ニュース - 自動車におけるGMTの応用

ガラスマット強化熱可塑性樹脂（GMT）は、熱可塑性樹脂をマトリックスとし、ガラス繊維マットを強化骨格とする、斬新で省エネルギーかつ軽量な複合材料です。現在、世界中で非常に活発に開発が進められている複合材料の一つであり、今世紀の新素材の一つとして注目されています。

GMTは一般的に板状の半製品を製造できます。その後、直接加工して所望の形状の製品に仕上げます。GMTは洗練されたデザイン、優れた耐衝撃性、そして容易な組み立て・取り付け性を備えています。強度と軽量性を兼ね備えているため、鋼材の代替として、また軽量化のための理想的な構造部材として高く評価されています。

1. GMT材料の利点

1) 高強度：GMTの強度は、手作業で積層されたポリエステルFRP製品と同程度であり、密度は1.01～1.19g/cmです。熱硬化性FRP（1.8～2.0g/cm）よりも小さいため、比強度が高くなります。

2) 軽量で省エネ：GMT素材重量を26kgから15kgに削減でき、背面の厚みを薄くすることで車内空間を拡大できます。エネルギー消費量は、鉄鋼製品のわずか60～80%、アルミニウム製品の35～50%です。

3) 熱硬化性SMC（シート成形コンパウンド）と比較して、GMT材料は成形サイクルが短く、耐衝撃性に優れ、リサイクル性があり、保管サイクルが長いという利点があります。

4）耐衝撃性能：GMTの衝撃吸収能力はSMCの2.5～3倍です。SMC、鋼、アルミニウムは衝撃を受けるとへこみやひび割れが生じましたが、GMTは無傷でした。

5) 高い剛性: GMTにはGF生地が含まれており、時速10マイルの衝撃を受けても形状を維持できます。

2. 自動車分野におけるGMT材料の応用

GMTシートは高強度で軽量部品への加工が可能であり、同時に高い設計自由度、優れた衝突エネルギー吸収能力、そして良好な加工性を備えています。1990年代以降、自動車産業で広く使用されており、燃費、リサイクル性、加工の容易性に対する要求の高まりに伴い、自動車産業におけるGMT材料の市場は今後も着実に成長していくと予想されます。

現在、GMTの材料は自動車産業で広く使用されており、主にシートフレーム、バンパー、インストルメントパネル、ボンネット、バッテリーブラケット、フットペダル、フロントエンド、フロア、フェンダー、リアドア、ルーフ、ブラケット、サンバイザー、スペアタイヤラックなどの荷物部品が含まれます。

1) シートフレーム
フォード・モーター・カンパニーの2015年型フォード・マスタング（下図参照）スポーツカーの2列目シートバックの圧縮成形設計は、ティア1サプライヤー／コンバーターであるコンチネンタル・ストラクチュラル・プラスチックスが、ハンファL&Cの45%一方向ガラス繊維強化ガラス繊維マット熱可塑性樹脂複合材料成形金型（GMT）とセンチュリー・ツール＆ゲージの圧縮成形技術を用いて設計しました。この設計は、荷物積載量を維持するための極めて厳しい欧州安全基準ECEを無事クリアしています。

この部品の設計には100回以上の有限要素解析（FEA）が必要で、以前の鋼構造設計から5つの部品を削減することができました。また、構造が薄くなったことで車両1台あたり3.1キログラムの軽量化を実現し、設置も容易になりました。

2) 後方衝突防止ビーム
2015年モデルのヒュンダイ新型ツーソン（下の写真参照）の後部衝突防止ビームは、GMT素材で作られています。スチール素材と比較して軽量で、優れた緩衝性能を備えています。これにより、車両重量と燃費を削減しながら、安全性能を確保しています。

3) フロントエンドモジュール
メルセデス・ベンツは、高級クーペであるSクラス（下の写真）のフロントエンドモジュール部品として、クアドラント・プラスチック・コンポジット社のGMTex™繊維強化熱可塑性複合材を採用した。

4) 車体下部ガードパネル
Quadrant PlasticComposites社は、メルセデス・ベンツオフロードスペシャルエディションの車体下部のボンネット保護に、高性能なGMTex™を使用しています。

5) テールゲートフレーム
機能統合と軽量化という一般的な利点に加え、GMT製テールゲート構造の成形性の高さは、スチールやアルミニウムでは不可能な製品形状の実現を可能にします。日産ムラーノ、インフィニティFX45などのモデルに採用されています。

6) ダッシュボードフレームワーク
GMT社は、フォードグループの複数のモデル（ボルボS40およびV50、マツダ、フォードC-Max）向けに、新しいコンセプトのダッシュボードフレームを製造しています。これらの複合材は、幅広い機能統合を可能にします。特に、薄い鋼管の形で車両のクロスメンバーを成形に組み込むことで、従来の方法と比較して、コストを増やすことなく大幅な軽量化を実現しています。