JPH07501278A - 強化された発泡ポリウレタンパネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 強化された発泡ポリウレタンパネルの製造方法技術分野 この発明はエネルギー吸収パネルの製造方法に関する。

背景技術 エネルギー吸収装置（エネルギー管理装置とも言われる）は知られている。その ような装置は種々の形体をしている。現在では、エネルギー吸収パネルの大きな 用途の１つは車両、特に自動車への使用である。そのようなパネルは、車両に使 用される場合には、これらが内装パネルに含められるか内装パネルの代りになれ れば大変便利で、実際は、これらは普通内装パネルと言われている。現在の内装 パネルは耐久性とエネルギー吸収能力とを組み合わせることに関して特に欠陥が ある。

エネルギー吸収パネルの通常の用途は車両の計器パネルである。計器パネルは代 表的にはプラスチック基体と頂部衝撃域を含む。乗員安全向上のための最近の政 府指導に従って、計器パネル及び車両内部域はエネルギー管理能力を有すること が今や必要条件である。

今までは、公知の計器パネルは剛直な基体を用いその上に弾性の装飾用フオーム を置いて成っていた。フオームは押込力たわみ特性がフオームの２５％圧縮で平 方インチ当たり約ｌから２ボンドである。これではフオームのエネルギー吸収能 力に殆ど役に立たない。

これを補うためには、基体は剛直で、代表的には曲げモジュラスが少なくとも８ ，０００ＭＰａのものであることを要する。剛直な基体は通常約１／８インチ厚 で供給され、特定の限定された衝撃域をもつように構成されている。衝撃域でな い領域では衝撃のエネルギー吸収が十分でないのでこれは不完全である。それど ころか、このような領域では、衝撃のエネルギーはむしろ剛直な基体からそれが ちである。計器パネルの場合には、車両乗員にひどい又は致命的な結果をもたら す。

エネルギー吸収パネルにフオームを使用することは知られている。従来のパネル は代表的にはもろい、押し潰されるフオーム（例えば硬質ポリスチレン、硬質ポ リウレタンなど）を用いている。使用すると、この型のフオームはただ１回の衝 撃からのエネルギーを吸収すると同時に砕ける。従って、ただ１回の衝撃の後で フオームを取り替えねばならない。

米国特許４，５０８，７７４はポリエステル−ウレタンフオームの圧縮熱成形を 開示する。特に、この特許は密度が１５−４００　ｋ　ｇ　／　ｍ　’で芳香族 ポリイソシアネートとポリエステルポリオールに基づく多泡質ポリウレタンを開 示する。熱成形は成形具申で圧縮係数１−１Ｏ及び１４０から２００℃の温度で 行う。この特許は密度が１５−４０ｋｇ／ｍ３のポリウレタンフォームスラブを 材料にして、これを最終製品の適当な大きさに切断することを開示する。その後 、切断されたスラブは従来技術で熱成形される。閉鎖した金型の圧縮係数は最終 のポリウレタンフォームの密度と最初のポリウレタンフォームの密度との商と定 義されている。

米国特許４，５０８，７７４に開示されている方法は多くの理由で不完全である 。一般に、この方法は予め製作されたフオームを使用しなければならないので複 雑である。これは予め製作されたフオームを製造すること及び形を整えることに 伴う余計な工程をもたらしフオーム切りくずの廃品がでる。また予め製作された フオームの使用は、適当な圧縮係数にするため及び速やかな金型の閉鎖条件並び に熱成形操作に要する特殊な温度制御に耐えるために特殊な金型の使用を必要と する。第３に、予め製作されたフオームの使用は、熱成形操作を行いながら予め 製作されたフオームに強化用又は装飾用の層を接着させるためスプレー式、積層 式又はホットメルト式接着剤を使うことが必要になる。第４に、繊維性の強化層 を使う時の強化層とポリウレタンフォームとの間に接着剤を使用する工程は、接 着剤が（ｉ）強化層をフオームに接着させること及び（ｉｉ）繊維性の強化層固 有の強化のために均質な基質を形成すること、という２つの目的を果たさねばな らないから、粗悪なパネルになる。第５に、熱成形操作中に比較的高い温度が必 要なことは方法全体のエネルギーを増大する。

上記の先行技術の欠陥を考慮すると、比較的簡単なエネルギー吸収パネルの製造 方法で上記先行技術の欠陥の１つを取り除く又は緩和するものをもつことが望ま れる。

発明の開示 この発明の目的はエネルギー吸収パネルを製造する新規な方法を提供することで ある。

従って、本発明は少なくとも１つのエネルギー吸収面を有するエネルギー吸収パ ネルを上部型板と下部型板とを含む金型の中で製造する方法を提供し、その方法 は： （ｉ）　上部型板と下部型板の少なくとも片方の内に強化層を置き； （ｉｉ）　下部型板の内に液状発泡性ポリウレタン組成物を供与し： （ｉｉｉ）上部型板と下部型板とを閉じてエネルギー吸収パネルの形に該当する 囲いの範囲を限定し；そして（ｉｖ）　液状発泡性ポリウレタン組成物を実質的 に囲いを充満させるよう膨張させて強化層に接着する弾性ポリウレタンフォーム 芯を生成させてエネルギー吸収面とする；工程を含み、 強化層は弾性ポリウレタンフォーム芯の抗張力よりも大きい抗張力を有し、かつ パネルはエネルギー吸収面で非圧縮パネルの体積の約５０％まで強化層に実質的 に垂直方向に圧縮した時にパネルは約３０分以内に非圧縮パネルの体積の約９０ ％以上回復することよりなる。

好ましい態様の詳細な説明 この方法の工程の順序は方法の本質に応じて変更できることは当業者には理解さ れよう。例えば、ある場合には、強化層を下部型板内に（又は適当な固定手段で 固定されれば上部型板内に）置き、上部型板と下部型板を閉じその後液状発泡性 ポリウレタン組成物を注入する−これは“閉じた金型”注入法と呼ばれる。この 代りに、液状重合性組成物が上部型板と下部型板を閉めることによって限定され る囲いの容積の約５０゜好ましくは約５０から約９０、更に好ましくは約６゜か ら約８０、最も好ましくは約７０から約８０パーセントに膨張するまで上部型板 と下部型板を閉めない−これは“開いた金型”注入法と呼ばれる。出願人の知る ところでは、“開いた金型”及び”閉じた金型”注入法は同じようにうまく行わ れ、使われる技−法は通常製造される物品の性質によって決められる。一般に、 好ましくは可撓性である強化層をその中に入れる場合に金型を開けねばならぬの で、“開いた金型”注入法が最も便利である。

この方法で製造されたエネルギー吸収パネルの提供は、特にパセンジャサイド・ エアバッグ・ドア、ニー・ボルスター、サイドインパクト・ボルスタ−１ＡＩＢ 及びＣピラー、サンバイザー・コア及びドアパネルなどの自動車部品の剛直基体 の必要をなくすることが驚くべきことにまた予期されずに見出された。これら装 置の多（は今までエネルギー管理能力が殆どなかった。このような能力の必要性 は最近米国その他の国で要求されている。本方法で製造されたエネルギー吸収パ ネルは芯が比較的弾性なポリウレタンフォーム芯からなるので繰り返し衝撃に耐 えることも見出された。

高弾性−低エネルギー吸収フオームと低弾性−高エネルギー吸収基体を含む公知 のパネルと比べた場合、本方法で製造されたエネルギー吸収パネルより生じるこ のような顕著な特性は、その固有の比較的均一なエネルギー吸収能力によるので ある。本方法で製造されたエネルギー吸収パネルの比較的均一なエネルギー吸収 能力は、実質的に衝撃の際のポリウレタンフォーム芯と強化層との間の相互作用 に依ると考えられる。

本方法で製造されたエネルギー吸収パネルは、弾性ポリウレタンフォーム芯に接 着し少なくともその一部を覆った強化層を持つ少なくとも一つのエネルギー吸収 面を含む。好ましくは、ポリウレタン芯は間隔を置いて実質的に相互に平行関係 にある第一エネルギー吸収面と第二エネルギー吸収面の間に配置される。二つの エネルギー吸収面を設けることは、以下に記すように一つのエネルギー吸収面を 用いるのに比べてエネルギー吸収能力の劇的増加をもたらすことができる。

本方法で用いられる強化層の選択はポリウレタンフォーム芯より大きい抗張力を 有するものであれば特に限定されず非金属でも金属でもよい。好ましくは強化層 は可撓性である。可撓性強化層は繊維質でも非繊維質でもよい。繊維質の可撓性 強化層の非限定的例は、本質的にガラス繊維（例えばニコ７５４　１　ｏｚ／ｆ ｔ２のような、チョツプド、非チョツプドの布又はマット状のもの）、ポリエス テル繊維、ポリオレフィン繊維（例えばポリエチレン及びポリプロピレン）、ケ ブラー繊維、ポリアミド繊維（例えばナイロン）、セルロース繊維（例えばバー ラップ）、炭素繊維、スパンボンドポリエステルなどの布材（例えばルトラビル １ＤＨ７２１０Ｂ／ＬＤＶＴ２２２及び７０イデンバーグＰＴＬＤ５８５Ｇ／Ｐ ＴＬＤ６００Ｂ）及び紙（例えばクラフト＃６０）からなる群から選ばれた少な くとも一つを含む。繊維質の強化層は織布でも不織布でもよい。非繊維質の強化 層の非限定的例は、本質的に熱硬化物（例えばポリウレタン、ポリエステル及び エポキシ）、アルミニウム箔などの金属、ポリカーボネート（例えばレキサン及 びダウ・キャリバー）、ポリカーボネート／ＡＢＳアロイ（例えばダウ・パルス ）、ＡＢＳターポリマー（例えばロイアライト５９及びダウ・マグナム）、ポリ エステル・テレフタレート（ＰＥＴ）、ビニル、スチレン・無水マレイン酸（例 えばアルコ・ダイラーク）、及びガラス繊維強化ポリプロピレン（例えばアズデ ル）を含んでなる群から選ばれた少な（とも一つを含む。非繊維質の強化層の材 料の多（は自身が繊維質材料で強化されていてもよく、従って可撓性強化層は繊 維質と非繊維質材料の混合又は複合構造の組み合わせとなる。

好ましくは、本方法には更にエネルギー吸収面の少なくとも片面を覆う装飾層を 用いるステップが含まれる。装飾層の具体的な選択は特に限定されず通常エネル ギー吸収パネルの用途次第である。好ましい装飾層は熱成形性独立気泡のポリエ チレン又はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）フオーム層を含み、これは装飾パネル全体 の一段製造を可能にする。可撓性強化層が１枚しか使われない時には装飾層は型 板（上部又は下部）と可撓性強化層の間又は可撓性強化層を保持するのに使われ ていない上部型板か下部型板内に置かれる。可撓性強化層が２枚使われる時には 装飾層は可撓性強化層と上部型板か下部型板のいずれかとの、好ましくは上部型 板との間に置かれる。装飾層が可撓性強化層と型板の一つとの間に置かれた時に は、金型の中で膨張しているフオーム塩を多少とも透過させる可撓性強化層を用 いるのが好ましい。膨張しているフオーム塩が可撓性強化層を通過できて、可撓 性強化層と装飾カバーの両方に接着した弾性ポリウレタンフォーム芯が得られる 。

液状発泡性ポリウレタン組成物の膨張の後にできるポリウレタンフォーム芯は、 好ましくは約０．４０以下、より好ましくは約０．ｌＯから約０．２５の範囲内 の比重を持つ。液状発泡性ポリウレタン組成物は好ましくは立方フィート当り約 １から約２０ポンド、より好ましくは立方フィート当り約２から約８ポンドの自 由膨張密度を持つ。本方法の好ましい態様では、ポリウレタンフォーム芯は、２ ５％たわみにおいてＡＳＴＭ３５７４−Ｂｌにより測定して約１５０から約４０ ００ポンド、より好ましくは約５００から約２５００ボンド、最も好ましくは約 ９００から約２０００ポンドの範囲の押込力たわみを持つ。

本方法により製造されたエネルギー吸収パネルは、そのエネルギー吸収面で非圧 縮パネルの体積の約５０％、好ましくは約６５％、より好ましくは約８０％まで 可撓性強化層に実質的に垂直方向に圧縮した時に、約３０分以内に非圧縮パネル の体積の約９０％以上、好ましくは約９５％以上まで回復する。好ましくは、パ ネルは非圧縮パネルの体積の約９０％以上まで約１０分以内に、より好ましくは 約２分以内に回復する。

本方法の特に好ましい態様には可撓性強化層を２枚使うことが含まれる。理想的 には本方法のこの態様では上部型板と下部型板の各々に可撓性強化層を１つ置（ 。その後、液状発泡性ポリウレタン組成物は予め下部型板内に置かれたおかれた 可撓性強化層に直接的に“開放注入”又は“閉鎖注入”法によって支障なく供与 される。液状発泡性ポリウレタン組成物が膨張して各々の可撓性強化層に接着し た弾性ポリウレタンフォーム芯になると、間隔を置いて相互に実質的に平行関係 で配置された２つのエネルギー吸収面（即ち各可撓性強化層）を持つエネルギー 吸収パネルが得られる。

そのようなパネルのエネルギー吸収能力は、１つだけのエネルギー吸収面（即ち １つの可撓性強化層）を含むエネルギー吸収パネルに比べると劇的に増加してい る。

本方法への使用に適した液状発泡性ポリウレタン組成物は特に限定されない。本 パネルへの使用に適した液状発泡性ポリウレタン組成物の非限定的ではあるが好 ましい例は、ウッドリッジ・フオーム・コーポレーションから二ナフレックス９ ００．エナフレックス■及び二ナフレックス４００の商標で入手される。

一般に、本パネルへの使用に適し要求特性を満たすポリウレタンフォームは、下 記の一般非限定的処方で製造される。

成二分　１１ ポリマーポリオール　１００−０　部 ポリオール　０−１００　部 架橋剤　０−３０部／ １００部合計ポリオール 触媒　０．０５−３．５部／ １００部合計ポリオール シリコーン界面活性剤　０−１．５部／１００部合計ポリオール 水　０．　５−３．　５　部／ １００部合計ポリオール イソシアネート　ＮＧＯ反応点当量に対するＮＧＯ当量の比率が約、６ ０から１．３０であるのに 十分な量 適当なポリマーポリオール、ポリオール及びイソシアネートは、米国特許３，３ ０４，２７３．３，３８３，３５１．３，５２３゜０９３、３，９３９，１０６ 及び４．１３４．６１０　、ベルギー特許７８８．１５５；カナダ特許７８５． ８３５及び“ポリマー／ポリオール類、新しいポリウレタン中間体”、クリラ・ Ｗ、Ｃ。

ほか：ジャーナル・オブ・セルラー・プラスチックス３月号（１９６６）に記載 されており、その内容はここに参照のために組み入れである。

適当な架橋剤、触媒及びシリコーン界面活性剤は米国特許４．１０７．１０６及 び４．１９０．７１２に記載されており、その内容はここに参照のために組み入 れである。

本パネルへの使用に適する好ましいポリウレタンフォームは下記の処方で製造さ れる： 直上　Ｕ ポリマーポリオール’　３０−７０　部ポリオール２　７０−３０　部 架橋剤３　５−１５５部 ／１００合計ポリオール 触媒４　０．５−１．２部／ １００部合計ポリオール シリコーン界面活性剤’　０．３−１．１部／１００部合計ポリオール 水　１．　７５−２．　７５　部／ １００部合計ポリオール イソシアネート’　ＮＧＯ反応点当量に対するＮＧＯ当量の比率が約０゜ ８から１．１であるのに 十分な量 Ｉ　ＡＣ・ウェスト・バージニア・ポリオール・カンパニー　ＮＩＡＸ　３１− ２８ ２　５０００　ＭＷ　７５％１級封鎖グリセリン−プロピレンオキサイド付加体 ３　ＢＡＳＦ　９５３ ４　ＤＡＢＣＯＲ−８０２０ ５ゴールドシュミット　Ｂ−４１１３ ６ダウ・ケミカル・カンパニー　ＰＡＰＩ９０１エネルギー吸収面に使われる可 撓性強化層はパネルの表面の上又はすぐ下（膨張するフオームでの含浸のために ）にだけ使われることに留意すべきである。換言すれば、強化層の成分はポリウ レタンフォーム芯全体へのフィラーとして使わない。この特殊なタイプの弾性ポ リウレタンフォームに対してこの強化技法を使うことは、パネルに驚異的かつ予 期せざる剛直性とエネルギー吸収能力を与える。

本方法は、有用なエネルギー吸収パネルを比較的効率的に製造することを可能に する点で先行技術に対して優位である。特に本方法の使用は、廃フオーム材、接 着剤の使用及び特殊な金型の使用を不要にする。さらに本方法は好ましい態様の １つとして、エネルギー吸収成形物の１膜製作を可能にする。１段”とはパネル の全部の構成要素を１つの金型に入れて仕上り物品を製造することを意味する。

本方法によって製造されたエネルギー吸収パネルは様々な応用に有用である。こ のエネルギー吸収パネルは特にドアパネル、計器パネル、トラパーパッド、エア バッグドアなどの車両用の用途を有する。

さらに本方法によって製造されたエネルギー吸収パネルは、ヒールブロッカ−パ ッドに使われる。当業者の認めるようにヒールブロッカ−バッドは車両のカーペ ットとダッシュ・インシュレータの下でダッシュの金属板に対面している。これ ら装置は正面衝突の際に運転者の足の踵の下で運転者の骨を過度の荷重から護る 作用をする。

本方法によって製造されたエネルギー吸収パネルは車両に使われるニー・ボルス タ−にも用いられる。代表的には、ニー・ボルスタ−は車両の前座席の運転者及 び乗客の踵が衝突の際に前方へ滑って計器パネル構造の下になるのを防ぐ阻止材 に使われる。

本方法によって製造されたエネルギー吸収パネルは車両座席のアンチ−サブマリ ン装置として使われる。

一般にそのような装置は座席クッションの下に組み入れられて、衝突の際に占拠 者が前方へ滑って座席制止材の下になるのを防ぐ目的を果たす。

国際調査報告　ｏｒｒｚｒｈ　＠２／ｎｎ’ｌＲ＋’１＋□１１Ａ１．ｌ−陶　 ＰＣＴ／Ｃ人９２１００３５０フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号Ｂ　２９　Ｋ　１０５ ：０６ （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、　ＭＲ， ＳＮ、　ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　 ＣＨ，Ｃ３゜ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、 ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＲＯ、ＲＵ、ＳＤ、　ＳＥ Ｉ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも１つのエネルギー吸収面を有するエネルギー吸収パネルを上部型 板と下部型板とを含む金型の中で製造する方法であって、その方法は：（ｉ）上 部型板と下部型板の少なくとも片方の内に強化層を置き； （ｉｉ）下部型板の内に液状発泡性ポリウレタン組成物を供与し； （ｉｉｉ）上部型板と下部型板とを閉じてエネルギー吸収パネルの形に該当する 囲いの範囲を限定し；そして（ｉｖ）液状発泡性ポリウレタン組成物を実質的に 囲いを充満させるよう膨張させて強化層に接着する弾性ポリウレタンフォーム芯 を生成させてエネルギー吸収面とする； 工程を含み、 強化層は弾性ポリウレタンフォーム芯の抗張力よりも大きい抗張力を有し、かつ パネルはエネルギー吸収面で非圧縮パネルの体積の約５０％まで強化層に実質的 に垂直方向に圧縮した時にパネルは約３０分以内に非圧縮パネルの体積の約９０ ％以上回復することよりなるエネルギー吸収パネルの製造方法。
2. ２．エネルギー吸収面が可撓性繊維質強化層を含んで成る特許請求の範囲第１項 記載の方法。
3. ３．繊維質強化層が本質的にガラス繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊 維、ケプラー繊維、ポリアミド繊維、セルロース繊維及び炭素繊維からなる群か ら選ばれた少なくとも１つを含む特許請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．エネルギー吸収層が非繊維質強化層を含んで成る特許請求の範囲第１項記載 の方法。
5. ５．非繊維質強化層が本質的に熱硬化物、アルミニウム箔、ポリカーボネート、 ポリカーボネート／ＡＢＳアロイ、ＡＢＳターポリマー、ポリエステル・テレフ タレート（ＰＥＴ）、ビニル、スチレン・無水マレイン酸、ポリ塩化ビニル及び ガラス繊維強化ポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む特 許請求の範囲第４項記載の方法。
6. ６．工程（ｉ）が強化層と上部型板及び下部型板の少なくとも１つとの間に装飾 層を置くことをさらに含む特許請求の範囲第１項記載の方法。
7. ７．工程（ｉ）が上部型板と下部型板の各々に強化層を置くことを含む特許請求 の範囲第１項記載の方法。
8. ８．同じ強化層が上部型板と下部型板の各々に置かれる特許請求の範囲第７項に 記載の方法。
9. ９．工程（ｉ）が強化層と上部型板及び下部型板の少なくとも１つとの間に装飾 層を置くことをさらに含む特許請求の範囲第７項に記載の方法。
10. １０．強化層が可撓性で繊維質である特許請求の範囲第７項記載の方法。
11. １１．強化層が本質的にガラス繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、 ケプラー繊維、ポリアミド繊維、セルロース繊維及び炭素繊維からなる群から選 ばれた少なくとも１つを含む特許請求の範囲第１０項に記載の方法。
12. １２．強化層が非繊維質である特許請求の範囲第７項記載の方法。
13. １３．非繊維質強化層が本質的に熱硬化物、アルミニウム箔、ポリカーボネート 、ポリカーボネート／ＡＢＳアロイ、ＡＢＳターポリマー、ポリエステル・テレ フタレート（ＰＥＴ）、ビニル、スチレン・無水マレイン酸、ポリ塩化ビニル及 びガラス繊維強化ポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む 特許請求の範囲第１２項記載の方法。
14. １４．ポリウレタンフォームの芯の自由膨張密度が立方フィート当り約１から約 ２０ポンドである特許請求の範囲第１項記載の方法。
15. １５．パネルが約１０分以内に非圧縮パネルの体積の約９０％以上回復する特許 請求の範囲第１項記載の方法１６．パネルが約２分以内に非圧縮パネルの体積の 約９０％以上回復する特許請求の範囲第１項記載の方法。