JPS6139887B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表皮を有する発泡ポリウレタンからな
る柔軟緩衝部と必要により強化された、実質的に
無発泡のポリウレタンからなる非緩衝基体とが同
時に成形された一体構造物に関するものである。

従来同一構成材よりなるもので柔軟な部分と厚
みが１mm以上の硬い部分を同時に有している構造
物というものは今までになく、それぞれ別種の材
料で別々に成形して、しかるのち合体させるしか
なかつた。

例えば緩衝部を塩ビ表皮をラミネートしたポリ
エチレンフオームを使用し、硬質の基材板に接着
剤にて接着させたり、形状にあわせた表皮を真空
成形やスラツシユ成形等によつて成形し、基材と
の間の空隙部へウレタンフオーム発泡原液を注入
し、発泡させて緩衝部とする方法等によつてい
た。

かゝる方法によれば工程が多くまた多種類の型
を用意しなければならず製造コストが高いという
問題があつた。

本発明はこのような状況に鑑みなされたもので
あつて大巾な工数低減と作業の煩雑さを解消する
とともに性能にすぐれたポリウレタン一体成形構
造物の製造方法を提供せんとするものである。

本発明者らは表皮層を有する発泡ポリウレタ
ン、所謂インテグラルスキンフオームを成形する
時の条件を鋭意検討した結果、インテグラルスキ
ンフオームになるように配合された発泡原液を使
用しても、一定の条件下では発泡しない事をみつ
け出し、発泡する条件を組み合わせることにより
ち密で硬質な部分（非緩衝部）と発泡して柔軟な
部分（緩衝部）とを併せもつポリウレタン一体成
形構造物が得られることを見出し本発明に到達し
た。本発明に係るポリウレタン一体成形物は柔軟
で緩衝性を持つ部分と、それより硬い非緩衝基体
とが同一物質により同一工程で製造されたもので
あり、連続的に一体化されたものである。

かゝる一体成形物は本発明によれば金型内へポ
リウレタン発泡原液を充填して発泡硬化させる方
法において、上型（コア型）および下型（キヤビ
テイ型）間に10〜20℃の温度差をつけた状態で上
下金型をを合体せしめ、該金型空隙へ有機溶剤系
発泡剤を含む２液性ポリウレタン原液を過充填度
３〜10倍で充填し発泡硬化させることによつて得
ることができる。

本発明の一体成形物を製造する場合には熱伝導
率が良好で温度コントロールができる金型を使用
し反応射出成形法で成形するのが好ましい。製品
表面が下型（キヤビテイ）にくるようにして非緩
衝基体部は空隙を１〜５mmの範囲、緩衝部は５mm
より大きく設計し、一般に型温は20℃〜50℃の範
囲で上型の方を10℃〜20℃低めにすると強固な非
緩衝基体部が得られる。

上記のように設定した金型に後述のポリウレタ
ン発泡原液を過充填度が３〜10倍になるように反
応射出成形することにより目的の一体成形物が得
られる。ここで過充填度とは自由発泡するとＶ_f
の体積を有するウレタン発泡原液の重量ＷをＶ_n
の体積を有する金型に閉じ込めて得た発泡成形品
の体積比Ｖ_f／Ｖ_nであり、これはそれぞれの発泡
体比重をＰ_f＝Ｗ／Ｖ_f，Ｐ_W＝Ｗ／Ｖ_Wと過充填度
（オーバーパツク度）はＰ_W／Ｐ_f即ち自由発泡体
比重に対する成形品比重の比である。

本発明に用いられる発泡原液としては一般的な
ウレタンフオーム用配合剤であるポリオール、架
橋剤、発泡剤、触媒、多官能イソシアネート類よ
り構成され、ポリオール及び架橋剤としてはとく
に反応性が高く、したがつて内部発熱の高いもの
が適している。

このようなポリオールとしてはグリセリン、ト
リメチロールプロパン、トリエタノールアミン等
の３官能物質、アニリン、モノメチルジエタノー
ルアミン、プロピレングリコール、ビスフエノー
ルＡ等の２官能物質あるいはこれ等の混合物を出
発物質として、このものにプロピレンオキサイ
ド、エチレンオキサイドを付加させて製造された
ポリオキシアルキレングリコールで、末端を一級
水酸基としたチツプドポリエーテルやエチレンオ
キサイドの構成比率を10〜50％としたポリオール
が適する。

またポリオキシアルキレングリコールにアクリ
ロニトリルやスチレン等をグラフト重合させたポ
リマーポリオールと言われるものも用いることが
できる。

一方ポリオキシアルキレングリコール以外のポ
リオールとしてはグリセリン、トリメチロールプ
ロパン、ヘキサントリオール等の多価アルコール
とアジピン酸、フタル酸、マレイン酸等の多価カ
ルボン酸との縮合重合で得られるポリエステル類
がある。

いずれの場合でも分子量の小さいものは生成さ
れたポリウレタンが硬くなり、大きいものは液の
粘度が高く、反応性が悪くなる。柔軟なポリウレ
タンが得られ、反応性の良好なポリオールの分子
量の範囲は3000〜6000である。

上記ポリオールと組み合わせて使用される架橋
剤は低分子量グリコールやアミン類より選ばれ、
反応性の速いものとしては、ジエチレングリコー
ル、1.4―ブタンジオール、エチレンジアミンへ
のプロピレンオキサイド付加物、3.3′―ジクロロ
―4.4′ジアミノジフエニルメタン等が代表的であ
る。

このような反応性の高いポリオール架橋剤を用
いることにより無発泡表皮が形成される。

次に本発明で使用される発泡剤としては沸点は
10℃〜50℃で、加圧することにより液化しやすい
有機溶剤であり、例えばモノフロロトリクロロメ
タン：CC₃F（Ｒ―11沸点23.8℃）、モノフロロ
ジクロロメタン：CHC₂F（Ｒ―21沸点９℃）、
トリフロロトリクロロエタン：CC₂F・CC
F₂（Ｒ―113沸点47.6℃）、塩化メチレン、ノルマ
ルペンタン等があるが一般的にはモノフロロトリ
クロロメタンが１〜20％原液中へ混合されて使用
される。またインテグラルフオームを生成するに
は、この原液を３〜10倍程度の過充填により壁面
の発泡剤が気化できないようにすることは前記説
明で述べたとうりである。

また本発明で使用される多官能イソシアネート
としてはとくに限定されるものではなく、トリレ
ンジイソシアネートやジフエニルメタンジイソシ
アネート及びその変性体等が単独又は混合して使
用される。

触媒としてはアミン系、金属系を単独あるいは
併用して使用するが、代表的なものとしてトリエ
チレンジアミン、ジブチル錫ジラウレートがあ
る。

触媒の使用量は反応速度に影響があるが、反応
射出成形法の場合はクリームタイムは４〜10秒タ
ツクフリータイムは20秒〜１分位に調整すること
が好ましい。

本発明においては上型（コア）に合わせて、板
金やプラスチツクパネルをセツトし一体成形もで
きる。

非緩衝基体の剛性を向上させたい場合には上型
に合わせて繊維等を製品形状に別成形するか、シ
ート状の強化材をそのまま上下型にはさみ込んで
後、ポリウレタン発泡原液を射出注入してもよ
い。

本発明に用いられる強化材はシート状或いはマ
ツト状にからみ合つていたり編んであつたりして
おり、ポリウレタン発泡原液が型内に充填された
時にバラバラになることがないよう配慮されてい
る。そのため強化材となる繊維等はガラス繊維シ
ート状物、有機繊維シート状物、カーボン繊維シ
ート状物、金網、プラスチツクネツト、の中より
選ばれた一種又はそれ以上の組み合わせたものの
中より選ばれる。これらの繊維等はインテグラル
ウレタンフオームの無発泡層の部分のみを強化し
ており発泡層には含まれてはいない。この為、補
強効果は非常に良好で無発泡部分の剛性率は非強
化の場合の２〜10倍程度迄上げることができる。

本発明に係る一体成形物の生成過程は必ずしも
明確ではないが次のように推測される。

即ちウレタン原液の反応時の発熱量が大きいと
発泡時フオーム内面の温度差が大きくなり、内部
の発熱温度における発泡剤の気化による圧力下で
は、金型に接している外面の温度では発泡剤は気
化できずに硬化する。

例えば発泡剤としてモノフロロトリクロロメタ
ンを使用し、過充填率（成形品比重／フオーム自
由発泡比重）４倍で反応熱が100℃であると、そ
の気化圧力は2.8Kg／cm²である。一方金型温度が
40℃であると、金型と接する部分は40℃で上記圧
力となり、この温度でのモノフロロトリクロロメ
タンの飽和圧力は1.8Kg／cm²であるので、発泡剤
は液化した状態でウレタンは硬化する。これによ
り金型と接している部分は表皮層となり、内部は
発泡層となる。表皮層の厚みは金型温度によつて
も変わるが40℃で１mmぐらいである。ところが金
型の空隙が一定厚み以下ではインテグラルスキン
フオームになるよう配合された発泡原液を使用し
ても全く発泡せずち密な樹脂層になる。全く発泡
しない条件としては、例えば金型温度40℃で２mm
程度の空隙、30℃で３mm程度の空隙であり、金型
温度が高くなる程、空隙は狭くなる傾向にある。

ポリウレタンの発泡倍率は緩衝部は２〜20倍、
非緩衝部は１〜２倍の範囲が適切であり、本発明
において実質的に無発泡とは、この低発泡の状態
（発泡倍率２倍以下）も含むものである。

本発明の成形物は部分的に柔軟性と剛性の両性
質が要求されるような製品、例えば座席、長椅子
や角部が柔軟な家具、ソフトな感触を有する成形
品、危険防止の為の緩衝部を有する成形部品等に
使用される。

本発明になる一体構造物は柔軟な緩衝部と必要
により強化された非緩衝基体とが一体的に形成さ
れているため外観、感触ならびに耐久性にすぐれ
る。また柔軟な緩衝部と非緩衝基体とを同時に成
形するので大巾な工数の低減と作業煩雑さを解消
することができ、一種類の金型の使用ですむので
製造コストの低減が可能である。

次に本発明の実施例を図面に基ずいて説明す
る。

第１図は危険防止の為の緩衝部品の一部を切り
欠いたものを示し、コーナー部に頭をぶつけても
怪我のないように配慮されている。１は発泡ポリ
ウレタンの緩衝部、２は緩衝部の表皮、３は非緩
衝基体の部分であり、表面においては２と３は一
体化されている。

第２図は円形の椅子の縦断面図、１は発泡ポリ
ウレタンの緩衝部でシートクツシヨン性を持たせ
ている。２は緩衝部の表皮、３は非緩衝基体の部
分で体重を支える為にプリフオーム成形されたガ
ラス長繊維マツト４で強化されている。

第３図はバケツト型シートの椅子の縦断面図で
ある。１は発泡ポリウレタンの緩衝部でシートク
ツシヨン性を持たせている。２は緩衝部の表皮、
３は非緩衝基体の部分で金網５により強化されて
いる。

更に実施例につき本発明を詳述する。

実施例 １ Ａ成分 グリセリンベースチツプドポリエーテル
94 重量部 （分子量5600） 1.4―ブタンジオール ６ 整泡剤SRK―253（東レシリコン製） 0.2 モノフロロトリクロロメタン 25 DABCO33LV（三共エアプログクト製）
20 ジブチル錫ジラウレート 0.08 Ｂ成分 純MDIプレポリマー スミジユールPF（住友バイエルウレタン
製） 52 上記二成分ウレタン発泡性原液を反応射出成形
機のタンクへそれぞれ入れ、２Kg／cm²で加圧し、
ゆつくりと撹拌しておく、液はポンプによりミキ
シングヘツド、熱交換機を通つて再びタンクへ循
環されている。原液温度はＡ成分20℃Ｂ成分を25
℃に保つ。

第４図ａに示すように、間隙が薄い所Ａで３
mm、厚い所Ｂで15mmあるような金型を用い、ミキ
シングヘツド６を下型７へセツトする。金型温度
は上型30℃、下型40℃に保つた。

Ａ成分、Ｂ成分それぞれのメタリングポンプの
流量を混合比率が処方に示される値になるよう調
整し、両液の吐出重量が型内容積の約1/2になる
よう吐出タイマーをセツトする。メタリングポン
プの高圧作動スイツチを押すと、それぞれ160
Kg／cm²、140Kg／cm²に加圧され、同時にミキシン
グチヤンバー内のロツドが油圧により引き抜か
れ、原液循環戻り管路が遮断されて、両液はチヤ
ンバー内で対向衝突し、混合されて型内へ入る、
型締め圧は100トンであつた。

２分後に脱型したところ、第４図ｂに示すよう
に非緩衝で実質的に無発泡で３mmの厚みを持つた
基体３の一部に柔軟で緩衝性を有し基体３と連続
した表皮２を有する15mmの厚みの部分１を持つた
一体成形構造物を得た。

断面を観察すると緩衝部は厚さ１mmの表皮層２
を有し、発泡倍率1.2で、中芯の発泡倍率は12倍
であり、非緩衝基体部３は厚み３mmで発泡倍率は
1.1倍であつた。緩衝部１の硬度はラバー硬度計
Ｃ型で60で、非緩衝部３の曲げ弾性率は6000Kg／
cm²であつた。

実施例 ２ 実施例１と同じ原液処方、成形条件、金型を使
用した。その工程を第５図に示すガラス繊維を
100mmにカツトしてバインダーによりシート化し
て製造された坪量が600ｇ/m²のチヨツプドストラ
ンドマツト９を上下型に挟み込み、ミキシングヘ
ツド６より発泡性原液が射出される。（第５図
ｂ） 射出後２分で脱型したところ、非緩衝で実質的
に無発泡で３mmの厚みを持ちガラス繊維９で補強
された基体３の一部に柔軟で緩衝性を有し15mmの
厚もの部分１を持つた一体成形構造物を得た。
（第５図ｃ） 断面を観察すると緩衝部１は厚さ１mmの表皮層
２を持ち発泡倍率1.2で中芯の発泡倍率は12倍で
あり、非緩衝基体部３は厚み３mmでほとんど発泡
していない状態でガラス繊維９で強化されてい
た。緩衝部１の硬度はラバー硬度計Ｃ型で60で、
非緩衝部３の曲げ弾性率は28000Kg／cm²であつ
た。

実施例 ３ 実施例１と同じ原液処方、成形条件にて円形椅
子の成形を行なつた。第６図において上型８の内
面に適合された金網型を吸引させてバインダーと
共にガラス繊維を吹きつけてプリフオーム成形し
たもの１０を金型上型面に添つてセツトする。ミ
キシングヘツド６は上型８の中心に位置し直接金
型内へ注入できるようになつている。下型７には
模様１１が彫つてある。

実施例１と同じ工程を踏んで成形後２分で脱型
したところ、表面に模様が入り、クツシヨン性良
好で美麗な丸形椅子を得た。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は危険防
止用緩衝部品の一部を切り欠いた斜視図、第２図
は円形椅子の縦断面図、第３図はバケツト型シー
トの縦断面図、第４図は実施例１の金型構成及び
成形品の縦断面図、第５図は実施例２の工程説明
図、第６図は実施例３の金型およびプリフオーム
の載置状態を示す縦断面図である。 符号の説明 １……緩衝部、２……緩衝部表
皮、３……非緩衝部基体、４……ガラス長繊維マ
ツト、５……金網、６……ミキシングヘツド、７
……下型、８……上型、９……チヨツプドストラ
ンド、１０……ガラス繊維プリフオームマツト、
１１……エンボス模様。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上下一対からなる金型内へポリウレタン発泡
   原液を充填して発泡硬化させるポリウレタン発泡
   体の製造法において、少なくとも金型の一部に成
   形品厚みが５mm以下になるキヤビテイを設けると
   ともに、両金型間に10〜20℃の温度差をつけた状
   態で両金型を合体せしめ、該金型内へ有機溶剤系
   発泡剤を含む２液性ポリウレタン原液を過充填度
   ３〜10倍で充填し発泡硬化させることを特徴とす
   るポリウレタン一体発泡成形構造物の製造方法。 ２ 温度の低い方の金型面にガラス繊維シート状
   物、有機繊維シート状物、金〓またはプラスチツ
   クネツトの中から選ばれた一種又はそれ以上の網
   状物を載置した状態で発泡硬化させることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のポリウレタン
   一体発泡成形物の製造方法。