カーボン／カーボン材のこと

　カーボン複合材（カーボン・コンポジット・マテリアル）については、過去何度か記してきました。今や、民生用の釣り竿とかゴルフクラブ・シャフトから、レーシングカーのボデーとか極一部の少量生産スーパースポーツカー、航空宇宙産業機器など採用範囲は広がりつつあります。但し、これらのほとんどはＣＦＲＰと云うもので、カーボンの長尺繊維をプラスティック（樹脂＝主に使われるのはエポキシ）でくるんで加温、加圧して立体物として成形したものです。

　ところで、カーボン繊維の耐熱温度は優に１千°Ｃを軽く超えるものですが、樹脂の強度を保てる前提としての耐熱温度は、正確には判りませんが、せいぜい２００°Ｃ程度のものでしょう。ですから、ＣＦＲＰは高温になる部位には使用できないことが判ります。

　しかし、軽さと強度と高温耐熱性を求める、コスト度外視の一部の分野には、カーボン／カーボンと呼ばれる複合材が採用されています。このカーボン／カーボン材は、カーボン繊維をカーボン材（たぶん粉体と思われる）を高温、高圧で焼き固めたものだそうです。

　具体的なカーボン／カーボン材の採用部位ですが、私の知る範囲としては、スペースシャトルの機首ノーズコーン部、主翼前縁部や、Ｆ１マシーンなどのレーシングカーのディスクローター部およびパット、同クラッチのフェーシング部などでしょうか。

　ところで、Ｆ１グランプリを最近は見ることも少ないですが、スターティンググリッドに付くまでのサーキット１周は、各車が盛んに左右にステアリングを切り返して蛇行すると共に、急減速と急加速を繰り返します。これは、一つはタイヤの昇温により本来の摩擦係数を出すことと、ブレーキディスクの昇温によりやはり本来の摩擦係数を出すことにあるそうです。この様なことからも、カーボン／カーボン材のディスクローターは、従来のＦｅ（正確にはねずみ鋳鉄）製ローターより最適となる温度が高いことが判ります。これは必ずしも正確ではないかもしれませんが、Ｆｅ製ローターが４００°Ｃ程度を越えると摩擦係数が低下する（フェード現象）のに対し、カーボン／カーボン材では、６００°Ｃ程度に達しないと本来の摩擦係数が得られないそうです。

　この様なウィークポイントもあって、カーボン／カーボン材のディスクローターの市販車への採用は難しいと思われていました。しかし、カーボン／カーボン材の表面にセラミックをコーティングすることにより、冷温時の摩擦係数の改善したものが、ほんの一握りのスーパーなクルマに採用される様になっています。しかし、伝え聞くセラミックコートのカーボン／カーボン材ディスクは１枚８０万円前後・・・とか。この種のクルマでは、１万ｋｍくらいでパットもディスクも交換が必要になるのかもしれません。１万ｋｍ走行毎に４００万円也（タイヤも入れれば５００万かも）を負担できる方は、そう居ないことでしょう。

 

参考　カーボン複合材（ＣＦＲＰ）について（2008/7/28記述）