炭素繊維の代表的応用:舶用船場

炭素繊維強化ポリマー(CFRP)は、ヨットなどの小型船からフリゲートなどの大型船まで、さまざまな船に使用できる素材であり、CFRPを使用することで、軽量化、燃料効率の向上、耐久性の向上に貢献します。そのため、CFRPは船舶の分野で広く使用されています。本稿では主にCFRPプロペラの代表的な応用例を紹介します。

伝統的に、銅合金は船のプロペラ(スクリュー)の主流の材料でした。CFRPを使用して船のプロペラブレードの材料を置き換えることにより、軽量、低燃費、振動低減を実現できます。また、三菱化学物流株式会社の船にはCFRPプロペラが搭載されており、環境に配慮した輸送が可能です。

従来の金属材料と比較して、船のプロペラにCFRPを使用する主な利点は、次の側面で具体化されます。

CFRPは、従来の銅合金よりも軽量で強度が高く、同じ重量でプロペラの直径を大きくするのに役立ちます。

CFRPプロペラブレードは、ベースが硬く、先端が柔らかいため、突然の変動(突然の始動、暴風雨)の可能性を効果的に減らすことができます。

CFRPは、航行中に発生する真空波(キャビテーション)を抑えることで推進性能を向上させることができます。

CFRPの機械的性質は炭素繊維の配向によって異なり、その設計の自由度は銅合金などの金属材料よりも大幅に大きくなります。したがって、ブレードが流れに一致するように形作られている場合、荒天時の突然の始動と過負荷を減らすことができます。

さらに、炭素繊維複合材料は銅合金の約5分の1の比重を持っているため、同じ特性を持つ非常に軽量なプロペラになっています。取付が容易なだけでなく、慣性モーメントを小さくすることで軸受への負荷を軽減できます。また、軽量素材はプロペラの直径を大きくし、推進効率を向上させることができます。

CFRPを船のプロペラは、乗組員の乗り心地の向上にも効果があります。炭素繊維は従来の銅合金よりも軽量で振動吸収特性が高いため、船内の振動や騒音を低減する効果があります。振動低減により、騒音を効果的に抑制し、ねじり振動応力を低減することができます。より快適な生活環境と、振動や騒音が少ないため、乗組員へのストレスが少なくなります。

実務経験によると、CFRPプロペラを使用することにより、食堂、操舵室、機関室などの船内の主要な場所、特に食堂での騒音が低減され、騒音は常に1つであることがわかります。食事中にテレビが聞こえにくいなど、船員の質に影響を与える重要な要素は、今でははっきりと聞こえるようになっています。