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繊維強化プラスチック（FRP、繊維強化ポリマー、またはアメリカ英語ではファイバーとも呼ばれる）は、ポリマーマトリックスを繊維で強化した複合材料である。繊維は通常、ガラス（グラスファイバー）、炭素（炭素繊維強化ポリマー）、アラミド、または玄武岩である。まれに、紙、木材、ホウ素、アスベストなどの他の繊維が使用されることもある。ポリマーは通常、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、またはポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックであるが、フェノールホルムアルデヒド樹脂も現在でも使用されている。
FRP（繊維強化プラスチック）は、航空宇宙、自動車、船舶、建設業界で広く使用されています。防弾装甲や自給式呼吸器のシリンダーなどにもよく用いられています。
ベークライトは最初の繊維強化プラスチックでした。レオ・ベークランドは当初、シェラック（ラックカイガラムシの排泄物から作られる）の代替品を探していました。化学者たちは多くの天然樹脂や繊維がポリマーであることを認識し始めており、ベークランドはフェノールとホルムアルデヒドの反応を研究しました。彼は最初に「ノボラック」と呼ばれる可溶性のフェノール・ホルムアルデヒドシェラックを製造しましたが、市場では成功しませんでした。その後、当時ゴムで成形されていたアスベストのバインダーの開発に着手しました。フェノールとホルムアルデヒドに加える圧力と温度を制御することで、1905年に、彼が夢見ていた硬くて成形可能な材料（世界初の合成プラスチック）であるベークライトを製造できることを発見しました。[ 1 ] [ 2 ]彼は1909年2月5日のアメリカ化学会の会合でこの発明を発表しました。[ 3 ]
1930年代には、商業用途向けの繊維強化プラスチックの開発が盛んに研究されていた。イギリスでは、ノーマン・デ・ブルイネなどの先駆者によって相当な研究が行われた。特に航空業界にとって関心の高いものであった。[ 4 ]
ガラス繊維の大量生産は、1932年にオーウェンス・イリノイ社の研究者であったゲームズ・スレイターが、溶融ガラスの流れに圧縮空気のジェットを偶然噴射して繊維を生成したことで発見されました。このガラスウールの製造方法の特許は、1933年に初めて申請されました。[ 5 ] オーウェンスは1935年にコーニング社と合併し、この方法はオーウェンス・コーニング社によって採用され、1936年に特許取得済みの「ファイバーグラス」（「s」が1つ）が製造されました。当初、ファイバーグラスは、繊維が大量のガスを閉じ込めたガラスウールであり、特に高温下で断熱材として有用でした。
グラスファイバーとプラスチックを組み合わせて複合材料を作るのに適した樹脂は、1936年にデュポンによって開発されました。現代のポリエステル樹脂の最初の祖先は、 1942年のシアナミド樹脂です。当時すでに過酸化物硬化システムが使用されていました。 [ 6 ]グラスファイバーと樹脂の組み合わせにより、材料のガス成分がプラスチックに置き換えられました。これにより断熱特性はプラスチック特有の値まで低下しましたが、この複合材料は初めて構造材料および建築材料として大きな強度と可能性を示しました。紛らわしいことに、多くのガラス繊維複合材料は引き続き「グラスファイバー」（一般名として）と呼ばれ、この名前はプラスチックの代わりにガスを含む低密度のグラスウール製品にも使用されました。
オーウェンス・コーニングのレイ・グリーンは、1937年に最初の複合材ボートを製造したとされているが、当時は使用されたプラスチックの脆さのためにそれ以上進展しなかった。1939年には、ロシアがプラスチック製の旅客船を建造し、米国が航空機の胴体と翼を建造したと報告されている。 [ 7 ]グラスファイバー製のボディを持つ最初の車は、1946年のスタウト・スカラベである。このモデルは1台しか製造されなかった。[ 8 ] 1941年のフォードのプロトタイプが最初のプラスチック車だった可能性があるが、その後すぐに破壊されたため、使用された材料については不確かな点がある。[ 9 ] [ 10 ]
最初の繊維強化プラスチック飛行機は、1937年5月12日に初飛行したフェアチャイルドF-46か、カリフォルニアで製造されたベネットプラスチックプレーンのいずれかである。 [ 11 ]グラスファイバー製の胴体は、1942年後半にライトフィールドを拠点とした、XBT-16と命名された改造されたバルティーBT-13Aに使用された。 [ 12 ] 1943年には、複合材料から航空機の構造部品を製造するさらなる実験が行われ、その結果、GFRP胴体を持つ最初の飛行機であるバルティーBT-15（XBT-19と命名）が1944年に飛行した。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] GFRP部品の工具に関する重要な開発は、 1943年にリパブリック航空会社によって行われた。[ 16 ]
炭素繊維の製造は1950年代後半に始まり、1960年代初頭までイギリスの産業界で広くは使用されていなかったものの、使用されていました。アラミド繊維も同時期に製造され、デュポン社がNomexという商標名で初めて登場しました。今日では、これらの繊維はそれぞれ、特定の強度や弾性特性を持つプラスチックを必要とするあらゆる用途で産業界で広く使用されています。ガラス繊維はあらゆる産業で最も一般的ですが、炭素繊維と炭素繊維アラミド複合材は航空宇宙、自動車、スポーツ用品の用途で広く見られます。[ 17 ]これら3つ（ガラス、炭素、アラミド）は、FRPで使用される重要な繊維のカテゴリーであり続けています。
現在のような規模のポリマー生産は、20世紀半ばに始まりました。当時、原材料費と生産コストの低減、新たな生産技術、そして新たな製品カテゴリーの登場が相まって、ポリマー生産が経済的に成り立つようになったのです。この産業は1970年代後半にようやく成熟期を迎え、世界のポリマー生産量は鉄鋼生産量を上回り、ポリマーは今日のような遍在する素材となりました。繊維強化プラスチックは、この産業の黎明期から重要な位置を占めています。
ポリマーは一般的に、段階成長重合または付加重合によって製造されます。1つ以上のポリマーをさまざまな添加剤と組み合わせることで、その物性を向上させたり、何らかの形で変化させたりした場合、その結果として得られるものをプラスチックと呼びます。複合プラスチックとは、異なる物性を持つ2つ以上の均質な材料を結合させて、特定の望ましい物性および機械的特性を持つ最終製品を得ることによって得られるプラスチックの種類を指します。繊維強化プラスチックは、特に繊維材料を使用してプラスチックの強度と弾性を機械的に向上させる複合プラスチックの一種です。
繊維補強のない元のプラスチック材料は、マトリックスまたは結合剤として知られています。マトリックスは、より強くて硬い補強フィラメントまたは繊維によって強化される、丈夫だが比較的弱いプラスチックです。繊維強化プラスチックの強度と弾性の向上度は、繊維とマトリックスの両方の機械的特性、それらの相対的な体積、およびマトリックス内の繊維の長さと配向に依存します。[ 18 ]マトリックスの強化は、FRP 材料がマトリックス単体の強度と弾性に比べて強度または弾性が増加する場合に定義されます。[ 17 ]
FRPは2つの異なるプロセスから成り立っており、1つ目は繊維材料を製造して成形するプロセス、2つ目は成形中に繊維材料をマトリックスと結合させるプロセスである。[ 17 ]
強化繊維は、二次元方向と三次元方向の両方で製造されます。
繊維プリフォームとは、繊維をマトリックスに接着する前に製造される形態のことです。繊維プリフォームは、シート状、連続マット状、またはスプレー用途向けの連続フィラメント状で製造されることがよくあります。繊維プリフォームを製造する主な方法は、織り、編み、組紐、縫製という4つの繊維加工技術です。
FRP部品の形状を定めるには、通常、剛性のある構造体が使用されます。部品は、「カウルプレート」と呼ばれる平らな面、または「マンドレル」と呼ばれる円筒状の構造体上に積層されます。しかし、ほとんどの繊維強化プラスチック部品は、金型または「ツール」を使用して製造されます。金型には、凹型の雌型、雄型、または上下の金型で部品を完全に覆うものがあります。
FRPプラスチックの成形プロセスは、まず繊維プリフォームを金型の上または中に配置することから始まります。繊維プリフォームは、乾燥繊維、またはあらかじめ一定量の樹脂を含む「プリプレグ」と呼ばれる繊維のいずれかです。乾燥繊維は、手作業で樹脂を含浸させるか、または樹脂を密閉された金型に注入することで樹脂を含浸させます。その後、成形品を硬化させ、マトリックスと繊維を金型の形状に成形します。樹脂の硬化と最終製品の品質向上には、熱や圧力を加える場合もあります。
形成方法のバリエーションを以下に示します。
プリプレグ材のシートを一枚ずつ重ね、風船状のブラダーとともに雌型金型にセットする。金型を閉じ、加熱プレス機にセットする。最後に、ブラダーに圧力をかけることで、材料の層を金型の壁に押し付ける。
原材料（プラスチックブロック、ゴムブロック、プラスチックシート、または顆粒）に強化繊維が含まれている場合、圧縮成形部品は繊維強化プラスチックとして分類されます。より一般的には、圧縮成形で使用されるプラスチックプリフォームには強化繊維は含まれていません。圧縮成形では、SMC、BMCの「プリフォーム」または「チャージ」が金型キャビティに配置されます。金型が閉じられ、圧力と熱によって材料が内部で成形および硬化されます。圧縮成形は、パターンやレリーフの詳細から複雑な曲線や創造的な形状、精密なエンジニアリングまで、幾何学的形状の優れたディテールを提供し、最大20分の硬化時間で実現します。[ 20 ]
プリプレグ材の個々のシートを積層し、開いた金型に配置します。材料は、離型フィルム、ブリーザー/ブリーザー材、および真空バッグで覆われます。部品に真空をかけ、金型全体をオートクレーブ（加熱圧力容器）に入れます。部品は、連続真空で硬化され、積層体から閉じ込められたガスが抽出されます。これは、1時間から数時間に及ぶ長くゆっくりとした硬化サイクルにより成形を精密に制御できるため、航空宇宙産業では非常に一般的なプロセスです。[ 21 ]この精密な制御により、航空宇宙産業で強度と安全性を確保するために必要な正確な積層体の幾何学的形状が作成されますが、時間がかかり、労働集約的であるため、コストが航空宇宙産業に限定されることがよくあります。[ 20 ]
プリプレグ材のシートを鋼鉄またはアルミニウム製の芯棒に巻き付けます。プリプレグ材はナイロンまたはポリプロピレン製のセロハンテープで圧縮されます。部品は通常、真空バッグに入れてオーブンに吊るすことでバッチ硬化されます。硬化後、セロハンテープと芯棒を取り除くと、中空のカーボンチューブが残ります。このプロセスにより、強度と耐久性に優れた中空カーボンチューブが製造されます。
ウェットレイアップ成形では、成形ツール上に繊維強化材とマトリックスを配置します。[ 17 ]強化繊維層をオープンモールドに配置し、湿った樹脂を布の上に注ぎ、布に練り込むことで樹脂を飽和させます。その後、樹脂が硬化するまでモールドを放置します。通常は室温で硬化しますが、適切な硬化を確実にするために加熱することもあります。ウェットレイアップを圧縮するために真空バッグを使用することもあります。このプロセスにはガラス繊維が最も一般的に使用され、その結果はグラスファイバーとして広く知られており、スキー、カヌー、カヤック、サーフボードなどの一般的な製品の製造に使用されます。[ 20 ]
連続したグラスファイバーの繊維が手持ち式の銃に押し出され、繊維が切断されると同時に、ポリエステルなどの触媒樹脂と結合される。樹脂を含浸させた切断ガラスは、人間のオペレーターが適切と考える厚さと形状で金型の表面に吹き付けられる。このプロセスは、経済的なコストで大量生産に適しているが、他の成形プロセスよりも強度の低い幾何学的形状を生成し、寸法公差も悪い。[ 20 ]
機械は繊維束を樹脂の湿った浴槽に通し、回転する鋼製マンドレルに特定の方向に巻き付けます。部品は室温または高温で硬化されます。マンドレルは引き抜かれ、最終的な幾何学的形状が残りますが、場合によってはそのまま残されることもあります。[ 20 ]
繊維束とスリット布は樹脂の湿った浴槽に通され、粗い部品の形状に成形されます。飽和した材料は加熱された密閉ダイから押し出され、ダイを通して連続的に引き出されながら硬化します。プルトルージョンの最終製品には、I形鋼、アングル、チャンネル、平板などの構造形状があります。これらの材料は、はしご、プラットフォーム、手すり、パイプ、ポンプサポートなど、あらゆる種類のグラスファイバー構造物の作成に使用できます。[ 20 ]
樹脂注入とも呼ばれます。生地を型に入れ、そこに湿った樹脂を注入します。樹脂トランスファー成形では、通常、樹脂に圧力をかけて真空状態のキャビティに押し込みます。真空補助樹脂トランスファー成形では、樹脂は真空下で完全にキャビティに引き込まれます。この成形プロセスでは、精密な公差と詳細な形状を実現できますが、生地に樹脂が完全に浸透しない場合があり、最終形状に弱い部分が生じる可能性があります。[ 20 ]
FRPでは、熱可塑性樹脂のガラス繊維を特定の設計プログラムに合わせて配向させることができます。強化繊維の配向を指定することで、ポリマーの強度と変形に対する抵抗を高めることができます。ガラス強化ポリマーは、ポリマー繊維が加えられる力と平行なときに最も強く、変形力に対する抵抗も最も強く、繊維が垂直なときに最も弱くなります。この配向により、繊維方向に沿った材料の引張強度が大幅に向上し、方向性強度が重要な荷重支持用途に最適です。したがって、この機能は、使用状況に応じて利点にも制限にもなります。垂直繊維の弱点は、自然なヒンジや接続に使用できますが、製造プロセスで繊維が想定される力と平行に適切に配向されない場合、材料の破損につながる可能性もあります。[ 22 ]力が繊維の配向に垂直に加わると、ポリマーの強度と弾性はマトリックス単体よりも低くなります。 UPやEPなどのガラス繊維強化ポリマーで作られた鋳造樹脂部品では、繊維の配向を二次元および三次元の織り方で制御することができます。これは、ある配向に対して垂直な力が加わった場合でも、別の配向に対しては平行になることを意味し、ポリマーの弱点が生じる可能性を排除します。
FRP材料では、以下のような場合に構造的な破損が発生する可能性があります。
FRP複合材料は、微細構造的損傷と巨視的損傷の両方を示す可能性がある。
微細構造の損傷
肉眼で確認できる損傷
荷重方向
荷重の種類と、繊維に対する荷重の向きによって、どのような破壊メカニズムが優先されるかが左右される。
故障発生
複合積層板の破壊開始の順序は、特定の材料システムと適用される荷重条件によって大きく異なります。損傷の成長は、マトリックス支配または繊維支配の破壊メカニズムのいずれかによって開始される可能性があります。しかし、層間の界面はしばしば弱点として機能します。層間強度は積層材料で通常最も低いため、剥離は一般的な破壊モードであり、界面が最初に破壊されることが多いことを示唆しています。[ 24 ] [ 25 ]
観察された破壊開始のシーケンスは、さらなる洞察を提供する。一般的に、繰り返し荷重下での複合材料の初期劣化は、樹脂内部の破壊または崩壊に起因する剛性の漸進的な低下として現れることが多い。[ 24 ]接着接合では、破壊は接着剤/被着材界面での剥離、最外層からの繊維の剥離、または複合材被着材内部の層内または層間剥離として始まる可能性がある。さまざまなミクロメカニズムが競合する場合、これらの接合における抵抗変化と剥離面積の関係は一意ではない可能性があることに留意すべきである。[ 24 ] [ 25 ]
微小血管複合材料に引張荷重がかかると、まず0°層の繊維損傷が発生し、続いて90°層の樹脂損傷が発生する。引張荷重を受ける炭素繊維強化ポリマー積層板では、90°層でマトリックスの引張損傷と微小亀裂が発生し、層間剥離、最終的には0°層の繊維の引張破壊に至るという典型的なシーケンスが観察される。 [ 23 ]さらに、横方向応力が層の耐力を超えると、層の亀裂が発生し、その後の層間剥離を引き起こすことがある。繊維の破断によって横方向の亀裂が発生し、材料全体の横方向の強度が低下することもある。[ 24 ]
熱硬化性ポリマーマトリックス材料、またはエンジニアリンググレードの熱可塑性ポリマーマトリックス材料は、まずFRPに適しており、かつ自己の強化を確実にするために、特定の要件を満たす必要があります。マトリックスは、適切な硬化期間内に繊維強化材を適切に飽和させ、できれば化学的に結合して最大の接着性を確保できる必要があります。また、マトリックスは繊維を完全に包み込み、強度を低下させる切断やノッチから繊維を保護し、繊維に力を伝達する必要があります。さらに、繊維は互いに分離した状態に保ち、破損が発生した場合にできるだけ局所化されるようにする必要があります。また、破損が発生した場合は、同様の理由でマトリックスも繊維から剥離する必要があります。最後に、マトリックスは、強化および成形プロセス中およびプロセス後に化学的および物理的に安定しているプラスチックである必要があります。強化材として適するためには、繊維添加剤はマトリックスの引張強度と弾性率を高め、次の条件を満たす必要があります。繊維は臨界繊維含有量を超えている必要があります。繊維自体の強度と剛性は、マトリックス単体の強度と剛性を超えている必要があります。繊維とマトリックスの間には最適な結合が必要である。
「ガラス繊維強化プラスチック」またはFRP（一般的には単にグラスファイバーと呼ばれる）は、繊維グレードのガラス繊維を使用します。これらの繊維は、断熱用途で意図的に空気を閉じ込めるために使用される他の形態のガラス繊維とは異なります（グラスウールを参照）。繊維用ガラス繊維は、粉末状のSiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、CaO、またはMgOのさまざまな組み合わせから始まります。これらの混合物は、直接溶融により約1300℃まで加熱され、その後、ダイを使用して直径9～17μmのガラス繊維フィラメントを押し出します。これらのフィラメントは、より大きな糸に巻き取られ、輸送およびさらなる加工のためにボビンに紡がれます。ガラス繊維は、プラスチックを強化する最も一般的な手段であり、そのため、多くの製造プロセスが存在します。これらのプロセスの一部は、繊維状の性質を共有しているため、アラミド繊維や炭素繊維にも適用できます。
ロービングとは、フィラメントを紡いでより太い糸にする工程です。これらの糸は、ガラス繊維強化布やマットの織物、およびスプレー用途に一般的に使用されます。
繊維織物（ガラスクロスなど）は、縦糸と横糸の両方の方向を持つウェブ状の布製補強材です。繊維マットは、ガラス繊維のウェブ状の不織布マットです。マットは、短繊維を使用してカット寸法で製造されるか、連続繊維を使用して連続マットとして製造されます。短繊維ガラスは、ガラス糸を3～26 mmの長さに切断するプロセスで使用され、その後、糸は、主に成形プロセス向けのプラスチックに使用されます。短繊維ガラスは、0.2～0.3 mmの短いガラス繊維のストランドで、主に射出成形用の熱可塑性樹脂を強化するために使用されます。
炭素繊維は、ポリアクリロニトリル繊維（PAN）、ピッチ樹脂、またはレーヨンを高温で炭化（酸化および熱分解による）することによって生成されます。グラファイト化または延伸のさらなるプロセスにより、繊維の強度または弾性をそれぞれ向上させることができます。炭素繊維は、直径が4～17μmのガラス繊維に類似した直径で製造されます 。これらの繊維は、輸送およびさらなる製造プロセスのために、より大きな糸に巻き取られます。[ 17 ] さらなる製造プロセスには、ガラスの場合と同様に、炭素繊維織物、布、およびマットに織りまたは編むことが含まれており、これらは実際の補強材として使用できます。[ 18 ]
アラミド繊維は、一般的にケブラー、ノーメックス、テクノーラとして知られています。アラミドは、アミン基とカルボン酸ハロゲン化物基（アラミド）との反応によって製造されます。[ 18 ]通常、これは、芳香族ポリアミドを硫酸の液状濃度から紡糸して結晶繊維にするときに起こります。[ 17 ]その後、繊維はより大きな糸に紡がれ、大きなロープや織物（アラミド）に織り込まれます。[ 18 ]アラミド繊維は、強度と剛性に基づいてさまざまなグレードで製造されるため、製造中に丈夫な材料を切断するなど、特定の設計要件を満たすように材料を調整できます。[ 17 ]
繊維強化プラスチックは、軽量化、精密なエンジニアリング、厳密な公差、そして製造と運用における部品の簡素化が求められるあらゆる設計プログラムに最適です。繊維は材料に強度と剛性を与え、ポリマーマトリックスは繊維を結合させ、繊維間で荷重を伝達します。FRP複合材料は、高い強度対重量比、耐腐食性、設計の柔軟性など、独自の特性の組み合わせにより、さまざまな産業で幅広く使用されています。成形ポリマー製品は、鋳造アルミニウムや鋼鉄製品よりも安価で、迅速かつ容易に製造でき、同等またはそれ以上の公差と材料強度を維持します。
エアバスA310の方向舵
エンジン吸気マニホールドは、ガラス繊維強化PA 66で作られています。
ガラス繊維強化PA 66製の自動車用アクセルペダルおよびクラッチペダル（DWP 12–13）
アルミニウム製の窓、ドア、ファサードは、ガラス繊維強化ポリアミド製の断熱プラスチックを使用することで断熱されています。1977年、エンジンガー社は窓システム用の断熱プロファイルを初めて製造しました。
FRPは、建物や橋梁の梁、柱[ 29 ]、スラブの補強に適用できます。荷重条件によって構造部材がひどく損傷した後でも、強度を高めることが可能です。損傷した鉄筋コンクリート部材の場合、まず、緩んだ破片を取り除き、空洞やひび割れをモルタルまたはエポキシ樹脂で埋めて部材を修復する必要があります。部材が修復されたら、エポキシ樹脂を含浸させた繊維シートを、清掃および準備された部材の表面に湿式ハンドレイアップすることで、強度を高めることができます。
梁の補強には、求められる強度向上に応じて、曲げ補強またはせん断補強という2つの手法が一般的に採用されます。多くの場合、両方の強度向上が必要となることがあります。梁の曲げ補強では、部材の引張面（上面荷重または重力荷重が加わる単純支持部材の場合は下面）にFRPシートまたはプレートを取り付けます。主引張繊維は、梁の内部曲げ鋼補強と同様に、梁の長手方向軸に平行に配向されます。これにより、梁の強度と剛性（単位たわみを生じさせるのに必要な荷重）は増加しますが、たわみ容量と延性は低下します。
梁のせん断補強には、FRPを部材のウェブ（側面）に、繊維が梁の長手方向軸に対して横方向に配向するように適用します。せん断力に対する抵抗は、内部の鋼製せん断補強筋と同様に、荷重が加わったときに発生するせん断ひび割れを橋渡しすることによって実現されます。FRPは、部材の露出面と必要な補強の程度に応じて、いくつかの構成で適用できます。これには、側面接着、U字巻き（U字ジャケット）、および完全巻きが含まれます。側面接着では、FRPを梁の側面のみに適用します。FRPの自由端でコンクリート表面から剥離することによる破損のため、せん断補強効果は最も低くなります。U字巻きでは、FRPを梁の側面と底面（引張面）の周囲に「U」字型に連続して適用します。梁のすべての面にアクセス可能な場合は、完全巻きが最大の強度向上をもたらすため、完全巻きの使用が望ましいです。密閉型ラッピングとは、部材の全周にFRPを巻き付ける方法で、自由端がなく、典型的な破壊モードは繊維の破断です。すべてのラッピング構成において、FRPは部材の長さに沿って連続シートとして、または所定の最小幅と間隔を持つ個別のストリップとして適用できます。
スラブは、底面（引張面）にFRPストリップを適用することで補強できます。これにより、スラブの引張抵抗がFRPの引張強度によって補完されるため、曲げ性能が向上します。梁やスラブの場合、FRP補強の効果は、接着用に選択された樹脂の性能に依存します。これは、側面接着またはU字巻きを使用したせん断補強の場合に特に問題となります。柱は通常、閉じた巻きまたは完全な巻きと同様に、周囲をFRPで巻きます。これにより、せん断抵抗が高くなるだけでなく、柱の設計にとってより重要なことに、軸方向荷重下での圧縮強度が増加します。FRP巻きは、柱の横方向の膨張を拘束することによって機能し、らせん補強が柱のコアに対して行うのと同様の方法で拘束を強化することができます。[ 30 ] [ 31 ]
2013年6月、KONEエレベーター社は、エレベーターの鋼製ケーブルの代替品としてUltraropeを発表しました。Ultraropeは、炭素繊維を高摩擦ポリマーで密封したものです。鋼製ケーブルとは異なり、Ultraropeは最大1,000m （3,300フィート）の昇降が必要な建物向けに設計されています。鋼製エレベーターの最大昇降高さは500m （1,600フィート）です。同社は、高さ500m （1,600フィート）の建物では、鋼製ケーブルを使用したエレベーターよりも15%少ない電力で済むと推定しています。2013年6月現在、この製品は欧州連合と米国のすべての認証試験に合格しています。[ 32 ]
FRPは、非強化プラスチックやその他の材料では機械的にも経済的にも適さない、一定の強度や弾性率を必要とする設計に使用されます。FRPを使用する際の主な設計上の考慮事項は、材料を経済的に、かつその特定の構造特性を活かす方法で使用することですが、必ずしもそうとは限りません。繊維の配向は、繊維に垂直な方向に材料の弱点を生み出します。したがって、繊維強化材の使用とその配向は、最終製品自体の強度、剛性、弾性、ひいては機能性に影響を与えます。製造中に繊維を一方向、2次元、または3次元に配向すると、最終製品の強度、柔軟性、および弾性に影響します。加えられた力の方向に配向された繊維は、これらの力による変形に対する抵抗が大きくなります。したがって、力に耐える必要がある製品の領域は、力に平行に配向された繊維で強化され、自然なヒンジのように柔軟性が必要な領域は、力に垂直に配向された繊維で強化されます。
繊維を多次元的に配向させることで、この二者択一のシナリオを回避し、繊維の一方向配向による特定の弱点を回避するような物体を作り出すことができます。強度、柔軟性、弾性といった特性は、最終製品の幾何学的形状やデザインによって拡大または縮小することもできます。例えば、適切な壁厚を確保し、一体成形可能な多機能な幾何学的形状を作成することで、接合部、接続部、金具の必要性を減らし、製品の材料および構造的完全性を高めることができます。[ 17 ]
FRプラスチックはプラスチックの一種として、プラスチック廃棄物の処理とリサイクルに関する多くの問題や懸念を抱えています。プラスチックは、分離して元の状態に戻すことができないポリマーやモノマーから作られるため、リサイクルにおいて特に困難です。このため、すべてのプラスチックが再利用のためにリサイクルできるわけではなく、実際にはプラスチックの20～30%しかリサイクルできないという推定もあります。繊維強化プラスチックとそのマトリックスも、これらの廃棄と環境に関する懸念を共有しています。安全な廃棄方法の調査により、高温を適用する2つの主なバリエーションが明らかになりました。1つは、結合剤を燃焼させて熱の形で材料費の一部を回収し、不燃性元素をろ過によって回収する方法です。もう1つは、不燃性物質をセメントキルンで燃焼させ、繊維を結果として得られる鋳造材料の不可欠な部分とする方法です。[ 33 ]安全な廃棄に関する懸念に加えて、繊維自体をマトリックスから取り除いて再利用のために保存することが難しいという事実は、FRPがこれらの課題を増幅させることを意味します。FRPは、繊維とマトリックスという基本材料に分離することが本質的に難しく、マトリックスを使用可能なプラスチック、ポリマー、モノマーに分離することも困難です。これらはすべて、今日の環境を考慮した設計における懸念事項です。プラスチックは、他の材料と比較して、エネルギーと経済的な節約をもたらすことがよくあります。さらに、バイオプラスチックやUV分解性プラスチックなどの新しいより環境に優しいマトリックスの出現により、FRPは環境に対する感度を高めるでしょう。[ 18 ]
