(57)【要約】【課題】自動車外板に用いられる耐衝撃性に優れた層構成をもった繊維強化樹脂材料が求められていた。【解決手段】  炭素繊維、硝子繊維及び有機系強化材繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された樹脂シートの積層構成からなる耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料であり、構成する任意の樹脂シートに含まれる強化繊維の配向方向が、上下層の強化繊維の配向方向となす角度が９０度±２度である耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維、硝子繊維及び有機系強化材繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された樹脂シートの積層構成からなる耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料であり、構成する任意の樹脂シートに含まれる強化繊維の配向方向が、上下層の強化繊維の配向方向となす角度が９０度±２度である耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料。
【請求項２】
前記樹脂シート中の繊維配合率が２０％〜５０％である、請求項１に記載の耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料。
【請求項３】
繊維強化樹脂材料の５０％以上が、繊維配合率が２０％〜５０％の樹脂シートである、請求項１または２に記載の耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料に関する。より詳細には、耐衝撃性が必要な自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の工業製品の開発において、設計した製品の性能等を評価するシミュレーションを行うことができるＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）システムが広く利用されており、例えば設計した構造部品や使用する材料単体の衝撃吸収特性を評価する衝撃解析等にも活用されている。ＣＡＥシステムを用いることにより、実地試験を行う手間を省き、構造の最適化等を容易に図ることができるため、開発期間の短縮やコスト低減に繋がっている。
【０００３】
一方、環境問題等の観点から、自動車のさらなる軽量化が求められており、自動車部品の「樹脂化」の検討が活発に行われている。使用される樹脂材料は多岐に渡るが、近年軽量化効果の高い材料として炭素繊維を用いた材料が用いられている。炭素繊維に基材樹脂を含浸させて熱プレス加工し、従来の金属材料と比較して軽量な材料として提供されている。材料の性能としては成形性に加えて強度・剛性・衝撃吸収性が求められており、材料設計の懸案事項となっている。この際、樹脂製の成型部品や樹脂材料単体の衝撃吸収特性を、ＣＡＥシステムを用いて評価する衝撃解析の検討が材料開発の有効な手段として利用されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、リブを有する樹脂成形体の衝撃特性をＬＳ−ＤＹＮＡを用いて評価する衝撃解析方法が開示されている。
一方、特許文献２には、タイヤ等の構造体の破壊現象を予測するに際し、亀裂が進展した後や亀裂が徐々に進展する過程を評価できる構造体の破壊予測方法及び構造体の破壊予測用コンピュータプログラムが開示されている。
【０００５】
繊維強化樹脂のような複合材料の衝撃吸収特性は、樹脂内部の減衰や繊維との界面での減衰、繊維強化樹脂の微視的な破壊等によって発現するものとされ、その正確な予測は従来困難であった。特に長繊維によって強化される樹脂を積層することで得られる繊維強化樹脂は、その各層の繊維方向の組み合わせで衝撃強度が変わるため、試作品等を実際に作って性能を確かめるしかなく、衝撃吸収特性の高い繊維強化樹脂の積層構成を効率的に得るのは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７９４５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１４５２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、耐衝撃性に優れる繊維強化樹脂の積層構成を提供するものである。
また、材料については十字編等の編みこんだ繊維を補強に使う場合は、リブなどの形状を形成する等の成形加工性に限りがあるため、一方向に配置された繊維を含むシートを積層した物を使用する事で成形加工性を高めた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、繊維強化樹脂の衝撃吸収特性をＣＡＥシステムにて評価し、得られた結果について、重ねられる繊維強化樹脂層のそれぞれの繊維方向のなす角度によって、耐衝撃性に優れる繊維強化樹脂の積層構成を正確かつ効率的に選定することができることを見出し、本発明を完成させた。即ち本発明の要旨は、以下の（１）〜（４）に存する。
（１）  炭素繊維、硝子繊維及び有機系強化材繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された樹脂シートの積層構成からなる耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料であり、構成する任意の樹脂シートに含まれる強化繊維の配向方向が、上下層の強化繊維の配向方向となす角度が９０度±２度である耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料。
（２）  前記樹脂シート中の繊維配合率が２０％〜５０％である、上記（１）に記載の耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料。
（３）  繊維強化樹脂材料の５０％以上が、繊維配合率が２０％〜５０％の樹脂シートである、上記（１）または（２）に記載の耐衝撃性自動車用外板に用いられる繊維強化樹脂材料。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐衝撃性に優れる繊維強化樹脂を正確かつ効率的に選定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクターと繊維強化樹脂を支持するための支持台をモデル化した図形である。
【図２】積層パターンの例である。
【図３】実際に試験機を用いて測定した衝撃試験の波形である。
【図４】衝撃解析を行って得られた結果の、インパクターの反力の推移図である。
【図５】衝撃解析を行って得られた結果と衝撃試験装置を用いて得られた実験値とを対比したインパクターの反力推移図である（繊維強化樹脂層の繊維方向と次層の繊維のなす角度と設定について衝撃吸収エネルギーを比較）。
【図６】衝撃解析を行って得られた結果と衝撃試験装置を用いて得られた実験値とを対比したインパクターの反力推移図である（繊維強化樹脂層の繊維方向と次層の繊維のなす角度の８５度から９０度について衝撃吸収エネルギーを比較）。
【図７】インパクターで観測される反力の推移と破壊状況を示す図である。
【図８】インパクターで観測される反力の推移と破壊状況を示す図である。
【図９】インパクターで観測される反力の推移と破壊状況を示す図である。
【図１０】解析例４の衝撃解析によって得られたインパクターの反力−時間の図（繊維角度１５°ごとの解析結果）である。
【図１１】繊維のなす角度８５°〜９０°において０．５°おきに角度を変えて衝撃解析を行った解析結果の図である。
【図１２】繊維角度と吸収エネルギーの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の耐衝撃性繊維強化樹脂の選定方法について、以下詳細に説明するが、本発明の趣旨に反しない限り、これらの内容に限定されるものではない。
【００１２】
本発明は耐衝撃性繊維強化樹脂の積層選定方法（以下、「本発明の選定方法」と略す場合がある。）であり、炭素繊維、硝子繊維及び有機強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種の方向の揃った繊維配向によって強化された樹脂の積層構成を選定する。選定方法としては繊維強化樹脂、繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを解析プログラムに入力し、繊維強化樹脂及び支持台の強度に関する物性値を設定して、繊維強化樹脂の衝撃解析を行う衝撃解析工程（以下、「本発明に係る衝撃解析工程」と略す場合がある。）により、衝撃解析工程によって得られた結果に関して、下記の条件１を満たす繊維強化樹脂の積層構成を耐衝撃性に優れる繊維強化樹脂として選定することを特徴とする。
【００１３】
（条件１）
少なくとも４層以上で構成され、任意の繊維強化樹脂層と次層の繊維強化樹脂の繊維がなす角度θが、９０度±２度となっていること。
【００１４】
繊維強化樹脂のような複合材料の衝撃吸収特性は、樹脂内部の減衰や繊維との界面での減衰、繊維強化樹脂の微視的な破壊等によって発現するものとされ、その正確な予測は従来困難であった。そこで本発明者らは、繊維強化樹脂の衝撃吸収特性をより効率的に評価するべく、ＣＡＥシステムを用いて衝撃解析を行う検討を進めたが、従来の衝撃解析方法では、衝撃試験装置を用いて得られた実験値との整合性が非常に悪くなるという新たな課題に直面することとなった。
【００１５】
これは、例えば積層構成をなしている樹脂材料では各層の破壊強度や衝撃吸収性能を特定することが難しく、衝撃解析する場合、材料を均一の物性モデルとして表現することで解析を行っていた。
この場合、全体を均一化するために、破壊がどの層で起こってエネルギー吸収が起きるかを特定し、繊維配向の組み合わせによる材料間の性能差を正確に表現するのが困難であった。衝撃荷重による樹脂材料の破壊は、強化繊維と樹脂のみの層で構成される積層材において、それぞれの層の物性が異なるため破壊行程を正確に記述するのが非常に困難であることに起因する。
【００１６】
そこで、本発明者らは、積層された繊維強化樹脂について、繊維と基材樹脂の物性を正確に記述し、破壊則を設定することで実験値との整合性が高い衝撃解析を行えることを見出した。そして、この衝撃解析によって得られた結果で、各層の繊維がなす角度が繊維強化樹脂の衝撃吸収性を評価する上での有効な指標となることを見出した。具体的には、任意の層と次の層の繊維がなす角度が９０度±２度の範囲にある積層樹脂材料ほど衝撃吸収量が大きくなることを確認したのである。
【００１７】
なお、本発明において「モデル」とは、モデリングソフト等を使用して作成したコンピューター上の図形を意味する。
また、本発明における「強度に関する物性値」には、「弾性率」、「降伏強さ」、「破壊エネルギー」等の外力が加えられたときの変形挙動を表す公知の物性値が含まれるほか、これらの物性値から得られる「ポアソン比」等の２次的な物性値、さらにはこれらの物性値を情報として含む「材質」等の設定項目も含まれるものとする。
【００１８】
さらに、「設定」とは、設定した項目が考慮された上で衝撃解析が行われるように、衝撃解析モデルを作成するためのモデリングソフト上、或いは衝撃解析を行う解析プログラム（衝撃試験ソフト）上に、設定したい内容を入力することを意味するものとする。
以下、繊維強化樹脂、衝撃解析工程等について詳細に説明する。
【００１９】
＜繊維強化樹脂＞
本発明の選定方法は、炭素繊維、硝子繊維及び有機強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された繊維強化樹脂を対象とする選定方法であるが、炭素繊維、硝子繊維及び有機強化材系繊維の具体的種類は特に限定されず、繊維強化樹脂に用いられる公知の繊維について、広く対象とすることができる。特に炭素繊維を含む繊維強化樹脂の選定に好適に利用することができる。なお、有機強化系繊維とは、公知の有機系強化添加物を意味し、具体的にはポリエチレン、アラミド、ポリエチレンテレフタレート等の高分子系の結晶物が挙げられる。
また、繊維強化樹脂のマトリックス樹脂の種類も特に限定されず、繊維強化樹脂に用いられる公知のマトリックス樹脂、例えばポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化樹脂を広く対象とすることができる。
さらに、繊維強化樹脂における繊維の状態等も特に限定されず、例え繊維の断面が円形以外のものでも問題はない。
【００２０】
本発明の選定方法は、１種類の繊維強化樹脂からなる材料を対象とする態様に限られず、繊維強化樹脂を含むものであれば、複数種類の繊維強化樹脂（繊維強化樹脂層）を積層させた積層体でもよい。繊維強化されていない樹脂層が存在する積層体を対象とするものであってもよい。
繊維強化されていない樹脂の種類も特に限定されず、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂のほか、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい。
【００２１】
＜衝撃解析工程＞
本発明の選定方法は、繊維強化樹脂、繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを解析プログラムに入力して、繊維強化樹脂の衝撃解析を行う衝撃解析工程を含むことを特徴とするが、繊維強化樹脂、繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルの作成方法は特に限定されず、市販されている公知のソフトを適宜利用して作成することができる。例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ社製のＮＸ Ｉ−ＤＥＡＳ、ＤＡＳＳＡＵＬＴ社製のＣＡＴＩＡ、ＰＴＣ社製のＰｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ等を利用して作成することが挙げられる。
【００２２】
本発明に係る衝撃解析工程において作成する繊維強化樹脂の形状、寸法は特に限定されないが、衝撃吸収特性を観測し易くなる観点から、シート状であることが好ましい。また、繊維強化樹脂がシート状である場合の面形状も特に限定されず、正方形状、矩形状、円形状等の何れであってもよい。繊維強化樹脂がシート状である場合の寸法も特に限定されないが、長辺（直径）が通常５０ｍｍ以上、好ましくは８０ｍｍ以上、より好ましくは１００ｍｍ以上であり、通常１５００ｍｍ以下、好ましくは１０００ｍｍ以下、より好ましくは８００ｍｍ以下である。
繊維強化樹脂がシート状である場合、その厚みは特に限定されないが、１種類の繊維強化樹脂からなる材料である場合、通常２０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上であり、通常１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である。上記範囲内の繊維強化性樹脂であると、正確な選定を行うことができる。
また、複数種類の繊維強化樹脂層を積層させた積層体、或いは繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体である場合、繊維強化樹脂層の厚みは、通常１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上であり、通常１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以下である。一方、繊維強化されていない樹脂層の厚みは、通常１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上であり、通常１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以下である。上記範囲内の積層体であると、正確な選定を行うことができる。
さらに複数種類の繊維強化樹脂層を積層させた積層体、或いは繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体である場合の樹脂層の積層数も特に限定されないが、通常４層以上、好ましくは８層以上、より好ましくは１２層以上であり、通常２４層以下、好ましくは２０層以下、より好ましくは１６層以下である。上記範囲内の積層体であると、本発明の選定方法を好適に利用することができる。
【００２３】
本発明に係る衝撃解析工程において作成するインパクターの形状、寸法、材質及び重量は、特に限定されないが、市販の衝撃試験装置に使用するインパクターを再現した形状とすることが好ましい。衝撃試験装置に使用するインパクターを再現した形状であると、実験値との整合性を確認し易くなる。インパクターの具体的な形状としては、図１に示されるような形状が挙げられる。
【００２４】
本発明に係る衝撃解析工程において作成する支持台の形状及び寸法等は、特に限定されないが、市販の衝撃試験装置に使用する支持台を再現した形状とすることが好ましい。
【００２５】
図１に示される支持台は、試験体（繊維強化樹脂）を挟み込んで固定できるようなっており、上部と下部は、試験体を挟み込んだ際に試験体が露出するように、それぞれ開口を有する形状になっている。
【００２６】
例えば、衝撃試験装置に使用する支持台が、図１に示されるような構造を有する場合には、本発明に係るモデル化工程においても、上部、下部、連結に使用する構造を含めた詳細なモデルを作成することが好ましい。このような詳細なモデルを作成すると、例えば試験体（繊維強化樹脂）と支持台との間に生じる摩擦を考慮した衝撃解析等を行うことができ、より正確な解析となり得る。
【００２７】
支持台の開口の寸法は、解析対象である繊維強化樹脂の寸法に応じて適宜設定することができるが、長辺（直径）が通常３０ｍｍ以上、好ましくは５０ｍｍ以上、より好ましくは８０ｍｍ以上であり、通常３００ｍｍ以下、好ましくは１５０ｍｍ以下、より好ましくは１００ｍｍ以下である。
【００２８】
本発明に係る衝撃解析工程は、繊維強化樹脂及び支持台の強度に関する物性値を設定して衝撃解析を行うものであるが、繊維強化樹脂の強度に関する物性値、及び支持台の強度に関する物性値を設定する方法は特に限定されず、使用するモデリングソフト及び／又は解析プログラム（衝撃解析ソフト）に応じて適宜選択されるべきである。例えばモデリングソフトとしてＳｉｅｍｅｎｓ社製 ＮＸ Ｉ−ＤＥＡＳを使用し、衝撃解析ソフトとしてＬＳＴＣ社製 ＬＳ−ＤＹＮＡを使用して衝撃解析を行う場合、モデリングソフトで作成した要素は、衝撃解析ソフトの要求するフォーマットに合わせたものとし、衝撃解析ソフトにおいては衝撃特性を計算するに必要な物性、例えば弾性率にひずみ速度・方向の依存性を設定し、モデルの正確な寸法等を入力し、なおかつ衝撃の条件である初速度や加速度等を設定する方法が挙げられる。
【００２９】
本発明に係る衝撃解析工程において設定する繊維強化樹脂の強度に関する物性値の種類は、衝撃解析に必要な物性値を少なくとも含むものであれば、特に限定されないが、弾性率、強度、ポアソン比、比重等のひずみ速度・方向依存性に関連する物性値が挙げられる。
【００３０】
また、例えば繊維が一方向に配向している場合など、弾性率等の物性値に異方性がある場合、繊維強化樹脂の強度に関する物性値として、繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することが好ましい。繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することにより、より正確な解析を行うことができる。
【００３１】
なお、設定する繊維強化樹脂の強度に関する物性値は、実験によって得られた実験値のほか、計算によって得られた値であってもよい。
例えば、炭素繊維強化樹脂の物性値では、繊維方向の弾性率１４０ＧＰａ、直交方向の弾性率２０ＧＰａ、ポアソン比０．３３、比重１．８を設定することが挙げられる。
【００３２】
本発明に係る衝撃解析工程において設定する支持台の強度に関する物性値の種類は、特に限定されないが、弾性率、強度、ポアソン比、比重等のひずみ速度依存性に関連する物性値、及び支持台の材質が挙げられる。
なお、設定する支持台の強度に関する物性値は、実験によって得られた実験値のほか、計算によって得られた値であってもよい。
【００３３】
例えば、支持台の材質は、一般炭素鋼等として設定され、弾性率２０９ＧＰａ、降伏強度６４０ＭＰａ、ポアソン比０．３、比重７．８を設定することが挙げられる。
【００３４】
本発明に係る衝撃解析工程において設定するその他の項目は特に限定されないが、インパクターの強度に関する物性値を設定することが好ましい。インパクターの影響は、支持台に比して小さいが、インパクターの強度に関する物性値も設定することによって、より正確な解析を行うことができる。設定するインパクターの強度に関する物性値としては、インパクターの弾性率、降伏強度、ポアソン比及び比重等が挙げられる。
【００３５】
本発明に係る衝撃解析工程において、通常は衝撃解析モデルの正確な寸法、衝撃条件である初速度、衝撃試験の温度条件等を設定する。
本発明に係る衝撃解析工程において設定するインパクターの衝突速度は、特に限定されず、繊維強化樹脂の厚み等に応じて適宜設定することができるが、通常０．５ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは１．０ｍ／ｓｅｃ以上、より好ましくは３．０ｍ／ｓｅｃ以上である。また、例えば試験体の衝撃特性において特異的な物性を持つ物については、その特性が発現する速度を設定することが好ましい。
【００３６】
本発明に係る衝撃解析工程において設定する温度条件は特に限定されないが、−４０℃〜８０℃の範囲内で設定することが好ましい。また本発明の実施に当たっては、常温下（１０〜４０℃）又は８０℃程度の高温下で衝撃試験を行うことが好ましい。これらは実際の材料に応じて選択するとよい。
その他、繊維強化樹脂と支持台との間に生じる摩擦を考慮した摩擦係数を設定することが好ましい。摩擦係数を設定することにより、より正確な解析を行うことができる。
【００３７】
本発明の選定方法は、試験体の任意の繊維強化樹脂層と下層において主な繊維の配向方向のなす角度によって記述される。積層される樹脂層はたとえば８層で上から積層パターンＡ：０°−９０°−０°−９０°−０°−９０°−０°−９０°と積層パターンＢ：０−９０°−９０°−０°−０°−９０°−９０°−０°とでは、保有する角度ごとの層数は同じだが発現する衝撃吸収性能に差がある。
【００３８】
これは、任意の層と直下の層との間でのエネルギーのやり取りが全体として衝撃吸収性能を決定している事を明示している。それぞれの層の強度や剛性に関する物性値を設定した上で、さらに繊維のなす角度と積層構造を設定し、層間の強度や剛性を入力した衝撃解析を行うことにより、実験値との整合性が著しく改善されることを本発明者らは見出したのである。
【００３９】
繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体を解析する場合の繊維強化されていない樹脂層の強度に関する物性値の種類は、衝撃解析に必要な物性値を少なくとも含むものであれば、特に限定されないが、弾性率、強度、ポアソン比、比重等のひずみ速度・方向依存性に関連する物性値が挙げられる。
【００４０】
本発明に係る衝撃解析工程において使用する解析プログラムの種類は特に限定されず、市販されている公知の解析ソフトを適宜採用して使用することができる。例えば、ＬＳＴＣ社製のＬＳ−ＤＹＮＡ、ＥＳＩ社製のＰＡＭ−ＣＲＡＳＨ、ＨＫＳ社製のＡＢＡＱＵＳ等が挙げられる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例により本発明の具体的態様を詳細に説明するが、本発明が実施例の態様のみに限定されないことは言うまでもない。
【００４２】
＜解析例＞
（衝撃試験モデルの作成）
モデリングソフトとしてＳｉｅｍｅｎｓ社製 ＮＸ Ｉ−ＤＥＡＳを使用し、図３（ｂ）に示す衝撃試験モデル（試験体、試験体に衝撃を与えるためのインパクター、及び試験体を支持するための支持台を含むモデル）を作成した。
【００４３】
（強度に関する物性値の設定）
試験体、支持台、インパクター、及び試験条件について、以下の記載のように設定した。支持台は試験装置に強固に固定されているものと設定した。
（１）試験体
（１−１）積層構造繊維強化樹脂板状試験体
厚さ：３ｍｍ
繊維方向の弾性率：６７ＧＰａ
繊維直角方向の弾性率：３．５ＧＰａ
（２）支持台
材質：一般鋼材
弾性率：２０９ＧＰａ
ポアソン比：０．３
開口部はφ５０ｍｍ
（３）インパクター
芯材の材質：一般鋼材
重量：０．１ｋｇ
（４）試験条件
インパクターの衝突速度：５．０ｍ／ｓｅｃ
試験温度：２５℃
【００４４】
（衝撃解析）
作成した衝撃解析モデルを、ＬＳ−ＤＹＮＡインタフェースを用いて変換し、ＬＳＴＣ社製 ＬＳ−ＤＹＮＡ（衝撃解析ソフト）を使用して衝撃解析を行った。
【００４５】
＜解析例１＞
１６枚の繊維強化樹脂層を積層した積層体を試験体とし、試験体について以下の記載のように設定し衝撃解析を行った。なお、積層体を構成する繊維強化樹脂層は、繊維方向と繊維の直交方向として、異なる弾性率を有するものとし、さらに１６枚はそれぞれ規定した角度に繊維方向が向いているものと設定とした。つまり、積層体の繊維強化樹脂層の上下の繊維方向とのなす角度で、その他の繊維強化樹脂層の繊維方向を表すと、０°−０°−０°−０°−（以下、最下層まで）となっている。
（１）試験体
（１−２）積層体
厚さ：３ｍｍ
※繊維強化樹脂層
材質：繊維強化樹脂
１つの層の厚さ：１５０〜２００μｍ
繊維方向の弾性率：６７ＧＰａ
繊維の直交方向の弾性率：３．５ＧＰａ
ポアソン比：０．３３
【００４６】
＜解析例２＞
繊維方向のなす角度を、０°−４５°−９０°−１３５°−（以下、４５°ごとに最下層まで）に変更した以外は、解析例１と同様に衝撃解析を行った
【００４７】
＜解析例３＞
繊維方向のなす角度を、０°−９０°−０°−９０°−（以下、９０°ごとに最下層まで）に変更した以外は、解析例１と同様に衝撃解析を行った
【００４８】
解析例１〜３と同じ試験体を衝撃実験し、インパクターで観測される反力の推移と破壊状況を図６〜８に示す。
【００４９】
図６〜８の結果から明らかなように、繊維強化樹脂層の繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することによって、実験値との整合性が極めて高い衝撃解析が行えることが明らかである。
【００５０】
＜解析例４＞
繊維強化樹脂の積層体において、すぐれた衝撃吸収性能をもつ繊維のなす角度を解析によって探索するため、繊維のなす角度を１５°おきに変えて衝撃解析をおこなった。
解析条件は解析例１〜３と繊維のなす角度以外は同様である。
【００５１】
解析例４の衝撃解析によって得られたインパクターの反力−時間図を図９に示す。
この結果から、繊維のなす角度が９０°付近であると、高い衝撃性をしめすことがわかった。
【００５２】
＜解析例５＞
さらに詳細な繊維のなす角度を求めるため、繊維のなす角度８５°〜９０°で０．５°おきに角度を変えて衝撃解析を行った。
解析条件は解析例１〜３と繊維のなす角度以外は同様である。
この結果を図１０−１，２に示す。
【００５３】
解析例５の結果、繊維強化樹脂の積層構造において、任意の層とその直下の層にある繊維のなす角度が９０°±２°にある時、衝撃吸収性能が優れていることが明らかである。
【００５４】
本発明の選定方法は、繊維強化樹脂を自動車用外板、例えばボンネットに利用し、事故時の歩行者へのダメージを最少にする設計を検討する際に利用することができる。
【００５５】
歩行者の事故時のダメージを生存確率と関係付けたものにＨＩＣ（Ｈｅａｄ  Ｉｎｊｕｒｙ  Ｃｒｉｔｅｒｉａ）値があり、この値が１０００を超えると致命的なダメージを受けることが分かっている。設計段階において衝撃吸収性を考慮するのと同時に、この発明の手法をもって材料面の設計を行うことで、高い機能を発揮する材料を提供できる。
【００５６】
また、自動車の車体底面やタイヤハウス等に用いる事で、路面から跳ね上げられる小石等による衝撃に対し、破壊することなく車体を守る用途に適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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