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炭素繊維強化ポリマー（または繊維強化ポリマー） [ a ]は、炭素繊維を含む非常に強くて軽い繊維強化プラスチックです。CFRPは製造コストが高い場合もありますが、航空宇宙、船舶の上部構造、自動車、土木工学、スポーツ用品、そしてますます増えている消費者向けおよび技術用途など、高い強度対重量比と剛性（剛性）が要求されるあらゆる場所で一般的に使用されています。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
結合ポリマーはエポキシなどの熱硬化性樹脂であることが多いが、ポリエステル、ビニルエステル、ナイロンなどの他の熱硬化性または熱可塑性ポリマーが使用されることもある。[ 4 ]最終的なCFRP製品の特性は、結合マトリックス（樹脂）に導入される添加剤の種類によって影響を受ける可能性がある。最も一般的な添加剤はシリカであるが、ゴムやカーボンナノチューブなどの他の添加剤も使用できる。
炭素繊維は、グラファイト強化ポリマーまたはグラファイト繊維強化ポリマーと呼ばれることもあります（GFRPはガラス繊維強化ポリマーと混同されるため、あまり一般的ではありません）。
CFRPは複合材料です。この場合、複合材料はマトリックスと強化材の2つの部分から構成されます。CFRPでは、強化材は炭素繊維であり、これが強度を与えます。マトリックスは通常、強化材を結合するためのポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックです。[ 5 ] CFRPは2つの異なる要素から構成されているため、材料特性はこれら2つの要素に依存します。
CFRPは、補強材によって強度と剛性を獲得します。強度と剛性は、それぞれ応力と弾性率によって測定されます。鋼やアルミニウムのような等方性材料とは異なり、CFRPは方向性のある強度特性を持っています。CFRPの特性は、炭素繊維の配置とポリマーに対する炭素繊維の比率に依存します。[ 6 ]炭素繊維とポリマーマトリックスの特性を用いて複合材料の正味弾性率を決定する2つの異なる方程式は、炭素繊維強化プラスチックにも適用できます。[ 7 ]等ひずみの場合の混合則は次のようになります。
これは、繊維が加えられた荷重と平行に配向している複合材料に有効です。は全複合弾性係数であり、そしてはそれぞれ複合材料中のマトリックスと繊維の体積分率であり、そしてはそれぞれマトリックスと繊維の弾性率である。[ 7 ]繊維が印加荷重に対して横方向に配向した複合材料の弾性率のもう一方の極端なケースは、等応力の場合の逆混合則を使用して見つけることができる。[ 7 ]
上記の式はCFRPのヤング率の上限値と下限値を示しており、実際の値には他にも多くの要因が影響します。
炭素繊維強化プラスチックの破壊靭性は、複数のメカニズムによって左右される。
一般的なエポキシ系CFRPは、実質的に塑性がなく、破壊ひずみは0.5%未満です。エポキシを使用したCFRPは強度と弾性率が高いものの、脆性破壊力学により、破壊が壊滅的に発生するため、エンジニアは破壊検出において特有の課題に直面します。[ 8 ]そのため、CFRPの靭性を向上させるための最近の取り組みには、既存のエポキシ材料の改質や代替ポリマーマトリックスの探索が含まれます。有望な材料の1つはPEEKで、同様の弾性率と引張強度で1桁高い靭性を示します。[ 8 ]しかし、PEEKは加工がはるかに難しく、高価です。[ 8 ]
CFRPは初期強度対重量比が高いにもかかわらず、設計上の制約として明確な疲労限度がないことが挙げられます。これは理論的には、応力サイクルによる破壊を排除できないことを意味します。鋼鉄やその他の多くの構造用金属や合金には推定可能な疲労限度や耐久限度がありますが、複合材料の複雑な破壊モードにより、CFRPの疲労破壊特性を予測して設計することは困難です。しかし、最近の研究では、低速衝撃が複合材料に及ぼす影響が明らかになっています。[ 9 ]低速衝撃により、炭素繊維ポリマーは損傷を受けやすくなります。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]その結果、重要な繰り返し荷重用途にCFRPを使用する場合、エンジニアは、部品の耐用年数にわたって適切な信頼性を確保するために、かなりの強度安全マージンを設計に含める必要があるかもしれません。
温度や湿度などの環境要因は、ほとんどのCFRPを含むポリマーベースの複合材料に深刻な影響を与える可能性があります。CFRPは優れた耐食性を示しますが、広範囲の温度での水分の影響により、特にマトリックスと繊維の界面でCFRPの機械的特性が劣化する可能性があります。[ 12 ]炭素繊維自体は材料に拡散する水分の影響を受けませんが、水分はポリマーマトリックスを可塑化します。[ 8 ]これにより、CFRPの圧縮特性、層間せん断特性、衝撃特性など、マトリックスによって主に影響を受ける特性に大きな変化が生じます。[ 13 ]エンジンファンブレードに使用されるエポキシマトリックスは、ジェット燃料、潤滑油、雨水に対して不浸透性になるように設計されており、複合材料部品には紫外線による損傷を最小限に抑えるために外部塗装が施されています。[ 8 ] [ 14 ]
炭素繊維は、CFRP部品がアルミニウムや軟鋼に取り付けられた場合にガルバニック腐食を引き起こす可能性があるが、ステンレス鋼やチタンには引き起こさない。 [ 15 ]
CFRPは非常に加工が難しく、工具の摩耗が著しい。CFRP加工における工具の摩耗は、繊維の配向と切削加工条件に依存する。工具の摩耗を低減するために、CFRPおよびCFRP-金属積層体の加工には、さまざまな種類のコーティング工具が使用されている。[ 1 ]
CFRP の主成分は炭素繊維です。これは、ポリアクリロニトリル(PAN)、レーヨン、石油ピッチなどの前駆体ポリマーから製造されます。PAN やレーヨンなどの合成ポリマーの場合、まず前駆体をフィラメント糸に紡績し、化学的および機械的プロセスを使用して、完成した炭素繊維の最終的な物理的特性を向上させるようにポリマー鎖を初期的に整列させます。フィラメント糸の紡績中に使用される前駆体の組成と機械的プロセスは、製造業者によって異なる場合があります。引き抜きまたは紡績後、ポリマーフィラメント糸を加熱して非炭素原子を飛ばし (炭化)、最終的な炭素繊維を生成します。炭素繊維フィラメント糸は、取り扱い性を向上させるためにさらに処理され、ボビンに巻き取られます。[ 16 ]これらの繊維から、一方向性シートが作成されます。これらのシートは、互いに0°、+60°、または-60°の角度で、準等方的な積層構造で重ね合わされる。
基本繊維から双方向織りシート、すなわち2/2織りの綾織りシートを作製することができる。ほとんどのCFRPの製造方法は、製造する部品、必要な仕上げ（表面の光沢）、および製造する部品の数によって異なる。さらに、マトリックスの選択は、完成した複合材料の特性に大きな影響を与える可能性がある。[ 17 ]
多くのCFRP部品は、グラスファイバーで裏打ちされた単層のカーボン繊維で作られています。[ 18 ]これらの複合部品を迅速に製造するために、チョッパーガンと呼ばれるツールが使用されます。カーボンファイバーから薄いシェルが作成されると、チョッパーガンはグラスファイバーのロールを短い長さに切断し、同時に樹脂をスプレーして、グラスファイバーと樹脂をその場で混合します。[ 19 ]樹脂は、硬化剤と樹脂を別々にスプレーする外部混合方式と、使用後に毎回洗浄が必要な内部混合方式のいずれかです。製造方法には、次のものが含まれる場合があります。
CFRP部品の製造方法の一つは、最終製品の形状をした型に炭素繊維布のシートを積層することです。布繊維の配向と織り方は、得られる材料の強度と剛性特性を最適化するように選択されます。次に、型にエポキシ樹脂を充填し、加熱または空気硬化させます。得られた部品は、重量に対して非常に耐腐食性、剛性、強度に優れています。重要度の低い領域で使用される部品は、エポキシ樹脂を繊維に予め含浸させたもの（プリプレグとも呼ばれる）か、繊維に「塗装」したものを型に布を被せて製造されます。単一金型を使用する高性能部品は、材料中の小さな気泡でも強度を低下させるため、真空バッグやオートクレーブで硬化されることがよくあります。オートクレーブ法の代替方法として、未硬化の積層炭素繊維内部に膨張式エアブラダーまたはEPSフォームによる内部圧力を利用する方法があります。
比較的少数のコピー（1日に1～2個）しか必要としないシンプルな部品の場合は、真空バッグを使用できます。グラスファイバー、カーボンファイバー、またはアルミニウムの型を研磨してワックスをかけ、布と樹脂を塗布する前に離型剤を塗布し、真空を引いて部品が硬化するまで放置します。真空型で樹脂を布に塗布する方法は3つあります。
最初の方法は手作業によるもので、ウェットレイアップと呼ばれ、2液性樹脂を混合して塗布した後、型に流し込み、袋に入れる。
2つ目の方法はインフュージョンと呼ばれ、乾燥した布と型を袋の中に入れ、真空ポンプで樹脂を小さなチューブを通して袋の中に吸い込み、その後、穴の開いたチューブなどを通して樹脂を布全体に均一に広げます。上記の2つの樹脂塗布方法はいずれも、光沢のある仕上がりでピンホールが非常に小さいように、樹脂を均一に広げるには手作業が必要です。
複合材料を製造する3つ目の方法は、ドライレイアップ法として知られています。この方法では、炭素繊維材料に樹脂を含浸させた状態（プリプレグ）で、接着フィルムと同様の方法で金型に塗布します。その後、組み立てたものを真空中で硬化させます。ドライレイアップ法は樹脂の無駄が最も少なく、ウェットレイアップ法よりも軽量な構造を実現できます。また、ウェットレイアップ法では樹脂のブリードアウトが難しいため、プリプレグを使用した部品は一般的にピンホールが少なくなります。樹脂量を最小限に抑えてピンホールを除去するには、通常、オートクレーブの圧力を利用して残留ガスをパージする必要があります。
より迅速な方法として、圧縮成形（一般的には炭素繊維鍛造とも呼ばれる）を用いる方法がある。これは、通常アルミニウムや鋼鉄、最近では3Dプリントされたプラスチックで作られた、2つの部品（オスとメス）または複数の部品からなる金型である。金型部品は、繊維と樹脂を内部の空洞に充填した状態で圧縮され、最終的に目的の部品となる。この方法の利点は、プロセス全体のスピードである。BMWなどの一部の自動車メーカーは、80秒ごとに新しい部品を製造できると主張している。この技術では、他の方法のように繊維の方向を制御できないため、強度が限定的またはばらつきのある部品となる。
複雑な形状や入り組んだ形状の場合、フィラメントワインダーを使用して、マンドレルまたはコアにフィラメントを巻き付けることでCFRP部品を製造できます。
炭素繊維強化プリプレグやドライカーボン繊維織物は、材料の完全性を維持し、繊維の引き抜き、層間剥離、切断刃のほつれなどの欠陥を低減するために、精密な切断方法が必要です。ドラッグ機構と振動機構を備えたCNCデジタル切断システムは、炭素繊維プリプレグの切断によく使用され、回転ナイフは炭素繊維織物の加工によく使用されます。超音波切断は、CFRPプリプレグを切断するもう1つの方法であり、切断プロセス中の機械的応力を最小限に抑えることで層間剥離を低減するのに特に効果的です。ウォータージェット切断は、厚みのある多層ポリマー複合材に適した方法です。
CFRPの用途には、以下のようなものがあります。
エアバスA350 XWB は、翼桁や胴体部品を含めて53% が CFRP でできており[ 20 ] 、 CFRP の重量比が 50% のボーイング 787 ドリームライナーを上回っています。 [ 21 ]複合材で作られた翼桁を持つ最初の商用航空機の 1 つです。エアバス A380 は、中央翼ボックスが CFRP で作られた最初の商用旅客機の 1 つです。また、翼をスパン方向に分割するのではなく、滑らかな輪郭の翼断面を持つ最初の航空機でもあります。この流れるような連続した断面は、空力効率を最適化します。さらに、後縁、後部隔壁、尾翼、非与圧胴体も CFRP でできています。[ 22 ]
しかし、製造上の問題により、注文の納期が遅れています。CFRPを使用する多くの航空機は、CFRP部品の製造に使用される比較的新しいプロセスが原因で納期が遅れていますが、金属構造についてはよりよく理解されています。繰り返し発生する問題は、CFRPの特異な多材料および異方性[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]の性質のため、構造の経年劣化を監視することであり、これには新しい方法が必要です。[ 26 ]
1968年には、BOACが運航するビッカースVC10のロールス・ロイス・コンウェイエンジンにハイフィル製カーボンファイバーファンアセンブリが搭載されていた。[ 27 ]
航空機の設計・製造を専門とするScaled Composites社は、初の民間有人宇宙船であるSpaceship Oneをはじめ、自社の設計範囲全体にわたってCFRPを幅広く活用している。CFRPは、その高い強度対重量比から、小型航空機（MAV）にも広く使用されている。
エアバスはその後、炭素繊維強化熱可塑性ポリマー（CFRTP）を採用するようになった。これは、成形後に再成形や再加工が可能で、製造速度が速く、耐衝撃性が高く、リサイクルや再成形が可能で、加工コストが低いためである。[ 28 ]
CFRPはハイエンドの自動車レースで広く使用されています。[ 29 ]カーボンファイバーの高コストは、この材料の比類のない強度対重量比によって緩和され、軽量は高性能自動車レースに不可欠です。レースカーメーカーは、カーボンファイバー部品に特定の方向の強度を与える方法も開発しており、荷重がかかる方向には強く、部材にほとんどまたはまったく荷重がかからない方向には弱くしています。逆に、メーカーはすべての方向に強度を与える全方向性カーボンファイバー織物を開発しました。このタイプのカーボンファイバーアセンブリは、高性能レースカーの「セーフティセル」モノコックシャーシアセンブリで最も広く使用されています。最初のカーボンファイバーモノコックシャーシは、1981年シーズンにマクラーレンによってフォーミュラ1に導入されました。これはジョン・バーナードによって設計され、車のシャーシに余分な剛性がもたらされたため、次のシーズンに他のF1チームによって広くコピーされました。[ 30 ]
過去数十年の間に、多くのスーパーカーがモノコックシャーシやその他のコンポーネントにCFRPを幅広く採用して製造してきた。[ 31 ] 1971年にはすでに、シトロエンSMはオプションで軽量カーボンファイバーホイールを提供していた。[ 32 ] [ 33 ]
この素材は、少量生産のメーカーによってより積極的に採用されてきた。彼らは、この素材が、製品の大部分に使用しているガラス繊維強化ポリマーに比べて強度が高く軽量であるため、主に高級車のボディパネルの製造に使用している。
CFRPは、構造工学分野において注目すべき材料となっています。建設分野における潜在的な利点について学術的に研究されてきたCFRPは、コンクリート、石材、鋼材、鋳鉄、木材構造物の補強など、多くの現場用途において費用対効果が高いことが証明されています。産業界では、既存構造物の補強のための改修、あるいはプロジェクト開始当初から鋼材に代わる補強材（またはプレストレス材）として利用されています。
土木工学では、この材料の用途として改修がますます主流になってきており、その用途には、現在よりもはるかに低い使用荷重に耐えるように設計された古い構造物（橋梁、梁、天井、柱、壁など）の耐荷重能力の向上、耐震改修、損傷した構造物の修復などが含まれます。欠陥のある構造物を交換するコストがCFRPを使用した補強コストを大幅に上回る場合が多いため、改修は多くの場面で人気があります。[ 34 ]
鉄筋コンクリート構造物の曲げ補強にCFRPを用いると、強度は大幅に向上する（断面強度が2倍以上になることも珍しくない）ものの、剛性はそれほど向上しない（わずか10%程度）。これは、このような用途で使用される材料が、非常に強度が高い（例えば、引張強度3GPa 、軟鋼の10倍以上）一方で、剛性はそれほど高くない（弾性係数150～250GPa、鋼よりやや低いのが一般的）ためである。そのため、材料の断面積はごくわずかしか使用されない。強度は高いが剛性は中程度の材料を小さな面積で使用すると、強度は大幅に向上するが、剛性は向上しない。
CFRPは、補強したい部分に布や繊維を巻き付けることで、鉄筋コンクリートのせん断強度を高めるためにも使用できます。橋梁や建物の柱などの部分に巻き付けることで、その部分の延性も向上し、動的荷重下での崩壊抵抗が大幅に増加します。このような「耐震補強」は、他の方法よりもはるかに経済的であるため、地震多発地域では主要な用途となっています。
柱が円形（またはほぼ円形）の場合、巻き付けによって軸方向耐力も向上します。この用途では、CFRP 巻き付けによる拘束により、コンクリートの圧縮強度が向上します。ただし、最終崩壊荷重は大幅に増加しますが、コンクリートはわずかに増加した荷重でひび割れるため、この用途はまれにしか使用されません。特殊な超高弾性率 CFRP（引張弾性率が 420 GPa 以上）は、鋳鉄梁を補強する数少ない実用的な方法の 1 つです。通常、断面の引張フランジに接着され、断面の剛性を高め、中立軸を下げ、鋳鉄の最大引張応力を大幅に低減します。
米国では、プレストレストコンクリートシリンダーパイプ（PCCP）が送水本管の大部分を占めています。PCCPは直径が大きいため、破損すると通常は壊滅的な被害が発生し、多くの住民に影響を及ぼします。1940年から2006年の間に、約19,000マイル（31,000 km）のPCCPが設置されました。多くのPCCPラインでは、水素脆化による腐食がプレストレスワイヤーの徐々の劣化の原因とされています。過去10年間、CFRPがPCCPの内部ライニングに使用され、完全な構造強化システムが実現しました。PCCPライン内部では、CFRPライナーが、ホストパイプ内の鋼製シリンダーにかかるひずみのレベルを制御するバリアとして機能します。複合ライナーにより、鋼製シリンダーは弾性範囲内で動作し、パイプラインの長期性能が維持されます。CFRPライナーの設計は、ライナーとホストパイプ間のひずみ適合性に基づいています。[ 35 ]
CFRPは、建設業界で一般的に使用されているガラス繊維強化ポリマー（GFRP）やアラミド繊維強化ポリマー（AFRP）よりも高価な材料ですが、一般的には優れた特性を持つとされています。CFRPを補強材やプレストレス材として鋼材の代替として使用すること、また改修に使用することに関する研究が盛んに行われています。コストは依然として課題であり、長期的な耐久性に関する疑問も残っています。鋼材の延性とは対照的に、CFRPの脆性について懸念する声もあります。米国コンクリート協会などの機関によって設計基準が策定されていますが、エンジニアリングコミュニティでは、これらの代替材料の導入に依然として躊躇する声が上がっています。これは、標準化が不十分であることや、市場に出回っている繊維と樹脂の組み合わせが独自規格であることなどが一因です。
炭素繊維は、炭素繊維マイクロ電極の製造に使用されます。この用途では、通常、直径 5～7 μm の単一の炭素繊維がガラスキャピラリーに封入されます。[ 36 ]キャピラリーの先端はエポキシで封入され、研磨されて炭素繊維ディスクマイクロ電極が作られるか、または繊維が 75～150 μm の長さに切断されて炭素繊維シリンダー電極が作られます。炭素繊維マイクロ電極は、生化学的シグナルの検出のために、アンペロメトリーまたは高速スキャンサイクリックボルタンメトリーのいずれかに使用されます。
CFRPは現在、スカッシュ、テニス、バドミントンのラケット、スポーツカイトのスパー、高品質の矢のシャフト、ホッケースティック、釣り竿、サーフボード、高級スイムフィン、ボートなど、スポーツ用品に広く使用されています。ジョニー・ピーコックのような切断手術を受けたアスリートは、ランニングにカーボンファイバー製のブレードを使用しています。また、一部のバスケットボールシューズでは、足を安定させるためにシャンクプレートとして使用され、通常は靴底のすぐ上に沿って配置され、土踏まずの部分など一部が露出しています。
物議を醸したことに、2006年に裏側に薄いカーボンファイバー層を施したクリケットバットが導入され、リッキー・ポンティングやマイケル・ハッセイなどの有名選手が競技試合で使用した。カーボンファイバーはバットの耐久性を高めるだけだと主張されたが、 2007年にICCによってすべてのファーストクラスの試合での使用が禁止された。[ 37 ]
CFRP製の自転車フレームは、同じ強度を持つ鋼鉄、アルミニウム、チタン製のフレームよりも軽量です。カーボンファイバーの織り方の種類と向きは、必要な方向の剛性を最大化するように設計できます。フレームはさまざまなライディングスタイルに合わせて調整できます。スプリント競技ではより剛性の高いフレームが必要ですが、エンデュランス競技では長時間のライダーの快適性のために、より柔軟なフレームが必要になる場合があります。[ 38 ]さまざまな形状に成形できるため、剛性がさらに向上し、空力的なチューブセクションも可能になりました。サスペンションフォーククラウンとステアラー、ハンドルバー、シートポスト、クランクアームを含むCFRPフォークは、中価格帯および高価格帯の自転車でより一般的になっています。CFRPリムは依然として高価ですが、アルミニウムと比較して安定性が高いため、ホイールの再振れ取りの必要性が減り、質量が小さいためホイールの慣性モーメントが小さくなります。CFRPスポークはまれで、ほとんどのカーボンホイールセットは従来のステンレススチールスポークを使用しています。 CFRPは、ディレイラー部品、ブレーキレバーやシフターレバーおよび本体、カセットスプロケットキャリア、サスペンションリンク、ディスクブレーキローター、ペダル、靴底、サドルレールなどの他のコンポーネントにもますます多く使用されています。CFRPは強度が高く軽量ですが、衝撃、過剰なトルク、または不適切な取り付けにより、ひび割れや破損が発生し、修理が困難または不可能になる場合があります。[ 39 ] [ 40 ]
ポリマーや熱硬化性複合材料の耐火性は、表面近くに薄い炭素繊維層を成形すると大幅に向上する。これは、高密度でコンパクトな炭素繊維層が効率的に熱を反射するためである。[ 41 ]
CFRPは、剛性と軽量性が求められるハイエンド製品において、ますます多くの用途で使用されています。例えば、以下のような製品が挙げられます。
繊維強化ポリマーのリサイクルの重要な側面は、熱可塑性マトリックスと強化繊維の両方を回収しながら、その機械的特性を維持することです。CFRPは日光から保護されていれば、長寿命です。CFRPを廃棄する時期が来たら、多くの金属のように空気中で溶かすことはできません。ビニル（PVCまたはポリ塩化ビニル）やその他のハロゲン化ポリマーを含まないCFRPのリサイクルプロセスは、機械的、熱的、化学的、生物学的の4つの主要なアプローチに分類できます。各方法は、材料またはエネルギーの回収に関して明確な利点があり、複合材料廃棄物管理における持続可能性の取り組みに貢献します。
機械的プロセスは主に粉砕を伴い、複合材料を粉末状の充填物と繊維状の補強材に分解します。この方法は熱可塑性樹脂と充填材の両方の回収に重点を置いていますが、このプロセスでは繊維が著しく短くなります。ダウンサイクルされた紙と同様に、短くなった繊維によって、リサイクルされた材料は元の材料よりも弱くなります。全長の炭素繊維補強材の強度を必要としない産業用途はまだたくさんあります。たとえば、短繊維再生炭素繊維は、ノートパソコンなどの民生用電子機器に使用できます。航空宇宙部品のような強度対重量比はなくても、使用されるポリマーの優れた補強になります。[ 47 ]
この方法は、パルス放電によってCFRPを細断することから成ります。当初は鉱石から結晶や貴石を抽出するために開発されましたが、現在は複合材料への応用が期待されています。材料は水と2つの電極が入った容器に入れられます。電極間に発生する高電圧の電気パルス（50～200 kV）によって材料はより小さな断片に破砕されます。[ 48 ]この技術の不便な点は、消費エネルギーが機械的な方法の2.6倍であるため、省エネルギーの観点から経済的に競争力がなく、さらなる調査が必要であることです。
熱処理プロセスには、焼却、熱分解、熱分解、ガス化、流動床処理、セメント工場での利用など、いくつかの技術が含まれます。これらのプロセスは、樹脂を揮発させて除去することにより繊維を回収することを意味し、ガス、液体、無機物などの副産物を生じます。[ 49 ]
この技術は、複合材を高温で酸素が豊富な気流にさらし、その中で燃焼させることから成ります（450～550 °C、840～1,020 °F ）。作業温度は、繊維の損傷を最小限に抑えるために、分解するマトリックスに応じて選択されます。6～20 mm のサイズに細断した後、複合材は金属メッシュ上のシリカ砂のベッドに導入され、そこで樹脂は酸化分子と繊維フィラメントに分解されます。これらの成分は気流とともに上昇し、より重い粒子はベッドに沈みます。この最後の点は、塗装面、フォームコア、または金属インサートを備えた汚染された使用済み製品にとって大きな利点です。サイクロン分離器により、長さ 5～10 mm の繊維を非常に少ない汚染で回収できます。マトリックスは、約1,000 ℃（1,850 °F）で動作する2番目のバーナーで完全に酸化され、エネルギー回収とクリーンな排ガスにつながります。 [ 50 ]
CFRPの化学リサイクルでは、比較的低温（350℃以下）で反応性溶媒を用いて樹脂を分解し、繊維はそのまま残して再利用します。溶媒は複合材料のマトリックスをより小さな分子断片（オリゴマー）に分解し、選択した溶媒系に応じて、温度、圧力、触媒などのさまざまな処理パラメータを調整してプロセスを最適化できます。溶媒は、多くの場合、共溶媒または触媒と組み合わせて、複合材料に浸透し、特定の化学結合を切断します。その結果、樹脂からモノマーが回収され、機械的特性が維持されたきれいな長い繊維が得られます。必要な温度と圧力は樹脂の種類によって異なり、エポキシ樹脂は一般的にポリエステル樹脂よりも高い温度を必要とします。研究されているさまざまな反応媒体の中で、水は環境面での利点から最も一般的に使用されています。アルカリ触媒と組み合わせると、多くの樹脂を効果的に分解できますが、より耐性のあるポリマーには酸性触媒が使用されます。エタノール、アセトン、およびそれらの混合物などの他の溶媒も、このプロセスで検討されています。
この方法には利点があるものの、いくつかの制約がある。腐食性溶剤、危険な化学物質、高温または高圧、特に超臨界条件下での操作に対応できる特殊な装置が必要となる。実験室規模では広範な研究が行われているものの、産業への導入は限定的であり、炭素繊維リサイクル技術の技術成熟度レベル（TRL）は現在4にとどまっている。[ 51 ]
溶解プロセスは、化学結合を切断することなく熱可塑性複合材料からポリマーマトリックスと繊維の両方を回収するために使用される方法です。ポリマーの化学的分解を伴う溶媒分解とは異なり、溶解はポリマー鎖を溶媒に溶解するだけで、材料を元の形で回収できます。このプロセスのエネルギー分析によると、溶解後に蒸発する方が沈殿よりもエネルギー効率が高いことが示されました。さらに、沈殿を避けることでポリマーの損失を最小限に抑え、全体的な材料回収効率が向上しました。この方法は、熱可塑性複合材料の持続可能なリサイクルのための有望なアプローチを提供します。[ 52 ]
生物学的プロセスはまだ開発段階にあるものの、生分解と堆肥化に重点を置いている。この方法はバイオベースおよび農業複合材料に有望であり、これらの材料の環境に優しい使用済み処理ソリューションの創出を目指している。研究が進むにつれて、生物学的リサイクルは、持続可能な方法でプラスチック複合廃棄物を削減する効果的な手段となる可能性がある。[ 53 ]
2009年、Zyvex Technologiesはカーボンナノチューブ強化エポキシとカーボンプリプレグを発表しました。[ 54 ]カーボンナノチューブ強化ポリマー（CNRP）は、一般的なCFRPよりも数倍強く、靭性があり、ロッキード・マーティンF-35ライトニングIIの航空機の構造材料として使用されています。[ 55 ] CNRPは依然として炭素繊維を主要な強化材として使用していますが、[ 56 ]結合マトリックスはカーボンナノチューブ充填エポキシです。[ 57 ]
