在“热可塑性”树脂上寻找出路 

    在碳纤维复合材料中，主要使用的是名为“环氧树脂”的“热固性”塑料树脂。热固性树脂是指一旦加热凝固之后，即使再次加热也无法恢复原先状态的树脂。其代表例子就是瞬间粘合剂。 

    现有碳纤维复合材料是将1万多根直径为7微米（微为100万分之1）的碳纤维集结成束，使之方向一致地排列整齐，然后含浸液态热固性树脂，利用热使树脂凝固制造而成的。 

    要使热固性树脂保持一定的强度，需要花费时间。这是因为，通过使之缓慢地发生化学反应，分子结构会变得整齐，形成更加坚固的材料。例如，波音787使用的材料是用4个多小时的时间凝固成形的。这是无法实现大量生产的最大原因。 

    高桥教授说道：“东丽宣布开发出了可在10分钟内成形的碳纤维复合材料，但要使用碳纤维复合材料量产车身，这还远远不够。必须能够在1分钟内成形。” 

    而且，不能进行循环再利用也是一个很大的课题。现在，汽车生产线的车身制造流程是使用模具将铁板冲压成形，再进行焊接。冲压后的残留部分等进行循环再利用。 

    不过，如果是碳纤维复合材料，残留部分只能废弃。这是因为，已经凝固的树脂无法像铁一样熔化并进行再利用。因此，据称作为材料使用的碳纤维复合材料会有接近一半被废弃。 

    另外，成形前必须进行冷冻保存等，这也花费不少成本，因此，现在碳纤维复合材料的价格高达1公斤1万日元以上。而铁每公斤仅为几百日元，价格相差两位数。 

    因此，高桥教授等致力于实现使用比较容易加工的“热可塑性树脂”的碳纤维复合材料的实用化。 

    热可塑性树脂是指凝固之后，如果再次加热可重新成形的树脂。受热会变软的塑料布和塑料盒就是用热可塑性树脂制成的。热可塑性树脂仅需一分钟时间即可成形。

在强度相同的情况下，车身重量可减轻30％ 

    实际上，此前也曾多次对开发使用热可塑性树脂的碳纤维复合材料进行研究，不过并未成功。究其原因，主要是因为无法使热可塑性树脂和碳纤维很好地粘合在一起。 

    因此，项目分别对碳纤维和热可塑性树脂进行了改进。碳纤维由东丽和三菱丽阳负责，热可塑性树脂由东洋纺负责。 

    经过各企业的努力，终于实现了符合要求的粘合性和含浸性。成功使车身重量减轻了30％，同时还确保了与热固性树脂碳纤维复合材料同等的强度。 

    高桥教授回顾道：“虽然与技术相关的详细内容不便透露，但使用热可塑性树脂的碳纤维复合材料的突破点，就在于粘合性和含浸性。” 

    热可塑性树脂碳纤维复合材料中碳纤维的长度，不分用途均在1厘米以下。根根方向不一，重叠分布于树脂之中。 

    由于本来就比较短，因此即使利用冲压机切割掉不需要的部分，也很少因切割导致强度下降。接近100％可进行循环再利用，因此经济效益也得到大幅提升。也无需用于冷冻保存的大规模设备费及运用费。 

    “全球每年生产5000万辆车辆。我的梦想就是，使这些车辆的车身全部换用热可塑性树脂碳纤维复合材料”，高桥教授雄心勃勃地说道。 

    该项目是在174公斤碳纤维复合材料中加入100公斤碳纤维。假设一辆车使用100公斤的碳纤维，那么每年有望需要500万吨碳纤维。 

    不过，目前碳纤维的全球年产能仅为6万吨。因此，日本新能源产业技术综合开发机构还在同时推进旨在实现如今10倍年产量的项目。另外，碳纤维目前的价格高达每公斤3000日元左右，但据高桥教授计算，如果产能提高到目前的10倍，价格便可降低到每公斤1000日元左右。 

    如果热可塑性树脂碳纤维复合材料实现实用化，得到广泛普及，便可实现更加环保、人性化及节约成本的汽车社会。据称通过该项目，2016～18年实现实用化已有头绪。希望能够早日投入实用。 （《日经商务在线》特约撰稿人：山田久美）