JP6188141B2 - 自動車内装材及び自動車外装材 - Google Patents
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Description
本発明は、自動車内装材及び自動車外装材に関する。
従来、繊維強化樹脂複合材（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）は、航空機、自動車、船舶等の構造用部材として広く用いられている。
繊維強化樹脂複合材は、炭素繊維束やガラス繊維束等の無機物系強化繊維束を縦横に配して織り込んだ織物に、エポキシ樹脂等の樹脂を含浸硬化させて形成される。繊維強化樹脂複合材を構成する無機物系強化繊維束は、複数の繊維が撚り合わされて構成される。
繊維強化樹脂複合材は、炭素繊維束やガラス繊維束等の無機物系強化繊維束を縦横に配して織り込んだ織物に、エポキシ樹脂等の樹脂を含浸硬化させて形成される。繊維強化樹脂複合材を構成する無機物系強化繊維束は、複数の繊維が撚り合わされて構成される。
このような繊維強化樹脂複合材としては、例えば、炭素繊維束とフェノール樹脂を含み、更にガラス繊維等の補強繊維束が炭素繊維束に対して所定の体積含有率で含有されていることにより、線膨張係数を所定の値とした繊維強化樹脂複合材が提供されている（例えば、特許文献１参照）。線膨張係数を所定の値とすることで、当該繊維強化樹脂複合材と、金属やコンクリート等との間における線膨張係数差を小さくし、繊維強化樹脂複合材及び金属やコンクリート等からなる構造体に寸法誤差が生じることを抑制している。なお、炭素繊維束は複数の炭素繊維フィラメントが撚り合わされてなり、ガラス繊維束は複数のガラス繊維フィラメントが撚り合わされてなる。
しかしながら、上記した従来の技術における繊維強化樹脂複合材によれば、炭素繊維束とガラス繊維束とが併用されていることで耐久性が向上しているが、連続使用されることにより徐々に強度の劣化が生じ、場合によっては破壊が生じてしまうおそれがあった。これは、使用時に繊維強化樹脂複合材が外部環境に晒されることで、炭素繊維束とガラス繊維束との線膨張係数差によって各強化繊維束と樹脂との間に発生する局所的応力が不均一となり、これが繰り返されることで各強化繊維束と樹脂との間に剥離が発生してしまうことに起因するものと推定される。
したがって、本発明の課題は、強化繊維束と樹脂との間に局所的応力が発生することを抑制し、耐久性に優れる自動車内装材及び自動車外装材を提供することである。
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材を備える自動車内装材であって、
前記強化繊維束は、炭素繊維フィラメントとガラス繊維フィラメントとが撚り合わされてなり、
前記炭素繊維フィラメントの径は５〜７μｍであり、かつ、前記ガラス繊維フィラメントの径は１０〜２４μｍであり、
前記複数の強化繊維束は、積層された複数の平織シートを構成することを特徴とする。
複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材を備える自動車内装材であって、
前記強化繊維束は、炭素繊維フィラメントとガラス繊維フィラメントとが撚り合わされてなり、
前記炭素繊維フィラメントの径は５〜７μｍであり、かつ、前記ガラス繊維フィラメントの径は１０〜２４μｍであり、
前記複数の強化繊維束は、積層された複数の平織シートを構成することを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、
複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材を備える自動車外装材であって、
前記強化繊維束は、炭素繊維フィラメントとガラス繊維フィラメントとが撚り合わされてなり、
前記炭素繊維フィラメントの径は５〜７μｍであり、かつ、前記ガラス繊維フィラメントの径は１０〜２４μｍであり、
前記複数の強化繊維束は、積層された複数の平織シートを構成することを特徴とする。
複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材を備える自動車外装材であって、
前記強化繊維束は、炭素繊維フィラメントとガラス繊維フィラメントとが撚り合わされてなり、
前記炭素繊維フィラメントの径は５〜７μｍであり、かつ、前記ガラス繊維フィラメントの径は１０〜２４μｍであり、
前記複数の強化繊維束は、積層された複数の平織シートを構成することを特徴とする。
本発明によれば、繊維強化樹脂複合材を構成する強化繊維束が、炭素繊維フィラメントとガラス繊維フィラメントとが撚り合わされて構成され、複数の強化繊維束が、積層された複数の平織シートを構成するように構成されているので、繊維強化樹脂複合材内で強化繊維束と樹脂との間に局所的応力が発生することを抑制し、耐久性に優れる自動車内装材及び自動車外装材を提供することができる。
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、数値範囲を表す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用している。
本発明の繊維強化樹脂複合材は、複数の強化繊維束と、当該強化繊維束に含浸される樹脂とから構成されている。
本発明に係る強化繊維束は、炭素繊維フィラメントとガラス繊維フィラメントとが撚り合わされて構成されているものである。この強化繊維束は、炭素繊維フィラメント及びガラス繊維フィラメントが、例えば、合わせて数百本〜数万本撚り合わされて構成されている。ガラス繊維フィラメントは、炭素繊維フィラメントに対して重量比で１〜９９％程度含まれている。
炭素繊維フィラメントとしては、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、レーヨン系等、いずれの炭素繊維フィラメントであっても使用することができる。これらの中では、ＰＡＮ系炭素繊維フィラメントが生産性及び入手容易性の観点から好ましい。
炭素繊維フィラメントの径は、繊維強化樹脂複合材の用途に応じて適宜変更され得るが、例えば、５〜７μｍのものが好ましい。
炭素繊維フィラメントの径は、繊維強化樹脂複合材の用途に応じて適宜変更され得るが、例えば、５〜７μｍのものが好ましい。
ガラス繊維フィラメントとしては、例えば、アルカリ含有率１％以下のホウケイ酸ガラスから作製されるＥガラスの繊維、又は高強度、高弾性率の無アルカリアルミのケイ酸塩ガラスであるＳガラスの繊維等、いずれのガラス繊維フィラメントであっても使用することができる。
ガラス繊維フィラメントの径は、繊維強化樹脂複合材の用途に応じて適宜変更され得るが、例えば、１０〜２４μｍのものが好ましい。
ガラス繊維フィラメントの径は、繊維強化樹脂複合材の用途に応じて適宜変更され得るが、例えば、１０〜２４μｍのものが好ましい。
本発明に係る強化繊維束を形成する方法としては、例えば、複数の炭素繊維フィラメントが撚り合わされてなる炭素繊維束を開繊し、開繊された複数の炭素繊維フィラメントにガラス繊維フィラメントを加えて、再びこれらを撚り合わせて紡糸することによって強化繊維束を形成する方法が好適に用いられる。ここで、開繊とは、複数のフィラメントから構成される繊維束をほぐしてばらけさせ、幅方向にほぼ均一に分散させることをいう。このような開繊及び紡糸の方法については、従来公知のいずれの手法を適用しても良い。
上記した強化繊維束に含浸される樹脂としては、従来公知のものが用いられ、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂及びビスマレイミド樹脂等が挙げられる。
以上、上記した実施形態によれば、複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材であって、強化繊維束は、炭素繊維フィラメントとガラス繊維フィラメントとが撚り合わされてなるので、繊維強化樹脂複合材を構成する強化繊維束同士の線膨張係数差がなく、外部環境の変化により強化繊維束と樹脂との間で局所的応力が発生することを抑制できる。これにより、長期間に亘る使用に対して優れた耐久性を有する繊維強化樹脂複合材を提供することができる。
また、強化繊維束の一部にガラス繊維フィラメントが用いられているため、ガラス繊維フィラメントと比較して高コストな炭素繊維フィラメントの使用量を低減することができ、繊維強化樹脂複合材のコストを低減することができる。
また、強化繊維束の一部にガラス繊維フィラメントが用いられているため、ガラス繊維フィラメントと比較して高コストな炭素繊維フィラメントの使用量を低減することができ、繊維強化樹脂複合材のコストを低減することができる。
以上のように、本発明の繊維強化樹脂複合材は、耐久性に優れ、かつ低コストであるため、様々な構造体の材料として用いることができ、例えば、軽量で高強度であることが要求される自動車用部材として用いることができる。より具体的には、例えば、自動車の内装材や外装材等として用いることが好適である。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
《繊維強化樹脂複合材の作製》
炭素繊維束としてはＰＡＮ系炭素繊維束（東レ（株）製トレカＴ３００Ｓ（６Ｋ））を用い、ガラス繊維束としてはセントラル硝子（株）製ＥＲＳ２３１０−２５３Ａを用いた。
まず、上記ＰＡＮ系炭素繊維束を開繊した。開繊したＰＡＮ系炭素繊維束に対し、あらかじめ上記ガラス繊維束をばらして得たガラス繊維フィラメントを、ガラス繊維／炭素繊維比で３０重量％加え、これらを撚り合わせて紡糸した。このようにして強化繊維束を形成した。
炭素繊維束としてはＰＡＮ系炭素繊維束（東レ（株）製トレカＴ３００Ｓ（６Ｋ））を用い、ガラス繊維束としてはセントラル硝子（株）製ＥＲＳ２３１０−２５３Ａを用いた。
まず、上記ＰＡＮ系炭素繊維束を開繊した。開繊したＰＡＮ系炭素繊維束に対し、あらかじめ上記ガラス繊維束をばらして得たガラス繊維フィラメントを、ガラス繊維／炭素繊維比で３０重量％加え、これらを撚り合わせて紡糸した。このようにして強化繊維束を形成した。
続いて、上記形成した強化繊維束を複数用いて平織りシートを作製した。作製した平織りシートを１ｍｍ厚となるように複数積層し、熱可塑性樹脂を含浸した。
これにより、本発明の繊維強化樹脂複合材を作製した。
これにより、本発明の繊維強化樹脂複合材を作製した。
また、比較例１として、上記ＰＡＮ系炭素繊維束を開繊することなく、これをそのまま用いて平織りシートを作製し、上記と同様の方法で、比較例１の繊維強化樹脂複合材を作製した。
また、比較例２として、上記ＰＡＮ系炭素繊維束と上記ガラス繊維束を開繊することなくそのまま用いて平織りシートを作製し、上記と同様の方法で、比較例２の繊維強化樹脂複合材を作製した。
また、比較例２として、上記ＰＡＮ系炭素繊維束と上記ガラス繊維束を開繊することなくそのまま用いて平織りシートを作製し、上記と同様の方法で、比較例２の繊維強化樹脂複合材を作製した。
《繊維強化樹脂複合材の評価》
上記のようにして作製した各繊維強化樹脂複合材を裁断加工して、ＪＩＳ Ｋ７０８２号に準拠して試験片を作製した。
作製した試験片に対して、疲労試験機（島津製作所製 油圧サーボ式強度試験機 Ｅ１００ｋＮ）を用いて周波数１０Ｈｚの正弦波（応力レベル０．７）で荷重を付加する両振り平面曲げ疲労試験を行い、試験片が破壊されるまでの荷重付加の繰り返し数［Ｎ］によって繊維強化樹脂複合材の耐久性を評価した。
上記のようにして作製した各繊維強化樹脂複合材を裁断加工して、ＪＩＳ Ｋ７０８２号に準拠して試験片を作製した。
作製した試験片に対して、疲労試験機（島津製作所製 油圧サーボ式強度試験機 Ｅ１００ｋＮ）を用いて周波数１０Ｈｚの正弦波（応力レベル０．７）で荷重を付加する両振り平面曲げ疲労試験を行い、試験片が破壊されるまでの荷重付加の繰り返し数［Ｎ］によって繊維強化樹脂複合材の耐久性を評価した。
本発明の繊維強化樹脂複合材に対する耐久試験の結果、試験片が破壊されるまでの荷重付加の繰り返し数［Ｎ］は１０５回であった。
また、比較例１の繊維強化樹脂複合材の試験片が破壊されるまでの荷重付加の繰り返し数［Ｎ］は１０５回であった。
また、比較例２の繊維強化樹脂複合材の試験片が破壊されるまでの荷重付加の繰り返し数［Ｎ］は１０４回であった。
また、比較例１の繊維強化樹脂複合材の試験片が破壊されるまでの荷重付加の繰り返し数［Ｎ］は１０５回であった。
また、比較例２の繊維強化樹脂複合材の試験片が破壊されるまでの荷重付加の繰り返し数［Ｎ］は１０４回であった。
これらの結果から、本発明の繊維強化樹脂複合材は、従来の炭素繊維束とガラス繊維束とからなる繊維強化樹脂複合材（比較例２）よりも耐久性に優れ、炭素繊維束のみからなる繊維強化樹脂複合材（比較例１）と同等の耐久性を有していることが示された。また、本発明の繊維強化樹脂複合材は、炭素繊維束のみからなる繊維強化樹脂複合材（比較例１）よりも低コストである点で優れるものである。
Claims (2)
- 複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材を備える自動車内装材であって、
前記強化繊維束は、炭素繊維フィラメントとガラス繊維フィラメントとが撚り合わされてなり、
前記炭素繊維フィラメントの径は５〜７μｍであり、かつ、前記ガラス繊維フィラメントの径は１０〜２４μｍであり、
前記複数の強化繊維束は、積層された複数の平織シートを構成することを特徴とする自動車内装材。 - 複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材を備える自動車外装材であって、
前記強化繊維束は、炭素繊維フィラメントとガラス繊維フィラメントとが撚り合わされてなり、
前記炭素繊維フィラメントの径は５〜７μｍであり、かつ、前記ガラス繊維フィラメントの径は１０〜２４μｍであり、
前記複数の強化繊維束は、積層された複数の平織シートを構成することを特徴とする自動車外装材。
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