【材料技術】樹脂にCNFを添加し、CFRPの強度や耐久性を向上させる中間材料を開発

新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）は2023年9月29日、少量のセルロースナノファイバー（CNF）をエポキシ樹脂に分散、添加したプラスチックをシート状に複合化し、それを含浸させた炭素繊維強化プラスチック（CFRP）のプリプレグ（中間材料）を発表した。NEDOが実施する「炭素循環社会に貢献するセルロースナノファイバー関連技術開発」事業の一環として、スギノマシンが開発した。

CNFを添加したCFRPプリプレグ 出所：新エネルギー・産業技術総合開発機構

開発されたプリプレグの仕様［クリックで拡大］ 出所：新エネルギー・産業技術総合開発機構

　今回開発したプリプレグは、スギノマシンが富山県立大学と共同開発した高付加価値用途向けのCNF乾燥粉末「BiNFi-sドライパウダー（BFDP）」を使用している。これをエポキシ樹脂に少量添加し、炭素繊維と複合化することで、CFRPの曲げ強度や衝撃強度、疲労寿命、振動減衰性、界面せん断強度を高めた。

　CNF未添加のCFRPとの比較では、一方向に積層したCNF添加一方向CFRPは曲げ強度が約20％、平織りのCNF添加平織CFRPは約13％向上した。また、CNF添加一方向CFRPの衝撃強度は、未添加CFRPよりも約20％向上している。

　CNF添加平織CFRPの引張疲労寿命は未添加CFRPの約19倍で、振動減衰率は約17％向上した。界面せん断強度は、CNF添加CFRPは未添加CFRPよりも約45％向上していた。

　CNFの添加量は少量のため、低コストで性能を強化できる。曲げ強度が向上したことでCFRPプリプレグの積層数を減らすことができ、製品の軽量化にも貢献する。

　スギノマシンでは今後、2027年をめどに高付加価値CFRP製品の実用化を目指す。テニスラケットやゴルフシャフト、自転車フレームなど、強度と耐久性が求められるスポーツ用品での利用を見込む。