(57)【要約】  軽量で形状自由度が高く、耐衝撃性に優れる耐衝撃部材を提供する提供する。  開断面部とその内側にあるリブ部からなり、該開断面部と該リブ部のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂を含む炭素繊維強化複合材料からなり、他方は熱可塑性樹脂からなるものであってもよい耐衝撃部材であって、該耐衝撃部材における熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維１００質量部に対し３０〜５００質量部であり、該炭素繊維の平均繊維長が３〜１００ｍｍであることを特徴とする耐衝撃部材。
2013080975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開断面部とその内側にあるリブ部からなり、該開断面部と該リブ部のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂を含む炭素繊維強化複合材料からなり、他方は熱可塑性樹脂からなるものであってもよい耐衝撃部材であって、該耐衝撃部材における熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維１００質量部に対し３０〜１０００質量部であり、該炭素繊維の平均繊維長が３〜１００ｍｍであることを特徴とする耐衝撃部材。
【請求項２】
開断面部とリブ部のいずれもが炭素繊維強化複合材料からなる請求項１記載の耐衝撃部材。
【請求項３】
開断面部の熱可塑性樹脂の存在量（炭素繊維１００質量部あたりの質量部）と、リブ部の熱可塑性樹脂の存在量（炭素繊維１００質量部あたりの質量部）から、下記式（ｉ）
熱可塑性樹脂存在量比（％）＝１００×（リブ部の熱可塑性樹脂の存在量−開断面部の熱可塑性樹脂の存在量）／開断面部の熱可塑性樹脂の存在量        （ｉ）
で求められる熱可塑性樹脂存在量比が−６０％〜＋４５％である請求項１または２に記載の耐衝撃部材。
【請求項４】
該耐衝撃部材における開断面部の底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向についての引張弾性率の、大きい方の値を小さい方の値で割った比が１．０〜１．３である請求項１〜３のいずれかに記載の耐衝撃部材。
【請求項５】
開断面部の熱可塑性樹脂の存在量（炭素繊維１００質量部あたりの質量部）と、リブ部の熱可塑性樹脂の存在量（炭素繊維１００質量部あたりの質量部）から、下記式（ｉ）
熱可塑性樹脂存在量比（％）＝１００×（リブ部の熱可塑性樹脂の存在量−開断面部の熱可塑性樹脂の存在量）／開断面部の熱可塑性樹脂の存在量        （ｉ）
で求められる熱可塑性樹脂存在量比が−６０％〜＋４５％であり、開断面部の底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向についての引張弾性率の、大きい方の値を小さい方の値で割った比が１．０〜１．３である請求項１〜４のいずれに記載の耐衝撃部材。
【請求項６】
該耐衝撃部材における開断面部及びリブ部の熱可塑性樹脂の存在量が等しく、底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向についての引張弾性率の、大きい方の値を小さい方の値で割った比が１．０〜１．３である請求項１〜５のいずれかに記載の耐衝撃部材。
【請求項７】
該繊維強化複合材料中に含まれる炭素繊維が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される繊維束（Ａ）の、該繊維強化複合材料中の炭素繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満であり、かつ炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、請求項１又は２に記載の耐衝撃部材。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
０．７×１０４／Ｄ２ ＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２（２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の耐衝撃部材であって、リブ部が、開断面部において対向している面どうしをつなぐ構造を有する耐衝撃部材。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の耐衝撃部材であって、リブ部を２つ以上有する耐衝撃部材。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の耐衝撃部材であって、リブ部の高さが、開断面部の底面からの開口部の高さに対して５％〜１００％の割合にある耐衝撃部材。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の耐衝撃部材であって、開断面部の板体に対して垂直なリブ部を有する耐衝撃部材。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の耐衝撃部材であって、開断面部に直行する面に対して対称なリブ部を有する形状である耐衝撃部材。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の耐衝撃部材であって、開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が１％以上となるようリブが形成されている耐衝撃部材。
【請求項１４】
耐衝撃性能が４×１０１１（Ｎ３／ｇ）以上である請求項１〜１３のいずれかに記載の耐衝撃部材。
【請求項１５】
該耐衝撃部材が更に開断面部の端部に連続するパネル部を有し、開断面部とリブ部とパネル部を一体成形した請求項１〜１４のいずれかに記載の耐衝撃部材。
【請求項１６】
該耐衝撃部材における熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維１００質量部に対し３０〜５００質量部である請求項１〜１５のいずれかに記載の耐衝撃部材。
【請求項１７】
繊維長３〜１００ｍｍの炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が２５〜３０００ｇ／ｍ２の目付けであり、前記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の、マットの繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満であり、かつ炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が前記式（２）を満たすことを特徴とするランダムマットをプレス成形して得る請求項１〜１６のいずれかに記載の耐衝撃部材の製造方法。
【請求項１８】
繊維長３〜１００ｍｍの炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が２５〜３０００ｇ／ｍ２の目付けであり、前記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の、マットの繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満であり、かつ炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が前記式（２）を満たすことを特徴とするランダムマットを、熱可塑性樹脂の軟化点以上熱分解温度未満の温度まで加熱して得られるプリプレグとし、該プリプレグをプレス成形して得る請求項１〜１６のいずれかに記載の耐衝撃部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開断面部とその内側にあるリブ部からなり、該開断面部と該リブ部のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂を含む炭素繊維強化複合材料からなり、他方は熱可塑性樹脂からなるものであってもよい耐衝撃部材に関する。さらには、航空機、自動車、電車、二輪車など移動体に好ましく用いられる耐衝撃部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体には衝突時に衝撃を吸収する部分と衝撃に耐え乗員空間を保護する部分が求められている。近年、移動体の燃費向上や走行性能の向上などの観点から軽量化に関する要望が高まっており、それらに用いられる筐体や部材などについても軽量・高剛性が求められるようになってきた。一方で、衝突時の安全性に対してますます高い水準が定められる傾向にあり、軽量化と乗員空間保護の両立がますます重要となってきている。【０００３】
このような背景から樹脂や複合材料を用いた乗員空間保護構造体が多数開示されている。例えば、特許文献１には長繊維強化複合材料からなる骨格部材を複数組み合わせた構造体が示されている。これにより、一端から入力された荷重を他端に伝達できるが、形状自由度は少なく、対応可能な入力荷重方向も繊維方向に限られる。また、長繊維をある範囲内で配向させた部材を組み合わせる必要があるため成形が複雑になり、製造タクト及び製造コストが高かった。
一方、特許文献２には合成樹脂を用いた構造体が示されている。この構造体は形状自由度が高く、リブを設けることで剛性を高くすることが出来るが、耐衝撃性が低く、大きな衝撃に対しては、構造体の質量が重くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２００８−６８７２０号公報
【特許文献２】日本国特開平６−３０５３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、軽量で形状自由度が高く、耐衝撃性に優れ、さらには長さ方向、幅方向、高さ方向のそれぞれから入力された荷重への耐衝撃性に優れる耐衝撃部材及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討の結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は、開断面部とその内側にあるリブ部からなり、該開断面部と該リブ部のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂を含む炭素繊維強化複合材料からなり、他方は熱可塑性樹脂からなるものであってもよい耐衝撃部材であって、該耐衝撃部材における熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維１００質量部に対し３０〜１０００質量部であり、該炭素繊維の平均繊維長が３ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする耐衝撃部材である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軽量で形状自由度が高く、耐衝撃性に優れた耐衝撃部材を製造する事が可能になる。更に、軽量で形状自由度が高く、耐衝撃性に優れた耐衝撃部材を高効率に製造することのできる製造方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が１８％）の斜視図。
【図２】本発明の第２実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が５３％）の斜視図。
【図３】本発明の第３実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が４８％）の斜視図。
【図４】本発明の第４実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が４４％）の斜視図。
【図５】本発明の第５実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が６５％）の斜視図。
【図６】本発明の第６実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が２５％）の斜視図。
【図７】本発明の第７実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が４２％）の斜視図。
【図８】本発明の第８実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が２０％）の斜視図。
【図９】本発明の第９実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が６０％）の斜視図。
【図１０】本発明の第１０実施形態（開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が３４％）の斜視図。
【図１１】比較形態の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、開断面部とその内側にあるリブ部からなる耐衝撃部材であり、該開断面部と該リブ部のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂を含む炭素繊維強化複合材料からなり、他方は熱可塑性樹脂からなるものであってもよい耐衝撃部材である。上記炭素繊維強化複合材料としては、熱可塑性樹脂中に不連続の炭素繊維が面内において無作為に配向して存在する、等方性のものであると好ましい。以下、本発明の耐衝撃部材の実施形態について説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【００１０】
［耐衝撃部材］
本発明の耐衝撃部材は、開断面部とその内側にあるリブ部からなり、該開断面部と該リブ部のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂を含む炭素繊維強化複合材料からなり、他方は熱可塑性樹脂からなるものであってもよい耐衝撃部材であって、該耐衝撃部材における熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維１００質量部に対し３０〜１０００質量部であり、該炭素繊維の平均繊維長が３〜１００ｍｍであることを特徴とするものである。
本発明の耐衝撃部材が、開断面部とリブ部のうち一方が炭素繊維強化複合材料からなり、他方が熱可塑性樹脂からなる場合、炭素繊維強化複合材料に含まれる熱可塑性樹脂と、他方の熱可塑性樹脂とは同じ種類であっても別の種類であってもよい。
本発明の耐衝撃部材においては、開断面部とリブ部のいずれも炭素繊維強化複合材料からなるものであると好ましく、開断面部とリブ部をなす炭素繊維強化複合材料は同じ種類であっても異なる種類のものであってもよい。
図１に本発明の実施形態の例を示す。図１に図示のとおり、開断面部を１、リブ部を２で示す。
開断面部とは、断面がハット形状・コの字形状など開断面形状に構成された構造体であり、その内側に一対の対向する面（対向面）と、これら一対の対向面の縁をつなぐ底面とを有する。リブ部とは開断面部の内側に伸びた部位のことである。開断面部の内側とは、開断面部を仮に閉じた場合に中空となる部分のことである。
【００１１】
リブ部は開断面部の内側にある底面に対して垂直方向に伸びて設けられることが好ましい。なお、底面に対して垂直方向に伸びるとは、底面に対して厳密に直角でなくとも良く、本発明の意図を損なわない程度に任意の角度や金型の抜き勾配を確保するための角度を取る事が可能である。この場合、開断面部とリブ部が成す角度は３０〜９０度が好ましく、４０〜９０度がより好ましい。開断面部とリブ部の間には、本発明の意図を損なわない程度に任意の面取りや曲率を加えることも可能である。面取りや曲率の寸法に特に制限はないが、面取りの場合はＣ０．２〜１０ｍｍ、曲率の場合はＲ０．２〜１０ｍｍが好ましい。
【００１２】
リブ部の数に制限は無く、１つまたは複数であっても構わない。リブ部の形状の種類に制限はなく、１種類または複数の種類が組み合わさっていても良い。
リブ部は開断面部と一体に成形されていても良いし、例えば、リブ部には炭素繊維複合材料を用い、開断面部には熱可塑性樹脂を用いるなどして別体で成形した後に接合されていても構わないが、耐衝撃性能を良くするために、炭素繊維複合材料を用いて、一体で成形されていることが好ましい。ここで言う耐衝撃性能は、衝撃荷重の方向に限定されない。
【００１３】
［開断面部］
本発明の耐衝撃部材において、開断面部とは、実質的に面状である複数の板体により開断面を形成する構造体であり、リブ部の基礎となる部位のことを言う。図１に本発明の実施形態の例を示すが、開断面部を１、開断面部内側を４で示す。なお、上記の板体とは平板に限らず、いわゆる曲板であってもよい。
【００１４】
開断面部の各面は完全に面状である必要はなく、部分的な凹凸やビードを有していても良い。凹凸やビードの高さや幅に特に制限はないが、高さは基礎となる開断面部の板厚の０．５〜２倍とすることが好ましい。通気、ボルト締結、配線などのための貫通口を有しても良い。この場合、耐衝撃部材（成形体）の成形と同時に型内でシャーなどを用いて開孔させてもよく、後加工としてドリル、打ち抜き、切削加工などで開孔させても良い。開断面部の板厚は特に制限はないが、０．２〜５ｍｍが好ましく、１〜３ｍｍがさらに好ましい。開断面部の板厚は均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。この場合、板厚の増減幅に特に制限はないが、基礎となる開断面部の板厚の３０〜３００％が好ましく、５０〜２００％がさらに好ましい。板厚は段階的に変化させることも可能であり、テーパーや曲率を持たせて連続的に変化させることも可能であるが、応力集中を回避するという観点から連続的に変化させるのが好ましい。
【００１５】
［リブ部］
本発明の耐衝撃部材において、リブ部とは、前述の開断面部の内側に伸びた部位のことを言い、開断面部の内側に垂直方向に伸びた部位であることが好ましい。
また、本発明の耐衝撃部材は、そのリブ部が前述の開断面部の対向している面（対向面）どうしをつなぐ構造を有するものであると好ましい。リブ部が開断面部の対向面をつなぐよう設置することで、耐衝撃性により優れた耐衝撃部材とすることができる。なお、上記の、リブ部が開断面部の対向面どうしをつなぐ構造とは、該対向面どうしが直接、同じリブ部によりつながれるものだけでなく、例えば、図７に示すように該対向面の間に壁状に設けられたリブ部と各々の対向面のリブ部がつながることにより、間接的に該対向面どうしがリブ部でつながる構造であっても良い。
本発明の耐衝撃部材としては、図１などに示すように、リブ部を２つ以上有するものであるとより耐衝撃性が高くなり好ましい。
本発明の耐衝撃部材としては、リブ部の高さが、開断面部の底面からの開口部の高さに対して５％〜１００％の割合にあると好ましい。例えば、図８に示す耐衝撃性部材における、リブ部の高さの開断面部の開口部の高さに対する比は７０％である。
上記のリブ部の高さ割合としては、開口部の高さが変化している場合は、最も低いところを１００％とした、リブ部の高さの割合でも良く、高さが異なるリブ部が複数ある耐衝撃部材においては、最も高いリブ部の高さを用いて求めた割合でもよい。更に、耐衝撃部材の開断面部の底面の板体が、断面が弧状などの曲板の場合は、最下部を基準とするリブ部や開口部の高さから、リブ部の高さ割合を算出してもよい。
本発明の耐衝撃部材としては、開断面部の板体に対して垂直（略垂直であってもよい）なリブ部を有するものであると好ましい。前記のとおり、開断面部の内側の底面にある板体に対して垂直なリブ部であると好ましく、また、対向面の板体に対して垂直であると好ましく、図２に示す耐衝撃性部材等のように底面の板体と対向面の板体のいずれにも垂直なリブ部であっても好ましい。
本発明の耐衝撃部材としては、開断面部に直行する面に対して対称なリブ部を有するものであっても好ましい。開断面部に直行する面とは、例えば、図１の耐衝撃部材において、底面の板体に直交し、対向する２面（２つの対向面）の中間で２等分する仮想面等があげられる。
本発明の耐衝撃部材としては、開断面部の板体の総面積に対して、リブ部の総面積の割合が１％以上となるようリブが形成されているものであると好ましい。リブ部の総面積が１％以上であると、より有用な耐衝撃部材となり好ましい。本発明の耐衝撃部材は、リブ部の総面積の割合が１００％、つまり、開断面部の板体の総面積とリブ部の総面積とが等しいものであってもよく、また、極端にリブ数を増やすなどして、リブ部の総面積の割合が１００％を超すものであってもよいが、好ましい範囲としては１０〜８０％が挙げられる。
図１に示す本発明の実施形態の例において、リブ部を２で示す。リブ部の高さは特に制限はないが、１〜３００ｍｍが好ましく、５〜１００ｍｍが更に好ましい。リブ部の高さは均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。リブ部高さの増減幅に特に制限はなく、最大高さの１０〜９０％が好ましく用いられ、２０〜８０％がさらに好ましく用いられる。リブ部の板厚に特に制限は無く、開断面部と同じであってもよく、異なっていても良い。
リブ部の板厚は０．２〜１００ｍｍが好ましく、１〜５０ｍｍがさらに好ましい。リブ部の板厚は均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。この場合、増減幅に特に制限はないが、基礎となるリブ部板厚の２０〜５００％が好ましく、５０〜２００％がさらに好ましい。板厚は段階的に変化させることも可能であり、テーパーや曲率を持たせて連続的に変化させることも可能であるが、応力集中を回避するという観点から連続的に変化させるのが好ましい。また、リブ部には、本発明の意図を損なわない程度に、金型の抜き勾配を確保するための角度を設けることが好ましい。金型の抜き勾配は０〜４５度が好ましく、０〜１０度がさらに好ましい。
【００１６】
［パネル部］
本発明の耐衝撃部材は、更に開断面部の端部に連続するパネル部を有することが好ましい。
本発明の耐衝撃部材において、パネル部とは、実質的に面状で開断面部の端部に連続する部位のことを言う。図１に示す本発明の実施形態の例において、パネル部を３で示す。パネル部は完全に面状である必要はなく、部分的な凹凸やビードを有していても良い。凹凸やビードの高さや幅に特に制限はないが、高さは基礎となるパネル部板厚の０．５〜２倍とすることが好ましい。通気、ボルト締結、配線などのための貫通口を有しても良い。この場合、耐衝撃部材（成形体）の成形と同時に型内でシャーなどを用いて開孔させてもよく、後加工としてドリル、打ち抜き、切削加工などで開孔させても良い。パネル部の板厚は特に制限はないが、０．２〜５ｍｍが好ましく、１〜３ｍｍがさらに好ましい。パネル部の板厚は均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。この場合、板厚の増減幅に特に制限はないが、基礎となるパネル部板厚の３０〜３００％が好ましく、５０〜２００％がさらに好ましい。板厚は段階的に変化させることも可能であり、テーパーや曲率を持たせて連続的に変化させることも可能であるが、応力集中を回避するという観点から連続的に変化させるのが好ましい。パネル部は開断面部と一体に成形されていても良いし、別体で成形した後に接合されていても構わないが、耐衝撃性能を良くするために一体で成形されていることが好ましい。さらには開断面部とリブ部とパネル部を一体成形した耐衝撃部材とすることが好ましい。
【００１７】
［熱可塑性樹脂］
本発明の耐衝撃部材における、熱可塑性樹脂の存在量は、炭素繊維１００質量部に対し、３０〜１０００質量部である。より好ましくは、炭素繊維１００質量部に対し、熱可塑性樹脂の存在量が３０〜５００質量部であり、更に好ましくは、３０〜２００質量部であり、特に好ましくは、６０〜２００質量部である。
本発明の耐衝撃部材として、より好ましくは、開断面部およびリブ部、更にはパネル部もふくめた全体が炭素繊維強化複合材料によりなるものであり、かつ、その炭素繊維強化複合材料における、熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維１００質量部に対し、３０〜１０００質量部となるものである。より一層好ましくは、炭素繊維１００質量部に対し、熱可塑性樹脂の存在量が３０〜５００質量部のものであり、更に好ましくは、３０〜２００質量部のものであり、特に好ましくは、６０〜２００質量部のものである。
【００１８】
本発明において用いられる熱可塑性樹脂としては、特に制限はないが、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂（例えば、ポリアミド６樹脂、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド６１０樹脂）、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂、およびこれらの樹脂から選ばれる２種類以上の混合物（樹脂組成物）等からなる群から選択された少なくとも１種が好ましく挙げられる。熱可塑性樹脂として好ましくはポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアミド樹脂およびこれらの樹脂から選ばれる２種類以上の混合物からなる群から選択された少なくとも１種であり、より好ましくは、ポリアミド樹脂又はポリエステル樹脂である。
上記の樹脂組成物としては、ポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂の組成物、ポリカーボネートとＡＢＳ樹脂との組成物、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリアミド樹脂の組成物、ポリアミド樹脂とＡＢＳ樹脂の組成物、およびポリエステル樹脂とポリアミド樹脂の組成物等からなる群から選択された少なくとも１種が、より好ましい。
なお、本発明の目的を損なわない範囲で、炭素繊維強化複合材料や熱可塑性樹脂に機能性の充填材や添加剤を含有させても良い。例えば、有機／無機フィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤などが挙げられるが、この限りではない。
【００１９】
［耐衝撃部材に含まれる炭素繊維］
本発明の耐衝撃部材を構成する炭素繊維複合材料に含まれる炭素繊維は、平均繊維長が３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の不連続なものである。これによって、静的な強度・剛性だけでなく、衝撃的な荷重や長期の疲労荷重に対しても高い物性を示す耐衝撃部材となる。平均繊維長が３ｍｍ未満であると、耐衝撃部材の物性が低くなるという問題があり、１００ｍｍより長いと炭素繊維の取扱い性が悪くなるという問題がある。炭素繊維の平均繊維長は８ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましく、１５ｍｍ以上がより一層好ましく、２０ｍｍ以上が更に好ましい。また、炭素繊維の繊維長は８０ｍｍ以下が好ましく、６０ｍｍ以下がより好ましい。特に好ましい平均繊維長としては８ｍｍ〜８０ｍｍが挙げられる。
【００２０】
本発明の耐衝撃部材は、炭素繊維強化複合材料中に含まれる炭素繊維が、下記式（１）
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の、炭素繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
本発明の耐衝撃部材は、炭素繊維強化複合材料中に含まれる炭素繊維が、上記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）のについて、該炭素繊維強化複合材料中の炭素繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満であり、かつ炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たすことがより好ましい。
０．７×１０４ ／Ｄ２ ＜Ｎ＜１×１０５ ／Ｄ２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００２１】
上記の炭素繊維全量に対する炭素繊維束（Ａ）の割合が２０Ｖｏｌ％未満になると、表面品位に優れる耐衝撃部材が得られるという利点はあるものの、機械物性に優れた耐衝撃部材が得にくくなる。炭素繊維束（Ａ）の割合が９９Ｖｏｌ％を超えると、繊維の交絡部が局部的に厚くなり、薄肉のものが得られにくくなる。炭素繊維束（Ａ）の割合として、好ましくは３０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、より好ましくは３０Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％未満である。
【００２２】
なお、上記の炭素繊維束（Ａ）について別の表現をすると、本発明の耐衝撃部材は、これを構成する炭素繊維強化複合材料中で、炭素繊維のうち２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、前記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）になり、残りの１Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％以下の炭素繊維は、単糸の状態または上記の臨界単糸数未満で構成される繊維束となり、熱可塑性樹脂に分散している。また本発明の耐衝撃部材を構成する炭素繊維強化複合材料では、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たすものであると、厚みが０．２〜１ｍｍ程度の薄肉の部分を有する耐衝撃部材の場合にも特に表面が平滑で、均一な厚みを有するものとなり好ましい。
０．７×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２（２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００２３】
炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は具体的には、炭素繊維の平均繊維径が５〜７μｍである場合、臨界単糸数は８６〜１２０本となり、炭素繊維の平均繊維径が５μｍである場合、繊維束中の平均繊維数は２８０本超４０００本未満の範囲となるが、なかでも６００本〜２５００本であることが好ましく、より好ましくは６００〜１６００本である。炭素繊維の平均繊維径が７μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は１４２本超２０４０本未満の範囲となるが、なかでも３００〜１６００本であることが好ましい。更に好ましくは３００〜８００本である。
炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が０．７×１０４／Ｄ２以下の場合、高い繊維体積含有率（Ｖｆ）を得ることが困難となる。また炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が１×１０５／Ｄ２以上の場合、局部的に厚い部分が生じ、ボイドの原因となる可能性がある。上記の炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）としては、以下式（２´）を満たすものであるとより好ましい。
０．７×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜６×１０４／Ｄ２（２´）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００２４】
本発明の耐衝撃部材は、底面内の任意の方向、および同一面内でこれと直交する方向（以下、それぞれ０度方向と９０度方向と称することがある）についての引張弾性率の、大きい方の値を小さい方の値で割った比（以下、Ｅδと略することがある）が１．０〜１．３であると好ましい。Ｅδは、材料の等方性の指標であり、Ｅδが２未満であると等方性とされ、１．３以下であると等方性が特に優れているとされる。また、開断面部、リブ部、及びパネル部から選ばれる１つ以上の部位に、連続繊維が熱可塑性樹脂中に一方向にそろえて配置されている一方向材層を有する構成とすることも好ましい。
【００２５】
本発明の耐衝撃部材は、開断面部の熱可塑性樹脂の存在量（炭素繊維１００質量部あたりの質量部）と、リブ部の熱可塑性樹脂の存在量（炭素繊維１００質量部あたりの質量部）から、下記式（ｉ）
熱可塑性樹脂存在量比（％）＝１００×（リブ部の熱可塑性樹脂の存在量−開断面部の熱可塑性樹脂の存在量）／開断面部の熱可塑性樹脂の存在量        （ｉ）
で求められる熱可塑性樹脂存在量比が−６０％〜＋４５％であると好ましく、−４０％〜＋３０％であるとより好ましく、−２０％〜＋２０％であると更に好ましく、−１０％〜＋１０％であるとより一層好ましく、０％、つまり、開断面部とリブ部で熱可塑性樹脂存在量が等しいと特に好ましい。
本発明の耐衝撃部材は、上記の熱可塑性樹脂存在比が−６０％〜４５％であり、かつ、開断面部の底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向についての引張弾性率の、大きい方の値を小さい方の値で割った比が１．０〜１．３であることがより好ましい。
本発明の耐衝撃部材は、該耐衝撃部材における開断面部及びリブ部の熱可塑性樹脂の存在量が等しく、開断面部の底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向についての引張弾性率の、大きい方の値を小さい方の値で割った比が１．０〜１．３であることがより好ましい。
【００２６】
本発明の耐衝撃部材は、該耐衝撃部材の耐衝撃性能が４×１０１１（Ｎ３／ｇ）以上であることが好ましく、７×１０１１以上（Ｎ３／ｇ）であることがより好ましく、１×１０１２（Ｎ３／ｇ）であることが更に好ましい。耐衝撃性能は、耐衝撃部材を用いる部位により適宜調整が可能であるが、４×１０１１（Ｎ３／ｇ）以上であれば、耐衝撃部材として十分な性能を発揮することができる。耐衝撃性能について特に上限は無いが、５×１０１３（Ｎ３／ｇ）以下で、多くの用途に充分である。
耐衝撃性能は、耐衝撃部材を高速圧縮した際の耐荷重を測定することで評価できる。すなわち、耐衝撃部材の長さ方向と幅方向と高さ方向の耐荷重の積を、耐衝撃部材の質量で割ることで、一方向以外の入力に対する性能も加味した評価を行うことができる。
耐荷重は、例えば、落錘試験機を用いて測定することができる。
【００２７】
＜耐衝撃部材の製造方法＞
本発明の耐衝撃部材の好ましい製造方法は、平均繊維長が３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成されるランダムマットであって、炭素繊維が２５〜３０００ｇ／ｍ２の目付であり、下記式（１）
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の、ランダムマット中の炭素繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であるものを用いて、プレス成形を行う製造方法である。
本発明の耐衝撃部材のより好ましい製造方法は、繊維長３〜１００ｍｍの炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が２５〜３０００ｇ／ｍ２の目付けであり、上記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の、ランダムマットの炭素繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満であり、かつ炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が前記式（２）を満たすことを特徴とするランダムマットをプレス成形する製造方法である。
製造効率からは、１回のプレス成形にて、開断面部とリブ部を有する耐衝撃部材を得るのが好ましいが、開断面部とリブ部を別々に成形してから、これらを接合して耐衝撃部材としても良く、開断面部とリブ部のうち一方を上記のとおりランダムマットをプレス成形して得て、他方は別の方法により得て、これらを接合しても良い。
本発明はこのような耐衝撃部材の好ましい製造方法を包含する。本発明により平均繊維長が３〜１００ｍｍといった比較的長い炭素繊維を、熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維１００質量部に対し３０〜１０００質量部といった高充填率で満たして、形状自由度が高く、耐衝撃性に優れ、さらには長さ方向、幅方向、高さ方向のそれぞれから入力された荷重への耐衝撃性に優れる耐衝撃部材を提供できる。
【００２８】
金型を熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱してプレス成形した後に、金型と製品を熱可塑性樹脂の軟化点未満に冷却するホットプレスも適用可能であり、ランダムマットを用いたプリプレグを熱可塑樹脂の軟化点以上に加熱し、熱可塑樹脂の軟化点未満の温度を有する金型でプレス成形するコールドプレスも適用可能である。本発明方法においてはこのような複雑形状のものも一回の成形で得ることが可能であり、開断面部とリブ部とパネル部を一体成形して耐衝撃部材を得ることが可能である。なお、本願において、熱可塑性樹脂の軟化点とは、該熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点を、該熱可塑性樹脂が非晶性の場合はガラス転移点のことを指す。
【００２９】
＜ランダムマット＞
本発明の耐衝撃部材の製造方法にて用いられるランダムマットは、平均繊維長が３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が２５〜３０００ｇ／ｍ２の目付であり、前記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の、ランダムマットの繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であり、かつ炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が前記式（２）を満たすものである。
本発明において、ランダムマットとは、炭素繊維が絡みあったマット状物に熱可塑性樹脂が付着した物を指す。
【００３０】
ランダムマット中の炭素繊維、熱可塑性樹脂、および炭素繊維束（Ａ）の詳細については、耐衝撃部材を構成する炭素繊維強化複合材料について前述したとおりであるが、以下のとおり補足する。
ランダムマットの面内において、炭素繊維は特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されている。本発明の製造方法で用いられるランダムマットは等方性の材料であることが好ましい。ランダムマットより耐衝撃部材を得た場合に、ランダムマット中の炭素繊維の等方性は、耐衝撃部材においても維持される。ランダムマットより耐衝撃部材を得て、該耐衝撃部材について、互いに直交する二方向の引張弾性率の大きい方の値の小さい方の値に対する比（Ｅδ）を求めることで、ランダムマットおよびそれから得られる耐衝撃部材の等方性を定量的に評価できる。Ｅδが２未満である耐衝撃部材は等方性とされ、１．３以下である耐衝撃部材は特に等方性が優れているとされる。
【００３１】
まず、本発明の耐衝撃部材の製造方法で用いられるランダムマットにおいて、ランダムマットの繊維全量に対する、炭素繊維束（Ａ）の割合が２０Ｖｏｌ％未満になると、表面品位に優れる耐衝撃部材が得られるという利点はあるものの、機械物性に優れた耐衝撃部材が得にくくなる。炭素繊維束（Ａ）の割合が９９Ｖｏｌ％を超えると、繊維の交絡部が局部的に厚くなり、薄肉のものが得られにくくなる。ランダムマットにおける炭素繊維束（Ａ）の割合は、好ましくは３０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、より好ましくは３０Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％未満である。
【００３２】
本発明の耐衝撃部材を構成する炭素繊維複合材料について述べたとおり、ランダムマットについても、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が、前記式（２）を満たすものであると好ましい。該平均繊維数（Ｎ）が０．７×１０４／Ｄ２以下のランダムマットを用いた場合、高い炭素繊維体積含有率（Ｖｆ）の耐衝撃部材を得ることが困難となる。また、該平均繊維数（Ｎ）が１×１０５／Ｄ２以上のランダムマットを用いる場合、局部的に厚い部分が生じ、ボイドの原因となりやすい。上記の炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）としては、以下式（２´）を満たすものであるとより好ましい。
０．７×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜６×１０４／Ｄ２（２´）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００３３】
更に、本発明の耐衝撃部材の製造方法で用いられるランダムマットを用いて含浸〜成形を行い、１ｍｍ以下の薄肉な耐衝撃部材を得ようとした場合、単純に分繊しただけの繊維を用いたのでは、疎密が大きく、良好な物性が得られない。又、全ての繊維を開繊した場合には、より薄いものを得ることは容易になるが、繊維の交絡が多くなり、繊維体積含有率の高いものが得られない。前記式（１）で定義される臨界単糸以上の炭素繊維束（Ａ）と、単糸の状態又は臨界単糸数未満の炭素繊維（Ｂ）を、耐衝撃部材を為す炭素繊維強化複合材料に同時に存在させることにより、薄肉であり、物性発現率の高い耐衝撃部材を実現することが可能である。本発明の製造方法は、各種の厚みの耐衝撃部材を提供することが可能であるが、厚みが０．２〜１ｍｍ程度の薄肉の耐衝撃部材を得るのに特に好適である。
【００３４】
本発明の耐衝撃部材の製造方法で用いられるランダムマットの厚さにとくに制限はなく、１〜１５０ｍｍ厚みのものを得ることができる。本発明のランダムマットより薄肉の耐衝撃部材が得られるという本発明の効果を発揮する点では、２〜１００ｍｍ厚みとすることが好ましい。また、ランダムマットは適当な加圧または減圧装置を用いて、使いやすい厚みに減容してから次の工程で使用しても良い。
【００３５】
本発明の耐衝撃部材の製造方法に用いられるランダムマットに含まれる炭素繊維および熱可塑性樹脂の存在量を質量基準で示すと、好ましくは炭素繊維１００質量部に対し３０〜１０００質量部、より好ましくは３０〜５００質量部、より一層好ましくは５０〜５００質量部であり、更に好ましくは、炭素繊維１００質量部に対し、熱可塑性樹脂６０〜２００質量部である。炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の割合が３０質量部より少ないと、得られる炭素繊維強化複合材料中にボイドが発生しやすくなり、強度や剛性が低くなる虞がある。逆に、熱可塑性樹脂の割合が１０００質量部より多くなると炭素繊維の補強効果が発現しにくい可能性がある。
【００３６】
＜プリプレグ＞
本発明において、コールドプレス成形を行う場合、ランダムマットを、その含有する熱可塑性樹脂の軟化点以上熱分解温度未満の温度まで加熱、つまり、熱可塑性樹脂が結晶性の場合はランダムマットを融点以上熱分解温度未満の温度まで、非晶性の場合はガラス転移温度以上熱分解温度未満の温度まで加熱することで、熱可塑性樹脂を含浸させプリプレグを得て成形に用いる。プリプレグにおける炭素繊維の形態はランダムマット中における状態を保っている。すなわち、プリプレグ中の炭素繊維はランダムマットにおける繊維長や等方性、開繊程度を維持しており、上記のランダムマットに記載したものと同様である。
つまり、本発明には、繊維長３〜１００ｍｍの炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が２５〜３０００ｇ／ｍ２ の目付けであり、前記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の、ランダムマットの炭素繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満であり、かつ炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が前記式（２）を満たすことを特徴とするランダムマットを、熱可塑性樹脂の軟化点以上熱分解温度未満の温度まで加熱して得られるプリプレグとし、該プリプレグをプレス成形して得ることを特徴とする、前記の耐衝撃部材を製造する方法の発明も包含される。
なお、上記の熱分解温度についてより具体的に言うと空気中の熱分解温度であると好ましい。
【００３７】
本発明の耐衝撃部材は、図１に示した態様のもの限定されず、例えば、図２〜１０に示す態様とすることもできる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何等限定を受けるものでは無い。なお、使用する熱可塑性樹脂について、ナイロン６の融点は２２５℃、熱分解温度(空気中）は３００℃であり、ポリブチレンテレフタレートの融点は２３０℃、熱分解温度(空気中）は３００℃である。【００３９】
１）ランダムマットにおける炭素繊維束の分析
ランダムマットを１００ｍｍ×１００ｍｍ程度に切り出す。切り出したランダムマットより、繊維束をピンセットで全て取り出し、炭素繊維束（Ａ）の束の数（Ｉ）および炭素繊維束の長さ（Ｌｉ）と質量（Ｗｉ）を測定し、記録する。ピンセットにて取り出すことができない程度に繊維束が小さいものについては、まとめて最後に質量を測定する（Ｗｋ）。質量の測定には、１／１００ｍｇ（０．０１ｍｇ）まで測定可能な天秤を用いる。
ランダムマットに使用している炭素繊維の繊維径（Ｄ）より、臨界単糸数を計算し、臨界単糸数以上の炭素繊維束（Ａ）と、それ以外に分ける。なお、２種類以上の炭素繊維が使用されている場合には、繊維の種類毎に分け、各々について測定及び評価を行う。
炭素繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）の求め方は以下の通りである。
各炭素繊維束中の繊維本数（Ｎｉ）は使用している炭素繊維の繊度（Ｆ）より、次式により求められる。
Ｎｉ＝Ｗｉ／（Ｌｉ×Ｆ）
炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は、炭素繊維束（Ａ）の束の数（Ｉ）より、次式により求められる。
Ｎ＝ΣＮｉ／Ｉ
炭素繊維束（Ａ）のランダムマットの繊維全量に対する割合（ＶＲ）は、炭素繊維の密度（ρ）を用いて次式により求められる。
ＶＲ＝Σ（Ｗｉ／ρ）×１００／（（Ｗｋ＋ΣＷｉ）／ρ）【００４０】
２）耐衝撃部材に含まれる炭素繊維の平均繊維長の分析
得られた耐衝撃部材に含まれる炭素繊維の平均繊維長は、５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、無作為に抽出した炭素繊維１００本の長さをノギスおよびルーペで１ｍｍ単位まで測定して記録し、測定した全ての炭素繊維の長さ（Ｌｉ、ここでｉ＝１〜１００の整数）から、次式により平均繊維長（Ｌａ）を求めた。
Ｌａ＝ΣＬｉ／１００
なお、ランダムマット中の炭素繊維の平均繊維長についても上記と同様の方法で測定することができる。【００４１】
３）耐衝撃部材における炭素繊維束分析
耐衝撃部材について、５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、上記のランダムマットにおける方法と同様にして測定した。【００４２】
４）耐衝撃部材における繊維と樹脂の存在量の分析
耐衝撃部材の開断面部、パネル部及びリブ部より試験片を切出し、それぞれ５００℃×１時間、炉内にて樹脂を燃焼除去し、処理前後の試料の質量を秤量することによって炭素繊維分と樹脂分の質量を算出した。【００４３】
５） 引張弾性率試験
ウォータージェットを用いて耐衝撃部材から試験片を切出し、開断面部の底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向について、Ａ＆Ｄ社製のテンシロン万能試験機を用いて、引張弾性率を測定し、大きい方の値を小さい方の値で割った比を算出した。【００４４】
６）耐衝撃性評価方法
落錘試験機を用いて、耐衝撃部材を高速圧縮した際の耐荷重を測定した。一方向以外の入力に対する性能も加味した評価を行うために、長さ方向と幅方向と高さ方向の耐荷重の積を部材質量で割った値により評価を行った。【００４５】
［参考例１］
強化繊維としての炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックス（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ）を２０ｍｍ幅に広げながら、繊維長１０ｍｍにカットし、炭素繊維の供給量を８２０ｇ／分でテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
また、マトリックス樹脂として、平均粒径が約１ｍｍに冷凍粉砕したナイロン６（ポリアミド６：以下ＰＡ６と記載することがある）樹脂（宇部興産製 １０１５Ｂ）を１０００ｇ／分でテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長１０ｍｍの炭素繊維とＰＡ６が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維（炭素繊維）体積含有率（Ｖｆ）は３５％、強化繊維の目付は９１０ｇ／ｍ２であった。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は１０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）の、マットの繊維全量に対する割合は３３％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２３０であった。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。【００４６】
［参考例２］
強化繊維としての炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックス（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ）を長さ４ｍｍにカットし、炭素繊維の供給量を２４０ｇ／分でテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束をほぼ完全に単糸状になるまで開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
またマトリックス樹脂として、平均粒径が約１ｍｍに冷凍粉砕したナイロン６樹脂（宇部興産製 １０１５Ｂ）を１４００ｇ／分でテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長４ｍｍの炭素繊維とＰＡ６が混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維（炭素繊維）体積含有率（Ｖｆ）は１０％、強化繊維の目付は２６０ｇ／ｍ２であった。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長は４ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）は観測されなかった。得られたランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。【００４７】
［参考例３］
強化繊維としての炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックス（登録商標）ＨＴＳ４０−１２ＫＳ（繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ））を繊維長３０ｍｍにカットし、炭素繊維の供給量を９５０ｇ／分でテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。
また、マトリックス樹脂として、平均粒径が約１ｍｍに冷凍粉砕したポリブチレンテレフタレート樹脂（以下ＰＢＴと記載することがある、ポリプラスチック製 ＤＵＲＡＮＥＸ（登録商標）２００２）を１０６０ｇ／分でテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長３０ｍｍの炭素繊維とＰＢＴが混合されたランダムマットを得た。このランダムマットの強化繊維（炭素繊維）体積含有率（Ｖｆ）は４０％、強化繊維の目付は１０５０ｇ／ｍ２であった。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は３０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）の、マットの繊維全量に対する割合は８５％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は１５００であった。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ平行にあり、面内においては無作為に分散されていた。【００４８】
［実施例１］
参考例３で得られたランダムマットを、含浸用の平板金型がセットされた川崎油工製プレス機を用いて２６０℃、４ＭＰａで５分間ホットプレスした後、５０℃まで冷却して、炭素繊維１００質量部に対してＰＢＴが１１２質量部存在する強化繊維の目付が１０５０ｇ／ｍ２のプリプレグを得た。
次に、得られたプリプレグをＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて２６０℃に加熱して１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図２に示すような成形体（耐衝撃部材）を得た。
本実施例の形状は幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、高さ２２ｍｍ、厚み２ｍｍの開断面部と、厚み２ｍｍのリブ部からなる。耐衝撃部材における炭素繊維の平均繊維長は３０ｍｍであり、炭素繊維束（Ａ）の割合は８５％、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は１５００であった。開断面部とパネル部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１１２質量部、リブ部の熱可塑性樹脂の存在量は１１２質量部、及び開断面部の底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向についての引張弾性率の比はいずれも１．０２であった。
この構成での耐衝撃性能は１．６×１０１２Ｎ３／ｇであり、この耐衝撃部材は、長さ方向、幅方向、高さ方向のそれぞれから入力された荷重への耐衝撃性に優れることが分かった。【００４９】
［実施例２］
参考例１で得られたランダムマットを、含浸用の平板金型がセットされた川崎油工製プレス機を用いて２６０℃、４ＭＰａで５分間ホットプレスした後、５０℃まで冷却して、炭素繊維１００質量部に対してＰＡ６が１２２質量部存在する強化繊維の目付が９１０ｇ／ｍ２のプリプレグを得た。
次に、得られたプリプレグをＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて２６０℃に加熱して１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図４に示すような成形体（耐衝撃部材）を得た。
本実施例の形状は幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、高さ２２ｍｍ、厚み２ｍｍの開断面部と、厚み２ｍｍのリブ部からなる。耐衝撃部材における炭素繊維の平均繊維長は１０ｍｍであり、炭素繊維束（Ａ）の割合は３３％、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２３０であった。開断面部とパネル部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、リブ部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、及び開断面部の底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向についての引張弾性率の比はいずれも１．０５であった。この構成での耐衝撃性能は１．６×１０１２Ｎ３／ｇであり、この耐衝撃部材は、長さ方向、幅方向、高さ方向のそれぞれから入力された荷重への耐衝撃性に優れることが分かった。【００５０】
［比較例１］
参考例１で得られたランダムマットより、実施例２と同様にプリプレグを得て、得られたプリプレグを、ＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて２６０℃に加熱して３０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図１１に示すような耐衝撃部材を得た。本実施例の形状は幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、高さ２２ｍｍ、厚み２ｍｍの開断面部からなる。耐衝撃部材における炭素繊維の平均繊維長は１０ｍｍであり、炭素繊維束（Ａ）の割合は３３％、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２３０であった。開断面部とパネル部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、及び開断面部の底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成での耐衝撃性能は１．１×１０１１Ｎ３／ｇであった。本実施例と比較して構造剛性が弱く、耐衝撃性能は低い結果となった。【００５１】
［実施例３］
参考例２で得られたランダムマットを、含浸用の平板金型がセットされた川崎油工製プレス機を用いて２６０℃、４ＭＰａで５分間ホットプレスした後、５０℃まで冷却して、炭素繊維１００質量部に対してＰＡ６が５８３質量部存在する強化繊維の目付が２６０ｇ／ｍ２のプリプレグを得た。
次に、得られたプリプレグをＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて２６０℃に加熱して１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、実施例２と同様の形状を得た。耐衝撃部材における炭素繊維の平均繊維長は４ｍｍであり、炭素繊維束（Ａ）は観測されなかった。開断面部とパネル部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は５８３質量部、リブ部の熱可塑性樹脂の存在量は５８３質量部、及び開断面部の底面内の任意の方向及び同一面内でこれと直交する方向についての引張弾性率の比はいずれも１．０６であった。この構成での耐衝撃性能は３．２×１０１１Ｎ３／ｇであった。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、軽量で形状自由度が高く、耐衝撃性に優れた耐衝撃部材を提供することが可能になる。
更に、軽量で形状自由度が高く、耐衝撃性に優れた耐衝撃部材を高効率に製造することのできる製造方法が提供される。【００５３】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１１年１２月７日出願の日本特許出願（特願２０１１−２６８１７６）及び２０１１年１１月２８日出願の日本特許出願（特願２０１１−２５９０４６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 開断面部
２ リブ部
３ パネル部
４ 開断面部内側
【図１】
2013080975.tif 000003
【図２】
2013080975.tif 000004
【図３】
2013080975.tif 000005
【図４】
2013080975.tif 000006
【図５】
2013080975.tif 000007
【図６】
2013080975.tif 000008
【図７】
2013080975.tif 000009
【図８】
2013080975.tif 000010
【図９】
2013080975.tif 000011
【図１０】
2013080975.tif 000012
【図１１】
2013080975.tif 000013
【国際調査報告】
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