(57)【要約】【課題】本発明は、金属及び非金属からなる従来の衝撃吸収部材よりも軽量でありながら、同等以上の衝撃吸収性を有する衝撃吸収体を提供することを目的とする。【解決手段】連続強化繊維を含む繊維束と樹脂とを含む連続強化繊維樹脂複合材からなり、繊維束は、織り、編み、又は組みにより、互いに異なる繊維方向を有する繊維束が互いを拘束するように配向されていることを特徴とする、衝撃吸収体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続強化繊維を含む繊維束と樹脂とを含む連続強化繊維樹脂複合材からなり、前記繊維束は、織り、編み、又は組みにより、互いに異なる繊維方向を有する繊維束が互いを拘束するように配向されていることを特徴とする、衝撃吸収体。
【請求項２】
少なくとも一部において、複数の前記連続強化繊維樹脂複合材が積層されている、請求項１に記載の衝撃吸収体。
【請求項３】
前記連続強化繊維に含まれる強化繊維が降伏点を持たない繊維である、請求項１又は２に記載の衝撃吸収体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続強化繊維を含む繊維束と樹脂とを含む連続強化繊維樹脂複合材からなる衝撃吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車両においては、衝突時に外部から車両に加わる衝撃を吸収する衝撃吸収部材が搭載されることが一般的であり、例えば、乗用車では、車両前方及び後方のバンパー内部に衝撃吸収部材が用いられている。衝撃吸収部材は、例えば、筒状に形成され、衝撃を受けて軸方向に圧縮破壊されることにより、衝撃を吸収する。このような衝撃吸収部材として、従来、金属材料（例えば、アルミニウム、鉄）で構成された金属製衝撃吸収部材が用いられてきたが、近年では、車両の軽量化が望まれるとともに、繊維強化樹脂等のより軽量な材料で構成された衝撃吸収部材の検討が進められている。
このような繊維強化樹脂を用いた衝撃吸収部材として、例えば、特許文献１には、連続繊維からなる繊維束を少なくとも２軸配向となるように配列し、積層した積層体を、積層体の厚さ方向に貫通するように配列した拘束糸で結合した繊維構造体を含む繊維強化樹脂からなるエネルギー吸収体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１３３８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のエネルギー吸収体は、連続繊維からなる繊維束を少なくとも２軸配向となるように配列し、積層させた積層体を拘束糸で結合した構造であるため、連続繊維の繊維配向に沿った衝撃に対しては十分な衝撃吸収性能を示すが、連続繊維の繊維配向に沿わない方向からの衝撃に対しては、連続繊維が開いてしまい、衝撃に抵抗する繊維束が拘束糸のみとなってしまうため、十分な衝撃吸収性能を発揮することができない。一方、この拘束糸の強度を上げるために、繊維束の繊度を高くすると、繊維束が拘束糸による拘束で波打った形状となるため、十分な衝撃吸収性能を発揮することができない。
そこで、本発明は、金属及び非金属からなる従来の衝撃吸収部材よりも軽量でありながら、同等以上の衝撃吸収性を有する衝撃吸収体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、特定の構造を有する連続強化繊維束と樹脂とを含む連続強化繊維樹脂複合材からなる衝撃吸収体を形成することで、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、下記に示すとおりである。
【０００６】
［１］
連続強化繊維を含む繊維束と樹脂とを含む連続強化繊維樹脂複合材からなり、前記繊維束は、織り、編み、又は組みにより、互いに異なる繊維方向を有する繊維束が互いを拘束するように配向されていることを特徴とする、衝撃吸収体。
［２］
少なくとも一部において、複数の前記連続強化繊維樹脂複合材が積層されている、［１］に記載の衝撃吸収体。
［３］
前記連続強化繊維に含まれる強化繊維が降伏点を持たない繊維である、［１］又は［２］に記載の衝撃吸収体。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金属及び非金属からなる従来の衝撃吸収部材よりも軽量でありながら、同等以上の衝撃吸収性を有する衝撃吸収体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材（実施例１〜７）、ノンクリンプ材（比較例１〜３）、及び金属材料からそれぞれ構成される衝撃吸収体について、衝撃吸収体の質量（ｋｇ）と衝撃吸収エネルギー（ｋＪ）との関係を示すグラフである。
【図２】本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材（実施例１〜７）及びノンクリンプ材（比較例１〜３）からそれぞれ構成される衝撃吸収体における、繊維束に対する樹脂の含浸率（％）と衝撃吸収体の引張強度（ＭＰａ）との関係を示すグラフである。
【図３】本実施形態の衝撃吸収体の形状の一例を示す概略図である。
【図４】本実施形態の衝撃吸収体の形状の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態（以下、「本実施形態」ともいう。）について、詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１０】
＜衝撃吸収体＞
本実施形態の衝撃吸収体は、連続強化繊維を含む繊維束と樹脂とを含む連続強化繊維樹脂複合材からなり、前記繊維束は、織り、編み、又は組みにより、互いに異なる繊維方向を有する繊維束が互いを拘束するように配向されていることを特徴とする。
【００１１】
〈連続強化繊維樹脂複合材〉
本実施形態の衝撃吸収体を構成する連続強化繊維樹脂複合材は、連続強化繊維を含む繊維束と樹脂とを含む。繊維束の全部又は一部に、体積割合で好ましくは４０〜７０％、より好ましくは５０〜６５％の樹脂が含浸しており、固化している。
【００１２】
《繊維束》
本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材に含まれる繊維束は、連続強化繊維を含み、織り、編み、又は組みにより、互いに異なる繊維方向を有する繊維束が互いを拘束するように配向されていることを特徴とする。
【００１３】
［連続強化繊維］
本実施形態の連続強化繊維は、強化繊維単独から形成してもよく、強化繊維に熱可塑性樹脂繊維をインターレース等で絡み合わせた混繊糸や、強化繊維を芯材とし、その周りに組紐状に熱可塑性樹脂繊維を被覆した紐状の複合基材（マイクロブレーディング糸）、強化繊維を芯材としてその周りに撚紐状に熱可塑性樹脂繊維を被覆した紐状の複合基材（カバーリング糸）、もしくは強化繊維に熱可塑性樹脂をコーティングしたコーティング糸、又は強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた含浸糸のいずれの複合糸の形態であってもよい。取扱上、連続強化繊維束の損傷やほつれを防止するという観点から、繊維束を織物又は編物にする場合はガラス繊維が露出していないコーティング糸であることが好ましく、組紐にする場合も同様にコーティング糸であることが好ましい。
【００１４】
［［強化繊維］］
本実施形態の連続強化繊維に含まれる強化繊維は、吸収エネルギー量のより高い衝撃吸収体が得られる観点から、降伏点を持たない繊維であることが好ましい。
また、衝撃吸収性という観点から、強化繊維の、ＪＩＳ−Ｋ７１２７に準拠して測定される引張弾性率は、１５ＧＰａ以上であることが好ましい。
また、破壊時のエネルギー吸収の観点から、強化繊維の、ＪＩＳ−Ｋ７１６１に準拠して測定される引張強さは、３５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
なお、本開示において、「降伏点を持たない」とは、応力−歪み曲線図において、歪みが大きくなるにつれて応力が増大し続ける曲線を示すことであり、降伏点を持たない繊維は、破断するまで弾性変形を行い、荷重を除荷すれば元の形状に戻る。
【００１５】
このような強化繊維の具体例としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、超高強カポリエチレン繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリケトン繊維、セラミックス繊維、ポリカーボネート繊維等が挙げられる。中でも、耐熱性、不燃性、柔軟性、コストや取扱い性等の観点から、ガラス繊維好ましい。
【００１６】
強化繊維としてガラス繊維を選択した場合、集束剤を用いてもよく、集束剤としては、シランカップリング剤、潤滑剤、及び結束剤からなることが好ましい。
ガラス繊維及びガラス繊維に用いる集束剤の種類については、特に制限はなく公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、特開２０１５−１０１７９４号公報に記載のものを用いることができる。
【００１７】
その他の強化繊維を用いる場合においても、強化繊維の特性に応じて、ガラス繊維に用いることが可能な集束剤の種類、付与量を適宜選択して用いることができる。
【００１８】
強化繊維の単糸数は、生産性の観点から、一本あたり１００本以上であることが好ましく、かつ強化繊維の繊度は、生産性の観点から、２０００ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。ただし、これは、範囲を外れたものを除するものではない。
【００１９】
［［熱可塑性樹脂］］
本実施形態の繊維束に含まれてもよい熱可塑性樹脂は、特に制限はなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等のポリアミド系樹脂；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、ポリトリメチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂；ポリオキシメチレン等のポリアセタール系樹脂；ポリカーボネート系樹脂；ポリエーテルケトン；ポリエーテルエーテルケトン；ポリエーテルスルフォン；ポリフェニレンサルファイド；熱可塑性ポリエーテルイミド；テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体等の熱可塑性フッ素系樹脂、及びこれらを変性させた変性熱可塑性樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂の中でも、結晶性樹脂が好ましく、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、熱可塑性ポリエーテルイミド、及び熱可塑性フッ素系樹脂が好ましく、機械的物性、汎用性の観点から、ポリオレフィン系樹脂、変性ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びポリエステル系樹脂がより好ましく、熱的物性の観点を加えると、ポリアミド系樹脂及びポリエステル系樹脂が更に好ましい。また、繰り返し荷重負荷に対する耐久性の観点から、ポリアミド系樹脂がより更に好ましく、ポリアミド６６を好適に用いることができる。
これらの樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上の混合物として用いてもよい。
【００２０】
−ポリエステル系樹脂−
ポリエステル系樹脂とは、主鎖に−ＣＯ−Ｏ−（エステル）結合を有する高分子化合物を意味する。例えば、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、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリ−１，４−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
その他のポリエステル系樹脂の詳細に関しては、適宜特開２０１５−１０１７９４号公報に記載のものを用いることができる。
【００２１】
−ポリアミド系樹脂−
ポリアミド系樹脂とは、主鎖に−ＣＯ−ＮＨ−（アミド）結合を有する高分子化合物を意味する。例えば、ラクタムの開環重合で得られるポリアミド、ω−アミノカルボン酸の自己縮合で得られるポリアミド、ジアミン及びジカルボン酸を縮合することで得られるポリアミド、並びにこれらの共重合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
ポリアミドとしては、１種を単独で用いてもよく、２種以上の混合物として用いてもよい。
その他の上記のラクタム、ジアミン（単量体）、ジカルボン酸（単量体）の詳細に関しては、適宜特開２０１５−１０１７９４号公報に記載のものを用いることができる。
【００２２】
ポリアミドの具体例としては、例えば、ポリアミド４（ポリα−ピロリドン）、ポリアミド６（ポリカプロアミド）、ポリアミド１１（ポリウンデカンアミド）、ポリアミド１２（ポリドデカンアミド）、ポリアミド４６（ポリテトラメチレンアジパミド）、ポリアミド６６（ポリヘキサメチレンアジパミド）、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド６Ｔ（ポリヘキサメチレンテレフタルアミド）、ポリアミド９Ｔ（ポリノナンメチレンテレフタルアミド）、及びポリアミド６Ｉ（ポリヘキサメチレンイソフタルアミド）、並びにこれらを構成成分として含む共重合ポリアミドが挙げられる。
【００２３】
共重合ポリアミドとしては、例えば、ヘキサメチレンアジパミド及びヘキサメチレンテレフタルアミドの共重合物、ヘキサメチレンアジパミド及びヘキサメチレンイソフタルアミドの共重合物、並びにヘキサメチレンテレフタルアミド及び２−メチルペンタンジアミンテレフタルアミドの共重合物が挙げられる。
【００２４】
上記混繊糸の製造方法は、特に制限されず、公知の混繊方法を利用することができる。例えば、静電気力や流体噴霧による圧力、ローラー等に押し付ける圧力等による外力によって開繊した後、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維を開繊したままの状態で合糸・引き揃える開繊合糸法、又は流体交絡（インターレース）法が挙げられる。なかでも、強化繊維の損傷が抑制でき、開繊性に優れ、かつ均一に混合可能な流体交絡法が好ましい。流体交絡法としては、空気、窒素ガス及び水蒸気等の流体による渦流乱流帯域を糸軸とほぼ平行に２個又はそれ以上作り、この帯域に繊維を導いてループや捲縮を生じない程度の張力下で非嵩高性の糸条とする方法や、強化繊維のみ開繊した後、又は強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを共に開繊した後に流体交絡させる方法（開繊後流体交絡法）等が挙げられる。特に、熱可塑性樹脂繊維に単独で熱加工を含む工程で仮撚加工を施した後、同一の装置で連続して、流体交絡法で混繊することが好ましい。
その他、混繊法の詳細については、適宜特開２０１５−１０１７９４号公報に記載の方法を用いることができる。
【００２５】
また、上記マイクロブレーディング糸、カバーリング糸、コーティング糸、及び含浸糸の製造方法は、特に制限されず、公知の方法を利用することができる。コーティング及び含浸は、連続強化繊維の繊維束の製造時に行ってもよく、連続強化繊維の繊維束を製造した後に別工程で行ってもよい。
【００２６】
繊維束が強化繊維と熱可塑性樹脂との複合糸からなる場合、複合糸における強化繊維の含有量は、特に限定されないが、体積分率で４０〜７０％の範囲であることが好ましい。所望の強度、剛性に合わせ適宜設定できる。
【００２７】
［その他の添加剤］
本実施形態の繊維束には、必要に応じて添加剤を含有させてもよい。本実施形態の繊維束は、例えば、老化防止剤、酸化防止剤、耐候剤、金属不活性剤、光安定剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、防菌・防黴剤、防臭剤、導電性付与剤、分散剤、軟化剤、可塑剤、架橋剤、共架橋剤、加硫剤、加硫助剤、発泡剤、発泡助剤、着色剤、難燃剤、制振剤、造核剤、中和剤、滑剤、ブロッキング防止剤、分散剤、流動性改良剤、離型剤等の添加剤を含有してもよい。
添加剤の含有量は、連続強化繊維と熱可塑性樹脂との合計１００質量％に対して、１０質量％以下としてよい。
【００２８】
《繊維束の構造》
本実施形態の繊維束は、織り、編み、又は組みにより、互いに異なる繊維方向を有する繊維束が互いを拘束するように配向された構造を有する。
繊維束同士の拘束は、任意の方向から見て、繊維束同士が交差する点の平均密度が、３〜１３個／ｃｍ2であることが好ましい。繊維束が、織り、編み、又は組みにより平面状部分を有する場合は、その平面の厚み方向から見るものとする。
【００２９】
繊維束の上記構造が織りにより形成される場合、経糸をなす繊維束と緯糸をなす繊維束とが一定の規則により交差した織物構造となる。この交差により、互いに異なる繊維方向を有する繊維束（経糸及び緯糸）が互いを拘束する構造となる。
織り方は、特に限定されず、平織、綾織、朱子織、綟り織、紗等の公知の方法が挙げられる。伸縮性があり、しわがよりにくいという観点から、綾織であることが好ましい。
また、経糸密度は、３０〜３５本／インチであることが好ましく、緯糸密度は、３０〜３５本／インチであることが好ましい。
【００３０】
繊維束の上記構造が編みにより形成される場合、１本又は数本の繊維束でループを作り、そのループに次の繊維束を引っ掛けて新しいループを作ることを連続して行うことにより形成された編物構造となる。このループにより、互いに異なる繊維方向を有する繊維束が互いを拘束する構造となる。
編み方は、特に限定されず、緯編、経編、ラッシェル編等の公知の方法が挙げられる。伸縮性があり、しわがよりにくいという観点からラッシェル編であることが好ましい。
編物構造の目付けは、５５０〜６５０ｇ／ｍ2であることが好ましい。
【００３１】
繊維束の上記構造が組みにより形成される場合、３本以上の繊維束が一定の規則により交互に斜めに交差した組紐構造となる。この斜めの交差により、互いに異なる繊維方向を有する繊維束が互いを拘束する構造となる。
組み方は、特に限定されず、丸打ち、角打ち、平打ち等の公知の方法が挙げられる。
組紐構造における繊維束の交差角度は、４５〜９０度であることが好ましい。
【００３２】
連続強化繊維樹脂複合材１００質量％に対する繊維束の含有量は、６０〜８５質量％であることが好ましく、７０〜８０質量％であることがより好ましい。
【００３３】
《樹脂》
本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材に含まれる樹脂は、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。
【００３４】
本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材に含まれ得る熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、上述の繊維束に含まれてもよい熱可塑性樹脂と同様のものを好適に用いることができる。
【００３５】
本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材に含まれ得る熱硬化性樹脂としては、特に制限はなく、例えば、エポキシ樹脂、熱硬化型変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱硬化型ポリイミド樹脂、ユリア樹脂、アリル樹脂、ケイ素樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、アルキド樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、アニリン樹脂、その他工業的に供されている樹脂、及びこれらの樹脂の２種以上を混合して得られる樹脂等が挙げられる。中でも、耐熱性、難燃性の観点から、フェノール樹脂樹脂やエポキシ樹脂樹脂が好ましい。
【００３６】
連続強化繊維樹脂複合材１００質量％に対する樹脂の含有量は、２５〜４０質量％であることが好ましく、２０〜３０質量％であることがより好ましい。
【００３７】
《その他の添加剤》
本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材には、必要に応じて添加剤を含有させてもよい。本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材は、例えば、老化防止剤、酸化防止剤、耐候剤、金属不活性剤、光安定剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、防菌・防黴剤、防臭剤、導電性付与剤、分散剤、軟化剤、可塑剤、架橋剤、共架橋剤、加硫剤、加硫助剤、発泡剤、発泡助剤、着色剤、難燃剤、制振剤、造核剤、中和剤、滑剤、ブロッキング防止剤、分散剤、流動性改良剤、離型剤等の添加剤を含有してもよい。
添加剤の含有量は、連続強化繊維樹脂複合材１００質量％に対して、１０質量％以下としてよい。
【００３８】
〈連続強化繊維樹脂複合材の製造方法〉
本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材の製造方法は、例えば、連続強化繊維樹脂複合材を強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とからなる複合糸を製織した織物として製造する場合、シャトル織機、レピア織機、エアジェット織機、ウォータージェット織機等の製織機を用いることができ、少なくとも一部に強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる複合糸を含んでいればよい。好ましくは、複合糸を含む繊維を配列させた経糸に、緯糸を打ち込むことによって得てもよい。
また、連続強化繊維樹脂複合材を強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とからなる複合糸を製編した編物として製造する場合、例えば、丸編み機、横編み機、トリコット編み機、ラッシェル編み機等の編み機を用いることができ、少なくとも一部に強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる複合糸を含む繊維を含んでいればよい。
また、連続強化繊維樹脂複合材を強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とからなる複合糸を製紐した組紐として製造する場合、例えば、８打、１６打、金剛打等の管状の組紐機等の組紐機を用いることができ、少なくとも一部に強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる複合糸を含む繊維を含んでいればよい。
これらを熱して熱可塑性樹脂のみを溶融させ、強化繊維に樹脂を含浸させる。
また、連続強化繊維樹脂複合材は、強化繊維からなる繊維束を製織、製編、又は製紐して得られた繊維基材に、熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂を含浸させることにより製造してもよい。樹脂の含浸方法は、特に限定されず、良好な含浸性が得られる方法であれば、公知のいずれの方法を用いてもよい。
【００３９】
＜衝撃吸収体の構造＞
本実施形態の衝撃吸収体は、予測される衝撃の方向に沿った軸を有する柱体形状や錐台形状の筒体部分を有することが好ましい。例えば、図３（ａ）は、予測される衝撃の方向に沿った折り目で平板を折り曲げた形状の衝撃吸収体の例を示す。また、図３（ｂ）は、予測される衝撃の方向に沿った軸を有する円柱状筒体の衝撃吸収体の例を示す。更に、図４（ａ）及び４（ｂ）は、予測される衝撃の方向に沿った軸を有する２つの六角錐台状筒体が、それぞれの一側辺で台形状の平面を介して結合し、更に各六角錐台状筒体の前記側辺と対向する側辺に、平行四辺形状の平面がその長辺で結合した構造を有する衝撃吸収体の例を示す。図３及び図４のように、稜線は、直線形状、ジグザグ形状、波形形状等の形状であってよい。また、筒体部分の内部にリブを有していてもよい。
【００４０】
また、本実施形態の衝撃吸収体は、衝撃吸収バランスを整える観点から、少なくとも一部において、複数の連続強化繊維樹脂複合材が積層された構造を有していることが好ましい。例えば、乗用車の車両前方のバンパー内部に設置する衝撃吸収体の場合、衝撃物体による車両前方からの衝撃に対して、車両外部の衝撃物体と車両内部の物体との両方に対する衝撃を和らげるために、衝撃吸収体のうち衝撃物体側は崩壊し易く、車両内部の物体側は崩壊し難いことが望まれる。即ち、衝撃吸収体のうち、初めに衝撃を受ける車両前方の部分は弱い衝撃エネルギーでも崩壊するが、車両後方の部分にかけて崩壊に徐々に強い衝撃エネルギーが必要となるように、車両前方から後方にかけて厚みが段階的に増した構造の衝撃吸収体が望まれる。このような衝撃吸収体の厚みの調整は、連続強化繊維樹脂複合材の積層枚数を部分的に変えることにより行うことができる。
【００４１】
＜衝撃吸収体中の繊維束の配向＞
衝撃吸収体中の繊維束の繊維方向の少なくとも１つの方向と、衝撃吸収体の筒体部分の軸方向に垂直な方向とは、平行であってもよく、垂直又はその他の角度を成していてもよい。垂直又はその他の角度を成す場合の当該角度は、好ましくは４５〜９０°、より好ましくは
６０〜９０°、更に好ましくは８０〜９０°である。
【００４２】
＜衝撃吸収体の衝撃吸収エネルギー＞
本実施形態の衝撃吸収体の衝撃吸収エネルギー（高さ：１２０ｍｍ）は、４．０〜１０ｋＪであることが好ましく、より好ましくは６．０〜１０ｋＪであり、更に好ましくは８．０〜１０ｋＪである。衝撃吸収体のエネルギーが８．０〜１０ｋＪであると、一般的な自動車の衝撃吸収部材とすることができるが、吸収エネルギーの少ない衝撃吸収体であっても、分散させて配置することによって総合的に必要な吸収エネルギーを持たすことが出来る。高い吸収エネルギーを持つという事は、少ない個数、ひいては少ないコストや少ない重量で衝撃を吸収できるという事となる。
なお本開示で、衝撃吸収体の衝撃吸収エネルギーは、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
【００４３】
＜衝撃吸収体における樹脂の含浸率＞
本実施形態の衝撃吸収体において、繊維束に対する樹脂の含浸率は、９４％以上であることが好ましい。樹脂の含浸率が９４％以上であると、引張強度の高い衝撃吸収体を得ることができる。衝撃吸収体が平板状部分を有する場合、当該平板状部分における樹脂の含浸率は、平板表面から厚み方向に９４〜１００％であることが好ましく、９８〜１００％であることがより好ましく、９９〜１００％であることが更に好ましい。
なお本開示で、衝撃吸収体中の繊維束に対する樹脂の含浸率は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
【００４４】
＜衝撃吸収体の引張強度＞
本実施形態の衝撃吸収体の引張強度は、連続強化繊維樹脂複合材が織物である場合、３５０〜８００ＭＰａであることが好ましく、４００〜５００ＭＰａであることがより好ましい。連続強化繊維樹脂複合材が編物である場合は、２８０ＭＰａ以上であることが好ましく、３５０ＭＰａ以上であることがより好ましい。また、連続強化繊維樹脂複合材が組紐である場合は、３４０ＭＰａ以上であることが好ましく、４００ＭＰａ以上であることがより好ましい。
なお本開示で、衝撃吸収体の引張強度は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
【００４５】
＜衝撃吸収体の製造方法＞
本実施形態の衝撃吸収体は、上述の本実施形態の連続強化繊維樹脂複合材を、金型に設置して加熱プレスすることにより製造することができる。
金型の温度は、連続強化繊維樹脂複合材に含まれる樹脂の融点以上又はガラス転移温度以上に設定し、常に一定温度に温調しておくことが好ましい。型締め圧力は、特に限定されないが、好ましくは１ＭＰａ以上、より好ましくは３ＭＰａ以上である。
【００４６】
連続強化繊維樹脂複合材は、目的とする衝撃吸収体の厚みによって、金型内に設置する枚数を調整することができる。衝撃吸収体の部分的に厚みの異なる部分についても、金型内に設置する連続強化繊維樹脂複合材の枚数を部分的に増減させることで調整することができる。即ち、肉厚の厚い部分には、薄い部分に比べて多くの枚数の連続強化繊維樹脂複合材を設置することで厚みを調整することができる。また、衝撃吸収体の厚みの変化は、連続強化繊維樹脂複合材が同じ枚数であっても、圧縮成形の圧力により熱可塑性樹脂の溶融物が流動することで調整することも可能である。
【００４７】
金型に設置する連続強化繊維樹脂複合材は、同種類のものを重ねてもよいが、得られる衝撃吸収体の目標とする強度に応じて異なる種類の連続強化繊維樹脂複合材を重ねて金型内に設置してもよい。例えば、連続ガラス繊維と熱可塑性樹脂とからなる連続強化繊維樹脂複合材と連続アラミド繊維と熱可塑性樹脂とからなる連続強化繊維樹脂複合材を重ねてもよい。更に、必要に応じて樹脂フィルム等を重ねることも可能である。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
〈材料〉
実施例及び比較例で使用した材料は以下の通りである。
【００５０】
−強化繊維−
・ガラス繊維（ＧＦ）（繊度：６８５ｄｔｅｘ、単糸数：４００本）
【００５１】
−樹脂−
・ポリアミド６６繊維（ＰＡ６６−１）（商品名：レオナ（登録商標）４７０／１４４ＢＡＵ、旭化成せんい（株）製、繊度：４７０ｄｔｅｘ、単糸数：１４４本、融点：２６５℃）
・ポリアミド６６繊維（ＰＡ６６−２）（商品名：レオナ（登録商標）５６/９６ＳＬＭ、旭化成せんい（株）製、繊度：５６ｄｔｅｘ、単糸数：９６本、融点：２６５℃）
【００５２】
−集束剤−
・集束剤Ａ：以下の組成（固形分換算）を有する。
・シランカップリング剤：γ−アミノプロピルトリエトキシシラン０．６質量％（商品名：ＫＢＥ−９０３、信越化学工業（株）製）
・潤滑剤：ワックス０．１質量％（商品名：カルナウバワックス、（株）加藤洋行製）
・結束剤：アクリル酸／マレイン酸共重合体塩５質量％（商品名：アクアリックＴＬ、日本触媒（株）製）
【００５３】
〈測定及び評価方法〉
実施例及び比較例において使用した測定及び評価方法は、以下の通りである。
【００５４】
（１）衝撃吸収体の衝撃吸収エネルギー
実施例及び比較例で得られた衝撃吸収体の衝撃吸収エネルギー（ｋＪ）を、
ＪＩＳ  Ｋ７２１１−１；２００６に準拠して、測定した。具体的には、下記の条件にて測定した。
・試験環境：２３℃
・高速衝撃試験機：島津ＨＹＤＲＯ  ＳＨＯＴ  ＨＩＴＳ−Ｐ１０（島津製作所製）
・試験片形状：６０ｍｍ角平板、肉厚２ｍｍ
・試験速度：４．４ｍｍ／ｓ
【００５５】
（２）衝撃吸収体における樹脂の含浸率
衝撃吸収体の断面を切り出し、エポキシ樹脂に包埋し、連続強化繊維が破損しないように注意しながら研磨を行った。マイクロスコープにより観察し、得られた画像から、繊維束、熱可塑性樹脂、空隙のそれぞれの占有面積を求め、全体の面積に対する空隙の面積の割合により算出した。
【００５６】
（３）衝撃吸収体の引張強度
ＪＩＳ  Ｋ７１６１に従い、射出成形品から長さ７０ｍｍ、幅１０ｍｍ、肉厚２ｍｍの短冊状の試験片を切り出し、インストロン万能試験機にて、試験片を、長手方向に３０ｍｍの間隔でチャッキングし、速度５ｍｍ／ｍｉｎ、２３℃５０％ＲＨ環境下で引張強度（ＭＰａ）を測定した。
【００５７】
［実施例１］
集束剤Ａを１．０質量％付着させたガラス繊維２束とポリアミド６６繊維（ＰＡ６６−１）２束とを合糸し、引き揃えた後、流体交絡ノズルに実質的に垂直に供給し、下記条件で流体交絡させて、複合糸（ガラス繊維のＶｆ：５０％）を得た。
・流体交絡ノズル：京セラ  ＫＣ−ＡＪＩ−Ｌ（１．５ｍｍ径、推進型）
・空気圧：２ｋｇ／ｃｍ2
・加工速度：３ｍ／分
更に、上記で得られた混繊糸条を、リング撚糸機（ＧＡＬＡＮ社製）を用いてＺ方向に下撚り後、これを２本合糸してＳ方向に上撚りして混繊糸条コードを得た。下撚り張力、上撚り張力共に５００ｃＮ／ｄｔｅｘ、下撚り数、上撚り数共に５回／ｍとした。
上記で得られた混繊糸条を経糸及び緯糸として用い、レピア織機（製品名：Ｐ１  ｒａｐｉｅｒ  ｗｅａｖｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ、ＤＯＲＮＩＥＲ製）により織機回転数１８０ｒｐｍで製織し、経糸密度３２本／インチ、緯糸密度３２本／インチ、厚み０．８ｍｍの平織物状の連続強化繊維樹脂複合材を得た。製織時に毛羽やフィブリル状物の発生はなく、織機にも糸くずや毛玉の付着は観察されず製織性は良好であった。
次に、得られた連続強化繊維樹脂複合材を複数枚重ねて金型に入れ、成形機（製品名：５０ｔ油圧成型機、株式会社ショージ製）を用いて金型温度３００℃、型締め圧力５ＭＰａで１５分間保持した後、金型を６０℃まで冷却して冷却固化を行い、衝撃吸収体を作製した。得られた衝撃吸収体は、図４（ａ）に示すような、一辺２５ｍｍの六角形状の上面開口部と一辺４５ｍｍの六角形状の底面開口部とを有する高さ１３０ｍｍ、厚み１．０ｍｍｔの２つの六角錐台状筒体が、それぞれの一側辺で上底６５ｍｍ、下底１０ｍｍ、高さ１３０ｍｍ、厚み１．０ｍｍｔの台形状の結合平面を介して結合し、更に各六角錐台状筒体の前記側辺と対向する側辺に、長辺１３３ｍｍ、短辺２０ｍｍ、鋭角１２度、厚み１．０ｍｍｔの平行四辺形状の平面がその長辺で結合した形状を有した。また、衝撃吸収体中の繊維束は、衝撃吸収体の各平面において、繊維束の繊維方向の一方が各平面の高さ方向と平行であった。
上記で得られた衝撃吸収体の物性を表１、図１、及び図２に示す。また、図１には、比較のため、金属材料（高張力鋼板（ＪＳＣ５９０Ｙ））（参照文献：薄肉多角形部材の塑性座屈挙動に及ぼす形状因子の影響とその最適、日本機械学会論文集Ａ編／７３巻（２００７）７２７号）の質量及び衝撃吸収エネルギーについても示す。
【００５８】
［実施例２］
実施例２は、衝撃吸収体の厚みを、２つの六角錐台状筒体の部分は１．３ｍｍｔ、台形状の結合平面の部分は１．６ｍｍｔ、２つの平行四辺形状の平面の部分は２．０ｍｍｔとした以外は実施例１と同様にして衝撃吸収体を得た。
実施例２の衝撃吸収体の各物性を、実施例１と同様に表１、図１、及び図２に示す。
【００５９】
［実施例３］
実施例３は、連続強化繊維樹脂複合材の織り方を朱子織とした以外は実施例２と同様にして衝撃吸収体を得た。
実施例３の衝撃吸収体の各物性を、実施例１と同様に表１、図１、及び図２に示す。
【００６０】
［実施例４］
実施例４は、連続強化繊維樹脂複合材の織り方を３×３綾織とした以外は実施例２と同様にして衝撃吸収体を得た。
実施例４の衝撃吸収体の各物性を、実施例１と同様に表１、図１、及び図２に示す。
【００６１】
［実施例５］
実施例５は、図４（ｂ）に示すように、衝撃吸収体の各平面において、衝撃吸収体中の繊維束の各繊維方向が各平面の高さ方向に対して４５度の方向となるようにした以外は、実施例１と同様にして衝撃吸収体を得た。
実施例５の衝撃吸収体の各物性を、実施例１と同様に表１、図１、及び図２に示す。
【００６２】
［実施例６］
実施例６は、連続強化繊維複合材の含浸度を９４．０％とした以外は実施例１と同様にして衝撃吸収体を得た。
実施例６の衝撃吸収体の各物性を、実施例１と同様に表１、図１、及び図２に示す。
【００６３】
［実施例７］
実施例７は、実施例１と同じ混繊糸条を５本引き揃えて組糸として用い、９６打の管状の組紐機（製品名：１０１−Ｍ、コクブンリミテッド社製）により、内径２５ｍｍ、組角度４５°で製紐し、中空状の組紐状の連続強化繊維樹脂複合材を得た。
次に、上記で得られた連続強化繊維樹脂複合材の内側に外径２２ｍｍのシリコーンチューブを挿入した後、内径２６ｍｍの外型内に配置し、３００℃に加熱した。シリコーンチューブ内に８ｋｇ／ｃｍ2の空気を送り、チューブを膨張させて、組紐を外型に押し付け、３０分間成形した。室温まで加圧状態で冷却後、成型品を取り出し、図３（ｂ）に示すような、外径２６ｍｍ、厚さ１ｍｍ、高さ１３０ｍｍの中空円柱状の衝撃吸収体を得た。衝撃吸収体中の繊維束の各繊維方向は、中空円柱の軸方向に対して４５度であった。
実施例７の衝撃吸収体の各物性を、実施例１と同様に表１、図１、及び図２に示す。
【００６４】
［比較例１］
２．０質量％の集束剤Ａを付着させたガラス繊維２束とポリアミド６６繊維（ＰＡ６６−１）２束とを合糸し、引き揃えた後、下記の流体交絡ノズルに実質的に垂直に供給し、下記条件で流体交絡させて、１１４００ｄｔｅｘの混繊糸条（ガラス繊維のＶｆ：５０％）を得た。
流体交絡ノズル：京セラ（株）製ＫＣ−ＡＪＩ−Ｌ（１．５ｍｍ径、推進型）
空気圧：２ｋｇ／ｃｍ2
加工速度：３０ｍ／分
更に、上記で得られた混繊糸条を、リング撚糸機（ＧＡＬＡＮ社製）を用いてＺ方向に下撚り後、これを２本合糸してＳ方向に上撚りして混繊糸条コードを得た。下撚り張力、上撚り張力共に５００ｃＮ／ｄｔｅｘ、下撚り数、上撚り数共に５回／ｍとした。
上記で得られた混繊糸条を用い、レピア織機（製品名：Ｐ１  ｒａｐｉｅｒ  ｗｅａｖｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ、ＤＯＲＮＩＥＲ製）の経糸に混繊糸、緯糸にポリアミド６６繊維（ＰＡ６６−２）を用いて平織りとし、金型に入れ、成形機（製品名：５０ｔ油圧成型機、株式会社ショージ製）を用いて金型温度３００℃、型締め圧力５ＭＰａで１５分間保持した後、金型を６０℃まで冷却して冷却固化を行い、強化繊維がノンクリンプである、ノンクリンプ材を作製した。
次に、上記で得られたノンクリンプ材を用いて、実施例１と同様にして衝撃吸収体を成形した。
比較例１の衝撃吸収体の各物性を、実施例１と同様に表１、図１、及び図２に示す。
【００６５】
［比較例２］
比較例２は、衝撃吸収体の厚みを、２つの六角錐台状筒体の部分は１．３ｍｍｔ、台形状の結合平面の部分は１．６ｍｍｔ、２つの平行四辺形状の平面の部分は２．０ｍｍｔとした以外は比較例１と同様にして衝撃吸収体を得た。
比較例２の衝撃吸収体の各物性を、実施例１と同様に表１、図１、及び図２に示す。
【００６６】
［比較例３］
比較例３は、衝撃吸収体の各平面において、衝撃吸収体中の繊維束の各繊維方向が、各平面の高さ方向に対して４５度の方向となるようにした以外は比較例１と同様にして衝撃吸収体を得た。
比較例３の衝撃吸収体の各物性を、実施例１と同様に表１、図１、及び図２に示す。
【００６７】
【表１】
2019123961.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の衝撃吸収体は、金属及び非金属からなる従来の衝撃吸収部材よりも軽量でありながら、同等以上の衝撃吸収性を有するため、特に、前方及び後方にバンパービーム等を備えた自動車等への適用に好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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