JPS58147323A - 軟質ポリウレタンフオ−ムの反応射出一体成形方法 - 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】 本発明は１発泡密度が１５０ｋｇ／ｒｒｒ以下の高発泡
倍率の軟質ポリウレタンフォームの高速反応射出成形に
おいて多孔性材料との一体発泡成形に関するものである
。

ポリウレタンフォームの反応射出成形（ＲＩＭ）法は、
事務−器のハウジング類や自動車の内外装部品類などの
成形に利用されているが、用いられるポリウレタンは硬
質、半硬質の発泡体或は非発泡のエラストマー類が主体
で、その成形品密度は、３００〜１１００ｋｇ／ｒｄの
範囲のものであった。

成形品密度が＋　５０ｋｇ／％以下でクツション用など
に使用できる軟質発泡体へのＲＩＭ成形法の利用は、そ
の可能性については早くから期待されていたが、モール
ドキャビティー容積に比し発泡性混合組成液の注入量が
少ないため、発泡液の型内の移動が大きく、そのため空
気の巻き込みによるボイドの発生やフオーム自体の破泡
等による欠肉の発生をひき起こす欠点があり、まだ確立
されるに至っていない。従って、現在開発されている軟
質フオームのＲＩＭ成形方法は、いずれもランナーゲー
ト方式によらずモールド上部中央付近に高圧射出注入機
のミキシングヘッドがかん合する注入口を設け、注入と
同時に注入圧によりモールドの全面に液を分配させる方
法により、軟質フオームをＲＩＭ成形している程度であ
る。

しかしながらこのような注入圧による液の分配方式では
、射出された発泡性組成液が、キャビティー内で発泡し
始めた段階で注入口に対向した位置のキャビティー壁面
にぶつけられるために泡が破壊されて、縞模様状となっ
たり、急激な衝突による液の拡がりのため空気の巻き込
みも多くなり１発泡体の各部位にエアーポケットやボイ
ドを多発し、良好な外観成形品が得られず、著しく商品
価値を損う等の欠点があった。このような欠点は１発泡
性混合組成液の反応性を低くすれば成程度改良すること
は可能であるが１反応性を低くすれば著しく生産性を低
下させ本願の目的とする高速成形は不可能となるので、
高価な高圧発泡設備を用いる意義がなくなり、成形速度
を犠牲にした割には外観品質の改良効果は小さいと云う
難点があった。

そこで本願発明者等は、ＲＩＭ成形法に於てランナーゲ
ートを用いて、軟質ポリウレタンフォームを高速成形す
る方法につき鋭意研究の結果、キュア一時間が２分以下
、成形サイクルとして３分以下という高速で且つ複雑形
状の軟質ポリウレタンフォームであっても外観品質の優
れた良好な発泡成形品が得られることを見出したが、こ
のようにして得られた軟質高発泡成形品は、成形体のど
の部分も一様なかたさをもつものである。最近の自動車
や家具用クツシロンでは、座り心地のより一層の向上の
ため、部分的に表面感触を変える二とが要求されるよう
になってきているが、そのような目的のためには上記の
ようにして得た発泡成形品の所望箇所に、更に所望感触
を有する別の多孔性材料を重ね合わせてカバー材料で被
包する方法をとる必要がありた。

従来の低圧発泡オープンモールド方式では。

このような目的のためにはモールドキャビティーの所望
箇所に、かたさや感触の異なる他の多孔性材料を取付け
ておいて、一体的に発泡成形する方法が公知である。し
かしながら、このような方法では、予め型内に取付けら
れた多孔性材料への発泡性混合組成液の含浸度が部分的
に異なり、しかも多孔性材料に含浸した発泡性混合組成
液の発泡が抑制されるため、インサートする多孔性材料
はどうしても厚さを厚くしておかないと表面感触が部分
的に異なる欠点が生ずる上、不必要に深く含浸すること
によって、その部分だけ発泡性混合組成液を多く注入す
ることが必要となり、一体発泡成形品の重量が重くなる
難点があった。

特に高弾性フオームのように初期の反応性を高めた処方
では、通常の軟質フオームよりも発泡圧が高いため、多
孔性材料への含浸度が大きく、その制御は極めて困難と
いう問題点があった。

本願発明者等は、このような問題点を■軟質ポリウレタ
ン配合−成物のクリームタイム（各配合組成物の混合を
開始してから混合液が樹脂化反応と共にガス化反応の進
行によって白濁し、ソフトクリーム状を呈する迄の時間
）を６秒以下に調製し、■密閉型への注入は少くともク
リームタイム以下好ましくは混合開始から４秒以内に行
い、■注入用ランナーゲートを密閉型の端部に取付ける
と共に５０ｋｇ／ａ＃以上の高圧で各成分を射出・混合
・注入し、注入液がモールドキャビティー内を膨張しな
がら充満し、最も遅く発泡液が型側壁に触れる部位にの
みガス抜き孔を設け、■ガス抜き孔以外のモールドのパ
ーティングライン部は発泡圧によって実質的に発泡性原
液が溢出しないような密閉状態に保持し、■モールドキ
ャビティーの所望箇所に、かたさや感触の異なる他の多
孔性材料を添着させ、■発泡性混合液の発泡圧と、多孔
性材料の添着部位に応じてモールドを５〜９０＠の角度
に傾斜させる二とによって、均一な含浸深さの多孔性材
料との一体発泡成形品を得る二とに成功したのである。

本願で用いる軟質ポリウレタンフォーム用成分は、クリ
ームタイムが６秒以下に調節さえできれば特に制約はな
く、公知の成分はすべて用いる二とができるが、好まし
い成分としては次のようなものが挙げられる。

ポリオール成分としては官能基°数が３〜６で、末端が
第１級のヒドロキシル基を５０〜８０％有するものを主
ポリオールとして用いるが、所望物性に応じてポリマー
ポリオールやジオール或はトリオールのような公知の他
のポリオールを併用してもよい。

イソシアネート成分としてはトリレンジイソシアネート
、又はジフェニルメタンジイソシアネートを用いるのが
好適であるが、これらのジイソシアネートでも異性体比
の異なるものの混用やトリレンジイソネートとジフェニ
ルメタンジイソシアネートとの混用によってもよい、又
、精製度の低いクルードイソシアネートや変性タイプの
イソシアネートを単独又は併用してもよい。

クリームタイムを６秒以下にするためにはポリオールの
末端ヒドロキシル基の１級化率を高める以外に、使用す
るアミン系触媒の配合量を増加させたり、その他配合系
の活性を高めるための公知の配合剤を添加する方法もす
べて用いることができる。その他、公知の鎖伸長剤１発
泡剤、界面活性剤、顔料、難燃剤、可塑剤、充填剤等が
用いられることは云う迄もない。

ランナーゲートの形状も特殊なものを用いる必要がない
が、好ましくは三角形状のものが用いられる。三角形状
のように先端部分が薄く拡げられた形状のランナーゲー
トを用いることによって、配合組成物の混合効果が高め
られる上、モールドキャビティーへ注入される際、キャ
ビティー内の水平方向への混合組成液の拡がりを助ける
ので好適である。尚ランナーゲートの取付は部位はモー
ルド端部で成形品の捨て面部に設けるのが望ましい。

又、必要に応じ邪魔板のようなものを設けてもよい。

ガス抜き孔は、従来の軟質モールドフオームを生産する
場合のようにモールド上面に数多く設ける一方で、分割
型のパーティングライン部からもキャビティー内の空気
や反応によって発生するガス等を逃がす手段をとるとガ
ス抜き孔やパーティングラインから発泡性組成液が溢出
してきて発泡硬化したり、はみ出さない迄もガス抜き孔
の中で硬化してしまい、１回型造毎の小さなガス抜き孔
内の掃除が必要であり、又成形品にはみ比し硬化物が付
着したまま脱型されてくるので、脱型後はみ出し硬化物
を除去する二とが必要となる等厄介な作業を行わねばな
らなくなる。特に本願発明者等の実験では高弾体軟質フ
オームの場合は、はみ出し硬化物の量が多くなる程。

フオーム成形品の外観仕上り状態が悪くなり、場合によ
っては成形品に欠損部分が発生するようになってしまう
ことを認めている。二の現象は多孔性材料をインサート
する二とによってより起り易くなる。それ故、本願発明
では金型分割部から発泡性混合組成物がはみ出すのを防
止するために、金型分割部フランジ面は可能な限り精密
に仕上げ、高度な仕上げが困難な場合は、シールテープ
やその他の樹脂製シール材等を用いると共に、発泡性混
合組成液の発泡圧（通常１　ｋｇ／ａ＃以下）よりも高
い圧力で例えば２ｋｇ／ｄ以上の圧力で型締めを行い、
一方モールドの一端に設けられたランナーゲートから射
出注入された発泡性混合組成液が発泡圧によってモール
ドキャビティー内を移動し、ランナーゲートから離れた
位置の側壁に最も遅く到達する部位にのみガス抜き孔を
設けることにより、モールドキャビティー内にあった空
気や発泡ガスのほとんどすべてが排出された後に、ガス
抜き孔を発泡性混合組成液が接触することになるので、
エアーボケ゛ットやボイド、欠損等の外観不良は殆んど
発生しない優れた外観品質の軟質ポリウ゛レタンフオー
ム成形品を得る二とができるのである。尚、ガス抜き孔
は余り大き過ぎたり、多数に設けすぎると所期の目的を
達成できないことがあるので、好ましくは、ガス抜き孔
のトータル断面積が０．１〜３ａｉの範囲が望ましい。

もし、円形のガス抜き孔を設けるのであれば、１個のガ
ス抜き孔の直径は通常５■／−以下とするのが望ましい
。但し孔の長さが長くなれば、直径を５腸／■以上に設
定しても目的を達することはできる。

ガス抜き孔は円形、半円形、角型等どのような形状でも
よいが、もしフオーム硬化物が充満した時、除去が簡単
となる形状を選ぶのが望ましい。又、スリット状の細い
溝の形で設けても同等の効果が得られる。ガス抜き孔も
できるだけ捨て面部に設けるようにすると、たとえ若干
のはみ出しが付着していたとしても、はみ出しを除かな
くても実用上差し支えないケースが多いので好都合であ
る。

高速反応硬化させるためのもう一つの重要な因子として
型温度がある。本願発明では、２５℃以上の型温につい
て種々検討を行った結果、５０℃以下の型温では、型に
接触した表層部のキュアー反応が遅くなり、短時間で脱
型しようとすると、キュアーの遅れた表面層がモールド
面に付着して破れたり、脱型作業で破損が起ったりする
。好ましい型温度は６０℃以上にすべきである。しかし
ながら余り型温を高くしすぎると、エネルギーロスが大
きい上、大型成形品では反応が早すぎて隅々迄発泡性混
合組成液が充満しない間に硬化反応が進んでしまい良好
な成形品が得られなくなり易いので、経済性も考慮すれ
ば高温側は１００℃程度である二とが望ましい。

次にインサート材として用いる多孔性材料であるが１本
願で用いられる多孔性材料としては、天然又は合成繊維
の交絡状物や連続気泡状の発泡体が用いられるが、必要
に応じては厚手の布地状物例えば毛羽立った織物やフェ
ルト状体も用いる二とができる。最も好適な多孔性材料
としては軟質ポリウレタンフォームが挙げられる。イン
サートに用いる多孔性材料・の厚みは３ｍｍ以上である
が好ましくは５〜２０ｍｍの範囲で用いるのがよい。従
来。

布地や連続気泡状物或は１両者の積層体をモールド内に
インサートして一体発泡成形する場合、発泡性混合液の
含浸硬化を防止するために、合成樹脂薄膜を介在させる
か、或は樹脂液を予め塗布して含浸防止のための目止め
を行う必要があったが１本願の方法では、例えばほぼ水
平状の下型内面に多孔性材料を添設した場合は、発泡性
混合液の射出注入前又は注入直後に、型を４５〜９０°
の角度に傾斜させることによって多孔性材料への発泡性
混合液の含浸度を一様に少くする二とができる。もし上
型内面に多孔性材料を添設する場合には、型は水平に保
持したままでもよいが、前者と同様にして型を５〜４５
°に傾斜させるのがガス抜きの関係から好ましい。二の
ような含浸度の減少と一様化は発泡性混合液のクリーム
タイムを６秒以下と短かくしたことによって、極めて効
果的で再現性よく行うことができる。尚、型を傾斜させ
る場合は、ガス抜き孔を設けた側の端部が上になるよう
傾斜させるべきで、その傾斜させる時機は既に述べたよ
うに発泡性混合液の射出注入前でもよく、又、射出注入
後ガス抜き孔近辺に発泡性混合液が近接する迄の間（通
常射出注入後２０秒以内）に行ってもよい、傾斜角度可
変装置は公知の油圧、水圧又は空気圧式のものを用いれ
ばよい。

成形型の材質は、鉄又はアルミニウムが最適であるが、
成形型を炉内に入れて加熱キュアーを行わないので、Ｆ
ＲＰその他の樹脂型を用いてもよい。

次に本願発明の実施例を挙げる。

実施例−１ ポリエーテルポリオールとして三洋化成製ＦＡ７０２を
６０重量部に対し、三井日曹ウレタン製ポリマーポリオ
ール３１−２８を４０重量部、ジェタノールアミン２重
量部、東しシリコン製界面活性剤５Ｆ２９６２を１重量
部、脱イオン水３重量部及びトリエチレンジアミン０．
２重量部の側台で混合して、ドイツ国ヘネッケ社製の注
入ヘッドを備えたＲＩＭ成形機の成分タンクＡに入れた
。一方、成分タンクＢにはトリレンジイソシアネート（
２，４異性体８０％、２．６異性体２０％の異性体比）
を入れ、それぞれタンク内の液温を２５℃に調整した。

二の成分Ａと、成分Ｂとをイソシアネートインデックス
１００となるように反応させた場合のクリームタイムは
４秒であった。金型はアルミニウム製で。

深さ１２ｃｍ、縦、横各５０ｃ■の内容積を有し温度調
節用パイプを内蔵させたモールドで、下型には多孔性材
料を取付けるための針を四隅に植付けて用いた。この金
型の温度調節用内蔵パイプに温水を循環させてモールド
キャビティー表面温度を６５±１”Ｃに調整し、ワクス
系離型剤を塗布した後、フオーム密度０．０１８ｇ／ａ
ｌでＪＩＳ硬さ７ｋｇの連続気泡性軟質ウレタンフオー
ムの２Ｃ■厚みのシートを下型の針に突き刺した。尚、
ランナーゲートは三角形状の拡がり角度９０＠のちのを
用い、ガス抜き孔は予備実験の結果ランナーゲトと対向
する側のパーティングライン中央部に３−／■径で２５
−７−間隔に７個設けた。従つてガス抜き孔のトータル
断面積は０．４９５ｄである。

このようにして準備調整された金型を閉じ。

型締め圧２ｋｇ／ｄに保持して、ＲＩＭ成形機より前記
Ａ、Ｂ各成分をイソシアネートインデックス１００とな
る様にオリフィスによって調整し、ショツト時間２．５
秒射出圧８０ｋｇ／−で発泡性混合組成液を裏向に射出
注入した後、直ちに金型を４５８に傾斜させたところ、
注入後１８秒で上側になったガス抜き孔に僅かに発泡性
混合組成液が認められるようになった。注入後２分経過
した後、型を開いて成形品を取出した。離型剤塗布から
脱型迄の所要時間は僅か３分であった。

得られた発泡成形品は、片面にインサートされた軟質ポ
リウレタンフォームが露出し、他の面にはブロー、欠損
、エアーポケット等の全くない、極めて良好な外観状態
のものであり、ランナーゲート部の三角形状に付着した
フオームと、ガス抜き孔部に７本の５〜１５−／−の長
さのフオームが付着している以外、他のパーティングラ
イン部にはほとんどパリもなく、ランナーゲート部の三
角形状のフオームを切り取るだけで製品となし得るもの
であった。又、インサートされた軟質ポリウレタンフォ
ームシートの露出した面の感触は、全く異物感のない、
ソフトなものであった。

得られた成形品を２４時間室温に静置した後、直径、２
０ｃ膳の圧子を取付けた圧縮荷重試験機にて、圧縮荷重
値とたわみ量との関係を求めた結果を第１図に示した。

第１図より市販のプラニメーターを用いて次式によりヒ
ステリシスロス（％）を算出した結果を第１表に示した
。

次に、二の発泡成形品を縦方向及び横方向に切断し、そ
れぞれの断面について、軟質ポリウレタンフォームシー
トへの発泡時の含浸度を確認した所、どの部分も１〜１
．５■■程度の含浸で一様であった。

実施例−２ 実施例１と全く同様にして下型に厚さ２ｃｍのフオーム
密度０．０１８ｇ／ａＩでＪＩＳ硬さ７ｋｇの軟質ポリ
ウレタンフォームシートを取付けて射出注入を行い、金
型を水平状態のままにして発泡成形を行った所、得られ
た成形品の上型側に若干のピンホールが認められ。

触感として明らかに含浸度合いが部分的に異なるもので
あり、その切断面は、ランナーゲートに近い側のランナ
ーゲート近辺は２〜４１１Ｉｍの含浸が認められ、中央
部付近からゲートと対向する型の端部近辺は１〜１．５
一層の含浸状態を飛している二とが認められた。

実施例−３ 実施例２とは逆に、上型に軟質ポリウレタンフォーム取
付は用の針を植えつけたモールドを用いて、フオーム密
度０．０１８ｇ／ｃＩｌの厚さ２ｃ■でＪＩＳ硬さ７ｋ
ｇの軟質ポリウレタンフォームシートをインサートした
以外は全〈実施例２と同様にして射出注入を行い、金型
も水平状態のままで発泡成形を行った所。

外観品質は良好なもので、触感上はほとんど含浸度のバ
ラツキは感じられず、切断面で確認してもほぼ各部とも
１〜１．５−一の含浸度であることが認められた。

比較例 軟質ポリウレタンフォームシートのインサートをしない
以外は全〈実施例１と同様にしてＲＩＭ成形モールド品
を成形した結果は外観品質は良好なものであったが、圧
縮たわみ曲線は第２図に示した通りであり、それより求
めたヒステリシスロス（％）は第１表に示したように、
ＪＩＳ硬さ７ｋｇの軟質ポリウレタンフォームをインサ
ートした実施例１の場合より２．９％大きい値となった
。

以上の比較例及び各実施例より明らかなように１本願技
術はインサートする連続気孔性の多孔性材料への発泡性
混合液の含浸度をインサート部位に応じて金型角度を調
整すること及び発泡性混合液のクリームタイムを６秒以
下と高反応性にすることによって連続気孔性多孔性材料
への含浸度を少なく且つ均一にする二とができる上、イ
ンサートする多孔性材料のかたさを発泡性混合液の発泡
成形体よりも軟かいものを用いる二とによって、ヒステ
リシスロス（％）が小さくなり換言すれば、クッション
性をよくする二とにつながる二とが明らかである。しか
も発泡圧の大きい処方に対しても、何ら支障なく利用で
き且つ尻当り面にのみ軟かい感触の多孔質材料をインサ
ートする二とにより着座時の感触を一段と向上させる二
とができるのである。又、含浸度を１〜１．５１程度に
ほぼ均一にコントロールできるのでインサートする多孔
性材料は５■璽程度の厚みで用いても表面感触の向上が
可能となる。

更にこれらの結果は、逆にインサートする多孔性材料を
発泡性混合液の発泡成形体より硬いもので用いた場合は
、連結ばね的な作用効果を発揮させることも可能となる
ことを示唆している。

又、逆に尻当り面とは逆の下側に、より硬いインサート
用多孔質材料を用いる二とによって、クッション材とし
てボトミング（沈みすぎ）防止の性質を付与する二とも
可能である。更に、一般に多孔性材料と一体発泡成形す
る場合は含浸によって消費される発泡性混合液分を見込
んで、注入量を多くする二とが必要となるが、本願によ
ればほとんどその配慮が不要となるので省資源効果も期
待できる。

七あ他、モールド成形された軟質ウレタンフオームのク
ッション材はカバー材料で被包されて使用されるのが一
般的であるが、カバー材料として塩ビレザーのような合
成樹脂製のレザーが用いられる場合１着座時の撓みや。

自動車のように着座中に振動を受けた際に。

カバー材料とウレタンフオームの表皮との間に擦れ音を
発生する二とが多く、使用者に不快感を与えるのである
が、本願のように尻当り部のウレタンフオームに表皮の
ない他の多孔性材料を露出させることによって、カバー
材料の擦れ音の発生を防止し得るという副次効果が得ら
れたのである。

以上述べた種々の効果が得られ実用上極めて有用な技術
と云う二とができるのである。

特許出願人　　　　東洋ゴム工業株式会社Δ桑枦ザ― 五で二５ 手続補正書彷創 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第２９８６９号 ２、発明の名称 軟質ポリウレタンフォームの反応射出一体成形方法３、
補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　　所　　　　大阪市西区江戸堀１丁目１７番１８号
名　　称　　　　（３１４）東洋ゴム工業株式会社、補
正命令の日付 ６、補正の内容 出願明細書第２３頁１１行目に下記を挿入する。

「４、図面の簡単な説明 図面は１本願発明及び比較例によって得られた成形品の
圧縮荷重値とたわみ量との関係を図示したもので、第１
図は本願発明による成形品の圧縮荷重−たわみ曲線図を
、第２図は比較例による成形品の圧縮荷重−たわみ曲線
図を示したもので、第１図、第２図共に上の曲線は加圧
時の、又下の曲線は除重時の曲線を示すものである。」
（以　上）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）軟質ポリウレタンフォームの反応射出成形におい
   て、ポリウレタン反応性組成物の混合液のクリームタイ
   ムを６秒以下に調製し、該混合組成物がクリーム状にな
   り始める前に、一端に注入ゲートを有し型内面の所望箇
   所に多孔性材料が添接され、且つ仕入ゲートから注入さ
   れた反応性混合組成物が膨張して型内に充満する際、型
   伽壁の最終到達部位□周辺にのみガス抜き孔を設け、６
   ０℃以上の温度に保持した密閉型内に高圧射出注入する
   ことを特徴とする発泡密度１５０ｋｇ／ゴ以下の軟質ポ
   リウレタンフォームの反応射出一体成形方法（２）密閉
   型に注入された反応性混合組成物が、ガス抜き孔に到達
   する迄に、ガス抜き孔が上方に位置するよう５〜９０°
   の角度で傾斜させることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の軟質ポリウレタンフォームの反応射出一体成
   形方法 （３）密閉型に反応性混合組成物を注入する前に。 ガス抜き孔が上方に位置するよう５〜９０゜の角度に傾
   斜させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   軟質ポリウレタンフォームの反応射出一体成形方法