JP4535772B2

JP4535772B2 - 長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体

Info

Publication number: JP4535772B2
Application number: JP2004146481A
Authority: JP
Inventors: 洋行今泉; 馨森本; 耕治西田
Original assignee: Mitsubishi Engineering Plastics Corp
Current assignee: Mitsubishi Engineering Plastics Corp
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-05-17
Also published as: JP2005324733A

Description

本発明は、長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体に関するものであり、また、バンパーを装着するバンパービーム部とラジエターを保持するためのラジエターコアサポート部を一体化することにより製造工程が削減され、軽量化され、異方性の低減された、長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体に関するものである。

従来、自動車車体前部構造体の一である自動車用バンパービームには、バンパーに加えられた衝撃を吸収するため金属が用いられていた。しかしながら、近年は自動車の燃費向上、走行性能向上等を目的として、各種自動車部品の軽量化が求められる傾向にあり、バンパービームにおいても樹脂が用いられるようになってきた。
例えば、特許文献１には、プラスチックのブロー成形により、上部板体と下部板体及びそれらを前方側縁部分で連結している側部板体が一体的に結合した、コ字状断面を有する長尺リブ構造体で、該上部板体、下部板体及び側部板体は二重壁構造の中空板体であり、側部板体の後方壁体を前方に向けてジグザグ状に屈曲させ、その先端部をもって前方壁体と接合させたバンパービームが開示されている。特許文献１に開示のバンパービームは、コーナー湾曲部のＲの許容範囲が狭く、設計の自由度が制限され、衝撃吸収性も満足できなかった。
特許文献２には、ヘッドランプやフードロック等の車両の外装部品が取付けられるラジエータコアパネルと、バンパーが取付けられるバンパリテーナとを樹脂で一体化して樹脂ユニットを形成したことを特徴とする自動車の車体前部構造が開示されている。特許文献２に開示のバンパリテーナ等は、ガラス長繊維強化のポリプロピレン等の樹脂で一体成形されていると記載されているが、具体的な成形方法や樹脂中のガラス繊維長及びガラス繊維含有率についての記載はなかった。

特許文献３には、ガラス繊維の長手方向が一方向に揃えられた繊維強化熱可塑性樹脂シートを用いてバンパービームをプレス成形するに際して、まず長さをバンパービーム長手の流動部長さの５０〜７０％とし、かつ、幅をプレス雄型の天板と側壁部をほぼ覆える幅とした樹脂シートを予熱し、ガラス繊維の長手方向がバンパービームの長手方向とほぼ平行となるようにプレス雄型の天板に載置し、つぎに雌型を下降し雄型に嵌合・加圧し、樹脂をバンパービームの長手方向に流動させながら成形することを特徴とするガラス繊維強化熱可塑性樹脂製バンパービームの成形方法が開示されているが、成形作業が煩雑であるという欠点があった。
特許文献４には、一方向に引き揃えられた有機系強化繊維の両面又は片面に有機系繊維不織布を一体化してなるシートを型内に積層した後、反応性樹脂モノマーを含浸して反応・固化させるか、もしくは前記シートを予め反応性樹脂モノマーを含浸させたプリプレグ状態で積層し、反応・固化させてなることを特徴とする有機繊維複合材料が開示されているが、成形作業が煩雑で、成形品形状に制約があった。

特許文献５には、熱可塑性樹脂と強化繊維を含み、均一に分散した強化繊維の重量平均繊維長と数平均繊維長の比が１．１〜３であり、重量平均繊維長が２．０ｍｍ〜１５ｍｍである繊維強化熱可塑性樹脂構造物や繊維強化熱可塑性ペレット構造物が記載されている。また、特許文献５の繊維強化熱可塑性ペレット構造物においては、ペレット構造物中の繊維長や分布を規定するものであり、射出成形、押出成形後の成形品の繊維長や分布を規定するものではないと記載されている。しかしながら、成形品内の繊維長や分布は成形機のスクリュー形状、成形条件、成形品形状によって変化し、成形品内の樹脂の流動パターンによって繊維配向も変化するので、これらの繊維長や繊維配向の変化によって成形品の物性も変化する。従って、単純な形状のテストピースの物性と、複雑な形状の実用成形品の物性は大きく異なるのが一般的である。さらに、特許文献５の実施例には、長繊維強化ポリエチレンテレフタレートとポリブチレンテレフタレートに関する記載はあるが、長繊維強化ポリアミド樹脂でどのような物性を示すか、テストピースの物性でさえも記載されていない。

特開平０５−９２７４４号公報特許第３１２５５３１号公報特開平０８−１１１４４号公報特開平１０−１８１５２号公報特開２００１−１９２４６６号公報

本発明が解決しようとする課題は、異方性の低減による寸法安定性に優れ、曲げ弾性率、曲げ強度等の機械的強度、耐薬品性、耐熱性に優れ、軽量化され、製品設計の自由度が高く、製造工程が削減された長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、強化繊維の分散状態及び車体前部構造体の曲げ特性を特定範囲内とすることにより、曲げ弾性率、曲げ強度等の機械的強度、耐薬品性、耐熱性に優れ、軽量化され、製品設計の自由度が高くでき、また、バンパーを装着するバンパービーム部とラジエターを保持するためのラジエターコアサポート部を一体成形することにより、異方性の低減による寸法安定性に優れ、製造工程が削減でき、さらに軽量化できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨は、ガラス繊維で強化された、２３℃、９８％硫酸中、濃度１％で測定した相対粘度１．５〜２．５のポリアミド６又は２３℃、９６％硫酸中、濃度１％で測定した相対粘度１．５〜２．５の芳香族ポリアミドから成形されたポリアミド樹脂構造体であって、該構造体中に分散する強化繊維の、直径が１０μｍ〜２０μｍであり、含有率が３０重量％以上であり、重量平均繊維長が１ｍｍ〜１５ｍｍであり、かつ、肉厚２ｍｍ以上の構造体部分の、曲げ弾性率が７ＧＰａ以上であり、曲げ強度が２００ＭＰａ以上であり、ノッチ付きシャルピー衝撃強度が２０ｋＪ／ｍ^２以上であり、最大線膨張係数が５×１０ ^−５Ｋ ^−１以下であり、かつ、最大線膨張係数／最小線膨張係数の比が２．０以下である長繊維強化ポリアミド樹脂製車体前部構造体を提供することである。

また、本発明の別の要旨は、構造体の成形材料として、長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）にリサイクル樹脂（Ｂ）を配合した混合物を使用し、その組成比が、該混合物の重量基準で
（Ａ）：３０重量％〜１００重量％、
（Ｂ）：０重量％〜７０重量％
の範囲内である長繊維強化ポリアミド樹脂製車体前部構造体を提供することである。

さらに、本発明の別の要旨は、リサイクル樹脂（Ｂ）がポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン及びアクリルニトリルスチレンブタジエン共重合体からなる群から選ばれた少なくとも１種の熱可塑性樹脂のリサイクル品である長繊維強化ポリアミド樹脂製車体前部構造体を提供することである。また、本発明の別の要旨は、（Ａ）を構成する強化繊維が特定径のガラス繊維若しくは炭素繊維であるか、及び／又は、前記自動車車体前部構造体が射出成形によって得られたものである長繊維強化ポリアミド樹脂製車体前部構造体を提供することである。

本発明の長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体においては、ポリアミド樹脂の相対粘度が１．５〜２．５であり、強化繊維の直径が１０μｍ〜２０μｍであり、強化繊維の含有率が３０重量％以上であり、強化繊維が１ｍｍ〜１５ｍｍの重量平均繊維長で分散している長繊維強化ポリアミド樹脂で構成され、かつ、肉厚２ｍｍ以上の構造体部分の、曲げ弾性率が７ＧＰａ以上であり、曲げ強度が２００ＭＰａ以上であり、ノッチ付きシャルピー衝撃強度が２０ｋＪ／ｍ^２以上であり、最大線膨張係数が５×１０ ^−５Ｋ ^−１以下であり、最大線膨張係数／最小線膨張係数の比が２．０以下とされているので、曲げ弾性率、曲げ強度等の機械的強度、耐薬品性、耐熱性に優れ、軽量化され、製品設計の自由度が高くできる等の効果が、また、バンパービーム部とラジエターコアサポート部とが一体成形された構造体においては、異方性の低減による寸法安定性に優れ、面衝撃性に優れ車体前部構造体としての機能を満たし、さらに軽量化され、製造工程が削減できる等の効果がもたらされる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体は、自動車車体前部と言われる、ダッシュボードより前に位置する各部分のうち、どの部分を構成するか特に制限はなく、例えば、フロントクロスメンバー、フロントサイドメンバー又はエンジンマウントであってもよい。また、例えば、バンパーを装着するバンパービーム部と、ラジエター等の車両用放熱部品を保持するためのラジエターコアサポート部とが、一体成形されているものであってもよいし、バンパービーム部又はラジエターコアサポート部が個別に成形されたものであってもよい。特に、バンパービーム部とラジエターコアサポート部とが、同一材料で一体成形されると、大幅に製造工程が削減できる利点がある。さらに、ヘッドランプ、フードロック等の外装部品を、バンパービーム部及び／又はラジエターコアサポート部に保持するように構成することもできる。

本発明の長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体（以下、「車体前部構造体」と略記することがある）においては、該構造体中に分散する強化繊維の、含有率が３０重量％以上であり、重量平均繊維長が１ｍｍ〜１５ｍｍであることが必要であり、かつ、肉厚２ｍｍ以上の構造体部分の、曲げ弾性率が７ＧＰａ以上であり、曲げ強度が２００ＭＰａ以上であることが必要である。該肉厚２ｍｍ以上の構造体部分の曲げ弾性率が７ＧＰａ未満、又は、曲げ強度が２００ＭＰａ未満では、車体前部構造体としての剛性・強度が低すぎるため、肉厚を厚くしたり、補強リブを多く設けたり、場合によっては金属による補強が必要になり、本発明の目的の１つである軽量化に反するので好ましくない。車体前部構造体の強化繊維の含有率が３０重量％未満の場合、又は、強化繊維の重量平均繊維長が１ｍｍ未満の場合、曲げ弾性率・曲げ強度をはじめとした機械的強度や寸法安定性が低下するので好ましくない。重量平均繊維長が１５ｍｍを超えると成形性が低下するので好ましくない。
また、該肉厚２ｍｍ以上の構造体部分の、ノッチ付シャルピー衝撃強度が２０ｋＪ／ｍ^２以上であることが必要でである。ノッチ付シャルピー衝撃強度が２０ｋＪ／ｍ^２未満では、バンパービームや前部構造体として必要な衝撃強度を満足できず、本発明から除外される。ノッチ付シャルピー衝撃強度を２０ｋＪ／ｍ^２以上にするには、通常、製品中の強化繊維含有率を３０重量％以上にして、強化繊維の重量平均繊維長を１ｍｍ〜１５ｍｍにすることによって達成される。

これらの要件を充足しているか否かは、次のような試験によって確認できる。すなわち、強化繊維の量及び長さについては、車体前部構造体の任意の位置から無作為に切り出した試験片を、強化繊維は溶融しない温度に加熱し、樹脂成分を燃焼させた後、残存する繊維を用い測定することができる。曲げ弾性率及び曲げ強度については、車体前部構造体の厚さ２ｍｍ以上の任意の位置から無作為に切り出した試験片を用い、ＩＳＯ１７８に従って行う所定数の曲げ試験の結果から、平均値として算出することができる。ノッチ付シャルピー衝撃強度については、車体前部構造体の厚さ２ｍｍ以上の任意の位置から無作為に切り出した試験片を用い、ＩＳＯ１７９に従って行う所定数の衝撃試験の結果から、平均値として算出することができる。

本発明構造体を構成する強化繊維は、重量平均繊維長が１ｍｍ〜１５ｍｍ、より優れた機械的強度と寸法安定性の前部構造体とするには、好ましくは２ｍｍ〜１５ｍｍの長繊維で、該構造体中に分散させ得るものであれば特に制限はない。通常、樹脂の補強用に使用される、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、合成繊維等を使用することが可能であるが、ガラス繊維や炭素繊維が実用的である。また、強化繊維は、ポリアミド樹脂との界面密着性を向上させるために、収束剤又は表面処理剤（例えば、エポキシ系化合物、アクリル系化合物、イソシアネート系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物等の官能性化合物）で表面処理したものを用いるのが好ましい。

本発明構造体を構成する強化繊維がガラス繊維の場合は、直径１０μｍ〜２０μｍであることが、ガラス繊維の折損や物性バランスをより一層高める点から必要である。
実際に使用するガラス繊維は、Ａガラス、Ｃガラス、Ｅガラス等のガラス組成からなり、特に、Ｅガラス（無アルカリガラス）がポリアミド樹脂の熱安定性に悪影響を及ぼさない点で好ましい。ガラス繊維の製造法は、例えば次のような方法による。先ず、溶解したガラスをマーブルと称する所定の大きさのガラス玉に成形し、それをプッシングと称する採糸炉にて加熱軟化せしめ、該炉テーブルの多数のノズルから流下させ、この素地を高速度で延伸しながら、その途中に設けた集束剤塗布装置にて浸漬で集束剤を付着させて集束し、乾燥して回転ドラムで巻き取る。この時のノズル径寸法と引き取り速度および引き取り雰囲気温度等を調節してガラス繊維の平均直径を所定の寸法にする。

本発明構造体を構成するポリアミド樹脂としては、ω−アミノ酸若しくはそのラクタムの重（縮）合、及び／又は、ジアミンとジカルボン酸の重縮合によって得られる、種々の重合体及び共重合体を用いることができる。具体的には、α−ピロリドン、α−ピペリドン、ε−カプロラクタム、アミノカプロン酸、エナントラクタム、７−アミノヘプタン酸、８−アミノオクタン酸、９−アミノノナン酸、１１−アミノウンデカン酸、１２−アミノドデカン酸等の重合体、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、メタキシリレンジアミン等のジアミンと、テレフタル酸、イソフタル酸、グルタール酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸等のジカルボン酸とを重縮合せしめて得られる重合体又はこれらの共重合体があり、例えば、ポリアミド４、ポリアミド６、ポリアミド７、ポリアミド８、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６−６、ポリアミド６−９、ポリアミド６−１０、ポリアミド６−１１、ポリアミド６−１２、ポリアミド６Ｔ、共重合ポリアミド６／６−６、共重合ポリアミド６／１２、共重合ポリアミド６／６Ｔ、共重合ポリアミド６Ｉ／６Ｔ等が挙げられる。好ましくは、ポリアミド６、ポリアミド６−６および共重合ポリアミド６／６−６等が挙げられ、特に好ましくは、ポリアミド６である。また、パラキシリレンジアミンを１０〜５０モル％とメタキシリレンジアミン５０〜９０モル％とを含む芳香族混合ジアミンと脂肪族ジカルボン酸との重縮合反応より得られるポリアミドを主成分とする芳香族ポリアミド樹脂も好ましい。本発明の車体前部構造体材料に長繊維強化ポリアミド樹脂を選定した理由は、ポリエステル等他の長繊維強化熱可塑性樹脂に比較し、長繊維強化ポリアミド樹脂が機械的強度、耐油性、耐薬品性、耐熱性、耐久性、成形性に優れた材料であり、特に高温時の衝撃強度、疲労特性、クリープ特性に優れているからである。

また、本発明構造体を構成するポリアミド樹脂は、ある範囲内の重合度、すなわち特定の範囲内の相対粘度を有するものが必要である。相対粘度は、ポリアミド６では２３℃、９８％硫酸中、濃度１％で、芳香族ポリアミドでは２３℃、９６％硫酸中、濃度１％で測定した値で１．５〜２．５であり、好ましくは１．７〜２．４である。相対粘度が１．５未満では機械的強度が低く、２．５を超えると流動性が低下し、成形時に長繊維の折損が大きくなり、機械的強度の低下が発生する。

本発明構造体は、肉厚２ｍｍ以上の構造体部分の、最大線膨張係数が５×１０^−５Ｋ^−１以下であり、かつ、最大線膨張係数／最小線膨張係数の比が２．０以下であることが必要である。前記線膨張係数が共に５×１０^−５Ｋ^−１以下であり、かつ、最大線膨張係数／最小線膨張係数の比が２．０以下とすることは、例えば、製品重量に対する強化繊維の含有率を高めたり、強化繊維の重量平均繊維長を長くすることによって達成される。もし、前記線膨張係数が５×１０^−５Ｋ^−１を超えたり、又は、最大線膨張係数／最小線膨張係数の比が２．０を超えたりすると、本発明の目的の１つである異方性低減による寸法安定性を損ない、さらには、環境温度の変化により前部構造体に歪みが発生して、装着している外装部品も歪み、負荷を生じて部品の機能障害を引き起こす。ここで、線膨張係数は、車体前部構造体の厚さ２ｍｍ以上の任意の位置から無作為に切り出した試験片を用い、所定温度域における所定数の膨張試験の結果から得られる。

本発明の長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体は、成形材料として長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）、又は必要に応じ（Ａ）に後記のリサイクル樹脂（Ｂ）を配合した混合物を用いて成形される。その方法は、ポリアミド樹脂について一般に用いられている成形法、すなわち射出成形、射出圧縮成形、中空成形、押出成形、シート成形、熱成形、回転成形、積層成形、プレス成形等の各種成形法をあげることができるが、成形品外観や設計の自由度、製造工程削減の点から射出成形法で成形することが特に好ましい。長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）を成形する際、通常、成形機のシリンダー中での溶融・混練時、金型充填時に強化繊維が破砕され、繊維の長さが短くなる危険性があるが、成形された車体前部構造体中に分散する強化繊維の重量平均繊維長を１ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内に保持するには、ペレットの長さ、成形機のシリンダー内壁の形状やスクリュー形状、成形条件（例えば、成形時の樹脂温度、射出速度）、金型形状等の調整が有効である。また、ボスやリブ構造等を設けて、高剛性、高強度な車体前部構造体を得ることもできる。さらに、リブやボスに加圧ガスを注入することもできる。また、剛性強度をさらに向上させるため金型内に可動部分を設け、可動部の移動による容量拡大部分に加圧ガスを注入することで中空とし、断面剛性の高い断面形状とすることも可能であるし、形成された中空部に発泡体や低融点金属等を充填、補強し、さらに剛性強度を向上させることも可能である。
また、本発明構造体の成形材料である、長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）等には、必要に応じて、他の成分を添加できる。他の成分としては、例えば、安定剤、難燃剤、耐侯性改良剤、発泡剤、滑剤、流動性改良剤、耐衝撃性改良剤、帯電防止剤、染料、顔料、分散剤、無機強化剤、離型剤、酸化防止剤、耐候性改良剤、アルカリ石鹸、金属石鹸、ハイドロタルサイト、可塑剤、造核剤、ドリッピング防止剤等が挙げられる。耐衝撃改良材としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、α−オレフィン系ラバー、スチレン系ラバー、アクリル系ラバー、シリコン系ラバー、ＭＢＳやコアーシェルポリマー等が挙げられる。無機強化剤の具体例としては、長繊維以外のガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、マイカ、タルク、ワラストナイト、チタン酸カリウム、炭酸カルシウム、シリカ等が挙げられる。

本発明構造体の成形材料である長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）の製法は、引き抜き法が好ましい。引き抜き法は、基本的には連続した強化用繊維束を引きながら樹脂を含浸するものであり、樹脂のエマルジョン、サスペンジョンあるいは溶液を入れた含浸浴の中を繊維を通し含浸する方法、樹脂の粉末を繊維に吹きつけるか粉末を入れた槽の中を繊維を通し繊維に樹脂粉末を付着させたのち樹脂を溶融し含浸する方法、クロスヘッドの中を繊維を通しながら押出機等からクロスヘッドに溶融樹脂を供給し含浸する方法等が知られており、いずれも利用できる。成形材料として特に好ましいのは、クロスヘッドの中を繊維を通しながら、押出機等からクロスヘッドに溶融ポリアミドを供給し、含浸、冷却後、長さ３．０〜５０ｍｍ、好ましくは長さ４．０〜３０ｍｍのペレット状にカットしたものである。このようにして得られた、ペレット中の強化繊維は、ペレットとほぼ平行になっているので、強化繊維の長さ≒ペレットの長さになっている。ペレットの長さが３．０ｍｍ未満では強化繊維の長さも短くなり、補強効果が小さく、逆に、ペレットの長さが５０ｍｍを超えると嵩密度が大きくなり、成形加工時にホッパー内でブリッジが発生したり、スクリューへの食い込みが悪くなり、安定した成形ができないことがある。

本発明構造体の成形材料として長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）にリサイクル樹脂（Ｂ）を配合した混合物を使用する場合、その組成比が、該混合物の重量基準で
（Ａ）：３０重量％〜１００重量％、
（Ｂ）：０重量％〜７０重量％
の範囲内であるのが好ましい。長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）が３０重量％未満では機械的強度、寸法安定性、外観等の低下が大きくなるので好ましくない。また、長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）とリサイクル樹脂（Ｂ）の形状と大きさは、成形工程における分級防止のため、できるだけ近似していることが好ましい。

本発明構造体の成形材料として、長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）に配合される、リサイクル樹脂（Ｂ）は、特に制限はなく、相溶性の点ではポリアミド樹脂のリサイクル品でもよいが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリルニトリルスチレンブタジエン共重合体からなる群から選ばれた少なくとも１種の熱可塑性樹脂のリサイクル品であると、流動性に優れ、大型の前部構造体用成形材料として好適に使用できる。また、必要に応じて、相溶性改良剤を配合してもよい。

このリサイクル樹脂（Ｂ）としては、成形時のパージ樹脂、スプルー、ランナー、成形時、二次加工時、組立て工程時等の工程内で発生した不良品、目的の用途に使用後回収された成形品等、種々の段階からのリサイクル品が挙げられる。もちろん、成形品の形状には制限はなく、具体的には、自動車、電気・電子・ＯＡ機器等の外板や機構部品その他の成形品を粉砕したリサイクル品も使用できる。しかし、溶剤、油脂類等の付着物の多い成形品は、機械的強度、熱安定性、外観低下の原因となるので好ましくない。

また、リサイクル樹脂（Ｂ）の、長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）との配合方法は、特に限定するものではなく、公知の各種混合機器、例えば、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、Ｖ型ブレンダー、押出機、バンバリーミキサー、ラボプラストミル（ブラベンダー）、ニーダー等を用いることができる。

以下、図面を参照し好ましい実施例によって、本発明を詳しく説明するが、本発明はここに例示の範囲内に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る、バンパービーム部とラジエターコアサポート部とが一体化された、長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体の一例を示す概略斜視図である。図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った断面図であり、図３は、線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。この例においては、車体前部構造体（１）は、垂直面から前方に横長に突起した状態にある、バンパーを装着するためのバンパービーム部（２）と、ラジエターを保持するためのラジエターコアサポート部（３）から構成される。さらに、形状剛性を向上させるための２条のリブ（２１）が、バンパービーム部（２）の内部に設置され、ラジエターコアサポート部（３）は、ラジエター等の放熱部品を取り付けるための大型開口部（３１）をもった形状とされている。図示してはいないが、ラジエターコアサポート部（３）には、ラジエターのみならず、ヘッドランプ及びフードロックも保持するように、取付穴を設置した。

［評価］
評価１．繊維含有率、重量平均繊維長
成形された車体前部構造体の任意の位置から無作為に試験片を切り出し、６００℃の電気炉内で熱可塑性樹脂成分のみ燃焼させた後、残存する繊維の重量と長さを測定し、燃焼前の試験片の重量に対する比率を含有率とし、繊維長の重量平均値を重量平均繊維長とした。
評価２．機械的性質
成形された車体前部構造体の厚さ２ｍｍ以上の任意の位置から無作為に、８０ｍｍ×１０ｍｍの短冊状試験片を切り出し、曲げ弾性率及び曲げ強度はＩＳＯ１７８に従って、ノッチ付きシャルピー衝撃強度はＩＳＯ１７９に従って測定した。なお、測定は試験片の数ｎ＝１０にて実施した。
評価３．線膨張係数
成形された車体前部構造体の厚さ２ｍｍ以上の任意の位置から無作為に、８０ｍｍ×１０ｍｍの短冊状試験片（８０ｍｍの長さが取れない場合は、取りうる最大長さとした）を切り出し、２３℃〜８０℃の温度域における線膨張係数を測定した。なお、測定は試験片の数ｎ＝１０にて実施し、且つ各試験片ごとに直交する２方向について実施し、最大線膨張係数を最小線膨張係数で除して比を算出した。この比が小さいほど、異方性が低減されたと評価する。
評価４．打ち抜き面衝撃
成形された車体前部構造体の厚さ２ｍｍ以上の任意の位置から無作為に、１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ３ｍｍの平板状試験片を切り出し、打ち抜き面衝撃試験を実施した。この試験に使用した錘（ストライカー）の先端径はφ２０ｍｍの球状で、試験片を保持するサポートリングは内径φ８０ｍｍ、打ち抜き初速度は４．４ｍ／ｓｅｃとし、その他の試験方法はＩＳＯ６６０３−２に準拠し、ピーク荷重及び吸収エネルギーを測定した。なお、測定は試験片の数ｎ＝１０にて実施した。

［実施例１］
ガラス長繊維強化ポリアミド樹脂ペレットの調製
連続したガラス繊維束（ロービング）を開繊して引き取りながら含浸ダイの中を通し、含浸ダイに供給される溶融樹脂を含浸させた後、賦形、冷却、切断する引き抜き成形法を用いて、ガラス含有率５０重量％、長さ１０ｍｍのガラス長繊維強化ポリアミド樹脂ペレットを製造した。樹脂としては、ポリアミド６（三菱エンジニアリングプラスチックス社製、製品名ノバミッド１００７Ｊ、２３℃９８％硫酸中濃度１％で測定した相対粘度が２．２）を溶融して含浸のために使用した。得られたペレット中の、ガラス繊維は、直径１６μｍで、ペレットと同一長さを有し、ペレットの長さ方向に実質的に平行配列しているものであった。

車体前部構造体の射出成形
図１に示された自動車車体前部構造体のキャビティ形状をもっている金型を装備した、三菱重工業製５５０ＭＭ射出成形機を用い、射出成形を行った。上記のように調製したガラス長繊維強化ポリアミド樹脂ペレットを、２７０℃に加熱した射出成形機の加熱シリンダーに供給し、可塑化、溶融、計量した。なお、可塑化、計量は射出成形機の５ＭＰａの背圧をかけながら実施した。計量後、金型のキャビティに樹脂導入部を介し射出充填した。射出時間を８秒とし、射出成形機のゲージ圧力で１００ＭＰａの保圧力を２０秒かけ、冷却時間２５秒経過後に金型を開き、車体前部構造体を取り出し、成形を終了した。なお、このときの金型温度は８０℃とした。
このようにして得られた車体前部構造体は、表面外観の非常に優れた剛性感の高い成形品であった。また、該成形品から切り出した試験片について、繊維含有率、重量平均繊維長、機械的性質、線膨張係数、打ち抜き面衝撃を評価した結果を後記表−１に示す。評価結果における各物性は非常に高く、さらに、面衝撃性に優れ車体前部構造体としての機能を満たすものであった。

［実施例２］
実施例１において、ポリアミド６に代えて芳香族ポリアミド（三菱エンジニアリングプラスチックス社製、製品名レニー６０００、２３℃９６％硫酸中濃度１％で測定した相対粘度が２．１）を使用した以外は、実施例１と同様にしてガラス長繊維強化ポリアミド樹脂ペレットを得た。射出成形による車体前部構造体の成形は、射出成形機の加熱シリンダーを２８０℃、金型温度を１３５℃とした以外は、実施例１と同様に成形した。
このようにして得られた車体前部構造体は、表面外観の非常に優れた剛性感の高い成形品であった。また、該成形品から切り出した試験片について、繊維含有率、重量平均繊維長、機械的性質、線膨張係数、打ち抜き面衝撃を評価した結果を後記表−１に示す。評価結果における各物性は非常に高く、さらに、面衝撃性に優れ車体前部構造体としての機能を満たすものであった。

［実施例３]
実施例１で得られたガラス長繊維強化ポリアミド樹脂ペレット（Ａ）と、ポリアミド６（三菱エンジニアリングプラスチックス社製、製品名ノバミッド１００７Ｊ、２３℃９８％硫酸中濃度１％で測定したときの相対粘度が２．２）を２７０℃にて成形した成形品の粉砕品（Ｂ）との、組成比（Ａ）／（Ｂ）＝１００／２５の混合物を射出成形用材料として使用した以外は、実施例１と同様に車体前部構造体を成形した。
このようにして得られた車体前部構造体は、表面外観の非常に優れた剛性感の高い成形品であった。また、該成形品から切り出した試験片について、繊維含有率、重量平均繊維長、機械的性質、線膨張係数、打ち抜き面衝撃を評価した結果を後記表−１に示す。評価結果における各物性は非常に高く、さらに、面衝撃性に優れ車体前部構造体としての機能を満たすものであった。

［比較例１］
実施例１において、ガラス長繊維強化ポリアミド樹脂ペレットを調製する際に、ガラス含有率５０重量％に代えてガラス含有率１０重量％とした以外は、実施例１と同様にして車体前部構造体を成形した。
このようにして得られた車体前部構造体は、表面外観の非常に優れるが剛性感の低い成形品となった。また、該成形品から切り出した試験片について、繊維含有率、重量平均繊維長、機械的性質、線膨張係数、打ち抜き面衝撃を評価した結果を後記表−１に示す。成形品の重量平均繊維長は１ｍｍ以上と長い結果であったが、評価結果における各物性は低く、さらに、面衝撃性にも劣り車体前部構造体としての機能を満たさないものであった。

［比較例２］
実施例１において、射出成形する際に、加熱シリンダーの温度を２５０℃、背圧を２０ＭＰａ、射出時間を４秒とした以外は、実施例１と同様に車体前部構造体を成形した。
このようにして得られた車体前部構造体は、表面外観に優れた剛性感の高い成形品となった。また、該成形品から切り出した試験片について、繊維含有率、重量平均繊維長、機械的性質、線膨張係数、打ち抜き面衝撃を評価した結果を後記表−１に示す。成形品の重量平均繊維長は０．５４ｍｍと短い結果で、評価結果における各物性は曲げ弾性率、曲げ強度は高いものの、シャルピー衝撃強度が低く、さらに、面衝撃性にも劣り車体前部構造体としての機能を満たさないものであった。

［比較例３］
実施例１において、ガラス長繊維強化ポリアミド樹脂ペレットを調製する際に、ポリアミド６（三菱エンジニアリングプラスチックス社製、製品名ノバミッド１０３０Ｊ、２３℃９８％硫酸中濃度１％で測定したときの相対粘度が４．５）を用い、射出成形する際に、加熱シリンダーの温度を２９０℃とした以外は、実施例１と同様に成形したが、成形性が非常に悪く完全充填した成形品が得られなかった。
得られた未充填状態の車体前部構造体成形品から評価用試験片を切り出し、繊維含有率、重量平均繊維長、機械的性質、線膨張係数、打ち抜き面衝撃を評価した結果を後記表−１に示す。成形品の重量平均繊維長は０．６ｍｍと短い結果で、評価結果における各物性は曲げ弾性率、曲げ強度は高いものの、シャルピー衝撃強度が低く、さらに、面衝撃性にも劣りたとえ完全充填できていたとしても、車体前部構造体としての機能を満たさないものであった。

［比較例４］
実施例１において、ガラス長繊維強化ポリアミド樹脂ペレットを調製する際に、芳香族ポリアミド（三菱瓦斯化学社製、製品名レニーＳ６１２１、２３℃９６％硫酸中濃度１％で測定したときの相対粘度が３．６５）を用い、射出成形する際に、加熱シリンダーの温度を２８０℃、金型温度を１３５℃とした以外は、実施例１と同様に成形したが、成形性が非常に悪く完全充填した成形品が得られなかった。
得られた未充填状態の車体前部構造体成形品から評価用試験片を切り出し、繊維含有率、重量平均繊維長、機械的性質、線膨張係数、打ち抜き面衝撃を評価した結果を後記表−１に示す。成形品の重量平均繊維長は０．５５ｍｍと短い結果で、評価結果における各物性は曲げ弾性率、曲げ強度は高いものの、シャルピー衝撃強度が低く、さらに、面衝撃性にも劣りたとえ完全充填できていたとしても、車体前部構造体としての機能を満たさないものであった。

［比較例５］
実施例１において、射出成形する際に、ガラス長繊維強化ポリアミド樹脂ペレットに代えてガラス長繊維強化ポリプロピレン樹脂ペレット（住友化学社製、製品名スミストランＰＧ５００３−３、ガラス含有量５０重量％、ペレット長９ｍｍ）を使用し、かつ加熱シリンダーの温度を２２０℃、金型温度を４０℃とした以外は、実施例１と同様に成形した。
このようにして得られた車体前部構造体は、表面外観の非常に優れたものの剛性感の低い成形品となった。また、該成形品から切り出した試験片について、繊維含有率、重量平均繊維長、機械的性質、線膨張係数、打ち抜き面衝撃を評価した結果を後記表−１に示す。成形品の重量平均繊維長は１ｍｍ以上と長い結果で、ノッチ付きシャルピー衝撃強度、打ち抜き面衝撃の吸収エネルギーは高いものの、剛性、強度は低く車体前部構造体としての機能を満たさないものであった。

長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体の一例を示す概略斜視図図１の線Ａ−Ａに沿った断面図図１の線Ｂ−Ｂに沿った断面図

符号の説明

１車体前部構造体
２バンパービーム部
３ラジエターコアサポート部
２１リブ
３１大型開口部

Claims

ガラス繊維で強化された、２３℃、９８％硫酸中、濃度１％で測定した相対粘度１．５〜２．５のポリアミド６又は２３℃、９６％硫酸中、濃度１％で測定した相対粘度１．５〜２．５の芳香族ポリアミドから成形されたポリアミド樹脂構造体であって、該構造体中に分散する強化繊維の、直径が１０μｍ〜２０μｍであり、含有率が３０重量％以上であり、重量平均繊維長が１ｍｍ〜１５ｍｍであり、かつ、肉厚２ｍｍ以上の構造体部分の、曲げ弾性率が７ＧＰａ以上であり、曲げ強度が２００ＭＰａ以上であり、ノッチ付きシャルピー衝撃強度が２０ｋＪ／ｍ^２以上であり、最大線膨張係数が５×１０ ^−５Ｋ ^−１以下であり、かつ、最大線膨張係数／最小線膨張係数の比が２．０以下であることを特徴とする長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体。
自動車車体前部構造体が、バンパーを装着するバンパービーム部とラジエターを保持するためのラジエターコアサポート部とが一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体。
構造体中に分散する強化繊維の、重量平均繊維長が２ｍｍ〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体。
構造体の成形材料として、長繊維強化ポリアミド樹脂（Ａ）にリサイクル樹脂（Ｂ）を配合した混合物を使用し、その組成比が、該混合物の重量基準で
（Ａ）：３０重量％〜１００重量％、
（Ｂ）：０重量％〜７０重量％
の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体。
上記リサイクル樹脂（Ｂ）が、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン及びアクリルニトリルスチレンブタジエン共重合体からなる群から選ばれた少なくとも１種の熱可塑性樹脂のリサイクル品であることを特徴とする請求項４に記載の長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体。
構造体は、射出成形により得られたものである請求項１〜５のいずれかに記載の長繊維強化ポリアミド樹脂製自動車車体前部構造体。