JP2001096544A - インテグラルスキンフォームの成形方法及び成形用ポリウレタン材料 - Google Patents
インテグラルスキンフォームの成形方法及び成形用ポリウレタン材料Info
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Abstract
れ、ボイド不良等の欠陥の無い良好な外観を有するIS
Fを成形できるようにする。 【解決手段】 成形用金型1のキャビティ4を400T
orr以下に減圧する。ポリオール成分とイソシアネー
ト成分とを主成分とし、フロンを無添加とし、ギ酸、ギ
酸のアミン塩及びホウ酸のアミン塩から選ばれる少なく
とも一つを添加し、ポリオール成分100重量部に対す
る水の含有量を1重量部以下に制限したポリウレタン材
料Mを、キャビティ4に注入して発泡させることによ
り、低発泡の自己スキン層と高発泡のコア部とを備えた
半硬質のISFを成形する。
Description
と高発泡のコア部とを備えた半硬質のインテグラルスキ
ンフォーム(以下、ISFという。)の成形方法及び成
形用ポリウレタン材料に関し、例えば、自動車のステア
リングホイールの被覆又はパッド、インストルメントパ
ネル、コンソールボックスやグローブボックスの蓋体、
ヘッドレスト、アームレスト、エアスポイラー等のIS
F成形品を反応射出成形(以下、RIM成形という。)
するのに好適なものである。
ウレタン材料を型のキャビティに注入し、ウレタン反応
熱によりフロンを発泡させることによって成形されてい
たが、環境問題によってフロンは使用が禁止・制限され
るようになった。
なくてもISFを成形できる新しい方法を開示した(特
開平4−226313号公報)。その方法は、型のキャ
ビティの気圧を低くする工程と、ポリオール成分100
重量部に対して水を0.1〜0.6重量部添加したポリ
ウレタン材料を、前記キャビティ内に注入して発泡させ
ることにより流動及び充満させる工程とを含むものであ
る。そのキャビティの減圧の程度(真空度)は、例え
ば、水の添加量が0.1重量部である場合には100T
orr以下が好ましく、水の添加量が0.6重量部であ
る場合には400Torr以下が好ましいとされてい
た。
の添加量とキャビティの真空度とを調節すれば、発泡倍
率が変わるため、密度が種々異なるコア部を備えたIS
Fを成形できた。しかし、キャビティの真空度を高くし
て(特に100Torr以下)、低密度(特に0.6g
/cm3 以下)のコア部を形成しようとすると、コア部
及びスキン層にヒケが発生して外部から凹んだように見
え、良好な外観を得ることができなかった。
方法として、水の添加量を増やす方法と、エアローディ
ングにより空気泡を導入する方法とを試みたが、いずれ
もコア部の密度は下がるものの、コア部及びスキン層に
膨れやボイド不良等の欠陥が増加して、やはり良好な外
観を得ることはできなかった。
リウレタン材料に特定の材料を添加することにより、コ
ア部の密度が低くなっても(例えば0.6g/cm3 以
下)、ヒケ、膨れ、ボイド不良等の欠陥の無い良好な外
観を得ることができることを見い出し、本発明の完成に
到った。
を備えるとともに、ヒケ、膨れ、ボイド不良等の欠陥の
無い良好な外観を有するISFを成形できるようにする
ことにある。
ン層と高発泡のコア部とを備えた半硬質のISFの成形
方法において、型のキャビティを400Torr以下に
減圧する工程と、ポリオール成分とイソシアネート成分
とを主成分とし、フロンを無添加とし、ギ酸、ギ酸のア
ミン塩及びホウ酸のアミン塩から選ばれる少なくとも一
つを添加してなるポリウレタン材料を、前記キャビティ
に注入して発泡させる工程とを含むISFの成形方法。
圧するのは、低密度のコア部を形成するためであり、特
に密度0.6g/cm3 以下とするためには100To
rr以下に減圧することが好ましい。
ア部とを備えた半硬質のISFを成形するポリウレタン
材料において、ポリオール成分とイソシアネート成分と
を主成分とし、フロンを無添加とし、ギ酸、ギ酸のアミ
ン塩及びホウ酸のアミン塩から選ばれる少なくとも一つ
を添加したことを特徴とするISFの成形用ポリウレタ
ン材料。
て、ポリウレタン材料は、ポリオール成分100重量部
に対する水の含有量を1重量部以下に制限したものが好
ましく、0.6重量部以下に制限したものがさらに好ま
しい。膨れ、ボイド不良等の欠陥を防止するためであ
る。ここでいう水の含有量とは、含有の原因を問わず、
材料に自然吸湿された水(通常、0.1〜0.15重量
部)も、添加した水も含む値である。
量部未満)には、主として、ポリウレタン材料中に消極
的に含まれていた吸蔵ガスが減圧下で急激に突沸するメ
カニズムにより発泡する。この吸蔵ガスは、ポリウレタ
ン材料にもともと含まれていた微量の各種ガスや、循環
中のポリウレタン材料に自然に巻き込まれたり溶解した
りした少量の空気等である。なお、下記のメカニズム
(水−イソシアネート反応)も若干寄与する。
部以上)には、主として、ウレタン反応熱によりポリウ
レタン材料中の水とイソシアネート成分との反応が促進
されてCO2 泡が発生し、このCO2 泡が減圧下で膨脹
するメカニズムにより発泡する。なお、水の沸騰(減圧
により沸点降下する)・気化による物理発泡も寄与し、
上記のメカニズム(吸蔵ガス)も若干寄与する。
離れたポリウレタン材料の内部は低密度のコア部とな
り、型面に接したポリウレタン材料の表面部は、反応熱
が型へ逃げてウレタン反応及び増粘が遅れ、減圧により
脱泡されやすいため、高密度(低発泡)のスキン層とな
る。
の気圧(真空度)は400Torr以下とするが、10
0Torr以下がさらに好ましい。
(2−ジメチルアミノエチル)エーテル(以下、BDA
EEという)塩、ギ酸のトリエチレンジアミン(以下、
TEDAという)塩、ギ酸の第4級アンモニウム塩、ギ
酸の1,8ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン
−7(以下、DBUという)塩、等を例示できる。これ
らは1種類を単独で又は2種類以上を混合して添加でき
る。
BDAEE塩、等を例示できる。
ン塩から選ばれる少なくとも一つ」の添加量は、その種
類、要求されるコア部の発泡倍率等によっても異なる
が、ポリオール成分100重量部に対して0.03〜
5.0重量部とすることが好ましい。同範囲より少ない
と欠陥防止作用が低く、同範囲より多くてもコストがか
かるだけで欠陥防止作用はさほど変わらない。
覆の成形に具体化した第一実施形態について、図1〜図
8に基づいて説明する。まず、本実施形態で使用する成
形装置は、図1〜図3に示すように、2つの分割型から
なる成形用金型1と、該成形用金型1を内部に配置可能
な真空箱11と、該真空箱11内を真空吸引する真空ポ
ンプ20と、該真空箱11に付設され、成形用金型1の
キャビティ4にポリウレタン材料を射出可能な材料射出
機構21とから構成されている。また、本実施形態で使
用するステアリングホイール41の芯金42は、リング
部とスポーク部と中心のボス部とからなり、そのリング
部の全部とスポーク部の一部とにISF被覆43が成形
される。
可動型3との2つの分割型からなり、両型2,3の対峙
面には型閉じ時に略リング状のキャビティ4を形成する
成形溝4aが形成されている。キャビティ4の断面中心
には、芯金42のリング部の全部とスポーク部の一部と
が配置される。固定型2と可動型3のPL面2a,3a
には、前記キャビティ4への材料流路であるスプルー
6、ランナー7及びゲート8が凹設され、成形溝4aの
外周側かつ図2等における左端にゲート8が開口してい
る。従って、ポリウレタン材料Mはこのゲート8からキ
ャビティ4に注入されて二方向に分かれて流動し、図2
等における右端の最終充満位置Lで合流して充満するよ
うになっている。
ベント孔5が設けられている。このベント孔5の直径
は、通常、1〜10mmとされる。直径1mm未満のベ
ント孔5では、最終充満位置Lがばらついたときに、ガ
ス抜き効果が充分得られない場合があり、直径10mm
を越えるベント孔5では、成形品の仕上げ加工後に、こ
のベント孔5の跡が目立ち、成形品の外観を悪くさせて
しまうので好ましくない。本実施形態では、直径3m
m、長さ15mmの真直なベント孔5とした。また、型
閉じ時のPL面2a,3a間には、金型の加工精度の関
係から、キャビティ4の全周にわたり0.03〜0.0
6mmの隙間が発生するが、該隙間はエアベントランド
として後述のガス抜きの作用を奏する。
には、両型2,3の型閉じ時の位置決め用嵌合部31
と、芯金42のボス部を収めて保持するための凹所32
及び台座33とが設けられている。この台座33には成
形後のステアリングホイール41を離型させるためのイ
ジェクトピン34が突出可能に内設されている。
(発泡圧は通常50〜500kPa程度である。)は要
求されないので、アルミニウム型、電鋳型等の安価な型
を使用することができる。
ース12と、可動型3が固定された下ケース13とから
なり、上ケース12の合せ部に設けられた取付溝にはO
リング状のシール部材14が装着され、真空箱11を閉
じたときに、その内部が密閉されるようになっている。
また、図1〜図3に示すように、下ケース13に設けら
れた吸引ノズル16には、吸引ホース15及びリークバ
ルブ17を介して、真空ポンプ20が接続されている。
この真空箱11は、成形用金型1を内部に配置可能で、
且つ、その成形用金型1との間に空間部Kが形成される
大きさに形成されている。
図6に示すように、該下ケース13の外部からベント孔
5の付近を目視し得る透視窓51が設けられている。こ
の透視窓51は、下ケース13に貫設された開口52
と、該開口52を内側から塞ぐように、シールリング5
3を介して下ケース13の内面に当てられたガラス製又
は合成樹脂製の透明板54と、該透明板54の周縁を押
さえてボルト55により下ケース13に止められる枠体
56とから構成される。枠体56と透明板54との間及
び、枠体54と下ケース13との間には、シール板57
を介することが好ましい。
と下ケース13は、各々一体化されている。この下ケー
ス13は図示しない油圧シリンダラム等に取り付けられ
ており、型閉じ時にはその周縁合せ部が上ケース12の
周縁合せ部に当たるまで上昇され、型開き時には下降さ
れるようになっている。
ポリオール混合成分を貯溜するタンク25及びイソシア
ネート成分を貯溜するタンク26とミキシングヘッド2
2とが、それぞれ高圧ポンプ27及びフィルタ28を具
備する循環路29により接続されて構成され、ポリオー
ル混合成分とイソシアネート成分との衝突混合及び各成
分の循環を繰返すことができるようになっている。図1
等に示すように、ミキシングヘッド22の射出ノズル2
3は、Oリング24,24を介して成形用金型1のスプ
ルー6部位に接続可能である。
は、ポリオール成分とイソシアネート成分とを主成分と
し、フロンを無添加とし、ギ酸、ギ酸のアミン塩及びホ
ウ酸のアミン塩から選ばれる少なくとも一つを添加し、
ポリオール成分100重量部に対する水の含有量を1重
量部以下に制限したものである。
順に説明する。 図1に示すように成形用金型1を型開きした状態
で、図2に示すように可動型3に芯金42をセットす
る。
閉じしてキャビティ4を形成すると略同時に、真空箱1
1を閉じてその内部を密閉状態とする。本実施形態で
は、下ケース13を図示しない油圧シリンダラム等によ
り上昇させることにより、シール部材14を上ケース1
2の合せ部に当接させて真空箱11を密閉状態とすると
ともに、固定型2と可動型3とを型閉じした。なお、成
形用金型1の開閉と真空箱11の開閉とは、別々の油圧
シリンダ等で個々に行うこともでき、両方の開閉タイミ
ングをずらすこともできる。
ル16から真空箱11の空間部Kを400Torr以下
(好ましくは100Torr以下)の真空度まで減圧す
る。このとき、キャビティ4は、PL面2a,3a間の
隙間、スプルー6等の材料流路、さらにはベント孔5を
通じて、真空箱11の空間部Kと連通状態にあるので、
該キャビティ4も空間部Kと同程度の真空度まで減圧さ
れる。
行いながら、図4に示すように、前記ポリウレタン材料
Mを射出ノズル23からキャビティ4に注入し、RIM
成形を行なう。
ポリウレタン材料Mの内部には、前述した作用により、
図8に示すような高発泡倍率で低密度のコア部45が形
成される。また、型表面に接するポリウレタン材料Mの
表面部には、前述した作用により、泡がほとんど残存し
ない低発泡の緻密な自己スキン層44が形成される。ま
た、芯金42に接するポリウレタン材料Mの内面部に
も、同様の作用により、低発泡の緻密な自己接着層47
が形成される。一般に、自己接着層47は自己スキン層
44よりやや薄く形成される。
PL面2a,3aの間の隙間を順に自己シールしてゆ
く。そして、ポリウレタン材料Mの流動先端部が最終充
満位置Lに到達してベント孔5から少し吹き出したとき
に、該流動先端部が反応硬化してベント孔5を自己シー
ルするように、ポリウレタン材料Mの反応速度が調整さ
れている。
に、真空箱11の外部から透視窓51を通してベント孔
5の付近を目視することができるので、真空箱11を密
閉したまま、ポリウレタン材料Mの流動先端部がベント
孔5から吹き出したことを確認したり、その発泡状態を
観察したりすることができる。
な効果として、ポリウレタン材料Mの流動を邪魔する空
気が薄くなるため、キャビティ4にアンダーカット部や
枝部があっても、該ポリウレタン材料Mはそれらの部位
に確実に回り込む。また、脱泡された吸蔵ガスは、ベン
ト孔5及びPL面2a,3a間の隙間から吸引されて排
出される。そのため、フロン発泡のように、ポリウレタ
ン材料をオーバーパックする必要がなく、材料損失を低
減できる。
るのを待って、図7に示すように、成形用金型1を型開
きするとともに、真空箱11を開放状態とする。この型
開きと連動して、可動型3のイジェクトピン34が突出
し、成形されたISF被覆43付きのステアリングホイ
ール41が自動的に離型する。
リウレタン材料によれば、キャビティの真空度を400
Torr以下(好ましくは100Torr以下)と高く
して、低密度(特に0.6g/cm3 以下)のコア部4
5を形成するにもかかわらず、ポリウレタン材料に、ギ
酸、ギ酸のアミン塩及びホウ酸のアミン塩から選ばれる
少なくとも一つを添加したため、これらがイソシアネー
トと反応してCO2 泡を放出し(発泡助剤的に作用
し)、水−イソシアネート反応によるCO2 泡又は吸蔵
ガスの突沸による発泡のみの場合と比べて、発泡率を高
めるだけでなく発泡のセルを細かくしてヒケに対し強く
する作用を奏するため、ヒケ、膨れ、ボイド不良等の欠
陥はほとんど発生せず、良好な外観を得ることができ
る。
リングホイール41のISF被覆43の成形に好適な、
次の特有の効果(a)(b)(c)も得られる。
リング部により乱流を起こしやすい。しかし、本実施形
態のキャビティ4内は減圧により空気が薄くなっている
ので、ピンホール、ボイド、欠肉等の欠陥が生じにく
い。そのため、本実施形態のようにゲート8をリング部
の外周側に設ける等、ゲート8位置の自由度が高くな
る。また、ベント孔5は一つで十分である。
ャビティ4内を二方向に分かれて流動し、最終充満位置
Lで合流するため、一般には、その合流部にウェルドラ
インが生じ易いとか、ピンホール、ボイド、欠肉等の原
因となるガスが溜り易いとかという特有の問題がある。
しかし、本実施形態では、キャビティ4を減圧するとと
もに、合流部の流動先端部をベント孔5から吹き出させ
るので、これらの欠陥を確実に防止することができる。
部に泡がほとんど残存しない緻密な自己接着層47が形
成されるので、芯金42のリング部に対するISF被覆
43の保持力が強くなる。
の表1に示すベース配合に、表2に示す添加材料(ギ
酸、ギ酸のアミン塩又はホウ酸のアミン塩)を表中の重
量部(ポリオール成分100重量部に対する)だけ添加
して、実施例1〜10のポリウレタン材料を作成した。
具体的には、ベース配合のうちのポリオール混合成分側
に添加材料を添加し、そのポリオール混合成分とイソシ
アネート成分とをミキシングヘッド22で衝突混合させ
て作成した。また、比較のため、次の表1に示すベース
配合に、表3に示す添加材料(ギ酸、ギ酸のアミン塩又
はホウ酸以外のもの)を表中の重量部(ポリオール成分
100重量部に対する)だけ添加して、比較例1〜9の
ポリウレタン材料を同様に作成した。
ように、ポリオール成分100重量部に対する水の含有
量は0.3重量部に制限した(実施例5だけは0.2重
量部又は0.4重量部)。表3中のDMEAは、N,N
−ジメチルエタノールアミンである。
た何れも100Torr以下である各真空度のキャビテ
ィ4に各実施例及び比較例のポリウレタン材料を注入し
て発泡させ、ステアリングホイールのISF被覆43を
成形した。これらのISF被覆43のコア部45の密度
を測定したところ、表2及び表3の成形結果欄に示した
ように、何れも0.6g/cm3 以下の低密度になって
いた。しかし、比較例1〜9では、ヒケが発生して良好
な外観は得られなかったのに対し、実施例1〜10では
ヒケが発生せず、その他の膨れやボイド不良等の欠陥も
見られず、良好な外観が得られた。
SFパッドの成形に具体化した第二実施形態について、
図9〜図12に基づいて説明する。本実施形態で使用す
る成形装置は、可動型3に設けられた成形凹部と固定型
2に設けられた成形凸部との間にISFパッド成形用の
キャビティ4が形成される点、下ケース13の合せ部に
シール部材14が装着された点、等においてのみ第一実
施形態と相違する。従って、第一実施形態と共通する部
材には、同図に第一実施形態と共通の符号を付して重複
説明を避ける。
を、400Torr以下(好ましくは100Torr以
下)の真空度に減圧したキャビティ4に注入してRIM
成形を行なう。このとき、図12に示すように、型表面
から離れたポリウレタン材料Mの内部には発泡倍率の特
に高いコア部38が形成され、型表面に接するポリウレ
タン材料Mの表面部には泡がほとんど残存しない低発泡
の緻密な自己スキン層39が形成され、もって外観及び
物性に優れたISFパッド37が成形される。
リングホイールのISF被覆43に特有の効果を除き、
第一実施形態と同様の効果が得られる。
されず、例えば以下のように発明の趣旨から逸脱しない
範囲で任意に変更して具体化することもできる。 (1)実施形態では、成形用金型1と真空箱11とが別
体のものを示したが、成形用金型を二重壁構造とし、外
側の壁を真空箱11と同じ作用をさせるようにして、成
形用金型内に空間部を一体に設けてもよい。
のキャビティ4の外周において、その全周に亘って又は
一部に、このキャビティ4の内部を減圧可能な大きな溝
状凹部9が形成できれば、この溝状凹部9は空間部とし
て作用する。この溝状凹部9は、成形用金型1の可動型
3又は固定型2の一方又は両方に形成することができ
る。また、溝状凹部9の外周には外気を遮断するための
シール部材10を設けることが好ましい。
設けたものを示したが、ベント孔5の代わりに、キャビ
ティに面して、かつポリウレタン材料の最終充満部位に
微細な多孔を備えたコアを用いた金型を使用して、前記
の微細な多孔から最終のガス抜きを行なわせて、この発
明の成形方法を行なってもよい。
泡圧力に耐え得るセラミック型、樹脂型その他の各種型
を使用することができる。
ォームの成形方法及び成形用ポリウレタン材料は、内層
と外層とからなるポリウレタン二色成形の、内層の成形
において実施することもできる。
形方法及びポリウレタン材料によれば、低密度のコア部
を備えるとともに、ヒケ、膨れ、ボイド不良等の欠陥の
無い良好な外観を有するISFを成形することができ
る、という優れた効果を奏する。
被覆のRIM成形に使用する成形用金型及び真空箱を開
いたときの断面図である。
面図である。
る。
行うときの断面図である。
離型したときの断面図である。
パッドのRIM成形に使用する成形用金型及び真空箱を
開いたときの断面図である。
を行うときの断面図である。
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 低発泡の自己スキン層と高発泡のコア部
とを備えた半硬質のインテグラルスキンフォームの成形
方法において、型のキャビティを400Torr以下に
減圧する工程と、ポリオール成分とイソシアネート成分
とを主成分とし、フロンを無添加とし、ギ酸、ギ酸のア
ミン塩及びホウ酸のアミン塩から選ばれる少なくとも一
つを添加してなるポリウレタン材料を、前記キャビティ
に注入して発泡させる工程とを含むことを特徴とするイ
ンテグラルスキンフォームの成形方法。 - 【請求項2】 低発泡の自己スキン層と高発泡のコア部
とを備えた半硬質のインテグラルスキンフォームを成形
するポリウレタン材料において、ポリオール成分とイソ
シアネート成分とを主成分とし、フロンを無添加とし、
ギ酸、ギ酸のアミン塩及びホウ酸のアミン塩から選ばれ
る少なくとも一つを添加したことを特徴とするインテグ
ラルスキンフォームの成形用ポリウレタン材料。 - 【請求項3】 前記ポリウレタン材料は、ポリオール成
分100重量部に対する水の含有量を1重量部以下に制
限したものである請求項1記載のインテグラルスキンフ
ォームの成形方法又は請求項2記載のインテグラルスキ
ンフォームの成形用ポリウレタン材料。
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