JPS62240514A - 複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシ−ト及びそれを成形してなるバンパ−ビ−ム - Google Patents

複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシ−ト及びそれを成形してなるバンパ−ビ−ム

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JPS62240514A
JPS62240514A JP61283276A JP28327686A JPS62240514A JP S62240514 A JPS62240514 A JP S62240514A JP 61283276 A JP61283276 A JP 61283276A JP 28327686 A JP28327686 A JP 28327686A JP S62240514 A JPS62240514 A JP S62240514A
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幸男 佐藤
Shunpei Minagawa
皆川　俊平
Masaru Koshimoto
越本　勝
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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］ 本発明は複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシー
ト及びそれを成形してなるバンパービームに係り、特に
自動車用構造部品等の一方向に機械的強度を要求される
成形部品をスタンピング成形するに好適な、一方向に引
揃えた長繊維を複合してその引揃え方向に強化した熱可
塑性樹脂スタンパブルシート及びそれを成形してなるバ
ンパービームに関する。
［従来の技術］ 従来、車両、特に自動車等には緩衝材として金属製のバ
ンパーが多く用いられていたが、これら金属製のバンパ
ーにあっては、車両の衝突の際の車体の損傷を防ぐため
に、比較的厚肉の金属板を必要とし、従って相当重量を
有し、その分目動車の燃費を悪くするものであった。ま
た、金属製のバンパーは、衝突の際、バンパーが塑性変
形を起こして車両の外観が損なわれるという欠点を有す
るばかりでなく、衝突時の衝撃が車内にまで伝播しやす
く乗車員を傷つけ事故を大きくするという欠点を有して
いる。
金属製バンパーの剛性の向上を目的として、様々な改良
がなされているが、いずれのバンパーも、製造に際して
溶接等複雑かつ煩雑な作業工程を必要とするばかりでな
く、重量も大幅に増加するという問題がある。しかも、
材質が金属であるため衝突の際の塑性変形も十分に防ぎ
きらず、錆が発生し易いなど耐腐食性に劣るため、保守
に相応の労力を要するという欠点もある。
このような金属製のバンパーの欠点を解決し、機械的強
度、特に剛性や耐衝撃性に優れ且つ大幅に軽量化された
バンパーを提供するべく、本出願人らは、長繊維強化熱
可塑性樹脂シートにより作られている車両用緩衝材（バ
ンパービーム）を考案し、先に出願した（実開昭５７−
１７４１５３）。
ここで用いられる長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブル
シートは従来より知られている（例えば特開昭６Ｏ−３
６１２７）。ガラス繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブル
シートは、熱可塑性樹脂板と強化材である例えばスワー
ル状（うずまき状）のガラス繊維マットとを積層し、゛
加熱して前記熱可塑性樹脂を溶融し、加圧してガラス繊
維マット中へ前記溶融樹脂を含浸させ、加圧したまま冷
却固化させて製造される。このようにして製造されたス
タンパブルシートは、所定の形状のプレス型により容易
にスタンピング成形されてバンパービーム等の最終製品
とすることができる。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来の長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシートは、
平面方向において、長手方向とそれに垂直な方向とでは
強度差がない。このため、バンパーのように長手方向に
垂直な方向にはそれほど強度は必要とせず、長手方向に
は相当に高い機械的強度を必要とする製品については、
長手方向に垂直な方向の強度は満足するものの長手方向
の強度はその要求を満足し得ないという欠点がある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記従来の問題点を解決し、バンパービーム
等の一方向に大きな機械的強度を要求されるスタンプ成
形品を成形するに好適な複合長繊維強化熱可塑性樹脂ス
タンパブルシート及びそれにより成形されるバンパービ
ームを提供するものであって、 一方向に引揃えした補強長繊維と長繊維マットとの積層
体に熱可塑性樹脂を含浸せしめてなり、前記積層体中に
おける前記補強長繊維の割合が３０〜８０重量％であり
、前記積層体が２０〜７０重量％、前記熱可塑性樹脂が
３０〜８０重量％の割合でそれぞれ含有されていること
を特徴とする複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンバプル
　。
シート、及びこの複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパ
ブルシートを成形してなるバンパービーム、 を要旨とするものである。
以下に本発明の詳細な説明する。
本発明の複合長繊維強化熱可塑性スタンパブルシートは
、一方向に引揃えした補強長繊維（以下、「引揃え長繊
維」ということがある。）と長繊維マットとの積層体に
、熱可塑性樹脂を含浸せしめてなり、前記積層体中にお
ける前記補強長繊維の割合が３０〜８０重量％であり、
前記積層体が２０〜７０重量％、前記熱可塑性樹脂が３
０〜８０重量％それぞれ含有されているものである。
本発明における熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン
、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタ
レート、ポリアミド、ＰＰＳ等が用いられる。
また、引揃え長繊維としてはガラス長繊維、炭素繊維、
ケブラー繊維等が用いられ、長繊維マットとしては例え
ば上記長繊維を使用したスワール状のコンテイニアスス
トランドが用いられる。
長繊維マットと引揃え長繊維は同種の材料の組み合わせ
でもよく異種の組合せでも差しつかえない。これら引揃
え長繊維と前記長繊維マットとは、ニードリング（針打
ち）にて機械的に結合して積層体とされているものが好
ましい。
なお、本発明において、一方向に引揃える補強長繊維と
しては、より平行かつ直線状に引き揃えるために、スプ
リットストランドではなく、ストランド同志を接合する
ことなく巻き取ったストランドを用いるのが有利である
。このようなストランドロービングとしては、１００フ
イラメント〜２０００フイラメントのもの、例えば４０
０フィラメメント程度のスプリットされていないものを
必要に応じて複数個並列に引き揃えて用いるのが好まし
い。
また、スワールマット等の長繊維マット用の繊維として
は、２００〜２０００個のチップを有するブッシングか
ら引かれた２００〜２０００本のガラスフィラメントを
スプリットさせずに又は８本以下にスプリットさせ、バ
インダーを吹きつけながら集束したストランドが用いら
れる。このようなストランドで形成されるスワールマッ
トは、スワールの径が１５０〜８００ｍｍ程度のもので
あることが好ましい。
本発明において、一方向に引揃えした補強長繊維と長繊
維マットとの積層体の積層構成は特に制限はないが、シ
ートの反りの発生等を防止する点から、厚み方向に中心
から対象な積層構造とされているものが好ましい。例え
ば、第１図に示す如く、外側に長繊維マット２、内側に
引揃え長繊維３が積層されてなる積層体１が好ましい。
また、第１図に示すものとは逆に外側に引揃え長繊維、
内側に長繊維マットとしたものでも良い。
この積層構造は、スタンパブルシートの使用目的等に応
じて適宜決定される。即ち、長繊維マットは引揃え長繊
維層に比べて多くの樹脂成分を含浸することから、製品
スタンパブルシートを互いに熱融着させる必要がある場
合には、第１図に示す如く、樹脂成分を多く含浸する長
繊維マットを外側層とするのが、熱融着が容易になるこ
とから好ましい。一方、引揃え長繊維を外側とした場合
にはより高い強度向上効果を得ることができる。
なお、第１図において、積層体１は長繊維マット２、引
揃え長繊維３、引揃え長繊維３、長繊維マット２の４、
層構造となっているが、これは、製造の効率化のために
、まず、長繊維マット２と引揃え長繊維３との２層構造
の積層体を製造し、これを長繊維マット２が外側となる
ように２枚重ねて製造したことによる。ただし、本発明
では長繊維マット層と引揃え長繊維層との積層数は２．
３あるいは５以上であっても良い。
本発明のスタンパブルシートにおいて、補強長繊維の量
が少なすぎると、必要とする長手方向の強度が得られ難
くなり、この量が多すぎると長手方向に垂直な方向の強
度が低下するので、この量は積層体に対して３０〜８０
重量％であることが好ましい。
また、マット中の積層体の量が少なすぎると製品の機械
的強度の低下を招き、また多すぎるとスタンピング成形
が困難となる。従って、マット中の積層体の量は２０〜
７０重量％、熱可塑性樹脂の量は３０〜８０重量％とす
る。
本発明のスタンパブルシートは、例えば次のようにして
製造される。
まず、長繊維マットと引揃え長繊維との積層体を製造す
る。例えば、ベルトコンベア上に長繊維ストランドを、
数百〜数千木はぼ平行に配列された状態で、かつストラ
ンドの長手方向がコンベアの進行方向に一致するように
引揃えて送り出し、この引揃えた長繊維上に長繊維を、
ＵＳＰ４，１５８，５５７記載きるが如く、スワール状
に積層して、針（又はニードル）により針打ちする。こ
の場合、針（又はニードル）の反対側のマットの方が、
針（又はニードル）によるストランドの切断が少ないこ
とから、高強度を要求される引揃え長繊維を下側（針（
又はニードル）とは反対側）とし、スワールマット側か
ら針打ちするのが強度低下をおさえることができ、好ま
しい。
製造された２枚の引揃え長繊維とスワールマットとの積
層体を、特開昭６０−３６１２７記載の方法と同様に、
引揃え長繊維が内側となるように、ポリプロピレン樹脂
の溶融物を間に供給しつつ、かつスワールマット面にポ
リプロピレン樹脂シートをそれぞれ重ねて、重ね合せ、
加熱、加圧してポリプロピレン樹脂シートを溶融含浸さ
せ、その後冷却してスタンパブルシートを得る。
次に、このような本発明の複合長繊維強化熱可塑性樹脂
スタンパブルシートを成形してなる本発明のバンパービ
ームについて説明する。
第２図は本発明のバンパービームの一実施例を示す斜視
図、第３図は第２図ｌｌｌ−■Ｉ線に沿う断面図、第４
図はバンパーの取付構造を説明する断面図である。
本実施例のバンパービーム１１は、長尺状に形成され、
且つ長手方向に垂直な断面は第３図に示されるように略
コ字形状に形成されている。バンパービーム１１の支持
具１４やリム表皮取付用孔１８は一体成形により作業性
を向上させることもできる。また、バンパービーム１１
の所定の箇所には、耐衝撃性を向上させるための補強用
リブ１２が長手方向に一体成形されていてもよい。
このような本発明のバンパービームは、前述の本発明の
スタンパブルシートより、好ましくは次のようにして製
作される。即ち、バンパービームの１個分に相当する重
量のスタンパブルシートを、樹脂の溶融温度に加熱した
金型内に引揃え長１ａｔａの引揃え方向が長手方向とな
るように、設置した後、スタンピング成形する。この際
、成形圧力は１００ｋｇ／ｃｍ’以上であることが好ま
しい。成形サイクルは通常３０〜１２０秒で、連続成形
も可能である。
ところで、バンパービームはその形状により局部的に凹
凸の激しい部分を有することがある。凹凸の激しい部分
においては、本発明のスタンパブルシートの引揃え長繊
維が流動し難く、樹脂が十分に成形型内に回り難いため
に、この部分で機械的強度が低下する場合がある。この
ような場合には、この部分に、本発明のスタンパブルシ
ートにパッチ当ての要領で、長繊維マット好ましくはス
ワールマットに熱可塑性樹脂を含浸せしめてなる長繊維
強化熱可塑性樹脂の小シートを積層して、スタンピング
成形するのが好ましく、これにより、凹凸部に高強度を
付与することができる。
この場合、長繊維強化熱可塑性樹脂の小シートの熱可塑
性樹脂及び長繊維としては、用いる本発明のスタンパブ
ルシートと同材質のものが好ましく、その長繊維と樹脂
との割合は、長繊維マット２０〜７０重量％、熱可塑性
樹脂３０〜８０重量％であることが好ましい。
このようにして製造される本発明のバンパービーム１１
は、第４図に示す如く、開放側が車体１３に向けられた
状態で、断面コ字形の支持具たるステー１４を介して車
体１３の一端側に取付けられる。バンパービーム１１と
ステー１４とはナツト及びボルト１９によって連結され
る。
バンパービーム１１のステー１４が取付けられていない
側には、断面コ字形状に形成され且つバンパービーム１
１の一端側を略々囲繞するようウレタンなどの樹脂製の
リム表皮１６が設けられる。また、このリム表皮１６の
内周面とバンパービーム１１の一端面とにより形成され
る中空部には、緩衝用充填材としての発泡ウレタンフォ
ーム１７が充填される。なお、緩衝用充填材としてはウ
レタン以外の発泡体、あるいはゴム状弾性体又はハニカ
ムであってもよい。ただし、軽量化の点で発泡ウレタン
フオームが最も好ましい。
〔作用］ 本発明の複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシー
トは、強化繊維が、一方向に引揃えた長繊維と長繊維マ
ットとの積層体であるため、長繊維マット自体も優れた
補強作用を有する上に、引揃え長繊維は、その引揃え方
向に著しく優れた補強効果を奏し、バンパー等の長尺部
材の成形材料として、優れた機械的強度を提供すること
ができる。
しかして、このような本発明のスタンパブルシートを成
形して得られる本発明のバンパービームは、次のような
優れた特長を有する。
■　機械的強度、特に長手方向の剛性や衝撃強度に優れ
ているため安全性が極めて高い。
■　衝撃等の外力に対し凹陥復元力が大きく、塑性変形
を起こし難い。
■　衝突等による緩衝材の破断時に、破断部の飛散や鋭
利な破断面を生ずることがなく、安全性が高い。
■　金属製バンパー等に比し、爆接等の複雑な作業工程
を必要とせず、スタンピング成形により一工程で製作で
き、製作が極めて容易で、作業性が高い。
■　極めて軽量化が図られており、自動車にあっては燃
費の軽減に貢献するなど省資源化の要請に応することが
できる。
［実施例］ 以下、実施例について説明する。
実施例１〜３ 補強長繊維用長繊維として繊維径２３μのガラス繊維を
１０００本集束したガラスストランドを、また、長繊維
マット用繊維として、繊維径２３μのガラス繊維を８０
０木／８ＳＰ（即ち、１スプリツトに１００本集束して
８スプリツトとしたもの）集束したストランドを用いて
、まず積層体を製造した。
まずベルトコンベア上に上記補強長繊維用ストランドを
、はぼ平行に配列された状態で、かつストランドの長手
方向がコンベアの進行方向に一致するように引揃えて送
り出し、この引揃えた長繊維上に上記長繊維マット用ス
トランドを１１５Ｐ４，１５８．５５７に記載されるが
如く、スワール状に積層して、スワールマットと引揃え
ストランドとを機械的に結合し、一体化した積層体とし
た。積層体は、スワールマット５０重量％、引揃え長繊
維５０重量％となるように積層した。
熱可塑性樹脂としてポリプロピレンシートを使用し、そ
れぞれ３０重量％（実施例１）、４０重量％（実施例２
）、５０重量％（実施例３）のガラス含有率となる様に
、該積層体と該シートを２枚のステンレス製鉄板の間に
積層してはさみ２３０℃で３分間加熱プレスして該樹脂
を該積層体に含浸させた後、５０℃に設定した冷却プレ
スに挿入して冷却固化させ、厚味２〜４ｍｍのスタンパ
ブルシートを作製し、その機械的強度を評価した。
結果を第１表に示す。
実施例４〜６ 実施例１〜３においてスワールマット：引揃え長繊維＝
４０：６０（重量％）としたこと以外は同様にしてスタ
ンパブルシートを作製し、その機械的強度を評価した。
結果を第１表に示す。
実施例７ 実施例３においてスワールマット：引揃え長繊維＝３０
ニア０（重量比）としたこと以外は同様にしてスタンパ
ブルシートを作製し、その機械的強度を評価した。
結果を第１表に示す。
比較例１〜３ 実施例１〜３において、スワールマットのみ（引揃え繊
維なし）としたこと以外は同様にしてスタンパブルシー
トを作製し、その機械的強度を評価した。
結果を第１表に示す。
第１表より、本発明のスタンパブルシートは、引揃え長
繊維の引揃え方向において、極めて優れた機械的強度を
有することが明らかである。
実施例８ 第２表に示す割合で、スワールマット、引揃え長繊維及
び熱可塑性樹脂を含有するスタンパブルシートＡ及びＢ
を作製した。
なお、引揃え長繊維としては繊維径２３μｍのガラス繊
維をｔ　ｏｏｏ本集束したもの、スワールマットの長繊
維としては同ガラス繊維を１００本集束したものを用い
た。また、熱可塑性樹脂としてはポリプロピレン樹脂を
用いた。
スタンパブルシートＡ％　Ｂ又はＡ％　Ｂを組み合せて
スタンピング成形して、第５図に示す形状のバンパービ
ーム（重量４．　２〜４．　３　ｋ　ｇ　）　Ｎｏ。
１〜３を作！し、各バンパービームについて、圧縮試験
機（島津製作所製ｌＳ−５０００）にて下記試験条件で
３点支持圧縮試験を行なって耐荷重を測定し、向上率を
調べた。結果を第３表に示す。
メｊＬｋ理 クロスヘッドスピード：　　１０ｍｍ／ｍｉｎスパン間
距＠：　　８９０ｍｍ 第　　３　　表 ＊１　　ｎ−３の平均値。
＊２Ｎｏｌを基準Ｚｏｏ％とする。
実施例９ 第６図に示すような形状のバンパービームを作製したこ
と以外は実施例８と同様にそれぞれバンパービームＮｏ
、４〜６を作製し、同様に耐荷重を測定して、向上率を
求めた。ただし、耐荷重の測定はスパン間距離８３０ｍ
ｍで行なった。結果を第４表に示す。
第　　４　　表 第３表及び第４表より、本発明のバンパービームは極め
て耐荷重が大きく、高強度で剛性が高いことが明らかで
ある。
［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の複合長繊維強化熱可塑性樹
脂スタンパブルシートは、長繊維マットと一方向に引揃
えた補強長繊維とで強化されたものであるため、その引
揃え方向に対して著しく優れた機械的強度特性を有し、
バンパー等の長尺部材等、特定方向にとりわけ高い強度
を要求される部材のスタンピング成形用材料として極め
て有用である。
しかして、このような本発明のスタンパブルシートを成
形してなる本発明のバンパービームは、従来の金属製バ
ンパーの欠点を解消するものであって、しかも、長手方
向において強度及び剛性等の機械的特性が大幅に向上さ
れた高特性バンパービームである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の複合長繊維強化熱可望性樹脂スタン
パブルシートの長繊維積層体の一実施例を示す断面図、
第２図は本発明のバンパービームの一実施例の全体構成
を示す斜視図、第３図は第２図のＩＩＩ　−ＩＩＩ線に
従う拡大断面図、第４図はバンパーの具体的な構成を示
す断面図、第５図は実施例７で作製したバンパービーム
の斜視図、第６図は実施例８で作製したバンパービーム
の斜視図である。 １・・・積層体、　　　　　２・・・長繊維マット、３
・・・引揃え長繊維、　　１１・・・バンパービーム、
１２・・・補強用リブ、 １７・・・発泡ウレタンフオーム、 １６・・・リム表皮。 代理人　　　弁理士　　　重　野　　剛第１図 第２図 第５図 第６図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）一方向に引揃えした補強長繊維と長繊維マットと
    の積層体に熱可塑性樹脂を含浸せしめてなり、前記積層
    体中における前記補強長繊維の割合が３０〜８０重量％
    であり、前記積層体が２０〜７０重量％、前記熱可塑性
    樹脂が３０〜８０重量％の割合でそれぞれ含有されてい
    ることを特徴とする複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタン
    パブルシート。
  2. （２）前記積層体は、補強長繊維層と長繊維マット層と
    が、積層体の厚み方向に対称となるようにそれぞれ複数
    層が積層されたものである特許請求の範囲第１項に記載
    の複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシート。
  3. （３）前記積層体は、長繊維マット層が最外層となるよ
    うに積層されたものである特許請求の範囲第２項に記載
    の複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシート。
  4. （４）一方向に引揃えした補強長繊維と長繊維マットと
    の積層体に熱可塑性樹脂を含浸せしめてなり、前記積層
    体中における前記補強長繊維の割合が３０〜８０重量％
    であり、前記積層体が２０〜７０重量％、前記熱可塑性
    樹脂が３０〜８０重量％の割合でそれぞれ含有されてい
    る複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシートを該
    補強長繊維の引き揃え方向が長手方向とほぼ平行となる
    ようにスタンプ成形してなることを特徴とするバンパー
    ビーム。
  5. （５）前記複合長繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシ
    ートの一部に、長繊維マットに熱可塑性樹脂を含浸せし
    めてなる長繊維強化熱可塑性樹脂の小シートを重ね合せ
    て成形してなることを特徴とする特許請求の範囲第４項
    に記載のバンパービーム。
  6. （６）前記小シートは、長繊維マットが２０〜７０重量
    ％、熱可塑性樹脂が３０〜８０重量％の割合でそれぞれ
    含有されていることを特徴とする特許請求の範囲第５項
    に記載のバンパービーム。
  7. （７）前記小シートの長繊維マットはスワール状の長繊
    維マットである特許請求の範囲第５項又は第６項に記載
    のバンパービーム。
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