人気建材である炭素繊維は本当に良いのか?

Dymaxionのプロトタイプデザインを一般の人々に販売するために、Buckminster Fullerは次のような質問「あなたの家の重さは?」をしました。Dymaxionは、軽量なアルミニウム製のシェルで張り巡らされた中央マストで構成されており、重量はわずか一般的な家の重さの10%である。

Blaine Brownell氏は、炭素繊維技術の応用における最新の成果をレビューし、環境に優しい建築の実用性を評価しています。

今、自動車産業と航空宇宙産業は、新しい軽量材料を使用して部品を削減する「軽量化」戦略を大きく前進させてきました。この戦略により、1978年から2017年の間に米国の航空会社の燃料効率が125%も大幅に改善されました。

F1の車体から自転車部品に至るまで、超軽量構造物には炭素繊維の使用が増えてきています。炭素繊維は、通常、炭素フィラメントを撚り合わせて樹脂や熱可塑性樹脂でコーティングされており、その結果、非常に高い強度対重量比を持つ複合材料が得られます。 鋼の5倍の強度を持ちながら、5倍の軽量化、2倍の硬度を持ち、熱や腐食に非常に強く、過酷な環境での使用に最適です。

炭素繊維のコストは比較的高いにもかかわらず、建築家やエンジニアはすでに建築物やインフラプロジェクトの建設に炭素繊維を使用しています。例えば、シュトゥットガルト大学の計算設計・建設研究所(ICD)や、構造・建築設計研究所(ITKE)などがあります。ドイツのハイルブロンの研究者たちの最新の成果は、炭素繊維を主な建築材料として使用することです。ブンデスガルテンシャウ園芸見本市の「BUGAファイバーパビリオン2019」は、透明なETFE膜で覆われたグラスファイバーとカーボンファイバーのリブで作られたドームを持っています。研究チームは、49万2,000フィート以上の繊維フィラメントを、指定された空間パターンに従って捻るようにロボットをプログラムしました。繊維の種類や密度は、構造荷重に応じて変化します。生物学的システムをシミュレートするために、炭素繊維が透明なガラス繊維を束のような構造で取り囲み、曲がった筋肉組織に似た構造になっています。研究チームによると、1本の繊維部品で「25トン、または15台分の車の重さ」を支えることができるという。ドームは、約75フィートのフリースパンと4,305平方フィートの床面積を有し、このような構成要素60から構成されています。 重さは1平方メートルあたり16.8ポンドしかありません。

ICD / ITKEの結果がカスタムデモの形をとっている間、別の研究チームは公共インフラの 炭素繊維は広く使われています。メイン大学のCenter for Advanced Structures and Compositesは、炭素繊維コンクリート複合材アーチ橋システムを開発しました。 このシステムは、高さ65フィートまでのシングルスパンの橋梁設計に使用でき、一連の炭素繊維強化ポリマー(CFRP)チューブで構成されています。チューブを構成し、現場でコンクリートを充填した後、鉄筋コンクリートをトッピングして橋梁の甲板を形成します。作業全体がインフレータブルいかだに似ており、CFRPチューブは折り畳まれた状態で現場に運ばれてくるので、施工工程全体が折り畳まれたCFRPパイプは運搬が容易で、重機や大型のものを必要とせず、迅速に設置することができます。また、非腐食性のコンクリート補強を提供し、錆びやすい鋼よりも大きな利点を提供しています。このようなメリットがあるため、これまでに23の橋梁建設に採用されています。

環境面では、バイオマテリアルの使用量の増加、より効率的な製造プロセス、リサイクル率の向上に伴い、建物の性能も上がります。炭素繊維がよりエコロジーに貢献するようになると、かさばる建物を超軽量の建物に置き換えるというFullerの夢が現実に近づくかもしれません。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です