連結部品の金属代替に向けた、ポリアミド樹脂 レオナ™ + UDテープのマルチマテリアル構造のご提案

ポリアミド樹脂レオナ™ + UDテープのマルチマテリアル構造による連結部品の金属代替

旭化成は、高い強度や耐久性が求められる自動車の連結部品（サスペンションアーム）の金属代替による、大幅な軽量化に向け、ポリアミド樹脂 レオナ™（PA-GF）とポリアミド樹脂を含浸させたUDテープ（Uni-directional Tape、一方向連続繊維強化材料）を一体化させたマルチマテリアル構造をご提案します。

この ポリアミド樹脂レオナ™ + UDテープの連結部品には、以下のような特長があります。

なお、下表のとおり、ガソリン車を想定した80℃50%RHの高温多湿環境において、材料異方性を考慮した強度シミュレーションを実施し、樹脂製サスペンションアームの破壊強度を予測しました。圧縮破壊強度はアルミニウム製に劣るものの、引張破壊強度は優れる可能性を示唆されました。エキゾーストからの熱の影響を受けない電気自動車であれば、更に樹脂製サスペンションの破壊強度は向上すると推測します。

【80℃50%RH環境における
シミュレーション結果】

モデル	引張破壊荷重 (kN)	圧縮破壊荷重 (kN)
アルミニウム鍛造品	44.6	58.4
PA-GF+UDテープ	73.4	39.0

従来、アルミニウムなどの金属が用いられてきた自動車の連結部品（サスペンションアーム、モーターマウント、トルクロッド、スタビライザーリンク等）のほか、ドローン、パーソナルモビリティを含む電動バイク、ロボットアーム等の骨格などへの適用を想定しています。

特長１： ウエルドラインからの破壊を回避

UDテープでの補強により、射出成形において生じた樹脂の合流跡である、ウエルドラインからの破壊を回避することができ、「強度・剛性の向上」や「応力の分散」につながります。

特長2： 強度・耐久性が飛躍的に向上

下図の比較データの通り、ポリアミド樹脂レオナ™ + UDテープで作製した、自動車の連結部品を想定した簡易モデルは、PA-GFのみでの成形品と比較し、強度・耐久性が大きく向上します。

さらに、冷熱サイクル試験（試験温度：-40℃～90℃ 50%、サイクル数：500回）を行い、母材との線膨張差によるUDテープの剥離・製品強度の低下もほとんどないことを確認しました。

特長3： 工程管理コストや、製造工程におけるCO₂排出量の削減が可能

下図のように、あらかじめ環状に加工したUDテープを金型に設置し、型内でUDテープとポリアミド樹脂レオナ™を瞬時に一体化させる製造方法で、効率的な生産を可能にします。

この方法で製造したサスペンションアームは、アルミニウムの鍛造品 (バージン品)と比較して、製造工程を簡素化でき、工程管理コスト削減を可能にします。また、製造工程におけるCO₂排出量を50～70％削減できる可能性があります。

高い強度・耐久性が求められる連結部品の金属代替に向け、ポリアミド樹脂 レオナ™ + UDテープのマルチマテリアル構造にご興味をお持ちいただけましたら、ぜひお問い合わせください。