JP7178286B2 - automotive bumper beam - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用バンパービームに関する。 The present invention relates to a bumper beam for motor vehicles.
自動車の軽量化のために有効な、繊維強化樹脂製のバンパービームが知られている。特許文献1には、不連続繊維が一方向に配向された繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシートからなるバンパービームが開示される。当該不連続繊維は、バンパー長手方向に配向している。
Bumper beams made of fiber-reinforced resin are known, which are effective for reducing the weight of automobiles.
特許文献2には、ハット形の熱可塑性樹脂成形品の天面および底部に、連続強化繊維を一方向に並行に配置した一方向繊維強化樹脂シートを貼り付け、当該成形品のハット形の側面には当該シートを貼り付けない、バンパービームが開示されている。 In Patent Document 2, a unidirectional fiber reinforced resin sheet in which continuous reinforcing fibers are arranged in parallel in one direction is attached to the top and bottom of a hat-shaped thermoplastic resin molded product, and the hat-shaped side surface of the molded product is attached. discloses a bumper beam to which the sheet is not applied.
特許文献3には、断面がΘ形状のバンパービームであって、強化繊維が織り込まれたクロス材を全面に使用し、連続強化繊維が一方向に引き揃えられた一方向材を車体側の底面に使用したバンパービームが開示されている。 Patent Document 3 discloses a bumper beam having a Θ-shaped cross section, in which a cloth material in which reinforcing fibers are woven is used on the entire surface, and a unidirectional material in which continuous reinforcing fibers are aligned in one direction is attached to the bottom surface of the vehicle body. A bumper beam is disclosed for use in
特許文献1のバンパービームは、強化繊維が不連続繊維であるため、大きな荷重がかかった際に破断してしまう可能性がある。すなわち、このバンパービームでは、優れたエネルギー吸収性が得られない可能性がある。
The bumper beam of
特許文献2のバンパービームに対してセンターポール衝突試験を行った場合、強化されていない立ち面(ハット形状の側面)が開き、また長手方向に延伸されることでバンパービームが破断し、優れたエネルギー吸収性が得られない可能性がある。 When the bumper beam of Patent Document 2 was subjected to a center pole collision test, the unreinforced standing surface (hat-shaped side surface) was opened and stretched in the longitudinal direction, and the bumper beam was broken. Energy absorption may not be obtained.
特許文献3では、立ち面のクロス材を積極的に圧縮破壊させることでエネルギー吸収性を向上させようとしている。しかしながらクロス材はプレス成形が難しく、特許文献3のように複雑な形状の全面をクロス材で覆って成形することは非常に難しい。またクロス材は一方向に配向性を有する連続繊維材(UD材)と比較して機械強度が小さく、この小さい圧縮強度を利用したエネルギー吸収性は高くない。 In Patent Literature 3, an attempt is made to improve the energy absorbability by positively compressing and destroying the cloth material of the standing surface. However, the cloth material is difficult to press-form, and it is very difficult to cover the entire surface of the complicated shape with the cloth material as in Patent Document 3. In addition, the cloth material has a lower mechanical strength than a unidirectionally oriented continuous fiber material (UD material), and the energy absorption using this low compressive strength is not high.
本発明の目的は、プレス成形が容易であり、かつエネルギー吸収性に優れる、繊維強化樹脂製の自動車用バンパービームを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an automobile bumper beam made of fiber-reinforced resin, which can be easily press-molded and has excellent energy absorption properties.
本発明の要旨は、以下の(1)~(6)に存する。 The gist of the present invention resides in the following (1) to (6).
(1)少なくとも2層の炭素繊維強化樹脂層(A)からなる炭素繊維強化部と、少なくとも1層のガラス繊維強化樹脂層(B)からなるガラス繊維強化部と、の積層体からなる自動車用バンパービームであって、
前記炭素繊維強化樹脂層(A)のそれぞれは、熱可塑性樹脂と、一方向に配向性を有する連続炭素繊維からなり、
前記炭素繊維強化樹脂層(A)のうちの少なくとも1層が、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層(Aα)であり、残りの炭素繊維強化樹脂層(A)のうちの少なくとも1層が、配向角が-αである炭素繊維強化樹脂層(A-α)であり、ここで、配向角はバンパービームの長手方向に対して前記連続炭素繊維の配向方向がなす角度であり、30°≦α≦90°であり、
前記ガラス繊維強化樹脂層(B)は、熱可塑性樹脂と、不連続ガラス繊維とからなり、
前記積層体の積層方向における2つの表面のうちの一方の表面が前記ガラス繊維強化部によって形成され、他方の表面が別の前記ガラス繊維強化部によって形成されており、
全ての前記炭素繊維強化樹脂層(A)の配向角が、-90°以上、-15°未満の範囲または15°を超え、90°以下の範囲にある、
自動車用バンパービーム。
(1) For automobiles comprising a laminate of a carbon fiber reinforced portion comprising at least two carbon fiber reinforced resin layers (A) and a glass fiber reinforced portion comprising at least one glass fiber reinforced resin layer (B) a bumper beam,
Each of the carbon fiber reinforced resin layers (A) is made of a thermoplastic resin and continuous carbon fibers oriented in one direction,
At least one of the carbon fiber reinforced resin layers (A) is a carbon fiber reinforced resin layer (A α ) having an orientation angle α, and at least one of the remaining carbon fiber reinforced resin layers (A) The layer is a carbon fiber reinforced resin layer (A −α ) having an orientation angle of −α, where the orientation angle is the angle formed by the orientation direction of the continuous carbon fibers with respect to the longitudinal direction of the bumper beam, 30°≦α≦90°,
The glass fiber reinforced resin layer (B) is made of a thermoplastic resin and discontinuous glass fibers,
One surface of the two surfaces in the stacking direction of the laminate is formed by the glass fiber reinforced portion, and the other surface is formed by the other glass fiber reinforced portion,
The orientation angles of all the carbon fiber reinforced resin layers (A) are in the range of -90° or more and less than -15° or in the range of more than 15° and 90° or less.
Automotive bumper beam.
(2)全ての前記炭素繊維強化樹脂層(A)の配向角が、αまたは-αである、上記(1)に記載の自動車用バンパービーム。 (2) The automotive bumper beam according to (1) above, wherein all the carbon fiber reinforced resin layers (A) have an orientation angle of α or −α.
(3)前記炭素繊維強化部が、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層(Aα)と配向角が-αである炭素繊維強化樹脂層(A-α)とが1層ずつ隣り合って配置された少なくとも1つの対からなる、上記(2)に記載の自動車用バンパービーム。 (3) In the carbon fiber reinforced portion, a carbon fiber reinforced resin layer (A α ) having an orientation angle of α and a carbon fiber reinforced resin layer (A −α ) having an orientation angle of −α are adjacent to each other. The automotive bumper beam according to (2) above, comprising at least one pair arranged in parallel.
(4)前記炭素繊維強化部が、n個の前記対からなる第一の部分と、別のn個の前記対からなる第二の部分とからなり、ここでnは正の整数を表し、
前記積層方向において、前記第一の部分における積層構成と前記第二の部分における積層構成とが対称である、上記(3)に記載の自動車用バンパービーム。
(4) the carbon fiber reinforced portion consists of a first portion consisting of n said pairs and a second portion consisting of another n said pairs, where n represents a positive integer;
The automotive bumper beam according to (3) above, wherein the lamination structure of the first portion and the lamination structure of the second portion are symmetrical in the lamination direction.
(5)前記炭素繊維強化樹脂層(A)を構成する前記熱可塑性樹脂と、前記ガラス繊維強化樹脂層(B)を構成する前記熱可塑性樹脂がそれぞれポリアミド、ポリカーボネート、及び変性されていてもよいポリプロピレンから選ばれる、上記(1)から(4)のいずれかに記載の自動車用バンパービーム。 (5) The thermoplastic resin constituting the carbon fiber reinforced resin layer (A) and the thermoplastic resin constituting the glass fiber reinforced resin layer (B) may be polyamide, polycarbonate, and modified, respectively. The automobile bumper beam according to any one of (1) to (4) above, which is selected from polypropylene.
(6)前記炭素繊維強化樹脂層(A)を構成する前記熱可塑性樹脂と、前記ガラス繊維強化樹脂層(B)を構成する前記熱可塑性樹脂とが、同一系の樹脂である、上記(5)に記載の自動車用バンパービーム。 (6) The above (5), wherein the thermoplastic resin constituting the carbon fiber reinforced resin layer (A) and the thermoplastic resin constituting the glass fiber reinforced resin layer (B) are the same type of resin. ) for automotive bumper beams.
本発明によれば、プレス成形が容易であり、かつエネルギー吸収性に優れる、繊維強化樹脂製の自動車用バンパービームを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an automotive bumper beam made of fiber-reinforced resin, which is easy to press-mold and has excellent energy absorption properties.
本発明者らは、機械的強度の高い一方向に配向性を有する連続炭素繊維層と成形が容易である不連続繊維層を積層することが、プレス成形が容易でありかつエネルギー吸収性に優れる繊維強化樹脂製の自動車用バンパービームを得るために有効であることを見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。 The present inventors have found that laminating a continuous carbon fiber layer having high mechanical strength and orientation in one direction and a discontinuous fiber layer that is easy to mold is easy to press mold and has excellent energy absorption. We have found that this is effective for obtaining a bumper beam for automobiles made of fiber-reinforced resin. The present invention has been made based on such findings.
本発明に係る自動車用バンパービームは、少なくとも2層の炭素繊維強化樹脂層(A)からなる炭素繊維強化部と、少なくとも1層のガラス繊維強化樹脂層(B)からなるガラス繊維強化部との積層体からなる。すなわち、炭素繊維強化部では、少なくとも2層の炭素繊維強化樹脂層(A)が積層されている。また、ガラス繊維強化部が、2層以上のガラス繊維強化樹脂層(B)からなる場合、それらガラス繊維強化樹脂層(B)が積層されている。 An automotive bumper beam according to the present invention comprises a carbon fiber reinforced portion comprising at least two carbon fiber reinforced resin layers (A) and a glass fiber reinforced portion comprising at least one glass fiber reinforced resin layer (B). It consists of a laminate. That is, in the carbon fiber reinforced portion, at least two carbon fiber reinforced resin layers (A) are laminated. Moreover, when the glass fiber reinforced part is composed of two or more glass fiber reinforced resin layers (B), the glass fiber reinforced resin layers (B) are laminated.
・炭素繊維強化樹脂層(A)
それぞれの炭素繊維強化樹脂層(A)は、熱可塑性樹脂と、一方向に配向性を有する連続炭素繊維からなる。すなわち、それぞれの炭素繊維強化樹脂層(A)は、連続炭素繊維が一方向に配向した一方向材によって形成される。
・Carbon fiber reinforced resin layer (A)
Each carbon fiber reinforced resin layer (A) is composed of a thermoplastic resin and continuous carbon fibers oriented in one direction. That is, each carbon fiber reinforced resin layer (A) is formed of a unidirectional material in which continuous carbon fibers are oriented in one direction.
炭素繊維強化樹脂層(A)のうちの少なくとも1つが、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層(Aα)であり、残りの炭素繊維強化樹脂層(A)のうちの少なくとも1つが、配向角が-αである炭素繊維強化樹脂層(A-α)である。ここで、配向角は、それぞれの炭素繊維強化樹脂層(A)において、バンパービームの長手方向に対して前記連続炭素繊維の配向方向がなす角度である。そして、30°≦α≦90°である。以下、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層(Aα)を「Aα層」といい、また、配向角が-αである炭素繊維強化樹脂層(A-α)を「A-α層」ということがある。Aα層が複数存在する場合、全てのAα層の配向角は、同じ値(α)である。A-α層が複数存在する場合、全てのA-α層の配向角は、同じ値(-α)である。
At least one of the carbon fiber reinforced resin layers (A) is a carbon fiber reinforced resin layer (A α ) having an orientation angle α, and at least one of the remaining carbon fiber reinforced resin layers (A) has It is a carbon fiber reinforced resin layer (A −α ) having an orientation angle of −α. Here, the orientation angle is the angle formed by the orientation direction of the continuous carbon fibers with respect to the longitudinal direction of the bumper beam in each carbon fiber reinforced resin layer (A). And 30°≦α≦90°. Hereinafter, the carbon fiber reinforced resin layer (A α ) having an orientation angle α is referred to as “A α layer”, and the carbon fiber reinforced resin layer (A −α ) having an orientation angle −α is referred to as “A −α It is sometimes called a layer. When there are a plurality of A α layers, all the A α layers have the same orientation angle (α). When there are a plurality of
・ガラス繊維強化樹脂層(B)
ガラス繊維強化樹脂層(B)は、熱可塑性樹脂と、不連続ガラス繊維とからなる。不連続ガラス繊維の平均繊維長は、例えば、5mm以上、100mm以下である。
・Glass fiber reinforced resin layer (B)
The glass fiber reinforced resin layer (B) consists of a thermoplastic resin and discontinuous glass fibers. The average fiber length of the discontinuous glass fibers is, for example, 5 mm or more and 100 mm or less.
ガラス繊維強化樹脂層(B)のガラス繊維は、配向性を有さなくてよい。すなわち、ガラス繊維強化樹脂層(B)において、ガラス繊維はランダムな方向に配されていてよい。あるいは、ガラス繊維は、配向性を有していてもよい。その場合、異方性を軽減する観点から、全てのガラス繊維強化樹脂層(B)の配向角が実質的に0°もしくは90°であることが好ましい。ガラス繊維強化樹脂層(B)についての配向角は、バンパービームの長手方向に対して、ガラス繊維がなす角度である。 The glass fibers of the glass fiber reinforced resin layer (B) do not have to be oriented. That is, in the glass fiber reinforced resin layer (B), the glass fibers may be arranged in random directions. Alternatively, the glass fibers may have orientation. In that case, from the viewpoint of reducing anisotropy, it is preferable that the orientation angles of all the glass fiber reinforced resin layers (B) are substantially 0° or 90°. The orientation angle of the glass fiber reinforced resin layer (B) is the angle formed by the glass fibers with respect to the longitudinal direction of the bumper beam.
・積層構造
本明細書において、バンパービームが車体に取り付けられた際に、車体側を向く方向を「後方」、後方とは反対を向く方向を「前方」、上に向かう方向を「上方」、下に向かう方向を「下方」、車体右側を向く方向を「右方」、車体左側を向く方向を「左方」という。
Laminated structure In this specification, when the bumper beam is attached to the vehicle body, the direction facing the vehicle body is "rearward", the direction opposite to the rear is "forward", and the upward direction is "upper". The downward direction is called "downward," the rightward direction is called "rightward," and the leftward direction is called "leftward."
バンパービームを構成する積層体の積層方向における2つの表面のうちの一方の表面がガラス繊維強化部によって形成され、他方の表面が別のガラス繊維強化部によって形成されている。 One of the two surfaces in the stacking direction of the laminate constituting the bumper beam is formed by a glass fiber reinforced portion, and the other surface is formed by another glass fiber reinforced portion.
図1に、バンパービームの一例の断面(バンパービームの長手方向に直交する断面)を模式的に示す。バンパービームを構成する積層体1は、ハット形状の断面を有する。積層方向は、ハット形の天面(最も前方に位置する面)をなす部分において車体の前後方向である。炭素繊維強化部10を挟んで、後方側と前方側の両方にそれぞれガラス繊維強化部20が配置されている。
FIG. 1 schematically shows a cross section of an example of the bumper beam (a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the bumper beam). A
炭素繊維強化部10の積層構成例を、図2を用いて説明する。この炭素繊維強化部10では、2層の炭素繊維強化樹脂層(A)が車体の前後方向に積層されている。例えば、炭素繊維強化部10において、Aα層11が後方側に、A-α層12が前方側に配置される。
An example of the laminated structure of the carbon fiber reinforced
図3(a)及び(b)は、それぞれAα層11及びA-α層12のハット形の天面をなす部分を、後方側から前方側に向かって見た模式図である。バンパービームの長手方向に延在し且つ車体の上下方向に延在する平面内で、炭素繊維が配向角αもしくは-α方向に配向している。
FIGS. 3A and 3B are schematic views of the hat-shaped top surfaces of the A α layer 11 and the
積層体1が、配向角がαでも-αでもない炭素繊維強化樹脂層を含むことができる。ただし、バンパービームのエネルギー吸収性の観点から、積層体1に含まれる全ての炭素繊維強化樹脂層(A)の配向角が、-90°以上、-15°未満の範囲または15°を超え、90°以下の範囲にある。なお、配向角が90°の場合と、配向角が-90°の場合とで、配向性は同じである。また、全ての炭素繊維強化樹脂層(A)の配向角がαまたは-αであることが、さらに好ましい。
The
バンパービームのエネルギー吸収性の観点から、炭素繊維強化部10が、Aα層11とA-α層12とが1層ずつ隣り合って配置された少なくとも1つの対からなることが好ましい。
From the viewpoint of energy absorption of the bumper beam, it is preferable that the carbon fiber reinforced
炭素繊維強化部10が、n個の前記対(1層のAα層と1層のA-α層との対)からなる第一の部分と、別のn個の前記対からなる第二の部分とからなることが好ましい(nは正の整数を表す)。この場合、積層体1の積層方向において、前記第一の部分における積層構成と前記第二の部分における積層構成とが対称であることが、より好ましい。
The carbon fiber reinforced
例えば、後述する実施例1では、α=30°であって、第3、第5、第8及び第10層がAα層であり、第4、第6、第7及び第9層がA-α層である。第3層と第4層との対、第5層と第6層との対、第8層と第7層との対、及び第10層と第9層との対が存在する。実施例1では、n=4であり、第3層~第6層が第一の部分を形成し、第7層~第10層が第二の部分を形成している。そして、第6層と第7層との間の境界面を基準として、第一の部分の積層構成と第二の部分の積層構成とが積層方向に対称である。なお、第1及び第2層がガラス繊維強化部20を形成し、第11及び第12層が別のガラス繊維強化部20を形成する。
For example, in Example 1 described later, α = 30 °, the third, fifth, eighth and tenth layers are A α layers, and the fourth, sixth, seventh and ninth layers are A - α layer. There is a 3rd and 4th layer pair, a 5th and 6th layer pair, an 8th and 7th layer pair, and a 10th and 9th layer pair. In Example 1, n=4, the 3rd to 6th layers form the first portion, and the 7th to 10th layers form the second portion. The lamination structure of the first portion and the lamination structure of the second portion are symmetrical in the lamination direction with respect to the interface between the sixth layer and the seventh layer. Note that the first and second layers form a glass fiber reinforced
また、後述する実施例5では第3~第10層の配向角が全て90°である。しかし、配向角90°と配向角-90°とは同じ配向性を意味するので、第4、第6、第7及び第9層をA-α層(配向角が-90°である層)とみなすことができる。したがって、実施例5においても、第3層と第4層との対、第5層と第6層との対、第8層と第7層との対、第10層と第9層との対が存在する。また、n=4であり、第3層~第6層が第一の部分を形成し、第7層~第10層が第二の部分を形成している。そして、第6層と第7層との間の境界面を基準として、第一の部分の積層構成と第二の部分の積層構成とが積層方向に対称である。 In Example 5, which will be described later, the orientation angles of the third to tenth layers are all 90°. However, since the orientation angle of 90° and the orientation angle of −90° mean the same orientation, the 4th, 6th, 7th and 9th layers are A- α layers (layers with an orientation angle of −90°). can be regarded as Therefore, in Example 5 as well, the pair of the third and fourth layers, the pair of the fifth and sixth layers, the pair of the eighth and seventh layers, and the tenth and ninth layers A pair exists. Also, n=4, the third to sixth layers form the first portion, and the seventh to tenth layers form the second portion. The lamination structure of the first portion and the lamination structure of the second portion are symmetrical in the lamination direction with respect to the interface between the sixth layer and the seventh layer.
なお、ガラス繊維強化部20は、1層もしくは複数層のガラス繊維強化樹脂層(B)からなる。
The glass fiber reinforced
・熱可塑性樹脂
炭素繊維強化樹脂層(A)を構成する熱可塑性樹脂及びガラス繊維強化樹脂層(B)を構成する熱可塑性樹脂はそれぞれ、特に限定されないが、例えばナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、ナイロンMXD6等のポリアミド;低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン(酸等により変性されていてもよい);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等のポリエステル;ポリカーボネート;ポリアミドイミド;ポリフェニレンオキシド;ポリスルホン;ポリエーテルスルホン;ポリエーテルエーテルケトン;ポリエーテルイミド;ポリスチレン;ABS樹脂;ポリフェニレンサルファイド;液晶ポリエステル;アクリロニトリルとスチレンの共重合体;ナイロン6とナイロン66の共重合体等の樹脂を用いることができる。変性ポリオレフィンは、例えば、マレイン酸等の酸によりポリオレフィンを変性した酸変性ポリオレフィンである。炭素繊維強化樹脂層(A)を構成する熱可塑性樹脂及びガラス繊維強化樹脂層(B)を構成する熱可塑性樹脂はそれぞれ、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
・Thermoplastic resin The thermoplastic resin constituting the carbon fiber reinforced resin layer (A) and the thermoplastic resin constituting the glass fiber reinforced resin layer (B) are not particularly limited, but for example, nylon 6, nylon 66,
バンパービームのエネルギー吸収性とプレス成形性の観点から、炭素繊維強化樹脂層(A)を構成する熱可塑性樹脂と、ガラス繊維強化樹脂層(B)を構成する熱可塑性樹脂が、それぞれポリプロピレン(酸等により変性されていてもよい)、ポリアミド及びポリカーボネートから選ばれることが好ましい。 From the viewpoint of energy absorption and press moldability of the bumper beam, the thermoplastic resin constituting the carbon fiber reinforced resin layer (A) and the thermoplastic resin constituting the glass fiber reinforced resin layer (B) are polypropylene (acid etc.), polyamides and polycarbonates.
さらに、接着性の観点から、炭素繊維強化樹脂層(A)を構成する熱可塑性樹脂と、ガラス繊維強化樹脂層(B)を構成する熱可塑性樹脂とが、同一系の樹脂であることが好ましい。複数の樹脂が同一系であるとは、それらの樹脂の主成分が共通するモノマー単位を有すること、もしくは樹脂の主成分のモノマー同士が同一の官能基で結合されていることを意味する。例えば、炭素繊維強化樹脂層(A)を構成する熱可塑性樹脂及び繊維強化樹脂層(B)を構成する熱可塑性樹脂がそれぞれ、ポリプロピレン(一方もしくは両方が酸等により変性されていてもよい)であることが好ましい。また、これらの樹脂がそれぞれ、ナイロン6及びナイロン66からなる群から選ばれる1種であることが好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of adhesiveness, it is preferable that the thermoplastic resin constituting the carbon fiber reinforced resin layer (A) and the thermoplastic resin constituting the glass fiber reinforced resin layer (B) are the same type of resin. . The fact that a plurality of resins are the same system means that the main components of the resins have common monomer units, or that the monomers of the main components of the resins are bonded to each other by the same functional group. For example, the thermoplastic resin constituting the carbon fiber reinforced resin layer (A) and the thermoplastic resin constituting the fiber reinforced resin layer (B) are each polypropylene (one or both of which may be modified with an acid or the like). Preferably. Moreover, each of these resins is preferably one selected from the group consisting of nylon 6 and nylon 66.
・バンパービームの製造方法
炭素繊維強化樹脂層(A)を形成するために、炭素繊維強化樹脂シートを用いることができる。ガラス繊維強化樹脂層(B)を形成するために、ガラス繊維強化樹脂シートを用いることができる。例えば、炭素繊維強化樹脂シート及びガラス繊維強化樹脂シートを適宜積み重ね、加熱加圧成形することによって、積層体1を得ることができる。得られた積層体を自動車用バンパービームとして用いることができる。炭素繊維強化部が、複数の同じ炭素繊維強化樹脂シートからなることができる。ガラス繊維強化部が、複数の同じガラス繊維強化樹脂シートからなることができる。炭素繊維強化樹脂シートとして一方向材を用い、Aα層を形成するために当該一方向材を配向角がαとなるように配置し、A-α層を形成するために当該一方向材を配向角が-αとなるように配置することができる。
- Manufacturing method of bumper beam A carbon fiber reinforced resin sheet can be used to form the carbon fiber reinforced resin layer (A). A glass fiber reinforced resin sheet can be used to form the glass fiber reinforced resin layer (B). For example, the
本発明に係る自動車用バンパービームは、クロス材を使用しないので、加熱加圧成形によって容易に作製することができる。 The automobile bumper beam according to the present invention does not use a cloth material, so it can be easily manufactured by hot pressing.
・バンパービームの形状
バンパービームの形状については特に限定されない。例えばバンパービームの断面がハット形であってもよく、ハット形のフランジ同士を張り合わせた形状でもよく、またΘ状であってもよい。
- Shape of bumper beam The shape of the bumper beam is not particularly limited. For example, the cross section of the bumper beam may be a hat shape, a shape in which hat-shaped flanges are glued together, or a Θ shape.
〔実施例1〕
シミュレーションソフト(商品名:LS-DYNA。LSTC社製)を使用して、シミュレーションによって積層体からなるバンパービームを評価した。
[Example 1]
Simulation software (trade name: LS-DYNA, manufactured by LSTC) was used to evaluate the bumper beam composed of the laminate by simulation.
シミュレーションにおいては、3点曲げ試験を模擬したモデルを作成した(図4参照)。3点曲げ試験の圧子31はR(角丸の半径)75mmを有し、2つの支持部32はR 15mmを有し、支点間距離は350mmとした。
In the simulation, a model simulating a three-point bending test was created (see FIG. 4). The
試験部材は、長さ400mmのハットチャンネル(積層体1)とした。そのハット形状は次のとおりとした(図4(b)参照)。
幅:72mm、
高さ:25mm、
厚さ:2mm、
ハット形状側面のテーパー:93°、
角部のR:4mm、
ハット形状の天面(平坦部)の幅:40mm。
The test member was a hat channel (laminate 1) with a length of 400 mm. The hat shape was as follows (see FIG. 4(b)).
Width: 72mm,
height: 25mm,
thickness: 2mm,
Hat shape side taper: 93°,
Corner R: 4 mm,
Width of hat-shaped top surface (flat portion): 40 mm.
圧子31と支持部32は剛体と設定し、ハットチャンネル(積層体1)は繊維強化樹脂複合材料として設定した。この繊維強化樹脂材料は、異方性積層体を対象とした材料物性データベース「材料58(*MAT_LAMINATED_COMPOSITE_FABRIC)」を用いて炭素繊維強化樹脂層(A)とガラス繊維強化樹脂層(B)の積層体であるように定義した。
The
ガラス繊維強化樹脂層(B)は、実在の不連続ガラス繊維を用いた複合材料(商品名:ユニシートP4038、クオドラント・プラスチック・コンポジット・ジャパン製。熱可塑性樹脂:ポリプロピレン)を想定して、繊維方向の弾性率が6,400MPa、繊維直交方向の弾性率が6,400MPaである等方性材料(表において「GMT」と示す)として設定し、破壊は生じないものとした。 The glass fiber reinforced resin layer (B) is assumed to be a composite material using real discontinuous glass fibers (trade name: Unisheet P4038, made by Quadrant Plastic Composite Japan, thermoplastic resin: polypropylene). was set as an isotropic material (indicated as "GMT" in the table) with a modulus of elasticity of 6,400 MPa and a modulus of elasticity perpendicular to the fiber of 6,400 MPa, and no fracture occurred.
炭素繊維強化樹脂層(A)は、実在の一方向連続繊維複合材料(後述する製造例1によって製造したもの。熱可塑性樹脂:酸変性ポリプロピレン)を想定して、繊維方向の弾性率が101,000MPa、繊維直交方向の弾性率が4,600MPaである異方性材料(表において「CFUD」と示す)として設定した。また繊維方向において圧縮強度は460MPa、引張強度は1570MPa、繊維直交方向において圧縮強度は70MPa、引張強度は21MPa、せん断強度は207MPaとして設定した。シミュレーションにおいては各要素において上記の強度を超える応力が発生した場合、要素が除去されるよう設定した。 The carbon fiber reinforced resin layer (A) assumes an existing unidirectional continuous fiber composite material (manufactured by Production Example 1 described later; thermoplastic resin: acid-modified polypropylene), and has an elastic modulus in the fiber direction of 101, 000 MPa and an elastic modulus in the direction perpendicular to the fiber of 4,600 MPa (indicated as "CFUD" in the table) as an anisotropic material. The compressive strength was set to 460 MPa and the tensile strength to 1570 MPa in the fiber direction, and the compressive strength was set to 70 MPa, the tensile strength to 21 MPa, and the shear strength to 207 MPa in the fiber orthogonal direction. In the simulation, the element was set to be removed when stress exceeding the above strength occurred in each element.
また、シミュレーションでは、圧子31とハットチャンネル(積層体1)との接触、及び支持部32とハットチャンネルとの接触は、拘束のない接触と定義した。さらに、圧子が一定の速度100mm/sで積層方向(前方から後方に向かう方向)に40mm移動するように設定した。シミュレーションの結果として、圧子の移動量と、圧子が受ける反力を読み込み、同時刻における移動量と反力をグラフ化することにより、3点曲げ試験時に確認されるような変位と荷重の関係を再現した(図5参照)。
In the simulation, the contact between the
バンパービームのエネルギー吸収性を表す指標として、このようにして得られた変位-荷重曲線における、最大変位(40mm)のときの荷重を評価した。最大変位(40mm)における荷重が大きいほど、エネルギー吸収性が良いと言える。 As an index representing the energy absorbability of the bumper beam, the load at the maximum displacement (40 mm) in the displacement-load curve thus obtained was evaluated. It can be said that the larger the load at the maximum displacement (40 mm), the better the energy absorption.
ハットチャンネルの積層構成は、支持部32側から圧子31側に向かって、下表に示すとおりとした。なお、第1層が支持部32に最も近く(最も後方側)、第12層が圧子31に最も近い(最も前方側)。全ての炭素繊維強化樹脂層(A)は、同一の材料からなる(配向角以外は同一である)。また全てのガラス繊維強化樹脂層(B)は、同一の材料からなる(配向角以外は同一である)。なお、それぞれ厚さが0.25mmである複数のガラス繊維強化樹脂層(B)を重ねている部分があるが、これは単にシミュレーションの都合による。例えば第1及び第2層は、実際には、厚さ0.5mmの1つのガラス繊維強化樹脂層(B)層であってもよい。他の例についても同様である。
The lamination structure of the hat channel was as shown in the table below from the
最大変位での荷重は1240Nであった。 The load at maximum displacement was 1240N.
・製造例1
ここで炭素繊維強化樹脂層(A)として想定した一方向連続繊維複合材料は、次のようにして製造した。炭素繊維(商品名:パイロフィルTR 50S、三菱ケミカル製、炭素繊維直径7μm)を一方向に、かつ平面状に引き揃えて、目付が72g/m2である繊維シートとした。酸変性ポリプロピレン樹脂(商品名:モディックP958V、三菱ケミカル製)からなる目付が36g/m2のフィルムによって、該繊維シートを両面から挟んだ。これらをカレンダロールに複数回通して加熱と加圧を行い、樹脂を繊維シートに含浸させ、繊維体積含有率(Vf)が33体積%、厚み125μmの一方向連続繊維複合材料を作製した。
・Manufacturing example 1
The unidirectional continuous fiber composite material assumed here as the carbon fiber reinforced resin layer (A) was produced as follows. Carbon fibers (trade name: Pyrofil TR 50S, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., carbon fiber diameter 7 μm) were aligned in one direction and flat to form a fiber sheet having a basis weight of 72 g/m 2 . The fiber sheet was sandwiched from both sides by films having a basis weight of 36 g/m 2 made of acid-modified polypropylene resin (trade name: Modic P958V, manufactured by Mitsubishi Chemical). These were passed through calender rolls multiple times to be heated and pressurized to impregnate the fiber sheet with the resin to produce a unidirectional continuous fiber composite material having a fiber volume content (Vf) of 33% by volume and a thickness of 125 μm.
〔実施例2〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例1と同様の評価を行った。最大変位での荷重は1290Nであった。
[Example 2]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminated structure was as shown in the table below. The load at maximum displacement was 1290N.
〔実施例3〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例1と同様の評価を行った。最大変位での荷重は1450Nであった。
[Example 3]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminated structure was as shown in the table below. The load at maximum displacement was 1450N.
〔実施例4〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例1と同様の評価を行った。最大変位での荷重は1540Nであった。
[Example 4]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminated structure was as shown in the table below. The load at maximum displacement was 1540N.
〔実施例5〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例1と同様の評価を行った。最大変位での荷重は1590Nであった。
[Example 5]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminated structure was as shown in the table below. The load at maximum displacement was 1590N.
〔比較例1〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例1と同様の評価を行った。最大変位での荷重は930Nであった。
[Comparative Example 1]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminated structure was as shown in the table below. The load at maximum displacement was 930N.
〔比較例2〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例1と同様の評価を行った。最大変位での荷重は610Nであった。
[Comparative Example 2]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminated structure was as shown in the table below. The load at maximum displacement was 610N.
〔比較例3〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例1と同様の評価を行った。最大変位での荷重は840Nであった。
[Comparative Example 3]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminated structure was as shown in the table below. The load at maximum displacement was 840N.
〔比較例4〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例1と同様の評価を行った。最大変位での荷重は1190Nであった。
[Comparative Example 4]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminated structure was as shown in the table below. The load at maximum displacement was 1190N.
〔比較例5〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例1と同様の評価を行った。最大変位での荷重は1090Nであった。
[Comparative Example 5]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminated structure was as shown in the table below. The load at maximum displacement was 1090N.
以上の結果を下表にまとめる。これらの表において、慣用される表記法を用いて積層構成を略記するが、各例の積層構成は、上に詳述される。なお、当該略記における「s」は、「対称」を意味する。 The above results are summarized in the table below. In these tables, conventional notation is used to abbreviate the stacking configurations, but the stacking configuration for each example is detailed above. In addition, "s" in the said abbreviation means "symmetrical."
図5に、いくつかの実施例及び比較例において得られた変位-荷重曲線を示す。前述の最大変位(40mm)における荷重は、このような曲線から読み取ったものである。 FIG. 5 shows displacement-load curves obtained in some examples and comparative examples. The load at maximum displacement (40 mm) mentioned above is read from such a curve.
1 バンパービームを構成する積層体
10 炭素繊維強化部
11 配向角がαである炭素繊維強化樹脂層
12 配向角が-αである炭素繊維強化樹脂層
20 繊維強化部
1 Laminated body constituting a
Claims (6)
前記炭素繊維強化樹脂層(A)のそれぞれは、熱可塑性樹脂と、一方向に配向性を有する連続炭素繊維からなり、
前記炭素繊維強化樹脂層(A)のうちの少なくとも1層が、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層(Aα)であり、残りの炭素繊維強化樹脂層(A)のうちの少なくとも1層が、配向角が-αである炭素繊維強化樹脂層(A-α)であり、ここで、配向角はバンパービームの長手方向に対して前記連続炭素繊維の配向方向がなす角度であり、30°≦α≦90°であり、
前記ガラス繊維強化樹脂層(B)は、熱可塑性樹脂と、不連続ガラス繊維とからなり、
前記積層体の積層方向における2つの表面のうちの一方の表面が前記ガラス繊維強化部によって形成され、他方の表面が別の前記ガラス繊維強化部によって形成されており、
全ての前記炭素繊維強化樹脂層(A)の配向角が、-90°以上、-15°未満の範囲または15°を超え、90°以下の範囲にある、
自動車用バンパービーム。 An automotive bumper beam comprising a laminate of a carbon fiber reinforced portion comprising at least two carbon fiber reinforced resin layers (A) and a glass fiber reinforced portion comprising at least one glass fiber reinforced resin layer (B). There is
Each of the carbon fiber reinforced resin layers (A) is made of a thermoplastic resin and continuous carbon fibers oriented in one direction,
At least one of the carbon fiber reinforced resin layers (A) is a carbon fiber reinforced resin layer (A α ) having an orientation angle α, and at least one of the remaining carbon fiber reinforced resin layers (A) The layer is a carbon fiber reinforced resin layer (A −α ) having an orientation angle of −α, where the orientation angle is the angle formed by the orientation direction of the continuous carbon fibers with respect to the longitudinal direction of the bumper beam, 30°≦α≦90°,
The glass fiber reinforced resin layer (B) is made of a thermoplastic resin and discontinuous glass fibers,
One surface of the two surfaces in the stacking direction of the laminate is formed by the glass fiber reinforced portion, and the other surface is formed by the other glass fiber reinforced portion,
The orientation angles of all the carbon fiber reinforced resin layers (A) are in the range of -90° or more and less than -15° or in the range of more than 15° and 90° or less.
Automotive bumper beam.
前記積層方向において、前記第一の部分における積層構成と前記第二の部分における積層構成とが対称である、請求項3に記載の自動車用バンパービーム。 said carbon fiber reinforcement consists of a first portion of n said pairs and a second portion of another n said pairs, where n represents a positive integer;
4. A bumper beam for a motor vehicle according to claim 3, wherein the lamination arrangement in the first portion and the lamination arrangement in the second portion are symmetrical in the lamination direction.
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