鉄
・金属製 →炭素繊維複合樹脂「コダカーボ」へ変更
・金属製 →炭素繊維複合樹脂「コダカーボ」へ変更
特性
オイルレス化、軽量化、メンテナンスフリー、耐摩耗性、対薬品性、防錆、防腐蝕、高温耐性、一体成型、量産効果
炭素繊維複合樹脂材料-CFRP-の用途
| 応用分野 | CFの利用特性 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 航空宇宙用 | 飛行機 |
一次構造材-主翼、垂直、水平尾翼 二次構造材-補助翼、方向舵、昇降舵 内装材-座席、テーブル 他機器-油圧シリンダー、Ｃ/Ｃブレーキ |
軽量化 | 耐疲労 | 耐熱性 |
| ロケット | ノズルコーン、モーターケース | 軽量化、耐疲労 | |||
| 人工衛星 | アンテナ、チューブトラス構造体、太陽電池パネル | 軽量化、寸法安定性 | |||
| 産業用 | 医療機器 | 天板、フイルムカセッテ、Ｘ線グリッド、車椅子 | Ｘ線透過性、軽量化 | ||
| 機械部品 | インナーレビア、ヘルドフレーム、板バネ、 工作機械ヘッド、ロボットアーム |
軽量化、振動減衰性、耐疲労、高速化 | |||
| 高速回転体 | 遠心分離器ローター、ウラン濃縮筒、 各種ローラー、シャフト、人絹ポット |
耐疲労、振動減衰性、軽量化、高速化 | |||
| 電子電気部品 | パラボラアンテナ、電池部材、レーダー、 音響スピーカーコーン、コンピューター部品 |
導電性、剛性、耐蝕性、振動減衰性 | |||
| 自 動 車 | ドライブシャフト、エンジンパーツ、 スポイラー、レーシングカーボディー |
軽量化、高速化、耐疲労 | |||
| 車 両 | リニアモーターカー車体、イス | 軽量化、剛性 | |||
| 自 転 車 | フレーム、ディスクホイール、リム、ハンドル | 軽量化、ファッション | |||
| 圧力容器 | アクチュエーター、シリンダー、ボンベ | 軽量化、高強度 | |||
| 化学装置 | 撹拌翼、パイプ、タンク、ピットフロアー | 耐蝕性、高強度 | |||
| 土木建築 | ＣＦコンポジットケーブル、コンクリート補強部材 | 軽量化、クリープ性、耐蝕性 | |||
| そ の 他 | 樹脂型、家具、洋傘、ヘルメット | 軽量化、寸法安定性、耐熱性 | |||
| レジャー用 | 釣具 | 釣具、リール | 軽量化、剛性、感度 | ||
| ゴルフ | シャフト、フェース、ヘッド | 軽量化、剛性、感度 | |||
| ラケット | テニスラケット、バドミントンラケット | 軽量化、剛性、感度 | |||
| 船舶 | ヨット、クルーザー、ボート、マスト、ラダー | 軽量化、剛性、振動減衰性 | |||
| その他 | 野球バット、スキー板、ストック、弓具、剣道竹刀 | 軽量化、剛性、振動減衰性 | |||
炭素繊維複合樹脂材料-CFRTP-の用途
| 応用分野 | CFの利用特性 | |
|---|---|---|
| 医療部品 | 歯科用リューター、洗浄機械 検査機械 |
耐薬品性、耐スチーム性、耐摩耗性 寸法安定性 |
| 光学部品 | 一眼レフカメラレンズ駆動ギヤ CDピックアップ |
小モジュール強度、静粛性 振動減衰性 |
| 機械軸受 | 食品洗浄機 食品梱包機 バルブ部品 シリンダー部品 |
耐高温洗浄、高速回転性 高速回転性、耐薬品性 耐腐食性 摺動性 |
| OA部品 | 複写機軸受 プリンターギヤ 給紙ホルダー |
耐高温摺動性 精密寸法、静粛性 高強度 |
| 農機具 | 軸受 ジョイントボール |
異物埋収性 高強度、軽量化 |
| その他 | 2本足ロボット用間接減速ギヤ スターリングエンジンピストン センサーケース ボールレスネジ用ナット |
寸法精度、高強度 高摺動性 寸法精度、電導性 摺動性、静粛性 |