コンポーネント

マトリックス材料：それは複合材料中の連続相であり、補強材料を接着し固定する役割を果たし、同時に外部荷重を補強材料に伝達する。一般的な基材としては、ポリマー（エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂など）、金属（アルミニウム、マグネシウムなど）、セラミックス（アルミナ、窒化ケイ素など）が挙げられる。例えば、エポキシ樹脂を基体とする複合材料では、エポキシ樹脂は接着剤のように他の材料を接着し、外力を受けたときに他の補強材料に力を伝達することができる。

強化材料：それは複合材料中の分散相であり、主に材料の力学性能、例えば強度、剛性と靭性などを高めるために用いられる。補強材は、繊維（例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維など）、粒子（例えば、炭化ケイ素粒子、アルミナ粒子など）、又はフレーク（例えば、雲母シート、金属フレークなど）であってもよい。炭素繊維を例にとると、それは非常に高い強度と弾性率を持っていて、炭素繊維を基材に加えると、コンクリートに鉄筋を加えるように、複合材の強度を大幅に高めることができます。

パフォーマンスの特長

比強度と比弾性率が高い：複合材料の強度と弾性率（材料が力を受けた状態で応力とひずみの比）とその密度の比、すなわち比強度と比弾性率は、伝統材料より高いことが多い。これにより、航空宇宙分野など、材料の重量に厳しい制限がある分野では、大きな利点があります。例えば、炭素繊維強化複合材料の比強度は鋼の数倍であり、これは同じ強度要件の下で、炭素繊維複合材料を使用することで構造の重量を大幅に軽減し、燃費やペイロードを向上させることができることを意味する。

設計性が高い：特定の応用ニーズに応じて、異なるマトリックス材料、補強材料、それらの割合及び複合材料の成形方法を選択することによって、特定の性能を持つ材料を設計することができる。例えば、高い靭性と耐食性を有する材料が必要であれば、適切なポリマーマトリックスと繊維強化材料を選択し、それらの配合比を決定して、性能要求を達成することができる。

耐疲労性能が良い：多くの複合材料は繰り返しロードとアンロードの過程で、良好な耐疲労性能を示した。例えば、繊維強化複合材料が交番応力を受ける場合、繊維は亀裂の広がりを阻止し、材料がより多くの疲労サイクル回数に耐えられるようにすることができる。この特性により、複合材料は風力発電機のブレードなどの動的荷重を受ける構造に広く使用されている。

成形方法

手ペースト成形：これは比較的簡単な成形方法です。強化材料（例えばガラス繊維織物）を金型に敷設し、次いで、樹脂などのマトリックス材料を手動で強化材料に塗布し、十分に浸潤させ、硬化させた後、複合材料製品を得た。この方法は、小型ヨットの船体、自動車車体の一部の原型部品など、複雑でサイズの大きい製品を作るのに適している。しかし、手糊成形の製品の品質は作業者の技術レベルの影響を大きく受け、生産効率は相対的に低い。

プレス成形：あらかじめ混合した複合材料（基材と補強材を含む）を金型に入れ、一定の温度と圧力で成形する。この方法では、電気製品の筐体、自動車部品など、寸法精度が高く、表面品質の良い製品を生産することができます。プレス成形の生産効率は高いが、金型コストも相対的に高い。

巻取り成形：主に回転体形状を有する複合材料製品の製造に用いられる。炭素繊維などの連続補強繊維を樹脂などの基材に浸漬し、一定の規則に従ってコアダイに巻きつけ、硬化させて製品を得る。この方法は、パイプ、容器、ロケットエンジンケーシングなどの製造によく使用されています。例えば、高圧ガス容器を製造する際に、巻き付け成形は繊維を最適な受力方向に分布させ、容器の強度を高めることができる。