产品·东丽公司开发高模量碳纤维新品和热塑性成型技术

2020年5月21日

 
東レ株式会社（本社：東京都中央区､社長：日覺昭廣、以下「東レ」）は、このたび、産業用に広く用いることができる新しい高弾性率炭素繊維と、その炭素繊維を使用した射出成形加工に最適な樹脂ペレットを新たに創出しました。このペレットを用いることで、軽量でありながら、複雑な形状で高剛性の部品を効率的に製造することができ、環境負荷の低減に不可欠な材料軽量化に貢献します。今後、３年以内の製品化を目指し、研究・技術開発を進めて参ります。 
東レはこれまで、主に圧力容器や自動車などの産業用途や航空用途に採用されてきた高強度炭素繊維であるトレカ®Tシリーズを販売し、2014年には世界最高強度をもつ炭素繊維「T1100G」（※強度：７GPa、弾性率：320GPa）を上市しました。 
2018年にはナノレベルの最新技術を適用した高弾性率かつ高強度を両立する炭素繊維「M40X」（※強度：5.7GPa、弾性率：377GPa）を上市し、ハイエンドのスポーツ用品や航空・宇宙分野の構造材まで、炭素繊維の活躍の可能性を拡大し続けてきました。しかし、高弾性率の炭素繊維は直径が約５ミクロンと細く生産性が制約されるため、コスト面に課題がありました。 
このたび、トレカ®MXシリーズに適用したナノレベルでの構造制御技術をさらに発展させ、直径7ミクロンの繊維1本の内部構造を均一に制御することで、産業用トレカ®Tシリーズの標準的な弾性率230GPaを約70%向上させた390GPaのコストパフォーマンスに優れる高弾性率炭素繊維の開発に成功しました。 
この炭素繊維を使用した射出成形用樹脂ペレットであるトレカ®ペレットは、従来の高弾性率タイプに比べて成形後の炭素繊維を長く維持する効果も得られることから、弾性率が41GPa（比重1.4）という、軽量合金の代表であるマグネシウム合金に匹敵する弾性率（※弾性率：45GPa、比重1.8）を軽量で実現できます。そのため、この新規トレカ®ペレットを用いることで、軽量で複雑な形状の部品を射出成形により生産性良く得られ、成形部品の軽量化に大きく貢献することが期待されます。今後、次世代モビリティ対応に向け車体の軽量化がますます重要となる自動車部品用途や一般産業用途など幅広く産業用途に展開していく予定です。 
東レは「東レグループ　サステナビリティ・ビジョン」の中で、世界が直面する「発展」と「持続可能性」を両立させるために、革新技術、先端材料の提供によって、本質的なソリューションを提供していくことを自らの使命として表明しています。今回の新規炭素繊維は、東レグループが目指す「地球規模での温室効果ガスの排出と吸収のバランスが達成された世界」を、軽量化による省エネルギー化において具現化する素材です。 
東レは今後も、炭素繊維トレカ®およびトレカ®ペレットの一層の高性能化やプロセス加工性改善を通じて、企業理念である「わたしたちは新しい価値の創造を通じて社会に貢献します」の具現化に取り組んで参ります。 
炭素繊維の基本特性、成形プロセス、素材別弾性率の比較 
英文版资讯
May 21, 2020
Toray Industries, Inc.
Toray Carbon Fiber and Thermoplastic Pellet Advances Poised to Enhance Molded Product Cost Performances
Tokyo, Japan, May 21, 2020 – Toray Industries, Inc., announced today that it has created a high tensile modulus carbon fiber and thermoplastic pellets that are ideal for injection molding employing that fiber. The pellets will enable the efficient production of complex, rigid parts that are also light, thereby lowering environmental impact. These advances could greatly enhance cost performance.

Toray will push ahead with research and development to commercialize the fiber and pellets within the next three years.

Toray markets the TORAYCA® T series of high-strength carbon fibers for pressure vessel, automotive, and other industrial applications, as well as for aerospace. In 2014, it launched the TORAYCA T1100G carbon fiber, which offers a world-leading tensile strength of 7.0 GPa and a tensile modulus of elasticity of 320 GPa.

In 2018, the company further expanded the potential of carbon fiber for high-end sports equipment and aerospace structural materials by commercializing TORAYCA M40X. This offering employs proprietary nano-level fiber structure control technology to balance a high compression strength and a tensile strength of 5.7 GPa, with a tensile modulus of 377 GPa. The fiber’s diameter of 5 microns constrains productivity, however, making costs an issue.

In the development effort announced today, Toray tackled that challenge by pursuing further advances with its TORAYCA MX series control technology to create 7-micron fibers with uniform internal structures. The result was a fiber with a tensile modulus of elasticity of 390 GPa, around 70% higher than the standard level of TORAYCA series offerings for industrial applications, delivering a much better cost performance.

TORAYCA thermoplastic pellets incorporating the newly developed carbon fibers maintain longer fibers than conventional high tensile modulus offerings after molding processes. The pellets can thus deliver attain a tensile modulus of 41 GPa. That is comparable to the 45 GPa of magnesium alloys. At the same time pellets have a specific gravity of just 1.4, against the 1.8 of magnesium alloy. Using these pellets to make complex parts through injection molding processes would significantly enhance productivity and contribute much 　to lightening parts.

Toray looks to cultivate diverse applications for its advanced pellets, including for parts in lightweight next-generation automobiles and in industry in general.

The Toray Group is committed to delivering innovative technologies and advanced materials that provide the world with real solutions to the challenge of balancing 　　development and sustainability. The new carbon fiber should contribute to the Group’s vision of balancing greenhouse gas emissions and absorption worldwide through the use of parts that are lighter and more energy efficient. Toray will contribute to society by creating new value through its drive to enhance the performance of TORAYCA carbon fiber and pellets and production processes.
 

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来源：碳纤维生产技术