JP2597133B2 - 硬質又は半硬質フォームの成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自動車用の成形天井材、ドアパネル等に好
適に使用出来る軽量で、剛性、断熱性、吸音特性、耐湿
特性に優れたフォーム素材に関するものである。

従来の技術 自動車用の成形天井材、ドアパネル等の内装材は近年
軽量化、吸音性、断熱性の面から基材として硬質又は半
硬質プラスチックフォームを用いる傾向にある。

このような材料としては従来より、一段発泡で作られ
たウレタンフォーム、フェノールフォーム等の硬質又は
半硬質フォームが知られているが、これ等は一般的にブ
ロック状で生産され、これを切り出して成形する場合、
プレス成形時に亀裂、割れ等が生じて特に深絞り成形に
は追随出来ない不利があった。

又、この問題を解決するため、成形モールド内にこれ
らの発泡性原液を流し込み、型内で発泡硬化させて成形
する方法があるが、この方法によれば８〜10mmの間隔に
充填する際の発泡液の流れ性に問題があり、成形時の表
面状態が悪くなる等成形性に問題があるばかりでなく、
成形品の表面部の密度が高くなり、全体として製品の重
量が重くなったり、表面材の複合化がこの方法では難か
しい等の問題点があった。

更に最近、成形性を上げるため、しなやかな多孔体
（Ａ）にイソシアネート成分（Ｂ）を含浸させ、次いで
水と反応させて網状化させる方法（特公昭61−51544、U
SP4451310、特公昭57−22013、特開昭58−5346）が提案
されているが、この方法もイソシアネート成分（Ｂ）の
含浸工程が作業環境が悪化させたり、（Ａ）が軟質ウレ
タンフォームの場合、イソシアネート成分（Ｂ）の含浸
で（Ａ）が膨潤しフォーム強度が低下して作業性、寸法
安定性に問題を生じるばかりでなく、最終的な硬化フォ
ームの強度を出すためにイソシアネート成分（Ｂ）の含
浸量を上げねばならず、結果として重量が重くなったり
する不利があった。

又、この成形硬化の機構は構成材料の（Ａ）及び
（Ｂ）は化学的に反応しない別々のもので単に物理的な
複合物であり、従って成形性に必要なしなやかさは別途
完成された多孔体（Ａ）に依存し、イソシアネート成分
（Ｂ）は独自に水と反応硬化するため、最終製品はしな
やかな物質（Ａ）と硬質物質が物理的に複合化されたも
のと考えることが出来る。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、軽量で、剛性、断熱性、吸音特性、耐湿熱
性に優れ、深絞り成形でも亀裂、割れのないフォーム素
材の成形方法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 そこで本発明者等は上記問題点を解決するため鋭意検
討した結果、ポリオール成分とイソシアネート成分とを
水及び有機発泡剤のうちのいずれか一方又は両方の存在
下で反応させ樹脂フォームを作るに当り、イソシアネー
ト成分が反応当量より過剰に存在する状態で反応させ発
泡した場合、出来たフォームが実質的に熱可塑性を有す
ること、また該フォームは水又は水蒸気と共に加熱する
と未反応イソシアネートが水と反応して硬化し、もはや
加熱によっても軟化しない硬質又は半硬質フォームとな
ることを発見し、この発明を完成するに至った。

即ち本発明は、ポリオール成分とイソシアネート成分
とを水及び有機発泡剤のうちのいずれか一方又は両方の
存在下で反応させるに当り、イソシアネート成分が反応
当量より過剰に存在する状態で反応させ実質的に熱可塑
性を有するフォームとする発泡工程と、この熱可塑性フ
ォームに水又は水蒸気を接触させると共に加熱して該フ
ォーム中の未反応イソシアネートを水と反応させてフォ
ームを最終的に硬化成形する工程からなる硬質又は半硬
質フォームの成形方法である。

この方法の成形硬化機構は、最終的に得られる硬質又
は半硬質のフォームの素材が、その反応途中で未反応NC
Oを有する熱可塑性中間体として取り出され、次の工程
で加熱成形すると同時に残りの化学反応を完結させて熱
硬化性樹脂とするもので、前記の従来技術とはその機構
が根本的に異なるものであり、この方法で作った成形品
は上記の問題点を解決し、軽量で、剛性、断熱性、吸音
特性、耐湿特性に優れ、深絞り成形でも亀裂、割れのな
いフォーム素材となる。

用いるイソシアネート成分としては、一般的な脂肪族
又は芳香族イソシアネートあるいはそれらの混合体が用
いられ、必要に応じて、これらイソシアネート類とポリ
オールを部分的に反応させた末端−NCOのプレポリマー
も用いることができる。

ポリオール成分としては、例えばエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ジ
エチレングリコール等の２価のアルコール、グリセリ
ン、トリメチロールプロパン等の３価のアルコール、ペ
ンタエリスリトール、ソルビトール、ショ糖等の４価以
上のアルコール、又はこれ等の多価アルコールにプロピ
レンオキサイド、エチレンオキサイド等のアルキレンオ
キサイドを付加重合したものや、脂肪族又は芳香族ポリ
アミンやアルカノールアミン類にアルキレンオキサイド
を付加重合したポリエーテル系ポリオール類や、ポリエ
ーテルポリオールにビニル基を持つモノマーをグラフト
重合させたいわゆるポリマーポリオール、あるいは多塩
基酸と多価アルコールを縮重合させて得られるポリエス
テル系ポリオール類等、一般的ウレタンフォームに用い
られるポリオール成分が用いられる。

Ｉ 発泡工程 本発明の第１段階の発泡工程は、大別して、 ポリオール成分とイソシアネート成分とを水の存在下
で反応させる方法、 ポリオール成分とイソシアネート成分とを有機発泡剤
の存在下で反応させる方法、 ポリオール成分とイソシアネート成分とを水及び有機
発泡剤両方の存在下で反応させる方法、の三つの実施態
様がある。

以下それぞれの実施態様について順次詳細に説明す
る。

水の存在下で反応させる方法 この場合水はポリオール成分と共にイソシアネート成
分と反応し、ポリウレタンポリウレア樹脂を生成すると
同時に、それを発泡させてフォーム状にする。

本発明においては、使用する水及びポリオール成分と
化学当量的に反応するイソシアネート成分量よりも多量
のイソシアネート成分を用いて、出来たフォーム中に未
反応のイソシアネート成分が多量に残るようにする。用
いるイソシアネート成分の量は、使用する水及びポリオ
ール成分と化学当量的に反応するイソシアネート成分量
の1.2倍〜５倍、好ましくは1.5〜2.5倍とするのが良
い。

水とポリオール成分との比率は、水の比率を多くする
と一般に常温で固く、加熱でと軟化するフォームとなる
が、常温時に靭性がなく圧縮すると粉状にくずれる状態
となり、次の工程で水又は水蒸気と接触させて硬化した
最終的なフォームも固くて脆い性質のものになる。

逆にポリオール成分を多く用い過ぎた場合は、常温で
粘着性の柔らかいフォームとなり、発泡や取扱いが難し
くなると同時に、次工程で水又は水蒸気と接触させて硬
化した最終的なフォームも剛性のないものとなる。

これらの現象は用いるイソシアネート成分とポリオー
ル成分の種類によっても異なるので、水の使用量は、作
業性、最終製品の使用目的に要求される物性に応じて適
宜に調整すればよく、特に限定されない。

又、発泡に当って、触媒、界面活性剤等も必要に応じ
て用いることができ、使用する添加剤の種類、量ともに
一般的なウレタンフォームに用いるものと同じでよく、
特に限定されない。

有機発泡剤の存在下で反応させる方法 有機発泡剤は、ポリオール成分とイソシアネート成分
との反応により得られるポリウレタン樹脂を発泡してフ
ォーム状にする。

有機発泡剤としては、モノクロルトリフロロメタンの
ようなフロン系のもののほか、例えばメチレンクロライ
ド等、公知の有機発泡剤は全て利用出来、種類は限定さ
れない。

ポリオール成分とイソシアネート成分との混合比は、
使用するポリオール成分と化学当量的に反応するイソシ
アネート成分量よりも多量のイソシアネート成分を用い
て出来たフォーム中に未反応のイソシアネート成分が多
量に残るようにする。用いるイソシアネート成分の量
は、使用するポリオール成分と化学当量的に反応するイ
ソシアネート成分量の1.2倍〜５倍、好ましくは1.5〜2.
5倍とするのが良い。

この範囲内では、ポリオール成分とイソシアネート成
分との混合比及び有機発泡剤の添加比率は作業性や最終
製品の使用目的に応じて任意に設定すればよく、特に限
定されない。

又、発泡に当って、触媒、界面活性剤等も必要に応じ
て用いることができ、使用する添加剤の種類、量ともに
一般的なウレタンフォームに用いるものと同じでよく、
特に限定されない。

水及び有機発泡剤の存在下で反応させる場合 この実施態様においては、水は得られるフォームの硬
さを保持しつつ、併用される有機発泡剤と共に、生成し
たポリウレタンポリウレア樹脂を発泡して低密度のフォ
ーム状にする。

ポリオール成分とイソシアネート成分との混合比は、
使用するポリオール成分及び水と化学当量的に反応する
イソシアネート成分量よりも多量のイソシアネート成分
を用いて出来たフォーム中に未反応のイソシアネート成
分が多量に残るようにする。用いるイソシアネート成分
の量は、使用するポリオール成分及び水と化学当量的に
反応するイソシアネート成分量の1.05倍〜５倍、好まし
くは1.2〜2.5倍とするのが良い。

使用する水の量は、ポリオール成分100重量部に対し
て4.0重量部以下、好ましくは0.2〜0.3重量部とするの
が望ましい。

水の比率を多くすると一般的に常温で固く、加熱で軟
化するフォームとなるが、常温時に靭性がなく圧縮する
と粉状にくずれる状態となり、次の工程で水又は水蒸気
と接触させて硬化した最終的なフォームも固くて脆い性
質のものになる。

また水の量が多くなると必然的にイソシアネート必要
量も多くなり、その結果良好な発泡安定性が得られ難く
なるだけでなく、反応進行に伴ない発生する反応熱はフ
ォーム内部発熱温度上昇を招き、フォームの劣化のみな
らず、特にブロック発泡時には発火の危険さえ伴なうよ
うになる。

逆に水の量が少ないと、フォームの低密度化は有機発
泡剤だけで行わねばならず、その結果得られたフォーム
中間体は柔らかく脆い状態となり、保管が難しいだけで
なく、次工程で成形された最終製品の強度も弱いものと
なってしまう。

従って水及び有機発泡剤の使用量は、これらの事実を
踏まえた上で、最終製品の使用目的に応じて適宜設定す
べきである。

これ等の比率は最終製品の使用目的に応じて任意に設
定すればよく、特に限定されない。

有機発泡剤としては、前記項で説明したものが使用
できる。

又、発泡に当って、触媒、界面活性剤等も必要に応じ
て用いることができることも、前記項で説明したとお
りである。

以上詳細に説明した、又はのいずれかの実施態
様により、実質的に熱可塑性を有するフォーム中間体が
得られる。

II 硬化成形工程 上記のようにして作られた実質的に熱可塑性を有する
フォーム中間体は、ブロック状に成形発泡したものを一
定厚みにスライスしてから最終的に硬化成形しても良
く、また予め板状に成形発泡したものを最終的に硬化成
形しても良い。

上記熱可塑性フォーム中間体は放置しておくと未反応
のイソシアネートが空気中の水分と反応して加熱しても
軟化しない樹脂フォームになってしまうので、長時間保
管する場合は乾燥雰囲気中で保管するか、不透湿性のフ
ィルムでラッピングして保管しなければならない。好ま
しくは上記熱可塑性フォーム中間体のポットライフに合
せて速やかに水又は水蒸気と接触させると共に加熱して
硬化成形するのが良い。

次工程において上記熱可塑性フォーム中間体を水又は
水蒸気と接触させる場合の水分量は、フォーム中の未反
応イソシアネートと化学当量的に反応する水分量以上、
好ましくは最終製品が湿潤状態となり、外観、物性等に
弊害がない程度に大過剰の水又は水蒸気と接触させる
が、反応を早めるため触媒等を添加併用しても良く、樹
脂エマルジョン等の形で水分を供給しても良い。

加熱成形は一般的に熱プレスで行うが、必要に応じて
布、不織布、塩ビシート等を接着剤と共に一体成形した
り、ガラスクロス、ガラスマット等を補強材として一体
成形することも出来る。

プレス温度に制限はないが、生産性を上げるためには
100℃以上、好ましくは100〜150℃が良い。

以下実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ 第１表の配合で原材料を混合して厚さ×幅×長さ＝30
0×300×100mmのブロックを作成した。

第１表の配合における水及びポリオール成分の量に対
するイソシアネート成分の量は、化学当量で２倍であっ
た。

このブロックを10分後にスライスして厚さ×幅×長さ
＝10×250×250mmの板材を切り出したが、この板材は常
温で多少脆い硬質フォームで、100℃で軟化する熱可塑
性フォームであった。

この熱可塑性の板材に水を噴霧器で噴霧し、120℃に
加熱された金型で第１図１に示すような深絞り形状に２
分間プレス成形した。

成形品は亀裂、割れ等のない硬質フォームの成形品と
なり、再度100℃に加熱しても軟化することのない剛性
のある成形品であった。

実施例２ 実施例１と同様の配合で厚さ×幅×長さ＝10×1500×
1800mmの板状の中間体フォームを作り、第２図に示すよ
うに、この中間体フォーム２の両面にウレタン樹脂系の
接着剤を塗布した幅×長さ＝1500×1800mmのガラスマッ
ト（100g/m²）３および３′を積層し、更に一方の面に
塩化ビニル製表皮材（300g/m²:幅×長さ＝1500×1800m
m）４を積層して裏側（ガラスマット３側）から水を噴
霧器で前面に噴霧した後熱プレス成形して自動車用成形
天井材を作成した。プレス条件は120℃×３分であっ
た。

この成形天井材の中央部から切り出したサンプルの物
性は第２表の如くであった。

曲げ強さは、幅50mmのサンプルの中央（支点間距離10
0mm）に荷重Ｆを加え、その最高荷重を読み取った。

実施例３ 第３表の配合で原材料を混合して実施例１と同じ大き
さのブロックを作成した。

第３表の配合におけるポリオール成分の量に対するイ
ソシアネート成分の量は、化学当量で２倍であった。

このブロックを10分後にスライスして実施例１と同じ
大きさの板材を切り出したが、この板材は常温で安定な
硬質フォームで、100℃で軟化する熱可塑性フォームで
あった。

この熱可塑性の板材に水を噴霧器で噴霧し、110℃に
加熱された金型で第１図１に示すような深絞り形状に２
分間プレス成形した。

成形品は亀裂、割れ等のない硬質フォームの成形品と
なり、再度100℃に加熱しても軟化することのない剛性
のある成形品であった。

実施例４ 実施例３と同様の配合で実施例２と同じ大きさの板状
の中間体フォームを作り、実施例２と同様にして第２図
に示すように積層した自動車用成形天井材を作成した。
プレス条件は110℃×２分であった。

この成形天井材の中央部から切り出したサンプルの物
性は第４表の如くであった。

実施例５〜８ 第５表の配合で原材料を混合して実施例１と同じ大き
さのブロックを作成した。

第５表の配合における水及びポリオール成分の量に対
するイソシアネート成分の量は、化学当量で２倍であっ
た。

このブロックを10分後にスライスして厚さ×幅×長さ
＝９×250×250mmの板材を切り出したが、いずれも常温
で安定な硬質フォームで、100℃で軟化する熱可塑性を
有していた。

この熱可塑性の板材に水を噴霧器で噴霧し、115℃に
加熱された金型で第１図１に示すような深絞り形状に２
分間プレス成形した。

成形品は亀裂、割れ等のない硬質フォームの成形品と
なり、再度100℃に加熱しても軟化することのない剛性
のある成形品であった。

実施例９〜12 実施例５〜８とそれぞれ同じ配合で厚さ×幅×長さ＝
９×1500×1800mmの板状の中間体フォームを作り、実施
例２と同様にして第２図に示すように積層した自動車用
成形天井材を作成した。プレス条件は115℃×２分であ
った。

この成形天井材の中央部から切り出したサンプルの物
性は第６表の如くであった。

作用 本発明では第一工程で得られたフォームは未反応イソ
シアネートが最終的な硬化に至っていないため、常温で
は自立性のある硬質あるいは半硬質のフォームである
が、加熱すると軟化し、次の工程でプレス成形しても、
亀裂、割れ等が生じず、深絞り成形も可能である。更に
最終成形時に水又は水蒸気と接触させることにより、フ
ォームの未反応イソシアネートは水と反応して最終的な
硬化に進むため、成形後のフォームは加熱しても軟化し
ない硬質又は半硬質のフォームとなる。

発明の効果 自動車用の成形天井材、ドアパネル等に好適に使用出
来る軽量で、剛性、断熱性、吸音特性、耐湿熱性に優
れ、深絞り成形でも亀裂、割れのないフォーム素材を製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１、３、５〜８による深絞り成形品の形
状を示す図、第２図は実施例２、４、９〜12による複合
材の構成を示す図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリオール成分とイソシアネート成分とを
   水及び有機発泡剤のうちのいずれか一方又は両方の存在
   下で反応させるに当り、イソシアネート成分が反応当量
   より過剰に存在する状態で反応させ実質的に熱可塑性を
   有するフォームとする発泡工程と、この熱可塑性フォー
   ムに水又は水蒸気を接触させると共に加熱して該フォー
   ム中の未反応イソシアネートを水と反応させてフォーム
   を最終的に硬化成形する工程からなる硬質又は半硬質フ
   ォームの成形方法。