JPH02231244A - バンパー用強度部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はバンパー用強度部材の改良に関するものである
。

（従来技術とその問題点） 近年、自動車のバンパーきして、軽量化を図ったプラス
チック製バンパーが提供されており、股に第１図に示す
ように、表皮部材ｌとエネルギー吸収体である発泡体緩
衝材２と剛性支持部材である強度部材３とから構成され
る。特に、強度部材３は軽量にて剛性の高い材料として
ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が使用される。

かかるガラス繊維強化プラスチックとして、ガラス繊維
構造面からは、上下樹脂間に短いストランドのガラス繊
維（ランダム材）を無作為に散布してあらゆる方向に均
一な引張り強度を有するＳＭＣ（シ一トモールドコンパ
ウンド）を使用すると、強度部材の長手方向における強
度が不足するため、特公昭５１−４８６６７号に示され
るようにＳＭＣとして強度部材の長手方向に連統したガ
ラス繊維（一方向性材）を上記ランダム材と交互に配設
するものの使用が推奨される。しかしながら、この種一
方向性材を配設した強度部材を使用するバンパーに衝突
荷重が加わると、マトリックス樹脂側に亀裂が生ずる傾
向にあり、エネルギー吸収性能の向上には限界があった
。

他方、マトリックス用樹脂面からは、舟艇等に用いられ
る不飽和ポリエステル樹脂とガラス繊維とを組み合わせ
Ｉ；ガラス繊維強化不飽和ポリエステル樹脂組成物では
バンパー用強度部材のような高耐衝撃性を必要とする用
途には不十分であるので、比較的分子量の高い不飽和ポ
リエステル樹脂を使用したり、柔軟性および靭性に優れ
た不飽和ポリエステル樹脂を使用したり、強化材である
ガラス繊維を多く使用する方法が提案されているものの
、耐衝撃性の点で十分でないとして、米国特許第４．０
６７．８４５号および同第４，３２７，１４５号ではウ
レタン変成不飽和ポリエステル樹脂の使用が提案されて
いる現状にある。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、上記改善はガラス繊維強化プラスチックがガ
ラス繊維とマトリックス樹脂との相互作用にあるものの
、ガラス繊維またはマトリックス樹脂の一方のみに着目
するものであるため、両者の相互作用によって生ずる亀
裂に対する考慮が不十分であるという問題点がある。そ
こで、本発明は両者の相互作用に着目し、バンパー用強
度部材としてガラス繊維強化熱硬化性プラスチックを用
いる場合の割れに対する改善を図り、もってエネルギー
吸収性能を向上させることを目的とする。

（課題解決のための手段） 本発明はガラス繊維強化熱硬化性グラスチック製強度部
材において、エネルギー吸収との関係を検討してみると
、マトリックス樹脂に亀裂が発生すると、切り欠き効果
（ノッチェ７エクト）によりガラス繊維が切断しやすく
なるため、マトリックス樹脂の伸び率を向上させ、ガラ
ス繊維が破壊するまでマトリックスの特性を保持させる
のがエネルギー吸収性能の向上に最も効果的であること
が見出された結果、完成したもので、その要旨とすると
ころは、 強化材としてのガラスａｍと、それを内部に分散させる
マトリックスとしての熱硬化性樹脂とからなるガラス繊
維強化熱硬化性プラスチックから製造されるバンパー用
強度部材であって、ガラス繊維と複合するマトリックス
用熱硬化性樹脂がガラス繊維より大きい伸び率に調整さ
れていることをことを要旨とするバンパー用強度部材に
ある。

本発明において、強度部材に使用されるガラス繊維は通
常、繊維の束であるストランドとして用いられる。繊維
の伸び率はおよそ４％であるから、マトリックス樹脂の
硬化時の伸び率は４〜３０％に設定される。マトリック
ス樹脂の伸び率が４％未満ではガラス繊維の破断より先
にマトリックス樹脂が破断されて充分に相乗作用を発揮
できないからである。

他方、マトリックス樹脂の伸び率が、３０％を越えると
、ガラス繊維との結合度が弱くなり、ヤング率が低下し
て強度部材として必要な剛性が得られないからである。

特に、他の強度部材物性との関係においては７〜ｌＯ％
が好ましい。

マトリックス樹脂としては不飽和ポリエステル樹脂にウ
レタンを変性したもの、即ち、不飽和ポリエステル樹脂
をポリイソシア不一ト化合物のウレタン化反応と同時に
重合させるかまＩ；はその後重合させたウレタン変成不
飽和ポリエステル樹脂、例えば、ウレタン変性不飽和ポ
リエステル樹脂「ＡＧＵ−２１００」（Ａｃインタナシ
ョナル・ケミカル社製）が使用できる他、ビニルエステ
ル樹脂も同様に上記伸び率に調整ずることができる樹脂
の代表例として挙げることができる。

上記ウレタン変成不飽和ポリエステル樹脂を製造するに
あたっては、不飽和ポリエステルを重合性ビニル単量体
および重合禁止剤と、要すれば、多価アルコールの存在
下に相互溶解させて得た常温で液状の不飽和ポリエステ
ル樹脂、常温で液状のポリイソシアネート化合物および
熱分解型ラジカル重合開始剤を均一に混合した後、予め
ウレタン化反応を行わしめることによって増粘（いわゆ
るＢステージ化）させるのがよい。それにより、ベタツ
キがなく、成形時の流動性に優れたシート状もしくは塊
状の成形材料を作製することかでさる。この成形材料は
熱グレス成形することによって、ラジカル重合反応を行
わせるとウレタンの変成度合によってその伸び率を所定
の値に調製することができる。また、上記液状の不飽和
ポリエステル樹脂と常温で液状のポリイソンアネート化
合物とを所定温度に保持した金型内に均一混合しつつ注
入してウレタン化反応とラジカル重合反応とをほぼ同時
に行わせるようにするのがよい。

上記ガラス繊維としては約１インチ程度に切断されたチ
Ｈツブドストランドを用い、第４図に示すようにランダ
ム充填を行うか（以下、Ｘタイプという）、あるいは上
記チョップドストランドと一方向に連続した一方向性ス
トランドとを組み合わせ、第５図のように交互に充填配
設するようにしてよい（以下、Ｙタイプという）。前者
の場台、上記成形品重量の５０〜７０重量％を配合する
のが適当である。後者の場合も全体として成形品重量の
５０〜７０３１量％を配合するが、そのうちチョップド
ストランド７０〜９０重量％、一方向性繊維を残り１０
〜３０重量％配合するのが適当である。

これらガラス繊維は旭７アイバーグラス株式会社製のも
のを使用することができる。

上記強度部材は第６図および第７図に示すように開断面
形式のもの（以下、Ａタイプという）、第８図および第
９図に示す背面を封鎖した閉断面形式のもの（以下、Ｂ
タイプという）とすることができるだけでなく、第３図
に示すように強度部材のみからなるバンパーＢをバンパ
ースティＳに取り付ける場合にも適用することができる
。

（作用） 本発明によれば、ガラス繊維が破断するに至るまでこの
ガラス繊維のマトリックスを形成する樹脂が破断しない
ため、ガラス繊維とマトリックス樹脂との相乗作用によ
る大きな衝突荷重に耐えうるＦＲＰ特有のエネルギー吸
収性能を発揮することができる。

以下、本発明を添付図面に示す具体例に基づき、詳細に
説明する。

（実施例） 第ｌ図は本発明の対象とされるバンパーの概要を示す平
面図で、第２図はその縦断面図で、表皮部材ｌの内部に
はウレタン発泡体等の緩衝材２を嵌挿または充填し、該
緩衝材２に当接して強度部材３を設け、ステ−４を介し
て図示しないボディに取り付けるようになっている。

上記強度部材３は以下のＳＭＣ工法により製造しｊ二。

強度部材の製法 （実施例ｌ） 反応器にイソフタル酸１３４８重量部（以下、単に部と
称する）、ネオペンチルグリコール１６５７部、エチレ
ングリコール９８８部を仕込み、窒素ガスを流しながら
撹拌、加熱を開始し、徐々に昇温し、最高温度２０５℃
で、常法に従って脱水縮合反応を行い、反応混合物の酸
価が４．７になったところで加熱を停め、１２０℃まで
冷却し、次にフマル酸１８８４部を仕込んだ後、再び加
熱を開始し、最高温度２２５℃で脱水縮合反応を行い、
不飽和ポリエステルを得る。その後、１７０゜Ｃまで冷
却し、ハイドロキノン１２部、バラベンゾキノン２、５
部を添加し、スチレンに溶解して不飽和ポリエステル樹
脂を得る。この不飽和ポリエステル樹脂３５０部にポリ
エチレングリコールｌ４８部、ｔ−プチルバーベンゾエ
ート５部を均一混合した後、ポリイソシアネート化合物
２０７部を加えて素早く混合して硬化時の伸び率７％の
マトリックス樹脂を得る。このマトリックス樹脂１００
部に対し１インチ長さのチョップドストランド１９０部
を常法により均一に含浸させ、シート状にし、熟成し、
タックフリー状態のＳＭＣを得る。これを所定寸法に裁
断して計量して加熱された金聖にチャージし、加圧して
硬化後脱型して強度部材を得る。また、上記実施例ｌと
同様にして、不飽和ポリエステル樹脂をウレタン変成さ
せることによりマトリックス樹脂のその伸び率を調整し
、その物性を第１表に示す。

第１表 本発明のマトリックス樹脂の物性 （実施例２） 実蒐例１で使用したマトリックス樹脂１００部に対し１
インチ長さのチョップドストランド１４６部、一方向性
ストランド４４部を第５図に示すように、交互に配列す
るように均一に含浸させ、シート状にし、熟成し、タッ
クフリー状態のＳＭＣを得る。これを所定寸法に裁断し
て計量して加熱された金型にチャージし、加圧して硬化
後脱型して強度部材を得る。

（比較例） 上記実施例と同様の反応器を用い、イソフタル＃１８４
６ｆｉ、無水”ｒレイン＃ｌ　６　３　５ｆｆｉ、フ０
ピレングリコール２２２０部を上記実施例と同様の方法
で反応させ、酸価２５．５の不飽和ポリエステルを合成
した後、スチレンで溶解し、不飽和ポリエステル樹脂を
得る。この不飽和ポリエステル樹脂３５００部にステア
リン酸亜鉛１０５部、酸化マグネシウム７０部、ｔ−プ
チルバーペンゾ工−　ト３　５部に変更した以外は実施
例と同様にして伸び２％のマトリックス樹脂を得る。

このマトリックス樹脂１００部に対し１インチ長さのチ
ョップドストランド１５０部を常法により均一に含浸さ
せ、シート状にし、熟成し、タツク７り一状態のＳＭＣ
を得る。これを所定寸法に裁断して計量して加熱された
金型にチャージし、加圧して硬化後脱型して強度部材を
得る。

（比較例２） 比較例ｌで使用したマトリックス樹脂１００部に対しｌ
インチ長さのチｅツプドストランド１１３部、一方向性
ストランド３７部を交互に配列するように常法により均
一に含浸させ、シート状にし、熟成し、タックフリー状
態のＳＭＣを得る。

これを所定寸法に戟断じて計量して加熱された金型にチ
ャージし、加圧して硬化後脱型して強度部材を得る。

（静荷重試験） 伸び率７％のマトリックス樹脂を使用した実施例■の開
断面強度部材（Ａ−Ｘ）および実施例２の開断面強度部
材（Ａ　−　Ｙ）伸び率２％のマトリックス樹脂を使用
した比較例ｌの開断面強度部材（Ａ−Ｘ＞および比較例
２の開断面強度部材（Ａ　−　Ｙ）とを次のようにして
静荷重試験を行い、そのたわみ量と発生荷重との関係を
比較した。

試験方法 第１５図（ａ），および（ｂ）に示すように、組み立て
て行う。

■受け治具５に強度部材３をボルト締めにて固定する。

■図示しない試験＄ｌｌ（島津製作所製才一トグラフＡ
Ｇ−　１　０ＴＡ）の受台に上記治具をセットする。

■強度部材３の中央部に２００ＸＩＯＯＸｌＯｒｆｌＩ
１の硬質ゴム６を介して押し当て治具７をセットする。

■無荷重状態で０点を調整する。

■加圧開始一荷重／たわみを連続的に記録していく。

■破壊点で如圧を停止する。

その結果を第１０図に示す。比較例２のチョップドスト
ランドと一方向性ストランドを交互配列している場合は
約３　．　５　ｔｏｎを越えたところで樹脂割れが生じ
、ストランドが破断した。これに対し、実施例２の場合
は約６　ｔｏｎまでは十分に堪え、６．５　ｔｏｎを越
えたと．ころで樹脂割れと同時に、ストランドが破断し
た。他方、比較例ｌの場合はチョップドストランドだけ
であるから、発生荷重は２ｔｏｎを越えず、たわみ量２
０＋ｎ＋近辺から樹脂が破断を開始し、次いでストラン
ドも破断した。これに対し、実施例ｌの場合は実施例２
よりも発生荷重は小さいが、比較例２の一方向性ストラ
ンドを使用する場合よりも大きく、マトリックス樹脂の
伸び率がガラス繊維よりも大きいと、強度部材のたわみ
量を大きくして大きな荷重に耐えるものとすることがで
きることがわかる。上記変化およびその面積から次の破
壊荷重および吸収エネルギーを読み取ることができる。

タイプ　破壊荷重　吸収エネルギー 比較例Ｌ　　Ａ−Ｘ　　ｌ　．９ｔｏｎ　　２　８　２
　５　０ｋｇｆｍｍ２　　Ａ−Ｙ　　３．７　　　　２
８６７５実施例Ｉ　　Ａ−Ｘ　　４．９　　　　５５１
２５２　　Ａ−Ｙ　　６．６　　　　９２４００（マト
リックス樹脂伸び率と曲げ強度および引張強度との関係
） 不飽和ポリエステル樹脂をウレタン変成して伸び率２〜
２５％に調整したマトリックス樹脂のみで作成した注型
板とそのマトリックス樹脂にチョップドストランドを成
形品の６５重量％を含浸したＳＭＣ板との樹脂伸び率の
変化と曲げ強度と引張強度の変化をＪＩＳＫ７０５４お
よび７０５５にて測定した。結果を第１１図に示す。

注型板の場合は樹脂の伸び率に従って、曲げ強度および
引張強度は減少するが、ＳＭＣ板の場合は樹脂伸び率５
％までは急激に上昇し、以後ほぼ殆ど変化しなかった。

（マトリックス樹脂伸び率と曲げ弾性率および引張弾性
率との関係） 不飽和ポリエステル樹脂をウレタン変成して伸び率２〜
２５％に調整したマトリックス樹脂のみで作成した注型
板とそのマトリックス樹脂にチョップドストランドを成
形品の６５重量％を含浸したＳＭＣ板との樹脂伸び率の
変化と曲げ弾性率と引張弾性率の変化をＪＩＳＫ７０５
４８よび７０５５にて測定した。結果を第１２図に示す
。

注型板の場合は樹脂の伸び率に従って、曲げ弾性率およ
び引張弾性率は減少するが、ＳＭＣ板の場合は樹脂伸び
率５％までは急激に上昇し、７％前後で最大の弾性率が
得られることがわかる。

（ペンデュラム試験） 不飽和ポリエステル樹脂をウレタン変成して伸び率４〜
５０％に調整したマトリックス樹脂にチョップドストラ
ンドを成形品の６５重量％相当量第４図のように含浸し
たＳＭＣ板から製造された強度部材（Ｂ−Ｘタイプ）と
、チョップドストランドおよび一方向性ストランドを成
形品の６５重量％相当量第５図のように含浸したＳＭＣ
板から製造された強度部材（Ｂ−Ｙタイプ）について、
マトリックス樹脂伸び率とペンデュラム試験時のクリヤ
ー打撃速度との関係を調査すると第１３図および第１４
図に示す通りであった。

尚、試験条件は第１６図および第１７図に示すように、
車体重量は１３００ｋｇの自動車に上記強度部材３を取
り付け、同重量の振り子を最下位置で強度部材３を打撃
するように設定し、車体のブレーキ、ギヤ等を解除して
所定の高さから振り子を落下させる。　上記結果より、
マトリックス樹脂の伸び率がガラス繊維の伸び率を越え
ると、曲げ強度および引張強度は減少するが、強度部材
に割れが発生するＮＧラインおよび異常のないＯＫライ
ンが上昇し、マトリックス樹脂の伸び率７％で最高値が
得られた。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、プラス
チック製バンパーにおいて、上記強度部材がガラス繊維
強化熱硬化性プラスチックからなり、ガラス繊維と複合
するマトリックス樹脂がガラス繊維より大きい伸び率に
調整したので、ガラス繊維が破断するに至るまでこのガ
ラス繊維のマトリックスを形成する樹脂が破断せず、ガ
ラス繊維とマトリックス樹脂との相乗作用による大きな
衝突荷重に耐えうるＦＲＰ特有のエネルギー吸収性能を
発揮することができる。また、マトリックス樹脂の伸び
率を調整するだけでよいので、製造が容易である。

尚、本発明は第１０に示す表皮部材、発泡体緩衝材及び
強度部材とからなるプラスチック製バンパーに基づいて
説明したが、第３図に示す強度部材のみからなるバンパ
ーＢをバンパーステイＳに取り付ける場合にも適用する
ことができるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

嬉１図は本発明の対象とされるバンパーの概要を示す平
面図で、第２図はその縦断面図、第３図は本発明の対象
とされる他のバンパーの縦断面図、第４図はマトリック
ス樹脂にチョップドストランドをランダム配向した状態
の断面模式図、第５図はマトリックス樹脂にチョップド
ストランドとコンテニュアスストランドとを交互に配置
した状態の断面模式図、第６図は本発明が適用される開
断面タイプの強度部材の斜視図、第７図は第６図の中央
断面斜視図、第８図は閉断面タイプの強度部材の斜視図
、第９図は第８図の中央断面斜視図、茅ＩＯ図は静荷重
試験での強度部材のたわみ量と発生荷重との関係を示す
グラフ、第１１図は樹脂伸び率と曲げ強度および引張強
度との関係を示すグラフ、第１２図は樹脂伸び率と曲げ
弾性率および引張弾性率との関係を示すグラフ、第１３
図および第１４図は図示の閉断面強度部材の樹脂伸び率
とペンデュラム試験時のクリヤー打撃速度との関係を示
すグラフ、第１５図（ａＸｂ）は静荷重試験装置を示す
正面図および断面側面図、第１６図はペンデュラム試験
の概要を示す説明図、第１７図は衝撃位置の詳細図であ
る。 ｌ・・・表皮部材、２・・・発泡体緩衝材３・・・強度
部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強化材としてのガラス繊維と、それを内部に分散さ
   せるマトリックスとしての熱硬化性樹脂とからなるガラ
   ス繊維強化熱硬化性プラスチックから製造されるバンパ
   ー用強度部材であって、ガラス繊維と複合するマトリッ
   クス用熱硬化性樹脂がガラス繊維より大きい伸び率に調
   整されていることを特徴とするバンパー用強度部材。 ２、上記ガラス繊維がチョップドストランドであって、
   成形品重量の５０〜７０重量％を上記マトリックス樹脂
   に対しランダムに充填配設してなる請求項１記載のバン
   パー用強度部材。 ３、上記ガラス繊維がチョップドストランドと一方向性
   ストランドとからなり、成形品重量の５０〜７０重量％
   を含み、上記マトリックス樹脂に対し、チョップドスト
   ランドをそのうち７０〜９０重量％、一方向性繊維を残
   部１０〜３０重量％を交互に充填配設してなる請求項１
   記載のバンパー用強度部材。 ４、上記マトリックス用熱硬化性樹脂がその伸び率４〜
   ３０％に調整されているウレタン変成不飽和ポリエステ
   ル樹脂からなる請求項１〜３のいずれかに記載のバンパ
   ー用強度部材。