JP2018134751A

JP2018134751A - 繊維強化樹脂成形品

Info

Publication number: JP2018134751A
Application number: JP2017028879A
Authority: JP
Inventors: 幸宏濱田; Yukihiro Hamada; 照明青木; Teruaki Aoki
Original assignee: Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2037-02-20
Also published as: JP6955872B2

Abstract

【課題】外部からの衝撃に対する剛性を向上させることができる繊維強化樹脂成形品を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂成形品１０は、板状に形成され、一般部１５と一般部１５よりも曲率が大きい湾曲部１６，１７，１８とを有するコア材１３と、コア材１３の両面の内の少なくとも一方の面に形成され、第一繊維を有する第一繊維強化樹脂層１４とを備える。繊維強化樹脂成形品１０は、コア材１３の湾曲部１６，１７，１８と第一繊維強化樹脂層１４との間に形成され、第二繊維を有する第二繊維強化樹脂層１９をさらに備える。第二繊維強化樹脂層１９に含有される第二繊維の伸び率は、第一繊維強化樹脂層１４に含有される第一繊維の伸び率よりも高い。【選択図】図３

Description

本発明は、繊維強化樹脂成形品に関する。

従来から、複合材料の一種であるＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）を含んで構成される繊維強化樹脂成形品が公知である（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、芯材たるハニカムコアの両面にＦＲＰ製の内面板と外面板が接着され、所定曲率を備えた曲面ハニカムパネルの製造方法が記載されている。この製造方法では、予め、所定曲率を備えたその製造用の型により、スペーサー用のハニカムコアの両面にＦＲＰ板が添着されると共に、製造される上記曲面ハニカムパネルより上記内面板の分だけ肉厚が薄い、スペーサーパネルが加圧成形される。それからまず、上記型により上記外面板を加圧成形すると共に、上記型に該スペーサーパネルを重ね、その外表面側にて上記内面板を加圧成形する。そして次に、このように成形された上記内面板と外面板間に上記芯材たるハニカムコアを接着剤を介し挟み込み、上記型により加圧成形加工を実施することにより、上記曲面ハニカムパネルが得られる。

特許第３２０４５２９号公報

繊維強化樹脂成形品は、一般的に、板状に形成されるコア材と、コア材の両面にそれぞれ形成される繊維強化樹脂層とから構成される。このような繊維強化樹脂成形品では、コア材が、他の部位（一般部）よりも曲率が大きい部位（湾曲部）を有する場合、曲率が大きい湾曲部においては、コア材の板厚が小さく、外部からの衝撃に対する剛性が一般的に弱くなる。

そこで、本発明は、外部からの衝撃に対する剛性を向上させることができる繊維強化樹脂成形品を提供することを目的とする。

本発明に係る繊維強化樹脂成形品は、板状に形成され、一般部と一般部よりも曲率が大きい湾曲部とを有するコア材と、コア材の両面の内の少なくとも一方の面に形成される第一繊維強化樹脂層とを備える。繊維強化樹脂成形品は、コア材の湾曲部と第一繊維強化樹脂層との間に形成される第二繊維強化樹脂層をさらに備え、第二繊維強化樹脂層に含有される第二繊維の伸び率は、第一繊維強化樹脂層に含有される第一繊維の伸び率よりも高い。

本発明によれば、外部からの衝撃に対する剛性を向上させることができる繊維強化樹脂成形品を提供することができる。

本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の斜視図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品に衝撃荷重を負荷した状態を示す図１のＢ−Ｂ線断面に対応する断面図である。本発明の別の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品を示す図１のＢ−Ｂ線断面に対応する断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品を、図１から図４に基づいて説明する。

本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品は、例えば、フード（ボンネット）、ドアパネル、バンパー、トランクリッド、リアゲート、フェンダパネル、サイドボディパネル、ルーフパネル等の車両用構成部材に適用することができる。また、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品は、車両用構成部材に限定されず、各種構成部材に適用することもできる。

図１に示す繊維強化樹脂成形品１０は、いわゆるフードアウターであり、フードインナー１１（図２参照）と組み合わされて車両のフードを構成するようになっている。なお、図１において、矢印ＦＲは車両の前方を示し、矢印ＵＰＲは車両の上方を示し、矢印ＲＨは車両の右側方を示すものとする。

フードアウターを構成する繊維強化樹脂成形品１０は、繊維強化樹脂成形品１０全体としては上方側に向かって凸形状となるように滑らかに湾曲した形状を有している。また、繊維強化樹脂成形品１０（フードアウター）の車両幅方向の左右両側部には、上方側に向かって凸形状のビード部１２が車両の前後方向に沿って形成されている。このビード部１２は、後述する湾曲部１６，１７，１８によって形状が規定されており、ビード部１２の稜線部分（頂部）が車両の前後方向に延びるキャラクターラインとして主に機能する。

図２及び図３に示すように、繊維強化樹脂成形品１０は、板状に形成されるコア材１３と、コア材１３の両面の内の少なくとも一方の面に形成される第一繊維強化樹脂層１４とを備えて主に構成されている。本実施形態では、第一繊維強化樹脂層１４は、コア材１３の両面にそれぞれ形成されている。

コア材１３は、一般部１５と、一般部１５よりも曲率が大きい（曲率半径が小さい）湾曲部１６，１７，１８とを有する。すなわち、一般部１５は、湾曲部１６，１７，１８よりも曲率が小さい（曲率半径が大きい）部位を示し、湾曲部１６，１７，１８は、一般部１５よりも曲率が大きい（曲率半径が小さい）部位を示すものとする。コア材１３の一般部１５における板厚は、湾曲部１６，１７，１８における板厚よりも大きく、例えば５ｍｍ程度とされる。その一方で、コア材１３の湾曲部１６，１７，１８における板厚は、一般部１５における板厚よりも小さく、例えば２ｍｍ程度とされる。このようなコア材１３としては、アルミハニカムやペーパーハニカム等の多孔質体、発泡ポリウレタン等の発泡体を用いることができる。

第一繊維強化樹脂層１４は、第一繊維及び第一樹脂を有して構成されている。この第一繊維強化樹脂層１４としては、例えば、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）を用いることができる。すなわち、第一繊維は、例えば炭素繊維から構成される。第一繊維としては、ファブリック材（織物）、ＵＤ材（単一性方向材）、ＵＤ材を複数積層したものを用いることができる。その一方で、第一樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等、種々の合成樹脂を用いることができる。上面側（フード外面側）の第一繊維強化樹脂層１４は、例えば、板厚が０．４４ｍｍ程度とされ、［０°／４５°／−４５°／９０°］等の疑似等方性の積層構成とすることが考えられる。その一方で、下面側（フード内面側）の第一繊維強化樹脂層１４は、例えば、板厚が０．４４ｍｍ程度とされ、［９０°／−４５°／４５°／０°］等の疑似等方性の積層構成とすることが考えられる。

図３に示すように、繊維強化樹脂成形品１０は、コア材１３の湾曲部１６，１７，１８と第一繊維強化樹脂層１４との間に形成される第二繊維強化樹脂層１９を備えている。この第二繊維強化樹脂層１９は、繊維強化樹脂成形品１０の上下両面の内、外部からの衝撃荷重が負荷された場合に圧縮側となる面（圧縮応力が作用する面）に形成することが好ましい。本実施形態では、第二繊維強化樹脂層１９は、繊維強化樹脂成形品１０の上下両面の第一繊維強化樹脂層１４，１４の内の上面側（フード外面側）のみに形成されている。

第二繊維強化樹脂層１９は、第二繊維及び第二樹脂を有して構成されている。この第二繊維強化樹脂層１９としては、例えば、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）、アラミド繊維強化樹脂（ＡＦＲＰ）を用いることができる。すなわち、第二繊維は、例えば、ガラス繊維又はアラミド繊維から構成される。要するに、第二繊維は、第一繊維よりも伸び率（破断時伸び）が高い繊維から構成される。第二繊維としては、ファブリック材（織物）、ＵＤ材（単一性方向材）、ＵＤ材を複数積層したものを用いることができる。その一方で、第二樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等、種々の合成樹脂を用いることができる。そして、第二繊維強化樹脂層１９は、例えば、板厚が第一繊維強化樹脂層１４と同程度から半分程度とされる。

繊維強化樹脂成形品１０を製造する方法としては、例えば、ハンドレイアップ法、オートクレーブ法、真空バッグ法、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法等の一般的なＦＲＰ成形法を用いることが可能である。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）繊維強化樹脂成形品１０は、板状に形成され、一般部１５と一般部１５よりも曲率が大きい湾曲部１６，１７，１８とを有するコア材１３と、コア材１３の両面の内の少なくとも一方の面に形成され、第一繊維を有する第一繊維強化樹脂層１４とを備える。繊維強化樹脂成形品１０は、コア材１３の湾曲部１６，１７，１８と第一繊維強化樹脂層１４との間に形成され、第二繊維を有する第二繊維強化樹脂層１９をさらに備え、第二繊維の伸び率は、第一繊維の伸び率よりも高い。

図４に示すように、例えば、繊維強化樹脂成形品１０（フードアウター）のビード部１２の稜線部分（湾曲部１７）に対して、上面側から衝撃荷重が負荷された場合、上面側においては圧縮応力Ｓｃが作用し、下面側においては引張応力Ｓｔが作用する。この場合、図示はしないが、ビード部１２の稜線部分（湾曲部１７）よりも車両の左右両側方に位置する湾曲部１６，１８に対しても、上面側においては圧縮応力Ｓｃが作用し、下面側においては引張応力Ｓｔが作用する。さらに、繊維強化樹脂成形品１０のビード部１２の稜線部分（湾曲部１７）に対しては、面外方向応力（板厚方向応力）Ｓｏｐも作用する。なお、図４において、符号２０は歩行者保護試験等で使用されるインパクターを示す。

例えば炭素繊維は、引張強度が比較的高く、圧縮強度及び、面外荷重に対する面外強度（層間強度）は比較的低い。また、コア材１３の一般部１５においては、圧縮強度及び引張強度の寄与度が高く、一般部１５よりも曲率が大きい湾曲部１６，１７，１８においては、面外強度の寄与度が高い。このため、コア材１３の湾曲部１６，１７，１８においては、外部からの衝撃に対する剛性が一般的に弱くなる。

本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品１０では、コア材１３の湾曲部１６，１７，１８と第一繊維強化樹脂層１４との間に、第一繊維よりも伸び率が高い第二繊維を有する第二繊維強化樹脂層１９が形成されている。第二繊維強化樹脂層１９に含有された第二繊維（例えば、ガラス繊維、アラミド繊維）は、第一繊維（例えば、炭素繊維）よりも伸び率が高いため、外部からの衝撃に対し、下面側、上面側から生じる内部歪みを吸収することができる。

したがって、本実施形態によれば、外部からの衝撃に対する剛性を向上させることができる繊維強化樹脂成形品１０を提供することが可能となる。

また、第二繊維強化樹脂層１９がコア材１３の湾曲部１６，１７，１８と第一繊維強化樹脂層１４との間に形成されるため、型を用いた成形時のコア材１３の割れ等を抑制することができ、その結果、繊維強化樹脂成形品１０の製造コストを低減することができる。

（２）第一繊維強化樹脂層１４に含有される第一繊維は、炭素繊維であり、第二繊維強化樹脂層１９に含有される第二繊維は、ガラス繊維又はアラミド繊維である。

このように第一繊維強化樹脂層１４及び第二繊維強化樹脂層１９を構成することにより、繊維強化樹脂成形品１０において、外部からの衝撃に対する剛性を向上させることが可能になる。すなわち、ガラス繊維及びアラミド繊維は、炭素繊維よりも伸び率が高く、外部からの衝撃に対し、下面側、上面側から生じる内部歪みを吸収することができる。したがって、本実施形態によれば、コア材１３の湾曲部１６，１７，１８を補剛することができ、繊維強化樹脂成形品１０において、外部からの衝撃に対する剛性を向上させることが可能になる。

ところで、本発明の繊維強化樹脂成形品は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

例えば、前述の実施形態では、コア材の上下両面の内の上面側のみに「第二繊維強化樹脂層」を形成する例を示したが、これに限定されない。図５に示すように、コア材の上下両面の内の下面側のみに「第二繊維強化樹脂層」を形成するようにしてもよい。また、図示はしないが、コア材の上下両面にそれぞれ「第二繊維強化樹脂層」を形成するようにしてもよい。要するに、「第二繊維強化樹脂層」は、コア材の上下両面の内、外部からの衝撃荷重が負荷された場合に圧縮側となる面（圧縮応力が作用する面）に形成することが好ましい。

１０繊維強化樹脂成形品
１３コア材
１４第一繊維強化樹脂層
１５一般部
１６湾曲部
１７湾曲部
１８湾曲部
１９第二繊維強化樹脂層

Claims

板状に形成され、一般部と前記一般部よりも曲率が大きい湾曲部とを有するコア材と、
前記コア材の両面の内の少なくとも一方の面に形成され、第一繊維を有する第一繊維強化樹脂層と、
前記コア材の前記湾曲部と前記第一繊維強化樹脂層との間に形成され、第二繊維を有する第二繊維強化樹脂層とを備え、
前記第二繊維の伸び率は、前記第一繊維の伸び率よりも高い
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品。
前記第一繊維は、炭素繊維であり、
前記第二繊維は、ガラス繊維又はアラミド繊維である
ことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂成形品。