これからの10年：不確実性を明確なビジョンで航海する

2020年代に入り、2010年代が複合材コミュニティにもたらしたものと、それらの革新が将来をどう形作るかを振り返る価値があります。伝統的な複合材市場である航空宇宙では、Boeing 787が2011年に就航し、同様に複合材多用のAirbus A350 XWBが2015年に続きました。Bombardierの「CSeries」単通路機（レジンインフュージョン翼採用）が2016年に就航。Airbusが2018年にCSeries製品ラインを買収し、A220としてリブランディング。そして残念ながら2019年にはAirbus A380の生産中止が発表されました。多くの複合材革新を先導した、実物大以上の飛行機でした。

自動車フロントでは、BMWが2013年に「i8」と「i3」を投入し、グローバルな垂直統合サプライチェーンを確立。炭素繊維多用車両の時代がまもなく大規模に到来すると多くの人が予測しました。2年後、BMWは再設計された「7シリーズ」を投入し、約15の構造部品に炭素繊維を採用したマルチマテリアル車両として、おそらく大量採用への別の道を示唆しました。10年代後半には、General Motorsが圧縮成形炭素繊維強化熱可塑性樹脂ボックスを採用した「Sierra Denali」ピックアップトラックを発表し、2019年には曲面プルトルージョンリアバンパービームを採用したリアエンジン版Corvetteを発表しました。

複合材リサイクル、特に炭素繊維複合材（スクラップ繊維を超えて）の分野では、10年の初めにはほぼサプライベースが存在しませんでしたが、終わりには10社以上のサプライヤーが存在し、多くが商業量を下流用途へ供給しています。風力エネルギー業界は輝かしい10年を過ごし、世界容量を3倍以上に拡大し、複合材の強力な市場であることを証明しました。風力については来月詳しく取り上げるため、ここでは航空宇宙と自動車に焦点を当てます。

私は米国拠点ですが、2019年初めに英国の複合材に焦点を当てた複数の研究機関を訪問し、12月にはドイツ北部と南部の複数のFraunhofer研究所とDLR施設、航空宇宙と自動車市場にサービスを提供する複数の生産施設を訪問しました。これらの訪問と議論は、2020年を迎えるにあたり材料とプロセス開発がどこに向かっているかについて、米国での観察を補完するものです。国レベルでの違いはあるものの、主要な推進力は真にグローバルです。生産速度の向上とコスト削減が支配的で、リサイクルと持続可能性がこれらのR&D活動に不可欠です。すべてが、複合材が伝統的材料を真に置き換えるためには、これらの課題に取り組む国際協力が有益であるだけでなく不可欠であることを再確認させます。

疑問は残るものの、航空宇宙における複合材の未来はある程度明確になりつつあります。BoeingとAirbusの単通路機の後継機について正式な発表はないものの、大型先進複合材構造をより高レートで製造、機械加工、検査、組み立てる技術の提供に多くの航空宇宙研究が焦点を当てていることは明らかです。年間100〜140機のワイドボディ機を納入するのと、年間700〜900機の単通路機を複合材一次構造で製造するのは全く別の話です。無人航空機（UAV）や都市航空モビリティ（UAM）などの隣接市場（エアタクシーなど）を考慮すれば、年間数千機規模のボリュームが見込まれます。熱可塑性への関心は大きいものの、旅客機の大型構造は熱硬化性（真空インフュージョンまたはオートクレーブ外硬化プリプレグ）が主流で、熱可塑性はクリップ、ブラケット、リブなどの小型部品に留まる可能性が高いです。UAVとUAM市場では、熱可塑性の検討に加え、自動車向けに開発された高圧樹脂移動成形（HP-RTM）、プルトルージョン、圧縮成形などの技術も取り入れられるでしょう。

一方、自動車の世界は相当な不確実性を示しています。炭素繊維への強い関心は依然としてありますが、その価値は今や、単なる軽量化のための軽量化ではなく、電動化、モビリティ、自律走行といった他の推進力の観点から考慮される必要があります。過去10年間で、サイクルタイムと炭素繊維複合材のコストは50%以上削減されましたが、さらに進める必要があります。不連続炭素繊維（リサイクル品または低コスト前駆体/プロセス由来）は、自動化が高くスクラップ率が低い圧縮・射出成形コンパウンドの補強材として定着するでしょう。BMWが最近「i3」を2024年まで継続生産すると発表しましたが、ドイツ自動車業界全体としては連続炭素繊維の新規用途から一歩引いています。大量生産一次構造における炭素繊維の未来は、完成部品コストを18ユーロ/kg以下（約10ドル/ポンド）まで下げられるかどうかにかかっています。中間的な解決策としては、連続ガラス繊維やハイブリッドガラス/炭素構造、ハイブリッドオーバーモールド部品の更なる開発などが考えられます。

これからの10年、複合材に何をもたらすでしょうか？ 飛ぶものについては未来は明るいです。しかし地上を走る乗り物については、まだいくつかのブレークスルーが必要です。