WO2013080974A1 - 衝撃吸収部材 - Google Patents

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carbon fiber
thermoplastic resin
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mass
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祐平 小永井
誠 大坪
雅智 手島
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Teijin Ltd
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24149—Honeycomb-like

Definitions

  • the present invention has a bottom portion and a raised portion provided on the bottom portion, and at least one of the bottom portion and the raised portion is made of a carbon fiber reinforced composite material containing a thermoplastic resin, and the other is thermoplastic. Further, the present invention relates to a lightweight impact absorbing member that may be made of resin, and further relates to an impact absorbing member that is preferably used for a moving body such as an aircraft, an automobile, a train, and a two-wheeled vehicle. The present invention also relates to a method for manufacturing the impact absorbing member.
  • Patent Document 1 discloses an energy absorbing member made of a fiber-reinforced composite material in which long fibers are cross-laminated to form a plurality of layers.
  • the impact energy can be absorbed well, but the degree of freedom of the shape is low, and there are restrictions on the parts that can be used.
  • the molding becomes complicated, and the manufacturing tact and manufacturing cost are high.
  • Patent Document 2 discloses an energy absorbing member using a fiber reinforced resin mixed with short fibers.
  • the fiber reinforced resin mixed with short fibers has a low energy absorption amount per mass of the member, the mass of the member becomes heavy when absorbing large energy.
  • An object of the present invention is to provide an impact absorbing member that is lightweight, has a high degree of freedom in shape, and can efficiently absorb impact energy.
  • the present invention comprises a bottom surface portion and a raised portion provided on the bottom surface portion, and at least one of the bottom surface portion and the raised portion is made of a carbon fiber reinforced composite material containing a thermoplastic resin, and the other is a thermoplastic material.
  • the impact absorbing member may be made of a resin, and the amount of the thermoplastic resin in the impact absorbing member is 30 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber, and the average fiber of the carbon fiber
  • An impact-absorbing member having a length of 3 to 100 mm and a method for producing the same.
  • an impact-absorbing member that is lightweight, has a high degree of freedom in shape, and can efficiently absorb impact energy. Furthermore, the manufacturing method which can manufacture efficiently the impact-absorbing member which is lightweight, has high freedom degree of shape, and can absorb impact energy efficiently can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention (an impact absorbing member whose upright portion has a cross-column shape).
  • the perspective view of 2nd Embodiment (the impact-absorbing member whose upright part is cylindrical pillar shape) of this invention.
  • the perspective view of 3rd Embodiment (The impact-absorbing member whose standing part is a hollow polygonal column shape (hollow hexagon shape)) of this invention.
  • the perspective view of 4th Embodiment the impact-absorbing member whose upright part is a honeycomb pillar shape) of this invention.
  • the perspective view of 5th Embodiment (the impact-absorbing member whose cross section is a grid
  • the perspective view of 6th Embodiment (the impact-absorbing member in which an upright part is a column shape of a triangular lattice-like cross section) of this invention.
  • the perspective view of 7th Embodiment (shock absorbing member whose upright part is corrugated wall shape) of this invention.
  • the perspective view of 8th Embodiment (the impact-absorbing member whose standing part is a grid
  • the perspective view of 9th Embodiment (The impact-absorbing member whose standing part is a honeycomb pillar shape) of this invention.
  • the perspective view of 10th Embodiment (the impact-absorbing member whose upright part is a cross-column shape) of this invention.
  • the perspective view of 11th Embodiment (the impact-absorbing member whose upright part is a hollow truncated cone shape) of this invention.
  • a perspective view of a twelfth embodiment of the present invention (an impact absorbing member having an upright portion that is a cylindrical columnar shape whose thickness changes stepwise and whose upper portion is thicker than the lower portion of the upright portion).
  • a perspective view of a thirteenth embodiment of the present invention (an impact absorbing member having a cylindrical column shape in which an upright portion is gradually changing in thickness and whose lower portion is thicker than the upper portion of the upright portion).
  • a perspective view of a fourteenth embodiment of the present invention an impact-absorbing member in which an upright portion is a columnar cross section in a cross section and further has a cylindrical upright portion in a central portion of the lattice shape).
  • the perspective view of 15th Embodiment The impact-absorbing member whose upright part is a hollow polygonal column shape (hollow pentagon shape)) of this invention.
  • the shock absorbing member of the present invention comprises a bottom surface portion and an upright portion provided on the bottom surface portion, and at least one of the bottom surface portion and the upright portion is composed of a carbon fiber reinforced composite material containing a thermoplastic resin, and the other Is an impact-absorbing member that may be made of a thermoplastic resin, and the amount of the thermoplastic resin in the impact-absorbing member is 30 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber, and the carbon fiber The average fiber length is 3 to 100 mm.
  • the impact-absorbing member of this invention can also be called the use of the thing containing the molded object of a carbon fiber reinforced composite material, or a molded object.
  • the impact absorbing member of the present invention preferably has a bottom surface portion and an upright portion extending in a direction perpendicular to the bottom surface portion. If the upright portion is perpendicular to the bottom surface portion, it does not have to be strictly perpendicular, and an arbitrary angle or an angle for securing the draft angle of the mold can be taken to the extent that the intention of the present invention is not impaired. Is possible.
  • the angle at which the bottom portion and the raised portion are woven is preferably 30 to 90 degrees, and more preferably 40 to 90 degrees. Arbitrary chamfering and curvature can be added between the bottom surface portion and the upright portion to such an extent that the intention of the present invention is not impaired.
  • the upright portion may be molded integrally with the bottom surface portion.
  • the upright portion is molded with a carbon fiber composite material, the bottom surface portion is molded with a thermoplastic resin, etc.
  • the bottom surface portion refers to a portion that is substantially planar and serves as the foundation of the upright portion.
  • the bottom surface portion does not have to be completely planar, and may have partial unevenness and beads.
  • the height and width of the unevenness and the bead are not particularly limited, but the height is preferably 0.5 to 2 times the thickness of the base bottom portion plate.
  • the impact absorbing member (molded body) may be simultaneously formed with a shear or the like in the mold, or may be opened by drilling, punching, cutting or the like as post-processing.
  • the thickness of the bottom portion is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 5 mm, and more preferably 1 to 3 mm.
  • the thickness of the bottom portion does not need to be uniform, and can be locally increased or decreased. In this case, there is no particular limitation on the increase / decrease width of the plate thickness, but it is preferably 30 to 300%, more preferably 50 to 200% of the base bottom plate thickness.
  • the plate thickness can be changed stepwise, and can be continuously changed with a taper or a curvature, but it is preferably changed continuously from the viewpoint of avoiding stress concentration.
  • the upright portion means a portion extending in the vertical direction on the same side with respect to the above-described bottom surface portion, and ribs and bosses are given as examples.
  • the height of the upright portion is not particularly limited, but is preferably 1 to 300 mm, more preferably 5 to 100 mm.
  • the height of the upright portion does not need to be uniform and can be increased or decreased locally.
  • There is no particular limitation on the increase / decrease width of the upright height preferably 10 to 90% of the maximum height, and more preferably 20 to 80%.
  • the height of the upright portion is preferably 2 times or more, and more preferably 5 times or more the plate thickness of the bottom surface portion.
  • the height of the upright part there is no upper limit on the height of the upright part, but it is sufficient for most applications if it is 1500 times or less than the thickness of the bottom part, and even if it is 100 times or less, it is sufficient for many applications. It is.
  • board thickness of an upright part and it may be the same as a bottom face part, and may differ. Since the upright portion is often required to have a more complicated shape than the bottom surface portion, the plate thickness of the upright portion is preferably 0.2 to 100 mm, and more preferably 1 to 50 mm. The plate thickness of the upright portion does not need to be uniform, and can be locally increased or decreased.
  • the increase / decrease width is not particularly limited, but is preferably 20 to 500%, more preferably 50 to 200%, of the base rising plate thickness.
  • the plate thickness of the upright part can be changed stepwise (for example, FIGS. 12 and 13), and can be continuously changed with a taper or curvature, but avoids stress concentration. It is preferable to change continuously from a viewpoint.
  • the draft angle of the mold is preferably 0 to 45 degrees, more preferably 0 to 10 degrees.
  • the upright portion is a cross columnar shape, a cylindrical columnar shape, a hollow polygonal columnar shape, a honeycomb columnar shape, a corrugated plate wall shape, a hollow truncated cone shape, a columnar shape with a lattice section, and a triangular lattice shape with a cross section. It is preferable that it is at least one shape selected from the group consisting of: As the shock absorbing member of the present invention, it is preferable that the rising portion has a structure having a connected opposing surface, which is more excellent in physical properties.
  • Examples of the erected portion of the structure having the connected opposing surfaces include, but are not limited to, an erected portion whose cross section shown in FIG. 5 is a lattice-like shape. This also applies to the rising portion having a hollow polygonal cross section and the rising portion having a cylindrical shape in FIG.
  • the shock absorbing member of the present invention may have two or more raised parts as shown in FIG. Further, as an embodiment of the shock absorbing member having a plurality of raised portions, of course, there is a form in which a plurality of types of shock absorbing members are used at the same time. Further, for example, as shown in FIG. The form which has also the cylindrical column-shaped standing part of FIG. 2 in the grid
  • thermoplastic resin The abundance of the thermoplastic resin in the carbon fiber reinforced composite material constituting the impact absorbing member of the present invention is 30 to 1000 parts by weight, preferably 30 to 500 parts by weight, more preferably 100 parts by weight of carbon fiber.
  • the thermoplastic resin is present in an amount of 30 to 200 parts by mass, more preferably 70 to 160 parts by mass, and particularly preferably 100 to 130 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fibers.
  • thermoplastic resin constituting the impact absorbing member is not particularly limited, but is vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene resin (AS resin), acrylonitrile-butadiene.
  • ABS resin Styrene resin
  • acrylic resin methacrylic resin
  • polyethylene resin polypropylene resin
  • polyamide resin for example, polyamide 6 resin, polyamide 11 resin, polyamide 12 resin, polyamide 46 resin, polyamide 66 resin, polyamide 610 resin
  • polyacetal Resin polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, boribylene terephthalate resin, polyarylate resin, polyphenylene ether resin, polyphenol At least one selected from the group consisting of a lensulfide resin, a polysulfone resin, a polyethersulfone resin, a polyetheretherketone resin, a polylactic acid resin, and a mixture (resin composition) of two or more selected from these resins Is preferred.
  • the thermoplastic resin is preferably at least one selected from the group consisting of polycarbonate resin, polyester resin, polycarbonate, ABS resin, polyphenylene ether resin, polyamide resin and a mixture of two or more selected from these resins, and more preferably Is a polyamide resin or a polyester resin.
  • the resin composition include polycarbonate resin and polyester resin composition, polycarbonate and ABS resin composition, polyphenylene ether resin and polyamide resin composition, polyamide resin and ABS resin composition, and polyester resin and polyamide resin. At least one selected from the group consisting of resin compositions and the like is more preferable.
  • a functional filler or additive may be included in the carbon fiber reinforced composite material or the thermoplastic resin within a range not impairing the object of the present invention.
  • examples include organic / inorganic fillers, flame retardants, UV-resistant agents, pigments, mold release agents, softeners, plasticizers, surfactants, and the like, but are not limited thereto.
  • the carbon fibers constituting the impact absorbing member of the present invention are discontinuous having an average fiber length of 3 mm or more and 100 mm or less.
  • an impact-absorbing member molded article that exhibits high physical properties against shock loads and long-term fatigue loads.
  • the average fiber length is less than 3 mm, there is a problem that the physical properties of the shock absorbing member are lowered, and when it is longer than 100 mm, there is a problem that the handleability of the carbon fiber is deteriorated.
  • the average fiber length of the carbon fibers is preferably 8 mm or more, more preferably 10 mm or more, still more preferably 15 mm or more, and further preferably 20 mm or more.
  • the fiber length of the carbon fiber is preferably 80 mm or less, and more preferably 60 mm or less. Particularly preferable average fiber length is 8 mm to 100 mm, and more preferable is 8 mm to 80 mm.
  • the carbon fiber contained in the carbon fiber reinforced composite material is represented by the following formula (1).
  • Critical number of single yarns 600 / D (1) (Where D is the average fiber diameter ( ⁇ m) of the carbon fiber) It is preferable that the ratio of the carbon fiber bundle (A) constituted by the number of critical single yarns or more defined by the above is 20 Vol% or more and 99 Vol% or less with respect to the total amount of carbon fibers.
  • the impact absorbing member of the present invention is a carbon fiber reinforced carbon fiber bundle (A) in which carbon fibers contained in a carbon fiber reinforced composite material are composed of the number of critical single yarns defined by the above formula (1) or more.
  • the ratio with respect to the total amount of carbon fibers in the composite material is 20 Vol% or more and less than 99 Vol%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) satisfies the following formula (2). 0.7 ⁇ 10 4 / D 2 ⁇ N ⁇ 1 ⁇ 10 5 / D 2 (2) (Where D is the average fiber diameter ( ⁇ m) of the carbon fiber)
  • the ratio of the carbon fiber bundle (A) to the total amount of the carbon fibers is less than 20 Vol%, there is an advantage that an impact absorbing member (molded body) having excellent surface quality can be obtained, but an impact absorbing member having excellent mechanical properties ( Molded body) is difficult to obtain.
  • the proportion of the carbon fiber bundle (A) exceeds 99 Vol%, the entangled portion of the fibers becomes locally thick and it is difficult to obtain a thin-walled one.
  • the ratio of the carbon fiber bundle (A) is preferably 30 Vol% or more and less than 90 Vol%, and more preferably 30 Vol% or more and less than 80 Vol%.
  • the impact absorbing member of the present invention is a carbon fiber reinforced composite material constituting the carbon fiber bundle (A). It becomes a carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more defined by the formula (1), and the remaining carbon fibers of 1 vol% or more and 80 vol% or less are in a single yarn state or less than the above critical single yarn number. The resulting fiber bundle is dispersed in the thermoplastic resin.
  • the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) composed of the critical single yarn or more satisfies the following formula (2).
  • the surface is particularly smooth and has a uniform thickness, which is preferable. 0.7 ⁇ 10 4 / D 2 ⁇ N ⁇ 1 ⁇ 10 5 / D 2 (2) (Where D is the average fiber diameter ( ⁇ m) of the carbon fiber)
  • the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is, specifically, when the average fiber diameter of the carbon fibers is 5 to 7 ⁇ m, the critical single yarn number is 86 to 120, and the average fiber diameter of the carbon fibers is Is 5 ⁇ m, the average number of fibers in the fiber bundle is in the range of more than 280 and less than 4000, with 600 to 2500 being preferred, and 600 to 1600 being more preferred.
  • the average fiber diameter of the carbon fibers is 7 ⁇ m
  • the average number of fibers in the fiber bundle is in the range of more than 142 and less than 2040, and in particular, it is preferably 300 to 1600. More preferably, the number is 300 to 800.
  • the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is 0.7 ⁇ 10 4 / D 2 or less, it is difficult to obtain a high fiber volume content (Vf). Further, when the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is 1 ⁇ 10 5 / D 2 or more, a locally thick portion is generated, which may cause a void. As average fiber number (N) in said carbon fiber bundle (A), it is more preferable in following Formula (2 ') to satisfy
  • the impact-absorbing member (molded article) of the present invention has a tensile elasticity in an arbitrary direction in the plane and a direction orthogonal to the same direction in the same plane (hereinafter sometimes referred to as a 0-degree direction and a 90-degree direction, respectively).
  • the ratio of the larger value divided by the smaller value (hereinafter sometimes abbreviated as E ⁇ ) is preferably 1.0 to 1.3.
  • E ⁇ is an index of isotropic property of the material. When E ⁇ is less than 2, it is considered isotropic, and when it is 1.3 or less, isotropic property is particularly excellent.
  • the difference in tensile elastic modulus between the bottom surface portion and the upright portion is preferably 0% to 12%.
  • / Tensing elastic modulus of rising portion ⁇ 100 (Ii) Can be obtained. Being within the above range can be confirmed from the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom surface portion and the upright portion.
  • the tensile modulus of elasticity in any direction in the plane of the test piece collected from the rising portion of the shock absorbing member is measured, and the tensile modulus of elasticity in the 0 degree direction and 90 degree direction of the test piece on the bottom surface portion.
  • the value close to the tensile modulus of the test piece at the top is taken as the tensile modulus of the bottom, and the larger value is divided by the smaller value to obtain the ratio of the tensile modulus of the bottom to the top. calculate. If the ratio of tensile modulus is 1.12 or less, it is clear that the difference in tensile modulus is 12% or less.
  • the abundance and tensile elastic modulus of the thermoplastic resin at the bottom surface and the upright portion of the impact absorbing member are equal (the difference is 0%).
  • the thermoplastic resin abundance ratio between the bottom surface portion and the upright portion of the impact absorbing member is -60% to + 45%, and the difference in tensile elastic modulus of the thermoplastic resin is 0% to 12%, and a ratio obtained by dividing the larger value of the tensile elastic modulus by the smaller value in the arbitrary direction in the bottom surface and in the direction perpendicular to the same surface is 1.0 to 1. 3 is more preferable.
  • the shock absorbing member of the present invention has the same amount of thermoplastic resin and tensile elastic modulus at the bottom surface and the upright portion of the shock absorbing member, and in any direction within the bottom surface and the direction perpendicular to this in the same surface. It is more preferable that the ratio of the larger value of the tensile elastic modulus divided by the smaller value is 1.0 to 1.3.
  • the impact absorbing member of the present invention preferably has an impact absorbing efficiency of 70 (J / g) or more.
  • the impact absorption efficiency can be appropriately adjusted depending on the site where the impact absorbing member is used, but if it is 70 (J / g) or more, sufficient performance as an impact absorbing member can be exhibited.
  • the shock absorbing member of the present invention no matter how high the shock absorbing efficiency is, there is no particular problem.
  • the upper limit is set, 500 (J / g) may be used, and the range of typical performance that can be used for many applications. In the meaning of the upper limit, it may be 200 (J / g).
  • the impact absorption efficiency can be measured as energy absorption efficiency by compressing the upper part by 15 mm or more.
  • the energy absorption efficiency can be calculated by dividing the energy absorption amount obtained by integrating the load-displacement curve between the displacement amounts of 0 to 15 mm by the mass of the test piece from the tip to 15 mm. When the height of the upright portion is 15 mm or less, it can be calculated in the same manner using a displacement amount up to half of the height.
  • the energy absorption efficiency can be measured using, for example, an impact compression tester (IMATEK IM10T-20HV).
  • a preferred method for producing the shock absorbing member of the present invention is a random mat composed of carbon fibers having an average fiber length of 3 mm or more and 100 mm or less and a thermoplastic resin, and the basis weight of the carbon fibers is 25 to 3000 g / m 2 .
  • a carbon fiber bundle (A) composed of not less than the critical number of single yarns defined by the above formula (1), with a ratio of 20 Vol% or more and 99 Vol% or less to the total amount of carbon fibers in the random mat, It is a manufacturing method which performs press molding.
  • a more preferable method for producing the impact absorbing member of the present invention is composed of carbon fiber having a fiber length of 3 to 100 mm and a thermoplastic resin, and the carbon fiber has a basis weight of 25 to 3000 g / m 2.
  • the ratio of the carbon fiber bundle (A) composed of the defined number of critical single yarns or more to the total amount of carbon fibers of the random mat is 20 Vol% or more and less than 99 Vol%, and the average number of fibers in the carbon fiber bundle (A) ( N) satisfies the formula (2), and is a manufacturing method for press-molding a random mat.
  • an impact absorbing member having a bottom surface and an upright portion by a single press molding, but after forming the bottom surface and the upright portion separately, they are joined to absorb the impact.
  • a member may be used, and one of the bottom surface portion and the upright portion may be obtained by press-molding a random mat as described above, and the other may be obtained by another method, and these may be joined.
  • the manufacturing method of the present invention it is possible to obtain an impact absorbing member that can absorb impact energy satisfactorily despite being thin and lightweight and has a high degree of freedom in shape.
  • thermoplastic resin means a melting point when the thermoplastic resin is crystalline, and a glass transition point when the thermoplastic resin is amorphous.
  • the random mat used in the method for producing an impact-absorbing member of the present invention is composed of carbon fibers having an average fiber length of 3 mm or more and 100 mm or less and a thermoplastic resin, and the weight of the carbon fibers is 25 to 3000 g / m 2 .
  • the ratio of the carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more defined by the above formula (1) to the total amount of fibers of the random mat is 20 Vol% or more and 99 Vol% or less, and the carbon fiber bundle (A) The average number of fibers (N) satisfies the above formula (2).
  • the random mat refers to a material in which a thermoplastic resin adheres to a mat-like material in which carbon fibers are entangled.
  • the details of the carbon fiber, the thermoplastic resin, and the carbon fiber bundle (A) in the random mat are as described above with respect to the carbon fiber reinforced composite material constituting the impact absorbing member.
  • the carbon fibers are not oriented in a specific direction, but are distributed in a random direction.
  • the random mat used in the production method of the present invention is preferably an isotropic material. When the impact absorbing member is obtained from the random mat, the isotropy of the carbon fibers in the random mat is maintained even in the impact absorbing member.
  • an impact-absorbing member from a random mat and obtaining the ratio (E ⁇ ) of the larger value of the tensile modulus of elasticity in two directions perpendicular to each other to the smaller value (E ⁇ ) for the impact-absorbing member. It is possible to quantitatively evaluate the isotropic property of the shock absorbing member to be obtained.
  • An impact absorbing member having an E ⁇ of less than 2 is assumed to be isotropic, and an impact absorbing member having an E ⁇ of 1.3 or less is particularly excellent in isotropic property.
  • the ratio of the carbon fiber bundle (A) to the total amount of fibers of the random mat is less than 20 Vol%, there is an advantage that an impact absorbing member having excellent surface quality can be obtained. However, it is difficult to obtain an impact absorbing member having excellent mechanical properties.
  • the ratio of the carbon fiber bundle (A) in the random mat is preferably 30 Vol% or more and less than 90 Vol%, more preferably 30 Vol% or more and less than 80 Vol%.
  • the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) also satisfies the formula (2) for the random mat. preferable.
  • a random mat having an average fiber number (N) of 0.7 ⁇ 10 4 / D 2 or less it is difficult to obtain an impact absorbing member having a high carbon fiber volume content (Vf).
  • a random mat having an average number of fibers (N) of 1 ⁇ 10 5 / D 2 or more it is more preferable in following Formula (2 ') to satisfy
  • the production method of the present invention can provide impact absorbing members having various thicknesses, but is particularly suitable for obtaining a thin impact absorbing member having a thickness of about 0.2 to 1 mm.
  • the thickness of the random mat used in the production method of the present invention is not particularly limited, and a thickness of 1 to 150 mm can be obtained.
  • the thickness is preferably 2 to 100 mm from the standpoint of exhibiting the effect of the present invention that a shock absorbing member having a thinner thickness than that of the random mat of the present invention can be obtained.
  • the random mat may be used in the next step after the volume is reduced to an easy-to-use thickness using an appropriate pressurization or decompression device.
  • the abundance of the carbon fiber and the thermoplastic resin contained in the random mat used in the production method of the present invention is shown on a mass basis, it is preferably 30 to 1000 parts by mass, more preferably 100 parts by mass of the carbon fiber. 30 to 500 parts by mass, still more preferably 50 to 500 parts by mass, and still more preferably 60 to 200 parts by mass of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber. If the ratio of the thermoplastic resin to 100 parts by mass of the carbon fiber is less than 30 parts by mass, voids are likely to be generated in the obtained carbon fiber reinforced composite material, and the strength and rigidity may be lowered. On the contrary, if the ratio of the thermoplastic resin is more than 1000 parts by mass, the reinforcing effect of the carbon fiber may be difficult to express.
  • the random mat when performing cold press molding, the random mat is heated to a temperature not lower than the softening point of the thermoplastic resin contained therein and lower than the thermal decomposition temperature, that is, if the thermoplastic resin is crystalline, the random mat is higher than the melting point.
  • the prepreg is impregnated with a thermoplastic resin by heating to a temperature lower than the thermal decomposition temperature, or in the case of amorphous, to a temperature not lower than the thermal decomposition temperature and used for molding.
  • the form of the carbon fiber in the prepreg is kept in the random mat.
  • the carbon fiber in the prepreg maintains the fiber length, isotropy, and degree of opening in the random mat, and is the same as that described in the random mat.
  • the present invention comprises a carbon fiber having a fiber length of 3 to 100 mm and a thermoplastic resin, the carbon fiber having a basis weight of 25 to 3000 g / m 2 , and the critical single yarn number defined by the formula (1)
  • the ratio of the carbon fiber bundle (A) constituted as described above to 20 vol% or more and less than 99 Vol% of the total amount of carbon fibers in the random mat, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is the above formula ( 2) Random mat characterized by satisfying 2), a prepreg obtained by heating to a temperature not lower than the thermal decomposition temperature above the softening point of the thermoplastic resin, characterized by being obtained by press molding the prepreg,
  • the invention of the method for manufacturing the shock absorbing member is also included.
  • thermoplastic resin used the melting point of nylon 6 is 225 ° C.
  • thermal decomposition temperature (in air) 300 ° C.
  • melting point of polybutylene terephthalate is 230 ° C.
  • thermal decomposition temperature (in air) 300 ° C. is there.
  • Random mat is cut out to about 100 mm x 100 mm. From the cut out random mat, all the fiber bundles are taken out with tweezers, and the number (I) of carbon fiber bundles (A) and the length (Li) and mass (Wi) of the carbon fiber bundle are measured and recorded. When the fiber bundle is so small that it cannot be taken out by tweezers, the mass is finally measured (Wk). For measuring the mass, a balance capable of measuring up to 1/100 mg (0.01 mg) is used. The number of critical single yarns is calculated from the fiber diameter (D) of the carbon fibers used in the random mat, and is divided into a carbon fiber bundle (A) having a number of critical single yarns or more and the other.
  • the method for obtaining the average number of fibers (N) of the carbon fiber bundle (A) is as follows.
  • the number of fibers (Ni) in each carbon fiber bundle is obtained from the following formula from the fineness (F) of the carbon fibers used.
  • Ni Wi / (Li ⁇ F)
  • the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is obtained from the number of bundles (I) of the carbon fiber bundle (A) by the following formula.
  • the ratio (VR) of the carbon fiber bundle (A) to the total amount of fibers of the random mat can be obtained by the following equation using the density ( ⁇ ) of the carbon fibers.
  • VR ⁇ (Wi / ⁇ ) ⁇ 100 / ((Wk + ⁇ Wi) / ⁇ )
  • the value close to the tensile elastic modulus of the test piece on the upright portion is set as the tensile elastic modulus of the bottom surface portion, whichever is larger.
  • a ratio was calculated by dividing the value by the smaller value.
  • Carbon fiber as reinforcing fiber (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd .: Tenax (registered trademark) STS40-24KS (fiber diameter: 7 ⁇ m) is cut to a fiber length of 10 mm while being widened to a width of 20 mm, and the supply amount of carbon fiber is tapered at 820 g / min. It introduced into the pipe
  • Tenax (registered trademark) STS40-24KS (fiber diameter: 7 ⁇ m) is cut to a fiber length of 10 mm while being widened to a width of 20 mm, and the supply amount of carbon fiber is tapered at 820 g / min. It introduced into the pipe
  • nylon 6 polyamide 6: hereinafter sometimes referred to as PA6
  • PA6 polyamide 6
  • Vf reinforcing fiber
  • the average fiber length (La) was defined as 10 mm and the formula (1).
  • the number of critical single yarns was 86
  • the ratio of the reinforcing fiber bundle (A) to the total amount of fibers in the mat was 33%
  • the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) was 230.
  • Carbon fiber as a reinforcing fiber (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd .: Tenax (registered trademark) STS40-24KS (fiber diameter 7 ⁇ m) was cut into a length of 4 mm, and the carbon fiber supply rate was introduced into the tapered tube at 240 g / min. Air was blown onto the carbon fibers in the tube, and the fiber bundle was spread until it was almost completely formed into a single yarn, and then sprinkled on a table installed at the lower part of the tapered tube outlet.
  • Tenax (registered trademark) STS40-24KS fiber diameter 7 ⁇ m
  • nylon 6 resin (1015B manufactured by Ube Industries) frozen and pulverized to an average particle diameter of about 1 mm is supplied into a tapered tube at 1400 g / min and dispersed simultaneously with carbon fibers, so that carbon with an average fiber length of 4 mm is obtained.
  • a random mat in which fibers and PA6 were mixed was obtained.
  • This random mat had a reinforcing fiber (carbon fiber) volume content (Vf) of 10% and a basis weight of the reinforcing fiber of 260 g / m 2 .
  • the average fiber length (La) and the ratio of the reinforcing fiber bundle (A) and the average number of fibers (N) of the obtained random mat were examined, the average fiber length was 4 mm and the critical unit defined by the formula (1) was used. The number of yarns was 86, and the reinforcing fiber bundle (A) was not observed. When the form of the reinforcing fiber in the obtained random mat was observed, the fiber axis of the reinforcing fiber was almost parallel to the surface and was randomly distributed in the surface.
  • Carbon fiber as a reinforcing fiber (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd .: Tenax (registered trademark) HTS40-12KS (fiber diameter 7 ⁇ m, fiber width 10 mm)) is cut into a fiber length of 30 mm, and the supply amount of carbon fiber is 950 g / min in a tapered tube The air was blown onto the carbon fiber in the taper tube, and the fiber bundle was partially opened to spread on the table installed at the lower part of the taper tube outlet.
  • Tenax registered trademark
  • HTS40-12KS fiber diameter 7 ⁇ m, fiber width 10 mm
  • polybutylene terephthalate resin (hereinafter, referred to as PBT, sometimes referred to as PBT, DURANEX (registered trademark) 2002) frozen and ground to an average particle diameter of about 1 mm is supplied into the tapered tube at 1060 g / min as the matrix resin.
  • PBT polybutylene terephthalate resin
  • DURANEX registered trademark
  • the average fiber length (La) was defined as 30 mm and the formula (1).
  • the number of critical single yarns was 86
  • the ratio of the reinforcing fiber bundle (A) to the total amount of fibers in the mat was 85%
  • the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) was 1500.
  • Example 1 The random mat obtained in Reference Example 1 was hot-pressed at 260 ° C. and 4 MPa for 5 minutes using a Kawasaki Yoko press equipped with a flat plate mold for impregnation, cooled to 50 ° C., and carbon A prepreg having a basis weight of 910 g / m 2 of a reinforcing fiber in which 122 parts by mass of PA6 is present with respect to 100 parts by mass of the fiber was obtained. Next, the obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold-pressed at a pressure of 10 MPa for 60 seconds to obtain a molded body (impact absorbing member) as shown in FIG.
  • the bottom plate portion is 30 mm long, 40 mm wide, and 3 mm thick, the top is 30 mm high, the tip is 2 mm thick, and the two ribs with a taper angle of 1 degree intersect at right angles at the center.
  • the curvature of R2mm is added between the baseplate part and the upright part.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the molded body was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass
  • the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass
  • the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.05.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 75 J / g.
  • Example 2 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 10 MPa for 60 seconds. The molded product (impact absorbing member) as shown in FIG. 2 was obtained by pressing.
  • the bottom plate portion is 40 mm long, 40 mm wide, and 3 mm thick, the rising portion is 30 mm high, the tip is 2.5 mm thick, the neutral surface has a radius of 15 mm, and the taper angle is 0 degree. It is a shape provided with a boss, and the angle formed between the bottom plate and the upright portion is 90 degrees.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the molded body was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass, the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass, and the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.05.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 113 J / g.
  • Example 3 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 10 MPa for 60 seconds. The molded body (shock absorbing member) as shown in FIG. 3 was obtained by pressing.
  • the shape of this example is a regular hexagon with a bottom plate portion of 60 mm in length, 60 mm in width, and 3 mm in thickness, a height of 45 mm in height, a thickness of 2 mm at the tip, and a taper angle of 1 degree, and the length of one side is 15 mm.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the molded body was 10 mm
  • the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%
  • the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass
  • the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass
  • the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.05.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 104 J / g.
  • Example 4 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 10 MPa for 60 seconds. The molded body (shock absorbing member) as shown in FIG. 4 was obtained by pressing.
  • the shape of this example is a honeycomb structure in which the bottom plate portion is 90 mm long, 90 mm wide, and 3 mm thick, the upright portion is 30 mm high, the tip portion is 2 mm thick, and the taper angle is 1 degree.
  • the honeycomb has a side of 15 mm, and a curvature of R2 mm is added between the bottom plate portion and the upright portion.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the impact absorbing member was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin relative to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass, the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass, and the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.07.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 128 J / g.
  • Example 5 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 10 MPa for 60 seconds. The molded product (impact absorbing member) as shown in FIG. 5 was obtained by pressing.
  • the bottom plate is 40 mm long, 40 mm wide and 2 mm thick, the top is 30 mm high, the tip is 2 mm thick, and four ribs with a taper angle of 1.5 degrees intersect the well. The curvature of R1mm is added between the baseplate part and the upright part.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the impact absorbing member was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin relative to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass, the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass, and the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.07.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 118 J / g.
  • Example 6 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 10 MPa for 60 seconds. The molded body (shock absorbing member) as shown in FIG. 6 was obtained by pressing.
  • the bottom plate is 80 mm long, 80 mm wide, and 2 mm thick, the top is 25 mm high, the tip is 2 mm thick, and 9 ribs with a taper angle of 1.5 degrees are well-shaped and cross-shaped. The curvature of R1.5mm is added between the baseplate part and the upright part.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the impact absorbing member was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin relative to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass, the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass, and the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.07.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 86 J / g.
  • Example 7 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 10 MPa for 60 seconds. The molded product (impact absorbing member) as shown in FIG. 7 was obtained by pressing.
  • the bottom plate has a length of 80 mm, a width of 80 mm, and a thickness of 3 mm, a vertical portion has a height of 30 mm, a tip has a wall thickness of 2.5 mm, and a cross section having a taper angle of 0 degree is a wave-shaped rib.
  • the curvature of R3mm is added between the baseplate part and the upright part.
  • the angle formed between the bottom plate portion and the upright portion is 90 degrees.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the impact absorbing member was 10 mm
  • the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%
  • the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass
  • the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass
  • the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.05.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 100 J / g.
  • Example 8 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 10 MPa for 60 seconds. It pressed and obtained the molded object (impact-absorbing member) as shown in FIG.
  • the shape of this embodiment is that the bottom plate is 40 mm long, 40 mm wide, and 2.5 mm thick, the top is 30 mm high, the tip is 1.5 mm thick, and six ribs with a taper angle of 1 degree are meshed. The curvature of R1.5mm is added between the baseplate part and the upright part.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the impact absorbing member was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin relative to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass, the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass, and the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.07.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 118 J / g.
  • Example 9 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 10 MPa for 60 seconds. The molded product (impact absorbing member) as shown in FIG. 9 was obtained by pressing.
  • the shape of the present example is a honeycomb structure in which the bottom plate portion is 80 mm long, 80 mm wide, and 3 mm thick, the upright portion is 30 mm high, the tip thickness is 1.4 mm, and the taper angle is 2 degrees.
  • the honeycomb has a side of 10 mm, and a curvature of R2 mm is added between the bottom plate portion and the upright portion.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the impact absorbing member was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass, the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass, and the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.05.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 136 J / g.
  • Example 10 The random mat obtained in Reference Example 3 was hot-pressed at 260 ° C. and 4 MPa for 5 minutes using a Kawasaki Yoko press equipped with a flat plate mold for impregnation, cooled to 50 ° C., and carbon A prepreg having a weight per unit area of 1050 g / m 2 of a reinforcing fiber having 112 parts by mass of PBT with respect to 100 important parts of the fiber was obtained. Next, the obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold-pressed at a pressure of 10 MPa for 60 seconds to obtain the same shape as in Example 2.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the molded body (impact absorbing member) was 30 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 85%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 1500. .
  • the abundance of the thermoplastic resin relative to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 112 parts by mass, the abundance of the thermoplastic resin at the top is 112 parts by mass, and the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.05.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.02.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 147 J / g.
  • Example 11 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 10 MPa for 60 seconds. The molded body (shock absorbing member) as shown in FIG. 10 was obtained by pressing.
  • the shape of the present embodiment is that the bottom plate portion is 30 mm long, 40 mm wide and 3 mm thick, the rising portion is 10 mm high, the tip is 2 mm thick, and the two ribs with a taper angle of 1 degree intersect at right angles at the center. The curvature of R2mm is added between the baseplate part and the upright part.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the impact absorbing member was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass, the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass, and the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.05.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 80 J / g.
  • Example 12 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1, and the obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 30 MPa for 60 seconds.
  • the molded product (impact absorbing member) as shown in FIG. 11 was obtained by pressing.
  • the bottom plate is 150 mm long, 150 mm wide and 3 mm thick, the top is 300 mm high, the tip is 2.5 mm thick, the neutral surface is 15 mm in radius, and the bottom is thick. Is a truncated cone shape with a radius of 2.5 mm and a radius of the neutral surface of 30 mm.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the impact absorbing member was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin relative to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass, the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the upright is 1.00, the abundance of the thermoplastic resin at the upright is 122 parts by mass, And the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 89 J / g.
  • Example 13 From the random mat obtained in Reference Example 1, a prepreg was obtained in the same manner as in Example 1, and the obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold at a pressure of 30 MPa for 60 seconds.
  • the molded body (shock absorbing member) as shown in FIG. 1 was obtained by pressing.
  • the bottom plate portion is 30 mm long, 40 mm wide, and 3 mm thick
  • the top is 30 mm high
  • the tip is 2 mm thick
  • the two ribs with a taper angle of 1 degree intersect at right angles at the center.
  • the curvature of R2mm is added between the baseplate part and the upright part.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the molded body was 10 mm, the ratio of the carbon fiber bundle (A) was 33%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 230.
  • the abundance of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 122 parts by mass, the abundance of the thermoplastic resin at the top is 122 parts by mass, and the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.05.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.05.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 80 J / g.
  • Example 14 The random mat obtained in Reference Example 2 was hot-pressed at 260 ° C. and 4 MPa for 5 minutes using a Kawasaki Yoko press equipped with a flat plate mold for impregnation, cooled to 50 ° C., and carbon A prepreg having a basis weight of 260 g / m 2 of a reinforcing fiber having 583 parts by mass of PA6 with respect to 100 important parts of the fiber was obtained. Next, the obtained prepreg was heated to 260 ° C. using an IR oven made by NGK Kiln Tech and cold-pressed at a pressure of 10 MPa for 60 seconds to obtain the same shape as in Example 2.
  • the average fiber length of the carbon fibers in the molded body (impact absorbing member) was 4 mm, and no carbon fiber bundle (A) was observed.
  • the abundance of the thermoplastic resin relative to 100 parts by mass of the carbon fiber at the bottom is 583 parts by mass
  • the abundance of the thermoplastic resin at the top is 583 parts by mass
  • the ratio of the tensile modulus of elasticity between the bottom and the top is 1.07.
  • the ratio of the tensile elasticity modulus about the arbitrary directions in a bottom face part surface and the direction orthogonal to this in the same surface was 1.06.
  • the energy absorption efficiency in this configuration was 65 J / g.
  • the energy absorption efficiency was slightly low.
  • Tables 1 and 2 below summarize the results of the base material used (random mat) and the obtained molded body (impact absorbing member) for Examples 1 to 14 described above.
  • the impact-absorbing member which is lightweight has a high freedom degree of shape, and can absorb impact energy efficiently. Furthermore, the manufacturing method which can manufacture efficiently the impact-absorbing member which is lightweight, has high freedom degree of shape, and can absorb impact energy efficiently is provided.

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Abstract

　軽量で形状自由度が高く、衝撃エネルギーを効率よく吸収できる衝撃吸収部材を提供する。　底面部とその底面部上に設けられた立上部からなり、該底面部と該立上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よりなり、他方は熱可塑性樹脂よりなるものであってもよい衝撃吸収部材であって、該衝撃吸収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衝撃吸収部材。

Description

衝撃吸収部材
　本発明は、底面部とその底面部上に設けられた立上部を有し、該底面部と該立上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よりなり、他方は熱可塑性樹脂よりなるものであってもよい軽量な衝撃吸収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衝撃吸収部材に関する。また、本発明は該衝撃吸収部材の製造方法にも関する。
　移動体には衝突時の衝撃を吸収して人身や車体を保護するために様々な衝撃吸収部材が採用されている。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・高剛性化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、軽量化と衝撃吸収の両立がますます重要となってきている。
　このような背景から樹脂や複合材料を用いた衝撃吸収部材が多数開示されている。例えば、特許文献１には長繊維を交差積層して複数層に形成した繊維強化複合材料からなるエネルギー吸収部材が示されている。これにより、衝撃エネルギーは良好に吸収することができるが形状の自由度が低く、用いることのできる部位に制限が発生している。また、長繊維をある範囲内で交差積層す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には短繊維が混入された繊維強化樹脂を用いたエネルギー吸収部材が示されている。しかし、短繊維を混入した繊維強化樹脂では部材の質量あたりのエネルギー吸収量が低いため、大きなエネルギーを吸収する場合、部材の質量が重くなってしまった。
日本国特開２０１０－１３８９５３号公報 日本国特開平６－１２３３２２号公報
　本発明の課題は、軽量で形状自由度が高く、衝撃エネルギーを効率よく吸収できる衝撃吸収部材を提供することである。
　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、底面部とその底面部上に設けられた立上部からなり、該底面部と該立上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よりなり、他方は熱可塑性樹脂よりなるものであってもよい衝撃吸収部材であって、該衝撃吸収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衝撃吸収部材、ならびにその製造方法である。
　本発明によれば、軽量で形状自由度が高く、衝撃エネルギーを効率よく吸収できる衝撃吸収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、衝撃エネルギーを効率よく吸収できる衝撃吸収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。
本発明の第１実施形態（立上部が十字柱状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第２実施形態（立上部が円筒柱状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第３実施形態（立上部が中空多角柱状（中空六角形状）である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第４実施形態（立上部がハニカム柱状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第５実施形態（立上部が、断面が格子状の柱状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第６実施形態（立上部が、断面が三角形格子状の柱状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第７実施形態（立上部が波板壁状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第８実施形態（立上部が、断面が格子状の柱状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第９実施形態（立上部がハニカム柱状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第１０実施形態（立上部が十字柱状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第１１実施形態（立上部が中空の円錐台状である衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第１２実施形態（立上部が、段階的に肉厚が変化している円筒柱状であって立上部の下部より上部が厚くなる形状の衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第１３実施形態（立上部が、段階的に肉厚が変化している円筒柱状であって立上部の上部より下部が厚くなる形状の衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第１４実施形態（立上部が、断面が格子状の柱状であり、格子状の中心部に更に円柱形状の立上部を有する衝撃吸収部材）の斜視図。 本発明の第１５実施形態（立上部が中空多角柱状（中空五角形状）である衝撃吸収部材）の斜視図。
　以下、本発明の衝撃吸収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。
［衝撃吸収部材］
　本発明の衝撃吸収部材は、底面部とその底面部上に設けられた立上部からなり、該底面部と該立上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よりなり、他方は熱可塑性樹脂よりなるものであってもよい衝撃吸収部材であって、該衝撃吸収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。なお、本発明の衝撃吸収部材は、炭素繊維強化複合材料の成形体を含むもの、または成形体の用途ということもできる。
　本発明の衝撃吸収部材は底面部と該底面部に対して垂直方向に伸びた立上部とを有することが好ましい。立上部は底面部に対して垂直方向であれば、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ことが可能である。この場合、底面部と立上部が織り成す角度は３０～９０度が好ましく、４０～９０度がより好ましい。底面部と立上部の間には、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。
　底面部上に設けられた、立上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。
　立上部は底面部と一体に成形されていても良いし、例えば、立上部を炭素繊維複合材料で成形し、底面部を熱可塑性樹脂で成形する等、それぞれを別体で成形した後に接合されていても構わないが、エネルギーを効率よく吸収するために一体で成形されていることが好ましい。つまり、本発明の衝撃吸収部材としては、底面部と該立上部のいずれもが炭素繊維強化複合材料よりなるものであると好ましい。
［底面部］
　本発明の衝撃吸収部材において、底面部とは、実質的に面状で立上部の基礎となる部位のことを言う。底面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、高さは基礎となる底面部板厚の０．５～２倍とすることが好ましい。また底面には通気、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、衝撃吸収部材（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。底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。
　底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、基礎となる底面部板厚の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。
［立上部］
　本発明の衝撃吸収部材において、立上部とは、前述の底面部に対して同一側に垂直方向に伸びた部位のことを言い、リブ、ボスが一例として挙げられる。立上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。立上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。立上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、２０～８０％がさらに好ましい。立上部の高さは、底面部の板厚に対して、２倍以上であると好ましく、５倍以上であるとより好ましい。立上部の高さの上限は、特に無いが、底面部の板厚に対して１５００倍以下であれば殆どの用途には充分であり、１００倍以下の高さのものでも多くの用途に充分である。
　立上部の板厚に特に制限は無く、底面部と同じであってもよく、異なっていても良い。立上部は底面部と比較して、より複雑な形状を求められることが多いことから、立上部の板厚は０．２～１００ｍｍが好ましく、１～５０ｍｍがさらに好ましい。立上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、基礎となる立上板厚の２０～５００％が好ましく、５０～２００％がさらに好ましい。立上部の板厚は段階的に変化させることも可能であり（例えば、図１２および１３）、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、立上部には、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。
　本発明の衝撃吸収部材としては、その立上部が、十字柱状、円筒柱状、中空多角形柱状、ハニカム柱状、波板壁状、中空の円錐台状、断面が格子状の柱状、断面が三角形格子状の柱状からなる群より選ばれる少なくとも１種の形状であると好ましい。
　本発明の衝撃吸収部材としては、その立上部が、連結された対向面を有する構造となっているとより物性が優れ好ましい。連結された対向面を有する構造の立上部としては、例えば、図５に示す断面が格子状の形状の立上部のようなものが挙げられるが、これに限らず、図３などに示される、断面が中空多角形状の立上部のものや図２の立上部が円筒形状のものもこれに該当する。
　本発明の衝撃吸収部材としては、図７に示されるように立上部を２つ以上有するものであってもよい。
　また、複数の形状の立上部を有する衝撃吸収部材の実施形態としては、勿論、複数種類の衝撃吸収部材を同時に使う形態が挙げられるが、更に、例えば、図１４に示すように、図５の立上げ部の格子状の中心部に図２の円柱柱状の立上部も有する、複数の形状の立上部を１つの衝撃吸収部材に有する形態であっても良い。
［熱可塑性樹脂］
　本発明の衝撃吸収部材を構成する炭素繊維強化複合材料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質量部であり、好ましくは３０～５００質量部であり、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３０～２００質量部であり、更に好ましくは、７０～１６０質量部であり、特に好ましくは、１００～１３０質量部である。
　衝撃吸収部材を構成す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）、アクリロニトリルーブタジエンースチレン樹脂（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。
［衝撃吸収部材に含まれる炭素繊維］
　本発明の衝撃吸収部材を構成する炭素繊維は、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衝撃吸収部材（成形体）となる。平均繊維長が３ｍｍ未満であると、衝撃吸収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以上であると好ましく、１０ｍｍ以上であるとより好ましく、１５ｍｍ以上であるとより一層好ましく、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～１００ｍｍ、更に好ましいものとしては８ｍｍ～８０ｍｍが挙げられる。
　本発明の衝撃吸収部材は、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。
　本発明の衝撃吸収部材は、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、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）
　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、表面品位に優れる衝撃吸収部材（成形体）が得られるという利点はあるものの、機械物性に優れた衝撃吸収部材（成形体）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。
　なお、上記の炭素繊維束（Ａ）について別の表現をすると、本発明の衝撃吸収部材は、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。
　また本発明の衝撃吸収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程度の薄肉の衝撃吸収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）
　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。より好ましくは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）
　本発明の衝撃吸収部材（成形体）は、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。
　本発明の衝撃吸収材としては、底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、立上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×（立上部の熱可塑性樹脂の存在量－底面部の熱可塑性樹脂の存在量）／底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、底面部と立上部で熱可塑性樹脂存在量が等しいと特に好ましい。
　また、衝撃吸収部材における、底面部と立上部との、引張弾性率の差は０％～１２％であることが好ましい。この引張弾性率の差（％）は、下記式（ｉｉ）
　　引張弾性率の差（％）＝｜底面部の引張弾性率－立上部の引張弾性率｜／立上部の引張弾性率×１００
　　　　（ｉｉ）
で求めることができる。上記範囲内にあることは、底面部と立上部の引張弾性率の比から確認することができる。
　具体的な方法として以下に例示する。
　まず、衝撃吸収部材の立上部から採取した試験片について面内の任意の方向についての引張弾性率を測定し、そして、上記の底面部の試験片の０度方向、９０度方向の引張弾性率のうち、立上部の試験片の引張弾性率に近い値のものを底面部の引張弾性率として、大きい方の値を小さい方の値で割って底面部と立上部の引張弾性率の比を算出する。この引張弾性率の比が１．１２以下であれば、上記の引張弾性率の差が１２％以下であることは明らかである。
　本発明の衝撃吸収部材は、該衝撃吸収部材における底面部及び立上部の熱可塑性樹脂の存在量及び引張弾性率が等しい（差が０％）ことが好ましい。
　本発明の衝撃吸収部材は、該衝撃吸収部材における底面部と立上部との、熱可塑性樹脂存在量比が－６０％～＋４５％であり、熱可塑性樹脂の引張弾性率の差が０％～１２％であり、底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行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。
　本発明の衝撃吸収部材は、該衝撃吸収部材における底面部及び立上部の熱可塑性樹脂存在量及び引張弾性率が等しく、底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行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。
　本発明の衝撃吸収部材は、該衝撃吸収部材の衝撃吸収効率が７０（Ｊ／ｇ）以上であることが好ましい。衝撃吸収効率は、衝撃吸収部材を用いる部位により適宜調整が可能であるが、７０（Ｊ／ｇ）以上であれば、衝撃吸収部材として十分な性能を発揮することができる。本発明の衝撃吸収部材において衝撃吸収効率はどれほど高くても特段問題無いが、あえてその上限を設けるなら５００（Ｊ／ｇ）としてもよく、更に、多くの用途に使える代表的な性能の範囲の上限という意味では２００（Ｊ／ｇ）としても良い。
　衝撃吸収効率は立上部を１５ｍｍ以上圧縮してエネルギー吸収効率として測定することができる。エネルギー吸収効率は荷重―変位曲線を変位量０～１５ｍｍの間で積分して得られるエネルギー吸収量を先端から１５ｍｍまでの試験片の質量で割り算出できる。立上部の高さが１５ｍｍ以下の場合は、高さの半分までの変位量を用いて同様に算出できる。エネルギー吸収効率は、例えば、衝撃圧縮試験機（ＩＭＡＴＥＫ社 ＩＭ１０Ｔ－２０ＨＶ）を用いて測定することができる。
＜衝撃吸収部材の製造方法＞
　本発明の衝撃吸収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、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。
　本発明の衝撃吸収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、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、底面部と立上部を有する衝撃吸収部材を得るのが好ましいが、底面部と立上部を別々に成形してから、これらを接合して衝撃吸収部材としても良く、底面部と立上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。
　本発明の製造方法により、肉薄で軽量にもかかわらず衝撃エネルギーを良好に吸収することができ、かつ形状の自由度高い衝撃吸収部材を得ることができる。
　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以下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以下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。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。
＜＜ランダムマット＞＞
　本発明の衝撃吸収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。
　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、衝撃吸収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衝撃吸収部材を得た場合に、ランダムマット中の炭素繊維の等方性は、衝撃吸収部材においても維持される。ランダムマットより衝撃吸収部材を得て、該衝撃吸収部材について、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衝撃吸収部材の等方性を定量的に評価できる。Ｅδが２未満である衝撃吸収部材は等方性とされ、１．３以下である衝撃吸収部材は特に等方性が優れているとされる。
　まず、本発明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、表面品位に優れる衝撃吸収部材が得られるという利点はあるものの、機械物性に優れた衝撃吸収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。
　本発明の衝撃吸収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）の衝撃吸収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）
　更に、本発明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以下の薄肉な衝撃吸収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）を衝撃吸収部材内に同時に存在させることにより、薄肉であり、物性発現率の高い衝撃吸収部材を実現することが可能である。本発明の製造方法は、各種の厚みの衝撃吸収部材を提供することが可能であるが、厚みが０．２～１ｍｍ程度の薄肉の衝撃吸収部材を得るのに特に好適である。
　本発明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衝撃吸収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。
　本発明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質量部であり、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。
＜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、前記の衝撃吸収部材を製造する方法の発明も包含される。
　なお、本願において、熱可塑性樹脂の熱分解温度としては空気中の熱分解温度を例示することができる。
　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。
　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）
　２）衝撃吸収部材に含まれる炭素繊維の平均繊維長の分析
　得られた衝撃吸収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。
　３）衝撃吸収部材における炭素繊維束分析
　衝撃吸収部材については、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。
　４）衝撃吸収部材における繊維と樹脂の存在量の分析
　衝撃吸収部材の底面部及び立上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。
　５）衝撃吸収部材における引張弾性率の測定（引張試験）
　ウォータージェットを用いて衝撃吸収部材の底面部や立上部から試験片を切出し、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た。底面部から得た試験片については、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（それぞれ０度方向、９０度方向）についての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（Ｅδ）を算出した。
　立上部から採取した試験片については面内の任意の方向についての引張弾性率を測定した。そして、上記の底面部の試験片の０度方向、９０度方向の引張弾性率のうち、立上部の試験片の引張弾性率に近い値のものを底面部の引張弾性率として、大きい方の値を小さい方の値で割った比を算出した。
　６）衝撃吸収性能測定方法
　衝撃圧縮試験機（ＩＭＡＴＥＫ社 ＩＭ１０Ｔ－２０ＨＶ）を用い、衝撃吸収部材の立上部を１５ｍｍ以上圧縮してエネルギー吸収効率を測定した。エネルギー吸収効率は荷重―変位曲線を変位量０～１５ｍｍの間で積分して得られるエネルギー吸収量を先端から１５ｍｍまでの試験片の質量で割り計算した。立上部の高さが１５ｍｍ以下の場合は、高さの半分までの変位量を用いて同様の計算を行った。
　［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。
　［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。
　［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。
　［実施例１］
　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１に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦３０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み３ｍｍであり、立上部は高さ３０ｍｍ、先端部の肉厚２ｍｍ、テーパー角１度の２本のリブがその中心で直角に交差した形状であり、底板部と立上部の間にはＲ２ｍｍの曲率が加えられている。成形体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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０５、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は７５Ｊ／ｇであった。
　［実施例２］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み３ｍｍであり、立上部は高さ３０ｍｍ、先端部の肉厚が２．５ｍｍ、中立面の半径が１５ｍｍ、テーパー角０度のボスを設けた形状であり、底板部と立上部のなす角度は９０度である。成形体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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０５、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は１１３Ｊ／ｇであった。
　［実施例３］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図３に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦６０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚み３ｍｍであり、立上部は高さ４５ｍｍ、先端部の肉厚が２ｍｍ、テーパー角１度の正六角形であり、一辺の長さは１５ｍｍである。また、底板部と立上部の間にはＲ１．５ｍｍの曲率が加えられている。成形体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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０５、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は１０４Ｊ／ｇであった。
　［実施例４］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦９０ｍｍ、横９０ｍｍ、厚み３ｍｍであり、立上部は高さ３０ｍｍ、先端部の肉厚が２ｍｍ、テーパー角１度のハニカム構造である。ハニカムは一辺が１５ｍｍであり、底板部と立上部の間にはＲ２ｍｍの曲率が加えられている。衝撃吸収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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０７、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は１２８Ｊ／ｇであった。
　［実施例５］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図５に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み２ｍｍであり、立上部は高さ３０ｍｍ、先端部の肉厚が２ｍｍ、テーパー角１．５度の４本のリブが井形に交差した形状であり、底板部と立上部の間にはＲ１ｍｍの曲率が加えられている。衝撃吸収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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０７、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は１１８Ｊ／ｇであった。
　［実施例６］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図６に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦８０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚み２ｍｍであり、立上部は高さ２５ｍｍ、先端部の肉厚が２ｍｍ、テーパー角１．５度の９本のリブが井形及びクロスに配置された形状であり、底板部と立上部の間にはＲ１．５ｍｍの曲率が加えられている。衝撃吸収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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０７、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は８６Ｊ／ｇであった。
　［実施例７］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図７に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦８０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚み３ｍｍであり、立上部は高さ３０ｍｍ、先端部の肉厚が２．５ｍｍ、テーパー角０度の断面が波形状のリブを２本設けた形状であり、底板部と立上部の間にはＲ３ｍｍの曲率が加えられている。底板部と立上部のなす角度は９０度である。衝撃吸収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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０５、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は１００Ｊ／ｇであった。
　［実施例８］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図８に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み２．５ｍｍであり、立上部は高さ３０ｍｍ、先端部の肉厚が１．５ｍｍ、テーパー角１度の６本のリブが網目状に配置された形状であり、底板部と立上部の間にはＲ１．５ｍｍの曲率が加えられている。衝撃吸収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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０７、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は１１８Ｊ／ｇであった。
　［実施例９］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図９に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦８０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚み３ｍｍであり、立上部は高さ３０ｍｍ、先端部の肉厚が１．４ｍｍ、テーパー角２度のハニカム構造である。ハニカムは一辺が１０ｍｍであり、底板部と立上部の間にはＲ２ｍｍの曲率が加えられている。衝撃吸収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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０５、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は１３６Ｊ／ｇであった。
　［実施例１０］
　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重要部に対して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、実施例２と同様の形状を得た。成形体（衝撃吸収部材）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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１１２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１１２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０５、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０２であった。この構成でのエネルギー吸収効率は１４７Ｊ／ｇであった。
　［実施例１１］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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１０ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図１０に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦３０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み３ｍｍであり、立上部は高さ１０ｍｍ、先端部の肉厚２ｍｍ、テーパー角１度の２本のリブがその中心で直角に交差した形状であり、底板部と立上部の間にはＲ２ｍｍの曲率が加えられている。衝撃吸収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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０５、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は８０Ｊ／ｇであった。
　［実施例１２］
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
　本実施例の形状は底板部が縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚み３ｍｍであり、立上部は高さ３００ｍｍ、先端部の肉厚が２．５ｍｍ、中立面の半径が１５ｍｍ、下端部の肉厚が２．５ｍｍ、中立面の半径が３０ｍｍの円錐台形状である。衝撃吸収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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．００、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は８９Ｊ／ｇであった。
　[実施例１３]
　参考例１で得られたランダムマットより、実施例１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１に示すような成形体（衝撃吸収部材）を得た。
本実施例の形状は底板部が縦３０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み３ｍｍであり、立上部は高さ３０ｍｍ、先端部の肉厚２ｍｍ、テーパー角１度の２本のリブがその中心で直角に交差した形状であり、底板部と立上部の間にはＲ２ｍｍの曲率が加えられている。成形体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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は１２２質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０５、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０５であった。この構成でのエネルギー吸収効率は８０Ｊ／ｇであった。
　［実施例１４］
　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重要部に対して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。成形体（衝撃吸収部材）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。底面部の炭素繊維１００質量部に対する熱可塑性樹脂の存在量は５８３質量部、立上部の熱可塑性樹脂の存在量は５８３質量部、底面部と立上部の引張弾性率の比は１．０７、及び底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行する方向についての引張弾性率の比は１．０６であった。この構成でのエネルギー吸収効率は６５Ｊ／ｇであった。エネルギー吸収効率はやや低かった。
　[実施例まとめ]
　以下表１～２に上記の実施例１～１４、について、用いた基材（ランダムマット）と、得られた成形体（衝撃吸収部材）の結果をまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明によれば、軽量で形状自由度が高く、衝撃エネルギーを効率よく吸収できる衝撃吸収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、衝撃エネルギーを効率よく吸収できる衝撃吸収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。
　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１１月２８日出願の日本特許出願（特願２０１１－２５９０４６）および２０１１年１２月７日出願の日本特許出願（特願２０１１－２６８１７６）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。

Claims (18)

  1. 　底面部とその底面部上に設けられた立上部からなり、該底面部と該立上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よりなり、他方は熱可塑性樹脂よりなるものであってもよい衝撃吸収部材であって、該衝撃吸収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衝撃吸収部材。
  2. 　底面部と該立上部のいずれもが炭素繊維強化複合材料よりなる請求項１記載の衝撃吸収部材。
  3. 　底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、立上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×（立上部の熱可塑性樹脂の存在量－底面部の熱可塑性樹脂の存在量）／底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に記載の衝撃吸収部材。
  4. 　該衝撃吸収部材における、底面部と立上部との、引張弾性率の差が０％～１２％である請求項１～３のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
  5. 　該衝撃吸収部材における、底面部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のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
  6. 　底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、立上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×（立上部の熱可塑性樹脂の存在量－底面部の熱可塑性樹脂の存在量）／底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、底面部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衝撃吸収部材。
  7. 　該衝撃吸収部材における底面部及び立上部の熱可塑性樹脂の存在量及び引張弾性率が等しく、底面部面内の任意の方向及び同一面内でこれと直行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１～６のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
  8. 　該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）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、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、請求項１～７のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
    　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）
  9. 　該衝撃吸収部材の衝撃吸収効率が７０（Ｊ／ｇ）以上である請求項１～８のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
  10. 　立上部が、十字柱状、円筒柱状、中空多角形柱状、ハニカム柱状、波板壁状、中空の円錐台状、断面が格子状の柱状、断面が三角形格子状の柱状からなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１～９のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
  11. 　請求項１～１０のいずれかに記載の衝撃吸収部材であって、立上部が連結された対向面を有する構造となっている衝撃吸収部材。
  12. 　請求項１～１１のいずれかに記載の衝撃吸収部材であって、立上部を２つ以上有する衝撃吸収部材。
  13. 　請求項１～１２のいずれかに記載の衝撃吸収部材であって、立上部の高さが、底面部の板厚に対して２倍以上である衝撃吸収部材。
  14. 　請求項１～１３のいずれかに記載の衝撃吸収部材であって、底面部に対して垂直方向に伸びた立上部を有する衝撃吸収部材。
  15. 　請求項１～１４のいずれかに記載の衝撃吸収部材であって立上部の板厚が段階的に変化している形状である衝撃吸収部材。
  16. 　該衝撃吸収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のいずれに記載の衝撃吸収部材。
  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、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して得る請求項１～１６のいずれかに記載の衝撃吸収部材の製造方法。
  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、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請求項１～１７のいずれかに記載の衝撃吸収部材の製造方法。
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