JPS596442A - 自動車用ｆｒｐ製板ばね - Google Patents

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】 本発明は耐熱性及び耐疲労特性に優れる自動車用ＦＲＰ
製板ばねに−するものである。

近年、原油価格の高騰に伴い、各自動車メーカーはこぞ
って石油賢源を有効に使おうと低燃費車の開発に乗シ出
した。車体の軽轍化は燃費向上を図るための最も南力な
手段であシ、そのために軽い材料でおるプラスチックを
車体の各部に使用するというプラスチック化が盛んに行
なわれている。

我国について言えば、バンパー周りのコーナープロテク
ターにはエチレン・プロぎレンーデイエン・ターポリマ
ー、車内のパネルと各種の排気ガスコントロール・デバ
イス類には、ナイ胃ンやアセタール樹脂、フル・トリミ
ング化にはポリプロピレンやアセタール樹脂などが使用
され始めている。

−ｔ＊、　ＦＲｐｒｒｚフロントグリル、パンツｓｒ、
インナー／＃ネル、スカートノぐネル、フェンｆ−，屋
根部などに採用ぢれている。

さらに、自動車の機能部品である板ばねやドライブシャ
フト、ホイールなどにはアドバンスト・コンポジット（
高性能複合材料）を応用しようという研究も盛んに行な
われている。これらの機能部品’ｒ−従来の鋼からアド
バンスト・らンボジットに置き換えた場合には４０〜８
０％もの亀址の軽量化が期待でき、燃費向上のための有
力な手段となる。また、耐食性の曲においてもこのアド
バンスト・コンポジットは、従来の鋼に比較して被れて
いるという利点を崩している。

ところで、かかるアドバンスト・コンポノットは、その
慨能部品の保水特性を満足させるために、強化材として
ガラス繊維、炭素繊維めるいは芳香族ポリアミド繊維な
どが単独でまたは併用されて、他方、これらの強化材を
まとめるためのマ）　ＩＪラックスしては、不飽和ポリ
エステル樹脂、エポキシ樹脂およびエポキシビニルエス
テル樹脂が使用されているが、これらの樹脂マ）　ＩＪ
ソックスよって性能が大きく左右されるものである。自
動車用板はね、就中、軽トラツクやパン（商用車）には
鋼製１ね板ばねが使われているが、いま仮りにこれをＰ
’　ＲＰ化しようとすれば、１台にっ＠１２〜１４ゆの
鋼製重ね板ばねを約６０〜８０チもの軽量化が可能とな
る。

ところで、自動車用板はねに要求されるｔ跨性としては
、その苛酷な使用条件に耐えうろことが必要な処から、
翫れた耐疲労特性と耐熱性が要求されるが、この要求特
性を満足をせるためには、強化材として汎用されている
ガラス繊維、炭素系織細もしくは芳香族ボリアミド糸繊
維の単独またはこれらの併用になるハイブリッドシステ
ムが使用されるべきであり、他方、これらの強化材を結
合ぜせるべきマトリックスとしては、不飽和ポリエステ
ル樹脂やエポキシ樹脂、さらにはエポキシビニルエステ
ル樹脂が使用されるべきである。しかし、不飽和ポリエ
ステル樹脂はお産に伴なう成形速度や経済性という面で
こそ大きな利点を廟するものではあるが、該イリｊ脂の
もつ特性、すなわち小さな伸び率と大きな硬化収縮率と
、さらに強化材に対する密着性の悪さは、自動車用１ｊ
’　１１　Ｆ　９４板ばねとしたさいに耐疲労特性を著
しく低下させるものであり、他方、エポキシビニルエス
テル樹脂は不飽オ目ポリエステルｆ（脂と同程匙の成形
速度を肩するとともに、エポキシ樹脂と同程度の特性と
強化材に対する優れた＠別件を冶しておるものの、１１
１ｉ（疲労特性、特に高温での耐疲労特性は、まだエポ
キシ樹脂に劣る。これらの両（社）脂に対し、エポキシ
樹脂は耐熱性や大きな伸び率と小さな硬化収縮率、さら
には強化材に対する優れた密着性という特性を肩するた
めに、自動車用のＦＲＰｆＭ板ばねのマトリックスとし
て使用したさいには長期の耐疲労特性を向上させること
ができる。

しかし、かかるエポキシ樹脂も粘度が市いため繊維質強
化材に対する含浸性が悪く、品質の安定したＦＲＰ製板
はねを侍ることが困難である。従って、粘度を低下させ
るため、マトリックスを高温で保温して繊維質５虫化材
に含浸すると、ポットライフが非常に短かくなシ、Ｆ’
ＲＰ製板ばねを製造する際の作業性が慈（なるという欠
点がある。

特にビスフェノールタイプのエポキシ樹脂に、硬化剤と
してポリアミンを使用した場合は、粘度が高く、またポ
ットライフも非常に短い。また、ＦＲＰｇ板はねに繰υ
返し加えられる荷車によるＦＲＰｊＪＪ板はね内部での
蓄熱や周囲の自動車の排気管からの熱によｐ、高温での
耐疲労特性が要求されること棒よシ、ビスフェノールタ
イプのエポキシ樹脂と酸無水物との組合せに、１ｆｊｌ
熱性に優れたフェノールノボラック担工）ｊセキシ樹脂
、クレゾールノブラック型エポキシ樹脂やグリシジルア
ミンをブレンドして耐熱性を向上することも考えられる
が、更に動粘度になシ、作業性を恕くする。

また、耐熱性は向上するが、ｋ″ｈｐｈｐ製板高温での
疲労付性の向上は得られない。

本発明堝らはかかる自動車用Ｉ’　ＲＰ製板はねを伶る
にあたってマトリックスとして優れた特性を不するエポ
キシ樹脂に着目して鋭意研究を行なった結果、当該エポ
キシ樹脂の極く限定された組成範囲においてのみ、非常
に優れた耐熱性と商温での耐疲労軸性、矢には低精度で
繊維質強化材に対する優れたち浸性、および長いポット
ライフ’に！することを見出した。

すなわち１本発明は、ビスフェノールタイプのエポキシ
樹脂の９５〜３０重量％及び脂環式のエポキシ樹脂の５
〜７０重値チから成るエポキシ樹脂と酸無水物と、さら
に必要に応じて促進剤と、よシ成る樹脂組成物を、ガラ
ス繊維、炭素系繊維および芳香族ポリアミド糸繊維よシ
なる軒から速性および耐疲労特性を有する自動車用ＦＲ
Ｐ板ばねを提供しようとするものである。

本発明でいう上記エポキシ樹脂とは、平均エポキシ当量
が約１５０〜約３００なる範囲にあるビスフェノールタ
イプのエポキシ樹脂の９５〜３０Ｘｋ％と脂環式のエポ
キシ樹脂の５〜７０ｋｉ％とを混合した樹脂である。こ
こでいう平均エポキシ当量が約１５０〜約３００なる範
囲にあるビスフェノールタイプのエポキシ樹脂とは、例
えば。

エポキシ当量が約１５０〜約３００なる範囲にあるビス
フェノールタイプのエポキシ樹脂単独で使用する場合の
みならず、低分子量のビスフェノールタイプのエポキシ
樹脂と筒分子鴬のビスフェノールタイプのエポキシ樹脂
との混合物で、その平均エポキシ当−°が約１５０〜約
３００なる範囲にあるエポキシ樹脂を使用する場合勿も
包含する。

ここで、上記ビスフェノールタイプのエポキシ＜Ｗ　Ｉ
ｌｉとして代表的なものを挙げれば、エピクロルヒドリ
ンとビスフェノールＡもしくはビスフェノールＦとの反
応によ＆）得られる実質的に１分子中に２個以上のエポ
キシ基ヲ肩するグリシジルエーテル型のエポキシ側月旨
、メチルエピクロルヒドリンとビスフェノールＡもしく
はビスフェノールＦとの反応により得られるジメチルグ
リシジルエーテル型のエポキシ樹脂あるいはビスフェノ
ールＡのアルキレンオキサイド付加物とエピクロルヒド
リンもしくは、メチルエビクロルヒトリントカラ得られ
るエポキシ樹脂などである。

次いで、前記Ｂ＠脂環式エポキシ樹脂として代表的なも
つは、ブタジェンのディールスアルダー反応によって得
られるシクロヘキセンの誘導体を過酢酸などでエポキシ
化することにより得られるシクロヘキセン系の３．４−
エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−３，４−
エポキシ−６−メチルシクロヘキサンカルホキシレー）
、３．４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エ
ポキシシクロヘキザンカル？キシレート、ｌ−エポキシ
エチル−３，４エポキシシクロヘキサンなどや、シクロ
ペンタツエンやゾシクロペンタソエンの誘導体を過酢酸
などでエポキシ化することにより得られるシクロペンタ
ジェン糸のジシクロペンタジェオキシド、２，３−エポ
キシ−シクロペンチルエーテルなどやリモネンソオキサ
イドなどである。

これらのエポキシ樹脂の硬化剤として用いられる酸無水
物は、エポキシ樹脂に対して０，５〜１．２当量、好ｔ
Ｌ＜は０．７〜１．０当鴬が適量である。

かかるは無水物としては、無水フタル叡、ヘキサヒドロ
無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルへキ
ザヒドロ無水フタル喉、メチルテトラヒドロ無水フタル
酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、無水トリ
メリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、熱
水コノヘク醸、無水イタコン敵、無水シトラコン酸、ト
チセニル無水コハク酸、無水クロディック酸、無水ベン
ゾフェノンテトラカルボン酸、無水シクロペンタンテト
ラカルボン酸、エチレングリコールビストリメリテート
、グリセリントリストリメリテート、５−（２，５−ソ
オキソテトラヒドロフリル）−３−メチル−３−シクロ
ヘキセン−１，２−ソカルデン酸無水物などが挙げられ
、これらは単独で、または２租以上の混合で使用される
。ｔたとｈらの酸無水物をエポキシ樹脂に配合したの与
では硬イし成形に長時間を要する場合には、必要に応じ
て促進剤を使用することができる。

か〃・る促進剤としては、ジエチルアミン、トリエチル
アミン、ジイソゾロビルアミン、モノエタノールアミン
、ソエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチル
エタノールアミン、メチルエタノールアミン、モノイソ
プロノ！ノールアミン、ノニルアミン、ツメチルアミノ
プロピルアミン、ジエチルアミングロビルアミン、ペン
ツルツメチルアミン、α−メチルベンジルツメチルアミ
ン、α−ベンジルジェタノールアミン、２，４．１３−
トリス−ツメチルアミノメチルフェノール（１）ＭＰ−
３０）、Ｌ）Ａｌ’−３０のトリー２−エチルヘキソエ
ート地、ピリジン、ピペリジン、Ｎ−アミノプロピルモ
ルホリン、１．８−レアザビシクロ訛（５，４，０）ウ
ンデセン−７（ＤＢＵ　）。

１）ＢＵのフェノール、２−エチルヘキサン酸、オレイ
ン酸、ジフェニル亜りん酸、１１機営りん酸類との塩類
などのアミン類；２−メチル−イミダゾール、２−エチ
ル−４−メチルイミダゾール、２−インプロピルイミダ
ゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−フェニルイ
ミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、
１−ペンツルー２−メチルイミダゾール、２−メチルイ
ミダゾールとアクリロニトリルとを反応させて得られる
シアノエチレーションタイプのイミダゾール（２−ＭＺ
−にｈと略称）、２−ｋｉＺ−ＣＭとトリメリット酸と
の付加物、２−ＭＺ−ＣＩＶとソシアンヅアミドとの反
応物、イミダゾールとＣｕ％Ｎｉ。

Ｃｏなどの金属塩錯体などのイミダゾール類纂ＢＦ、−
モノエチルアミン、ＨＦ、−ベンジルアミン、ＢＦ、−
ツメチルアニリン、ＢＦ、−トリエチルアミン、ＢＦ、
−ｎ−ヘキシルアミン、ＢＩ４’−２，６−ソエチルア
ニリン、ＢＦ、−ア島 ニリン、ＢＦ、　　−ピペリジンなどのＢＦ、　　−ア
ミン錯体、１．１−ソメチルヒドラヅンを出発原料とす
るアミンイミド化合物蓼オクチル酸スズなどの有機酸金
為塩などが挙けられる。

前記した繊維ｘＳｔ化材のうち、まずガラス繊維として
は、その原料の面から、ｂ′−グラス、Ｃ−グラス、Ａ
−グラスおよびＳ−グラスなどが挙げられるが、本発明
の板ばねを州るためには、いずれの柚類も適用できる。

次に前記の炭素系繊維としては、炭素繊維と黒鉛繊維を
挙けることができ、これらはいずれもポリアクリロニト
リル系繊維、セルローズ糸繊維。

ピッチ、芳香族炭化水素またはカーボンブラックなどを
原料として製造てれるものである。

また、前記の芳香族ポリアミド系ｗ、維とは、多官能の
芳香族アミンと芳★族多地基威との反応により得られる
１、合体そあって、アミド結合を有するものをいい、そ
の代表的なものとしてはポリｐ−フェニレンテレフタル
アミド、またはポリｐ−アミノベンズアミドなどがン襄
り′られる。

これらの繊維質強化材は、その形状により、さらにロー
ビング、チョツプドストランドミツト、コンティニアス
マット、クロス、ロービングクロス、サーフエシングマ
ットおよびチョツプドストランドなどのへ々のものがめ
るが、本りｂ明においては、罐絵％−；ｆ＋率が商くで
さ、しかもＦＲＰ成形物の強度および耐被労特性をも同
上芒せることのできるロービング、クロスおよびロービ
ングクロスなどが好ましい。

本発明の板はねを得るにさいして帷維債ｌｉ！１１化材
の容積含有率は該強化材とマトリックス成分としての樹
脂との合計容敏の４０〜７０％なる範囲が好ましく１重
量表示では５０〜８０％なる範囲が好ましく、実用上最
も好ましいのは、合計容Ｙの４５〜６５％の範囲である
。

また、本発明の自動車用ｈ’　Ｒｐ製板はねを得るには
、加工の段階において、樹脂成分、繊維質強化材および
硬化剤のほかに、必袂に応じて芒らに顔料、染料、に型
剤、充填剤あるいはその他の添加剤を含めることもでき
る。

本発明の自動車用Ｉ’　ＲＰ製板はねは、通常行なわれ
ているプレス成形法、フィラメントワインディング成形
法、シートワインディング成形法、プルトルージョン成
形法あるいはゾルフォーミング成形法などの方法で成形
加工される。

次に本発明を実施例によって具体的に説明する。

実施例１〜３ ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとの反応より得
られたエポキシ当［１９０の「エビクロン８５０Ｊ（大
日本インキ化学工業（株）製）、エポキシＭｔｔ３５の
脂環式エポキシ樹脂！３゜４−エポキシシクロヘキシル
メチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレ
ート、メチルテトラヒドロ無水フタル酸：［エピクロン
Ｂ−５７０Ｊ（犬日本インキ化学工業（株）製）及びベ
ンジルヅメチルアミンを、第１表に示した配合割合（単
位はダラム）で、光分混合し、樹脂組成物を得た。

上記組成物の貯蔵安定性は、Ｂ型回転粘度計により、各
温度での粘度の経時変化を測定することにより計画した
。これらの組成物の配合後の可使時間（ポットライフ）
はこれらの組成物の粘度が−各温度で１０００　ｃｐｓ
　　Ｏ値に達するまでの時間とした。

配合したこれらの組成物をあらかじめガラス板で作成し
た型に流し込み、１００℃で１時間さらに１４０℃で２
時間硬化させ、厚さ３１ｍと１５餌の注型物を作成した
。これらの注型物から、それぞれのＪＩＳ規格に従って
供試体を切削し、機械的性質を測定した。第２表にこれ
らの組成物のポットライフおよび機械的性質を示した。

前記の配合された組成−に一方向に引き揃えられたガラ
スロービングをよく含浸させて得られたシート１０枚を
、ガラス含肩率が７０％になるようにマツチドダイ金型
（深さ８　ｘｗ　、　ｌ［５０ｍｍ　、長さ３００ｍｍ
）に仕込み、１２０℃で１時間加熱圧縮成形を行なった
。得られたＦＲＰ成形体をさらに電熱乾燥器で１４０℃
で２時間アフターキュアーを行なった。

次いで、かくして旬られた成形体（板ばね基本体）につ
いて、ばね協金型高速疲れ試験機を用いて、応力条件３
５±ａ　ｏｋｙｆ／闘２、測定温度２５℃及び９０℃で
疲れ試験を行ない株シ返し寿命回数を求めたところ、本
発明の板はねは、第２表に示す如く、従来には類例を見
ないほど筒温でのすぐれた繰り返し寿命をもったもので
あることが確認できた。なお、かかる繰シ返し寿命回数
は、剛性が１０％低下するまでの回数をもって示したも
のである。

実施例４ ビスフェノールＦとエピクロルヒドリンとの反応よ＃）
得られたエポキシ当［１７８の［エピクロン８３０Ｊ（
同上社製品）６００，９、エポキシ当％、’　１５８の
３．４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−
３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキツンカルポキ
シレー）４００Ｆ、メチルへキザヒドロ無水フタル臥：
「エピクロンＢ−６５０Ｊ（同上社製品）　１’　００
３　＆及びペンツルヅメチルアミンｌＯｙを充分混合し
、樹脂組成物を鞠だ。

祷られた樹脂組成物を実施例１と同様の方法で、ポット
ライフと硬化物の機械的性質の測定を行なった。その結
果を框２次に示した。

次いで、この樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法
でＩ”　ＲＰ　＆形体を作成し、実施例１と同じ条件下
で疲れ試験を行ない、第２表にボず結果を得た。

比較例１ ［エビクＣ’ン８５０Ｊ　１０００．！ｉ’、　　［ｘ
ビクロンＢ−５７０Ｊ８７４ｇ及びベンジルツメチルア
ミン１０．９を充分混合し、樹脂組成物葡得た。

僧られた上記樹脂組成物について、実施例１と同様の方
法でポットライフと硬化物の機械的性質の測定を行ない
、その結果を第２表に示した。

次いでこの樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で
Ｊ’　＃　Ｐ成形体を作成し、実施例１と同じ条件下で
疲れ試験を行ない、その結果をｇ！２　ｆｉに示した。

比較例２ ［−工ぎクロン８５０」５００．Ｐ、フェノールノボラ
ックとエピクロルヒドリンとの反応によって得られたエ
ポキシ当ｉ二１８２の［エピクロンＮ−ｇを充分混合し
、樹脂組成物を得た。

得られた上記樹脂組成物について実施例１と同様の方法
でポットライフと硬化物の機械的性質の測定を行々つだ
。その結果を１’、　２　狭に示した。

次いで、この樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法
でＦＩｔ　Ｐ　成形体を作成し、実施例１と同じ条件下
で疲れ試験を行ない、その結果を第２表に示した。

比較例３ ［エビクロン８５０Ｊ１０００．９とメタフェレンジア
ミン１４０１１とを充分混合し、樹脂組成物を得た。

旬られた樹脂組成物について、実施例１と同様の方法で
ポットライフと硬化物の城械的性賀の測矩を行ない、そ
の結果を第２次に示した。

次いで、仁の樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法
でＦｈＰ成形体を作成し、実施例１と同じ条件下で疲れ
試験を行ない、その結果を第２衣に示した。

なお、上記の機械的性質及び耐疲労特性の測定は、下記
の試験機を用いて行なった。

〔機械的性質〕

試験機：東洋ボールドウィン（株）製「テンシロンＵ１
’Ｍ−１−５０００ＢＪ 上島製作所表［熱変形温度測定装置」 ＢＡＲＢＥＲ−ＣＯＬＭＡＩＪ社製「バーコル硬度計」 〔耐疲労特性〕 試験機：ばね協金型尚速疲れ試験機 回転数１ｌ１０００ｒｐ 設定応カニ３５±３０〜ｆ　／ｓ−” ４点曲げ方式 供試体の寸法＋　５０Ｘ３００Ｘ８關 以上の各剖から明らかなように、本兜ψ」に従って、％
定された脂環式エポキシ樹脂を一成分に含むエポキシ樹
脂と敵無水物との樹脂組成物をマトリックスに使用した
場合には、ＦＲＰ成形体の製造における作業性が者しく
向上され、しかも、得られるＦ’　ＲＰ成形体は、本発
明の範囲をはずれるエポキシ樹脂を使用した成形体に比
較して、高温での繰り返し寿砧が約１０倍にも向上され
る。

従って、本発明の板はねは非常に優れた高温での耐疲労
特性を有するものであることが判る。

特許出願人　　トヨタ自動車工業株式会社同　　　　中
央発條株式会社 第１頁の続き ■出　願　人　大日本インキ化学工業株式会社東京都板
橋区坂下３丁目３５番５８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平均エポキシ当景が約１５０〜約３００なる範囲に
   あるビスフェノールグイブのエポキシ樹脂の９５〜３０
   重箪チ及び脂環式のエポキシ樹脂の５〜７０．２１％か
   ら成るエポキシ樹脂とば無水物と、さらに必要に応じて
   促進剤と、より成る樹脂組成物を、ガラス繊維、炭素系
   繊維および芳香族ポリアミド糸稙維よシなる群から選ば
   れる少なくとも１ｍの繊維質強化材に含浸させ、硬化成
   形せしめて得られる耐熱性及び耐疲労特性に＆れる自動
   車用ｊ”　ＲＰ製板ばね。 ２　上記繊維質強化材の容積含有率が、該強化材とマト
   リックス成分たる上記樹脂組成物との合計容量の４０〜
   ７０５６、わるいは該合計重量の５０〜８０％であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の板はね。