CFRTP（炭素繊維強化熱可塑性プラスチック）を用いたパイプ製造は、軽量かつ高強度という特徴を持ちながら、量産性にも優れた加工方法として注目されています。今回紹介する手法は、組紐状のCFRTPプリフォームを活用し、プレス成形とエア注入を組み合わせた工程によって効率的にパイプ形状へ成形するものです。この工法は従来のCFRPパイプ製造と比べ大幅に時間短縮が可能であり、コスト面でも有利な手法として提案できます。

【CFRTPパイプ成形の概要】
CFRTPは熱可塑性樹脂を基材とするため、加熱による軟化と冷却による硬化を繰り返せる点が特徴です。これにより、プレス機での加工が可能となり、短時間で形状を付与できます。今回の成形では組紐状のプリフォームを採用し、チューブ状に巻き付ける工程からスタートします。組紐特有の柔軟性と繊維方向の自由度を活かし、巻き付けた状態で必要な強度を確保しながら均一なパイプ構造をつくることができます。

【成形工程の流れ】
工程は主に四つのステップで構成されています。

①組紐状CFRTPプリフォームをチューブに巻く
柔軟性のある組紐状プリフォームを下地となるチューブに丁寧に巻き付けます。繊維の配置によって強度方向が変わるため、巻き方によりパイプの剛性を調整できます。

②金型でプレスして形状を付与する
成形したいパイプ形状に合わせた金型にセットし、加熱プレスを行います。熱可塑性樹脂が軟化することで繊維が金型形状にしっかり密着し、外形が正確に決まります。

③空気を注入する
プレス成形後、内部に空気を注入することで、内側からも圧力を加えて形状を安定させます。これにより均一な内径が確保され、パイプとしての剛性と形状精度が高まります。

④冷却して固化させる
最終工程では金型にセットしたまま冷却します。熱可塑性樹脂が冷却固化することで、強度と形状が確定し、軽量かつ高剛性のCFRTPパイプが完成します。

【従来手法との比較】
一般的に炭素繊維のパイプはCFRP（炭素繊維強化熱硬化性プラスチック）によって作られることが多く、マンドレルにプリプレグを巻いてオートクレーブで加熱硬化する工程が一般的です。この手法は高品質なパイプを得られる反面、加熱・硬化に時間がかかり、生産効率が低いという課題があります。

一方、今回紹介するCFRTPパイプ成形は、熱可塑性樹脂の特性を活かして短時間での成形が可能です。プレス機を使用するため成形スピードが速く、一定サイズの製品であれば連続的に加工できる点が大きなメリットです。生産性が高いということは、結果として製造コストの削減にも直結します。

【パイプ成形技術の活用可能性】
CFRTPパイプは軽量で衝撃に強く、さらに加工スピードが速いという特長を備えているため、多様な用途への展開が期待できます。機械部品やスポーツ用品、さらには軽量化が求められる輸送機器関連にも適しています。組紐状プリフォームを利用することで、従来のCFRPパイプでは難しかった柔軟な繊維配置が可能となり、用途に合わせた特性設計が行える点も魅力です。

【まとめ】
組紐状のCFRTPプリフォームを巻き付け、プレス成形と空気注入を組み合わせた製造方法は、短時間かつ高効率で軽量・高強度のパイプを作ることができます。プレス機を活用した加工は生産性が高く、従来のオートクレーブ成形と比較してコスト削減にもつながります。サイズに制限はありますが、一定の大きさであればスピーディーに成形できるため、試作から小ロット生産まで幅広く対応できる方法として有効です。

今回のCFRTPパイプ成形に興味があれば、ぜひ検討してみてください。軽量化、強度向上、コスト削減が求められる部品設計に適した技術として提案できます。


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