CN117940472A - 方向盘构造 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于车辆的方向盘，该方向盘包括方向盘轮缘、毂基部和至少一个轮辐，其中所述毂基部被布置在所述方向盘轮缘内侧，并且所述毂基部通过所述至少一个轮辐连接到所述方向盘轮缘。方向盘由刚性注塑热塑性聚氨酯材料形成。

Description

方向盘构造
本发明涉及一种用于车辆的方向盘。
发明内容
本发明提供了一种用于车辆的方向盘，该方向盘包括方向盘框架，其中该方向盘框架包含第一热塑性聚氨酯材料，该第一热塑性聚氨酯材料具有(a)50,000道尔顿至350,000道尔顿、或80,000道尔顿至200,000道尔顿的重均分子量(Mw)；(b)根据ASTM D256测量的1.5ft-lb/in至30ft-lb/in、或15ft-lb/in至30ft-lb/in的悬臂梁缺口冲击强度(3.2mm/23℃)；(c)根据ASTM D790测量的80,000至2,300,000或150,000至500,000的弯曲模量；(d)根据ASTM D 3763测量的100-900in-lb的仪表化落镖冲击(23℃下的总能量)；以及(e)根据ASTM D638测量的80,000psi至2,600,000psi、或100,000psi至300,000psi的拉伸模量。本发明还包括一种通过注塑第一热塑性聚氨酯组合物以形成方向盘框架来制造方向盘框架的方法。
在另一个实施方案中，该方向盘框架还包括泡沫覆盖物，其中该泡沫覆盖物包含柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫，其中柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫由(i)第二热塑性聚氨酯材料与(ii)和化学发泡剂和/或开孔表面活性剂的组合形成，其中第二热塑性聚氨酯材料具有如通过凝胶渗透色谱法所测量的50,000道尔顿至350,000道尔顿或100,000道尔顿至200,000道尔顿的重均分子量和1.2至3.5或2.0至2.5的分散度(Mw/Mn)。本发明还提供了一种通过注塑包含如本文所述的第二热塑性聚氨酯材料和发泡剂的组合的发泡混合物而用泡沫覆盖物部分或完全覆盖方向盘框架的方法。
附图说明
图1示出了方向盘的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于车辆的方向盘。在一个示例性实施方案中，所述方向盘包括方向盘轮缘、毂基部和至少一个轮辐，其中所述毂基部被布置在所述方向盘轮缘内侧，并且所述毂基部通过至少一个轮辐连接到轮缘。
图1示出了根据本发明的一个实施方案的方向盘框架构造的示例。在该示例性实施方案中，该方向盘框架由方向盘轮缘1、两个侧轮辐2、一个中心轮辐3和毂基部4组成。在该示例性实施方案中，侧轮辐2和中心轮辐3将方向盘轮缘1连接到毂基部4。毂基部4具有底部表面40，一个或多个凹部41、42结合到该底部表面中。在一个实施方案中，凹部中的一个(例如凹部42)可用于接收采用方向盘的车辆的转向轴。
在一个实施方案中，毂基部4被成形为使得另外的车辆部件(诸如，气囊模块)可插入毂基部中。此类另外的部件可通过本领域中任何已知的或此后发现的手段来结合。
虽然图1示出了可被包括在本发明的范围内的方向盘框架实施方案的示例，但是应当理解，方向盘框架可具有如本领域中现在已知或此后开发的任何类型的配置，唯一的前提条件是方向盘框架由本文所述的热塑性聚氨酯材料制成。例如，方向盘的构造在US2010/0018343、US5445048、GB2061848、WO2002006108和WO2008025546中示出，所述专利文献以引用方式并入本文。
在一个实施方案中，本发明的方向盘还包括位于方向盘框架上的泡沫覆盖物。在本发明中，泡沫覆盖物由本文所述的热塑性聚氨酯材料制成。
在本发明中，方向盘框架由热塑性聚氨酯材料构成。在一些实施方案中，用于方向盘框架的泡沫覆盖物还包括热塑性聚氨酯材料。下面将更详细地描述该热塑性聚氨酯材料的组成。
可用于本发明中的热塑性聚氨酯(“TPU”)组合物通常包含多异氰酸酯组分、多元醇组分和扩链剂组分的反应产物。本文将更详细地描述这些组分。
在一些实施方案中，多异氰酸酯组分包括一种或多种二异氰酸酯。有用的多异氰酸酯可选自芳族多异氰酸酯或脂族多异氰酸酯或其组合。有用的多异氰酸酯的示例包括但不限于：芳族二异氰酸酯，诸如4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)(MDI)、间苯二甲基二异氰酸酯(XDI)、亚苯基-1,4-二异氰酸酯、3,3’-二甲基-4,4’-联苯二异氰酸酯(TODI)、1,5-萘二异氰酸酯(NDI)和甲苯二异氰酸酯(TDI)，以及脂族二异氰酸酯，诸如异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1,4-环己基二异氰酸酯(CHDI)、癸烷-1,10-二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)、1,4-丁烷二异氰酸酯(BDI)和二环己基甲烷-4,4′-二异氰酸酯(H12MDI)。在一些实施方案中，可以使用两种或更多种多异氰酸酯的混合物。
用于本发明的热塑性聚氨酯组合物也使用多元醇组分制成。多元醇可包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚硅氧烷多元醇以及它们的组合。在一些实施方案中，多元醇或其组分衍生自生物质资源，并且在其它实施方案中，该组分是合成的或衍生自石油。
在一个实施方案中，多元醇组分可以是聚酯多元醇。本发明有用的聚酯多元醇可通过以下反应来制备：(1)一种或多种二醇与一种或多种二羧酸或酸酐的酯化反应或(2)酯交换反应，即一种或多种二醇与二羧酸酯的反应。为了获得末端羟基基团占优势的直链，二醇与酸的摩尔比超过一摩尔通常是优选的。合适的聚酯中间体还包括各种内酯，例如通常由ε-己内酯和例如二乙二醇的双官能引发剂制成的聚己内酯。所需聚酯的二羧酸可以是脂族、脂环族、芳族或其组合。在一些实施方案中，可以单独使用或以混合物形式使用的二羧酸通常具有总共4至15个碳原子，并且包括：琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、环己烷二甲酸等。也可以使用上述二羧酸的酸酐，如邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐等。反应形成所需聚酯中间体的二醇可以是脂肪族、芳香族或其组合，其包括上述扩链剂段中的任何二醇，并且具有总共2至20或2至12个碳原子。合适的实例包括乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,4-环己烷二甲醇、十亚甲基乙二醇、十二亚甲基乙二醇和其混合物。
聚酯多元醇组分还可包括一种或多种聚己内酯聚酯多元醇。本文所述技术中有用的聚己内酯聚酯多元醇包括衍生自己内酯单体的聚酯二醇(polyester diol)。通过伯羟基基团封端所述聚己内酯聚酯多元醇。合适的聚己内酯聚酯多元醇可以由ε-己内酯和双官能引发剂(如二甘醇、1,4-丁二醇或本文列出的任何其他二醇(glycol)和/或二醇(diol))制成。在一些实施方案中，所述聚己内酯聚酯多元醇为衍生自己内酯单体的线性聚酯二醇。
有用的实例包含：CAPATM2202A，其是数均分子量(Mn)为2,000的线性聚酯二醇；和CAPATM2302A，其是Mn为3,000的线性聚酯二醇，二者均可商购自柏斯托多元醇有限公司(Perstorp Polyols Inc.)。这些材料还可以被描述为2-氧杂环庚酮与1,4-丁二醇的聚合物。
聚己内酯聚酯多元醇可以由2-氧杂环庚酮和二醇制成，其中二醇可以是1,4-丁二醇、二乙二醇、单乙二醇、1,6-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇或其任何组合。在一些实施方案中，用于制备聚己内酯聚酯多元醇的二醇是线性的。在一些实施方案中，聚己内酯聚酯多元醇由1,4-丁二醇制成。在一些实施方案中，聚己内酯聚酯多元醇具有500至10,000、或500至5,000、或1,000或甚至2,000至4,000或甚至3,000的数均分子量。
在一个实施方案中，多元醇组分可以是聚醚多元醇。合适的聚醚多元醇中间体包括衍生自具有总共2至15个碳原子的二醇或多元醇的聚醚多元醇，在一些实施方案中，为与包含具有2至6个碳原子的环氧烷(通常为环氧乙烷或环氧丙烷或它们的混合物)的醚反应的烷基二醇或二醇。例如，羟基官能聚醚可通过首先使丙二醇与环氧丙烷反应，随后与环氧乙烷反应来制备。环氧乙烷产生的伯羟基基团比仲羟基基团反应性更强，并且因此是优选的。可用的商业聚醚多元醇包括包含与乙二醇反应的环氧乙烷的聚(乙二醇)、包含与丙二醇反应的环氧丙烷的聚(丙二醇)、包含与四氢呋喃反应的水的聚(四亚甲基醚二醇)，其也可被描述为聚四氢呋喃，并且通常被称为PTMEG。在一些实施方案中，聚醚中间体包括PTMEG。合适的聚醚多元醇还包括环氧烷的聚酰胺加合物，并且可以包括，例如，包含乙二胺和环氧丙烷反应产物的乙二胺加合物，包含二亚乙基三胺与环氧丙烷反应产物的二亚乙基三胺加合物，和类似的聚酰胺类型聚醚多元醇。在所述组合物中也可以使用共聚醚。典型的共聚醚包括THF和环氧乙烷或THF和环氧丙烷的反应产物。这些可以购自BASF，如嵌段共聚物B和无规共聚物/>R。各种聚醚中间体通常具有通过测定末端官能团确定的数均分子量(Mn)，其平均分子量大于约700，诸如约700至约10,000、约1,000至约5,000或约1,000至约2,500。在一些实施方案中，该聚醚中间体包括两种或更多种不同分子量聚醚的共混物，如2,000Mn和1,000Mn的PTMEG的共混物。
在另一个实施方案中，多元醇组分可以为聚碳酸酯多元醇。合适的聚碳酸酯多元醇包括通过使二醇与碳酸酯反应制备的那些。美国专利第4,131,731号因其公开羟基封端聚碳酸酯及其制备物，通过引用并入于此。这类聚碳酸酯是线性的，并且具有基本不含其他末端基团的末端羟基基团。基本的反应物是二醇和碳酸酯。合适的二醇选自含有4至40个，和或甚至4至12个碳原子的脂环族和脂肪族二醇，以及每个分子中含有2至20个烷氧基和每个烷氧基含有2至4个碳原子的聚氧化亚烷基二醇。合适的二醇包括含有4至12个碳原子的脂族二醇，诸如1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、2,2,4-三甲基-1,6-己二醇、1,10-癸二醇、氢化二亚油基二醇、氢化二油基二醇、3-甲基-1,5-戊二醇；以及脂环族二醇，诸如1,3-环己二醇、1,4-二羟甲基环己烷、1,4-环己二醇-、1,3-二羟甲基环己烷-、1,4-内亚甲基-2-羟基-5-羟甲基环己烷和聚亚烷基二醇。反应中使用的二醇可以是单一二醇或二醇混合物，这取决于成品中所需的性能。羟基封端的聚碳酸酯中间体通常是本领域和文献中已知的那些中间体。合适的碳酸酯选自5至7元环构成的碳酸亚烃酯。本文使用的合适碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸三亚甲基酯、碳酸四亚甲基酯、碳酸-1,2-丙烯酯、碳酸-1,2-丁烯酯、碳酸-2,3-丁烯酯、碳酸-1,2-乙烯酯、碳酸-1,3-戊烯酯、碳酸-1,4-戊烯酯、碳酸-2,3-戊烯酯和碳酸-2,4-戊烯酯。此外，本文合适的是碳酸二烷基酯、碳酸脂环族酯和碳酸二芳基酯。碳酸二烷基酯可以在每个烷基基团中含有2至5个碳原子，并且其具体实例是碳酸二乙酯和碳酸二丙酯。碳酸脂环族酯，尤其是碳酸双脂环族酯，可以在每个环结构中含有4至7个碳原子，并且可以有1至2个这类结构。当一个基团是脂环族时，另一个基团可以是烷基或芳基。另一方面，如果一个基团是芳基，则另一个可以是烷基或脂环族。合适的碳酸二芳基酯的实例是碳酸二苯酯、碳酸二甲苯酯和碳酸二萘酯，其可以在每个芳基基团中含有6至20个碳原子。
在一个实施方案中，多元醇组分可包含聚硅氧烷多元醇。合适的聚硅氧烷多元醇包括α-ω-羟基或胺或羧酸或硫醇或环氧基封端的聚硅氧烷。实例包括以羟基或胺基或羧酸或巯基或环氧基封端的聚(二甲基硅氧烷)。在一些实施方案中，聚硅氧烷多元醇是羟基封端的聚硅氧烷。在一些实施方案中，聚硅氧烷多元醇具有300至5,000或400至3,000范围内的数均分子量。
聚硅氧烷多元醇可以通过聚硅氧烷氢化物与脂肪族多元醇或聚氧烷醇之间的脱氢反应获得，以将醇羟基引入到聚硅氧烷主链上。
在一些实施方案中，聚硅氧烷可以由一种或多种具有下式的化合物表示：
其中：每个R1和R2独立地为1至4个碳原子的烷基基团、苄基或苯基基团；每个E为OH或NHR3，其中R3为氢、1至6个碳原子的烷基基团或5至8个碳原子的环烷基基团；a和b各自独立地为2至8的整数；p为3至50之间的整数。在含有氨基的聚硅氧烷中，至少一个E基是NHR3。在含有羟基的聚硅氧烷中，至少一个E基是OH。在一些实施方案中，R1和R2两者均是甲基基团。
合适的实例包括α,ω-羟丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)和α,ω-氨基丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)，这两种材料均是市售材料。进一步的实例包括聚(二甲基硅氧烷)材料与聚(环氧烷烃)的共聚物。
本文所述的热塑性聚氨酯组合物将通常使用扩链剂组分制成。扩链剂可包括二醇、二胺及其组合。
合适的扩链剂包括相对较小的多羟基化合物，例如具有2至20、或2至12、或2至10个碳原子的低级脂族或短链二醇。合适的示例包括乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、1,4-丁二醇(BDO)、1,6-己二醇(HDO)、1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、1,4-环己烷二甲醇(CHDM)、2,2-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]丙烷(HEPP)、氢醌双(2-羟乙基醚)(HQEE)、六亚甲基二醇、庚二醇、壬二醇、十二烷二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、乙二胺、丁二胺、六亚甲基二胺和羟乙基间苯二酚(HER)等以及它们的混合物。
在聚合反应期间可存在任选的添加剂组分，并且/或者可将任选的添加剂组分掺入到上述TPU组合物中以改善加工和其他特性。这些添加剂包括但不限于抗氧化剂、有机亚磷酸酯、膦和亚膦酸酯、受阻胺、有机胺、有机硫化合物、内酯和羟胺化合物、杀生物剂、杀真菌剂、抗微生物剂、增容剂、电耗散或抗静电添加剂、填料和增强剂诸如二氧化钛、氧化铝、粘土和炭黑、阻燃剂诸如磷酸酯、卤代材料和烷基苯磺酸的金属盐、抗冲改性剂诸如甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯(“MBS”)和甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯(“MBA”)、脱模剂诸如蜡、油脂、颜料和着色剂、增塑剂、聚合物、流变改性剂诸如单胺、聚酰胺蜡、硅酮和聚硅氧烷、滑爽添加剂诸如石蜡、烃聚烯烃和/或氟化聚烯烃，以及UV稳定剂，其可为受阻胺光稳定剂(HALS)和/或UV光吸收剂(UVA)类型。其他添加剂可用于增强TPU组合物或共混产物的性能。上述所有添加剂可以以这些物质常用的有效量使用。
可将这些附加添加剂掺入到制备TPU组合物的组分中或掺入到用于制备TPU组合物的反应混合物中，或者在制备TPU组合物之后掺入。在另一个方法中，所有材料可以与TPU组合物混合，然后熔融，或者可将它们直接掺入TPU组合物的熔体中。
在一些实施方案中，添加剂可包括填料或增强剂。填料包括宽范围的颗粒材料，其包括滑石、大理石、花岗岩、炭黑、石墨、芳族聚酰胺、二氧化硅-氧化铝、氧化锆、膨润土、三氧化锑、基于煤的粉煤灰、粘土、长石、霞石、热解法二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、硫酸钡、硅酸铝、硅酸钙、二氧化钛、钛酸盐、白垩、研磨玻璃、二氧化硅或玻璃、玻璃微球、玻璃珠或玻璃纤维。所用的玻璃纤维可由E、A或C玻璃制成，并优选具有胶料和偶联剂。其直径通常为6μm至20μm。可使用长度为1mm至10mm，优选地3mm至6mm的连续长丝纤维(粗纱)或短切玻璃纤维(短纤维)。
填料也可以是金属氢氧化物，例如氢氧化镁、氢氧化钾和氢氧化铝；金属碳酸盐，诸如碳酸镁和碳酸钙；金属硫化物和硫酸盐诸如二硫化钼和硫酸钡；金属硼酸盐，诸如硼酸钡、偏硼酸钡、硼酸锌、偏硼酸锌；金属酸酐，诸如铝酸酐；或三水合铝。
也可使用氮化硼和各种回收和再研磨的热固性聚氨酯和/或聚脲聚合物。
代表性填料包括但不限于粘土，诸如硅藻土、高岭土和蒙脱土；碳酸钙镁石；硅藻土；石棉；研磨矿物质；和锌钡白。这些填料通常以常规方式和常规量使用，例如基于该组合物的重量计，5重量％或更少至50重量％或更多。
增强材料包括高纵横比材料，诸如片状物和纤维，其可以为玻璃、芳族聚酰胺、各种其他聚合物等的片状物和纤维。可使用的附加材料包括矿物纤维、晶须、氧化铝纤维、云母、粉状石英、金属纤维、碳纤维和硅灰石。增强剂通常以基于整个层或组合物计5重量％至50重量％的量使用。
可用于一些制剂中的填料包括耐燃填料，该耐燃填料可包括氧化锑、十溴联苯氧化物、三水合氧化铝、氢氧化镁、硼酸盐和卤代化合物。
其他各种填料包括木纤维/面粉/碎屑、橡胶粉、棉花、淀粉、粘土、合成纤维(例如聚烯烃纤维)和碳纤维。
填料的含量取决于填料密度；填料密度越高，在不明显影响该填料的体积分数的情况下，可添加到制剂中的填料越多。因此，填料的含量在本文中以基于总制剂重量计的填料重量百分比来讨论。在本文所公开的制剂中，填料含量在约0.1％至约80％，优选地约5％至约50％(除了炭黑，其通常以约0.1％至约5％的含量使用)，更优选地约5％至约40％，尤其是约8％至约30％的范围内。
在另一个实施方案中，添加剂可包括阻燃添加剂。阻燃剂可以是但不一定是膨胀材料。示例包括苯基双十二烷基磷酸酯、苯基双新戊基磷酸酯、苯基亚乙基磷酸氢酯、苯基-双-3,5,5’-三甲基己基磷酸酯)、乙基二苯基磷酸酯、2-乙基己基二(对甲苯基)磷酸酯、二苯基磷酸氢酯、双(2-乙基己基)对甲苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯、双(2-乙基己基)-苯基磷酸酯、三(壬基苯基)磷酸酯、苯基甲基磷酸氢酯、二(十二烷基)对甲苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯、三苯基磷酸酯、二丁基苯基磷酸酯、对甲苯基双(2,5,5’-三甲基己基)磷酸酯、2-乙基己基二苯基磷酸酯和二苯基磷酸氢酯。优选的阻燃剂是双酚-A双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和甲酚双(二苯基磷酸酯)。
阻燃剂的其它示例包括溴化有机化合物，例如溴化二醇。其可含有5至20个碳原子，并且在一些实施方案中含有5至10个或甚至5个碳原子，并且可含有季碳原子。添加剂可以以足以提供期望阻燃性的量存在，并且在其他实施方案中，可以按总体组合物的重量计，0至15％，或甚至按总体组合物的重量计，0至10％、0.1％至7％或0.2％至5％存在。
其他示例包括溴化有机化合物。其他添加剂可用于增强TPU组合物或共混产物的性能。合适的溴化有机化合物可包括四溴双酚-A、六溴环十二烷、聚(丙烯酸五溴苄基酯)、丙烯酸五溴苄基酯、四溴双酚A-双(2,3-二溴丙基醚)、三溴苯酚、二溴新戊二醇、三溴新戊二醇、三(三溴新戊基)磷酸酯和4,4’-异亚丙基双[2-(2,6-二溴苯氧基)乙醇]。
在一些实施方案中，阻燃添加剂包括卤素硼酸盐的金属盐、卤素磷酸盐的金属盐或它们的组合。在一些实施方案中，使用阻燃剂的组合。阻燃添加剂的附加示例包括有机磺酸盐的金属盐，例如烷基苯磺酸盐的钠盐，并且在一些实施方案中，阻燃添加剂包括含氮化合物。
在一些实施方案中，添加剂可包括抗冲改性剂。抗冲改性剂可添加到上述TPU组合物中，并且以有效量添加以改善聚氨酯的抗冲击性，特别是低温韧性。低温韧性的改善意指根据ASTM D256，-30℃下的伊佐德冲击强度(Izod impact strength)可得到改善。另一个改善是改善了熔融加工性，使得聚氨酯的剪切粘度由于熔融加工温度的降低而降低，并且进一步实现这种降低而不导致在热成形产品上形成非内聚性外皮。
在一个实施方案中，抗冲改性剂含有橡胶组分和接枝刚性相组分两者。优选的抗冲改性剂通过将(甲基)丙烯酸酯和/或乙烯基芳族聚合物，包括其共聚物诸如苯乙烯/丙烯腈接枝到所选择的橡胶上来制备。在一个实施方案中，接枝聚合物为甲基丙烯酸甲酯的均聚物或共聚物。橡胶材料可以为例如熟知的丁二烯型、丙烯酸丁酯型或EPDM型中的一者或多者。在各种实施方案中，抗冲改性剂将含有至少约40重量％的橡胶材料，或至少约45重量％，并且在另一个实施方案中至少约60重量％的橡胶材料。抗冲改性剂可含有至多100重量％橡胶(无刚性相)，在一个实施方案中含有少于95重量％的橡胶材料，并且在另一个实施方案中含有少于90重量％的橡胶材料，余量为刚性相聚合物，其中至少大部分接枝聚合和/或交联在橡胶材料周围或与橡胶材料交联。
抗冲改性剂的示例包括但不限于甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯(“MBS”)橡胶，诸如Paraloid EXL 3607和甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯(“MBA”)橡胶如Paraloid 3300，这些橡胶通常含有45重量％-90重量％弹性体。
可使用的另一种抗冲改性剂含有作为橡胶材料的基质聚合物胶乳或芯，其通过聚合共轭二烯，或通过共聚共轭二烯与单烯烃或极性乙烯基化合物诸如苯乙烯、丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯来制成。基质橡胶通常由约45％至100％共轭二烯和至多约55％单烯烃或极性乙烯基化合物组成。然后将单体混合物接枝聚合到基质胶乳上。多种单体可用于该接枝目的，其包括乙烯基芳族化合物，诸如苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯、卤代苯乙烯、萘；丙烯腈类，包括甲基丙烯腈或α-卤代丙烯腈；或(甲基)丙烯酸C1-C8烷基酯，诸如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸己酯；丙烯酸或甲基丙烯酸；或上述两种或更多种的混合物。接枝的程度对基质胶乳粒度和接枝反应条件敏感，并且粒度可受受控凝结技术等方法影响。刚性相可在聚合期间通过掺入各种聚乙烯基单体诸如二乙烯基苯等来交联。
抗冲改性剂(来自EP 0353673 B1)可以为羰基改性的聚烯烃。更具体地，其为含有聚烯烃主链与侧链含羰基化合物的接枝共聚物。基于该接枝共聚物的总重量计，聚烯烃的量为90重量％至99.9重量％，有利地为93重量％至98重量％，并且优选地95重量％至98重量％。合适的接枝共聚物可具有1至20；在另一个实施方案中为1至10；并且在另一个实施方案中为1至5的熔体指数。
抗冲改性剂的聚烯烃组分(即接枝共聚物)是由具有2至6个碳原子；并且有利地2或3个碳原子的一种或多种单体制成的均聚物或共聚物。合适的聚烯烃的具体示例包括乙烯、丙烯或异丁烯的均聚物，丙烯和乙烯的共聚物，以及乙烯-丙烯-二烯单体与具有4至8个碳原子的二烯的共聚物。适用于改性的乙烯聚合物包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯。当利用共聚物时，所用乙烯单体的量以及因此共聚物中乙烯重复单元的量可显著变化为1％至50％、在其他情况下3％至25％、在另一个实施方案中大约10％。
在一个实施方案中，抗冲改性剂包括0.1重量％至10重量％，在另一个实施方案中0.2重量％至7重量％，并且在又一个实施方案中0.2重量％至6重量％选自富马酸、马来酸或马来酸酐的羰基化合物。
抗冲改性剂的用量可以在每100重量份聚氨酯，1重量份至30重量份，在一些实施方案中1重量份至20重量份，并且在其他实施方案中5重量份至15重量份的范围内。当添加到包括增强剂和/或填料的聚氨酯共混物中时，本发明的抗冲改性剂是特别有用的。过去，当将增强剂添加到聚氨酯中时，抗冲击性，特别是在低温或室温下的抗冲击性如所得复合材料的熔融加工性那样差。因此，本发明的抗冲改性剂可与增强聚氨酯一起用于改善抗冲击性、熔融加工性并制备具有改善的尺寸稳定性的聚氨酯复合材料。改善的尺寸稳定性是指下列特性中一种或多种的改善：弯曲模量、弯曲强度、拉伸屈服强度和热变形温度。当与增强聚氨酯一起使用时，抗冲改性剂的量可与用于未增强聚氨酯的量相同。
在一些实施方案中，添加剂可包括一种或多种增塑剂。所用增塑剂的类型可以为用于TPU中的已知增塑剂中的任一者。最常用的增塑剂类型是邻苯二甲酸酯，最优选邻苯二甲酸丁基苄基酯。用于本发明中的增塑剂可包括基于邻苯二甲酸酯的增塑剂，诸如邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二-2-乙基己基酯(DOP)、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸辛基癸酯、邻苯二甲酸丁基苄基酯、磷酸间苯二甲酸二-2-乙基己基酯；基于脂族酯的增塑剂，诸如己二酸二-2-乙基己基酯(DOA)、己二酸二正癸酯、己二酸二异癸酯、癸二酸二丁酯、以及癸二酸二-2-乙基己基酯；基于均苯四甲酸酯的增塑剂，诸如偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸十三烷基酯；基于磷酸酯的增塑剂，诸如磷酸三丁酯、磷酸三-2-乙基己基酯、磷酸2-乙基己基二苯酯以及磷酸三甲苯酯；基于环氧树脂的增塑剂，诸如基于环氧树脂的大豆油；以及基于聚酯的聚合物增塑剂。对于从毒理学观点来看是敏感的应用，诸如儿童玩具和食品接触，二异壬基-环己烷-1,2-二羧酸酯(得自BASF的)可以用作增塑剂。可使用单个增塑剂，或者可使用两种或更多种增塑剂的组合。期望增塑剂的选择将取决于TPU聚合物的最终用途应用，如由配制TPU领域的技术人员所充分理解的。
所述组合物包括上述TPU材料并且还包含TPU组合物，该TPU组合物包括此类TPU材料和一种或多种附加组分。这些附加组分包括可与本文所述的TPU共混的其他聚合物材料。这些附加组分包括一种或多种添加剂，其可被添加到TPU或含有TPU的共混物中，以影响组合物的特性。
本文所述的TPU还可与一种或多种其他聚合物共混。可与本文所述的TPU共混的聚合物没有过度限制。在一些实施方案中，所述组合物包括所述TPU材料中的两种或更多种。在一些实施方案中，组合物包括所述TPU材料中的至少一种和至少一种其他聚合物，该其他聚合物不是所述TPU材料中的一种。
可与本文所述的TPU材料组合使用的聚合物还包括更常规的TPU材料，诸如基于非己内酯聚酯的TPU、基于聚醚的TPU或含有非己内酯聚酯和聚醚基团两者的TPU。可与本文所述的TPU材料共混的其他合适的材料包括聚碳酸酯、聚烯烃、苯乙烯聚合物、丙烯酸类聚合物、聚甲醛聚合物、聚酰胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚乳酸或它们的组合。
用于本文所述共混物中的聚合物包括均聚物和共聚物。合适的示例包括：(i)聚烯烃(PO)，诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯、乙丙橡胶(EPR)、聚氧乙烯(POE)、环烯烃共聚物(COC)或它们的组合；(ii)苯乙烯类，诸如聚苯乙烯(PS)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、苯乙烯丙烯腈(SAN)、丁苯橡胶(SBR或HIPS)、聚-α-甲基苯乙烯、苯乙烯马来酸酐(SMA)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBC)(诸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)和苯乙烯-乙烯/丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS))、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯共聚物(SEPS)、苯乙烯丁二烯胶乳(SBL)、用乙烯丙烯二烯单体改性的SAN(EPDM)和/或丙烯酸类弹性体(例如，PS-SBR共聚物)、或它们的组合；(iii)不同于上述那些的热塑性聚氨酯(TPU)；(iv)聚酰胺，诸如NylonTM，其包括聚酰胺6,6(PA66)、聚酰胺1,1(PA11)、聚酰胺1,2(PA12)、共聚酰胺(COPA)或它们的组合；(v)丙烯酸类聚合物，诸如聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯(MS)共聚物、或它们的组合；(vi)聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、或它们的组合；(vii)聚甲醛，诸如聚缩醛；(viii)聚酯，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、共聚酯和/或聚酯弹性体(COPE)，其包括聚醚-酯嵌段共聚物，诸如二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、PLA和PGA的共聚物、或它们的组合；(ix)聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯醚(PPO)、或它们的组合；或它们的组合。
在一些实施方案中，TPU组合物可包括UV稳定剂添加剂。此类添加剂可尤其用于其中期望透明度或其中部件将暴露于日光或其他紫外辐射源的应用中。合适的UV光稳定剂包括受阻胺光稳定剂(HALS)和UV光吸收剂(UVA)添加剂。HAL和UVA添加剂的共混物也是有效的。
可用于本发明实践的代表性HALS包括但不限于空间位阻胺以及它们的N衍生物(例如，N-烷基、N-羟基、N-烷氧基和N-酰基)，诸如双(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)癸二酸酯；双(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)琥珀酸酯；双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶-4-基)癸二酸酯；双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)癸二酸酯；双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶-4-基)正丁基3,5-二叔丁基-4-羟基苄基丙二酸酯；1-(2-羟乙基)-2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶与琥珀酸的缩合物；N,N’-双(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)六亚甲基二胺与4-叔辛基氨基-2,6-二氯-1,3,5-三嗪的缩合物；三(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)次氮基三乙酸酯；四(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)-1,2,3,4-丁烷四羧酸酯；1,1’-(1,2-乙二基)双(3,3,5,5-四甲基哌嗪酮)；4-苯甲酰基-2,2,6,6-四甲基哌啶；4-硬脂酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶；双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶基)-2-正丁基-2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苄基)丙二酸酯；3-正辛基-7,7,9,9-四甲基-1,3,8-三氮杂螺[4.5]癸-2,4-二酮；双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯；双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶基)琥珀酸酯；N,N’-双(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)六亚甲基二胺与4-吗啉代-2,6-二氯-1,3,5-三嗪的缩合物；2-氯-4,6-双(4-正丁基氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶基)-1,3,5-三嗪与1,2-双(3-氨基丙基氨基)乙烷的缩合物；2-氯-4,6-双(4-正丁基氨基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶基)-1,3,5-三嗪与1,2-双(3-氨基丙基氨基)乙烷的缩合物；8-乙酰基-3-十二烷基-7,7,9,9-四甲基-1,3,8-三氮杂螺[4.5]癸烷-2,4-二酮；3-十二烷基-1-(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)吡咯烷-2,5-二酮；3-十二烷基-1-(1-乙酰基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)吡咯烷-2,5-二酮；3-十二烷基-1-(1,2,2,6,6-五甲基哌啶-4-基)吡咯烷-2,5-二酮；4-十六烷氧基和4-硬脂基氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶的混合物；N,N’-双(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)六亚甲基二胺与4-环己基氨基-2,6-二氯-1,3,5-三嗪的缩合物；1,2-双(3-氨基丙基氨基)乙烷、2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪与4-丁基氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶、2-十一烷基-7,7,9,9-四甲基-1-氧杂-3,8-二氮杂-4-氧代螺[4.5]癸烷的缩合物；US5071981中公开的氧代-哌嗪基-三嗪和类似材料；GB-A-2269819中公开的可光粘合的HALS和类似材料；以及7,7,9,9-四甲基-2-环十一烷基-1-氧杂-3,8-二氮杂-4-氧代螺[4.5]癸烷和表氯醇的反应产物。还一般性地参见US4619956、US5106891、GB-A-2269819、EP-A0309400、EP-A-0309401、EP-A-0309402和EP-A-0434608。HALS添加剂的一些可商购获得的示例为123，Tinuvin 123-DW，Tinuvin 144，Tinuvin 152，Tinuvin 292，Tinuvin 622-SF，Tinuvin 770-DF，Tinuvin 5100(/>系列添加剂购自BASF)，/>119，Chimassorb 2020(/>系列的添加剂购自BASF)，76，Lowilite 62(/>系列添加剂购自Addi-vant)，/>4050FF(BASF)，LA-52、LA-576、LA-63P、68、72、77Y、77G、81、82、87、4042F、502XP(LA系列添加剂购自Adeka Cor-poration)、/>N30、Hostavin N845PP、Hostavin 3050、Hostavin3051、Hostavin 3052、Hostavin 3053、Hostavin 3055、Hostavin 3058、Hos-tavin 3065、Hostavin PR-31(/>系列添加剂购自Clariant)以及Ny-/>(购自Clariant)，附加的优选位阻胺光稳定剂可在《塑料添加剂手册》(tPlastics AdditivesHandbook)，第6版，Hans Zweifel，Ralph Maier，Michael Schiller中列出(HanserPublications,Inc.，Cincinnati，Ohio，USA，2009)。如果存在，则基于该组合物的重量计，HALS通常以大于0至4重量％，更通常0.2重量％至3重量％，并且甚至更通常0.5重量％至2重量％的量存在。
不受理论的约束，通常UV稳定剂通过清除由UV光损伤形成的自由基和/或氢过氧化物起作用，然而UV吸收剂通过吸收和耗散UV辐射起作用。合适的UV吸收剂包括但不限于三嗪、苯并噁嗪酮、苯并三唑、二苯甲酮、苯甲酸酯、甲脒、肉桂酸酯/丙烯酸酯、芳族丙二酮、苯并咪唑、脂环族酮、甲酰苯胺(包括草酰胺)、氰基丙烯酸酯、苯并吡喃酮、水杨酸酯和这些中的两种或更多种的混合物。
合适的二苯甲酮UV吸收剂包括但不限于2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮或磺异苯酮、2-(4-苯甲酰基-3-羟基苯氧基)-2-丙烯酸乙酯、4-(2-丙烯酰氧基乙氧基)-2-羟基二苯甲酮的均聚物、2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮或二羟苯宗、2-羟基-4-(2-羟基-3-癸基氧基丙氧基)二苯甲酮和2-羟基-4-(2-羟基-3-辛基氧丙氧基)二苯甲酮、2,4,4’-三羟基二苯甲酮、2-羟基-4-(异辛基氧基)二苯甲酮、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基-5,5’-二磺基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮或4-苯甲酰基间苯二酚的二钠盐、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4-(2-羟基乙氧基)二苯甲酮、2-羟基-4-苄氧基二苯甲酮、以及这些中两种或更多种的混合物。 (Maxgard系列化学品可购自Syrgis Performance Specialties)
合适的苯并吡喃酮UV吸收剂包括但不限于3,3’,4’,5,7-五羟基黄酮或槲皮素。
合适的苯并三唑UV吸收剂包括但不限于2-[2-羟基-5-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯基]苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-(2-羟乙基))苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-甲基丙烯酰氧乙基苯基)-2H-苯并三唑、1,1,1-三(羟苯基)乙烷苯并三唑、5-叔丁基-3-(5-氯-2H-苯并三唑-2-基)-4-羟基苯丙酸辛酯和3-(5-氯-2H-苯并三唑-2-基)-5-叔丁基-4-羟基苯丙酸辛酯、α-[3-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-叔丁基-4-羟基苯基]-1-氧基丙基]-ω-羟基聚(氧基-1,2-乙二基)和a-[3-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-叔丁基-4-羟基苯基]-1-氧基丙基]-w-[3-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-叔丁基-4-氧基苯基]-1-氧基丙氧基]聚(氧基-1,2-乙二基)、2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯-2H-苯并三唑、2-(3’-5’-二叔丁基-2’-羟基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2-羟基-3,5-二叔戊基苯基)苯并三唑、3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-叔丁基-4-羟基苯丙酸、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-甲基-6-十二烷基苯酚、苯丙酸的3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-叔丁基-4-羟基-1,6-己二基酯和苯丙酸的3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-叔丁基-4-羟基-甲基酯、2-[2-羟基-3,5-双-(1,1-二甲基苄基)苯基]-2H-苯并三唑、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(1-甲基-1-苯基乙基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚、3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-叔丁基-4-羟基苯丙酸、C7-9支链和直链的烷基酯、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’-仲丁基-5’-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-叔丁基苯基)苯并三唑、双[2-羟基-3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-辛基苯基]甲烷、这些中两种或更多种的混合物。合适的苯并三唑UV吸收剂的一些可商购获得的示例包括但不限于99、TINUVIN 109、TINUVIN 328、TINUVIN 350、TINUVIN 360、TINUVIN 384-2、TINUVIN 571、TINUVIN 1130和TINUVIN P(Tinuvin系列添加剂可购自BASF)。
合适的苯甲酸酯UV吸收剂包括但不限于3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸十六烷基酯、3-羟苯基苯甲酸酯、4-[[(乙基苯基氨基)亚甲基]氨基]苯甲酸乙酯、2-羟基苯甲酸苯酯或水杨酸苯酯、2,4-二叔丁基苯基-3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸酯、4-双(聚乙氧基)氨基酸聚乙氧基乙酯、4-叔丁基苯基-2-羟基苯甲酸酯或4-叔丁基苯基水杨酸酯、以及这些中的两种或更多种的混合物。这种类型的合适的UV吸收剂的一些可商购获得的示例包括但不限于SEESORB 300；SEESORB 201；SEESORB 202(SEESORB UV吸收剂可购自Shipro KaseiKaisha，Ltd.)；TINUVIN 120(购自BASF)；P 25(购自BASF)。
合适的苯并噁嗪酮UV吸收剂包括但不限于2,2’-(对亚苯基)二-3,1-苯并噁嗪-4-酮。这种类型的合适的UV吸收剂的可商购获得的示例包括但不限于CYASORB 3638(得自Cytec Industries Inc.)。
合适的肉桂酸酯或丙烯酸酯UV吸收剂包括但不限于(对甲氧基亚苄基)丙二酸二甲酯和3-(4-甲氧基苯基)-2-丙烯酸-2-乙基己基酯或对甲氧基肉桂酸辛酯。
合适的氰基丙烯酸酯UV吸收剂包括但不限于乙基-2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸酯；2-乙基己基-2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸酯、1,3-双-[(2’-氰基-3,3’-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双-{[(2-氰基-3’,3’-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基}丙烷和2-氰基-3-(2-甲基二氢吲哚基)甲基丙烯酸酯。这种类型的合适的UV吸收剂的一些可商购获得的示例包括但不限于3030、UVINOL 3035和UVINUL 3039。Uvinul系列添加剂购自BASF。
合适的脂环族酮UV吸收剂包括但不限于3-(4-甲基亚苄基)-D,L-樟脑。
合适的甲脒UV吸收剂包括但不限于4-[[(甲基苯基氨基)亚甲基]氨基]苯甲酸乙酯。
合适的甲酰苯胺(包括草酰胺)UV吸收剂包括但不限于N-(2-乙氧基苯基)-N’-(4-异十二烷基苯基)草酰胺、N-[5-叔丁基-2-乙氧基苯基)-N’-(2-乙基苯基)草酰胺、N-(2-乙氧基苯基)-N’-(2-乙基苯基)草酰胺、2H-苯并咪唑-2-羧酸(4-乙氧基苯基)酰胺以及这些中两种或更多种的混合物。这些类型添加剂的一些可商购获得的示例是得自Clariant的3206和得自BASF的/>312；
合适的三嗪UV吸收剂包括但不限于2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-辛氧基苯酚、2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-己氧基苯酚、2-[4-((2-羟基-3-十二烷氧基-丙基)氧基)-2-羟苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪、2,4,6-三苯胺基-对-(羰-2’-乙基己基-1’-氧基)-1,3,5-三嗪以及这些中的两种或更多种的混合物。400；TINUVIN 1577 ED；UVI-NUL T-150，得自BASF
合适的水杨酸酯UV吸收剂包括但不限于3,3,5-三甲基环己基水杨酸酯或高甲基水杨酸酯和邻氨基苯甲酸薄荷酯。这些类型的添加剂的一些可商购获得的示例是购自Symrise AG的NEOHMS和NEO HELI-/>MA。
如果存在，则基于该组合物的重量计，UV吸收剂通常以大于0至4重量％、更通常0.2重量％至3重量％并且甚至更通常0.3重量％至2重量％的量存在。
在本发明的一个非限制性示例中，方向盘框架由热塑性聚氨酯材料构成。作为该实施方案的示例，本发明可以包括用于车辆的方向盘，该方向盘包括方向盘框架，该方向盘框架包括方向盘轮缘、毂基部和至少一个轮辐，其中毂基部被布置在方向盘轮缘内侧并且毂基部通过至少一个轮辐连接到方向盘轮缘，并且其中方向盘框架由具有50,000道尔顿至350,000道尔顿、或80,000道尔顿至200,000道尔顿的重均分子量(Mw)的热塑性聚氨酯组合物构成并且具有以下特性：(a)根据ASTM D256测量的1.5ft-lb/in至30ft-lb/in、或甚至15ft-lb/in至30ft-lb/in的悬臂梁缺口冲击强度(3.2mm/23℃)；(b)根据ASTM D790测量的80,000至2,300,000或甚至150,000至500,000的弯曲模量；(c)根据ASTM D 3763测量的100-900in-lb的仪表化落镖冲击(23℃下的总能量)；以及(d)根据ASTM D638测量的80,000psi至2,600,000psi、或甚至100,000psi至300,000psi的拉伸模量。在一个实施方案中，用于构造方向盘框架的热塑性聚氨酯组合物包含二异氰酸酯组分、扩链剂组分和任选的多元醇组分的反应产物。在一个实施方案中，二异氰酸酯组分是芳族二异氰酸酯，诸如4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)。在一个实施方案中，扩链剂组分可选自1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,4-环己烷二甲醇、壬二醇、十二烷二醇、或它们的组合。在一个实施方案中，多元醇组分可选自聚醚多元醇和/或聚酯多元醇。在一个实施方案中，用于构造方向盘框架的热塑性聚氨酯组合物具有至少60重量％或甚至75重量％至90重量％的硬链段含量(异氰酸酯组分和扩链剂组分的总重量百分比)。
在一些实施方案中，本发明的方向盘还可以包括用于方向盘框架的泡沫覆盖物，该泡沫覆盖物至少部分或甚至完全覆盖方向盘框架。在一些实施方案中，泡沫覆盖物包含柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫，其中该柔性注塑泡沫由(a)热塑性聚氨酯组合物和(b)化学发泡剂和/或开孔表面活性剂的组合形成，该热塑性聚氨酯组合物具有(i)50,000道尔顿至350,000道尔顿，例如100,000道尔顿至200,000道尔顿、或甚至125,000道尔顿至175,000道尔顿的重均分子量(Mw)，其中Mw通过凝胶渗透色谱法测量，和(ii)1.2至3.5、或甚至2至2.5的分散度(Mw/Mn)。在一个实施方案中，该柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫具有以下特性：(a)如通过差示扫描色谱法(DSC)所测量的25℃至205℃、或甚至40℃至150℃的结晶峰温度；(b)如通过DSC所测量的106℃至206℃的熔融峰温度；以及(c)介于1℃和137℃之间的该熔融峰温度和该结晶峰温度之间的差值。在另一个实施方案中，该柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫体另选地或除此之外表现出以下特性：(a)根据ASTM D2632测量的至少30％的垂直回弹；(b)根据ASTM D395测量的不超过25％的室温下的压缩永久变形；(c)根据ASTM D395测量的不超过50％的50℃下的压缩永久变形；以及(d)根据ASTM D2240测量的30至65的Asker C硬度。用于制备可用于本文的热塑性聚氨酯泡沫的化学发泡剂可选自放热型发泡剂或吸热型发泡剂。放热型发泡剂的一个示例是偶氮二碳酰胺。吸热型发泡剂的示例是碳酸氢钠和柠檬酸的混合物。也可使用放热型和吸热型发泡剂的混合物。在加热时释放气体的任何已知或今后开发的化学发泡剂可用于本发明。在一些实施方案中，发泡剂可以以母料的形式添加到热塑性聚氨酯组合物中，该母料含有聚合物载体，诸如聚乙烯或热塑性聚氨酯材料(其可以与用于泡沫的热塑性聚氨酯相同或不同)连同化学发泡剂。在使用母料的实施方案中，母料以0.5重量％至10重量％，例如1重量％至5重量％的量(基于该热塑性聚氨酯组合物和母料的总重量计)添加。在其他实施方案中，热塑性聚氨酯组合物通过使用开孔表面活性剂发泡。开孔表面活性剂的示例包括但不限于硅酮、硅氧烷共聚物、非硅氧烷共聚物、非硅酮、或它们的任何组合。除了化学发泡剂之外，在本发明的一些实施方案中，用于形成泡沫的混合物可附加包括物理发泡剂或成核剂。物理发泡剂包括但不限于直链、支链或环状C1至C6烃，直链、支链或环状C1至C6氟碳化合物；N2、O2、氩、CO2或它们的任何组合。成核剂可选自滑石或二氧化硅。可用于制备本发明泡沫的热塑性聚氨酯组合物包括至少一种多元醇组分、至少一种二异氰酸酯组分和至少一种扩链剂组分的反应产物。在示例性实施方案中，多元醇组分可选自聚醚多元醇(诸如聚四亚甲基醚二醇)、聚酯多元醇(诸如己二酸丁二醇酯)或聚己内酯多元醇。在一个实施方案中，在用于泡沫的热塑性聚氨酯组合物中使用的扩链剂可选自1,4-丁二醇、苯二醇或它们的组合。在一个实施方案中，用于构造方向盘框架的热塑性聚氨酯组合物具有20重量％至60重量％、或甚至20重量％至40重量％或甚至25重量％至35重量％的硬链段含量(异氰酸酯组分和扩链剂组分的总重量百分比)。可用于本发明的热塑性聚氨酯泡沫的示例包括在US10973281和US20170178181中公开的那些，其以引用方式并入本文。
本发明还包括一种用于制造方向盘的方法，该方法包括注塑热塑性聚氨酯组合物以形成方向盘框架的步骤。例如，制造方向盘框架的方法包括注塑热塑性聚氨酯组合物，所述热塑性聚氨酯组合物具有以下中的一者或多者：(1)50,000道尔顿至350,000道尔顿、或80,000道尔顿至200,000道尔顿的重均分子量(Mw)；(2)根据ASTM D256测量的1.5ft-lb/in至30ft-lb/in、或甚至15ft-lb/in至30ft-lb/in的悬臂梁缺口冲击强度(3.2mm/23℃)；(3)根据ASTM D790测量的80,000至2,300,000或甚至150,000至500,000的弯曲模量；(4)根据ASTM D 3763测量的100-900in-lb的仪表化落镖冲击(23℃下的总能量)；以及(5)根据ASTMD638测量的80,000psi至2,600,000psi、或甚至100,000psi至300,000psi的拉伸模量。在一个实施方案中，用于构造方向盘框架的热塑性聚氨酯组合物包含二异氰酸酯组分、扩链剂组分和任选的多元醇组分的反应产物，其中用于形成方向盘框架的热塑性聚氨酯组合物具有至少60重量％或甚至75重量％至90重量％的硬链段含量(异氰酸酯组分和扩链剂组分的总重量百分比)。
在另一个实施方案中，本发明包括一种制备用于方向盘的发泡热塑性聚氨酯覆盖物的方法。此类方法可包括以下步骤：(A)提供方向盘框架，其中方向盘框架包括方向盘轮缘、毂基部和至少一个轮辐，其中毂基部被布置在方向盘轮缘内侧，并且毂基部通过至少一个轮辐连接到方向盘轮缘，以及(B)通过以下步骤形成用于方向盘框架的泡沫覆盖物：(1)提供包含热塑性聚氨酯材料和化学发泡剂的柔性热塑性聚氨酯发泡混合物，其中所述热塑性聚氨酯材料包含以下组分的反应产物：(i)至少一种多元醇组分，(ii)至少一种二异氰酸酯组分和(iii)至少一种扩链剂组分，并且其中该热塑性聚氨酯(a)具有20重量％至60重量％、或20重量％至40重量％、或25重量％至35重量％的硬链段含量，(b)如通过凝胶渗透色谱法测量的50,000道尔顿至350,000道尔顿或100,000道尔顿至200,000道尔顿的重均分子量，和(c)1.2至3.5或2.0至2.5的分散度(Mw/Mn)；(2)将该热塑性聚氨酯材料和该化学发泡剂混合，得到发泡混合物；以及(3)以使得该第二热塑性聚氨酯材料和该化学发泡剂表面活性剂相互作用的方式注塑该发泡混合物，以形成柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫。在一个实施方案中，注塑发泡混合物的步骤在封闭模具中进行。在另一个实施方案中，注塑发泡混合物的步骤包括将泡沫覆盖物直接模塑方向盘框架上。
本发明还包括一种制造方向盘的方法，所述方法包括以下步骤：(1)通过注塑如本文所述的可用于方向盘框架的第一热塑性聚氨酯材料形成如本文所述的方向盘框架，以及(2)使用如本文所述的第二热塑性聚氨酯组合物的组合形成用于方向盘的泡沫覆盖物。
以上提及的每篇文献以引用方式并入本文，包括要求其优先权的任何先前申请，无论是否上文具体列出。任何文献的提及不是承认该文献有资格成为现有技术或构成任何司法管辖区技术人员的一般知识。除非在实施例中或另外明确指出，否则本说明书中指定物质量、反应条件、分子量、碳原子数目等的所有数值量应理解为由词语“约”修饰。应当理解，本文所述的量、范围和比例的上限和下限可独立地组合。类似地，本发明每种要素的范围和量可与任何其他要素的范围或量一起使用。
如本文所用，与“包含”、“含有”或“特征在于”同义的过渡术语“包括”是包括性或开放式的，而并不排除另外的、未列举的要素或方法步骤。然而，在本文对“包含”的每一次使用中，意在使该术语还涵盖作为替代实施方案的短语“基本上由……组成”和“由……组成”，其中，“由……组成”排除未指出的任何要素或步骤，并且“基本上由……组成”允许包括不实质上影响所考虑的组合物或方法的基本和新颖特性的另外的未叙述的要素或步骤。
虽然为了说明本发明的目的已示出了某些代表性实施方案和细节，但对于本领域的技术人员来说，显然，在不脱离本发明范围的情况下仍可进行各种变化和修改。就这一点而言，本发明的范围仅由以下权利要求书限定。

Claims (62)

1.一种用于车辆的方向盘，所述方向盘包括：
方向盘框架，其中所述方向盘框架包含第一热塑性聚氨酯材料，所述第一热塑性聚氨酯材料具有(a)50,000道尔顿至350,000道尔顿或80,000道尔顿至200,000道尔顿的重均分子量(Mw)；(b)根据ASTMD256测量的1.5ft-lb/in至30ft-lb/in、或15ft-lb/in至30ft-lb/in的悬臂梁缺口冲击强度(3.2mm/23℃)；(c)根据ASTM D790测量的80,000至2,300,000或150,000至500,000的弯曲模量；(d)根据ASTM D 3763测量的100-900in-lb的仪表化落镖冲击(23℃下的总能量)；以及(e)根据ASTM D638测量的80,000psi至2,600,000psi、或100,000psi至300,000psi的拉伸模量。
2.根据权利要求1所述的方向盘，其中所述第一热塑性聚氨酯材料包含第一二异氰酸酯组分、第一扩链剂组分和任选的至少一种第一多元醇组分的反应产物，其中所述第一二异氰酸酯组分和所述第一扩链剂组分的组合重量构成所述第一热塑性聚氨酯材料的硬链段含量。
3.根据权利要求2所述的方向盘，其中所述第一热塑性聚氨酯材料包含至少60重量％的硬链段含量。
4.根据权利要求2或3所述的方向盘，其中所述第一热塑性聚氨酯材料包含75重量％至90重量％的硬链段含量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方向盘，其中所述第一二异氰酸酯组分为芳族二异氰酸酯。
6.根据权利要求5所述的方向盘，其中所述第一二异氰酸酯为4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方向盘，其中所述第一扩链剂组分选自1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,4-环己烷二甲醇、壬二醇、十二烷二醇、或它们的组合。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方向盘，其中存在所述第一多元醇组分并且所述第一多元醇组分包括聚醚多元醇或聚酯多元醇。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方向盘，还包括：
用于所述方向盘框架的泡沫覆盖物，其中所述泡沫覆盖物包含柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫，其中所述柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫由(i)第二热塑性聚氨酯材料与(ii)和化学发泡剂和/或开孔表面活性剂的组合形成，其中所述第二热塑性聚氨酯材料具有如通过凝胶渗透色谱法所测量的50,000道尔顿至350,000道尔顿或100,000道尔顿至200,000道尔顿的重均分子量和1.2至3.5或2.0至2.5的分散度(Mw/Mn)。
10.根据权利要求9所述的方向盘，其中所述柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫具有：
(i)如通过DSC所测量的25℃至205℃或40℃至150℃的结晶峰温度；
(ii)如通过DSC所测量的106℃至206℃的熔融峰温度；以及
(iii)各自如通过DSC所测量的介于1℃和137℃之间的所述熔融峰温度和所述结晶峰温度之间的差值。
11.根据权利要求9或10所述的方向盘，其中所述柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫具有：
(i)如通过ASTM D2632所测量的至少30％的垂直回弹；
(ii)如通过ASTM D395所测量的不超过25％的室温下的压缩永久变形；
(iii)如通过ASTM D395所测量的不超过50％的50℃下的压缩永久变形；以及
(iv)如通过ASTM D2240所测量的30至65的Asker C硬度。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方向盘，其中所述发泡剂包括化学发泡剂或由化学发泡剂组成。
13.根据权利要求12所述的方向盘，其中所述化学发泡剂包括放热型发泡剂或由放热型发泡剂组成。
14.根据权利要求13所述的方向盘，其中所述放热型发泡剂包含偶氮二碳酰胺或由偶氮二碳酰胺组成。
15.根据权利要求9至12中任一项所述的方向盘，其中所述发泡剂包括吸热型发泡剂或由吸热型发泡剂组成。
16.根据权利要求15所述的方向盘，其中所述发泡剂包含碳酸氢钠和柠檬酸的混合物或由碳酸氢钠和柠檬酸的混合物组成。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的方向盘，其中所述化学发泡剂由包含聚合物载体和所述化学发泡剂的母料递送。
18.根据权利要求17所述的方向盘，其中所述柔性热塑性聚氨酯泡沫由0.5重量％至10重量％或1重量％至5重量％的所述母料和90重量％至99.5重量％或95重量％至99重量％的所述第二热塑性聚氨酯材料的组合形成。
19.根据权利要求17或18所述的方向盘，其中所述聚合物载体包含载体热塑性聚氨酯组合物或由载体热塑性聚氨酯组合物组成，其中所述载体热塑性聚氨酯组合物可以与所述第一热塑性聚氨酯材料和所述第二热塑性聚氨酯材料相同或不同。
20.根据权利要求17或18所述的方向盘，其中所述聚合物载体包含聚乙烯或由聚乙烯组成。
21.根据权利要求9所述的方向盘，其中所述开孔表面活性剂包括一种或多种硅酮、硅氧烷共聚物、非硅氧烷共聚物、非硅酮、或它们的任何组合。
22.根据权利要求1至15中任一项所述的方向盘，其中所述第二热塑性聚氨酯材料包含以下组分的反应产物：(a)至少一种多元醇组分，(b)至少一种二异氰酸酯组分和(c)至少一种扩链剂组分，其中所述至少一种二异氰酸酯组分和所述至少一种扩链剂组分的组合重量构成所述热塑性聚氨酯材料的硬链段含量，并且其中所述热塑性聚氨酯材料具有20重量％至60重量％、或20重量％至40重量％、或25重量％至35重量％至35重量％的硬链段含量。
23.根据权利要求22所述的方向盘，其中所述多元醇组分选自聚醚多元醇、聚酯多元醇或它们的组合。
24.根据权利要求23所述的方向盘，其中所述多元醇组分包括聚四亚甲基醚二醇或由聚四亚甲基醚二醇组成。
25.根据权利要求24所述的方向盘，其中所述热塑性聚氨酯材料具有20重量％至60重量％或23重量％至45重量％的硬链段含量。
26.根据权利要求23所述的方向盘，其中所述多元醇组分包括衍生自己二酸的聚酯多元醇或由衍生自己二酸的聚酯多元醇组成。
27.根据权利要求26所述的方向盘，其中所述热塑性聚氨酯材料具有至多50重量％、或24重量％至50重量％、或24重量％至30重量％的硬链段含量。
28.根据权利要求23所述的方向盘，其中所述多元醇组分包括聚己内酯聚酯多元醇或由聚己内酯聚酯多元醇组成。
29.根据权利要求28所述的方向盘，其中所述热塑性聚氨酯材料具有20重量％至60重量％、或20重量％至40重量％、或25重量％至35重量％的硬链段含量。
30.根据权利要求22至29中任一项所述的方向盘，其中所述扩链剂组分包括1,4-丁二醇、苯二醇、或它们的任何组合。
31.根据权利要求1至30中任一项所述的方向盘，其中所述方向盘框架包括方向盘轮缘、毂基部和至少一个轮辐，其中所述毂基部被布置在所述方向盘轮缘内侧，并且所述毂基部通过所述至少一个轮辐连接到所述方向盘轮缘。
32.一种制备方向盘的方法，所述方法包括以下步骤：
通过注塑第一热塑性聚氨酯材料形成方向盘框架，所述第一热塑性聚氨酯材料具有(a)50,000道尔顿至350,000道尔顿、或80,000道尔顿至200,000道尔顿的重均分子量(Mw)；(b)根据ASTM D256测量的1.5ft-lb/in至30ft-lb/in、或15ft-lb/in至30ft-lb/in的悬臂梁缺口冲击强度(3.2mm/23℃)；(c)根据ASTM D790测量的80,000至2,300,000或150,000至500,000的弯曲模量；(d)根据ASTM D 3763测量的100-900ln-lb的仪表化落镖冲击(23℃下的总能量)；以及(e)根据ASTMD638测量的80,000psi至2,600,000psi、或100,000psi至300,000psi的拉伸模量。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一热塑性聚氨酯材料包含第一二异氰酸酯组分、第一扩链剂组分和任选的至少一种第一多元醇组分的反应产物，其中所述第一二异氰酸酯组分和所述第一扩链剂组分的组合重量构成所述第一热塑性聚氨酯材料的硬链段含量。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述第一热塑性聚氨酯材料包含至少60重量％的硬链段含量。
35.根据权利要求33或34所述的方法，其中所述第一热塑性聚氨酯材料包含75重量％至90重量％的硬链段含量。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其中所述第一二异氰酸酯组分为芳族二异氰酸酯。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述第一二异氰酸酯为4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)。
38.根据权利要求33至37中任一项所述的方法，其中所述第一扩链剂组分选自1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,4-环己烷二甲醇、壬二醇、十二烷二醇、或它们的组合。
39.根据权利要求33至38中任一项所述的方法，其中存在所述第一多元醇组分并且所述第一多元醇组分包括聚醚多元醇或聚酯多元醇。
40.根据权利要求32至38中任一项所述的方法，还包括：
形成用于所述方向盘框架的泡沫覆盖物。
41.根据权利要求40所述的方法，包括以下步骤：
(1)提供包含第二热塑性聚氨酯材料和化学发泡剂的热塑性聚氨酯发泡混合物，其中所述第二热塑性聚氨酯材料包含以下组分的反应产物：(i)至少一种多元醇组分，(ii)至少一种二异氰酸酯组分和(iii)至少一种扩链剂组分，并且其中所述热塑性聚氨酯(a)具有20重量％至60重量％、或20重量％至40重量％、或25重量％至35重量％的硬链段含量，(b)如通过凝胶渗透色谱法所测量的50,000道尔顿至350,000道尔顿或100,000道尔顿至200,000道尔顿的重均分子量，和(c)1.2至3.5或2.0至2.5的分散度(Mw/Mn)；
(2)将所述第二热塑性聚氨酯材料和所述化学发泡剂混合，得到发泡混合物；
(3)以使得所述第二热塑性聚氨酯材料和所述化学发泡剂表面活性剂相互作用的方式注塑所述发泡混合物，以形成柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述柔性热塑性聚氨酯泡沫具有：
(i)如通过DSC所测量的25℃至205℃或40℃至150℃的结晶峰温度；
(ii)如通过DSC所测量的106℃至206℃的熔融峰温度；以及
(iii)各自如通过DSC所测量的介于1度和137度之间的所述熔融峰温度和所述结晶峰温度之间的差值。
43.根据权利要求40或41所述的方法，其中所述柔性注塑热塑性聚氨酯泡沫具有：
(i)如通过ASTM D2632所测量的至少30％的垂直回弹；
(ii)如通过ASTM D395所测量的不超过25％的室温下的压缩永久变形；
(iii)如通过ASTM D395所测量的不超过50％的50℃下的压缩永久变形；以及
(iv)如通过ASTM D2240所测量的30至65的Asker C硬度。
44.根据权利要求40至43中任一项所述的方法，其中所述化学发泡剂包括放热型发泡剂或由放热型发泡剂组成。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述放热型发泡剂包含偶氮二碳酰胺或由偶氮二碳酰胺组成。
46.根据权利要求40至43中任一项所述的方法，其中所述发泡剂包括吸热型发泡剂或由吸热型发泡剂组成。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述发泡剂包含碳酸氢钠和柠檬酸的混合物或由碳酸氢钠和柠檬酸的混合物组成。
48.根据权利要求40至47中任一项所述的方法，其中所述化学发泡剂由包含聚合物载体和所述化学发泡剂的母料递送。
49.根据权利要求48所述的方法，其中所述发泡混合物含有0.5重量％至10重量％或1重量％至5重量％的所述母料和90重量％至99.5重量％或95重量％至99重量％的所述第二热塑性聚氨酯材料。
50.根据权利要求46或47所述的方法，其中所述聚合物载体包含载体热塑性聚氨酯组合物或由载体热塑性聚氨酯组合物组成。
51.根据权利要求46或47所述的方法，其中所述聚合物载体包含聚乙烯或由聚乙烯组成。
52.根据权利要求30至51中任一项所述的方法，其中所述多元醇组分选自聚醚多元醇、聚酯多元醇或它们的组合。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述多元醇组分包括聚四亚甲基醚二醇或由聚四亚甲基醚二醇组成。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述热塑性聚氨酯材料具有20重量％至60重量％或23重量％至45重量％的硬链段含量。
55.根据权利要求54所述的方法，其中所述多元醇组分包括衍生自己二酸的聚酯多元醇或由衍生自己二酸的聚酯多元醇组成。
56.根据权利要求55所述的方法，其中所述热塑性聚氨酯材料具有至多50重量％、或24重量％至50重量％、或24重量％至30重量％的硬链段含量。
57.根据权利要求52所述的方法，其中所述多元醇组分包括聚己内酯聚酯多元醇或由聚己内酯聚酯多元醇组成。
58.根据权利要求57所述的方法，其中所述热塑性聚氨酯材料具有20重量％至60重量％、或20重量％至40重量％、或25重量％至35重量％的硬链段含量。
59.根据权利要求40至58中任一项所述的方法，其中所述扩链剂组分包括1,4-丁二醇、苯二醇、或它们的任何组合。
60.根据权利要求32至59中任一项所述的方法，其中所述方向盘框架包括方向盘轮缘、毂基部和至少一个轮辐，其中所述毂基部被布置在所述方向盘轮缘内侧，并且所述毂基部通过所述至少一个轮辐连接到所述方向盘轮缘。
61.根据权利要求40至60中任一项所述的方法，其中注塑所述发泡混合物的步骤在封闭模具中进行。
62.根据权利要求40至60中任一项所述的方法，其中注塑所述发泡混合物的步骤包括将所述泡沫覆盖物直接模塑到所述方向盘框架上。
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