CN102083911A - 用于具有无缝气囊展开能力的仪表板的改进的可中空模塑的tpu - Google Patents

用于具有无缝气囊展开能力的仪表板的改进的可中空模塑的tpu Download PDF

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Abstract

一种汽车仪表板表皮包括热塑性氨基甲酸酯弹性体的残留物和丙烯-乙烯共聚物。热塑性氨基甲酸酯弹性体包括多元醇、有机二异氰酸酯、可选择的扩链剂及可选择的受阻胺光稳定剂和苯并三唑紫外光稳定剂。还提供了一种用于形成仪表板表皮的方法。

Description

用于具有无缝气囊展开能力的仪表板的改进的可中空模塑的TPU
发明背景
技术领域
本发明涉及可用于制造机动车内部仪表板表皮(instrument panel skin)的树脂。
背景技术
目前，三种制造工艺在汽车仪表板制造领域居于主导地位。这些主导工艺为中空模塑(slush molding)、真空成型、氨基甲酸酯喷涂。尽管每种工艺表现都很好，但存在伴随的问题。
真空成型的仪表板具有一个坚硬的“把手(hand)”且在-30℃下的-30℃气囊展开时表现得不够干净(无破裂及碎片)。并且，长期风化使得这些产品变得易碎。氨基甲酸酯喷涂(具有固有的耐光性的脂肪族氨基甲酸酯和需要用于耐候性的涂层的芳香族氨基甲酸酯)具有不太合意的“把手”。尽管氨基甲酸酯喷涂在老化和风化后表现出性能保持，但这些材料同样在-30℃无缝气囊展开时发生破裂及产生碎片。中空模塑可采用PVC和TPU弹性体。尽管某些改性的PVC材料具有可接受的无漆“把手”用于仪表板，但同样的材料倾向于在-30℃无缝气囊展开时表现出同样的破裂及产生碎片的问题。
因此，需要提供一种新的材料用于制造汽车仪表板并使其具有可接受的美感及触感，同时在低温气囊展开时表现出适当的功能。
发明概述
本发明通过在至少一个实施方案中提供适于机动车内部应用的仪表板表皮来解决现有技术的一个或多个问题。所述仪表板表皮包括热塑性氨基甲酸酯弹性体的残留物(residues)和丙烯-乙烯共聚物。通常，热塑性氨基甲酸酯弹性体包括多元醇、扩链剂、有机二异氰酸酯以及受阻胺光稳定剂和苯并三唑紫外光稳定剂。有利地，本发明的仪表板表现出改善的接触性能同时表现出可接受的低温气囊展开性能。
另一个实施方案中，提供了一种制造上述仪表板表皮的方法。本实施方案的方法包括在一个模具中引入氨基甲酸酯基树脂组合物和丙烯-乙烯共聚物的步骤。通常，这些组合物是粉末状的。所述氨基甲酸酯基树脂包括含有多元醇、扩链剂、有机二异氰酸酯以及受阻胺光稳定剂和苯并三唑紫外光稳定剂的一种组合物的残留物。所述氨基甲酸酯基树脂组合物被加热到足以在模具的至少一部分上形成层的温度。多余的粉末从模具中被倒出且视需要可继续加热。从模具中取出仪表板表皮。
附图简述
图1A和1B是描绘了用于形成仪表板表皮的一个实施方案的图示流程图。
图2是描绘了将支撑结构应用于仪表板表皮的图示流程图。
优选实施方案的详细描述
以下将详细介绍本发明目前优选的组合物、实施方案以及方法，其构成了目前发明人所知的实施本发明的最佳模式。附图不一定是按比例的。然而，应当理解所公开的实施方案仅为本发明的示例，本发明可以各种形式和可选择的形式来体现。因此，本文公开的具体细节不应当被理解为限定而仅仅作为本发明任一方面的代表性基本内容和/或作为教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基本内容。
除了在实施例中或另外明确指示的地方以外，说明书中指示材料的量或反应条件和/或用途的所有数量应当被理解为被描述本发明最宽范围的词汇“约”所修饰。
还应当理解，本发明不应被限定于以下所描述的具体实施方案和方法，因为具体组分和/或条件当然可以变化。此外，本文中所使用的术语仅仅用于描述本发明具体实施方案的目的而并非意图以任何方式作为限制。
还必须注意的是，如说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一个(或种)”(“a”)、“一个(或种)”(“an”)、“该(或所述)”(“the”)包含复数的指示对象，除非上下文以相反方式明确指示。例如，以单数形式提及的组分旨在包含多个组分。
贯穿本申请，当引用出版物时，这些出版物的公开内容的全文在此通过引用并入本申请中以更充分描述本发明所属技术领域的发展水平。
参见图1A和1B，提供了描绘用于形成仪表板表皮的一种中空模塑方法的图示流程图。本实施方案的方法包括将氨基甲酸酯基树脂组合物10引入模具12内。模具12的至少一部分是由金属如不锈钢或镍制造的。氨基甲酸酯基树脂组合物10包括热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物和丙烯-乙烯共聚物。所述热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物的合适的组合物是在美国专利第5,824,738号和第6,187,859号中提出的光稳定的脂肪族热塑性氨基甲酸酯弹性体。这些专利的全部公开内容以其整体通过引用并入。
在本发明的一个变化形式中，热塑性氨基甲酸酯弹性体包括含有多元醇和有机二异氰酸酯的一种组合物的残留物。在一个改进中，热塑性氨基甲酸酯弹性体包括扩链剂。在另一个改进中，氨基甲酸酯基树脂还包括受阻胺光稳定剂和/或苯并三唑紫外光稳定剂。
在随后的步骤b)中，氨基甲酸酯基树脂组合物10被加热到足以在模具12的至少一部分上形成层14的温度。在一个改进中，氨基甲酸酯基树脂组合物10被加热到约170℃至250℃之间的温度。在步骤c)中，从模具12中倒出粉末。如果需要，进一步加热模具从而使所有粉末都熔化。最后，在步骤e)中，从模具12中取出仪表板表皮20。通常，仪表板表皮20的厚度为约0.5mm至约2mm。
氨基甲酸酯基树脂组合物10可选择地包括一种或多种颜料。在一个改进中，颜料以氨基甲酸酯基树脂组合物总重量的从约0.2％至约10％的重量百分比的量存在。
在本实施方案的一个变化形式中，模具12具有一个与氨基甲酸酯基组合物10相接触的纹理表面，从而赋予仪表板表皮20一个纹理表面。
参见图2，提供了显示将背衬应用于仪表板表皮20的流程图。在步骤f)中，结构部件22被应用于仪表板表皮20。通过本领域技术人员所知的方法中的任何一种或几种来应用这种结构部件。在一个改进中，结构部件22的厚度为约2mm至约20mm。在一些变化形式中，使用泡沫树脂如Dow Specflex NM815。在一个变化形式中，表皮22可被放置于一个提供预定形状的模具内，且一氨基甲酸酯背衬喷涂于仪表板表皮20的背面。在另一个变化形式中，结构部件22可被模制到仪表板表皮20上。这种情况下，可使用热塑性树脂。
如上所述，仪表板表皮20包括氨基甲酸酯基树脂组合物的残留物，所述氨基甲酸酯基树脂组合物包括热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物和丙烯-乙烯共聚物。本实施方案采用的丙烯-乙烯共聚物通过许多物理参数表征。在一个改进中，丙烯-乙烯共聚物的总结晶度小于约20％。在另一个改进中，丙烯-乙烯共聚物的弯曲模量(1％割线)为约1500psi至约2500psi且肖氏硬度为从约40至80(ISO 898 ASTM D2240)。可使用的丙烯-乙烯共聚物的实例包括但不限于VersifyTM系或可购自Dow Chemical Company的弹性体。VersifyTM 2400被发现是尤为适用的。通常，丙烯-乙烯共聚物以氨基甲酸酯基组合物的从约1％至25％的重量百分比的量存在。在又一个改进中，丙烯-乙烯共聚物以氨基甲酸酯基组合物的从约5％至20％的重量百分比的量存在。仍在一个改进中，丙烯-乙烯共聚物以氨基甲酸酯基组合物的约20％的重量百分比的量存在。
本发明的仪表板表皮发现具有显著的热稳定性。特别地，在120℃经过500小时的老化之后，发现仪表板表皮的伸长性能(elongation propertiess)的变化小于10％。并且，在107℃经过400小时的热老化之前和之后，仪表板表皮均维持足够的伸长率(elongation)来通过-30℃的无缝气囊展开测试。在一个改进中，仪表板表皮具有低玻璃化温度和在120℃经过500小时的老化之后伸长保持率(retained elongation)大于约100％的结合。尽管本发明的实施不限定于任何具体理论，但应相信丙烯-乙烯共聚物的使用至少在部分上促成了这些性能。
如上所述，本发明的热塑性表皮包括多元醇的残留物。适合的多元醇在美国专利第5,824,738号和6,187,859号中公开。具体实例包括但不限于聚醚多元醇。在一个变化形式中，多元醇形成于采用有机金属催化剂的工艺中，这导致多元醇具有低水平的端基不饱和度。在一个改进中，多元醇的端基不饱和度的水平小于约0.04meq/g。在另一个改进中，多元醇的端基不饱和度的水平小于约0.02meq/g。这类多元醇的典型实例是Poly L255-28(销售商Olin corporation，Stamford，Connecticut)。Poly L 255-28是氧化乙烯封端的聚(氧化丙烯)多元醇，其分子量约为4000且羟基数为28。多元醇组分可以热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物总重量的约40％至70％范围的量存在。在一个改进中，多元醇以氨基甲酸酯弹性体组合物总重量的40％至60％的量存在。在此范围内可调整多元醇的量以改变所生产的橡胶的硬度。
在本实施方案的一个变化形式中，热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物包括扩链剂。适合的扩链剂包括芳香族仲二胺、脂肪族伯二胺或仲二胺、乙二醇、二甘醇、丙二醇、戊二醇、3-甲基戊烷-1，5-二醇、己二醇、HQEE(对苯二酚二(2-羟乙基)醚)、CHDM(1，4-环己烷二甲醇)以及HBPA(氢化双酚A)。尤为适用的扩链剂是1，4-丁二醇。在一个改进中，这类扩链剂以热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物总重量的从6重量％至15重量％变化的浓度存在。在另一个改进中，扩链剂以热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物总重量的从7％至13％的量存在。
用于本实施方案的热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物包括一种或多种异氰酸酯。适合的异氰酸酯包括脂肪族有机二异氰酸酯或二异氰酸酯的混合物。有机异氰酸酯的具体实例包括但不限于(TMXDI)间-四甲基苯二甲基二异氰酸酯和对-四甲基二甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苄基二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯(XDI)、3，3’-双甲苯-4，4’-二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、氢化MDI、氢化XDI、环己烷二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯、其混合物和衍生物及类似物。在一个改进中，有机二异氰酸酯以热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物总重量的从20重量％至50重量％的量存在。在另一个改进中，有机二异氰酸酯以热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物总重量的从25重量％至40重量％的量存在。
如上所述，热塑性氨基甲酸酯弹性体组合物可包括紫外光稳定剂。适合的紫外光稳定剂可包括受阻胺光稳定剂(HALS)和苯并三唑的组合。HALS的实例包括但不限于双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(化学文摘号41556-26-7，也被称为Tinuvin 292或765，Ciba-Geigy Corp.，Hawthorne，NY)。苯并三唑类的实例包括羟苯基苯并三唑类，如聚(氧-1，2-乙二基)、α-[3-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-(1，1-二甲基乙基)-4-羟基苯基]-1-氧代丙基]-ω-羟基-和聚(氧-1，2-乙二基)、α-[3-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-(1，1-二甲基乙基)-4-羟基苯基]-1-氧代丙基]-ω-[3-[(2H-苯并三唑-2-基)-5-(1，1，-二甲基乙基)-4-羟基苯基]-1-氧代丙氧基)-的苯并三唑混合物，化学文摘号104810-47-1，和分子量为300的聚乙二醇，化学文摘号25322-68-3(也被称为Tinuvin 1130或213，Ciba-Geigy Corp.，Hawthorne，N.Y.)，以及任何其他适合的紫外光稳定剂。在一个改进中，紫外光稳定剂的组合以约1∶1至2∶1按重量计的范围内的比例存在。在另一个变化形式中，紫外光稳定剂的总浓度以氨基甲酸酯弹性体组合物的总重量的从约0.5重量％至2.0重量％的量存在。
在本发明的另一个变化形式中，氨基甲酸酯弹性体组合物包括抗氧化剂。基本上任何适合的抗氧化剂或抗氧化剂的混合物都可用于实施本发明。代表性的实例包括但不限于来自Ciba-Geigy的Irganox 1010[四(亚甲基(3，5-二叔丁基-4-羟基肉桂酸酯)甲烷；来自Ciba-Geigy的Irganox 1076[十八烷基3，5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯]；来自Ciba-Geigy的Irganox 245[亚乙基双(氧乙烯基)双-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基氢化肉桂酸酯)]；和Vanox830(来自于R.T.Vanderbilt的一种酚类化合物、烷基化二苯胺及亚磷酸三烷酯的专利混合物)。抗氧化剂可以氨基甲酸酯弹性体组合物的总重量的约0.10重量％至1.0重量％范围内的总浓度存在。在另一个改进中，抗氧化剂可以氨基甲酸酯弹性体组合物的总重量的约0.25重量％至0.75重量％范围内的总浓度存在。
下述实例说明了本发明的各种实施方案。本领域的技术人员应当认识到在本发明的精神和权利要求的范围内的多种变化形式。
表1提供了若干测试样品的组成，这些测试样品用于通过上述中空模塑工艺形成表皮层。这些组分在Leistritz双螺杆挤压机中被混合在一起。所得小球被低温研磨为粉末，干燥，然后使用Ford不规则方形的颗粒工具(Ford random square grain tool)模压成测试板。表2提供了由测试组合物制得的表皮的性能。断裂伸长率是在120℃经过500小时之后。
表1样品组成
表2物理性能
Figure BPA00001239858600072
Figure BPA00001239858600081
Figure BPA00001239858600091
虽然已说明和描述了本发明的实施方案，但不应当认为这些实施方案说明和描述了本发明的所有可能形式。更确切地，说明书中使用的词汇是描述性的而非限制性的词汇，并且应当理解，可做出各种变化而不偏离本发明的精神以及范围。

Claims (20)

1.一种仪表板表皮，包括：
一种组合物的残留物，所述组合物包括多元醇、扩链剂、有机二异氰酸酯以及受阻胺光稳定剂和苯并三唑紫外光稳定剂；以及
丙烯-乙烯共聚物。
2.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述丙烯-乙烯共聚物以氨基甲酸酯基组合物的从约1％至25％的重量百分比的量存在。
3.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述丙烯-乙烯共聚物以氨基甲酸酯基组合物的从约5％至20％的重量百分比的量存在。
4.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述丙烯-乙烯共聚物以氨基甲酸酯基组合物的从约10％至15％的重量百分比的量存在。
5.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述丙烯-乙烯共聚物具有小于约20％的总结晶度。
6.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述丙烯-乙烯共聚物具有从约1500psi至约2500psi的弯曲模量(1％割线)。
7.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述丙烯-乙烯共聚物具有从约40至约80的肖氏硬度。
8.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述多元醇为聚醚多元醇。
9.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述多元醇具有小于约0.04meq/g的端基不饱和度。
10.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述多元醇以约为40％至70％的重量百分比存在。
11.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中所述异氰酸酯以约为20％至50％的重量百分比存在。
12.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中氨基甲酸酯基组合物还包括至少一种抗氧化剂或其残留物。
13.如权利要求1所述的仪表板表皮，其中氨基甲酸酯基组合物还包括一种颜料。
14.如权利要求1所述的仪表板表皮，具有至少一个纹理表面。
15.一种制造仪表板表皮的方法，所述方法包括：
a)在模具中引入氨基甲酸酯基树脂组合物，所述氨基甲酸酯基树脂包括：
一种组合物的残留物，所述组合物包括多元醇、扩链剂、有机二异氰酸酯以及受阻胺光稳定剂和苯并三唑紫外光稳定剂；以及
丙烯-乙烯共聚物；
b)将所述氨基甲酸酯基树脂组合物加热到足以在所述模具的至少一部分上形成层的温度；
c)将粉末从所述模具中倒出；
d)可选择地继续加热所述模具以使所有粉末熔化；以及
e)将所述仪表板表皮从所述模具中取出。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述丙烯-乙烯共聚物以氨基甲酸酯基组合物的从约1％至25％的重量百分比的量存在。
17.如权利要求15所述的方法，还包括：
f)将所述仪表板表皮应用于结构部件上。
18.如权利要求1所述的方法，其中步骤f)包括喷涂氨基甲酸酯组合物于所述仪表板表皮上。
19.如权利要求1所述的方法，其中步骤f)包括将所述结构部件模压于所述仪表板表皮上。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述模具具有与所述氨基甲酸酯基组合物相接触的纹理表面，从而赋予所述仪表板表皮纹理表面。
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