JP2022514502A - 管状粒子を含むポリマー複合材料 - Google Patents

Abstract

管状粒子を含むポリマー複合材料現在請求されている発明は、繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子を含むポリマー複合材料に関する。管状粒子は、０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲で平均長、０．０００５ｍｍ～３０ｍｍの範囲で平均壁厚を有するが、その一方、繊維は０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均径を有する。現在請求されている発明はまた、管状粒子を含むポリマー複合材料を調製するプロセスを提供する。ポリマー複合材料は、靴ソール、家具用クッション、ベッドのマットレス、自動車のシートクッション、フローリング基板、屋外歩行面／走行面、マットおよびパッドなどといった緩衝物品へと形成されうる緩衝材として使用されうる。【選択図】図３

Description

現在請求されている発明は、多数の管状粒子を含有するポリマー複合材料に関する。具体的には、現在請求されている発明は、緩衝材として使用されうる、繊維が組み込まれた状態の樹脂から作製された多数の管状粒子を含有するポリマー複合材料に関する。

緩衝物品は一般には、熱可塑性ポリマー材料または熱硬化性ポリマー材料から作製される。各種ポリマーの中でも、ポリウレタンは、その卓越した緩衝特性を考慮して、シートクッションなどの緩衝特性を作製するために主に使用される。ポリウレタンは圧縮形態および発泡形態の両方で使用され、非常に広範な密度範囲を持つ。ポリウレタンは例えば、熱硬化性樹脂、エラストマー、熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、マイクロセルエラストマー、インテグラル発泡体、軟質発泡体、硬質発泡体または半硬質発泡体といった形態で存在しうる。ただし、熱硬化性ポリウレタン発泡体は、熱可塑性ポリウレタンなどの熱可塑性プラスチックとは異なり、リサイクル不可能であるという一般的な総意が存在する。したがって、ポリウレタンのマトリックスと熱可塑性ポリウレタンの発泡粒子を含むハイブリッド材料も、緩衝材として使用するために過去に開発されている。

さらに、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、熱硬化性および熱可塑性ポリウレタン発泡体などのポリマー材料は靴製造産業で使用され、特に靴用クッションおよびミッドソールを作製するのに使用されてきたことが知られている。例えば、米国特許番号第６７５９４４３号は、ビニルポリマーをグラフト化したポリオキシアルキレンポリエーテルから作製されたポリウレタンに気泡を生じさせることで作製されたポリウレタン発泡体の靴ソールを開示し、米国特許番号第６８７８７５３号は、熱硬化性ポリウレタン発泡体から作製された靴ソールおよびミッドソールについて記載している。緩衝材にとって、弾力性がありかつ耐久性があることは重要であるが、こうした特性を提供する熱可塑性エラストマーは、典型的には、特定の用途に望ましい密度よりも高い密度の発泡体を生成する。

緩衝物品を作製するために使用されている熱可塑性発泡体粒子は、緩やかに組み合わせられるか、または共に結合して粒子の結合ネットワークを形成する。粒子の結合は、熱硬化性接着剤を使用するかまたは粒子固有の熱可塑性（融解）挙動を伴う温度および圧力を使用し、互いにこの粒子を溶融することによって得られる。結合プロセス中、粒子は通常、型内部での溶融を可能とする圧力および温度下で型内部に配置され、成形物品／曲線を有する物品を形成する（例えば、スチームチェストクラック成形による）。該粒子を結合するために極度に高い温度が使用される場合、粒子が収縮し、これによって成形寸法よりも小さな物品の生成が起こることがある。国際公開第２０１５０１７０９０号は、上述の課題を解決しようと試行され、熱可塑性エラストマー発泡体の管状粒子および熱可塑性エラストマー発泡体の外面上に配置された非発泡ポリマーを含む、緩衝物品を開示した。

しかし、熱可塑性エラストマーの管状粒子のみを使用することで作製されたクッション／物品は、現場での高い密度および堅いサポートが含まれるがこれに限定されない制限を依然として有することが見いだされた。したがって、こうしたクッションは一般には消費者に好まれていない。さらには、こうした管状粒子に関して、大規模で実現可能な生産ライン速度では、所望の低密度を達成することができない加工制限がある。

したがって、非常に低密度の緩衝物品が得られながらも、管状粒子の異方性挙動を強化することでサポートと緩衝物品の快適さとのバランスを変更することができる、より効果的な技術を割り出す必要性が存在する。

驚くべきことに、０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲で平均長および０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均壁厚を有する管状粒子を含むポリマー複合材料は、サポートと快適さと低密度の間で望ましいバランスを示す緩衝物品の調製に効果的に使用されうることが見いだされた。

よって、一態様において、現在請求されている発明は、繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子を含むポリマー複合材料に関し、該管状粒子は０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲で平均長および０．０００５ｍｍ～３０ｍｍの範囲で平均壁厚を有し、該繊維は０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均径を有する。

別の態様において、現在請求されている発明は、少なくとも以下の：
ａ）少なくとも１つの樹脂および繊維を提供する工程；
ｂ）繊維を樹脂へと組み込むために樹脂および繊維を共押出または引抜成形し、管状の押出し成形品を得る工程；
ｃ）該管状の押出し成形品を分け、多数の管状粒子を形成する工程；
ｄ）多数の管状粒子を型内部に配置する工程；
ｅ）多数の管状粒子を結合し、ポリマー複合材料を形成する工程、
を含む、ポリマー複合材料を調製するプロセスに関する。

別の態様において、現在請求されている発明は、緩衝材として上で定義されるようなポリマー複合材料の使用に関する。

その上さらに別の態様において、現在請求されている発明は、繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む、多数の異方性管状粒子を含むポリマー複合材料を含む緩衝物品に関し、該管状粒子は、０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲で長さを、０．５ｍｍ～３０．０ｍｍの範囲で平均径を、０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均壁厚を有し、該繊維は０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均径を有し、該繊維は樹脂を用いて互いに分離され、一方向に配向されて互いに位置を調整され、該管状粒子は配向されて共に溶融される。

現在請求されている発明の別の利点は、添付の図面と併せて考慮された場合、以下の詳細な説明を参照することにより、この利点がより良好に理解されるようになることから容易に理解されよう。

現在請求されている発明の粒子の一実施形態における側面断面図である。 現在請求されている発明の多数の粒子の一実施形態における側面断面図である。 現在請求されている発明の複合材料の一実施形態における側面断面図である。

以下の説明は、例示的な実施形態のみを提供するものであり、本開示の範囲、適用可能性または構成を限定することを意図するものではない。むしろ、例示的な実施形態の以下の説明は、１つまたは複数の例示的な実施形態を実行するための有効な説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に記載されている現在請求されている発明の精神および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置に様々な変更を加えることができることを理解されたい。また、本明細書で使用される専門用語、および本明細書に記載された図は、本発明を限定することを意図するものではないことも理解されるべきである。なぜなら、現在請求されている発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるからである。

以下、グループが少なくとも特定の数の実施形態を含むと定義される場合、これは、好ましくはこれらの実施形態のみからなるグループも包含することを意味する。さらには、本明細書中および特許請求の範囲中の「第１」、「第２」、「第３」または「（ａ）」、「（ｂ）」、「（ｃ）」、「（ｄ）」などの用語は、類似した要素を区別するために使用され、必ずしも連続的または時系列的順序を説明するために使用されるわけではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で互換可能であり、現在請求されている発明の実施形態は、本明細書に記載または示されている以外の順序で動作できることを理解されたい。用語「第１」「第２」「第３」または「（Ａ）」、「（Ｂ）」および「（Ｃ）」または「（ａ）」、「（ｂ）」、「（ｃ）」、「（ｄ）」、「ｉ」、「ｉｉ」などが、方法の工程、または使用または分析に関する場合、工程間で時間間隔、または時間間隔のまとまりは存在しない。これはすなわち、上または以下にて本明細書において規定される用途にて指示されない限り、工程は同時に実施されてよく、またはこうした工程間で秒、分、時間、日、週、月またはさらには年単位の時間間隔が存在しうる。

さらには、本明細書全体を通して定義される範囲には、終値も同様に含まれる。すなわち、１～１０の範囲は、１および１０の両方が範囲内に含まれることを意味する。誤解を避けるために、出願人らは、適用される法律に従って任意の同等物に対する権利も与えられる。

本明細書全体を通して参照される「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」は、実施形態と関連して記載される特徴、構造、特質が、現在請求されている発明の少なくとも１つの実施形態内に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して種々の位置における語句「一実施形態において」または「一実施形態において」といった表現は、同じ実施形態を全て指す必要は必ずしもない。さらには、具体的な特徴、構造または特質は、１つまたは複数の実施形態において、現在請求されている発明から当業者には明らかであるような任意の適切な様式にて組み合わせられてよい。さらには、本明細書に記載のいくつかの実施形態はいくつかの特徴を含むが、他の実施形態に含まれる他の特徴を含まないとしても、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、現在請求されている発明の範囲内であることを意味してよく、当業者によって理解されるように、異なる実施形態を形成する。例えば、添付の特許請求の範囲においては、請求された実施形態のいずれかは任意の組み合わせで使用されうる。

特定の詳細部分が以下の説明において与えられ、該実施形態の完全な理解を提供する。ただし、該実施形態はこうした特定の詳細部分なしに実施されうることが当業者によって理解されることだろう。例えば、システム、プロセスおよび本発明における他の要素は、不必要な詳細部分における実施形態を曖昧にしない目的で、ブロック図形式での構成要素として示されてよい。他の例では、周知のプロセス、構造および技術は、該実施形態を曖昧にすることを避けるため、不必要な詳細部分なしに示されてよい。

さらに、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図またはブロック図に図示されるプロセスとして記載されてよいことに留意されたい。フローチャートは一連のプロセスとして操作を記載してよいが、操作の多くは平行してまたは同時に実施されうる。加えて、操作の順番は再構成されてよい。操作完了時にプロセスは終了してよいが、図内で述べられていないまたはこれに含まれていない追加工程が存在する場合がある。さらには、任意の特定に記載されるプロセスにおいては、全ての操作は全ての実施形態で発生しなくてもよい。プロセスは、方法、機能、手順などに対応してよい。

さらには、本発明の実施形態は、少なくとも部分的に、手動でまたは自動でのいずれかで実行されてよい。手動または自動での実行は、機械、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語またはこれらの任意の組み合わせによって実行されるか、または少なくともこれによって支援されてよい。

現在請求されている発明は、改善または変性された管状粒子を含有するポリマー複合材料を提供する。現在請求されている発明のポリマー複合材料は、緩衝物品へと形成されうる緩衝材として使用されうる。緩衝物品には、靴ソール、家具用クッション、ベッドのマットレス、自動車シートのクッション、フローリング基板、屋外歩行面／走行面または基材、マット、パッドなどが含まれるがこれに限定されない。

管状粒子の変性は、１つまたは複数の別個の繊維が樹脂に組み込まれた状態の樹脂から作製された管状粒子を共押出または引抜成形することで達成される。一実施形態において、利用される繊維は非常に薄く、組み込まれている樹脂の繊維よりも高いモジュラスを有する。

一実施形態において、ポリマー複合材料は、繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子を含み、該管状粒子は、０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲で平均長、０．０００５ｍｍ～３０ｍｍの範囲で平均壁厚を有し、該繊維は０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均径を有する。

一実施形態において、管状粒子の平均径は、０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲である。

別の実施形態において、管状粒子の平均径は２ｍｍ～１０ｍｍの範囲である。

一実施形態において、管状粒子は１：１～１２００００：１の範囲で平均径：平均壁厚の比率を有する。

一実施形態において、ポリマー複合材料は、繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子を含み、該管状粒子は、２ｍｍ～１０ｍｍの範囲で平均長、０．１～１．３ｍｍの範囲で平均壁厚を有し、該繊維は０．０００５～１．０ｍｍの範囲で平均径を有する。

一実施形態において、ポリマー複合材料は、繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子を含み、該管状粒子は、２ｍｍ～１０ｍｍの範囲で平均長、０．１～１．３ｍｍの範囲で平均壁厚、および２ｍｍ～１０ｍｍの範囲で平均径を有し、該繊維は０．０００５～１．０ｍｍの範囲で平均径を有する。

一実施形態において、ポリマー複合材料は、ポリアミド－６繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの熱可塑性エラストマー樹脂を含む管状粒子を含み、該管状粒子は、２ｍｍ～１０ｍｍの範囲で平均長、０．１～１．０ｍｍの範囲で平均壁厚、および２ｍｍ～１０ｍｍの範囲で平均径を有し、該繊維は０．０１～１．０ｍｍの範囲で平均径を有する。

一実施形態において、ポリマー複合材料は、ガラス繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの熱可塑性エラストマー樹脂を含む管状粒子を含み、該管状粒子は、２ｍｍ～１０ｍｍの範囲で平均長、０．１～１．０ｍｍの範囲で平均壁厚、および２ｍｍ～１０ｍｍの範囲で平均径を有し、該繊維は０．０１～１．０ｍｍの範囲で平均径を有する。

一実施形態において、繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子を含むポリマー複合材料が提供され、
該管状粒子は、０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲で平均長、０．０００５ｍｍ～３０．０ｍｍの範囲で平均壁厚を有し、
該繊維は０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均径を有し、
該管状粒子は０．５ｍｍ～６０．０ｍｍの範囲で平均径を有し、
該管状粒子は０．００５～０．３００ｇ／ｍｌの範囲で緩いかさ密度、および０．０１０～０．１６ｇ／ｍｌの範囲で成形密度を有する。

一実施形態において、繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子を含むポリマー複合材料が提供され、
該管状粒子は、０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲で平均長、０．０００５ｍｍ～３０．０ｍｍの範囲で平均壁厚を有し、
該繊維は０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均径を有し、
該管状粒子は０．５ｍｍ～６０．０ｍｍの範囲で平均径を有し、
該管状粒子は０．００５～０．３００ｇ／ｍｌの範囲で緩いかさ密度、および０．０１０～０．１６ｇ／ｍｌの範囲で成形密度を有し、
該管状粒子は、１：１～１２００００：１の範囲で平均径：平均壁厚の比率を有する。

樹脂に組み込まれた繊維には、ガラス繊維、バサルト繊維、炭素繊維、熱可塑性ポリマー繊維、熱硬化性ポリマー繊維またはそれらの任意の混合物が含まれるがこれに限定されない。

専門用語である繊維は、１つまたは複数の繊維、フィラメント、短繊維、紡績糸、撚り糸などを指す。

一実施形態において、繊維は樹脂に組み込まれた長繊維である。

専門用語である「組み込む／組み込まれた」は、繊維が、樹脂である管状粒子の壁に、部分的または完全に、組み込まれる、または含浸される、または壁へと補強されている、またはこれに固定されている、またはこれに接着されていることを記載している。一実施形態において、繊維は管状粒子の壁に互いに等距離で組み込まれている。

繊維は管状粒子の壁に配向され、「慣性モーメント」効果を伝える。一実施形態において、管状粒子は異方性機械的特性を表す。管状粒子の異方性挙動により、緩衝性およびサポート性の両方が提供される。繊維材料のモジュラスが高ければ高いほど、同等の「慣性モーメント」効果を得るのに必要な材料が少なくなる。高モジュラスの繊維の径が非常に細く、かつ互いに分けられた状態に維持することで、管状粒子に力が印加された場合には、破損は最小限で繊維を曲げることが可能となる。これによって、サポート性および快適さを損なうことなく、物品重量（密度）を低下させる。

粒子に関連する専門用語である「慣性モーメント」は、粒子が繊維の配向に対しては垂直方向で曲げやすいままであり、繊維の配向に対して平行な方向でさらに剛性がある管状粒子の挙動を指す。

粒子に関連する専門用語である「異方性」は、異なる方向で測定した場合に異なる値を示す、物理的特性を指す。例えば、異方性管状粒子は、力が異方性管状粒子の側面に印加される場合、異方性管状粒子を潰す特定量の力を必要としてよい。例えば、異方性管状粒子を潰すために異方性管状粒子の端部など別の方向に力が印加される場合には、一方向で必要とされる力の量は異なっていてよい。異方性粒子は管状であり、中実構造または中空構造を有していてよい。

一実施形態において、管状粒子は中空の円筒形である。

一実施形態において、粒子の断面は環状、多角形状または任意の他の形状である。換言すると、専門用語である「管状」は、環状の断面または多角形状の断面に限定されない。管状粒子は、添付の図面による援助を伴い、本明細書において記載される。示された図（１－３）において、断面はおおよそ環状である。管状粒子（１２）は、ある長さおよび任意の形状である断面を有する中空形状として記載されてよい。他の実施形態において、管状粒子（１２）は、湾曲形状またはベローズ形状を有する。管状粒子（１２）を湾曲させることで、管状粒子（１２）をベローズ形状とするのと同様に、様々な特性がもたらされうる。管状粒子（１２）は、代替的にはパイプ、導管、管、円筒などとして記載されてよい。管状粒子の使用により、達成されうる複合材料／物品のかさ密度を典型的には低下させることができる。別の言い方をすれば、管状粒子の幾何学的形状により、例えば、現在請求されている発明の技術を用いずに形成された比較複合材料に対し、密度をさらに低下させることが典型的には可能となる。

ポリマー複合材料（１０）は、例えば図２で示されるように、「粒子（１２）」とも本明細書において記載される多数の異方性管状粒子（１２）を含む。専門用語である「多数」は、複合材料（１０）が多数、すなわち３つまたは複数の管状粒子（１２）を含むことを記載している。

図３は、管状粒子（１２）が、例えば一実施形態においては３次元的に配向されているといったように、複合材料（１０）内で配向されていることを示す。換言すると、管状粒子（１２）は、複合材料（１０）においては、一方向、または任意の特定の１つもしくは複数の方向で配置されない。管状粒子（１２）は典型的には、ｘ、ｙおよびｚ次元で、複合材料（１０）においてランダムに配向または分散される。典型的には、複合材料（１０）の断面は、複合材料（１０）における管状粒子（１２）の配向または分散に対してパターンが存在しないことが明らかとなる。

管状粒子（１２）は、典型的には共に溶融される。ただし複合材料が上述の密度を有する限りは、必ずしも「溶融」されなければならないというわけではない。一実施形態において、一部の管状粒子（１２）は共に溶融されるが、それ以外は溶融されない。典型的には、溶融された場合には、管状粒子（１２）は以下に記載の方法を用いて溶融される。管状粒子（１２）は、多数の箇所、例えば、管状粒子（１２）の縁に沿って、または管状粒子（１２）の外面（２６）に沿って、もしくはこれを越えて共に溶融されてよい。代替的には、管状粒子（１２）は、種々の管状粒子（１２）の外部層における１つまたは複数の界面にて共に溶融されてよい。管状粒子（１２）は共に融解されてよい。それ以外の場合には、上述の密度が得られる限りは、任意の方法で互いに接着されてよい。

現在請求されている発明に従い、管状粒子は、０．００５～０．３００ｇ／ｍｌの範囲で緩いかさ密度、０．０１０～０．６０ｇ／ｍｌの範囲で成形密度を有することが見いだされた。好ましい一実施形態において、管状粒子は、０．００５～０．３００ｇ／ｍｌの範囲で緩いかさ密度、０．０１０～０．３００ｇ／ｍｌの範囲で成形密度を有することが見いだされた。別の好ましい実施形態において、管状粒子は、０．００５～０．１５０ｇ／ｍｌの範囲で緩いかさ密度、０．０１０～０．３００ｇ／ｍｌの範囲で成形密度を有することが見いだされた。その上さらに別の好ましい実施形態において、管状粒子は、０．００５～０．１５０ｇ／ｍｌの範囲で緩いかさ密度、０．０１０～０．２０ｇ／ｍｌの範囲で成形密度を有することが見いだされた。さらに好ましい実施形態において、管状粒子は０．００５～０．１５０ｇ／ｍｌの範囲で緩いかさ密度、０．０１０～０．１６ｇ／ｍｌの範囲で成形密度を有することが見いだされた。

本明細書で使用する場合、用語「緩いかさ密度」は、緩慢で非結合形態である多数の管状粒子の密度を指し、これはその重量：体積の比率として表現される。緩いかさ密度はＡＳＴＭ Ｄ１８９５試験法によって測定される。

本明細書で使用する場合、用語「成形密度」は、ポリマー複合材料を作製するために互いに結合された多数の管状粒子の密度である。これは、その重量：体積の比率として表現される。成形密度はＡＳＴＭ Ｄ７９２試験法によって測定される。

管状粒子に組み込まれた繊維（１６）は、粒子の伸長弾性率を増加させるのに役立つ。用語「伸長弾性率」は、材料の剛性における尺度である。これは、単軸変形の線形弾性レジメンにおける、材料での応力（単位面積あたりの力）とひずみ（比例変形）の関係を定義している。一実施形態において、管状粒子は、ＡＳＴＭ Ｄ－６３８の手順に従い測定した場合、１３０００ｐｓｉ（８９．６Ｍｐａ）～３５０００ｐｓｉ（２４１ｍＰａ）の範囲で伸長弾性率を有する。

一実施形態において、管状粒子はＡＳＴＭ Ｄ３５７４によって測定した場合、少なくとも２フィート^３／分（０．０００９４３８９５ｍ^３／秒）の空気流を有する。別の実施形態において、管状粒子は２（０．０００９４３８９５ｍ^３／秒）～８３フィート^３／分（０．０３９１７１６ｍ^３／秒）の空気流を有する。用語「空気流」は、１２５Ｐａ（０．０１８ｐｓｉ）の圧力にて、１．０インチ（２．５４ｃｍ）の厚さであり２インチ×２インチ（５．０８ｃｍ）の、材料の正方形断面を通過する空気の体積を指す。単位は立方デシメートル／秒で表現され、標準的な立方フィート／分へと変換される。空気流を測定する代表的な市販ユニットは、ＴｅｘＴｅｓｔ ＡＧ（Ｚｕｒｉｃｈ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）により製造され、ＴｅｘＴｅｓｔ Ｆｘ３３００として認識されている。この測定は、ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４試験Ｇに準拠する。

管状粒子を調製するために利用されている樹脂および繊維は、本明細書において以下に詳細に記載される。現在請求されている発明に従って管状粒子を作製するために利用されている樹脂には、発泡樹脂、非発泡樹脂またはそれらの組み合わせが含まれてよい。現在請求されている発明の一実施形態において、樹脂は１つまたは複数の熱可塑性ポリマーを含む。別の実施形態において、樹脂は１つまたは複数の熱硬化性ポリマーを含む。その上さらに別の実施形態において、樹脂は１つまたは複数の熱可塑性ポリマーおよび１つまたは複数の熱硬化性ポリマーの組み合わせを含む。

熱可塑性ポリマーは、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥ）、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）、熱可塑性コポリエステルエラストマー（ＴＰＣ）、熱可塑性スチレンエラストマー（ＴＰＳ）、熱可塑性ポリアミド（ＴＰＡ）、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）およびそれらの任意の組み合わせから選択されてよい。

一実施形態において、熱可塑性ポリマーは熱可塑性ポリウレタン発泡体である。

熱可塑性ポリウレタンは、ポリエーテル熱可塑性ポリウレタン、ポリエステル熱可塑性ポリウレタンまたはポリエーテル熱可塑性ポリウレタンとポリエステル熱可塑性ポリウレタンの組み合わせとしてさらに定義されてよい。すなわち、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンは、イソシアネートおよびポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、脂肪族ポリオールもしくはオレフィンポリオール、またはこれらのポリオールの組み合わせの反応生成物を含むものとして、またはこの反応生成物としてさらに定義されてよい。代替的には、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンは、線形のポリマーグリコール（例えば、５００～８，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する）、低分子量のジオール（例えば５０～６００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する）、およびまたは／ポリオールを用いたイソシアネートのポリ付加反応から生成されたマルチブロックコポリマーとしてさらに定義されてよい。典型的には、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンは、本明細書において記載されるように、ハードセグメントとソフトセグメントの比率を変化させることによって得られうる。ショア硬さなどの物理的特性は、モジュラス、負荷容量（圧縮応力）、引裂強度、基準量に対する重力と共に典型的にはハードセグメント：ソフトセグメントの比率が増加するにつれて増加する。

一実施形態において、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンは、ポリエステル熱可塑性ポリウレタンであり、これはポリエステルポリオール、イソシアネート成分および鎖延長剤による反応生成物を含む。適切なポリエステルポリオールは、ジカルボン酸および少なくとも１つの第１級ヒドロキシル基を有するグリコールの反応によって典型的には生成される。適切なジカルボン酸には、アジピン酸、メチルアジピン酸、コハク酸、スベリン酸、セバシン酸、シュウ酸、グルタル酸、ピメリン酸、アゼライン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、およびそれらの組み合わせが含まれるがこれに限定されない。ポリエステルポリオールを生成する上で使用するのに適切なグリコールには、エチレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ビス（ヒドロキシメチルシクロヘキサン）、１，４－ブタンジオール、ジエチレングリコール、２－メチル－プロパンジオール、３－メチル－ペンタンジオール、２，２－ジメチルプロピレングリコール、１，３－プロピレングリコールおよびそれらの組み合わせが含まれるがこれに限定されない。

別の実施形態において、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンはポリエステル熱可塑性ポリウレタンであり、適切な鎖延長剤、イソシアネート成分および高分子ポリオールの反応生成物を含む。適切な鎖延長剤には、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、１，４－ブタンジオール、ブテンジオール、ブチンジオール、２－エチル－ｌ，３－ヘキサンジオール、キシリレングリコール、アミレングリコール、１，４－フェニレン－ビス－ベータ－ヒドロキシ－エチルエーテル、１，３－フェニレン－ビス－ベータ－ヒドロキシ－エチル－エーテル、ビス－（ヒドロキシ－メチル－シクロヘキサン）、ヘキサンジオールおよびチオジグリコールを含むジオール、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、シクロヘキサレンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、３，３’－ジクロロベンジジン、３，３’－およびジニトロベンジジンを含むジアミン、エタノールアミン、アミノプロピルグリコール、２，２－ジメチルプロパノールアミン、３－アミノシクロヘキシルアルコール、およびｐ－アミノベンジルアルコールおよびそれらの組み合わせを含むアルカノールアミンが含まれるがこれに限定されない。本発明で使用されうる適切なポリエステル熱可塑性ポリウレタンの具体的な例には、ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＥｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）６００、８００、Ｂ、ＣおよびＳシリーズのポリエステル熱可塑性ポリウレタンが含まれるがこれに限定されない。

さらなる実施形態において、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンはポリエーテル熱可塑性ポリウレタンであり、ポリエーテルポリオール、イソシアネート成分および鎖延長剤による反応生成物を含む。適切なポリエーテルポリオールには、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびそれらの組み合わせが含まれるがこれに限定されない。さらに別の実施形態において、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンはポリエーテル熱可塑性ポリウレタンであり、鎖延長剤およびイソシアネート成分による反応生成物を含む。当技術分野で公知の任意の鎖延長剤は、熱可塑性ポリウレタンの所望の特性に応じ、当業者によって使用されうることが理解されるべきである。本発明で使用されうる適切な熱可塑性ポリウレタンの具体的な例には、ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＥｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）１０００、１１００および１２００シリーズのポリエーテル熱可塑性ポリウレタンが含まれるがこれに限定されない。

さらなる実施形態において、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンは脂肪族熱可塑性ポリウレタンまたはオレフィン性熱可塑性ポリウレタンであり、脂肪族熱可塑性ポリオールまたはオレフィン性熱可塑性ポリオール、イソシアネート成分および鎖延長剤による反応生成物を含む。適切なポリエーテルポリオールには、水素化ポリブタジエンおよび非水素化ポリブタジエン、ならびにそれらの組み合わせまたはポリエステルおよび／またはポリエーテルポリオールとの組み合わせが含まれるがこれに限定されない。当技術分野で公知の任意の鎖延長剤は、熱可塑性ポリウレタンの所望の特性に応じ、当業者によって使用されうることが理解されるべきである。

典型的には、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンを形成するために使用されるポリエーテル、ポリエステル、脂肪族ポリオールまたはオレフィン性ポリオールは、６００～３，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する。ただし、ポリオールはこの分子量の範囲に限定されない。一実施形態において、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンを形成するために使用される出発物質（例えば、線形のポリマーグリコール、低分子量のジオールおよび／またはポリオール）は、おおよそ２である平均官能価を有する。例えば、任意のプレポリマーまたはモノマーは、非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンに、分枝点を全く有さないまたはほとんど有さない、高分子量の直鎖の形成を促進する２つの末端反応基を有することができる。

非発泡熱可塑性ポリウレタンおよび／または発泡熱可塑性ポリウレタンを形成するのに使用されるイソシアネート成分には、典型的にはイソシアネート、ジイソシアネート、ポリイソシアネートおよびそれらの組み合わせを含むがこれに限定されない。一実施形態において、イソシアネート成分はｎ－官能性イソシアネートを含む。この実施形態において、ｎは典型的には２～５の数であり、より典型的には２～４の数であり、さらにより典型的には２～３の数であり、最も典型的には約２の数である。ｎは整数であるか、または２～５の中間値を有してよいことが理解されるべきである。イソシアネート成分は、芳香族イソシアネート、脂肪族イソシアネートおよびそれらの組み合わせの群から選択されるイソシアネートを典型的には含む。別の実施形態において、イソシアネート成分には、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、ジシクロヘキシル－メチル－ジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネートなどの脂肪族イソシアネートおよびそれらの組み合わせが含まれる。仮にイソシアネート成分が脂肪族イソシアネートを含む場合、イソシアネート成分にはまた、変性された多価脂肪族イソシアネートが含まれてよい。これはすなわち、脂肪族ジイソシアネートおよび／または脂肪族ポリイソシアネートの化学反応により得られる生成物である。例としては、尿素、ビウレット、アロファネート、カルボジイミド、ウレトニミン、イソシアヌレート、ウレタン基、二量体、三量体、およびそれらの組み合わせが含まれるがこれに限定されない。イソシアネート成分には、独立して使用されるまたはジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシプロピレンポリエチレングリコール、ポリエステロール、ポリカプロラクトン、およびそれらの組み合わせを有する反応生成物中の変性ジイソシアネートもまた含まれてよい。

代替的には、イソシアネート成分は芳香族イソシアネートを含みうる。イソシアネート成分が芳香族イソシアネートを含む場合、芳香族イソシアネートは典型的には式Ｒ’（ＮＣＯ）_ｚに対応し、Ｒ’は芳香族であり、ｚはＲ’の価数に対応する整数である。典型的には、ｚは少なくとも２である。芳香族イソシアネートの適切な例には、テトラメチルキシリルジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、１，４－ジイソシアネートベンゼン、１，３－ジイソシアネート－ｏ－キシレン、１，３－ジイソシアネート－ｐ－キシレン、１，３－ジイソシアネート－ｍ－キシレン、２，４－ジイソシアネート－１－クロロベンゼン、２，４－ジイソシアネート－ｌ－ニトロ－ベンゼン、２，５－ジイソシアネート－１－ニトロベンゼン、ｍ－フェニレンジイソシアネート、／フェニレンジイソシアネート、２，４－トルエンジイソシアネート、２，６－トルエンジイソシアネート、２，４－トルエンジイソシアネートと２，６－トルエンジイソシアネートの混合物、１，５－ナフタレンジイソシアネート、ｌ－メトキシ－２，４－フェニレンジイソシアネート、４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’－ビフェニレンジイソシアネート、３，３’－ジメチル－４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート、３，３’－ジメチルジフェニルメタン－４，４’－ジイソシアネート、例えば４，４’，４’’－トリフェニルメタントリイソシアネートポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートおよび２，４，６－トルエントリイソシアネートなどのトリイソシアネート、例えば４，４’－ジメチル－２，２’－５，５’－ジフェニルメタンテトライソシアネート、トルエンジイソシアネートなどのテトライソシアネート、２，２’－ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、対応するこれらの異性体の混合物、およびそれらの組み合わせが含まれるがこれに限定されない。代替的には、芳香族イソシアネートには、ｍ－ＴＭＸＤＩおよび１，１，１－トリメチルオールプロパンのトリイソシアネート生成物、トルエンジイソシアネートおよび１，１，１－トリメチルオールプロパンの反応生成物、ならびにそれらの組み合わせが含まれてよい。一実施形態において、イソシアネート成分は、メチレンジフェニルジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、Ｈ１２ＭＤＩ、およびそれらの組み合わせの群から選択されるジイソシアネートを含む。イソシアネート成分は、当業者によって決定されるように、任意の量であるポリオールおよび／または鎖延長剤とも反応させることができる。

熱可塑性ポリウレタンエラストマー（例えば発泡または非発泡）はまた、本明細書においては単純にＴＰＵ、熱可塑性ポリウレタンまたはＴＰＥ－Ｕと記載されてよい。熱可塑性ポリウレタンエラストマーは典型的には、ハードセグメントおよびソフトセグメントを含む線形のセグメント化ポリマーブロックを含む。いかなる特定の理論にも拘束されることを意図するものではないが、ソフトセグメントは極性が低く、弾性を熱可塑性ポリウレタンに提供するエラストマーマトリックスを形成すると考えられている。ハードセグメントは、ソフトセグメントよりも短く、極性が高く、物理的な架橋結合および強化フィラーの両方として機能する多機能性接合点として作用すると考えられている。物理的な架橋結合は、熱を加えた際に消失すると考えられており、これによって、熱可塑性ポリウレタンを様々な加工方法で使用するのが可能となる。

熱可塑性ポリエステルエラストマー：
熱可塑性エラストマー発泡体は、代替的にはＴＰＣとしても公知である熱可塑性ポリエステルエラストマーであってよい。熱可塑性エラストマーは熱可塑性ゴムとしても記載されてよく、典型的には、熱可塑性特性と弾性特性の両方を有する、コポリマーのクラスまたはポリマーの物理的混合物（例えば、プラスチックとゴム）である。熱可塑性ポリエステルエラストマーの非限定的な例は、ＤＳＭによるＡｍｉｔｅｌ（登録商標）およびＤｕＰｏｎｔによるＨｙｔｒｅｌ（登録商標）である。

熱可塑性スチレンエラストマー：
熱可塑性エラストマー（発泡体）は、代替的には、スチロールとしても公知である熱可塑性スチレンエラストマー、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン単位を含むスチレンブロックコポリマー、またはＴＰＳであってよい。熱可塑性スチレンエラストマーは、典型的にはＡ－Ｂ－Ａタイプのブロック構造に基づいており、この場合Ａはハード相であり、Ｂはエラストマーである。熱可塑性スチレンエラストマーの非限定的な例は、Ｋｒａｔｏｎ（登録商標）ＤおよびＫｒａｔｏｎ（登録商標）Ｇである。

熱可塑性加硫物エラストマー：
熱可塑性エラストマー（発泡体）は、代替的には、ＴＰＶとしても公知である熱可塑性加硫エラストマーであってよい。熱可塑性加硫エラストマーの非限定的な例は、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌによるＳａｎｔｏｐｒｅｎｅ（登録商標）である。

熱可塑性ポルバミド（Ｐｏｌｖａｍｉｄｅ）エラストマー：
熱可塑性エラストマー（発泡体）は、代替的には、ＴＰ Ａとしても公知である熱可塑性ポリアミドエラストマーであってよい。熱可塑性ポリアミドエラストマーの非限定的な例は、ＥｖｏｎｉｋによるＶｅｓｔａｍｉｄ（登録商標）である。

熱可塑性ポリオレフィンエラストマー：
熱可塑性エラストマー（発泡体）は、代替的には、ＴＰＯとしても公知である熱可塑性ポリオレフィンエラストマーであってよい。熱可塑性ポリオレフィンエラストマーの非限定的な例は、ＤｏｗによるＥｎｇａｇｅである。

熱硬化性ポリマーは、１つまたは複数のポリエステル、１つまたは複数のポリアミド、１つまたは複数のエポキシ樹脂、１つまたは複数のビニルエステル、１つまたは複数のメラミンホルムアルデヒド、１つまたは複数の尿素ホルムアルデヒド、１つまたは複数のフェノール樹脂、１つまたは複数のシリコーン、１つまたは複数のポリウレタン、１つまたは複数の加硫ゴム、ポリ尿素、１つまたは複数のフェノールホルムアルデヒド、デュロプラスト、１つまたは複数のメラミン樹脂、ベンゾオキサジン、１つまたは複数のフラン樹脂、１つまたは複数のシアネートエステル、チオライト、１つまたは複数のジアリル－フタレート、または任意のこれらの組み合わせから選択されてよい。

現在請求されている発明の一実施形態において、繊維は、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥ）繊維、熱可塑性スチレンエラストマー（ＴＰＳ）繊維、熱可塑性ポリアミド（ＴＰＡ）繊維、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）繊維、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）繊維、またはそれらの任意の組み合わせから選択されうる。

現在請求されている発明の別の実施形態において、繊維は、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、エポキシ樹脂繊維、ビニルエステル繊維、メラミンホルムアルデヒド繊維、尿素ホルムアルデヒド繊維、フェノール樹脂繊維、シリコーン繊維、ポリウレタン繊維、加硫ゴム繊維、ポリ尿素繊維、１つまたは複数のフェノールホルムアルデヒド繊維、デュロプラスト繊維、メラミン樹脂繊維、ベンゾオキサジン繊維、フラン樹脂繊維、シアネートエステル繊維、チオライト繊維、ジアリル－フタレート繊維、またはこれらの任意の組み合わせから選択されうる。

例示的な一実施形態において、管状粒子（１２）は、熱可塑性エラストマー発泡体（１４）の外面に繊維（１６）が組み込まれた状態である熱可塑性エラストマー発泡体（１４）を含む。

熱可塑性エラストマー発泡体：
熱可塑性エラストマー発泡体（１４）は、これが発泡体である限りは特に限定されない。ただし、熱可塑性エラストマー発泡体（１４）は、発泡されていない熱可塑性エラストマーから典型的には形成される。一実施形態において、および以下に記載されるように、熱可塑性エラストマー発泡体（１４）は、非発泡熱可塑性エラストマーの押出し中に典型的には発泡させられる。例えば、非発泡熱可塑性エラストマーは、押出機へと提供され（例えば、ペレット形態で）、次に押出プロセス中に、熱可塑性エラストマー発泡体（１４）を形成するために発泡させられてよい。拡張可能なミクロスフェアを加える工程、例えばＮａＨＣＯ_３またはクエン酸などの発泡剤を加える工程、例えばＣＯ_２、Ｎ_２またはＡｒなどの気体を加える工程など、注入して融解物とすることによる、追加の加工工程もまた有用である。これらの工程の組み合わせも使用されてよい。本明細書において記載されるように、専門用語である「熱可塑性エラストマー」および「熱可塑性エラストマー発泡体（１４）」は、種々の非限定的な実施形態において互換的に使用されてよい。

一実施形態において、熱可塑性エラストマー発泡体（１４）は、ＤＩＮ ＩＳＯ ７６１９－１を用いて測定される場合、ショア４０Ａ～８３Ｄのデュロメータを有する非発泡熱可塑性エラストマーを使用して生成される。一実施形態において、熱可塑性エラストマー発泡体（１４）を形成するために使用される非発泡熱可塑性エラストマーは、ＤＩＮ ＩＳＯ ７６１９－１を用いて測定される場合、４０Ａ～８３Ｄ、６０Ａ～７０Ｄ、または８０Ａ～９５Ａのデュロメータを有する。熱可塑性エラストマー発泡体（１４）自体は、０．１～０．９、０．１５～０．５５、０．２～０．５、０．２５～０．４５、０．３～０．４、０．３～０．３５、または０．３５～０．４ｇ／ｃｃ（またはｇ／ｍｌ）の密度を典型的には有する。

ポリマー複合材料を形成する方法：
現在請求されている発明は、ポリマー複合材料（１０）を調製するプロセスにも関連する。一実施形態において、ポリマー複合材料を調製するプロセスは、少なくとも以下の：
少なくとも１つの樹脂および繊維を提供する工程；
繊維を樹脂へと組み込むために樹脂および繊維を共押出または引抜成形し、管状の押出し成形品を得る工程；
該管状の押出し成形品を分け、多数の管状粒子を形成する工程；
多数の管状粒子を型内部に配置する工程；および
多数の管状粒子を結合し、ポリマー複合材料を形成する工程を含む。

例示的な一実施形態において、プロセスは、本明細書において記載されるように、樹脂および上述の繊維を提供することに関与する。該プロセスは、樹脂および繊維（１６）を共押出または引抜成形し、管状の押出し成形品（２２）を形成する工程をさらに含む。一実施形態において、使用される樹脂は、共押出中に発泡させられる非発泡熱可塑性エラストマーである（これによって、熱可塑性エラストマー発泡体（１４）を形成する）。繊維は樹脂または熱可塑性エラストマーの外面上へと／またはその内部へと組み込まれる。共押出工程は特に限定されず、当技術分野において公知のものであってよい。別の言い方をすれば、共押出工程は、当技術分野で公知である１つまたは複数のサブ工程、温度、条件などを含んでよい。

別の実施形態において、使用される樹脂は共押出中に発泡されていない熱可塑性エラストマーである（これによって、熱可塑性エラストマー（１４）を形成する）。

本明細書で使用する場合、用語「押出し」は、押出ダイにより樹脂を押し出すことを指す。

本明細書で使用する場合、用語「引抜成形」は、繊維および／または繊維を含む樹脂を、含浸槽または引抜成形ダイにより連続して引き出すまたは引っ張ることを指す。

例えば、種々の実施形態において、共押出工程は、当業者によって理解されるように変更されてよい以下のパラメータを利用する。

ダイの種類：クロスヘッド；押出機１（１～１／２’’径）；ゾーン１－３４０°Ｆ；ゾーン２－３６０°Ｆ；ゾーン３－３７０°Ｆ；ゾーン４－３７０°Ｆ；クランプ－３７０°Ｆ；アダプタ－３７０°Ｆ；高圧力－４０００ｐｓｉ（２７．６ＭＰａ）；スクリューＲＰＭ－１２．５、スクリュートルク－１８．５％；押出機２（３／４’’径）；ゾーン１－２７５°Ｆ；ゾーン２－３２０°Ｆ；ゾーン３－３４０°Ｆ；クランプ－３４０°Ｆ；アダプタ－３４０°Ｆ；高圧－３８００ｐｓｉ（２６．２ＭＰａ）；スクリューＲＰＭ－１５；スクリュートルク－３１．６％；ダイヘッド－３７０Ｆ；ダイ－３７０Ｆ；テイクオフ用モータ２３０ＲＰＭ；速度計２１．３。

代替的には、共押出の１つまたは複数のパラメータは、実施例にて記載されるようなものであってよい。

該方法は、該管状の押出し成形品（２２）を分け、多数の管状粒子（１２）を形成する工程も含む。分ける工程は、切断または切り刻むものとして典型的にはさらに定義されるが、これは特に限定されない。

該方法は、多数の粒子（１２）を型内部に配置する工程をさらに含む。管状粒子（１２）は、例えば型内部へと注ぐことで典型的には、ランダムで型の中に配置される。型へと注ぐことにより、最終生成物において、管状粒子（１２）を任意の配向にまたは三次元的な配向にすることが典型的には可能となる。別の実施形態において、管状粒子（１２）は、（１）型へと「手によって」手動で注がれるか、または（２）空気輸送システムを用いて型へと注入されるかのいずれかである。典型的には、型は開口位置にある状態のままで充填され、粒子を型に「過剰充填」することが可能である。型が閉鎖された後、粒子は典型的には共に押しつけられることで表面積接触が増加し、結果、接着力の増加が推進される。

該方法はまた、管状粒子を結合させることを含む。一実施形態において、結合は、例えば、多数の管状粒子（１２）が複合材料（１０）中でランダムに配向されるように、多数の管状粒子（１２）を加熱して共に溶融させ、複合材料（１０）を形成することを含む。加熱する工程は特に限定されず、電気、ガス、蒸気などによって加熱することを含んでよい。一実施形態において、加熱する工程は、例えばスチームチェストクラック成形プロセスによるなど、蒸気を用いて管状粒子（１２）を加熱するようにさらに定義されてよい。別の実施形態において、加熱する工程（および／または全体的な方法）は、スチームチェストクラック成形プロセスのようにさらに定義されてよい。具体的な工程は、当技術分野で公知であるものおよび／または上に記載のものであってよい。

一実施形態において、方法は型に管状粒子（１２）を充填し、型内部の管状粒子（１２）に蒸気を供給することを含む。蒸気を供給することで、管状粒子（１２）が加熱される。現在請求されている発明の方法は、その内容全体が本明細書において明白に組み込まれる米国特許第２０１３／０２９１４０９号に記載されるように、１つまたは複数の工程、構成要素、条件または加工パラメータを含んでよい。

管状粒子（１２）が型内部で圧縮される程度は、結果として生じる複合材料（１０）の密度および強度に影響を与えうる。これは、型へと供給される粒子量を変更することにより操作される。粒子は開口位置にて型へと供給される（これにより、供給中のその体積は完全に閉鎖される時よりも高くなる）。型の開口性を増加させることで、型へと供給される材料量が増加する。型内部の粒子が多くなることで、より高い成形密度および管状粒子のより大規模な圧縮性がもたらされる。型のデザインは、粒子の圧縮性に関与する。

その上さらに別の実施形態において、方法は型を閉鎖する工程および蒸気を用いて型を前処理する工程を含んでよい。方法はまた、型を通して供給される水および／または空気を用いて型を冷却する工程も含んでよい。したがって、複合材料（１０）および／または管状粒子（１２）は型を介して間接的に冷却されてよい。特定の実施形態において、方法の継続時間は約３～１５分である。継続時間は、代替的には、複雑さが少ない方法に関しては約３～６分であってよい。その上さらには、該方法は１５分より長い継続時間を有してよい。

現在請求されている発明は、任意の粒子もしくは任意の複合材料／物品とは関係しない押出し成形品または管状構造物（切断または切り刻む前）も単独で提供する。同様に、現在請求されている発明は、任意の押出し成形品または管状構造物または複合材料または物品とは関係なく、多数の粒子も単独で提供する。押出し成形品または管状構造物は、上に記載されるような任意のものであってよい。同様に、多数の粒子は上に記載されるような任意のものであってよい。

別の実施形態において、結合は、少なくとも１つの接着剤を加え、粒子を共に結合することを含む。粒子は、市販の１つまたは複数の接着剤により被覆されるか、またはこれによってコーティングされ、型内部に共に押し込んで所望の複合材料を形成する。接着剤は、低粘度の液体として加えられ、２つの面を共に接着する、強固で粘着性の強い固体へと変化する材料を指す。接着剤には、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、ビニルアセタートベースの樹脂、ポリウレタンベースの樹脂、シリコンベースの樹脂、ポリエーテルベースの樹脂、ポリアミドベースの樹脂などが含まれるが、これに限定されない。

一実施形態において、ポリマー複合材料は、熱可塑性物質ベースであり、リサイクル可能な融解再加工可能である。

現在請求されている発明は、緩衝材としてさらに定義されているポリマー複合材料をさらに提供する。別の態様において、現在請求されている発明は、緩衝材から作製された緩衝物品を提供する。一実施形態において、緩衝物品は、本明細書において上に記載されるように、繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子から作製されたポリマー複合材料を含有する。繊維は、樹脂を用いて互いに分離され、一方向に配向されて互いに位置を調整されている。異方性管状粒子は配向され、物品内で共に溶融される。一実施形態において、異方性管状粒子はランダムに配向される。例示的な緩衝物品には、靴ソール、家具用クッション、ベッドのマットレス、自動車シートのクッション、フローリング基板、屋外歩行面／走行面または基材、マット、パッドなどが含まれるがこれに限定されない。靴ソールは、その全体が本明細書において明白に組み込まれる米国特許第２０１３／０２９１４０９号に記載されるような、１つまたは複数の寸法、特質または構成成分を有してよい。

別の態様において、現在請求されている発明は緩衝材としてポリマー複合材料の使用を提供する。

現在請求されている発明の別の態様において、緩衝材は緩衝物品へと形成される。

本発明の態様は、以下の実施例によってさらに完全に例示され、これらは、本発明の特定の態様を記載するために例示されるのであって、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

一連の複合材料は、現在請求されている発明に従って形成された。より具体的には、繊維が組み込まれた状態である非発泡熱可塑性エラストマーが調製された。熱可塑性エラストマーおよび繊維は共押出され、熱可塑性エラストマーが繊維を組み込ませた管状の押出し成形品を形成した。熱可塑性エラストマーは１つまたは複数の別個の繊維を包み、これによって繊維強化された熱可塑性管状粒子を形成する。使用された繊維は長繊維である。次に管状の押出し成形品は分けられ、多数の異方性管状粒子を形成した。次に多数の異方性管状粒子は型内部に配置され、加熱してポリマー複合材料を形成した。形成後、複合材料は、成形密度、最大破壊強度、空気透過性などといった種々のパラメータを決定するために評価された。

実施例１：第１複合材料は、熱可塑性エラストマー（樹脂、９０Ａのショア硬さを有する）としてＥｌａｓｔｏｌｌａｎ １１９０Ａ１０および繊維としてポリアミド－６（ＰＡ６）を押出しすることによって形成された。熱可塑性エラストマーは押し出され、６％の充填量でＥｌａｓｔｏｌｌａｎ Ｋｏｎｚ Ｖ２８９４といった発泡剤を用いて発泡させた。熱可塑性エラストマーは、おおよそ０．６グラム／ｍＬである発泡比重を有する。管材は、８ｍｍの平均外径を有する。ＰＡ６繊維は、０．１８ｍｍの平均径を有する。熱可塑性エラストマーは、０．４５ｍｍの平均壁厚を有する。多数の異方性管状粒子は、０．０７ｇ／ｍＬの緩いかさ密度を有する。多数の異方性管状粒子を成形し、０．０７ｇ／ｍＬ～０．１０ｇ／ｍＬの密度を有する複合材料を形成した。

実施例２：第２複合材料は、熱可塑性エラストマーとしてＥｌａｓｔｏｌｌａｎ １１９０Ａ１０および繊維としてポリアミド－６（ＰＡ６）を用いて形成された。熱可塑性エラストマーおよび繊維は引抜成形された。管材は５ｍｍの平均外径を有する。ＰＡ６繊維は、０．１８ｍｍの平均径を有する。熱可塑性エラストマーは、０．３５ｍｍの平均壁厚を有する。多数の異方性粒子は、０．１３ｇ／ｍＬの緩いかさ密度を有する。多数の異方性粒子は、０．１３ｇ／ｍＬ～０．１６ｇ／ｍＬの密度を有する複合材料を形成するために成形される。

実施例３：第３複合材料は、熱可塑性エラストマー（樹脂、８０Ａのショア硬さを有する）としてＥｌａｓｔｏｌｌａｎ １１８０Ａ１０および繊維としてガラス繊維を押し出すことで形成された。管材は４ｍｍの平均外径を有する。ガラス繊維は０．１８ｍｍの平均径を有する。熱可塑性エラストマーは０．２０ｍｍの平均壁厚を有する。多数の異方性粒子は、０．１１ｇ／ｍＬの緩いかさ密度を有する。多数の異方性粒子は、０．１１ｇ／ｍＬ～０．１４ｇ／ｍＬの密度を有する複合材料を形成するために成形される。

実施例４：比較例（米国特許第２０１８０７２８６１号）：第１物品は、熱可塑性エラストマー（８０Ａのショア硬さを有する）としてＥｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）１１８０Ａ１０および添加剤として０．２５重量％のチタン酸バリウムを含む外部非発泡ポリマーとしてＥｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）８８０Ａ１３Ｎを用いて形成される。熱可塑性エラストマーは、３％の充填量でＥｌａｓｔｏｌｌａｎ Ｋｏｎｚ Ｖ２８９４および３％の充填量でＥｌａｓｔｏｌｌａｎ Ｋｏｎｚ Ｖ２８９３といった発泡剤の組み合わせを用いて、押出しおよび形成された。熱可塑性エラストマーは、おおよそ０．４グラム／ｍＬの発泡比重を有する。管材は０．１２５インチの平均外径を有する。外部ポリマーは０．００４インチの平均壁厚を有する。発泡熱可塑性エラストマーは０．０３０インチの平均壁厚を有する。多数の異方性粒子は、０．１６グラム／ｍＬの緩いかさ密度を有する。多数の異方性粒子は、熱可塑性エラストマー発泡体がその軟化温度に達する前に非発泡ポリマーをその軟化温度まで選択的に加熱するため、マイクロ波エネルギーに曝露され、多数の異方性管状粒子が物品内部でランダムに配向されるように物品を形成する。種々の物品は、０．２０～０．２６グラム／ｍＬの密度を有する状態で形成される。

実施例５：比較例（米国特許第２０１８０７２８６１号）：第２物品は、熱可塑性エラストマー（９０Ａのショア硬さを有する）としてＥｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）１１９０Ａ１０および添加剤として０．２５重量％のチタン酸バリウムを含む外部非発泡ポリマーとしてＥｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）８８０Ａ１３Ｎを用いて形成される。熱可塑性エラストマーは、３％の充填量でＥｌａｓｔｏｌｌａｎ Ｋｏｎｚ Ｖ２８９４および３％の充填量でＥｌａｓｔｏｌｌａｎ Ｋｏｎｚ Ｖ２８９３といった発泡剤の組み合わせを用いて、押出しおよび形成された。熱可塑性エラストマーは、おおよそ０．４グラム／ｍＬの発泡比重を有する。管材は０．１２５インチの平均外径を有する。外部ポリマーは０．００４インチの平均壁厚を有する。発泡熱可塑性エラストマーは０．０３０インチの平均壁厚を有する。多数の異方性粒子は、０．１６グラム／ｍＬの緩いかさ密度を有する。多数の異方性粒子は、熱可塑性エラストマー発泡体がその軟化温度に達する前に非発泡ポリマーをその軟化温度まで選択的に加熱するため、マイクロ波エネルギーに曝露され、多数の異方性管状粒子が物品内部でランダムに配向されるように物品を形成する。種々の物品は、０．２０～０．２６グラム／ｍＬの密度を有する状態で形成される。

組み込んでいる繊維は管状粒子の異方性性能を変更させる一助となることがわかっている。樹脂マトリックスよりもより高いモジュラスの繊維は、縦方向に位置調整された管の慣性モーメントを増加させ、これをより堅い粒子とする。したがって、（ａ）所与の密度で成形された物品の剛性を増加させるか、または（ｂ）低密度にて成形された物品の堅さを維持するかのいずれかが可能となる。

種々の実施形態において、粒子の性能が繊維から得られたモジュラスおよび壁厚に応じて変化しうるため、管状粒子の密度は最小化されうる。現在請求されている発明は、性能（例えば、エネルギー吸収およびエネルギー収支）を維持しながらも、より低密度の組成物／物品の形成を可能とすることができる。低密度であることで、この粒子は家具用クッション、マットレスおよび自動車のシートに一般的に見られる伝統的な熱硬化性発泡体と良好に競合することが可能となりうる。熱可塑性エラストマーは、熱硬化性ポリマーよりもさらに「容易にリサイクルする」とも考えられている。

Claims (44)

1. 繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子を含むポリマー複合材料であって、
   前記管状粒子が、０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲で平均長、０．０００５ｍｍ～３０．０ｍｍの範囲で平均壁厚を有し、
   前記繊維が０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均径を有する、ポリマー複合材料。
2. 前記管状粒子が異方性機械的特性を示す、請求項１に記載のポリマー複合材料。
3. 前記管状粒子の断面の形状が、環状、多角形状またはそれらの任意の組み合わせから選択され、前記管状粒子が中空構造を有する、請求項１または２のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
4. 前記管状粒子が０．５ｍｍ～６０．０ｍｍの範囲で平均径を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
5. 前記管状粒子が１：１～１２００００：１の範囲で前記平均径：前記平均壁厚の比率を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
6. 前記管状粒子が、０．００５～０．３００ｇ／ｍｌの範囲で低嵩密度、０．０１０～０．６０ｇ／ｍｌの範囲で成形密度を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
7. 前記管状粒子が１３０００ｐｓｉ（８９．６ＭＰａ）～３５０００ｐｓｉ（２４１ＭＰａ）の伸長弾性率を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
8. 前記管状粒子が多数の箇所にて共に溶融される、請求項１～７のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
9. 前記少なくとも１つの樹脂が発泡樹脂、非発泡樹脂またはそれらの組み合わせを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
10. 前記少なくとも１つの樹脂が熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたはそれらの組み合わせを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
11. 前記熱可塑性ポリマーが熱可塑性ポリウレタン発泡体である、請求項１０に記載のポリマー複合材料。
12. 前記熱可塑性ポリウレタン発泡体が、ポリエーテルポリオール、イソシアネート成分および鎖延長剤の発泡反応生成物である、請求項１１に記載のポリマー複合材料。
13. 前記熱可塑性ポリウレタン発泡体が、ポリエステルポリオール、イソシアネート成分および鎖延長剤の発泡反応生成物である、請求項１１に記載のポリマー複合材料。
14. 前記熱可塑性ポリウレタン発泡体が、ポリオレフィンポリオール、イソシアネート成分および鎖延長剤の発泡反応生成物である、請求項１１に記載のポリマー複合材料。
15. 前記熱可塑性ポリマーが、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥ）、熱可塑性スチレンエラストマー（ＴＰＳ）、熱可塑性ポリアミド（ＴＰＡ）、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１０に記載のポリマー複合材料。
16. 前記熱硬化性ポリマーが、１つもしくは複数のポリエステル、１つもしくは複数のポリアミド、１つもしくは複数のエポキシ樹脂、１つもしくは複数のビニルエステル、１つもしくは複数のメラミンホルムアルデヒド、１つもしくは複数の尿素ホルムアルデヒド、１つもしくは複数のフェノール樹脂、１つもしくは複数のシリコーン、１つもしくは複数のポリウレタン、１つもしくは複数の加硫ゴム、ポリ尿素、１つもしくは複数のフェノールホルムアルデヒド、デュロプラスト、１つもしくは複数のメラミン樹脂、ベンゾオキサジン、１つもしくは複数のフラン樹脂、１つもしくは複数のシアネートエステル、チオライト、１つもしくは複数のジアリル－フタレート、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１０に記載のポリマー複合材料。
17. 前記繊維が、ガラス繊維、バサルト繊維、炭素繊維、熱可塑性ポリマー繊維、熱硬化性ポリマー繊維、またはそれらの任意の混合物を含む群から選択される、請求項１～１６のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
18. 前記管状粒子が、ＡＳＴＭ Ｄ－６３８の手順に従って測定した場合、１３０００ｐｓｉ（８９．６ＭＰａ）～３５０００ｐｓｉ（２４１ＭＰａ）の範囲で伸長弾性率を有する、請求項１～１７のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
19. 前記繊維が、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥ）繊維、熱可塑性スチレンエラストマー（ＴＰＳ）繊維、熱可塑性ポリアミド（ＴＰＡ）繊維、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）繊維、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）繊維、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１～１８のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
20. 前記繊維が、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、エポキシ樹脂繊維、ビニルエステル繊維、メラミンホルムアルデヒド繊維、尿素ホルムアルデヒド繊維、フェノール樹脂繊維、シリコーン繊維、ポリウレタン繊維またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１～１９のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
21. 前記樹脂および前記繊維の両方が、熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性ポリマー、または熱可塑性ポリマーと熱可塑性ポリマーの混合物を含む、請求項１～２０のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
22. 前記ポリマー複合材料が少なくとも１つの接着剤を含む、請求項１～２１のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
23. 前記接着剤が、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、ビニルアセタートベースの樹脂、ポリウレタンベースの樹脂、シリコンベースの樹脂、ポリエーテルベースの樹脂、ポリアミドベースの樹脂またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項２２のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
24. 前記ポリマー複合材料が、ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４試験Ｇの手順に従って測定した場合、少なくとも２フィート^３／分（０．０００９４３８９５ｍ^３／秒）の空気流量を有する、請求項１～２３のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
25. 前記ポリマー複合材料が融解再加工可能である、請求項１～２４のいずれか一項に記載のポリマー複合材料。
26. 請求項１～２５に記載のポリマー複合材料を調製するプロセスであって、少なくとも以下の：
    ａ）少なくとも１つの樹脂および繊維を提供する工程；
    ｂ）繊維を樹脂へと組み込むために樹脂および繊維を共押出または引抜成形し、管状の押出し成形品を得る工程；
    ｃ）前記管状の押出し成形品を分け、多数の管状粒子を形成する工程；
    ｄ）型内部に前記多数の管状粒子を配置する工程；および
    ｅ）前記多数の管状粒子を結合して、前記ポリマー複合材料を形成する工程を含む、プロセス。
27. 前記結合することが、前記多数の管状粒子を蒸気過熱して共に溶融することである、請求項２６に記載のプロセス。
28. 前記結合することが、少なくとも１つの接着剤を加え、前記多数の管状粒子を結合することである、請求項２６に記載のプロセス。
29. 前記多数の管状粒子が前記ポリマー複合材料内でランダムに配向される、請求項２６に記載のプロセス。
30. 前記樹脂が熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたはそれらの任意の組み合わせを含む群から選択される、請求項２６に記載のプロセス。
31. 前記熱可塑性ポリマーが熱可塑性ポリウレタン発泡体である、請求項３０に記載のプロセス。
32. 前記熱可塑性ポリウレタン発泡体が、ポリエーテルポリオール、イソシアネート成分および鎖延長剤の発泡反応生成物である、請求項３１に記載のプロセス。
33. 前記熱可塑性ポリウレタン発泡体が、ポリエステルポリオール、イソシアネート成分および鎖延長剤の発泡反応生成物である、請求項３１に記載のプロセス。
34. 前記熱可塑性ポリウレタン発泡体が、脂肪族ポリオールおよび／またはポリオレフィンポリオール、イソシアネート成分および鎖延長剤の発泡反応生成物である、請求項３１に記載のプロセス。
35. 前記熱可塑性ポリマーが、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥ）、熱可塑性スチレンエラストマー（ＴＰＳ）、熱可塑性ポリアミド（ＴＰ Ａ）、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項３０に記載のプロセス。
36. 前記熱硬化性ポリマーが、１つもしくは複数のポリエステル、１つもしくは複数のポリアミド、１つもしくは複数のエポキシ樹脂、１つもしくは複数のビニルエステル、１つもしくは複数のメラミンホルムアルデヒド、１つもしくは複数の尿素ホルムアルデヒド、１つもしくは複数のフェノール樹脂、１つもしくは複数のシリコーン、１つもしくは複数のポリウレタン、１つもしくは複数の加硫ゴム、ポリ尿素、１つもしくは複数のフェノールホルムアルデヒド、デュロプラスト、１つもしくは複数のメラミン樹脂、ベンゾオキサジン、１つもしくは複数のフラン樹脂、１つもしくは複数のシアネートエステル、チオライト、１つもしくは複数のジアリル－フタレート、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項３０に記載のプロセス。
37. 前記繊維がガラス繊維、炭素繊維、熱可塑性ポリマー繊維、熱硬化性ポリマー繊維またはそれらの任意の混合物を含む群から選択される、請求項２６に記載のプロセス。
38. 前記繊維が熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥ）繊維、熱可塑性スチレンエラストマー（ＴＰＳ）繊維、熱可塑性ポリアミド（ＴＰＡ）繊維、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）繊維、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）繊維、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項２６に記載のプロセス。
39. 前記繊維がポリエステル繊維、ポリアミド繊維、エポキシ樹脂繊維、ビニルエステル繊維、メラミンホルムアルデヒド繊維、尿素ホルムアルデヒド繊維、フェノール樹脂繊維、シリコーン繊維、ポリウレタン繊維またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項２６に記載のプロセス。
40. 請求項１～２５に記載または緩衝材として請求項２６～３９に記載のプロセスにより得られるポリマー複合材料の使用。
41. 前記緩衝材が緩衝物品へと形成される、請求項４０に記載の使用。
42. 前記緩衝物品が靴ソール、家具用クッション、ベッドのマットレス、自動車のシートクッション、フローリング基板、屋外歩行面／走行面、マットおよびパッドの群から選択される、請求項４１に記載の使用。
43. 繊維が組み込まれた状態の少なくとも１つの樹脂を含む管状粒子を含むポリマー複合材料を含む緩衝物品であって；
    前記管状粒子が、０．５ｍｍ～６０ｍｍの範囲で長さ、０．５ｍｍ～６０．０ｍｍの範囲で平均径、０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均壁厚を有し；
    前記繊維が、０．０００５ｍｍ～５．０ｍｍの範囲で平均径を有し；
    前記繊維が、樹脂を用いて互いに分離され、一方向に配向されて互いに位置を調整され、前記管状粒子がランダムに配向されかつ共に溶融される、緩衝物品。
44. 前記緩衝物品が、靴ソール、家具用クッション、ベッドのマットレス、自動車のシートクッション、フローリング基板、屋外歩行面／走行面、マットおよびパッドの群から選択される、請求項４３に記載の緩衝物品。

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