在“熱可塑性”樹脂上尋找出路
在碳纖維復合材料中，主要使用的是名為“環氧樹脂”的“熱固性”塑料樹脂。熱固性樹脂是指一旦加熱凝固之后，即使再次加熱也無法恢復原先狀態的樹脂。其代表例子就是瞬間粘合劑。
現有碳纖維復合材料是將1萬多根直徑為7微米（微為100萬分之1）的碳纖維集結成束，使之方向一致地排列整齊，然后含浸液態熱固性樹脂，利用熱使樹脂凝固制造而成的。
要使熱固性樹脂保持一定的強度，需要花費時間。這是因為，通過使之緩慢地發生化學反應，分子結構會變得整齊，形成更加堅固的材料。例如，波音787使用的材料是用4個多小時的時間凝固成形的。這是無法實現大量生產的最大原因。
高橋教授說道：“東麗宣布開發出了可在10分鐘內成形的碳纖維復合材料，但要使用碳纖維復合材料量產車身，這還遠遠不夠。必須能夠在1分鐘內成形。”
而且，不能進行循環再利用也是一個很大的課題。現在，汽車生產線的車身制造流程是使用模具將鐵板沖壓成形，再進行焊接。沖壓后的殘留部分等進行循環再利用。
不過，如果是碳纖維復合材料，殘留部分只能廢棄。這是因為，已經凝固的樹脂無法像鐵一樣熔化并進行再利用。因此，據稱作為材料使用的碳纖維復合材料會有接近一半被廢棄。
另外，成形前必須進行冷凍保存等，這也花費不少成本，因此，現在碳纖維復合材料的價格高達1公斤1萬日元以上。而鐵每公斤僅為幾百日元，價格相差兩位數。
因此，高橋教授等致力于實現使用比較容易加工的“熱可塑性樹脂”的碳纖維復合材料的實用化。
熱可塑性樹脂是指凝固之后，如果再次加熱可重新成形的樹脂。受熱會變軟的塑料布和塑料盒就是用熱可塑性樹脂制成的。熱可塑性樹脂僅需一分鐘時間即可成形。
在強度相同的情況下，車身重量可減輕30％
實際上，此前也曾多次對開發使用熱可塑性樹脂的碳纖維復合材料進行研究，不過并未成功。究其原因，主要是因為無法使熱可塑性樹脂和碳纖維很好地粘合在一起。
因此，項目分別對碳纖維和熱可塑性樹脂進行了改進。碳纖維由東麗和三菱麗陽負責，熱可塑性樹脂由東洋紡負責。
經過各企業的努力，終于實現了符合要求的粘合性和含浸性。成功使車身重量減輕了30％，同時還確保了與熱固性樹脂碳纖維復合材料同等的強度。
高橋教授回顧道：“雖然與技術相關的詳細內容不便透露，但使用熱可塑性樹脂的碳纖維復合材料的突破點，就在于粘合性和含浸性。”
熱可塑性樹脂碳纖維復合材料中碳纖維的長度，不分用途均在1厘米以下。根根方向不一，重疊分布于樹脂之中。
由于本來就比較短，因此即使利用沖壓機切割掉不需要的部分，也很少因切割導致強度下降。接近100％可進行循環再利用，因此經濟效益也得到大幅提升。也無需用于冷凍保存的大規模設備費及運用費。
“全球每年生產5000萬輛車輛。我的夢想就是，使這些車輛的車身全部換用熱可塑性樹脂碳纖維復合材料”，高橋教授雄心勃勃地說道。
該項目是在174公斤碳纖維復合材料中加入100公斤碳纖維。假設一輛車使用100公斤的碳纖維，那么每年有望需要500萬噸碳纖維。
不過，目前碳纖維的全球年產能僅為6萬噸。因此，日本新能源產業技術綜合開發機構還在同時推進旨在實現如今10倍年產量的項目。另外，碳纖維目前的價格高達每公斤3000日元左右，但據高橋教授計算，如果產能提高到目前的10倍，價格便可降低到每公斤1000日元左右。
如果熱可塑性樹脂碳纖維復合材料實現實用化，得到廣泛普及，便可實現更加環保、人性化及節約成本的汽車社會。據稱通過該項目，2016～18年實現實用化已有頭緒。希望能夠早日投入實用。 （《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）