再処理可能熱硬化性樹脂と熱可塑性エポキシ：複合材料の成長するフロンティア

熱硬化性か熱可塑性か？CompositesWorldが公開するストーリーを研究する際によく問われる質問です。特定の複合材用途が、多くの熱硬化性樹脂に固有の高い機械的特性を活かしているのか、溶接性、成形性、リサイクル性といった熱可塑性樹脂から得られる利点を活かしているのか？少数の革新的企業のおかげで、多くの用途での答えが「両方」になりつつあります。熱硬化性と熱可塑性の特性を兼ね備えた再処理可能熱硬化性樹脂が、市場で実証されつつあります。この分野の現在のトップコンテンダーを紹介します。

熱硬化性のような熱可塑性樹脂

アケマ（フランス・コロンブ、米国ペンシルベニア州キング・オブ・プロシア）のエリウム液体熱可塑性樹脂は2014年に導入されました。市場初と報告され、エリウムは熱可塑性樹脂――熱成形可能、溶接可能、リサイクル可能――でありながら、熱硬化性樹脂のように高い機械的特性を示し、従来の熱硬化性樹脂製造プロセスと互換性があります。

同社は、インフュージョン、樹脂移行成形（RTM）、湿式圧縮成形向けに特化した3種類のエリウムをリリース。パルトルージョンにも適しているとされています。用途例には風力タービンブレード、コンクリート補強、窓プロファイルがあり、自動車、航空宇宙、スポーツ用品市場でも潜在性を示すとしています。

セセンス（英国・ソールズベリー）は、熱可塑性エポキシ製品ファミリー「Kシリーズ」を開発。プリプレグ、K_Plateセミプリプレグ、コイル可能なK-Rod、K-Chip成形化合物として利用可能。この材料は、末端にエポキシ成分が結合した熱可塑性樹脂と説明されています。

従来の熱可塑性樹脂とは異なり、Kシリーズ樹脂は熱硬化性樹脂に近い比較的低粘度を持ち、様々な繊維への均一な樹脂分布とエポキシ繊維サイジングとの互換性を実現。Kシリーズ製品は熱硬化性樹脂のように容易に塗装・接着可能。一方で典型的熱可塑性樹脂のように、完成部品の再成形が可能で、タフでエネルギー吸収性があるとされています。

用途には鉄道用架空線設備（OHLE）システム、自動車・建設でのデモンストレーターとその他プロジェクト。同社は、騒音低減とリサイクル性向上を主要な更なる開発領域としています。

熱可塑性のような熱硬化性樹脂

2014年から開発中のマリンダ（米国コロラド州デンバー）のビトリマー樹脂は、2011年に初めて命名された再処理可能熱硬化性樹脂の一種の工業化です。同社が樹脂化学内で高度に安定だが再配置可能なイミン結合炭素-窒素二重結合ネットワークを開発した作業を通じて、ビトリマーは加熱時に熱可塑性樹脂のように再成形・再処理可能で、熱硬化性樹脂のように硬化・架橋可能です。ビトリマーに固有の可逆的化学反応により、硬化材料も穏和な条件下で脱重合し、繊維から分離可能です。

他のイテレーションも開発中で、マリンダの最初の2ビトリマー変種は、スポーツ用品向けVitrimax T60と、自動車・風力・産業構造向け標準構造用エポキシのドロップイン代替となるVitrimax T130です。

L&Lプロダクツ（米国ミシガン州ロミオ）は、エポキシベースの再成形可能接着フィルム「T-Linkフィルム」を処方。エポキシの接着メリットと、エンジニアリング熱可塑性樹脂のリサイクル性、修理可能性、成形性を両立するとされます。T-Linkフィルムは従来の熱可塑性接着フィルム比で高性能とされ、手間と時間がかかる液体エポキシの代替ソリューションとしても機能。製品は、L&LのL-F610熱可塑性エポキシ接着フィルムの最近のリブランディングで、フィルム、樹脂、コートヤーンとして利用可能です。

最後に、CIDETEC（スペイン・サン・セバスティアン）主導の11メンバー欧州エアポキシコンソーシアムの主目的は、熱成形可能、修理可能、接着可能、エポキシベース複合材の開発を通じて、航空宇宙市場での複合部品の製造・維持コスト削減です（参考：「複合材向け再処理可能・修理可能・リサイクル可能エポキシ樹脂」）。

エアポキシと呼ばれる新製品ファミリーは、コンソーシアムが「スマートエポキシ」と呼んだものから開発され、熱硬化性樹脂の繊維含浸能力と安定性を維持しながら、熱可塑性樹脂の再処理可能性、修理可能性、リサイクル可能性を付加する可逆的動的化学結合を示す熱硬化性樹脂です。現在、エアポキシ使用の航空機パネルデモンストレーターが技術実証に役立っています。