近年、自動車産業の急速な発展に伴い、カーシートに対する人々のさまざまな要求は向上し続けており、カーシートの軽量化、多機能、環境快適性、安全性はカーシートに対する人々の基本的なニーズとなっています。したがって、これらの側面は徐々に自動車用シートの開発の主な方向性になってきました[5]。

長繊維複合材料は、樹脂と長繊維複合材料から構成され、高強度、低密度、短い生産時間、成形の容易さなど、現在の自動車の開発傾向に適したさまざまな特性を備えています。そのため、自動車業界では徐々に車のシートに好まれる素材となってきました。

チャイルドシートの概要

カーシートは主に、シートカバー、シートピロー、シートフォーム、シートスケルトンの4つの部分で構成されています。さらに、市場のさまざまなニーズに対応して、一部の座席にはアームレスト、ウエストサポート、またはマッサージ関連の快適なコンポーネントも備えています。一部の座席には、カップホルダーや引き出しなどの他の収納機能も付いています。

現在、消費者はカーシートのデザインに対して、軽量性、快適性、安全性、その他の側面をますます求めています。しかし、従来のシートの主な材質は金属材料が多く、金属密度が高く、構造や設計の最適化だけで自動車用シートの軽量化を向上させる開発スペースは限られていた[37]。

長繊維強化複合材料は優れた機械的特性を有しており、大幅な軽量化効果を達成できます。したがって、自動車分野では、ほとんどの単純で重要でない部品だけでなく、シート骨格やフロントセグメントモジュールなどの一部の複雑な形状の機能部品にも徐々に適用されています[42]。

自動車の軽量化の重要性

自動車の軽量化とは、安全性能と自動車の強度を確保した上で、自動車のパワーを高めるために自動車の総重量を最大限に軽量化することを意味し、排出量と燃料消費量を削減します。

関連するテストによると、車の燃料量は車自体の重量と最も直接的な関係があります。車の質量が 1kg 減少するごとに、100 キロメートルの燃料消費量が 0.2 ～ 0.8 削減されます。 L、通常は元の消費量の約 4% ～ 5%。したがって、現段階では、自動車開発が徐々に環境保護とエネルギー節約に向けて進んでいることを背景に、現代の自動車の軽量化は、その設計および製造プロセスにおいて非常に重要な意味を持っている[68]。

チャイルドシートは車の内装の中でも最も重要なパーツの一つです。調査によると、車のシートの重量は体全体の1～2％を占めるそうです。カーシートが車体の総重量に占める割合は小さいですが。しかし、車の最も重要な部品の 1 つとして、車全体の軽量化への貢献を過小評価することはできません。[73]

カーシートは、車の設計プロセス全体の中で最も複雑な部品の 1 つです。カーシートの設計プロセスでは、安全性、美的形状、機能の多様性、快適性など、さまざまな側面から考慮する必要があります。従来のカーシートの要件を満たすという前提の下でのみ、カーシートの軽量設計を実装できます。自動車シートの軽量化を図るとともに、自動車シートの基本性能、特に安全性を確保する必要がある。これらの要件の影響を受けて、自動車シートの軽量設計はより困難になり、研究の価値がさらに高まりました。[78]

長繊維複合材料の自動車分野への応用

産業経済の急速な発展に伴い、長繊維複合材料も急速に発展しました。現段階では、長繊維複合材料は強化プラスチック業界で最も急速に成長している産業の 1 つとなっています[99]。

自動車分野における長繊維複合材料の適用割合は大きく、総消費量の約33%を占めており、自動車産業の発展とともに今後も成長していくでしょう。現在、長繊維複合材料は自動車の内装、機能部品、構造部品などに広く使用されています。従来の金属材料に代わる長繊維複合材料の使用により、自動車の重量が軽減され、生産プロセスとモジュール生産が簡素化されます。

世界最大の自動車メーカーの 1 つであるゼネラル モーターズは、スポーツカーや小型トラックのカーゴボードに長ガラス繊維複合材料を適用しました。フォードは、複合材料の応用分野をリードする企業の 1 つです。同社の車両には、ボディ断熱パネルの素材として繊維強化シートプラスチックが使用されています。 2011 年に、PP-LGF50 材料がドイツの BMW によって生産された特定のモデルの自動車の運転席に使用され、これにより自動車用シートの質量が 63% 削減され、自動車用シートの耐用年数も延長されました。

自動車シートへの長繊維複合材料の応用

1) シートの耐用年数と安全性を向上させる
長繊維複合材料の耐疲労性はより高く、より多くのマトリックスが含まれています。その疲労破壊は突然爆発するのではなく、マトリックスから集合界面および繊維までゆっくりと広がります。

したがって、長繊維複合材料の損傷を事前に検出し、適切な修復措置を適時に講じることができ、シートの耐用年数を効果的に向上させることができます。

長繊維複合材料は耐疲労性に加えて、安定した安全性も備えています。この材料で作られた部品に過負荷がかかっても、カーシートの役割がすぐになくなるわけではありませんが、最初に少数の繊維が破損します。その後、荷重はすぐに再配分され、損傷していないファイバーに伝達されるため、コンポーネント全体が短時間に重い荷重によって倒されることはありません。

2) シートの振動振幅を低減します
長繊維複合材とマトリックスとの界面での減衰が大きく、優れた振動減衰性能を発揮します。同じサイズ、形状の長繊維複合材料と金属材料を同じ条件で試験した場合、前者の減衰時間は後者よりも短くなります。したがって、長繊維複合材料を使用したカーシートは、シートの振動周波数と振動時間を効果的に低減します。

3) 座席コストの削減
長繊維複合材料の加工には化学反応は必要ありません。強化繊維を所定の方向に直接押し出し、同時にマトリックス上に配置してレイアップ構造を形成し、高速油圧でプレスします。プレス。この方法は、半製品の購入コストを節約し、製造コストを削減するだけでなく、繊維の長さを保証し、コンポーネントの機械的特性を最適化します。

さらに、マトリックスは繊維と結合し、金型を加熱して硬化させることで長繊維複合部品を作ることができ、マトリックスは製造プロセス中に液体から固体に変換されるため、カーシートは長繊維複合材料で作られているため、割れにくい。

4) 高温時のシートの損傷を軽減します
長繊維複合材料は、通常の条件下で高温耐性を達成できます。通常のアルミニウム合金は高温になると弾性率が大幅に低下します。ただし、同じ条件下では、長繊維材料で強化された複合材料の弾性率と強度は変化しない可能性があります。長繊維複合材は熱伝導率が小さいため、耐高温性に優れています。長繊維複合材料をカーシートに適用すると、高温条件下でのカーシートの損傷の程度を効果的に軽減できます。

5) シートの各種性能の安定性を維持する
長繊維複合材料の特徴は、高比剛性と高比強度であり、その特性のバリエーションは多岐にわたります。繊維材料、繊維含有量、敷設方向の違いにより、設計された製品強度指数、難燃性能、弾性率も異なります。長繊維複合材料をあるレイアップモードで一方向に延伸すると、延伸方向と直角方向にも延伸することができ、これは一般に使用されている材料とは全く異なります。自動車シートの設計においては、設計が容易で安定した性能を維持できる素材を選択する必要があります。長繊維複合材料は、性能のあらゆる側面の安定性を維持しながら、さまざまな形状に柔軟に設計できます。

結論

チャイルドシートは、車の積載能力として、交通事故発生時に車内の人の安全を確保する上で非常に重要な役割を果たします。

したがって、軽量、快適性、安全性の開発は、自動車用シートの開発において避けられない傾向です。長繊維複合材料はさまざまな優れた性能を有しており、自動車用シートの品質を低下させながら品質を向上させ、コストを削減しながらさまざまな性能を向上させることができます。

自動車産業の急速な発展と長繊維複合材料の開発における技術レベルの継続的な向上により、カーシートにおける長繊維複合材料の応用の可能性はますます広がることがわかります。