A-10 鉄道輸送用特殊難燃性プリプレグ

難燃性カーボンファイバー預け込み材：鉄道輸送分野における防火安全と構造性能の二重保証

鉄道輸送機器製造分野において、材料の防火安全性はその構造的機械的特性と同等に重要です。本難燃性カーボンファイバー預け込み材は、改質エポキシ樹脂を主たる樹脂系として用い、ハロゲンフリー難燃樹脂および潜伏型硬化剤と組み合わせることで、単方向カーボンファイバー預け込み材やカーボンファイバー布地預け込み材といった主流の形態をカバーしています。これは、鉄道輸送におけるDIN 5510およびEU EN45545 HL3の最高レベルの防火要件を満たすだけでなく、地下鉄・新幹線・都市間列車の車体構造および内装部品に対して、安全性と軽量化の両利点を兼ね備えた材料ソリューションを提供し、従来のカーボンファイバー預け込み材が高難燃性用途での応用におけるギャップを埋めています。

主要な利点：防火安全性、構造性能、プロセス適応性のバランスを実現

1. 最高レベルの防火認証を取得し、鉄道輸送の安全を守る堅固な防御ラインを構築

鉄道輸送用途に特化して開発された難燃性プリプレグとして、本製品は業界トップクラスの耐火性能基準を満たしています。レジン体系には「改質エポキシ樹脂＋ハロゲンフリー難燃樹脂＋潜伏硬化剤」の三重組み合わせを採用しており、ハロゲンフリーの配合により燃焼時に有毒ガスや腐食性煙の発生を根源的に抑制し、鉄道輸送における人員安全の要件を満たします。また、潜伏硬化剤により、プリプレグは保管および加工中に安定した状態を維持し、特定の温度に達した際にのみ急速に硬化するため、難燃成分の有効性を損なうことなく確実な硬化が可能です。

権威ある試験によると、難燃性カーボンファイバー予備含浸材（プレグ）は、国際的に主流の2大防火基準を完全に満たしています。まず1つ目はドイツのDIN5510規格で、煙密度、放熱速度、炎の伝播速度などの主要指標において、S4（極めて低い煙密度）、SR2（極めて低い煙毒性）、ST2（遅い炎の伝播）のレベルを達成しています。2つ目の要件はEUのEN45545 HL3レベルであり、20分以上高温の炎による燃焼に耐え、燃焼後も一定の構造強度を維持でき、列車火災時の緊急避難に貴重な時間を提供します。一般的なカーボンファイバープレグと比較して、その難燃性能は100％以上向上しており、従来のカーボンファイバー材料が抱える可燃性や燃焼時の多量の煙という課題を完全に解決しています。鉄道車両の車体構造、座席フレーム、内装パーテーションなどの重要な部位に適しています。

2. 複数の形態を持つ製品カバレッジで、鉄道輸送の複雑な構造要件に対応

• 製品ファミリーには2つの主要な形態が含まれます。 一方向性カーボンファイバープリプレグおよびカーボンファイブリックプリプレグがあり、鉄道輸送の各部品の構造要件に応じて柔軟に選択可能で、「一つの材料を多目的に使用」とする設計の利便性を実現します。
• 一方向炭素繊維プリプレグ： 高直進性カーボンファイバーを一方向に配向させ、繊維の方向一致率は99%以上で、軸方向の機械的特性に優れています。列車車体の側壁や床用クロスビームなど、縦方向の荷重に耐える必要がある構造部品に適しており、軽量化を図りながら部品の引張強度および曲げ強度を向上させることができ、従来の金属材料と比較して重量を30%～40%削減可能です。
• カーボンファイバー布地プレグ： 平織、綾織、その他の布地構造に基づき、優れた面内等方性特性と高い衝撃およびせん断耐性を備えています。列車の座席フレーム、内装装飾パネル、荷物ラックなどの部品に使用可能です。難燃性能により安全性を確保するとともに、生地の質感によってインテリアの美観も向上させます

両タイプの難燃性プリプレグは、個別に使用するか、積層のために組み合わせることが可能です。例えば、車両構造には「一方向プリプレグ＋布地プリプレグ」の複合設計を採用でき、一方向材料を縦方向に用いて強度を高め、局所的に織物材料を使用して衝撃耐性を向上させることで、構造性能と使用シーンの要件の両立が図れます。

3. 優れた機械的特性を持ち、軽量化と構造的安定性のバランスに優れています

高性能カーボンファイバー預浸材として、本製品は難燃性に加えて、カーボンファイバー自体が持つ機械的利点を損なわないように設計されています。樹脂とカーボンファイバー間の界面接着プロセスを最適化することで、樹脂が均一にファイバーブンドルに浸透し、界面の気泡や欠陥を低減し、複合材料の機械的特性を十分に発揮できます。試験結果によると、この難燃性カーボンファイバー預浸材から作製された複合材料は、0°方向の引張強度が1800MPa以上、0°方向の引張弾性係数が120GPa以上、曲げ強度が1500MPa以上を達成しています。鉄道輸送における高温多湿といった複雑な使用環境下でも、機械物性の保持率は依然として85%以上に達します。従来の難燃性金属材料（例えば難燃性アルミニウム合金）と比較して、同等の構造強度において本製品は重量を40～50%削減可能であり、列車の総合的なエネルギー消費および軌道への負荷圧力を直接的に低減でき、鉄道輸送分野における「軽量化・省エネルギー化」の発展トレンドに合致しています。

同時に、製品密度は5％以上に厳密に制御されており、プリプレグ内での繊維の均一な分布を確保し、局所的な繊維含有量が低いために生じる機械的特性の低下を回避します。これにより、列車の長期運行中の構造的安定性が保証され、メンテナンスコストの削減にもつながります。

4. 柔軟な工程適応性により、鉄道交通の大量生産ニーズに対応

鉄道交通部品の「多品種・大量生産」という生産特性に対応して、この難燃性カーボンファイバープリプレグは高いプロセス適応性を持ち、熱間プレス成形および圧縮成形という2つの主流プロセスと互換性があります。硬化温度範囲は100～160℃と広く、企業は既存の設備や部品の要件に応じて工程パラメータを柔軟に調整でき、追加の設備改造を必要としないため、生産の障壁が低減されます。

• 熱間プレス成形： 大型で複雑な構造部品（列車車体の側壁全体など）に適しており、プレグ材料は熱圧釜による均一な圧力および温度管理を通じて完全に硬化します。成形品の表面平滑性が高く、内部欠陥が少なく、機械的特性が安定しているため、車体の外観および構造という両方の高い要求を満たすことができます。
• 圧縮型: 中・小型の標準化された部品（座席フレームや内装パネルなど）に適しており、成形効率が高く、生産サイクルが短く、単一モードの生産時間を30分以内に抑えることが可能です。鉄道輸送機器の大規模生産のペースに適合しており、圧縮成形プロセスにより部品の寸法精度を正確に制御でき、後続の加工工程を削減できます。

さらに、予備含浸材は優れた保存安定性を備えており、-18℃の低温環境下で6か月以上保管することが可能です。取り出した後は長時間の再加熱処理を必要とせず、そのまま生産に投入できるため、生産待ち時間を短縮し、生産効率を向上させます。

5. 差別化された設計により、市場での競争優位性を構築

同じカテゴリーの難燃性プリプレグ製品の中で、本製品は「低繰り返し＋高カスタマイズ」によって核心的競争力を構築しています。一方では、樹脂配合、繊維選定、工程パラメータにおいて差別化された設計を行っています。例えば、樹脂系に独自の耐老化成分を添加することで、長期間の日射、温度・湿度変動環境下にある鉄道輸送用途での製品寿命を15年以上に延長可能としており、同種製品の平均寿命である10年を大きく上回ります。他方では、顧客のニーズに応じたカスタマイズサービスも提供可能で、難燃レベルの調整（EN45545 HL1～HL3の要望に応じてカスタマイズ）、硬化温度の最適化（異なる設備の温度範囲に適合）、繊維の表面密度の調整（100g/㎡から600g/㎡まで完全に対応）などを通じて、鉄道輸送分野のさまざまな構造部品から内装部品までの個別ニーズに対応し、均質な競争による市場圧力を回避しています。