KR101267297B1 - 차량 에너지 흡수를 위한 개선된 발포체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구성 요소와 접촉하는 무정형 열가소성 발포 중합체를 포함하고, 무정형 발포 중합체의 기포 중 약 50% 이상이 독립 기포이고, 독립 기포가 주위 온도에서 약 0.5 내지 약 1.4기압의 기체 압력을 갖는 에너지 흡수 부재에 관한 것이다.

에너지 흡수 부재, 무정형 열가소성 발포 중합체, 발포제, 독립 기포, 천공

Description

차량 에너지 흡수를 위한 개선된 발포체{Improved foams for vehicular energy absorbance}

관련 출원에 대한 교차-참조

본 출원은 본원에 참조로 인용된, 2006년 1월 10일자로 출원된 미국 가특허원 제60,757,582호의 이점을 청구한다.

본 발명은 자동차와 같은 차량에서의 충돌 에너지 흡수 중합체성 발포체에 관한 것이다.

중합체 발포체는 다양한 완충 적용에 광범위하게 사용된다. 발포체는 통상 베개, 의자 씌우개, 매트리스 및 유연도와 안락함이 우세한 요인인 유사한 적용에 사용된다. 발포체는 또한 포장 내용물을 보호하기 위해 사용된다. 포장시, 발포체는 통상 포장의 충돌 또는 낙하로 인하여, 적절한 변형만을 보이며, 그 결과 탄성적으로만 변형된다(즉, 발포체는 변형후 다시 복원되며, 이는 통상 약 10% 미만의 변형이다). 포장용 발포체는 또한 발포체의 치수와 관련된 요건이 있더라도 거 의 없지만, 단지 낮은 충격에 대해 내용물은 보호해야 한다. 결과적으로, 이들 각각이 온도와 습도로 인하여 상당히 변형되기 쉬움에도 불구하고, 저렴한 팽창 폴리스티렌 및 팽창 셀룰로즈계 충전 피넛이 사용되는 것이 아주 통상적이다.

최근 수 년간, 자동차는 충돌 도중에 승차자 상해를 완화시키기 위한 보다 더 엄격한 요건을 충족시키도록 요구되었다. 그러기 위하여, 자동차에 전면 충돌에 대한 에어백을 포함시켰다. 보다 최근에는, 전복 사고로부터의 측면 충돌 및 두부 상해에 대해 더 많은 주의를 기울여 왔다. 이들은 사이드 에어백을 사용해 왔고, 또한 단순히 탄성적으로 변형되는 것이 아니라, 비탄성적으로 변형됨(즉, 충돌됨)으로써 에너지를 흡수하는 발포체를 사용하기 시작했다.

자동차 충돌 완화를 위해 사용되는 발포체의 대부분은 독립 기포 열경화성 발포체(예: 폴리우레탄) 및 독립 기포 결정성 열가소성 발포체[예: 팽창 폴리프로필렌 비이드 및 폴리프로필렌 복합 발포체 스트랜드(예: 상표명 STRANDFOAM; 제조원: The Dow Chemical Company)]이었다. 이들 자동차 에너지 흡수 발포체 각각은 고가이고, 흡수되는 압축 에너지로 인해 중량이 목적하는 것보다 큰 경향이 있다. 그러나, 이들의 상태로 인하여, 예를 들면, 결정성 또는 열경화성 발포체는 차량 제조업자가 개발 도중 스퀵(squeak) 또는 래틀(rattle)을 방지할 뿐만 아니라, 적절한 충돌 흡수를 보장하는데 필요한 우수한 치수 안정성을 나타낸다.

앞서 기술한 바와 같은 포장시 통상적인 다른 중합체 발포체(예: 폴리스티렌 발포체)가 시도되었지만, 이들은 주로 자동차가 받는 거친 환경에서 이들의 치수 안정성의 결여로 인하여, 상업적으로 허용된다 하더라도 크게 허용되지는 않는다. 예를 들면, 자동차 내부는 겨울에 -20℃ 이하(예: 알라스카) 내지 (자동차 지붕 꼭대기에서 달걀을 쉽게 요리할 수 있는) 깊은 계곡의 태양으로 인하여 100℃ 근처의 온도 범위를 나타낼 수 있다.

따라서, 저렴하고, 중량이 적으며, 에너지 흡수가 양호하고, 자동차 내부가 받는 환경을 견딜 수 있는 차량 에너지 흡수 발포체를 제공하는 것이 바람직하다.

발명의 요약

본 발명의 한 측면은 구성 요소(structural element)와 접촉하는 무정형 열가소성 발포 중합체를 포함하는 에너지 흡수 부재에 관한 것으로, 여기서 무정형 발포 중합체의 기포 중 약 50% 이상이 독립 기포이고, 독립 기포는 주위 온도(즉, 약 23℃)에서 약 0.5 내지 약 1.4기압인 기체 압력을 갖는다.

놀랍게도, 유리 전이온도가 낮더라도, 상기 언급한 기포 압력을 갖는 경우에 무정형 발포체(예: 폴리스티렌)는 차량 구성 성분(예: 도어)으로 혼입되어 실질적으로 변형없이 충격 흡수 부재(예를 들면, 치수 안정성에 대한 자동차 사양에 부합되는 부재)를 형성할 수 있음을 발견하였다.

본 발명의 두 번째 측면은,

(a) 무정형 열가소성 수지와 발포제를 혼합하는 단계,

(b) 수지와 발포제의 혼합물로부터 약 50% 이상의 독립 기포를 갖는 성형 중합체성 발포체를 형성하는 단계,

(c) 형성된 성형 발포체를 독립 기포가 약 0.5 내지 약 1.4기압의 기체 압력을 가지도록 처리하여, 처리되고 형성된 성형 발포체를 형성하는 단계 및

(d) 처리되고 형성된 성형 발포체를 구성 요소에 부착시켜 에너지 흡수 부재를 형성하는 단계를 포함하는, 에너지 흡수 부재의 형성방법에 관한 것이다.

본 방법은 자동차, 버스, 트럭, 기차, 항공기, 바이크 헬멧, 방호 울타리, 및 급격한 충격으로부터 에너지의 흡수가 완화되는 것이 요망되는 다른 적용과 같은, 차량용 에너지 흡수 부재를 형성하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 세 번째 측면은 구성 요소와 접촉하는 무정형 열가소성 발포 중합체를 포함하는 에너지 흡수 부재에 관한 것으로, 이때 무정형 발포 중합체의 기포 중 약 50% 이상이 독립 기포이고, 독립 기포는 내부에 이산화탄소로 구성된 발포제를 갖는다. 놀랍게도, CO₂가 주요 발포제인 경우, 에너지 흡수 부재의 치수 안정성은 다른 발포제에 비하여 실질적으로 개선되는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 네 번째 측면은 구성 요소와 접촉하는 무정형 열가소성 발포 중합체를 포함하는 에너지 흡수 부재에 관한 것으로, 이때 무정형 발포 중합체의 기포중 약 50% 이상이 독립 기포이고, 열가소성 발포 중합체는 최대 확산 거리가 최대 약 60㎜가 되도록 천공된다. 또한, 놀랍게도, 에너지 흡수 부재의 발포체에 천공의 사용으로 우수한 치수 안정성 성능이 수득되는 것으로 밝혀졌다.

도 1은 동일한 팽창 폴리스티렌 판재로부터 제조되지만 천공은 없는 블록(좌 측 블록)과 비교한, 천공된 폴리스티렌 발포체 블록(우측 블록)의 사진으로, 좌측 블록은 본 발명의 에너지 흡수 부재에 필요한 내부 기포 압력을 갖지 않는다.

도 2는 상이한 압력하에 85℃로 가열된 발포체의 압력에 대한 최대 선형 치수 변화의 플롯으로, 이는 내부에 발포체의 평균 내부 기포 압력을 실험적으로 결정하는데 사용된다.

에너지 흡수 부재

본 발명은 구성 요소와 접촉하는 무정형 열가소성 발포 중합체를 포함하는 에너지 흡수 부재에 관한 것이다. 에너지 흡수 부재의 구성 요소는 차량 사고와 같은 충격 에너지를 소산시키기 위하여 발포 중합체(본 명세서에서 "발포체"로서 교체 가능하게 언급됨)와 접촉시 지지하거나 작용하는 구조이다. 구성 요소의 예로는 차량 도어 판넬, 비임, 대쉬(dash) 및 지붕; 헬멧 스킨 및 가드 레일이 있다. 바람직하게는, 구성 요소는 자동차 또는 트럭의 도어 판넬, 도어 비임, 대쉬 또는 지붕이다. 구성 요소는 발포 중합체에 대한 받침으로서 지지하고 작용함을 알아야 하며, 구성 요소가 심지어 가능할 수 있음에도 불구하고, 반드시 더 큰 장치(예: 차량)의 구성 요소인 성분임을 지칭하고자 하는 것은 아니다.

에너지 흡수 부재는 또한 무정형 열가소성 발포 중합체로 구성된다. 무정형은 당해 분야에서 통상 이해되는 바와 같이, 한정된 결정 구조 및 잘 한정된 융점의 결여를 의미한다. 그러나, 매우 작은 정렬된 구조(ordered structure)를 가질 수 있지만, 이러한 정렬의 크기로 인하여, 예를 들면, 이러한 정렬을 측정하는 기술은 감지하지 못했거나, 실질적으로 무정형 물질보다 상이하지 않다. 예를 들면, 정렬된 도메인은 X-선 회절로 이러한 도메인이 존재하는 경우에, 이들이 최대 약 50 내지 100㎚의 크기가 되도록 하는 확산 산란을 일으키는 작은 크기로 존재할 수 있다. 심지어 중합체가 무정형일지라도, 작은 부분은 잘 한정된 융점이 존재하지 않는 한, 일부 국부 정렬을 나타낼 수 있다. 실례로, X-선 회절 패턴은 X-선 기술의 노이즈(noise)보다 큰 인식 가능한 작은 피크를 나타낼 수 있다.

중합체는 합성 유기 중합체를 의미하는 것으로 이해하며, 적절한 열가소성 무정형 중합체일 수 있다. 적절한 중합체의 예로는 폴리스티렌계 중합체 및 폴리스티렌계 공중합체가 포함된다. 폴리스티렌계 중합체는 스티렌 단량체, 스티렌 단량체의 유도체(예: 치환된 스티렌) 또는 이들의 혼합물인 중합체를 의미한다. 치환된 스티렌의 예로는 o-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌, 2,4-디메틸스티렌, 2,5-디메틸스티렌, p-3급 부틸스티렌, p-클로로스티렌이 있다. 바람직하게는, 폴리스티렌계 중합체는 폴리스티렌이다.

폴리스티렌계 공중합체는 상기 기술한 스티렌계 단량체(스티렌 및 스티렌 단량체의 유도체) 및 스티렌계 단량체가 아닌 공단량체의 공중합체를 의미한다. 공단량체의 예로는 아크릴로니트릴, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 에테르), 메틸 아크릴레이트, 메타크릴로니트릴, 말레이미드, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산 무수물, 이타콘산 무수물 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 공단량체는 바람직하게는 아크릴로니트릴, 말레산 무수물 또는 이들의 혼합물이다. 보다 바람직하게는, 공단량체는 아크릴로니트릴이다.

일반적으로, 폴리스티렌계 공중합체중 폴리스티렌계 단량체의 양은 공중합체의 약 50mol% 이상이다. 통상적으로, 공단량체의 양은 폴리스티렌계 공중합체의 약 1 내지 50mol%이다. 바람직하게는, 공단량체의 양은 폴리스티렌계 공중합체의 약 5mol% 이상, 보다 바람직하게는 약 10mol% 이상, 보다 더 바람직하게는 약 20mol% 이상 및 가장 바람직하게는 약 25mol% 이상이다.

바람직한 폴리스티렌계 공중합체는 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN)이다. SAN 공중합체는 1 내지 50중량%의 아크릴로니트릴을 가질 수 있다. 바람직하게는, 아크릴로니트릴은 SAN 공중합체의 약 5중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 10중량% 이상 및 가장 바람직하게는 약 15중량% 이상, 바람직하게는 40중량% 이하, 보다 바람직하게는 최대 약 35중량% 및 가장 바람직하게는 최대 약 30중량%의 양으로 존재한다.

중합체는 유용한 중량 평균 분자량(Mw)으로 존재할 수 있다. 실례로, 폴리스티렌계 중합체 또는 폴리스티렌계 공중합체의 Mw은 10,000 내지 1,000,000일 수 있다. 바람직하게는, 폴리스티렌계 중합체 또는 폴리스티렌계 공중합체의 Mw은 약 80,000 이상, 보다 바람직하게는 약 100,000 이상 및 가장 바람직하게는 약 150,000 이상 내지 약 400,000 이하, 보다 바람직하게는 최대 약 350,000 및 가장 바람직하게는 최대 약 300,000이다.

분자량 분포 Mw/Mn는 적절한 분포일 수 있으며, 이는 적어도 부분적으로 사용되는 특별한 중합체에 좌우되고, 당해 분야의 통상의 숙련가에 의해 용이하게 결정된다. 실례로, 폴리스티렌계 중합체 또는 폴리스티렌계 공중합체의 분자량 분포 Mw/Mn는 바람직하게는 약 1.0 이상, 보다 바람직하게는 약 1.5 이상 및 가장 바람직하게는 약 2.0 이상 내지 바람직하게는 약 10.0 이하이고, 보다 바람직하게는 최대 약 7.0이며, 가장 바람직하게는 최대 약 4.0이다.

또한, 중합체는 무정형 열가소성 중합체를 유지하는 한 다른 부가제를 함유할 수 있다. 다른 부가제의 예로는 소량의 가교결합제(예: 디비닐 벤젠), 착색제, UV-보호제, 항산화제, 충전제, 방염제, 대전 방지제 및 기포 핵형성 조절제 등이 포함된다.

에너지 흡수 부재중 중합체는 발포성이다. 발포성(발포체)은 중합체가 독립되거나 개방된 기포로 구성된 실질적으로 저하된 겉보기 밀도를 갖는다는 당해 분야에서 통상적으로 이해되는 의미를 갖는다. 독립 기포는 기포내 기체가 기포를 형성하는 중합체 벽에 의해 다른 기포와 분리됨을 의미한다. 개방 기포는 기포내 기체가 그렇게 제한되지 않으며, 중합체 기포벽을 통한 통과없이 대기로 유동할 수 있음을 의미한다.

발포체 중 기포의 약 50% 이상이 독립 기포이다. 에너지 흡수 및 충돌 거동으로 인하여, 이들 기포가 충격받는 에너지 흡수 부재에 대해 기여할 수 있도록 하는 양의 독립 기포를 갖는 것이 중요하다. 독립 기포가 충격 에너지의 소산시 더 큰 정도로 참여될 수 있지만, 놀랍게도 적은 양의 개방 기포가, 예를 들면, 차량 헤드라이너에 사용되는 발포체에 요구되는 허용되는 치수 안정성을 성취하는데 필요한 적절한 평균 기체 압력을 성취하는데 바람직함을 발견하였다. 이를 위한 대표적인 표준은 제너럴 모터스 표준(General Motors standard) GMN8351이다. 이 표준은 표 1에 제시된 처리를 통해 각 면에 대해 발포체 입방 50㎜를 3회 순환시키는 반면에, 처리후 3% 이상 만큼 어떠한 치수도 변하지 않게 한다.

표 1:

85℃에서 72시간

온도 및 습도에서 24시간

-30℃에서 8시간

85℃에서 40시간

온도 및 습도에서 24시간

-30℃에서 8시간.

상기 이유로, 발포체중 기포의 약 55% 이상, 보다 바람직하게는 약 60% 이상, 보다 더 바람직하게는 약 75% 이상 및 가장 바람직하게는 약 90% 이상이 독립 기포인 것이 바람직하다.

바람직한 양태로, 발포체의 모든 개방 기포는 발포체 내에 또는 이들의 조합 내에 구멍을 한정하는 하나 이상의 벽중, 발포체의 표면에 위치한다. 이러한 개방 기포는, 예를 들면, 발포체 표면을 평삭시키거나, 발포체를 핀으로 천공시켜 형성할 수 있으며, 이는 하기에서 보다 상세히 기술된다. 발포체는 독립 기포로부터 최대 약 60㎜의 대기까지 최대 기체 확산 거리를 갖는 것이 특히 바람직하다. 최대 기체 확산 거리는 기체 분자 또는 원자가 발포체를 둘러싼 대기에 이르기 위하여 이동해야 하고, 천공 벽 내의 개방 기포와 같은 개방 기포가 발포체에 도달됨을 포함하는 직선 거리이다. 바람직하게는, 최대 기체 확산 거리는 최대 약 50㎜, 보다 바람직하게는 최대 약 30㎜이며, 보다 더 바람직하게는 최대 약 20㎜이고, 가장 바람직하게는 최대 약 15㎜이다.

에너지 흡수 부재중 발포체는 또한 바람직하게는 통상 예상되는 특정 충격의 함수인, 충분한 에너지 흡수를 제공하면서, 가능한 최저 밀도를 갖는다. 두부 상해 완화 적용을 위해 의도되는 충격-흡수 부재[예: 헤드라이너 카운터메져(headliner countermeasure) 및 헬멧 등]에서, 발포 중합체는 또한 0.08s^-1의 변형 속도에서 25 내지 50㎜ 두께의 샘플에 대해 측정시, 예상 충격 방향으로 유리하게는 25% 변형시 250㎪ 이상, 바람직하게는 290㎪ 이상, 약 700㎪ 이하, 특히 약 600㎪ 이하의 압축 강도를 나타낸다. 이들 적용시, 발포 중합체는 유리하게는 약 3.5 lb/ft³(56㎏/㎥) 이하, 바람직하게는 약 2.5 lb/ft³(40㎏/㎥) 이하, 보다 바람직하게는 약 2.35 lb/ft³(37.6㎏/㎥) 이하의 밀도를 갖는다. 바람직하게는, 밀도는 약 1.5 lb/ft³(24㎏/㎥) 이상이다. 특히 바람직한 밀도는 약 1.75 내지 약 2.2 lb/ft³(28 내지 35.2㎏/㎥)이다. 이들 압축 강도 및 밀도를 갖는 발포 중합체는 FMVSS 201(U)에 따라 측정시, 특별히 낮은 HIC(d) 값을 갖는 것으로 밝혀졌다. 두부 상해 완화 적용에 사용되는 특히 바람직한 발포 중합체는 상기 제시된 바와 같이 시험하는 경우에, 25% 변형시 290 내지 600㎪의 압축 강도, 1.5 내지 2.2 lb/ft³(24 내지 35.2㎏/㎥)의 밀도 및 3 내지 10% 변형의 탄성 한계를 갖는다.

골반 상해 보호 완화 적용시(예: 골반 볼스터 등), 발포 중합체는 또한 0.08 s^-1의 변형 속도에서 25 내지 50㎜ 두께의 샘플에 대해 측정시, 예상되는 충격 방향으로 유리하게는 25% 변형시 250㎪ 이상, 바람직하게는 350㎪ 이상, 약 1000㎪ 이하, 특히 약 900㎪ 이하의 압축 강도를 나타낸다. 이들 적용시, 발포 중합체는 유리하게는 5 lb/ft³(80㎏/㎥) 이하, 바람직하게는 4.5 lb/ft³(72㎏/㎥) 이하의 밀도를 갖는다. 바람직하게는, 밀도는 2.0 lb/ft³(32㎏/㎥) 이상이다. 특히 바람직한 밀도는 약 2.1 내지 약 4.0 lb/ft³(34 내지 64㎏/㎥)이다. 보다 뻣뻣한 이들 발포 중합체는 여전히 광범위한 변형 범위에 대해 바람직한 거의 일정한 압축 응력을 나타내는 경향이 있다. 골반 상해 보호 적용에 사용되는 특히 바람직한 발포 중합체는 상기 제시된 바와 같이 시험하는 경우에, 25% 변형시 300 내지 900㎪의 압축 강도, 2.1 내지 4.0 lb/ft³(34 내지 64㎏/㎥)의 밀도 및 3 내지 10% 변형의 탄성 한계를 갖는다.

가슴 완화 적용시(예: 가슴 볼스터 등), 발포 중합체는 또한 0.08s^-1의 변형 속도에서 25 내지 50㎜ 두께의 샘플에 대해 측정시, 예상되는 충격 방향으로 유리하게는 25% 변형시 150㎪ 이상, 바람직하게는 200㎪ 이상, 약 700㎪ 이하, 특히 약 500㎪ 이하의 압축 강도를 나타낸다. 이들 적용시, 발포 중합체는 유리하게는 3.0 lb/ft³(48㎏/㎥) 이하, 바람직하게는 2.0 lb/ft³(32㎏/㎥) 이하의 밀도를 갖는다. 바람직하게는, 밀도는 1.25 lb/ft³(20㎏/㎥) 이상이다. 특히 바람직한 밀도는 약 1.5 내지 약 2.0 lb/ft³(24 내지 32㎏/㎥)이다. 보다 가요성인 이들 발포 중합체는 여전히 광범위한 변형 범위에 대해 바람직한 거의 일정한 압축 응력을 나타내는 경향이 있다. 골반 상해 보호 적용에 사용되는 특히 바람직한 발포 중합체는 상기 제시된 바와 같이 시험하는 경우에, 25% 변형시 200 내지 500㎪의 압축 강도, 1.5 내지 2.0 lb/ft³(24 내지 32㎏/㎥)의 밀도 및 3 내지 10% 변형의 탄성 한계를 갖는다.

발포 중합체는 또한 유리하게는 60% 변형시 70% 이상 및 바람직하게는 80% 이상, 65% 변형시 60% 이상 및 바람직하게는 75% 이상, 70% 변형시 55% 이상 및 바람직하게는 70% 이상 및/또는 75% 변형시 50% 이상 및 바람직하게는 65% 이상의 압축 효율을 나타낸다. 85% 이상의 압축 효율은 60 내지 65% 변형시 본 발명에 의해 수득할 수 있다. 압축 효율은 앞서 기술한 방식으로 0.08 s^-1의 변형 속도에서 발포체를 압축시키고, 순간적인 하중 및 크로스헤드 이동을 기록하여 컴퓨터화한다. 과도 응력은 순간 하중을 압축 방향에 대해 정상적인 발포체 샘플의 최초 단면적으로 나누어 계산한다. 과도 변형은 두께 변화를 최초 두께로 나누어 계산한다. 이어서, 압축 효율은 다음의 관계식을 사용하여 계산한다:

여기서, σ는 순간 응력(통상, ㎫)을 나타내고, ε은 변형을 나타내며, σ_최대는 순간 응력과 동일한 단위로 성취되는 최대 응력을 나타낸다.

발포 중합체의 기포는 ASTM D-3576-98로 측정시, 약 0.05 내지 약 5.0㎜, 특히 약 0.1 내지 약 3.0㎜의 평균 크기(최대 치수)를 가질 수 있다. 최대 치수가 특히 약 1.0 내지 약 3.0㎜ 또는 약 1.0 내지 약 2.0㎜인, 기포 크기가 보다 큰 발포 중합체가 특히 관심이 있다. 기포 크기가 보다 큰 발포 중합체는 종종 높은 변형 수준에서 보다 양호한 압축 효율을 갖는다. 최소 기포 치수는 바람직하게는 약 0.03 내지 약 0.75㎜의 범위이다.

본 발명은 특히 발포체의 유효 유리 전이온도가 약 75 내지 약 140℃인 열가소성 중합체에 대해 유용하다. 본래 열가소성 중합체의 유리 전이온도와 상반되는 발포체의 유효 유리 전이온도는 에너지 흡수 부재중 발포체의 유리 전이온도이며, 예를 들면, 발포제가 발포체의 중합체의 유리 전이온도에 대해 가질 수 있는 가소화 효과를 고려하기 위하여 사용된다. 본 발명은 발포체가 가열시 부풀거나 폭발할 수도 있는, 낮은 유리 전이온도를 갖도록 할 수 있기 때문에, 보다 고온에서 치수적으로 안정한 것이 특히 유용하다. 바람직하게는, 유효 유리 전이온도는 약 80℃ 이상, 보다 바람직하게는 약 85℃ 이상이며, 보다 더 바람직하게는 약 90℃ 이상이고, 가장 바람직하게는 약 95℃ 이상 내지 바람직하게는 최대 약 135℃이며, 보다 바람직하게는 최대 약 130℃이고, 보다 더 바람직하게는 최대 약 125℃이며, 가장 바람직하게는 최대 약 120℃이다.

발포체의 유효 유리 전이온도는 방법 ASTM D4065-01 동적 역학적 특성 측정을 사용하여 측정할 수 있다. 발포체의 탄성 및 손실 모듈러스는 동적 열역학적 분석기(예: Rheometric Scientific RDA III Dynamic Mechanical Analyzer 또는 Rheometrix Dynamic Mechanical Thermal Analyser RSA II: 제조원: 미국 델라웨어주 뉴 캐슬에 소재하는 Rheometric Scientific Inc, TA Instruments Group)를 사용하여 측정한다. 이들 모듈러스는 온도의 함수이며, 특별한 온도 범위에서 신속하게 변한다. 신속한 모듈러스 변화 영역은 통상 전이 영역으로 언급하며, Tg는 표준에 따라서 측정한다.

필요한 치수 안정성 성능을 성취하기 위하여, 독립 기포의 평균 기체 압력은 약 0.5 내지 약 1.4기압인 것이 중요하다. 이러한 기체 압력이 에너지 흡수 부재의 발포체에 존재하는 경우에, 최대 선형 치수 변화는 일반적으로 에너지 흡수 부재에 대해 이들을 유용하게 만드는 약 5% 미만인 것으로 밝혀졌다. 상기 언급한 기체 압력은 하기 기술되는 방법에 의해 측정되는 바와 같은 기체 압력이며, 이는 주위 조건에서 독립 기포의 평균 압력을 나타내는 것으로 여겨짐을 알아야 한다. 기포의 가장 바람직한 평균 기체 압력은 특별한 중합체, 발포체 구조, 발포제, 유효 유리 전이온도와 같은 많은 요인에 좌우되며, 제시된 발포체에 대해 과도한 실험없이 당해 분야의 통상의 숙련가가 용이하게 결정할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 기포의 기체 압력은, 예를 들면, 구성 요소로부터 발포체의 스퀴킹(squeaking) 또는 이전을 유발하는 차량의 다른 구조물에 대해 충돌을 유발하는, 발포체의 부풀음을 위한 잠재력을 최소화하기 위하여 대기압 미만인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 기포의 평균 기체 압력은 1.2기압 미만, 보다 바람직하게는 약 1.1기압 미만이며, 보다 더 바람직하게는 압력은 최대 약 1.0기압이고, 보다 더 바람직하게는 최대 약 0.99기압이며, 가장 바람직하게는 최대 약 0.95기압이다.

마찬가지로, 평균 기체 압력은, 예를 들면, 차량에서 맑은 날 동안 너무 심한 수축으로부터 보호하기 위하여 바람직하게는 약 0.55기압 이상이며, 보다 바람직하게는 0.6기압 이상이고, 가장 바람직하게는 약 0.7기압 이상이다. 독립 기포의 평균 기체 압력은 기체 확산 속도를 사용하여, 발포체가 제조된 초기 시간을 아는 경우 상이한 시간에서 발포성 물질중 기체 함량을 측정함으로써(예: ASTM D7132-05) 계산할 수 있다. 그러나, 발포체의 초기 시간이 항상 알려진 것은 아니기 때문에, 하기의 실험적 방법이 본 발명에서 사용된다. 에너지 흡수 부재의 발포체중 독립 기포의 평균 내부 기체 압력을 측정하기 위하여, 길이가 대략 50㎜인 면을 갖는 발포체의 3개 이상의 입방체를 진공(1Torr 또는 그 미만)하에 0.5기압 및 주위 압력(1기압)에서 12시간 동안 85℃의 노에 각각 놓는다. 압력은 입방체를 노에 배치한 후 가능한 한 신속히 확립한다. 12시간 후에, 노의 압력의 변화없이, 노를 실온으로 냉각시킨다. 입방체를 냉각시킨 후에, 이를 제거하고, 입방체의 각각의 직교 방향의 최대 치수 변화를 측정한다. 그 다음에, 최대 선형 치수 변화를 측정치로부터 측정하고, 압력에 대해 플롯팅하여, 선형 회귀 분석을 사용하여 직선으로 맞게 커브를 그리며, 평균 내부 기체 압력은 고정된 라인이 0 치수 변화를 갖는 경우의 압력이다(참조: 도 2).

에너지 흡수 부재의 발포체는 항상 물리적 또는 화학적 발포제를 사용하여 형성하며, 또한 통상적으로 기포에 또는 중합체 자체 내에서 용해되는 발포제의 일부 잔류물을 갖는다. 발포체는 휘발성 지방족 또는 사이클릭 탄화수소, 염소화 탄화수소, 플루오르화 탄화수소, 클로로플루오르화 탄화수소, 알콜, 케톤, 에테르, 대기에 존재하는 기체(산소, 질소, 이산화탄소, 수소 및 헬륨 등) 또는 이들의 혼합물과 같은 적절한 발포제를 가질 수 있다.

휘발성 탄화수소의 예로는 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌, 이소부탄, 펜탄, 사이클로펜탄, 이소펜탄, 헥산, 헵탄 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 염소화 탄화수소, 플루오르화 탄화수소 및 클로로플루오르화 탄화수소의 예로는 메틸 클로라이드, 디클로로디플루오로메탄, 옥타플루오로사이클로부탄, 클로로디플루오로메탄, 1,2-디클로로테트라플루오로에탄, 1,1-디클로로테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 2-클로로-1,1-디플루오로에탄, 2-클로로-1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로프로판, 트리클로로트리플루오로에탄, 디플루오로메탄, 2-클로로-1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 2,2-디플루오로프로판, 에틸 플루오라이드, 1,1-디플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 퍼플루오로에탄, 2,2-디플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판 및 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판 및 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄, 에틸 클로라이드 또는 이들의 혼합물이 포함된다.

탄소수가 1 내지 5(C1-C5)인 지방족 알콜의 예로는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 카보닐 함유 화합물의 예로는 아세톤, 2-부타논, 아세트알데히드 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 에테르 함유 화합물의 예로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 메틸 에틸 에테르 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 다른 적합한 화학적 발포제의 예로는 아조디카본아미드, 아조디이소부티로니트릴, 벤젠설포하이드라지드, 4,4-옥시벤젠 설포닐 세미-카바지드, p-톨루엔 설포닐 세미-카바지드, 바륨 아조디카복실레이트, N,N'-디메틸-N,N'-디니트로소테레프탈아미드, 트리하이드라지노트리아진 및 중탄산나트륨이 포함된다.

예시적으로, 폴리스티렌계 중합체 및 폴리스티렌계 공중합체는 통상 기체 발포제로서 클로로플루오로 탄화수소를 사용한다. 이들은 중합체를 가소화시키려 하여 보다 낮은 유효 유리 전이온도를 생성하며, 이는 발포체를 치수적으로 안정하게 할 수 없다. 이들은 또한 이들의 느린 확산 속도로 인하여, 평균 기체 압력이 심지어 발포체가 오랫 동안 노화된 후에 조차도 1기압보다 큰 발포체를 형성하려 한다. 결과적으로, 하나 이상의 발포제 또는 발포제 혼합물중 한 성분은 상기 언급한 평균 기체 압력을 갖는 발포체의 형성을 용이하게 하기 위하여 실질적으로 공기보다 더 신속한 발포체를 통한 확산 속도를 갖는 것이 바람직하다. 이때 실질적으로 더 신속하다는 것은 발포제의 확산 속도가 공기의 확산 속도보다 약 2배 이상 더 빠름을 의미한다. 공기의 확산은 공기중 각각의 존재에 의해 중량이 나가는 산소 및 질소의 평균 확산 속도로서 고려된다. 바람직하게는, 발포제의 확산 속도는 공기의 확산 속도보다 약 3배 이상, 보다 바람직하게는 4배 이상, 보다 더 바람직하게는 5배 이상 및 가장 바람직하게는 10배 이상 더 빠르다.

예를 들면, 환경적 관심으로 인하여, 본 발명의 특히 바람직한 양태는 무정형 열가소성 중합체가 폴리스티렌계 중합체 또는 폴리스티렌계 공중합체이고, 발포제는 이산화탄소, 물 또는 이들의 혼합물로 구성된 경우이다. 이 양태를 위해 바람직하게는, 발포제는 이산화탄소이다.

에너지 흡수 부재의 형성

에너지 흡수 부재는 다음과 같이 제조될 수 있다. 무정형 열가소성 중합체 및 발포제를 함께 혼합한다. 당해 분야에 공지된 것과 같은 중합체 및 발포제를 혼합하는 적절한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 발포제를 미국 특허 제3,231,524호, 제3,482,006호, 제4,420,448호 및 제5,340,844호에 기술된 바와 같이 압출기 내에서 가열한 중합체로 주입시키거나, 발포제를 미국 특허 제4,485,193호 및 각각의 미국 특허들(이 특허는 칼럼 3, 라인 6-13을 인용함)에 기술된 바와 같이, 통상 압력하에 중합체 비이드에 가할 수 있다.

중합체 및 발포제를 혼합한 후에, 중합체 및 발포제는 최종 형태이거나 중간 형태일 수 있는 형태로 성형하며, 당해 분야에 공지된 바와 같은 적절한 방법에 의해 수행할 수 있다(예: 압출된 팽창 판재 및 팽창된 비이드 발포체). 예를 들면, 압출을 사용하는 경우에, 발포체의 판재가 형성될 수 있는데, 이는 보다 복잡한 최종 형태로 후에 와이어 절단하거나, 보드를 유용한 형태로 절단한 다음, 보다 원하는 최종 형태로 열성형시킨다. 열성형의 사용은 또한 이것이 본 발명의 에너지 흡수 부재의 목적하는 기체 압력을 유지하는 것을 돕는 보다 불투수성인 스킨을 생성할 수 있다는 점에서 유용할 수 있다.

당해 분야에 잘 공지되어 있고, 예를 들면, 미국 특허 제2,899,708호, 제3,334,169호, 제3,484,510호, 제3,923,948호 및 제4,359,160호에 기술된 이러한 열성형은 성형된 발포체를 형성한 후에 어느 때라도 수행할 수 있지만, 바람직하게는 성형된 발포체가 특별한 기체 압력에 이른 후 수행한다(즉, 처리후). 열성형 도중 독립 기포의 평균 기체 압력은 앞서 기술되었지만, 압력을 상승시킬 수 있는, 열성형 도중 발포체의 치밀화로 인하여, 보다 낮은 압력이 유용하다. 예시적으로, 발포체의 기체 압력은 최대 약 1기압, 바람직하게는 최대 약 0.95기압, 바람직하게는 0.9기압, 보다 바람직하게는 최대 약 0.85기압이며, 가장 바람직하게는 최대 약 0.8기압 내지 약 0.5기압 이상이다.

반복하기 위하여, 성형된 발포체는 에너지 흡수 부재중 발포체의 상기 언급한 평균 독립 기포 기체 압력을 실현하도록 처리한다. 처리는 적절한 평균 기체 압력을 갖는 발포체가 되기에 충분한 노화 시간 동안일 수 있다. 충분한 시간의 양은 발포체 중합체, 당해 부분의 크기, 사용된 발포제 및 노화 기압과 같은 많은 요인에 좌우된다. 당해 분야의 통상의 숙련가는 과도한 실험없이 적절한 시간을 결정할 수 있다. 통상적으로, 시간은 1일 내지 1년 이상의 범위일 수 있다.

바람직한 방법에 있어서, 압출된 발포체 판재를 형성한 다음, 압출된 발포체 판재의 표면에 개방 기포를 생성하도록 평삭하고/하거나, 본 명세서에 기술된 기체 확산 거리를 갖는 발포체를 생성하기 위하여 천공시킨다. 적어도 발포체 판재의 상부 및 기저 모두를 평삭시키는 것이 바람직하다(즉, 판재의 큰 표면 또는, 예를 들면, 4' x 8' x 1' 판재중 4' x 8' 표면). 이는 놀랍게도 주위 조건하에, 특히 발포제가 이산화탄소 또는 이산화탄소와 물로 구성된 경우에 처리 시간내에 크기 감소를 허용하는 것으로 밝혀졌다. 판재를 천공할 때, 천공은 판재의 깊이를 통해 연장하거나, 폐쇄 구멍을 형성할 수 있다. 천공은 발포체 판재로부터 포획된 가연성 탄화수소 기체(예: 이소부탄 및 펜탄)를 방출하기 위하여 사용되는 미국 특허 제5,424,016호에 기술된 것과 유사한 방법으로 형성할 수 있다.

또한, 경우에 따라, 처리는 주위보다 높지만, 발포체가 변형될 수도 있는 온도 미만의 온도를 포함할 수 있으며, 이는 사용된 특별한 중합체에 따라 용이하게 측정할 수 있다. 처리는 또한 상이한 대기의 사용을 포함할 수 있다. 예를 들면, 대기는 물이 발포제로서 사용되는 경우에 건조된 공기일 수 있다. 성형된 발포체를 둘러싼 대기 압력은, 또한 진공 또는 승압이 발포체를 변형시킬 정도로 그렇게 크지 않은 한, 기압 미만(진공) 또는 승압일 수 있다. 바람직하게는, 편의상, 압력은 주위 압력이며, 대기는 공기이다.

처리된 성형 발포체는 또한 발포체 표면의 일부 또는 전체 표면에 부착되는 장식적 라이닝 또는 불투수성 막을 가질 수 있다. 불투수성 막은 기체를 발포체 내로 또는 발포체로부터 밖으로 이동하는 것을 제한하거나 멈추게 하는 물질일 수 있다. 이러한 필름은 당해 분야에 공지된 것과 같은 적절한 방법(예: 스퍼터링, 화학적 증착, 접착제 또는 열적 융합을 사용한 박판, 필름 또는 시트의 부착)에 의해 적용시킬 수 있다. 불투수성 막의 예로는 금속성 박판(예: 은, 알루미늄, 철 기본 박판(예: 스틸 박판)) 및 플라스틱 필름(예: 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리아미드 필름 또는 이들의 혼합물)이 포함된다.

마지막으로, 에너지 흡수 부재를 제조하기 위하여, 처리된 성형 발포체를 구성 요소에 부착시킨다. 처리된 성형 발포체는, 예를 들면, 헬멧 스킨 또는 도어 판넬에서 팽창 가능한 비이드 발포체를 사용하는 경우에, 예를 들면, 구성 요소의 공동으로 직접 발포시킬 수 있다. 공동은 발포체의 부착을 용이하게 하도록 구성 요소에 고안할 수 있다. 발포체는 또한, 예를 들면, 기계적(예: 패스너) 또는 화학적(예: 접착제, 및 발포체가 구성 요소와 접촉되는 경우에 구성 요소에 융합되도록 하기에 충분한 온도로 구성 요소를 가열하고, 용매를 발포체 표면에 적용시켜 융합시킨 다음, 이를 구성 요소에 접촉시킴)인 것을 포함한 당해 분야에 공지된 것과 같은 적절한 방법에 의해 구성 요소에 부착시킬 수 있다.

실시예 1

FLOORMATE^TM 200-A[미국 미시간주 미들랜드에 소재하는 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)에서 시판중인 압출 폴리스티렌 발포체)의 100㎜ x 600㎜ x 1200㎜(두께 x 너비 x 길이) 판재를 생성후 주위 조건하에 약 1년 동안 저장하였다. 발포체는 밀도가 약 35㎏/㎥이고, 발포체는 독립 기포 발포체이며, 이는 실제로 일반적으로 기포의 90% 이상이 독립된 것임을 의미한다. 발포제는 이산화탄소, n-펜탄 및 이소펜탄이었다. 그 다음, 50㎜ 입방체를 밴드 톱으로 판재의 단면으로부터 절단한다. 입방체의 치수는 캘리퍼를 사용하여 측정하고, 샘플은 85℃에서 24시간 동안 대류 오븐에 방치하였다. 냉각후 입방체를 측정하고, 각 치수 의 변화%를 표 1에 제시된 바와 같이 측정하였다. 독립 기포의 기체 압력은 본 명세서에 기술된 바와 같이 측정하며, 표 1에 제시되어 있다.

실시예 2

압출 폴리스티렌 발포체의 100㎜ x 600㎜ x 2200㎜(두께 x 너비 x 길이) 판재를 미국 특허 제5,340,844호의 비교 실시예 1에 기술된 것과 유사한 방법으로 발포제로서 CO₂를 사용하여 생산 규모 장치에서 제조하였다. 발포체는 밀도가 약 35㎏/㎥이고, 기포의 90% 이상이 독립 기포이었다. 압출후, 판재는 판재의 두께에 대해 2㎜ 직경 니들을 사용하여 천공하였다. 천공의 간격은 너비 방향으로 약 10㎜이고, 길이 방향으로 20㎜이었다. 판재를 천공 전에 약 19일 동안 및 천공 후 주위 조건하에 13일 동안 저장하였다. 그 다음에, 50㎜ 입방체를 판재의 단면으로부터 절단하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정 및 시험하며, 결과는 표 1에 제시되어 있다. 도 1에서 사진의 좌측에 있는 비교실시예 1의 입방체와 비교하여, 85℃로 24시간 동안 가열한 후의 입방체는 사진의 우측에 제시되어 있다.

실시예 3

STYROFOAM^TM FB-X(더 다우 케미칼 캄파니에서 시판중인 압출 폴리스티렌 발포체)의 200㎜ x 600㎜ x 2500㎜(두께 x 너비 x 길이) 판재를 생성 후 주위 조건하에 약 8개월 동안 저장하였다. 발포체는 HFC 134a 발포제를 사용하여 제조하였다. 발포체의 밀도는 약 36.5㎏/㎥이며, 독립 기포 발포체이다. 그 다음, 50㎜ 입방체를 판재의 단면으로부터 절단하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정 및 시험하며, 결과는 표 1에 제시되어 있다.

실시예 4

압출 폴리스티렌 발포체의 50㎜ x 600㎜ x 2200㎜(두께 x 너비 x 길이) 판재를 미국 특허 제5,340,844호의 비교 실시예 1에 기술된 것과 유사한 방법으로 발포제로서 CO₂를 사용하지만, 이 발포체의 증가된 개방 기포를 수득하기 위하여 다소 상승된 다이 온도에서 생산 규모 장치에서 제조하였다. 발포체는 밀도가 약 35.5㎏/㎥이고, 약 50%가 개방 기포이었다. 판재를 주위 조건하에 40일 동안 저장하였다. 그 다음, 50㎜ 입방체를 판재의 단면으로부터 절단하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 하되, 단 온도에서의 시간은 13일로 하여 측정 및 시험하며, 결과는 표 1에 제시되어 있다.

실시예 5

STYROFOAM^* 아트 보드 판재(더 다우 케미칼 캄파니에서 시판중인 압출 폴리스티렌 발포체, * 더 다우 케미칼 캄파니의 상표명)의 89㎜ x 356㎜ x 610㎜(두께 x 너비 x 길이) 판재 단편을 실시예 2에 기술된 바와 같이 천공시키되, 단 너비 방향의 천공 간격은 약 15㎜이었다. 이 발포체는 HCFC-142b 발포제를 사용하여 제조하였다. 발포체의 밀도는 약 31.2㎏/㎥이며, 독립 기포 발포체이었다. 천공 후, 판재를 약 138일 동안 주위 조건하에 저장하였다. 그 다음, 50㎜ 입방체를 판재의 단면으로부터 절단하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정 및 시험하며, 결과는 표 1에 제시되어 있다. 이 발포체가 특히 낮은 기포 압력을 갖지 않더라도, 이는 허용될 수 있는 치수 안정성을 가지며, 이는 도 2에서 실시예 2에 대해 제시한 것과 유사한 방법으로 플랫 라인(flat line)을 생성하는 발포체의 천공 후 노화 시간 및 발포체의 천공에 적어도 부분적으로 기인한다.

비교실시예 1

압출 폴리스티렌 발포체의 100㎜ x 600㎜ x 2200㎜(두께 x 너비 x 길이) 판재를 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하되, 단 판재를 천공시키지 않으며, 주위 조건하에 약 31일 동안 저장하였다. 그 다음, 50㎜ 입방체를 판재의 단면으로부터 절단하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정 및 시험하며, 결과는 표 1에 제시되어 있다. 도 1에서 사진의 우측에 있는 실시예 2의 입방체와 비교하여, 85℃로 24시간 동안 가열한 후의 입방체는 사진의 좌측에 제시되어 있다.

이러한 비교로부터, 천공의 사용은 본 발명을 위해 필요한 내부 기포 압력을 실현하는데 유용한 것으로 밝혀졌다.

비교실시예 2

치수가 38㎜ x 38㎜ x 37㎜인 FOAMULAR^TM 600[미국 오하이오주 톨레도에 소 재하는 오웬스 코닝(Owens Corning)에서 시판중인 압출 폴리스티렌 발포체]의 조각을 구입하고, 주위 조건하에 약 441일 동안 저장하였다. 발포제는 HCFC-142b이었다. 발포체의 밀도는 약 37㎏/㎥이며, 독립 기포 발포체이었다. 그 다음, 이 입방체를 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하고, 시험하며, 결과는 표 1에 제시되어 있다.

비교실시예 3

STYROFOAM FREEZERMATE^TM(더 다우 케미칼 캄파니에서 시판중인 압출 폴리스티렌 발포체)의 75㎜ x 1219㎜ x 2438㎜(두께 x 너비 x 길이) 판재를 제조하고, 생성후 주위 조건하에 약 398일 동안 저장하였다. 발포제는 HCFC-142b이었다. 발포체의 밀도는 약 30.2㎏/㎥이며, 독립 기포 발포체이었다. 그 다음, 50㎜ 입방체를 판재의 단면으로부터 절단하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정 및 시험하며, 결과는 표 1에 제시되어 있다.

비교실시예 4

STYROFOAM^* 아트 보드 판재(더 다우 케미칼 캄파니에서 시판중인 압출 폴리스티렌 발포체, * 더 다우 케미칼 캄파니의 상표명)의 89㎜ x 1219㎜ x 2438㎜(두께 x 너비 x 길이) 판재를 생성하고, 생성 후 주위 조건하에 약 138일 이상 동안 저장하며, 이는 실시예 5가 저장한 총 시간과 동일한 것이다. 발포제는 HCFC-142b이었다. 발포체의 밀도는 약 32.2㎏/㎥(pcf:ft³당 lb)이며, 기포의 약 90%가 독립 기포이었다. 그 다음, 50㎜ 입방체를 판재의 단면으로부터 절단하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정 및 시험하며, 결과는 표 1에 제시되어 있다.

데이터로부터, 본 발명을 위해 필요한 내부 기포 압력을 실현하는데 필요한 노화 시간이 훨씬 단축되기 때문에, 본 발명을 위한 발포체의 제조시 공-발포제의 존재 또는 부재하에 이산화탄소를 사용하는 것이 유용하다. 놀랍게도, 도 2에 제시된 플롯으로부터 CO₂ 발포제의 사용(실시예 1 및 3)이 또한 압력에 따른 치수 변화의 감소된 경사를 나타내므로, 사용시 직면하기 쉬운 압력에서 지나치게 변형되는 것을 덜하게 만든다. 마찬가지로, 데이터로부터 천공의 사용이 또한 필요한 기포 압력을 성취하는데 도움이 되고(참조: 실시예 2 및 비교실시예 1), 압력에 따른 치수 변화의 경사를 감소(참조: 도 2)시킴을 알 수 있다. 마지막으로, 실질적인 개방 기포를 갖는 발포체는 가장 평평한 경사를 나타낸다(도 2, 실시예 4).

Claims (52)

1. 구성 요소와 접촉하는 폴리스티렌계 중합체 또는 폴리스티렌계 공중합체인 무정형 열가소성 발포 중합체(cellular polymer)를 포함하고, 무정형 발포 중합체의 기포 중 50% 이상이 독립 기포이고, 독립 기포가 주위 온도에서 0.5 내지 1.4기압인 평균 기체 압력을 갖는 에너지 흡수 부재.
2. 제1항에 있어서, 구성 요소가 헬멧 스킨, 차량 도어 판넬, 차량 도어 비임, 차량 지붕 또는 차량 대쉬인 에너지 흡수 부재.
3. 제1항에 있어서, 무정형 열가소성 발포 중합체가 발포제의 잔류물을 함유하고, 하나 이상의 발포제의 무정형 열가소성 발포 중합체를 통한 확산 속도가 공기의 상기 중합체를 통한 확산 속도보다 큰 에너지 흡수 부재.
4. 제1항에 있어서, 무정형 열가소성 발포 중합체가 85℃ 내지 135℃의 유효 유리 전이온도를 갖는 에너지 흡수 부재.
5. (a) 무정형 열가소성 수지와 발포제를 혼합하는 단계,

   (b) 수지와 발포제의 혼합물로부터 50% 이상의 독립 기포를 갖는 폴리스티렌계 중합체 또는 폴리스티렌계 공중합체인 성형 중합체성 발포체를 형성하는 단계,

   (c) 형성된 성형 발포체를 독립 기포가 0.5 내지 1.4기압의 기체 압력을 가지도록 처리하여, 처리되고 형성된 성형 발포체를 형성하는 단계 및

   (d) 처리되고 형성된 성형 발포체를 구성 요소에 부착시켜 에너지 흡수 부재를 형성하는 단계를 포함하는, 에너지 흡수 부재의 형성방법.
6. 제5항에 있어서, 성형 중합체성 발포체를 형성하는 단계가 단계 (a)의 혼합물을 압출시킴으로써 수행되고, 형성된 성형 발포체를 처리하는 단계가 성형된 중합체성 발포체의 하나 이상의 표면을 평삭시킨 다음, 평삭된 성형 중합체성 발포체를 처리된 성형 중합체성 발포체를 형성하기에 충분한 시간 동안 노화시킴으로써 수행되는 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 형성된 성형 발포체를 처리하는 단계가 성형된 중합체성 발포체를 천공시키는 단계를 포함하는 방법.
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