1860年、ジョセフ・スワンは白熱電球の原型となる半真空炭素線ランプを発明しました。暗闇を照らすために、電灯の発光体として炭素繊維が誕生しました。
初期の炭素繊維は目立たず、天然繊維で作られていたため構造強度が低く、フィラメントの品質も悪く、使用中に切れやすく、耐久性も理想的とは言えず、すぐにタングステンフィラメントに取って代わられました。その結果、炭素繊維の研究は停滞期に入りました。
1950年代、航空宇宙分野における高温、耐腐食性、高強度材料の需要が高まり、人々は再び炭化物に期待を寄せるようになりました。数々の研究を経て、ついに融点3,600℃の材料が発見され、「炭素繊維」と正式に命名されました。
炭素繊維の最大の特性は、軽量、高強度、高比強度、高比弾性率です。密度は鋼鉄の1/4以下、引張強度は鉄の約10倍、伸長弾性率は鉄の約7倍です。さらに、炭素繊維は、疲労しにくく、錆びにくく、化学的に安定しており、熱安定性にも優れているなど、様々な優れた特性を備えています。
航空エンジンの分野では、炭素繊維は主に強化基材の形で樹脂、金属、セラミックスなどの基材と組み合わされており、この組み合わせは炭素繊維強化複合材（CFRP）と呼ばれ、軽量化と効率化、騒音と排出ガスの低減、材料強度と燃費の向上に効果があります。
複合材料は、航空機エンジンの高温部品にも徐々に採用されつつあります。例えば、GEnx可変オーバーフローバルブ（VBV）カテーテルは、炭素繊維強化ダブルマレイン酸アミド（BMI）製で、カテーテル1本あたりの重量はわずか3.6kgです。ロシアのSaM146エンジンの斜流ノズル（MFN）にも、炭素繊維強化BMI部品が使用されており、金属よりも約20kg軽量です。
将来、炭素繊維複合材の強度と靭性がさらに向上するにつれ、航空エンジンにおける炭素繊維複合材の応用が普及するでしょう。CFRTPの熱収縮塑性成形の強化、炭素成形の強化によるCFRC炭素/炭素複合材の形成、CFRM金属成形の強化、CFRRゴム成形の強化などです。いずれの方向でも、炭素繊維複合材は将来の高性能航空エンジンに不可欠な材料となるでしょう。
投稿日時: 2019年4月9日