KR20010043259A

KR20010043259A - 일체형으로 금형 내 코팅된 폴리우레탄 방향족 탄성중합체피복을 구비한 장식용 차량 내부 트림 용품과 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20010043259A
Application number: KR1020007012210A
Authority: KR
Inventors: 가드너존에이.
Original assignee: 게리 엠. 코인; 마그나 인테리어 시스템즈 인크.
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2001-05-25
Also published as: CA2321707A1; DE69914322D1; US6544449B1; AU763172B2; JP2002516194A; DE69914322T2; EP1079962B1; BR9910600A; WO1999061216A1; ATE258108T1; CN1302250A; EP1079962A1; CN1120080C; AU3805599A

Abstract

내부를 형성하기 위하여 차량에 장착 가능한 패널 구조물(10)과 그 제조 방법. 본 제조 방법에 따르면, 구조물의 노출된 외면(10a)의 적어도 일부를 한정하는 외층(26)은 수 분산 열가소성 폴리우레탄 조성물과 광-안정성 차폐된 가열 작동 디이소시아나이트를 성형면(34) 상에 도포하여 조성물을 건조시킴으로써 마련된다. 그 다음으로, 외층(26)이 성형면(34) 상에 유지되면서 외층(26)과 계면 화학 결합을 하는 폴리우레탄 탄성중합체 내층(28)을 형성하도록 급속 반응 조성물이 외층(26)의 내면(26b) 상에 분무된다. 외층(26)과 계면 화학 결합한 내층(28)은 그후 보강 기판(22)과 결합하여 보강 기판(22)이 외층(26)을 보강할 수 있도록 한다. 내층(28)과 선택적인 준-강성 셀룰러 중간 발포층(30)이 외층(26)의 노출된 부분으로 압축감을 제공하면서, 패널 구조물의 노출된 외면(10a)은 진짜 가죽 같은 외관과 느낌을 가지게 한다.

Description

일체형으로 금형 내 코팅된 폴리우레탄 방향족 탄성중합체 피복을 구비한 장식용 차량 내부 트림 용품과 그 제조 방법{DECORATIVE AUTOMOTIVE INTERIOR TRIM ARTICLES WITH INTEGRAL IN-MOLD COATED POLYURETHANE AROMATIC ELASTOMER COVERING AND PROCESS FOR MAKING THE SAME}

종래에는, 계기판, 도어 패널, 팔걸이, 머리받이, 바닥 콘솔(floor consoles), 무릎받이, 글로브 격실 도어과 같은 차량용 내부 트림 용품들은, 장식용 피복과 강성 기판 사이에 발포 폴리우레탄 패딩(padding)을 끼운 상태로, 차량 차체 내에 장착 가능한 강성 기판 위에 부드러운 장식용 피복을 적용함으로써 구성되었다. 장식용 피복에는 보통 진짜 가죽의 외관과 느낌을 가지도록 하기 위해, 소정의 재질과 색상이 제공된다.

이중 층의 장식용 피복을 가지는 자립식 차량용 합성 내부 트림 용품의 제조법이 미국 특허 제5,662,996호(WO 제93/23237호에 대응하는)의 특히, 실시예2에 기재되었다. 본 내부 트림 용품을 제조하기 위한 렉티셀 '996특허에서 기재된 방법대로, 용매계 폴리우레탄 래커(lacquer)를 우선 "금형 내 페인트"로서 개방된 금형면에 도포하고, 그후 용매를 증발시킴으로써 건조한다. 그후 두 부분의 폴리우레탄 탄성중합체(elastomer)로부터 제조된 "스킨"을 특수 노즐과 적용 시스템을 채택함으로써 건조된 금형 내 페인트의 내면에 형성한다. 실제로, 채택 가능한 적절한 분무 노즐과 시스템이 미국 특허 제5,028,006호와 제5,071,683호에 기재되었다. 다음으로, 폴리우레탄 발포층이 폴리우레탄 탄성중합체 스킨에 대하여 폴리우레탄 반응 혼합물을 분무함으로써 마련되었다. 마지막으로, 폴리우레탄 또는 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate)의 반응 혼합물을 폴리우레탄 발포층의 대향 면에 도포하여 강성 합성 운반체를 얻었다.

렉티셀 '996특허에 기재된 금형 내 페인트를 포함하는 이중층 피복의 관련기술과 그 제조 방법의 상업적 이점은 최근의 렉티셀에 의한 이 이중층 피복의 상업 성이 부족하다고 지적되고 있는 바와 같이, 무시할 수 있다. 렉티셀은 그것의 상업성 면에서 금형 내 용매계 래커를 사용하지 않는다. 렉티셀은 단 한 명의 고객에게도 금형 내 페인트를 사용하는 것을 금지하여왔다.

더군다나, 금형 내 페인트로서 용매계 래커의 사용은 여러 가지 복잡함과 비효율성으로 인해 렉티셀 '996특허에 기재된 준비된 방법을 이용하기가 어렵다. 예로서, 이러한 래커들은 대기를 오염시키는 대량의 휘발성 유기 화합물(Voc)들을 포함한다. 휘발성 유기 화합물들의 강한 가연성과 폭발성 때문에, 이와 같은 래커들은 정부의 엄격한 규제를 받고 있다. 이와 같은 정부의 규제에 따른 허가를 얻기 위해서는 작업자의 안전을 보장하고 환경 오염을 막기 위하여 설계된 추가적이고 고 비용의 장비를 종종 필요로 한다. 예를 들면, 이러한 래커를 취급하기 위하여 설비된 생산시설들은 특별한 분무 장비, 별도의 전용 분무 구역들 및 공기 청정 장비를 포함해야 한다. 작업자는 방화 기능과 유해 가스에의 노출로부터 보호할 수 있는, 부피가 크고 거추장스러운 특수 보호복을 착용해야 한다.

그래서 보다 환경친화적이고, 효율적이고, 저 비용의 방법으로 생산될 수 있고, 그 결과 높은 품질과 진짜 가죽 같은 외관을 갖춘 다중층의 장식용 피복을 포함하는 패널 구조물을 제조하기 위한 방법을 제공할 필요성이 제기된다.

본 발명은 내부 부분을 형성하기 위해 차량 안에 장착될 수 있는 패널 구조물을 포함하는 차량용 내부 트림 용품에 관한 것으로, 특히 계기판, 도어 패널, 글로브 격실 도어 같은 차량용 내부 트림 용품에 관한 것이다. 본 발명은 또한 차량용 내부 트림 용품의 제조 방법에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따라서 제작된 완성된 차량 도어 패널을 부분 절결하고 일부는 가상선으로 도시한 사시도이다.

도2는 본 발명에 따라서 제작된 완성된 차량 계기판의 사시도이다.

도3은 도2의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 선택된 계기판의 단면도이다.

도4는 본 발명에 따라서 교차 결합된 광-안정성 폴리우레탄 외층을 형성하기 위하여 가열되는 동안에 금형면에 수 분산 폴리우레탄 조성물을 적용하는 단계를 보여주는 금형면의 단면도이다.

도5는 폴리우레탄 외층을 건조하는 단계를 보여주는 도4와 유사한 단면도이다.

도6은 외층이 금형면 위에 유지되는 동안에 외층의 내면 위로 급속 반응 조성물을 분무함으로써 내층과 겹층 조성 구조물을 얻는 단계를 보여주는 도5와 유사한 단면도이다.

도7은 금형면으로부터 겹층 조성 구조물을 제거하는 단계를 보여주는 도6과 유사한 단면도이다.

도8은 제2 금형면 위에서 처리되는 동안에 겹층 조성 구조물에 반응 혼합물을 적용함으로써 비교적 강성인 폴리우레탄 중간 발포층을 얻는 단계를 보여주는 제2 금형면의 단면도이다.

도9는 제2 금형면 위에 겹층 조성 구조물과 제3 금형면 위에서 처리된 미리 만들어진 기판을 결합하는 단계를 보여주는 단면도이다.

그래서, 본 발명의 목적은 상술한 필요성뿐만 아니라 관련 기술과 연관된 전술한 문제들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 원리에 따르면, 이러한 목적은 차량 내부 부분을 형성하기 위하여 차량에 장착 가능한 패널 구조물을 제조하기 위한 방법을 제공함으로써 얻어질 수 있다. 패널 구조물은 차량안에 장착되었을 때 차량 내부로부터 감추어질 수 있는 기판을 가진, 겹층 조성 구조물과 보강 기판을 포함한다. 겹층 조성 구조물은 적어도 부분적으로 노출된 패널 구조물 외면의 한 부분과 내층을 한정하는 외층을 포함한다.

이 공정의 실시 예에 따르면, 패널 구조물을 마련하기 위하여 적어도 아래의 단계들이 수행된다. 적어도 하나의 펜던트 히드록실 그리고/또는 카르복실 작용기를 가진 적어도 하나의 광-안정성 열가소성 폴리우레탄(바람직하게는 물 속에서 분산된 콜로이드 용액 안에서 수지 입자의 형태로), 적어도 하나의 원하는 착색제, 적어도 하나의 광-안정성 차폐된(blocked) 가열 작동 디이소시아네이트를 포함하는 적어도 하나의 수 분산 조성물이 외층에 대해 상보형 구조를 한정하는 형상으로 된 가열된 금형면 위로 적용된다. 광-안정성 열가소성 폴리우레탄과 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트는 바람직하게는 금형면을 미리 가열함에 의해서 가열되고, 반응하여 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트와 열가소성 폴리우레탄의 교차 결합을 유도한다. 그후, 수 분산 조성물은 충분히 건조되면서 금형면에서 수지 입자들이 인접하는 막 안으로 유착하고 그것에 의해 노출된 외층을 형성하게 된다. 다음으로, 적어도 하나의 방향족 폴리이소시아네이트와 적어도 하나의 폴리올을 포함하는 급속 반응 조성물은 외층의 내면 위로 분무되면서 외층 안에서 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트의 잔류 미반응 작용기를 통하여 외층의 폴리우레탄과 교차 결합된 방향족 폴리우레탄 탄성중합체를 포함하는 내층을 금형면 위에서 형성하게 된다. 결과적으로, 외층의 내면과 내층의 인접 면 사이에 계면 화학 결합이 얻어지고, 겹층 조성 구조물을 형성하게 된다. 그후, 겹층 조성 구조물은 보강 기판과 함께 결합되어 보강 기판이 외층을 보강할 수 있게 한다. 선택적으로, 부드러운 폴리우레탄 발포층이 내층과 보강 기판 사이에 형성될 수 있다. 결과적으로, 패널 구조물은 노출된 부분의 촉감, 색상, 구조와 내층과 선택적인 부드러운 중간 발포층에 의해서 외층에 제공된 압축감을 보유하게 된다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 방법에 의해 만들어진 패널 구조물을 포함하는 차량용 내부 트림 용품을 제공하기 위함이고, 특히 진짜 가죽의 외관과 느낌을 가지게 하는 외면을 가진 패널 구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 원리에 따르면, 이러한 목적은 내부 부분을 형성하기 위하여 차량 안에 장착 가능한 패널 구조물을 포함하는 용품을 제공함으로써 얻어질 수 있다. 패널 구조물은 차량 내부로 적어도 부분적으로 노출된 외면과 패널 구조물이 차량 구조에 장착되었을 때 차량 내부로부터 감추어질 수 있는 내면을 가지고 있다. 패널 구조물은 보강 기판과 피복 겹층 조성 구조물을 포함하며, 선택적으로는 그 기판과 피복층 사이에 부드러운 폴리우레탄 발포층이 개재될 수 있다. 강화 기판은 패널 구조물의 내면과 겹층 조성 구조물과 결합되는 대향면으로 되어 있다. 겹층 조성 구조물은 외층과 내층을 포함한다. 외층은 패널 구조물의 노출된 외면의 적어도 한 부분을 한정하고 화학적 내성이 양호할 뿐만 아니라, 바람직한 패널 구조물의 촉감, 색상, 구조를 가지게 된다. 외층은 적어도 하나의 원하는 착색제, 적어도 하나의 펜던트 히드록실 그리고/또는 카르복실 작용기를 포함하는 적어도 하나의 광-안정성 열가소성 폴리우레탄, 그리고 광-안정성 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트 교차 결합기를 포함하는 수 분산 조성물로부터 형성된 충분히 건조되고, 광-안정성이 있고, 교차 결합된 폴리우레탄을 포함한다. 광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄과 차폐된, 가열 작동 디이소시아네이트는 교차 결합 반응을 나타내도록 가열되고, 외층에 대한 상보형 구조를 한정하는 형상으로 되어 있는 가열된 금형면 위에서 성형된 후 금형면 위에서 건조된다. 외층보다 두꺼운 내층은 적어도 하나의 방향족 폴리이소시아네이트와 적어도 하나의 폴리올을 포함하는 급속 반응 조성물로부터 형성된 방향족 폴리우레탄 탄성중합체를 포함한다. 차폐된, 가열 작동 디이소시아네이트는 외층의 광-안정성 폴리우레탄과 방향족 폴리우레탄 탄성중합체가 교차 결합하도록 도와준다. 결과적으로, 내층은 외층의 내면과 접하면서 화학적으로 결합된 면을 가지고 있다. 계면 화학 결합들은 외층이 금형면 위에 유지되는 동안에 급속 반응 조성물을 내면 위에 분무함으로써 형성된다. 보강 기판은 보강 기판이 노출된 부분의 촉감과 색상, 내층과 선택적으로 끼워진 부드러운 폴리우레탄 발포체에 의해서 외층에 제공된 압축감을 유지하는 동안에 외층을 강화시킨다.

이 실시예에 따라서 제공된 조성물은 외부 영향에 대하여 우수한 화학적, 손상, 긁힘에 대한 내성을 띠게 된다. 이러한 특성과 다른 특성들은 폴리우레탄 내층을 만들기 위하여 지방족 폴리이소시아네이트 대신에 방향족 폴리이소시아네이트를 선택함으로써 더욱 향상될 수 있다. 방향족계 탄성중합체는 가공성과 물리적 특성이 자동차 산업에서 중요한 여러 카테고리에서 지방족계 탄성중합체를 능가한다. 예를 들면, 방향족계 탄성중합체의 향상된 가공성은 더 좋은 분무능력, 감소된 런백(run-back), 더 빠른 처리율과 이형 시간, 우수한 조작, 더 적은 핀 구멍, 더 균일한 두께에 의해 보여진다. 또한 방향족계 탄성중합체는 지방족계 탄성중합체에 비해 높은 인장력, 더 좋은 연신률, 냉간 휨 능력, 적은 비용을 나타낸다. 이러한 특성들에 의해 지방족계 탄성중합체로부터 얻어질 수 있는 것보다 생산시간도 빨라지고, 높은 품질의 생산품을 얻을 수 있다. 더군다나, 장기간의 노광 후에 방향족계 탄성중합체의 안정성이 약해지는 것에 대한 염려는 하지 않아도 된다. 왜냐하면, 광-안정성 폴리우레탄의 외층은 방향족계 탄성중합체를 태양광에 직접 노광 되지 않게 가려주기 때문이다.

또, 조성물에 적당한 첨가제를 첨가하면 패널 구조물에 요구되는 무반사 저광택면을 갖는 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 조성물의 내외층은 모두 뛰어난 신장성을 갖고 있어서 -30℃ 내지 120℃ 같은 넓은 온도 범위에서 외층에 크래킹(cracking)을 유발하지 않고 사용 중에 조성물이 만입(indentation)과 휨(flexture)에 견딜 수 있게 된다.

상기 기술한 본 발명의 원리는 패널 구조물의 모든 형태에 적용 가능하다. 그러나, 계기판(소위 대쉬보드(dashboards)라고 말하는)과 도어 패널에 특별히 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 원리는 승합차, 트럭, 밴, 다용도 차량 등 여러 형태의 차량에 적용할 수 있다.

도면에 대하여 좀 더 자세히 언급하면, 도1 에는 일반적으로 참고부호 10으로 표시되고 본 발명의 원리에 따른 방법으로 만들어진 차량 도어 패널을 포함하는 패널 구조물이 도시되어 있다. 도어 패널(패널 구조물)(10)은 볼스터 수납부(16) 사이를 한정하는 창문턱 윗부분(12)과 팔걸이 부분(14)을 포함한다. 러그 수납부(20)를 가진 하부 편평 러그 수납부(18)는 팔걸이 부분(14) 아래에 배치되어 있다.

도1에 단면을 도시한 바와 같이, 패널 구조물(10)은 차량 내부로 노출된 외면(10a)과 패널 구조물(10)이 차량에 장착되었을 때 차량 내부로부터 가려진 내면(10b)을 가지고 있다. 패널 구조물(10)은 패널 구조물(10)의 내면(10b)을 한정하는 면을 가진 보강(또는 강성) 기판(22)을 포함한다. 패널 구조물(10)은 패널 구조물(10)의 노출된 외면(10a)의 적어도 일부를 한정하는 외층(26)과 내층(28)을 포함하는 겹층 조성 구조물(24)을 포함한다. 외층(26)의 적어도 일부는 차량 내부에 노출되어 있지만, 그 외층(26)의 일부는 장식용 또는 다른 은폐물에 의해 가려지게 할 수도 있다. 예를 들면 도1에서, 외층(26)의 하부 편평 러그 수납부(18)는 러그부(20)에 의해 덮여지게 되어 차량 내부에 노출되지 않는다.

도1에 도시한 바와 같이, 외층(26)에 비해 비교적 두꺼운 내층(28)은 외층(26)의 내면(26b(도 5와 6))과 인접하여 화학적으로 대면 접착된 외면(28a(도6))을 구비하고 있다. 또한 도1에 도시한 바와 같이, 패널 구조물(10)이 차량에 장착되었을 때 차량 내부로부터 가려지는 기판(22)은 외면과 내면(26과 28)을 보강한다. 마지막으로, 비교적 강성인(또는 준-강성인)폴리우레탄 발포 충전재를 포함하는 중간 층(30)은 내층(28)과 보강 기판(22) 사이에 끼워지게 된다. 보강 기판(22)은 외층(26), 내층(28), 중간 층(30)을 장착 및 제어될 수 있을 만큼의 충분한 강도(strength)와 복합재를 차량의 하부 구조 안으로 장착할 수 있도록 충분한 강성(rigidity)을 가져야 한다.

도4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법은 제1 금형면(34)을 가진 제1 금형 요소 또는 부분(32)을 사용한다. 제1 금형 요소(32)는 바람직하게는 공구 모듈(tooling module)안에서 제어 및 장착될 수 있는 자립식 금형을 생산하는 침전/도금 공정의 끝에서 2차적으로 제거된 강성 주조 에폭시(epoxy) 기판 위에 니켈(nickel)을 전해도금하여 생성된다. 제1 금형면(34)은 외층(26)의 소망하는 형상에 대체로 들어맞는 형상을 한정하도록 되어있고, 외층(26)의 원하는 질감에 충분히 들어맞는 성질을 띨 만큼의 입도를 갖고, 진짜 가죽 같은 느낌을 가지게 한다.

도4는 본 발명의 처음 단계를 도시한 것인데, 이 단계에 따르면, 외층(26)은 제1 금형면(34) 위에 수 분산 조성물(36)을, 바람직하게는 분무에 의해 도포함으로써 얻어질 수 있다. 수 분산 조성물은 적어도 하나의 히드록실 그리고/또는 카르복실 작용기를 포함하는 적어도 하나의 광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄, 적어도 하나의 원하는 착색제, 적어도 하나의 차폐된 가열 작동(바람직하게는 지방족의) 디이소시아네이트와 같은 것들을 포함한다.

가열된 제1 금형면(34) 위로 수 분산 조성물의 적용은 광-안정성 열가소성 폴리우레탄의 하나 또는 그 이상의 히드록실 그리고/또는 카르복실 작용기와 그에 의해 교차 결합된 광-안정성 폴리우레탄을 제공하기 위한 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트 사이의 화학 반응을 유도한다. 제1 금형면(34)은 교차 결합 반응을 할 수 있도록 충분한 온도로 가열되어져야 하지만 금형면(34)으로부터 조성물(36)의 갈라짐을 유발하지 않도록 너무 높지는 않아야 한다. 바람직하게는, 제1 금형면(34)은 60℃(140℉) 내지 71.1℃(160℉)의 온도로 가열된다. 수 분산 조성물(36)의 적용에 앞서서 그러한 높은 온도로의 제1 금형면(34)의 가열은 제1 금형면(34)에 적용되어지는, 미세결정 왁스 금형 이형제와 같은 반영구적인 금형 이형제를 녹이고 분산시킨다. 그것에 의해 가열된 금형면은 왁스 분산물을 증발시키고, 제1 금형면의 얽힌 입상 디테일(detail) 속에서 응집되지 않는 얇은 잔류물을 남긴다.

광-안정성 지방족의 열가소성 폴리우레탄과 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트 성분들은 안정적으로 예비 혼합될 수 있고, 적용 전에 상온에서 오랜 기간 동안 저장될 수 있다. 수 분산 조성물(36)은 물 속에 수지 입자를 분산시키기 위하여 물에 첨가되어지는 수지 입자의 콜로이드 용액으로부터 성형될 수 있다.

교차 결합된 광-안정성 폴리우레탄이 일단 제1 금형면(34) 위에서 형성되면, 제1 금형면(34) 위에서 유지되면서 충분히 건조되어 외층(26)이 얻어진다. 도5에 도시된 바와같이, 교차 결합된 광-안정성 폴리우레탄은 열원(40)에 노출되어 그로부터 물 및 적어도 일부의 용매의 증발을 일으키고 수지 입자를 유착하여 외면(26a)이 제1 금형면(34)에 접한 상태로 외층(26)을 형성한다. 도5에는 도시하지 않았지만, 이러한 열원(40)은 제1 금형물(32)과 일체로 하는 것이 좋고, 또한 제1 금형면(34)을 대략 65.9℃(150℉) 이상으로 가열하는 것이 좋다. 외층(26)의 외면(26a)의 적어도 일부분은 패널 구조물(10)의 원하는 촉감, 색상, 입상 구조를 가지게 된다.

일반적으로, 외층(26)은 대략 0.0025cm 내지 0.0038cm(즉, 대략 1.0mil 내지 1.5mils, 또는 대략 0.001인치 내지 0.0015인치) 사이의 두께를 가진다.

선택된 특별한 착색제는 외층(26)의 원하는 두께에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 회색이나 갈색 같은 어두운 색깔들은 감춰진 내층(28)의 색상이 보이지 않도록 하기 위해 비교적 적은 막 두께 만을 필요로 하는 반면에, 적색이나 청색 같은 밝은 색깔들은 광택이 없고 불투명한 외층(26)을 얻으려면 내층(28)을 은폐시키고 태양 빛으로부터 내층을 보호할 수 있는 비교적 큰 두께를 요구한다.

다음에, 도6에 도시된 폴리우레탄 탄성중합체 내층(28)은 외층(26)이 충분히 건조된 상태에서 제1 금형면(34)에 유지되는 동안에 외층(26)의 내면(26b) 위로 급속 반응 조성물(42)을 분무함으로써 형성된다. 급속 반응 조성물(42)은 광-불안정성 폴리우레탄 탄성중합체 내층(28)을 형성하기 위하여 서로 반응하는 적어도 하나의 방향족 폴리이소시아네이트와 적어도 하나의 폴리올을 포함한다. 본 명세서에 서술된 것처럼, 탄성중합체란 용어는 적당한 인장 하에서 신장될 수 있고 압축될 수 있으며, 비교적 높은 인장강도 및 기억 특성을 갖고 있어서 인장력이 제거되었을 때 탄성중합체가 안으로 수축되어서 원래 치수나 원래 치수와 거의 같은 치수로 회복될 수 있는 복원력을 가진 탄성중합체 조성물이라면 모두 포함되는 의미의 용어이다.

폴리이소시아네이트 성분과 반응할 뿐만 아니라, 급속 반응 조성물(42)의 폴리올 성분은 외층의 폴리우레탄의 펜던트 작용기와 반응하지 않은 외층(26) 안의 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트의 미반응 작용기에 대해 반응성이 강한 적어도 하나의 펜던트 히드록실 그리고/또는 카르복실의 작용기를 포함할 수 있다. 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트의 미반응 작용기는 내층(28) 안으로 침투하여 폴리올 성분의 펜던트 작용기와 반응한다. 그 결과, 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트는 내층(28)의 폴리우레탄 탄성중합체와 외층(26)의 폴리우레탄을 교차 결합시키고, 그것에 의해 외층(26)의 내면(26b)과 인접하는 내층(28)의 외면(28a) 사이의 계면 화학 결합을 형성한다. 이리하여, 겹층 조성 구조물(24)이 얻어진다. 만일, 교차 결합이 최적의 교차 결합 조건에서 행해진다면, 겹층 조성 구조물(24)의 외부와 내층(26과 28) 사이의 경계가 분명히 드러나지 않게 되어서 변환 단계가 두 층의 경계면에서 보이게 된다. 여기서 서술된 것처럼, 계면 화학 결합이 외부와 내층(26과 28) 사이의 경계면이 시각적으로 명확하지 않고 분리 가능하지 않는 교차 결합 반응을 포함하지만, 그것에 제한되지는 않는다.

일반적으로, 적절한 계면 화학 결합이 외층(26)의 내면(26b)과 인접하는 내층(28)의 외면(28a) 사이에서 얻어질 수 있도록 준비해 두어야 한다. 예를 들면, 일단 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트가 열에 의해 활성화되면 가열 작동 광-안정성 디이소시아네이트와 열가소성 폴리우레탄의 펜던트 히드록실 그리고/또는 카르복실 작용기 사이의 교차 결합 반응은 급속 반응 조성물(42)의 폴리올 성분과 외층(26)의 폴리우레탄을 교차 결합하기 위한 충분한 잔류 반응 구역이 없는 가열 작동 광-안정성 디이소시아네이트를 남기면서 수 분 이내에 완성된다. 그래서, 급속 반응 조성물(42)은 일반적으로 6분 이내에 분무되어야 하고, 바람직하게는 제1 금형면(34)에 수 분산 조성물(36)의 적용이 완성된 후 2∼4분 이내에 분무되어야 한다. 급속 반응 조성물(42) 분무 중의 상당한 지연은 외층(26)이 제1금형면(34)에 의해 수축되고 갈라짐이 생기는 결과를 초래할 수 있다. 갈라짐의 결과로써, 외층(26)이 제1 금형면(34)의 구조에 알맞은 형상이 되지 않게 하고, 전체 조성물(24)이 조각으로 처리되어야 한다.

한편, 수 분산 조성물(36)로 된 열가소성 폴리우레탄은 급속 반응 조성물(42)의 분무 전에 교차 결합하기 위한 충분한 시간이 주어지지 않으면, 급속 반응 조성물(42)의 폴리올 성분이 외층(26) 폴리우레탄의 미반응 히드록실 그리고/또는 카르복실 펜던트 작용기와 각각 에스테르 또는 에테르 결합을 형성하기 위한 응축 반응을 일으킬 수 있다. 이러한 결합의 형성은 계면 화학 결합을 이롭게 향상시킬 수 있으나, 응축 반응은 물을 방출하므로 물의 방출양이 많아지면 이형제로서 작용할 수 있고 내층(28)의 발포성을 바람직하지 못하게 증가시키며 계면 화학 결합을 방해하게 된다.

계면 화학 결합은 별도의 저장소에서 급속 반응 조성물(42)의 고 반응성 폴리올과 방향족 폴리이소시아네이트 성분 요소를 분리하여 저장하고, 분무가 이루어질 때까지 이러한 성분들 사이의 접촉을 피하기 위하여 외층(26)의 내면(26b) 위에 이러한 성분들을 분무함으로써 더욱 향상될 수 있다. 이러한 작업을 수행하기 위한 이중 노즐 분무 기구는 미국 특허 제5,028,006호와 제5,071,683호에 기재되었다. 분무 직전까지 이러한 성분 요소들을 분리시킴으로서, 폴리올 중 일부는 모든 폴리올이 폴리이소시아네이트와 완전히 반응하기 전에 가열 작동 지방족 디이소시아네이트(그리고 열가소성 폴리우레탄의 히드록실 그리고/또는 카르복실 펜던트 작용기)와 반응한다.

또한, 급속 반응 조성물(42)의 방향족 폴리이소시아네이트 성분은 흡습성이 있어서, 강한 계면 화학 결합을 얻으려면 분무 단계 동안에 외층(26)과 주위 대기(예를 들면, 습기 정도)를 충분히 건조시키는 것이 중요하다. 소량의 습기는 외층(26)에 유지될 수 있지만, 이러한 습분의 농도는 물이 폴리올과 급속 반응 조성물(42)의 폴리이소시아네이트 성분이 반응하는 것을 방해할 수 있을 정도로 높아서는 안된다. 물과 폴리이소시아네이트 사이의 바람직하지 못한 반응은 층으로된 조성 구조물(24)위에 국부적인 미반응 폴리올 침전물을 남기면서 폴리올과 폴리이소시아네이트 사이의 화학적 균형을 깨뜨릴 수 있다. 물은 또한 발포 구조를 내층(28)에 전해주는 이산화탄소를 방출하면서 폴리이소시아네이트와 반응하는, 이형제로서 작용한다. 과도한 양의 물은 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트의 잔류 반응 구역과 폴리올을 통하여 활성화되는 교차 결합 반응을 해롭게 방해할 수 있다.

급속 반응 조성물(42)은 바람직하게는 이러한 목적을 달성하기 위하여 고온에서 외층(26)의 내면(26a)에 적용된다. 제1 금형 요소(32)가 가열되어질 수 있는 적당한 온도 범위는 제한적인 의미가 아닌 단순한 예로서, 대략 60℃(140℉) 내지 71.1℃(160℉) 사이이다.

일반적으로, 내층(28)은 대략 0.10cm 내지 0.15cm(즉, 대략 40mil 내지 60mil, 또는 대략 0.040인치 내지 0.060인치) 사이의 두께를 가질 수 있다.

도7은 본 발명의 다음 단계를 설명한다. 도7에서 도시된 것처럼, 겹층 조성 구조물(24)은 제1 금형면(34)으로부터 탈형된다(즉, 제거된다). 이러한 탈형은 예를 들어 대략 60℃(140℉)의 온도에서 일어날 수 있다. 방향족계 탄성중합체의 탈형은 지방족계 탄성중합체의 탈형보다 작업이 덜 집중적이고, 지루하지 않으며 시간이 적게 든다. 돌이킬 수 없는 손상에 의해 층으로된 조성 구조물의 배열을 조각난 형태로 하게 하는, 탈형 중에 층으로된 조성 구조물의 찢어짐이나 과도한 확장은, 방향족계 탄성중합체에는 잘 발생하지 않는다. 이러한 탈형 문제와 비효율성은 본 발명을 실시함으로써 충분히 극복될 수 있는데, 그 이유는 방향족계 탄성중합체가 유리한 물리적 특성을 가지고 있고 외층(26)과 내층(28) 사이의 계면 화학 결합이 탈형 과정 중에 외부와 내층(26과 28)의 분리를 방해함으로써 층으로된 조성 구조물(24)을 강화시키기 때문이다.

제1 금형면(34)으로부터의 이형성을 더욱 향상시키기 위하여, 금형면(34)은 이형제로 미리 처리될 수 있다. 대표적인 이형제는 제한적인 것은 아니지만 미시간(Michigan)주 호웰(Howell) 소재의 캠-트랜드 주식회사(Chem-trend, Inc)에 의해 공급된 Chem-trend PRC 제7140호 또는 역시 캠-트랜드 주식회사(Chem-trend, Inc)에 의해 공급된 Chem-trend PRC 제2006호와 같은 고분자 미세결정 왁스 금형 이형제들을 포함한다. 이러한 이형제는 대략 5∼10초 이내에 가열된 금형 위에서 빨리 건조되고 입상의 금형면(34)과 외층(26) 사이에서 이형 장벽을 형성한다. 제1 금형면(34) 위의 이형제의 축적이나 그 이형제 내의 과다한 고체 함량을 피할 수 있도록 주의해야 한다. 왜냐하면, 축적이나 과다한 고체 함량은 장식적이고 입상인 금형면(34)의 틈을 채우고, 그로 인하여 패널 구조물(10)의 외면으로부터 금형면(34)의 얽히고 머리카락 같은 입상 구조를 제거시키는 경향이 있기 때문이다. 더구나, 과다한 이형제의 사용은 용매가 조성 구조물(24)의 탈형중에 제1 금형면(34)에서 겹층 조성 구조물(24)로 이동하게 되어 탈형 후에 추가적인 세척-제거와 건조 단계를 필요로 하고, 그리하여 생산성의 손실을 가져온다.

제1 금형면(34)으로부터 탈형된 후에, 겹층 조성 구조물(24)이 투명한 기판(도시되지 않음) 위에 위치한 상태에서, 외부와 내층(26과 28)의 조합을 포함하는 겹층 조성 구조물(24)의 결함을 광원(도시되지 않음)으로 검사할 수 있다. 이러한 결함들은 일반적으로 외층(26) 안에서 미관상의 흠으로 존재하고, 탈형이나 다른 공정 단계들, 특히 결합 단계와 연관하여 응력을 견디기에 충분한 두께가 부족하여 찢어질 수 있는 부분이나 찢어진 부분을 포함할 수 있다. 미소하고 심각하지 않다면, 이러한 국부적인 결함은 내층(28)의 배면측(28b)에 추가적인 수 분산 조성물(36)을 사후에 적용함으로써 치유될 수 있다. 또, 작은 찢어짐이나 얇은 부분은 겹층 조성 구조물(24)의 배면측(28b)에 열가소성이며 가열 성형 가능한 폴리우레탄 테이프(tape)를 사용함으로써 보수할 수 있다. 이로 인해, 온전한 겹층 구조물(24)의 폐기의 필요성도 배제할 수 있다. 그러나, 주의할 점은, 면(26a)의 분무 수선의 사후 적용은 일반적으로 바람직하지 않고 그것의 사용은 국부적인 작은 결함을 치유하는 곳으로 최소화해야 한다. 왜냐하면, 분무 수선의 사후 적용은 제1 금형면(34)으로부터 복사된 외층(26)의 외면(26a)의 입상의 가죽 같은 질감을 무효화 할 수 있기 때문이다.

아래에 더 상세히 설명된 것처럼, 제1 금형면(34)으로부터 겹층 조성 구조물(24)의 검사와 탈형 단계는 겹층 조성 구조물(24)의 형성 직후에 해야만 하는 것은 아니다. 예를 들면, 겹층 조성 구조물(24)은 패널 구조물(10)의 완성까지 제1 금형면(34)에 대하여 선택적으로 유지될 수 있다.

겹층 조성 구조물(24)이 제1 금형면(34)으로부터 탈형되어 검사된 후에, 겹층 조성 구조물(24)은 제2 금형부(50)의 제2 금형면(52) 위에 위치하게 된다. 도8에 도시한 바와같이, 제2 금형면(52)은 또한 외층(26)에 대하여 상보적 형상을 한정하도록 되어 있다. 폴리우레탄 준-강성 발포체와 같은 준-강성 발포체를 형성하기 위한 반응 혼합물(44)은 조성 구조물(24)이 제2 금형면(52) 위에 배열된 상태에서 내층(28)의 내면(28b)에 도포되어 중간층(30)을 형성한다. 반응 혼합물(44)은 예를 들어, 고압 충돌 혼합과 혼합-헤드 노즐(nozzle)의 채택에 의해 도포될 수 있다. 제2 금형 요소(50)는 일반적으로 반응 혼합물의 도포 중 대략 35℃ 내지 45℃사이의 범위, 더 바람직하게는 35℃ 내지 40℃ 사이의 범위에서 가열된다. 보통 비교적 점성이 있는 혼합물(44)은 제2 금형 요소(50)에 도포 중 반응의 임계 상태에 있게 되며, 도포 후 수초 이내에 거품을 형성하기 시작한다.

비록 중간층의 바람직한 두께가 패널 구조물(10)의 용도에 부분적으로 의존하기는 하지만, 일반적으로 중간층은 5mm 내지 12mm사이의 두께를 가질 수 있다.

일단 반응 혼합물이 제2 금형면(52) 위에 위치한 겹층 조성 구조물(24)에 도포되면, 예비 성형된 강성 기판(22)을 지지하는 제3 보조 금형부 또는 금형 요소(60)는 도9에 도시한 바와 같이, 제2 금형 요소(50)와 협동관계를 갖게 된다. 제3 금형 요소(50)는 패널 구조물(10)의 내면(10b)을 한정하는 형상으로 된 제3 금형면(62)(도8)을 가진다. 그 후, 반응 혼합물(44)은 바람직하게는 대략 43.3℃(110℉)에서의 가열 및 0.8atm의 자생 공동 압력 하에서 발포 및 경화되어 중간층(30)을 형성한다. 준-강성 폴리우레탄 발포체는 겹층 조성 구조물(24)이 제3 금형면(62)위에 도포된 예비 성형된 기판(22)과 합쳐지게 한다. 겹층 조성 구조물(24), 기판(22), 중간층(30)의 조합을 포함하는 패널 구조물은 금형부들(50과 60) 및 러그부(20) 등의 부가적 요소로부터 제거되고 또 부착될 수 있다.

광범위한 견지에서, 상술한 물품에 대해 여러 가지 변화와 수정이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 수행될 수 있다. 예를 들어, 겹층 조성 구조물(24) 그리고/또는 중간층(30)은 도1에 도시된 최종적인 패널 구조물(10)의 은폐된 하부 편평 러그 수납부(18)(또는 패널 구조물이 차량에 장착되었을 때 차량 내부로부터 은폐되는 다른 부분)로부터 제거될 수 있다. 이로써 하부 편평 러그 수납부(18)는 강성 기판(22)과 선택적으로 러그부(20)에 근접한 중간층(30)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 변형예에 따르면, 비발포성 접착제가 겹층 조성 구조물을 보강 기판에 결합하기 위하여 선택될 수 있다.

또 다른 변형예에 따르면, 각종 착색제들을 포함하는 여러가지 수 분산 조성물들은 패널 구조물의 다른 부분에 각각 도포되어 분리되어 입혀진 색상을 제공할 수 있다. 선택된 색상이나 색상들이 변화되는 경우는, 실제로 최소 휴지 시간(대략 0.5시간 정도로) 후가 되는 것이 일반적임을 알게 되었다.

또 다른 변형예에 따르면, 외층(26)은 이중색이나 다색의 외형을 나타낼 수 있다. 이 변형예는 예를 들어 공구의 금형면의 일부를 연마 처리함으로써 달성될 수 있다. 연마 처리량이 많아질수록, 외층(26)의 형상은 무디어지게 된다. 계기판의 윗 부분은 일반적으로 반사와 눈부심을 감소시키기 위하여 광택도가 낮아야 하기 때문에, 이중 색의 형상은 계기판에 특히 바람직하다.

상술한 방법에 대한 여러 가지 변화와 수정은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들면, 상술한 바와 같이, 겹층 조성 구조물(24)은 탈형되어 결합 단계를 위하여 제2 금형면으로 운반되지 않고 제1 금형 요소(32)에 유지될 수도 있다. 본 발명의 또 다른 변형예에 따르면, 겹층 조성 구조물(24)은 검사 및 처리를 실시한 후에 제1 금형 요소(32)로 복귀될 수 있다.

본 발명의 또 다른 변형예에 따르면, 보조적인 열원 또는 대체 열원이 광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄과 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트 사이의 반응을 활성화하기 위하여 적용될 수 있다. 예를 들면, 가열 작동 지방족 디이소시아네이트와 광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄 사이의 반응을 개시시키기 위하여 제1 금형면(34)을 가열할 필요가 없도록, 수 분산 조성물(36)은 제1 금형면(34)에 도포되기 전에 미리 가열될 수 있다.

본 발명의 또 다른 변형예에 따르면, 폴리우레탄의 준-강성 발포체(30)를 형성하기 위한 반응 혼합물(44)은 겹층 조성 구조물(24) 대신에 기판(22) 면에 도포될 수도 있다. 혹은, 제2 및 제3 금형 요소(50과 60)는 서로 결합하여 내층(28)의 내면(28b)과 기판(22)의 외면 사이의 공동을 한정하며, 그후에 반응 혼합물(44)은 강성 기판(22)과 조성물(24) 사이에 주입된다.

장식용 차량 내부 트림 용품과 본 발명의 방법을 더욱 명확히 하기 위하여, 본 발명의 용품을 만들고 본 발명의 공정을 수행하기 위하여 적당하고 선호되는 성분과 조건들을 아래에 열거하기로 한다.

외층(26)을 마련하기 위해 사용되는 수 분산 조성물(36)은 적어도 하나의 광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄, 적어도 하나의 원하는 착색제, 적어도 하나의 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트를 포함한다. 광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄은 바람직하게는 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트와 화학적으로 반응하는 히드록실 그리고/또는 카르복실 펜던트 작용기를 포함하는 고분자량의 지방족 열가소성 폴리우레탄으로부터 마련된다. 열가소성 폴리우레탄의 평균 분자량은 바람직하게는 대략 5000 내지 7000의 범위, 바람직하게는 대략 6000 정도이다. 열가소성 폴리우레탄과 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트를 포함하는 대표적인 수 분산 조성물은 상표명이 PROTOTHANE WR, WATER BASED IN-MOLD COATING인 미국 미시간주, 디트로이트 소재의 타이탄 피니쉬즈 코포레이션으로부터 구입할 수 있다. 지방족 디이소시아네이트는 순환적일 수도 비순환적일 수도 있지만, 광-안정성이 있어야 한다. 여기서 서술된 것처럼, 디이소시아네이트는 열가소성 폴리우레탄과 반응하는 두개의 -NCO 기를 가진 예비 중합체를 또한 포함한다. 대표적인 지방족 디이소시아네이트는 바이엘 롱 쁠랑, 니폰 폴리우레탄(Nippon Polyurethane)사로부터 얻을 수 있는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMI)이다. 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트에 대한 열가소성 폴리우레탄의 중량비는 비록 열가소성 폴리우레탄과 디이소시아네이트의 선택에 따라 다소의 차이는 있지만, 체적비로 약 8:1이다.

수 분산 조성물(36)은 엔-메틸 피롤리돈(N-methyl pyrrolidone)과 같은 용매 안에서 콜로이드 용액으로서 열가소성 폴리우레탄을 제공하고, 필요하다면 물, 착색제, 일반적인 첨가제를 첨가하여 용액을 분산시킴으로써 마련될 수 있다. 수 분산 조성물(36) 안에서 용매 농도가 건조되기 전에 대략 중량으로 8.1%가 되도록, 충분한 물(중량으로 대략 61.1%)이 첨가될 수 있다.

수 분산 조성물(36) 안의 선택적인 첨가제들은 제한적인 것은 아니지만 아래의 어떤 조합도 포함할 수 있다. 열 및 자외선 광-안정제, 분산의 알카리성 상태를 유지시키는 PH안정제, 가소제(可塑劑), 산화 방지제, 둔화제, 계면활성제, 현탁액에서 입자를 유지시키는 콜로이드 보호제, 카본 블랙(carbon black), 틱소트로피(thixotropic) 보조제(예를 들면, 하이드록시 메틸 셀룰로제(hydroxy methyl cellulose)), 점토 입자 같은 충전제.

수 분산 조성물(36)은 예를 들면 대략 25 내지 35 중량부의 고체, 바람직하게는 대략 29 중량부의 고체와, 대략 10 내지 80 중량부의 물, 바람직하게는 대략 61 중량부의 물과, 선호하는 색상과 첨가제에 의존하여 중량으로 대략 6 내지 10 중량부의 용매를 포함할 수 있다. 조성물(36) 안에 물이 충분하지 않으면 조성물(36)의 점도에 나쁜 영향을 줄 수 있고, 그리하여 금형면(34) 위로 수 분산 조성물(36)을 도포함에 있어서 나쁜 영향을 줄 수 있다. 반면에, 조성물(36) 내의 수분이 과다하게 되면 수 분산 조성물(36)의 분무능력과 코팅(coating) 효율을 현저히 변화시켜서 외층(26)의 건조에 필요한 시간을 연장시킬 수 있다.

예를 들어 1-메틸(methyl)-2-피로리딘(pyrrolidine) 그리고/또는 4-하이드록시(hydroxy)-4-메틸(methyl)-2-펜타논(pentanone)과 같은 용매를 포함하는 차폐된, 가열 작동 지방족 디이소시아네이트의 용액을 열가소성 폴리우레탄 용액에 첨가할 수 있다. 차폐된 이소시아네이트의 설명은 본 명세서에 참고로 기술한 완전한 기재로 데이비드 러셀(David Russell)(1991)의, 아크론(Akron) 중합체 실험실의, 폴리우레탄과 디이소시아네이트의 실용 화학에 포함되어 있다. 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트는 상온에서 유지하고, 사용될 때까지는 열로부터 보호하는 것이 바람직하다. 분무 도포 중 가공열과 같은 열에 의해 영향을 받게되면, 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트는 열가소성 폴리우레탄과 그 자체 또는 급속 반응 조성물(42)의 폴리올 성분과 교차 결합하기 위하여 열가소성 폴리우레탄의 히드록실 그리고/또는 카르복실의 작용기와 반응한다.

내층(28)을 마련하기 위해 도포되는 급속 반응 조성물(42)을 위해 선택될 수 있는 대표적인 폴리이소시아네이트는 상표명 ELASTOLIT M50555T, ISOCYANATE, NPU U05275으로 미시간주, 위안도테(Wyandotte)의 바스프 코포레이션에서 구입할 수 있는 디페닐메탄(diphenylmethane) 디이소시아네이트 사전 중합체(MDI 사전 중합체)와, 바스프(BASF) 또는 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 코포레이션, 텍사스주 베이타운 소재의 모바이(바이엘) 케미칼 코포레이션, 로스엔젤레스주 가이스마 소재의 ICI 아메리카사로부터 얻을 수 있는 디페닐메탄(diphenylmethane)-4, 4'-디이소시아네이트(MDI), 또는 MDI의 혼합된 이성질체 또는 위의 혼합물들과 같은 방향족 닫힌-링(ring) 구조를 가지는 디이소시아네이트를 포함한다. 위에서 언급된 광-안정성이 없는 방향족 폴리이소시아네이트는 -NCO기들이 분자의 각각 끝에서 그들의 공간적 배열에 의해 입체적으로 방해받게 되는 이소포론(isophorone) 디이소시아네이트와 같은 지방족계 광-안정성 이소시아네이트와 비교했을 때, 이러한 광-안정성이 없는 방향족 폴리이소시아네이트의 높은 반응성, 물성(物性) 발달의 완성도, 더 좋은 물리적 특성(예를 들면, 인장 강도, 연신율, 인열 강도) 때문에 내층 안에서의 사용에 매우 바람직하다. 비교하면, 본 발명에 사용되는 방향족 디이소시아네이트는 바람직하게도 -NCO기들을 방향족 링(ring)에 직접 고착시켰다. 본 바람직한 실시예에서, 방향족 디이소시아네이트는 방향족 링 구조(예를 들면, 디페닐메탄 디이소시아네이트 안에서)에서 -NCO기들의 배열과 반응성, 급속 반응 조성물(42)의 폴리올의 유기적 사슬 위에 존재하는 -OH형태의 수소 제공자와의 반응을 위한 -NCO기들의 유용성 때문에 더 빠른 반응율을 나타낸다.

본 급속 반응 조성물(42)을 위한 적당한 폴리올은 대략 200 내지 2000 범위의 평균 분자량을 가지고, 차폐된 가열 작동 지방족 디이소시아네이트의 미반응 -NCO작용기와 외층(26) 폴리우레탄의 펜던트 히드록실 그리고/또는 카르복실 작용기와 화학적으로 반응할 수 있는 제1 히드록실기에 부가하여, 제한적인 것은 아니지만 적어도 하나의 펜던트 히드록실 그리고/또는 카르복실기들을 포함 하는 폴리에테르를 포함한다. 대표적인 폴리올은 미시간주, 위안도테 소재의 바스프 코포레이션의 ELASTOLIT M50555R NPU U05274이다.

급속 반응 조성물(42)은 또한 제한적인 것은 아니지만 예를 들어, 아래의 어떤 조합이라도 함유하는 적당한 첨가제를 포함한다. 열과 자외선 광-안정제, PH안정제, 산화 방지제, 둔화제, 계면활성제, 카본 블랙(carbon black), 사슬 익스텐더(chain extender)(예를 들면, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 틱소트로피 보조제(예를 들면, 비결정성 실리카(silica)), 점토 입자 같은 충전제, 틴(tin) 촉매 같은 촉매(예를 들면, 디부틸틴 딜로레이트(dibutyltin dilaurate)).

탄성을 가지는 폴리에테르 폴리올과 폴리이소시아네이트의 다양한 혼합은 중간 층(30)의 준-강성 폴리우레탄 발포체를 형성하기 위하여 적용될 수 있다. 예를 들면, 폴리이소시아네이트의 혼합은 메틸렌 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 준-강성 폴리우레탄 발포체는 또한 제한 없이 예로서, 아래의 어떠한 조합이라도 함유하는 적당한 첨가제를 포함할 수 있다. 계면 활성제, 산화 방지제, 충전제, 안정제, 틴(tin) 촉매 같은 촉매(예를 들면, 디부틸틴 딜로레이트(dibutyltin dilaurate)), 아민(예를 들면, 디에탄올아민(diethanolamine), 물 같은 소량의 발포제. 이점에 있어서, 폴리올과 폴리이소시아네이트 혼합물들 사이의 응축 반응은 폴리이소시아네이트와 반응하여 이산화탄소를 발생시키고 그것에 의해 발포 구조를 중간 층(30)에 전해주는 물을 방출한다고 알려진다. 따라서, 폴리올의 가벼운 화학양론적 과잉은 준-강성 폴리우레탄 발포체를 형성하기 위해 제공될 수 있다.

강성 기판(22)은 외층(26), 내층(28), 중간 층(30)을 강화하고, 장착할 수 있도록 하기위해 필요한 강도를 가지는 어떠한 물질이라도 선택될 수 있다.

적당한 물질로는 폴리프로필렌(polypropylene), 에틸렌-프로필렌(ethylene-propylene) 공중합체, 열가소성 올레핀(TPO), 열가소성 폴리올레핀(polyolefin) 탄성중합체와 같은 폴리올레핀 같은 것들을 포함한다. 보다 높은 강도가 요구되는 경우에는, 공학용 열가소성 수지들이 선택될 수 있다. 이런 것들은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), PC/ABS 합금, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 스티렌 말레익 안하이드리드(styrene maleic anhydride)(SMA), 반응 사출 성형된 폴리우레탄(RRIM) 같은 사출 성형 열가소성 수지들을 포함한다. 금속, 금속 합금, 목재-섬유 조성물, 또는 그것들의 조합 같은 다른 물질들이 또한 사용될 수 있다.

보강 기판(22)은 또한 원하는 비로 원하는 중합체 안에 분산된 작은 판상의 광물을 함유하는 보강 미소입자들을 선택적으로 포함할 수 있다. 그 요소들은 기술분야에서 숙련된 사람들에게 알려진 일반적인 기술로 혼합될 수 있다. 예를 들면, 그 조성물들은 혼합기 또는 압출기 속에서 혼합되어 용해될 수 있다.

분산된 벗겨진 겹층 입자들을 가지는 중합체 조성물을 형성하기 위한 다른 특별한 방법들이 본 명세서에서 각각 참고로 기술한, 미국 특허 제5,717,000, 5,747,560, 5,698,624호와 WO 제93/11190호에 기재되었다. 추가적인 배경기술을 위해 미국 특허 제4,739,007호와 제5,652,284호 역시 본 명세서에 참고로 기술하였다.

상기 설명에서는 비록 본 발명의 방법을 도어 패널의 마련과 연관하여 구체화하였지만, 그 방법은 예를 들어 계기판, 팔걸이, 머리받이, 바닥 콘솔(floor consoles), 무릎받이, 글로브 격실 도어들을 포함하는 다른 패널 구조물에 동일하게 적용 가능하다. 본 발명의 방법에 따라 준비된 계기판을 도2와 도3에서 각각 투시도와 단면도로 도시하고, 참고부호 100으로 표시하였다. 계기판(100)은 도3에서 단면도로 도시되고, 기판(122), 외층(126), 내층(128)(집합적으로 겹층 조성 구조물, 참고부호 124로 표시한) 그리고 중간층(130)을 포함한다.

이하에는 본 발명의 부가적인 설명을 위해 제한적인 것은 아닌 예를 제시하기로 한다.

가공을 60℃의 일정한 온도에서 유지하는 동안에(전 과정을 통하여) 2%의 고체를 포함하는 결정질의 왁스 이형제의(교반 중에 나프타(naphtha)(석유 나프타) 갖는 캠-트래드(Chem-Trend) PRC7140) 미세층 코팅액이 니켈 전기 주조 공구작업의 입상면 위로 분무된다. 결정형의 왁스는 15초 이상의 시간동안 건조되고, 그 다음에 타이탄 피니쉬즈 코포레이션의 PROTOTHANE WR, WATER BASED IN-MOLD COATING(61.1 중량부의 물과 8.1 중량부의 용매를 함유하는), 바이엘사의 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 약 0.025mm의 두께를 가지는 외층을 만드는 중간 명도의 회색(또는 밝은 갈색)과 같은 것들을 포함하는 촉매 반응되고 색칠하여 구분된 수(水)계 조성물과 함께 분무된다. 물은 일부 잔류 용매와 유착된 수지 입자의 연속적인 막을 남기면서 증기화된다. 그 위에서 조치된 외층과 함께 성형물은 두 부분의 우레탄 탄성중합체가 내층의 면 위로 분무되는 다른 장소로 이동(약 30초 걸려)된다. 22.6 내지 23.2 중량부의 유리된 -NCO기를 갖는 ELASTOLIT M50555T, ISOCYANATE, NPU U05275와 같은 이소시아네이트와, 350g/mol의 등가 중량과 히드록실수 160인 바스프사의 ELASTOLIT M50555R NPU U05274 폴리올이 91.54kgf/㎠(1250psi)의 방출압력에서 고압 계량 펌프를 사용하여 60℃에서 가열된 라인을 따라서 독립적으로 운반된다. 이소시아네이트에 대한 폴리올의 중량 비는 1.9:1이었다. 피드백 루프(feedback loop) 제어기는 밸브(valve) 제어기 안의 고압의 충돌 혼합기 안으로 두 성분을 모으는데 사용되고, 그것에 의해 연속적인 정지 혼합기와 혼합액을 20.0g/sec의 유량으로 제어된 형태류의 흐름으로 운반하는 분무 오리피스를 통하여 보냄으로써 두가지 반응 성분이 합쳐지게 된다. 로보트 팔(robotic arm)이 1.0±0.1mm의 두께를 가진 내층으로 외층에 막을 입히기 위해 제어되고 미리 계획된 방법(기술분야에서 알려진)으로 분무 오리피스로부터 방출물을 배열한다.(내층을 도포한 후에, 밸브 제어기와 분무 오리피스를 비가연성 용매로 세척한다.) 약 90초가 걸리는 최종 경화 단계 중에, 폴리우레탄 탄성중합체는 계면 화학 결합으로 겹층 조성 구조물을 형성하기 위하여 외층의 잔류 반응 구역과 화학적으로 결합한다. 그 후, 겹층 조성 구조물은 탈형되고 검사된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 관한 상술한 설명은 설명과 해설의 목적으로 제공되었다. 이는 본 발명을 본 명세서에 기술된 구체적인 실시예로 맞추고 제한시키려는 것이 아니다. 많은 수정과 변화가 기술 분야에서 숙련된 기술자에게 명백할 것이다. 실시예들은 본 발명의 원리와 그 실제적인 적용을 상세히 설명하기 위하여 선택되고 기술한 것이며, 그로인해 기술 분야에서 숙련된 사람들이 본 발명을 이해하면 다양한 실시예들과 예상되는 특수 용도에 적합하도록 다양한 수정이 가능하다.

Claims

겹층 조성 구조물을 제조하기 위한 공정에 있어서,

히드록실과 카르복실 작용기로 이루어진 기로부터 선택된 적어도 하나의 펜던트 작용기를 함유하는 적어도 하나의 광-안정성 열가소성 폴리우레탄, 적어도 하나의 착색제, 적어도 하나의 광-안정성 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트를 포함하는 수 분산 조성물을 제1 금형면 상에 도포하는 단계와,

차폐된 가열 작동 디이소시아네이트와 광-안정성 열가소성 폴리우레탄의 부분적인 교차 결합을 유도하기 위해 충분한 열을 적용하는 단계와,

제1 금형면 상에 제1 금형면에 대해 상보적 형상의 외면을 가지는 외층을 형성하도록 수 분산 조성물을 충분히 건조하는 단계와,

금형면 상에서 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트의 잔류 미반응 작용기를 통하여 외층의 폴리우레탄과 교차 결합된 폴리우레탄 탄성중합체를 포함하는 내층을 형성하는 동안 외층의 내면 상에 적어도 하나의 방향족 폴리이소시아네이트와 적어도 하나의 폴리올을 포함하는 급속 반응 조성물을 분무하여, 외층의 내면과 내층의 접한 면 사이의 계면 화학 결합을 가지는 겹층 조성 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 상기 방향족 폴리이소시아네이트가 디페닐메탄 디이소시아네이트 예비 중합체 및 디페닐메탄-4, 4'-디이소시아네이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 부재인 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트가 헥사메틸렌 디이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 공정.
제3항에 있어서, 폴리올이 적어도 하나의 펜던트 히드록실, 카르복실, 또는 히드록실과 카르복실 작용기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서,

겹층 조성 구조물을 제1 금형면에서 제2 금형면으로 이동하는 단계와,

패널 구조물의 내면에 대해 상보적 형상의 제3 금형면 상에 보강 기판을 제공하는 단계와,

제2 금형면 상에서, 겹층 조성 구조물과 보강 기판이 반응 혼합물을 수납하고 보강 기판을 겹층 조성 구조물에 결합하는 비교적 강한 폴리우레탄 발포체를 형성하도록 상기 반응 혼합물을 발포하여, 금형 공동을 집합적으로 한정할 수 있도록 제2와 제3 금형면을 배열하면서, 겹층 조성 구조물에 반응 혼합물을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서,

겹층 조성 구조물을 제1 금형면으로부터 유지 플랫폼의 투명한 표면으로 이동시키는 단계와,

겹층 조성 구조물의 파열 가능한 부분을 검사 및 보강하는 단계와,

겹층 조성 구조물을 투명한 표면에서 제2 금형면으로 이동시키는 단계와,

보강 기판을 제3 금형면에 제공하는 단계와,

제2 금형면 상에서, 겹층 조성 구조물과 보강기판이 반응 혼합물을 수납하고 보강 기판을 겹층 조성 구조물에 결합하는 비교적 강한 폴리우레탄 발포체를 형성하도록 상기 반응 혼합물을 발포하여, 금형 공동을 집합적으로 한정할 수 있도록 제2와 제3 금형면을 배열하면서, 겹층 조성 구조물에 반응 혼합물을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 상기 건조하는 단계가 수 분산 조성물에서 물을 증발시킴으로서 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 외층이 약 0.0025cm 내지 0.0038cm 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 내층이 약 0.1cm 내지 0.15cm 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 제1 금형면을 미세결정 왁스 금형 이형제로 미리 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 제1 금형면이 상기 분무 중에 가열되는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 제1 금형면이 도어 패널의 외면에 대해 상보형 형상을 이루도록 된 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 제1 금형면이 계기판의 외면에 대해 상보형 형상을 이루도록 된 것을 특징으로 하는 공정.
겹층 조성 구조물을 만들기 위한 공정에 있어서,

미세결정 왁스 금형 이형제를 용융 및 분산시키기 위해 제1의 고온까지 가열되는 제1 금형면 상에 미세결정 왁스 금형 이형제를 예비 코팅하는 단계와,

히드록실과 카르복실 작용기들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 펜던트 작용기를 함유하는 적어도 하나의 광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄, 적어도 하나의 원하는 착색제, 적어도 하나의 광-안정성 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트을 포함하는 수 분산 조성물을 제1 금형면 상에 도포하는 단계와,

광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄과 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트의 부분적인 교차 결합을 유도하기 위해 수 분산 조성물을 도포하는 상기 단계 동안에 제2의 고온에서 제1 금형면을 가열하는 단계와,

제1 금형면 상에 제1 금형면에 대해 상보형인 외면을 갖는 외층을 형성하기 위해 제1 금형면을 제3의 고온까지 가열하는 동안 수 분산 조성물을 충분히 건조하는 단계와,

제4의 고온으로 가열된 제1 금형면 상에서 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트의 잔류 미반응 작용기를 통하여 외층의 폴리우레탄과 교차 결합된 폴리우레탄 탄성중합체를 포함하는 내층을 형성하는 동안 외층의 내면 상에 적어도 하나의 방향족 폴리이소시아네이트와 적어도 하나의 폴리올을 포함하는 급속 반응 조성물을 분무하여, 외층의 내면과 내층의 접한 면 사이의 계면 화학 결합을 가지는 겹층 조성 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제14항에 있어서, 방향족 폴리이소시아네이트가 디페닐메탄 디이소시아네이트 예비 중합체, 디페닐메탄-4, 4'-디이소시아네이트로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 부재인 것을 특징으로 하는 공정.
제14항에 있어서, 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트가 헥사메틸렌 디이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 공정.
제16항에 있어서, 폴리올이 적어도 하나의 펜던트 히드록실, 카르복실, 또는 히드록실과 카르복실 작용기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제14항에 있어서, 제1 고온, 제2 고온, 제3 고온 및 제4 고온은 모두 같고 대략 140℉ 내지 160℉ 사이인 것을 특징으로 하는 공정.
제14항에 있어서, 보강 기판이 외층을 보강하도록 겹층 조성 구조물을 보강 기판과 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
내부 부분을 형성하기 위해 차량 안에 장착 가능하고, 차량 안에 장착 되었을 때 차량 내부에 노출된 외면과 차량 내부로부터 감춰진 내면을 갖는 패널 구조물에 있어서,

상기 패널 구조물의 상기 내면을 한정하는 면을 가지는 보강 기판과,

상기 보강 기판의 반대 면과 결합되고, 패널 구조물의 노출된 상기 외면의 적어도 일부를 한정하는 외층과 내층을 구비하는 겹층 조성 구조물을 포함하며,

상기 외층은 적어도 하나의 원하는 착색제, 히드록실과 카르복실 작용기들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 펜던트 작용기를 함유하는 적어도 하나의 광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄, 적어도 하나의 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트를 포함하는 수 분산 조성물로부터 형성된 적어도 하나의 충분히 건조되고 교차 결합된 광-안정성 폴리우레탄을 포함하고, 상기 적어도 하나의 광-안정성 지방족 열가소성 폴리우레탄은 상기 외층에 대해 상보형 형상을 한정하는 형상으로 된 금형면 상에서 적어도 하나의 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트와 성형되고 교차 결합되고 또한 금형면 상에서 건조되며,

상기 내층은 외층보다 두껍고, 적어도 하나의 방향족 폴리우레탄과 적어도 하나의 폴리올을 함유하는 급속 반응 조성물로부터 형성되는 폴리우레탄 탄성중합체를 포함하고, 상기 폴리우레탄 탄성중합체는 상기 내층이 상기 외층의 내면과 인접하여 대면상태로 화학적으로 결합되도록 상기 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트를 통하여 외층의 폴리우레탄과 교차 결합되고, 상기 내층과 상기 계면 화학 결합은 외층이 상기 금형면 상에 있는 동안 상기 외층의 상기 내면 상에 상기 급속 반응 조성물을 분무함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 패널 구조물.
제20항에 있어서, 방향족 폴리이소시아네이트가 디페닐메탄 디이소시아네이트 예비 중합체, 디페닐메탄-4, 4'-디이소시아네이트를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 부재인 것을 특징으로 하는 패널 구조물.
제20항에 있어서, 차폐된 가열 작동 디이소시아네이트는 헥사메틸렌 디이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 패널 구조물.
제22항에 있어서, 상기 폴리올은 적어도 하나의 펜던트 히드록실, 카르복실, 또는 히드록실과 카르복실 작용기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 패널 구조물.
제20항에 있어서, 패널 구조물은 상기 보강 기판과 상기 겹층 조성 구조물 사이에 끼워져서 상기 겹층 조성 구조물을 상기 보강 기판에 부착하는, 비교적 강성인 폴리우레탄 발포체를 추가로 포함하고, 상기 외층에는 비교적 강성인 폴리우레탄 발포체와 상기 내층에 의한 압축감이 제공되는 것을 특징으로 하는 패널 구조물.
제24항에 있어서, 상기 외층이 약 0.0025cm 내지 0.0038cm 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 패널 구조물.
제24항에 있어서, 상기 내층이 약 0.1cm 내지 0.15cm 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 패널 구조물.
제24항에 있어서, 상기 패널 구조물이 도어 패널인 것을 특징으로 하는 패널 구조물.
제24항에 있어서, 상기 패널 구조물이 계기판인 것을 특징으로 하는 패널 구조물.