KR20070085320A - 동적 충격 용도를 위한 충격 흡수 부재 - Google Patents

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찰스 에이. 버글룬드
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Abstract

동적 충격 용도로 사용되는 본 발명의 쿠션은 압출, 팽창 비드 또는 반응성 포우밍 공정에서 제조된 이방성 발포 중합체를 포함한다. 이방성 거동은 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT로 표현되고 (여기서, CE, CV 및 CH는 세 직교 방향 E, V 및 H 각각에서의 발포성 중합체의 압축 강도를 각각 나타내고 25 내지 50 mm 두께의 발포 중합체 샘플을 0.08 s-1의 변형률 속도에서 25% 변형률로 압축함으로써 측정되며, CT는 CE, CV 및 CH의 합을 나타냄), CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상은 0.40 이상 약 0.80 이하의 값을 갖는다. 또한, 발포 중합체는 헤드라이너 대응재 용도로 사용되는 경우 바람직하게는 1.75 내지 2.35 파운드/입방피트(28 내지 35.2 kg/m3)의 밀도를 갖고, 25% 변형률에서의 290 내지 600 kPa의 최대 압축 강도의 방향에서 압축 응력을 받는다. 상기 쿠션은 자동차 헤드라이너, 문 패널, 무릎 보호대, 필러, 머리 받침대, 좌석 등받이, 로드 플로어 또는 기기 패널 등과 같은 자동차용 용도에서 유용하다.
충격 흡수, 에너지 흡수, 충격 강도, 발포 중합체, 자동차

Description

동적 충격 용도를 위한 충격 흡수 부재 {IMPACT­ABSORBING MEMBERS FOR DYNAMIC IMPACT APPLICATIONS}
본 출원은 2004년 11월 12일 출원된 미국 가특허출원 60/627,278호에 대해 우선권 주장을 수반한다.
본 발명은 자동차 및 기타 차량에 있어서, 에너지-흡수 재료와 같이 동적 충격 용도로 사용되는 쿠션재에 관한 것이다.
중합체 포움(foam)은 다양한 쿠션 용도로 널리 사용된다. 부드러운 폴리우레탄 포움은 통상적으로 부드러움과 안락함이 주요소인 베게, 의자, 매트리스 및 유사한 용도로 사용된다. 독립 기포(closed-cell)형 압출 폴리올레핀 포움과 같은 열가소성 포움은 다양한 포장 용도에 널리 사용된다.
대부분의 쿠션 및 포장 용도에서, 포움 재료는 일반적으로 낮은 정도 내지 중간 정도의 압축 응력을 견디도록 설계된다. 포움은 이러한 조건 하에서, 평소 사용 동안 가해진 압축 응력의 결과로서 포움 내에 유도된 변형률이, 소위 포움의 탄성 한계 이내이도록 설계된다. 탄성 한계 내에서, 유도된 변형률 (즉, 포움의 압축)은 대략 인가된 압축 응력에 비례하므로, 예컨대 응력을 두 배로 하면 변형률이 대략 두 배가 된다. 그리고, 압축력이 제거되면, 탄성 한계 내에서 압축되었던 포움은 포움을 압축하는데 필요했던 에너지와 대략 같은 양의 에너지를 반환할 것이다. 이는 포움이 영구적으로 변형하거나 또는 비슷한 크기의 추가적인 충격을 완충하는 능력을 감소시키지 않고 포움이 낮은 정도 내지 중간 정도의 충격으로부터 에너지를 흡수할 수 있게 한다. 통상적으로 많이 이용되는 중합체 포장 포움에 있어서, 원래 포움 두께의 약 3 내지 10%의 변형률을 초과하는 경우 탄성 한계가 초과된다.
특정의 기타 쿠션 용도에서, 쿠션은 훨씬 높은 수준의 에너지를 소산하도록 의도된다. 이런 유형의 용도에는 특히 사고에서 차량 탑승자의 부상을 방지하거나 최소화하기 위한 에너지-흡수용 자동차 부재가 포함된다. 무릎 보호대, 기기 패널, 헤드라이너, 루프 필러(roof pillar) 및 문을 비롯한 많은 차량 내장 부품은, 이러한 종류의 쿠션을 포함한다. 매우 빈번히, 이들 에너지 흡수 쿠션은, 전방 에어백 또는 측면 커튼 에어백과 같은, 다른 에너지 조절 특징부와 연계하여 이용되도록 설계된다. 의자 또는 대부분의 포장 용도에서 사용되는 쿠션과는 달리, 이들 용도에 사용되는 쿠션은 높은 변형률 속도에서 높은 수준의 에너지를 흡수하도록 설계된다. 그러한 조건에서 쿠션의 탄성 한계가 초과되고, 에너지를 소산하고 부상을 줄이기 위해 쿠션이 영구적으로 변형된다.
자동차 사고에서 신체 부상의 심각성은 종종 탑승자가 자동차 구성요소와 접촉하면서 겪는 최대 감속의 결과이다. 이 최대 감속은 두 가지 방법으로 감소될 수 있다. 첫째, 감속이 발생하는 시간을 연장함으로써 감소될 수 있다. 둘째, 더 긴 시간에 걸쳐 충격 에너지가 더 균일하게 소산된다면 최대 감속이 감소될 수 있다. 따라서, 쿠션 포움은 바람직하게는 원래 두께의 일부로 압축됨에 따라 다소간의 일정 비율로 에너지를 계속해서 흡수한다.
대부분의 발포 중합체의 거동은, 변형률을 유도하기 위해 필요한 압축 응력이 탄성 한계까지, 즉 원래 포움 두께의 약 3-10% 정도까지 다소간 선형적으로 증가한다. 탄성 한계를 초과한 후, 압축 응력은 약 20 또는 30% 까지 거의 일정하게 유지되고, 이어서 포움에 변형률이 더 유도됨에 따라 극적으로 증가하는 경향이 있다. 높은 변형률, 예컨대 40-60% 변형률 또는 그 이상까지 압축 응력이 거의 일정하게 유지된다면, 더욱 바람직할 것이다. 이것은 감속이 발생하는 시간을 연장시키고 (발포 중합체를 높은 변형률까지 압축시키는데 필요한 더 긴 시간에 걸쳐 에너지를 분산시킴으로써), 발포 중합체가 압축됨에 따라 에너지가 더욱 균일하게 흡수되므로 최대 감속이 감소한다.
예전에 합체된 스트랜드 포움으로도 알려졌던 중합체 포움의 이방성 형태가 이들 용도로 사용되어 왔다. 다우 케미컬 컴퍼니(Dow Chemical Company)에 의해 상표명 스트랜드포움(Strandfoam) (등록상표)으로 판매되는 상기 포움은 직교 방향보다 압출 방향에서 현저하게 높은 압축 강도를 나타낸다. 이 이방성 거동은 부분적으로는 포움이 제조된 방법에 기인한 것으로 여겨진다. 포움성(foamable) 수지 혼합물의 작은 직경의 "스트랜드"가 별도로 압출되고, 이 압출물들은 냉각되어 다수의 별도 스트랜드로 이루어진 대형 복합체를 형성하기 전에 함께 모아진다. 이 합체된 스트랜드 포움은 동적 충격 용도로 잘 작동하지만, 다소 비싼 단점이 있다. 동적 충격 용도로 사용되어 온 이 유형의 포움은 고밀도 재료여서 가격이 더욱 상승했다. 이들 포움이 갖는 추가적 문제점은 최고 압축 강도의 방향이 압출 방향이라는 것이다. 대부분의 에너지 흡수 쿠션은 예상 충격 방향에서 오히려 얇기 때문에, 이것은 이들 이방성 포움이 얇은 슬라이스로 잘려져야 효과적으로 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 가공 비용을 늘리고 과도한 폐기물을 발생시킨다. 또한, 포움 조각을 더 큰 단면으로 조립하기 위해 훨씬 비용을 증가시키지 않으면, 에너지 흡수 부재의 단면적이 압출되는 대로의 포움의 단면적으로 제한된다.
DE 44089298 A1은 헬멧 용도에서 충격 흡수 요소로서 유용한 고 이방성 폴리에테르술폰 포움에 대해 기재한다. 이 포움은 50 kg/m3 이상의 밀도를 가지며, 그 밀도에서 600 kPa의 압축 강도를 갖는 것으로 알려져 있다. 이 포움은 길이/직경 비가 약 10이고 직경(최소 치수)이 약 0.8 mm인 매우 크고 연장된 기포를 갖는다.
결과적으로, 비교적 비싸지 않고 동적 충격 용도로 잘 작동하는 쿠션을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 차량용 충격 흡수 부재로서, 상기 충격 흡수 부재는 사용하는 동안 충격 흡수 부재를 영구적으로 변형시키기에 충분한 충격력을 흡수하게 되어 있고, 2.5 파운드/입방피트 이하의 밀도를 갖는 에너지 흡수 발포 중합체를 포함하며, 상기 발포 중합체는 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT에 의해 표현되는 이방성 거동을 나타내고, (여기서, CE, CV 및 CH는 세 직교 방향 E, V 및 H 각각에서의 포움의 압축 강도를 각각 나타내고, CT는 CE, CV 및 CH의 합을 나타냄), CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 0.40 내지 0.80의 값을 갖는다.
본 발명은 또한, 동적 충격 용도를 갖는 충격 흡수 부재로서, 상기 충격 흡수 부재는 사용하는 동안 충격 흡수 부재를 영구적으로 변형하기에 충분한 충격력을 흡수하게 되어 있고, 상기 충격 흡수 부재는, (1) 압출 방향으로 포움성 수지 혼합물의 단일의 연속적인 매스(mass)를 압출함으로써 형성되거나, (2) 팽창성 중합체 비드를 팽창시킴으로써 형성되거나, 또는 (3) 반응성 포우밍 공정 중에서 형성되는 발포성 중합체를 포함하며, 상기 발포성 중합체는 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT에 의해 표현되는 이방성 거동을 나타내고 (여기서, CE, CV 및 CH는, 시료의 압축된 표면 보다 큰 평평한 표면의 압판 사이에서 발포 중합체의 25 내지 50 mm 두께의 샘플을 0.08 s- 1 의 변형률 속도에서 25% 변형률까지 압축함으로써 측정되는, 세 직교 방향 E, V 및 H 각각에서의 포움의 압축 강도를 각각 나타내고, CT는 CE, CV 및 CH의 합을 나타냄), CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 0.40 내지 0.80의 값을 갖는 것이다.
본 발명은 또한, 차량용 충격 흡수 부재로서, 상기 충격 흡수 부재는 사용하는 동안 충격 흡수 부재를 영구적으로 변형하기에 충분한 충격력을 흡수하게 되어 있고, 상기 충격 흡수 부재는 압출 방향 E로 단일 오리피스를 통하여 포움성 열가소성 중합체 조성물의 매스를 압출하고 생성된 압출 중합체를 특수 형상이 되게 형성함으로써 형성되는 에너지 흡수 발포 중합체를 포함하고, 상기 발포 중합체의 기포는 압출 방향에 수직인 하나 이상의 방향 V에서 0.80 ≥ DV/DT ≥ 0.40 기준을 만족하는 평균 치수를 갖고, 이때, 상기 DV는 압출 방향에 수직인 상기 방향에서 기포의 평균 치수를 나타내고 DT = DV + DE + DH이며, 상기 DE는 압출 방향 E에서 기포의 평균 치수이고, DH는 E 및 V 모두에 수직인 방향 H에서 기포의 평균 치수이다.
본 발명의 충격 흡수 부재는 동적 충격 용도에서 기대 이상으로 양호하게 작동한다. 충격 흡수 부재가, 발포 중합체의 최대 압축 강도의 방향이 충격의 방향과 근접하게 정렬되도록 배향되는 경우, 발포 중합체는, 탄성 한계를 겨우 초과하여 40% 이상의 변형률까지, 바람직한 경우에는 50% 변형률을 넘어, 그리고 60% 변형률을 넘어 압축되는 경우에도, 거의 일정한 압축 응력을 나타낸다. 이 특성이 고속의 동적 충격 응용에서 포움을 매우 효과적으로 만든다. 압축 응력은 포움에 의해 포움을 변형하는데 이용되는 부재에 작용하는 힘의 기준이고, 변형 부재에 의해 포움에 작용하는 힘과 같거나 반대이다. 이 변형률 범위에 걸친 일정한 응력은 이 범위의 어느 부분 내에서 포움을 점점 더 압축하는데 필요한 힘이 이 범위의 어느 다른 부분 내에서 포움을 점점 더 압축하는데 필요한 힘과 대략 같다는 것을 의미한다.
다양한 국가기관, 산업 및 인증 테스트에서 상기 효과가 이들 포움의 성능에서 나타난다. 예를 들어, 머리 충격 보호 장치에 대한 중요 시험은 연방 자동차 안전 기준(Federal Motor Vehicle Safety Standard; FMVSS) 201U이다. 이 시험은 아래 더 자세히 기재되는 바와 같이, 차량 충돌로부터 머리 부상의 위험을 표시하기 위한 "HIC(d)" 값을 정의한다. FMVSS 201U에 따르면, 이 시험에 의한 HIC(d) 값은 1000 미만이어야 하지만, 안전의 추가적 요소를 제공하고 부분 대 부분 편차를 수용하기 위해 제조자들은 일반적으로 850 이하의 값을 선호한다. 본 발명은 이 수준보다 충분히 낮은 HIC(d) 값을 나타내는 머리 충격 보호 장치를 용이하게 제공하며, 종종 비싸지 않고 낮은 밀도의 중합체 포움을 이용하여 그것을 얻을 수 있게 한다. 또한 충격 흡수 부재는 아래 더 자세히 기재하는 조건 하에서 시험되는 경우 높은 수준의 변형에서 높은 압축 효율을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 놀라운 양상은 이 성능 수준이 중합체 포움이 높은 연속 기포 함량을 갖는 경우일지라도 달성될 수 있다는 것이다. 많은 에너지 조절 포움의 완충 성능이, 포획된 기체를 함유한, 대개 독립된 기포에 크게 의존하기 때문에, 상기 효과는 예기치 못한 것이다. 이들 독립 기포를 압축하면 기포 내부 압력이 증가하여 포움의 압축 강도에 기여한다. 주로 연속 기포성의 발포 구조로 양호한 압축 특성을 획득하는 것은, 기포 내부 기체 압력의 기여가 크게 감소하기 때문에 예기치 못한 것이다.
본 발명의 충격 흡수 부재는 에너지 흡수 발포 중합체를 포함한다. 대부분의 경우에서, 발포 중합체는 어떤 특수 형상을 지닐 것이다. "특수 형상"이란 간단히 말해, 발포 중합체의 외부 치수 및 모양이, 발포 중합체의 구체적 용도에서 요구되는 특정 디자인 및/또는 심미적 특징을 충족시키도록 어떠한 특정 방식으로 적응하게 되는 것이다. 이 적응은 특히, 예컨대 발포 중합체를 충격 흡수 부재 또는 다른 부품 또는 조립체의 다른 구성요소에 맞추는데 요구되는 특정 모양, 또는 스타일링 또는 외관의 고려에 있어 요구되거나 필요한 특정 모양, 또는 원하는 충격 흡수 특성을 제공하기 위해 요구되거나 필요한 특정 모양을 포함할 수 있다. 대부분의 경우에서, 특수 형상은 발포 중합체를 원하는 모양으로 압출 또는 성형하거나, 또는 이미 제조된 포움을 가공 (즉, 커팅, 밀링(milling) 및/또는 라팅(lathing))함으로써 발포 중합체에 부여된다.
발포 중합체는 그 이방성 거동이 특징이다. 발포 중합체의 이방성 거동은 상이한 방향에서 압축되는 경우 그 압축 강도에 의해 형성된다. 또는, 발포 중합체의 이방성 거동은 아래 기재하는 바와 같이, 평균적인 기포를 한 방향에서 다른 두 직교 방향보다 더 크게 함으로써 형성된다.
이방성 압축 강도는 포움의 압축 강도가 세 직교 방향, E, V 및 H에서 평가되는 경우 형성된다. 이들 측정된 압축 강도 CE, CV 및 CH는 각각, CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 0.40 이상, 바람직하게는 0.44 이상, 더욱 바람직하게는 0.45 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 0.48 이상, 특히 약 0.50 이상이고, 약 0.80 이하 (예컨대 약 0.70 이하 또는 약 0.65 이하)이도록 하여, CE, CV 및 CH 합인 CT와 연관된다. CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 의 합은 물론 항상 1일 것이다. 완전히 등방성인 발포 중합체의 경우, CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 각각은 0.33일 것이다. 따라서, 만일 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 어느 것이 0.33을 넘는다면, 다른 두 개 중 하나 이상이 0.33 미만의 값을 가질 것이다. 바람직한 압출 발포 중합체에서, 방향 E는 압출 방향이고, 방향 V는 압출 다이를 빠져나온 후 발포 중합체의 수직 팽창의 방향이고, 방향 H는 압출 다이를 빠져 나온 후 발포 중합체의 수평 팽창의 방향이다. 방향 E, V 및 H는 다른 공정에서 만들어진 발포 중합체에 대해 임의로 지정된다. 압출된 발포 중합체에 있어서, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 또는 모두가 0.40 이상이고, CE/CT이 0.33 미만인 것이 바람직한데, 이는 가공 비용을 감소시킬 수 있고 단일 조각의 발포 중합체로부터 큰 부품을 만들 수 있게 하기 때문이다.
압축 강도 값 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT는 이동하는 평평한 플레이트와 정지한 평평한 플레이트 (각각은 압축되는 시표의 표면의 면적보다 큼) 사이에서, ~23 ℃에서 개별적으로 측정된다. 샘플은 직교 방향 E, V 및 H의 각각에서 0.08 s-1의 변형률 속도로 개별적으로 압축되고, 발포 중합체의 압축 강도는 각 경우에서 25% 변형률에서 계산된다 (즉, 발포 중합체는 그 원래 두께의 75%까지 압축된다). 머테리얼스 테스트 시스템 (Materials Test System) 또는 인스트론 (Istron) 압축기가 이 목적으로 적합하다. 변형률 속도는 샘플이 압축되는 속도 (mm/초)를 샘플의 원래 두께 (mm)로 나눈 것으로 정의한다. 0.08 s-1의 변형률 속도를 얻기 위해, 샘플의 두께와 관련하여 이동하는 플레이트의 속도를 조절하는 것이 필요하다. 압축 강도 값 CE, CV 및 CH는 25% 변형률에서 하중 변환기(load transducer)에 의해 기록된 일시적 힘을 압축력에 대해 수직인 시료의 단면적으로 나눔으로써 계산된다. CT는 CE, CV 및 CH의 합이다.
기포 치수에서의 이방성은 ASTM D3576과 같은 표준 기포 크기 측정법을 이용하여 결정한다. 기포는 직교 방향 E, V 및 H 각각에서, 이들 각 방향에서의 평균 치수를 결정하기 위해 측정된다 (DE, DV 및 DH, 각각). DE, DV 및 DH의 합은 DT로 표시된다. 이방성은 DE/DT, DV/DT 및 DH/DT 비 중 어느 것이 0.40 이상, 바람직하게는 0.44 이상, 더욱 바람직하게는 0.45 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 0.48 이상, 특히 약 0.50 이상이고, 약 0.80 이하, 바람직하게는 약 0.70 이하, 특히 약 0.65 이하일 때 나타난다. 이전과 같이, 바람직한 압출 발포 중합체에서, 방향 E는 바람직하게는 압출 방향, 방향 V는 압출된 후의 포움의 수직 팽창 방향, 방향 H는 압출된 후의 포움의 수평 팽창 방향이다. 바람직한 압출 포움에서, DV/DT 및 DH/DT의 적어도 하나는 0.40 이상이고, DE/DT의 값은 바람직하게는 0.33 미만이다.
최대 기포 크기의 방향이 최고 압축 강도의 방향에 근접하게 일치하면서, 일반적으로 이방성 기포 구조는 이방성 압축 강도 거동과 잘 연관된다.
이러한 이방성 거동을 보이는 발포 중합체는 몇 가지 방법에 의해 제조 가능하다.
열가소성 중합체는 요구되는 이방성 특징을 부여하기에 적당한 압출 방법을 이용하여 발포 재료로 형성될 수 있다. 이 압출 방법에서, 용융물이 형성되고 다이를 통해 낮은 압력의 구역으로 압출된다. 다이는 적절하게는 슬릿, 원형 오리피스 또는 도그-본(dog-bone)형 개구와 같은 단일 개구를 포함한다. 용융물은 전형적으로 중합체, 발포제, 및 선택적으로는 기타 첨가제, 예컨대 기핵제, 염료, 계면 활성제, 가교제 등을 포함한다. 다이를 빠져나온 후, 용융물은 전형적으로는 압출 방향에 직교하는 수직 및 수평 방향으로 팽창하고, 냉각되어 발포 중합체를 형성한다.
이방성 특성은 두 가지 이상의 방법으로 압출된 발포 중합체에 부여될 수 있다. 한 가지 방법으로는, 압출된 용융물의 팽창은 하나 이상의 방향에서 제한하고, 기포는 하나 이상의 직교 방향에서 자유롭게 팽창하도록 한다. 이것은 연장된 기포 및, 기포의 연장된 치수의 방향에서 최고 압축 강도를 갖는 발포 중합체를 생성하는 경향이 있다. 기포 팽창은, 직교 방향에서 자유로운 또는 거의 자유로운 팽창을 허용하면서도, 임의의 특정 방향에서는 용융물의 충분한 팽창을 방지하는 물리적 장벽을 도입함으로써 그 방향에서 제한시킬 수 있다. 전형적으로는, 이 방법은 수직 또는 수평 방향 (압출 방향에 직교)에서 연장된 기포를 생성하는데 좋다. 이 방법은 수직 방향에서 연장된 기포를 생성하기 위해 사용되기에 가장 바람직하다.
압출된 발포 중합체 내에 이방성 특성을 도입하는 또 다른 방법은 압출된 용융물이 제한되지 않고 팽창되게 하고, 이어서 생성된 발포 중합체를 연신 또는 압축하여 특정 방향에서 기포를 연장하거나 단축하는 것이다. 이것은, 연속적인 압출 라인상에서, 중합체가 아직 어느 정도 연성이고 압출 방향에서 각각 연장되거나 압축된 기포를 생성하는 동안, 그 라인의 포움을 압출 속도보다 약간 크거나 약간 작은 속도로 뽑아 냄으로써 달성될 수 있다. 이것은 또한 새롭게 팽창된 포움을 수직 또는 수평 방향 (즉, 압출에 직교)에서 기계적으로 압축하여 이루어질 수 있다. 압출 방향에서 압축된 기포를 제조하는 것이 바람직하다.
열가소성 포움을 제조하기 위한 압출 공정은 매우 잘 알려져 있다. 그러한 특정 공정들은 예컨대 미국 특허 3,644,230, 4,129,530, 4,395,510, 4,554,293, 4,623,671, 4,624,969, 4,640,933, 5,059,376, 5,242,016, 5,527,573, 5,405,883, 5,567,742, 6,174,471 및 6,417,240에 기재되어 있다. 연장된 기포를 갖는 압출된 발포 중합체를 생산하는 특정 방법은 예컨대 GB 1,099,313, WO 03/102064A2, US 4,510,268, 및 DE 4408928A1에 기재되어 있다.
압출된 포움을, 그것이 형성될 수 있는 온도로 가열하고, 한 방향으로 압축 및/또는 연장함으로써, 후속 공정 단계에서 이방성 특성을 도입하기 위해 처리할 수도 있다.
발포 중합체는 또한 소위 "비드 포움 (bead foam)" 공정에서 제조될 수 있는데, 발포제를 함유하는 미립자 열가소성 수지 입자는 수지를 연화하고 발포제를 휘발시키기 위해 가열되며, 그럼으로써 개별 입자는 팽창하여 발포 매스를 형성한다. 그러한 "비드 포움" 및 그것을 제조하는 방법은 예컨대 미국 특허 3,066,382, 3,188,264, 3,251,728, 4,839,396, 4,866,098 및 4,912,140에 기재되어 있다. 이방성 특성은, 팽창하는 매스를 한 방향 이상에서 압축하면서, 그것이 하나 이상의 직교 방향에서 자유롭게 또는 거의 자유롭게 팽창하도록 함으로써, 생성된 발포 중합체에 부여될 수 있다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 및 폴리페닐렌 옥사이드/폴리스티렌 블렌드가 특히 이 유형의 포움에 적합한 중합체이다.
발포 중합체는 또한 반응성 포우밍(foaming) 공정에서 제조될 수 있는데, 여기서 전구체 재료는 발포제의 존재하에서 반응하여 발포 중합체를 형성한다. 이 유형의 중합체가 가장 일반적으로 폴리우레탄 및 폴리에폭사이드이고, 특히 예컨대 미국 특허 5,234,965 및 6,423,755에 기재되어 있는 구조 폴리우레탄 포움이다. 이방성 특성은 다시, 한 방향 이상에서 팽창하는 반응 혼합물을 제한하면서, 그것이 하나 이상의 직교 방향에서 자유롭게 또는 거의 자유롭게 팽창하도록 함으로써 그러한 포움에 부여된다.
사출 성형법이 발포 중합체를 제조하기 위해 이용될 수도 있다.
발포 중합체는 유리하게는 그것을 동적 충격 용도에 특히 유용하게 만드는 몇 가지 추가적인 특성을 갖는다. 발포 중합체는 유리하게는, 시료의 압축 표면의 면적보다 큰 크기를 갖는 평평한 플레이트 사이에서 포움을 0.08 s-1의 변형률 속도로 압축하는 경우, 약 10 내지 40% 변형률 이상의 범위에 걸쳐 거의 일정한 압축 응력 값을 나타낸다. 이 문맥에서 "거의 일정한"이란 이 변형률의 범위 내에서 C/C25 비 (여기서 C는 특정 변형률 수준에서 압축 응력을 나타내고, C25는 25% 변형률에서 압축 응력을 나타냄)가 언제나 0.85 내지 1.15의 범위인 것을 의미한다. 바람직하게는, 발포 중합체는 10 내지 50% 변형률 이상의 범위, 더욱 바람직하게는 10 내지 60% 변형률 이상의 범위에 걸쳐 거의 일정한 압축 응력 값을 나타낸다.
또한, 발포 중합체는 0.08 s-1 이상의 변형률 속도로 압축되는 경우, 유리하게는 3 내지 10% 변형률의 탄성 한계를 나타낸다. 그것의 탄성 한계를 넘어 압축되는 경우, 발포 중합체는 영구적으로 뒤틀리고 일단 압축력이 해제되면 발포 중합체를 압축하는데 사용된 에너지의 전부가 더 이상 회수될 수 없다. 그러한 탄성 한계가 없는 포움은 상기 언급한 바와 같이 넓은 변형률 범위에 걸쳐 바람직한 압축-변형률 관계를 나타내지 못할 것이기 때문에, 그러한 탄성 한계의 존재가 중요하다.
헤드라이너 대응재(countermeasure), 헬멧 등과 같은 머리 부상 완화 용도로 의도되는 충격 흡수 부재에서, 발포 중합체는 또한 유리하게는, 0.08 s-1의 변형률 속도에서 25-50 mm 두께 샘플상에 대해 측정할 경우, 최대 강도의 방향에서 25% 변형률일 때 200 kPa 이상, 바람직하게는 250 kPa 이상, 더욱 바람직하게는 290 kPa 이상이고, 약 700 kPa 이하, 특히 약 600 kPa 이하의 압축 강도를 나타낸다. 발포 중합체의 밀도는 일반적으로 바람직한 압축 강도 성질을 제공하도록 선택된다. 높은 밀도의 발포 중합체일수록, 높은 압축 강도를 나타내는 경향이 있다. 머리 부상 완화 용도에서, 발포 중합체는 유리하게는 2.5 파운드/입방피트 (40 kg/m3) 이하, 바람직하게는 2.35 파운드/입방피트 (37.6 kg/m3) 이하의 밀도를 갖는다. 바람직하게는, 밀도는 1.5 파운드/입방피트 (24 kg/m3) 이상이다. 특히 바람직한 밀도는 약 1.75 내지 약 2.2 파운드/입방피트 (28-35.2 kg/m3)이다. 이러한 압축 강도 및 밀도를 갖는 발포 중합체는, 하기 더 자세히 기재하는 바와 같이, FMVSS 201U에 따라 측정된, 특별히 낮은 HIC(d) 값을 갖는 경향이 있는 것으로 밝혀졌다. 머리 부상 완화 용도에서 사용하기 위한 특별히 바람직한 발포 중합체는, 상기 지시된 대로 시험하는 경우, 최대 압축 강도의 방향에서 290 내지 600 kPa의 25% 변형률에서의 압축 강도, 1.5 내지 2.2 파운드/입방피트 (24-35.2 kg/m3)의 밀도, 3 내지 10% 변형률의 탄성 한계를 갖는다.
연방 자동차 안전 기준(FMVSS) 214, 측면 충격 신차 평가 프로그램(Lateral Impact New Car Assessment Program; LINCAP) 그리고 고속도로 안전 보험 협회(Insurance Institute for Highway Safety)의 골반 부상 완화 용도, 예컨대 골반 보호대에 있어서, 발포 중합체는 유리하게는, 0.08 s-1의 변형률 속도에서 25-50 mm 두께의 샘플에 대해 측정된, 150 kPa 이상, 바람직하게는 250 kPa 이상이고, 약 1000 pKa 이하, 특히 약 900kPa 이하인, 최대 강도 방향에서 25% 변형률일 때의 압축 강도를 나타낸다. 이런 넓은 범위의 성능은 이들 용도에 있어서, 5 백분위(5th percentile) 여성, 50 백분위 (50th percentile) 남성 및 95 백분위(95th percentile) 남성을 시뮬레이션한 마네킹 충격 시험 인형을 보호하는데 요구된다. 이런 용도에서는, 발포 중합체는 유리하게는 5 파운드/입방피트 (80 kg/m3) 이하, 바람직하게는 4.5 파운드/입방피트 (72 kg/m3) 이하의 밀도를 갖는다. 바람직하게는, 밀도는 1.5 파운드/입방피트 (24 kg/m3) 이상이다. 특히 바람직한 밀도는 약 2.1 내지 약 4.0 파운드/입방피트 (34-64 kg/m3)이다. 이들 더 경질인 발포 중합체는, 앞서 기재한 바와 같이, 넓은 변형률 범위에 걸쳐 바람직한 응력-변형률 프로파일을 나타낸다. 골반 부상 보호 용도로 특히 바람직한 발포 중합체는, 상기 지시한 바와 같이 시험했을 때, 최대 강도 방향에서 200-900 kPa인 25% 변형률에서의 압축 강도, 2.1 내지 4.0 파운드/입방피트 (34-64 kg/m3)의 밀도, 그리고 3-10% 변형률의 탄성 한계를 갖는다.
가슴 보호대 등과 같은 흉부 완화 용도에서는, 발포 중합체는 역시 유리하게는 최대 강도의 방향에서, 25% 변형률에서 100 kPa 이상, 바람직하게는 150kPa 이상이고, 약 700kPa 이하, 특히 약 500kPa 이하인 상기한 바와 같이 측정된 압축 강도를 나타낸다. 이러한 용도에서, 발포 중합체는 유리하게는 3.0 파운드/입방피트 (48kg/m3) 이하, 바람직하게는 최대 2.0 파운드/입방피트 (32kg/m3)이하의 밀도를 갖는다. 바람직하게는, 밀도는 1.25 파운드/입방피트 (20kg/m3) 이상이다. 특히 바람직한 밀도는 약 1.5 내지 약 2.0 파운드/입방피트 (24-32 kg/m3)이다. 이들 더욱 유연한 발포 중합체들은 넓은 변형률 범위에 걸쳐 요구되는 거의 일정한 압축 응력을 나타낸다. 가슴 부상 방지 용도로 사용되기에 특히 바람직한 발포 중합체는, 상기 지시된 바와 같이 시험했을 경우, 최대 강도 방향에서 150-500 kPa인 25% 변형률에서의 압축 강도, 1.5 내지 2.0 파운드/입방피트 (24-32 kg/m3)의 밀도, 그리고 3 내지 10% 변형률의 탄성 한계를 나타낸다.
발포 중합체는 주로 연속 기포형이거나 독립 기포형이다. 연속 기포 함량은 ASTM D6226-98에 따라 간편하게 측정될 수 있다. 연속 기포의 함량이 1-35%, 1-20%, 1-10% 또는 1-5%인, 대부분이 독립 기포인 발포 중합체가 유용하다. 본 발명의 놀라운 양상은, 만일 재료가 상기한 바와 같은 이방성 특성을 가질 경우에는, 35%, 40%, 또는 50% 이상과 같은 높은 연속 기포 함량을 갖는 발포 중합체가 이 용도에서 잘 작동한다는 것이다. 이들 발포 중합체의 연속 기포 함량은 90% 또는 100%까지 높을 수도 있다.
추가 장점으로, 발포 중합체는 60% 변형률에서 측정할 때 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 압축 효율, 65% 변형률에서 측정할 때 60% 이상, 바람직하게는 75% 이상의 압축 효율, 70% 변형률에서 측정할 때 55% 이상, 바람직하게는 70% 이상의 압축 효율, 및/또는 75% 변형률에서 측정할 때 50% 이상, 바람직하게는 65% 이상의 압축 효율을 나타낸다. 본 발명에 있어 60-65% 변형률에서 85% 이상의 압축 효율이 얻어진다. 압축 효율은 앞서 기재한 방식으로 0.08 s-1의 변형률 속도에서 포움을 압축하고, 순간적 하중 및 크로스헤드 변위를 기록함으로써 계산한다. 일시적 응력은 순간적 하중을 압축 방향에 수직인 포움 시료의 원래 단면적으로 나눔으로써 계산한다. 일시 변형률은 두께의 변화를 원 두께로 나눔으로써 계산한다. 그러면, 압축 효율은 아래 관계를 이용하여 계산한다.
Figure 112007035042117-PCT00001
이때, σ 는 mPa 단위의 순간 응력을 나타내고, ε는 mm/mm 단위의 변형률을 나타내며, σmax 는 MPa로 얻어지는 최대 응력을 나타낸다.
ASTM 3756으로 측정했을 때, 발포 중합체의 기포의 평균 크기(최대 치수)는 약 0.05 내지 약 5.0 mm, 특히 약 0.1 내지 약 3.0 mm일 수 있다. 최대 치수에서 특히 약 0.9 내지 약 3.0 mm, 또는 약 0.9 내지 약 2.0 mm인 더 큰 평균 기포 크기를 갖는 발포 중합체들이 특히 관심 대상이다. 상기 언급한 범위 내에서 더 큰 기포 크기를 갖는 발포 중합체가 종종 고 변형률 수준에서 더 나은 압축 효율을 갖는다는 것이 발견되었다. 이것은 일부 경우에 적당한 수준의 배향 (예컨대 0.40 내지 0.5)에서 우수한 특성이 달성되도록 한다. 최소 기포 치수는 바람직하게는 약 0.03 내지 약 0.75 mm의 범위이다.
포움의 중합체 상(phase)을 구성하는 수지는 상기 기재한 바와 같은 이방성 특성을 갖는 포움으로 형성될 수 있는 임의의 것일 수 있다. 머리 부상 보호, 골반 부상 보호 및 흉부 부상 보호 용도에 있어서, 앞서 기재한 압축 강도, 밀도 및 탄성 한계 특성을 갖는 포움을 형성할 수 있는 중합체가 바람직하다.
적당한 플라스틱 수지의 예로는 열가소성 및 열경화성 수지가 있다. 적당한 열가소성 수지에는 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 실질적으로 선형인 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 또는 프로필렌의 다양한 공중합체로서 다른 공중합 가능한 단량체 (예컨대 아크릴산, 비닐 아세테이트, 메타크릴산, 아크릴 에스테르 또는 기타 α-올레핀)를 가진 것, 폴리(알케닐 방향족) 수지, 하나 이상의 알케닐 방향족 단량체와 에틸렌형으로 불포화된 니트릴의 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 중합체, 에틸렌 및 프로필렌 이외의 α-올레핀의 중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등과 같은 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트 및 기타 열 가소성 수지 등이 있다. 바람직한 수지는, 특히 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리(알케닐 방향족) 수지, 예컨대 폴리스티렌, 스티렌 공중합체, 예컨대 폴리스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 수지 등을 비롯한 열가소성 수지이다. 특히 관심 대상이 되는 것은, 폴리스티렌과, 아크릴로니트릴 함유량이 약 0.1-40 wt%, 특히 10-35 wt%, 더 바람직하게는 15-33 w%이고, 수 평균 분자량이 70,000 내지 약 200,000, 특히 80,000 내지 190,000인, 스티렌과 아크릴로니트릴의 블록 또는 랜덤 공중합체이다. 이 유형의 적당한 스티렌-아크릴로니트릴 수지는 ~25 wt% 아크릴로니트릴 및 ~150,000의 Mw, ~31 wt% 아크릴로니트릴 및 ~96,000의 Mw, ~28% 아크릴로니트릴 및 ~100,000의 Mw, ~30 wt% 아크릴로니트릴 및 약 168,000의 Mw, 또는 ~20 wt% 아크릴로니트릴 및 ~173,000의 Mw를 갖는 수지를 포함한다.
적절한 열가소성 수지는 발포제와 용융 가공되어 발포 포움 구조를 형성할 수 있도록 분자량을 가진다. 바람직한 열가소성 수지는 약 100 ℃ 내지 약 310 ℃의 온도에서 용융 가공되어 발포 중합체를 형성한다. 바람직한 열가소성 수지는 100 ℃를 넘지만 220℃ 미만인, 특히 160℃ 미만인 용융 온도를 가지고 있다. 바람직한 열가소성 수지는, 하기 실시예 14 및 15에 대해 기재된 상승 온도 노화 시험에서, 80℃ 이하, 특히 약 90℃ 이하, 바람직하게는 약 100℃ 이하의 온도에 치수적으로 안정한 발포성 중합체를 형성한다.
적절한 열경화성 수지들은 폴리우레탄, 폴리에폭사이드, 폴리우레탄-폴리이소시아누레이트, 페놀성 수지 등을 포함한다.
앞서 말한 것의 두 개 이상의 블렌드가 사용될 수도 있다. 이 수지는 충격 개질될 수 있다.
중합체는 포우밍 공정 또는 생성된 포움의 성질을 방해하지 않는 첨가제를 함유할 수 있다. 항산화제, 색소, 충전제, 염료, 미끄럼제, 내연제 등이 일반적인 첨가제이다.
발포 중합체는 일반적으로 발포제를 이용하여 형성된다. 적당한 발포제는 물리적, 화학적 발포제를 모두 포함한다. 물리적 발포제는 포우밍 공정의 조건하에서 휘발하는 기체 및 액체를 포함하고, 화학적 발포제는 어떤 화학적 수단, 일반적으로 분해를 통해 포우밍 공정의 조건 하에서 기체를 생성시킨다.
적당한 물리적 발포제는 이산화탄소, 질소, 아르곤, 물 등을 포함한다. 특히 적당한 물리적 발포제는 1 내지 4 개의 탄소 원자를 함유한 할로카본, 예컨대 메틸 클로라이드, 에틸 클로라이드, n-프로필 클로라이드, 이소프로필 클로라이드 및 트랜스-디클로로 에틸렌; 히드로플루오로카본, 예컨대 메틸 플루오라이드, 디플루오로메탄(HFC-32), 퍼플루오로메탄, 에틸 플루오라이드(HFC-161), 1,1-디플루오로에탄 (HFC-152a), 1,1,1-트리플루오로에탄 (HFC-143a), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 퍼플루오로에탄, 2,2-디플루오로프로판 (HFC-272fb), 1,1,1-트리플루오로프로판 (HFC-263fb), 및 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판 (HFC-227ea), 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판 (HFC-245fa), 및 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄 (HFC-365mfc)을 포함한다. 또한 적당한 것으로는, 1 내지 9 개의 탄소를 갖는 불포화 또는 포화 지방족 및 시클릭 탄화수소, 예컨대 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, 시클로펜탄, 헥산, 시클로헥산, 헵탄, 옥탄, 프로펜, 1-부텐, 1-펜텐, 이소펜탄 및 2,2- 디메틸부탄; 메탄올, 에탄올, n-프로판올 및 이소프로판올과 같은 1 내지 5 개의 탄소를 갖는 지방족 알콜; 아세톤, 2-부타논 및 아세트알데히드와 같은 카르보닐 함유 화합물; 디메틸 에테르, 디에틸 에테르 및 메틸 에틸 에테르와 같은 에테르 함유 화합물이 있다. 물이 종종 다른 발포제와 함께 사용된다.
적당한 화학적 발포제는 아조디카본아미드, 아조디이소부티로니트릴, 디니트로소펜타메틸렌 테트라민, 벤젠술포히드라진, 4,4-옥시벤젠 술포닐 세미-카바지드, p-톨루엔 술포닐 세미-카바지드, 톨루엔 술포닐 히드라지드, 바륨 아조디카르복실레이트, N,N'-디메틸-N,N'-디니트로소테레프탈아미드, 트리히드라지노 트리아진, 소듐 비카르보네이트 및 시트르산 등을 포함한다.
이들 물리적 발포제 및 화학적 발포제의 혼합물이 사용될 수도 있다.
기핵제(또는 기포 제어제)가 기포의 크기를 제어하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 기포 제어제는 소듐 비카르보네이트와 시트르산 또는 소듐 시트레이트의 혼합물뿐만 아니라 탈크와 같은 미세한 미립자 고체를 포함한다.
발포 중합체는, 중합체의 성질 및 응용 요구의 성질에 따라, 내연 패키지를 함유하거나 함유하지 않을 수 있다. 적당한 내연제는 지방족 또는 방향족 할로겐화 내연제, 포스포러스 내연제 또는 질소 함유 내연제이다. 단일 내연제 또는 두개 이상의 내연제의 복합물이, 순수한 형태 또는 화합물 형태로 이용될 수 있다. 내연제는 또한 하나 이상의 내연제 상승제와 조합하여 사용할 수 있다.
적절한 할로겐화 내연제가 당업계에 공지되어 있고, 헥사브로모시클로도데칸, 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트, 테트라브로모시클로옥탄, 디브로모 에틸 디브로모 시클로헥산, 펜타브로모클로로시클로헥산, l,2-디브로모-4-(l,2-디브로모에틸)시클로헥산, 헥사브로모-2-부텐, 1,1,1,3-테트라브로모노난, 트리스(2,3-디브로모 이소프로필) 이소시아누레이트, 디브로모 네오펜틸 글리콜, 트리브로모 네오펜틸 알콜, 펜타에리트리틸 테트라 브로마이드, 2,4,6-트리브로모페닐 아릴 에테르, 테트라브로모비스페놀-A (TBBA), 테트라브로모비스페놀 A 비스(2,3-디브로모프로필 에테르), 테트라브로모비스페놀 A-디알릴 에테르, 데카브로모디페닐 에탄, 브롬화 트리메틸페닐인단, 헥사브로모디페닐 에테르, 옥타브로모디페닐 에테르, 데카브로모디페닐 에테르, 데카브로모디페닐 에탄, l,2-비스(트리브로모펜옥시)에탄, 1,2-비스(펜타브로모펜옥시) 에탄, 테트라브로모프탈레이트의 디-2-에틸헥실 에스테르, 브롬화 트리메틸페닐 인단, 트리스(트리브로모네오펜틸)포스페이트, 에틸렌(N, N')-비스-테트라브로모프탈이미드, 테트라브로모프탈산 무수물, 헥사브로모벤젠, 브롬화 인단, 브롬화 포스페이트 에스테르, 브롬화 폴리스티렌, 브롬화 에폭시 수지, 및 브롬화 비스페놀-A 및 에피클로로히드린의 중합체, 및 이들의 혼합물, 또는 유사한 동역학을 가진 할로겐화 내연제를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
포스포러스 화합물의 예는 다음 화합물을 포함하나 그것에 한정되지는 않는다.
1) 트리페닐-포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리메틸포스페이트, 트리프로필포스페이트, 트리옥틸포스페이트, 디페닐 메틸포스페이트, 트리스-(2-에틸헥실)포스페이트, 이소데실 디페닐포스페이트, 이소옥틸 디페닐포스페이트, 비스페닐 디페닐포스페이트, 레소르시놀 디-크레실 포스페이트, 트리자일릴 포스페이트 또는 트리이소프로필페닐페닐포스페이트로부터 선택된 포스페이트; 2) 포스포네이트; 3) 포스피네이트; 4) 포스핀 옥시드; 5) 포스핀; 6) 폴리 포스포르산(인산) 암모늄 및 7) 화학식 R4PX의 포스포늄 염 (여기서 각각의 R은 독립적으로 치환 또는 비치환, 포화 또는 불포화, 분지 또는 직쇄 지방족 잔기 또는 치환 또는 비치환 방향족 잔기 이고, X는 적당한 반대 이온이다.)
내연제 상승제는 내연제, 특히 할로겐화 내연제의 효능을 향상시키는 무기 또는 유기 화합물이다. 무기 내연제 상승제의 예에는, 금속 산화물 (예컨대 아이언 옥사이드, 틴 옥사이드, 징크 옥사이드, 알루미늄 트리옥사이드, 알루미나, 안티모니 트리옥사이드 및 안티모니 펜톡사이드, 비스무스 옥사이드, 몰리브데늄 트리옥사이드, 및 텅스텐 트리옥사이드), 메탈 히드록사이드 (예컨대 알루미늄 트리히드레이트, 마그네슘 히드록사이드), 그래파이트 및 팽창성 그래파이트, 징크 보레이트, 안티모니 실리케이트, 징크 스태네이트, 징크 히드록시스태네이트, 페로센과 이들의 혼합물을 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유기 내연제 상승제의 예에는 디메틸디페닐부탄 (또는 디큐밀), 3,4-디메틸-3,4-디페닐 헥산, 폴리-1,4-디-이소프로필 벤젠 (또는 폴리큐밀), 이소시아누릭 산, 할로겐화 파라핀, 포스포러스 화합물, 및 이들의 혼합물을 포함하는 내연제 상승제가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 충격 흡수 부재로 편리하게 가공될 수 있는 상용으로 입수가능한 폴리스티렌 포움은, 예를 들면, 스티로포움(STYROFOAM) (등록상표) 프리저메이트(FREEZERMATE)™ 폴리스티렌 포움, 스티로포움 (등록상표) 플로어메이트(FLOORMATE)™ 폴리스티렌 포움, 스티로포움 (등록상표) 하이로드(Highload) 40, 하이로드 60 및 하이로드 100 폴리스티렌 포움 (모두 다우 케미컬 컴퍼니에서 입수 가능); 포뮤라(FORMULAR)™ 250, 400, 600 및 1000 폴리스티렌 포움 (오웬스 코닝(Owens Corning) 에서 입수 가능), 그린가드(GreenGuard)™ CM 폴리스티렌 포움 (팩티브(Pactiv)에서 입수 가능), 스티로듀(STYRODUR)™ 2800C, 3035CS, 4000CS 및 5000CS 폴리스티렌 포움 (바스프 악티엔게셀샤프트(BASF Aktiengesellschaft)에서 입수 가능)을 포함한다.
본 발명의 충격 흡수 부재는 발포 중합체의 단일 구획을 이용하거나 또는 발포 중합체의 둘 이상의 구획의 조립체로부터 형성될 수 있다. 발포 중합체의 둘 이상의 구획이 사용되는 경우, 각각의 구획이 상기 기재한 이방성의 기준을 만족한다면, 각각의 구획은 같거나 다른 발포 재료일 수 있다. 바람직한 충격 흡수 부재는 발포 재료의 단일 층이다. 본 발명의 충격 흡수 부재는 단단한 지지체, 또는 "반작용 표면"과 같은 추가 구성요소를 포함할 수 있는데, 이것에 대해 포움이 충격 동안 압축된다. 충격 흡수 부재는 또한 장식판 또는 기타 심미적이거나 기능적인 구성요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 충격 흡수 부재는 동적 충격 용도에서의 사용에 적합화되는데, 상기 부재는 그 탄성 한계를 초과하여 그것을 압축하는 충격 조건에 노출되게 되어 있고, 그럼으로써 상기 부재를 영구적으로 변형시키면서 에너지를 소산시킨다. 이 유형의 많은 용도에는, 충돌시 탑승자의 안전이 중요한, 자동차, 트럭, 밴, 열차, 비행기, 헬리콥터, 스노우모빌 등과 같은 차량의 다양한 안전 관리 부품 및 조립체가 있다. 특정의 차량용 용도는 차량의 내부(승객실)에 이용되는 것과 같은 차량 탑승자 부상 대응재를 포함한다. 이들 용도에는 예컨대 헤드라이너 대응재, 문 패널 및 그들의 구성요소, 예컨대 골반 보호대, 팔 받침대 및 가슴 보호대, 무릎 보호대, 필러, 머리 받침대, 좌석 등받이, 로드 플로어(load floor) 및 기기 패널이 포함된다.
앞의 용도 중 많은 것에서, 부재는 특정 방향에서 오는 에너지를 소산하도록 설계된다. 그러한 경우에, 발포 중합체는 바람직하게는 최대 압축 강도의 방향이 예상 충격 방향과 어느 정도 정렬되도록 부재 내에서 배향된다. 압축 강도의 방향 및 예상 충격의 방향은 바람직하게는 서로 45°이내이고, 바람직하게는 서로 20°이내이며, 더욱 바람직하게는 서로 15°이내이다.
머리 부상 완화 용도로 사용되는 경우, 본 발명의 충격 흡수 부재는 또한 적절하게는, 임의의 수동 에너지 흡수 대응재의 부존재 중에 ~1430의 HIC(d) 값을 나타내는 3" X 16"(7.56 X 41cm) 프로토타입 판금 구획 (바디 인 화이트 (BIW))을 가진 판금 고정구(fixture)에 대해 ~25 mm 두께의 샘플로서 시험된 경우, 1000 이하, 바람직하게는 850 이하, 더욱 바람직하게는 800 이하, 특히 750 이하의 HIC(d) (FMVSS 201U에 따라 계산됨) 값을 나타낸다. 어떤 경우에는, 700 미만의 HIC(d) 값이 얻어진다. FMVSS 201U에 따라, 부재에 대해 실험용 사이드 레일 바디 인 화이트 고정구에 대한 구성요소 수준(component-level)의 머리 충격 테스트를 실시한다. 카테시안(Cartesian) 좌표계에 배치된 세 개의 압전저항 가속도계 (piezoresistive accelerometer)를 구비한 하이브리드 III (Hybrid III) 자유 운동 머리모형을, 대략 24 km/hr의 충격 속도로 부재에 대해 가한다. 머리모형의 무게 중심에서의 가속도는 가속 시간 동안 개별 가속도계의 판독으로부터 연속적으로 계산된다. HIC(d)는 하기 식에 따라 계산된다.
HIC(d) = 0.75446*HIC + 166.4
여기서,
Figure 112007035042117-PCT00002
상기 식에서, aR는 머리모형의 무게 중심에서의 합성 가속도 크기 (g's 단위)이고, t2 와 t1은 충격 발생 동안의 임의의 두 시점으로, 간격이 36 밀리초를 넘지 않는다.
후술하는 실시예는 본 발명을 설명하기 위하여 제공되는 것이지 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 모든 부 및 퍼센트는 다른 지시가 없는 한 중량 기준이다. 다른 언급이 없으면 모든 머리 충격 시험은 공칭 포움 두께 25 mm, 3' X 16' (7.5 X 41cm) 반작용 표면으로 실시하였다.
실시예 1 및 2
약 29.5 k/m2의 밀도를 가진, 스티로포움(Styrofoam) (등록상표) 프리저메이트(Freezermate)TM로 알려진 상용으로 입수가능한 폴리스티렌 포움으로부터 발포 중합체 실시예 1을 제조하였다. 이 생성물을 단일 다이를 통해 포움성 매스를 압출함으로써 제조했다. 이것은 5% 미만의 연속 기포 함량을 갖는다. 이 생성물은 그 압축 강도가 수직 방향(포움이 압출될 때 포움 상승 방향)에서 최대가 되도록 설계된다. E, V 및 H가 각각 압출, 수직 및 수평 방향이라 할 때, 이 생성물에 대해 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT가 각각 0.198, 0.568 및 0.234이었다.
이 생성물을 변형률 속도 0.08 s-1에서 60 내지 70% 변형률으로 압축하면서 압축 응력을 측정했다. 이것을 각각의 압출, 수평 및 수직 방향에서 반복했다. 각 경우의 데이터를 25% 변형률에서의 일시적 응력에 의해 나눔으로써 정규화하여, 결과를 도 1에 도시했다. 참조 번호 1은 수직 방항(즉, 최고 압축 강도 방향)에서 압축 응력 응답을 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, 이 방향에서 압축 응력은 약 5% 변형률에서의 탄성 한계 이하까지 급격히 상승하고, 이어서 60% 이상의 변형률이 달성될 때까지 거의 일정하게 유지되었다. 이것은 동적 충격 응용에 있어 매우 바람직한 응답이다. 수평 및 압출 배향(참조 번호 2 및 3으로 각각 표시)에서, 압축 응력은 다시 탄성 한계까지 급격하게 상승하지만, 이어서 샘플이 더 변형되면서 상승을 계속했다. 이 데이터는 포움이 예상 충격의 방향과 정렬되어 있는 수직 방향으로 배향되면 높은 동적 충격 용도에서 양호하게 작동한다는 것을 제시한다.
발포 중합체 실시예 1의 압축 효율은 상기 기재한 방법에서 60% 변형률에서 ~91%, 65% 변형률에서 ~85%, 70% 변형률에서 ~77%, 75% 변형률에서 ~67%로 측정되었다.
임의의 수동 에너지 흡수 대응재가 부존재하는 경우 1,430의 BIW HIC(d) 값 을 나타내는 프로토타입 고정구에 대하여, 발포 중합체 실시예 1의 샘플은, 충격 방향에서 수직 방향으로 배향된 경우, 724의 HIC(d) 값을 나타냈다.
발포 중합체 실시예 2는 스티로포움(등록상표) 1-1/2" 블루보드(Blue Board)로 상용으로 입수가능한 폴리스티렌 포움 보드스톡으로부터 제조했다. 이 생성물은 포움성 매스를 단일 다이를 통해 압출함으로써 제조했다. 이것의 밀도는 약 25.3 kg/m2이었다. 이것은 5% 미만의 연속 기포를 갖는다. 그것의 최대 압축 강도는 CV/CT가 0.443인 수직 방향이었다.
발포 중합체 실시예 2의 압축 응력은, 실시예 1에 기재된 바와 동일한 방식으로, 0.08 s-1의 변형률 속도에서 60 내지 70% 변형률로 압축하면서 측정했다. 25% 변형률에서의 압축 응력에 의해 나눔으로써 데이터가 정규화하여, 결과를 도 1에 도시했다. 참조 번호 4는 수직 방향 (즉, 최고 압축 강도 방향)에서 압축 응력 응답을 가리킨다. 이 경우에서 압축 응력은 약 5% 변형률에서의 탄성 한계 이하까지 급격하게 상승했고, 이어서 약 40% 변형률이 달성될 때까지 거의 일정하게 유지되었다. 수평 배향에서 (참조 번호 5로 지시), 압축 강도는 다시 탄성 한계까지 급격하게 상승하였으나, 이어서 샘플이 더 변형되면서 상승을 계속하였다.
임의의 수동 에너지 흡수 대응재가 부존재하는 경우 1,430의 BIW(body-in-white) HIC(d) 값을 나타내는 프로토타입 고정구에 대해, 발포 중합체 실시예 2의 샘플은, 충격 방향에서 수직 방향으로 배향되는 경우 대략 753의 HIC(d) 값을 나타냈다.
실시예 3
발포 중합체 실시예 3을, 스티로포움(등록상표) 40HL로 판매되는, 상용으로 입수가능한 폴리스티렌 포움으로부터 제조하였다. 이 생성물은 단일 다이를 통해 포움성 매스를 압출함으로써 제조했다. 발포 중합체 실시예 3은 약 30.4 kg/m2의 밀도를 갖고, 5% 미만의 연속 기포 함량을 가졌다. E, V 및 H를 각각 압출, 수직 및 수평 방향이라고 할 때, 이 생성물에 대해 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT은 각각 0.278, 0.447 및 0.271이었다. 따라서, 이 생성물은 발포 중합체 실시예 1보다 다소 낮은 수준으로 배향되었다. 이것은 발포 중합체 실시예 1 또는 2 중 어느 하나보다도 다소 큰 기포를 포함했다.
이 생성물을 압축하는데 필요한 압축 응력을 실시예 1에 기재된 대로 측정했다. 이 경우에는 데이터를 정규화하지 않고, 결과를 도 2에 나타냈다. 참조 번호 11은 수직 방향에서 압축 응력 응답을 지시한다. 도 1에 나타난 바와 같이, 이 방향에서 압축 응력은 약 4% 변형률에서의 탄성 한계 이하까지 급격하게 상승하고, 이어서 약 45% 변형률이 달성될 때까지 거의 일정하게 유지되었다. 압출 및 수평 배향(참조 번호 12 및 13으로 각각 지시)에서, 압축 응력은 다시 탄성 한계까지 급격하게 상승하였으나, 샘플이 더 변형되면서 상승을 계속했다. 이 데이터는, 포움이 예상 충격 방향과 정렬되어 있는 수직 방향으로 배향되면, 동적 충격 용도에서 양호하게 작동한다는 점을 제시한다.
포움의 수직 방향이 충격 방향으로 배향되고, 임의의 수동 에너지 흡수 대응재의 부존재하에서 1,430의 BIW HIC(d) 값을 나타내는 프로토타입 고정구에 대해 시험되는 경우, 발포 중합체 3의 샘플은 720의 HIC(d) 값을 나타냈다.
실시예 4-19
실시예 4-19 및 비교 샘플 A, B 및 C를 하기 표에 기재된 다양하게 배향된 포움으로부터 제조했다. 발포 중합체 실시예 4-19는 모두 단일 오리피스를 통해 포움성 매스를 압출함으로써 제조한 폴리스티렌 포움이었다 모든 실시예 및 비교 샘플을 세 직교 방향 (압출, 수직 및 수평)에서 압축 강도에 대해 평가했는데, 이들 값의 최고값은 배향과 함께 표에 기재되어 있다. 밀도 및 HIC(d) 값은 또한 실시예 1에서와 같이 측정했고 표에 기록된 바와 같은데, 임의의 수동 에너지 흡수 대응재가 부존재하는 경우 BIW HIC(d) 값 1,430을 나타내는 프로토타입 고정구에 대해 HIC(d) 값을 측정했다.
1 성질
실시예 밀도, kg/m3 최대 압축 강도, kPa 배향, 방향/%1 HIC(d) 코멘트. 모든 기포 크기는 평균 최대 치수임.
4 29.8 221 E 42.0 935 상용 플로라(floral) 및 크래프트(craft) 등급
5 30.1 263 V/H 42.6 839 상용 플로라 및 크래프트 등급, 1.24 mm 기포 크기
6 35.4 379 V 41.9 713 0.933 mm 기포 크기
7 32.2 340 H 50.2 619 독립 기포 포움, 0.993 mm 기포 크기
8 29.8 457 V 59.3 701 더 배향된 실시예 2의 고밀도 버전, 0.31 mm 기포 크기
9 38.1 473 V 47.6 704 상용 등급 절연 생성물, 0.316 mm 기포 크기
10 38.3 469 V 47.1 702 상용 등급 절연 생성물, 0.367 mm 기포 크기
11 38.6 484 V 41.1 754 5% 미만 연속 기포, CO2 발포, 0.154mm 기포 크기
12 32.6 355 V 56.1 711 5% 미만 연속 기포, CO2 발포, 0.171mm 기포 크기
13 37.1 582 V 61.2 767 5% 미만 연속 기포, CO2 발포, 0.13mm 기포 크기
14 27.0 291 V 45.0 769 ~50% 연속 기포 포움, 0.358 mm 기포 크기
15 33.2 453 V 51.6 724 50% 초과 연속 기포, 0.141 mm 기포 크기
16 34.2 547 V 56.1 781 바닥재 및 냉동기 용도의 상용 절연 포움, 0.207 mm 기포 크기
17 42.8 792 V 55.1 952 바닥재 및 냉동기 용도의 고밀도 포움, 0.204 mm 기포 크기
18 31.5 278 V 45.1 859 팩티브(Pactiv)의 상용 등급 생성물, 0.24 mm 기포 크기
19 38.0 452 V 42.2 844 오웬스 코닝(Owens Corining)의 상용 등급 생성물, 0.25 mm
A* 31.4 265 등방성 ~33 867 팽창 PPO/PS 비드 포움
B* 56.8 683 등방성 ~33 966 팽창 PPO/PS 비드 포움
C* 14.3 117 등방성 ~35 >1000 팽창 PS 비드 포움
*비교예. 1E, V, H는 각각 압출, 수직 및 수평 방향을 말한다. %는 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT의 최대값을 말한다.
실시예 5 및 비교예 A는 배향의 효과를 예시한다. 실시예 5는 적당하게 배향되어 있고, 비교예 A와 유사한 밀도 및 최대 압축 강도를 갖는다. 그러나, 그것의 HIC(d) 값은 비교 샘플 A가 867인데 대해 839이며, 적당한 배향과 다소간의 낮은 최대 압축 강도에도 불구하고 ~3% 향상을 나타냈다.
앞의 표의 데이터는 약 250-700 KPa의 범위, 특히 290-600 KPa의 범위에서 최대 압축 강도를 가진 발포 중합체가 최적의 HIC(d) 값을 제공하는 것을 제시한다. 실시예 17에서 지시되는 바와 같이, 최대 압축 강도가 높아질수록, 발포 중합체는 훨씬 더 경직되고, HIC(d) 값은 증가하는 경향이 있었다. 실시예 4 및 18에서 지시되고, 실시예 5에 의해 어느 정도 지시되는 바와 같이, 낮은 최대 압축 강도 발포 중합체일수록 더 높은 HIC(d) 값을 나타내는 경향이 있었다. 중합체는 배향으로 인해 낮은 밀도에서 최고 압축 강도를 달성하는 것으로 여겨지며, 이것은 비용 및 무게의 관점에서 바람직하다. 밀도는 바람직하게는 2.5 파운드/입방피트 (40 kg/m3) 미만이고, 특히 약 1.75 내지 2.2. 파운드/입방피트 (28-35.2 kg/m3)이다. 실시예 7, 8, 12 및 13 등에 나타난 바와 같이, 낮은 HIC(d) 값, 높은 최대 압축 강도 값은 발포 중합체가 50-65% 배향되는 경우 낮은 발포 중합체 밀도에서 얻어질 수 있었다. 50% 이상의 배향은 매우 양호한 결과를 낳는 경향이 있었다.
실시예 6 및 7은 이들 발포 중합체가 최장 방향에서 평균 크기 ~1 mm를 갖기 때문에 주목할만하다. 실시예 6에서와 같이, 발포 중합체가 단지 적당하게 배향되는 경우라도, 더 큰 기포는 HIC(d) 값에서 이득을 제공하는 것 같다. ~1-2 mm의 기포 크기가 50%를 넘는 배향과 조합되는 경우, 실시예 7에 나타난 바와 같이, 매우 양호한 HIC(d) 값이 얻어졌다.
실시예 14 및 15는 놀랍게도, 연속 기포의 비율이 높은 발포 중합체를 이용하여, 매우 양호한 HIC(d) 값이 얻어질 수 있다는 것을 보여준다. 연속 기포 포움의 이용은 치수 안정성에서 추가적인 장점이 있다. 발포 중합체 실시예 15와 유사한 발포 중합체에 대해 개별 샘플을 약 72 시간 동안 85 ℃ 및 90 ℃까지 가열함으로써, 치수 안정성에 대해 시험하였다. 치수 안정성을 가열 전의 높이, 폭 및 길이를 측정함으로써 결정했다. 이 발포 중합체는 85 ℃에서 약 1.5%, 90 ℃에서 약 7.5 내지 9.5%의 치수 변화를 나타냈다. 같은 밀도의 독립 기포 발포 중합체는 전형적으로 85 ℃에서 5-10% 범위, 90 ℃에서 20-30% 범위의 치수 변화를 나타냈다.
실시예 20
하기 조성으로 폴리우레탄-폴리이소시아누레이트 포움을 제조했다.
270-OH # 폴리에테르 폴리올 91.9 중량부
촉매 1.0 중량부
삼량체화 촉매 2.5 중량부
오가노실리콘 계면 활성제 2.0 중량부
물 2.6 중량부
134 eq. wt, 3.2 관능성 중합체 MDI 209 이소시아네이트 인덱스까지
폴리이소시아네이트를 제외한 모든 성분을 블렌딩하고, 이어서 폴리이소시아네이트를 첨가하여 혼합하였다. 혼합물을 3 인치(7.6 mm) 내경 및 12 인치(30.4 mm)의 길이를 갖는, 수직으로 배향된 폴리비닐클로라이드 파이프 내에 부었다. 파이프는 그 내부 표면에 왁스 방출 코팅을 갖는다. 포움이 경화되면서 파이프 내에서 포움이 자유롭게 위쪽으로 상승되게 하였다. 건조한 촉감이 될 때까지 실온에서 포움을 경화시킨 후, 60 ℃ 오븐에서 2 시간 경과하고, 냉각하고, 디몰딩(demold)하였다. 생성된 포움(발포 중합체 실시예 20)은 약간 연장된 기포를 가지나, 매우 이방성인 거동을 나타내고, 이 포움에 대한 CV/CT는 대략 0.45였다.
같은 포움 샘플을 다시 시험하였는데, 이번에는 최대 압축 강도가 나타나는 방향과 직교하는 방향으로 배향했다.
포움의 수직 방향이 충격 방향으로 배향되고 임의의 수동 에너지 흡수 대응재가 부존재하는 가운데 1,400의 BIW HIC(d) 값을 나타내는 프로토타입 고정구에 대해 시험되는 경우, 발포 중합체 실시예 20은 706의 HIC(d) 값을 나타냈다. 다른 배향을 이용하여 다시 시험하는 경우, 상기 조건 하에서 단지 762의 HIC(d) 값이 나타났다.
실시예 21-23
발포 중합체 실시예 21은 대략 85 중량% 스티렌 및 15 중량% 아크릴로니트릴의 랜덤 공중합체의 압출 포움이었다. 압출 방향에 직교하는 방향에서 연장된, 주로 독립된 기포를 생성하기 위해 압출 조건을 선택하였다. 압출 방향에서 평균 기포 크기는 0.27 mm였다. 발포 중합체 실시예 21은 25.0 kg/m3의 코어 밀도를 가졌다. 이 포움에 대한 CV/CT는 대략 77.4였다.
발포 중합체 실시예 22 및 23은 하기 표에 제시된 특성을 갖는 포움과 유사하였다. HIC(d) 값은 발포 중합체 실시예 22 및 23의 25 mm 두께 샘플에 대해 측정하였고 임의의 수동 에너지 흡수 대응재가 부존재하는 가운데 1,414의 BIW HIC(d) 값을 나타내는 프로토타입 고정구에 대해 시험하였다. 충격 방향과 정렬된 최고 압축 강도의 방향으로 포움을 배향했다. 다음 표에 그 결과를 기록하였다.
실시예 밀도, kg/m3 최대 압축 강도, kPa 배향, % 최대 기포 크기, mm HIC(d)
21 2.50 481 77.4 0.27 681
22 25.2 496 76.5 0.22 707
23 24.9 442 68.8 0.28 708

Claims (65)

  1. 차량용 충격 흡수 부재로서,
    상기 충격 흡수 부재는 사용하는 동안 충격 흡수 부재를 영구적으로 변형시키기에 충분한 충격력을 흡수하게 되어 있고, 2.5 파운드/입방피트 이하의 밀도를 갖는 에너지 흡수 발포 중합체를 포함하며,
    상기 발포 중합체는 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT에 의해 표현되는 이방성 거동을 나타내고, (여기서, CE, CV 및 CH는 세 직교 방향 E, V 및 H 각각에서의 포움의 압축 강도를 각각 나타내고, CT는 CE, CV 및 CH의 합을 나타냄), CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 0.40 내지 0.80의 값을 갖는, 차량용 충격 흡수 부재.
  2. 제1항에 있어서, CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 0.45 이상의 값을 갖는 충격 흡수 부재.
  3. 제2항에 있어서, CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 0.50 이상의 값을 갖는 충격 흡수 부재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 발포 중합체가 압출 방향으로 포 움성 수지 혼합물의 단일의 연속적 매스를 압출함으로써 형성되는 것인 충격 흡수 부재.
  5. 제4항에 있어서, 방향 E가 압출 방향을 나타내고, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 CE/CT 보다 큰 충격 흡수 부재.
  6. 제5항에 있어서, V가 압출 후의 발포 중합체의 수직 팽창 방향을 나타내고, CV/CT가 0.50 이상인 충격 흡수 부재.
  7. 제1항에 있어서, 발포 중합체가 10% 이상의 연속 기포 함량을 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  8. 제1항에 있어서, 발포 중합체가, 최대 치수일 때 0.9 내지 3 mm의 평균 기포 크기를 갖는 기포를 포함하는 것인 충격 흡수 부재.
  9. 제3항에 있어서, 발포 중합체가 폴리스티렌 또는 스티렌 및 아크릴로니트릴의 공중합체인 충격 흡수 부재.
  10. 제1항에 있어서, 발포 중합체가 60% 변형률에서 80% 이상의 압축 효율을 나 타내는 것인 충격 흡수 부재.
  11. 제1항에 있어서, 발포 중합체가 3 내지 10% 변형률의 탄성 한계를 나타내는 것인 충격 흡수 부재.
  12. 제1항에 있어서, 발포 중합체가, 최고 압축 강도의 방향이 충격의 예상 방향으로 배향되도록 배향된 것인 충격 흡수 부재.
  13. 제1항에 있어서, 자동차 헤드라이너 대응재(countermeasure)인 충격 흡수 부재.
  14. 제13항에 있어서, CE, CV 및 CH 중 최대값이 25% 변형률에서 290 내지 600 kPa인 충격 흡수 부재.
  15. 제14항에 있어서, 발포 중합체가, 임의의 수동 에너지 흡수 대응재의 부존재 중에 대략 1,430의 (BIW)HIC(d) 값을 나타내는 판금 고정구에 대해, FMVSS 201U에 따라 계산되는 경우 25 mm의 공칭 두께에서 800 미만의 HIC(d) 값을 나타내는 것인 충격 흡수 부재.
  16. 제15항에 있어서, 발포 중합체가 1.5 내지 2.35 파운드/입방피트(24 내지 35.2 kg/m3)의 밀도를 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  17. 제1항에 있어서, 골반 보호대인 충격 흡수 부재.
  18. 제17항에 있어서, CE, CV 및 CH 중 최대값이 25% 변형률에서 150 내지 900 kPa인 충격 흡수 부재.
  19. 제18항에 있어서, 발포 중합체가 1.5 내지 5 파운드/입방피트(24 내지 64 kg/m3)의 밀도를 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  20. 제1항에 있어서, 가슴 보호대인 충격 흡수 부재.
  21. 제20항에 있어서, CE, CV 및 CH 중 최대값이 25% 변형률에서 100 내지 500 kPa인 충격 흡수 부재.
  22. 제21항에 있어서, 발포 중합체가 1.25 내지 3 파운드/입방피트 (20 내지 48 kg/m3)의 밀도를 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  23. 동적 충격 용도를 갖는 충격 흡수 부재로서,
    상기 충격 흡수 부재는 사용하는 동안 충격 흡수 부재를 영구적으로 변형하기에 충분한 충격력을 흡수하게 되어 있고,
    상기 충격 흡수 부재는, (1) 압출 방향으로 포움성 수지 혼합물의 단일의 연속적인 매스를 압출함으로써, (2) 팽창성 중합체 비드를 팽창시킴으로써, 또는 (3) 반응성 포우밍 공정 중에서 형성되며 특수 형상으로 형성되는 발포성 중합체를 포함하며,
    상기 발포성 중합체는 CE/CT, CV/CT 및 CH/CT에 의해 표현되는 이방성 거동을 나타내고 (여기서, CE, CV 및 CH는 발포 중합체의 25 내지 50 mm 두께의 샘플을 0.08 s- 1 의 변형률 속도에서 25% 변형률까지 압축하여 측정되는, 세 직교 방향 E, V 및 H 각각에서의 포움의 압축 강도를 각각 나타내고, CT는 CE, CV 및 CH의 합을 나타냄), CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 0.40 내지 0.80의 값을 갖는, 충격 흡수 부재.
  24. 제23항에 있어서, CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 0.45 이상의 값을 갖는 충격 흡수 부재.
  25. 제24항에 있어서, CE/CT, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 0.50 이상의 값을 갖는 충격 흡수 부재.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 발포 중합체가 압출 방향으로 포움성 수지 혼합물의 단일의 연속적인 매스를 압출함으로써 형성되는 것인 충격 흡수 부재.
  27. 제26항에 있어서, 방향 E가 압출 방향을 나타내고, CV/CT 및 CH/CT 중 하나 이상이 CE/CT보다 큰 충격 흡수 부재.
  28. 제27항에 있어서, V가 압출된 후의 발포 중합체의 수직 팽창의 방향을 나타내고, CV/CT가 0.50 이상인 충격 흡수 부재.
  29. 제23항에 있어서, 발포 중합체가 10% 이상의 연속 기포 함량을 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  30. 제23항에 있어서, 발포 중합체가, 최대 수치일 때 0.9 내지 3 mm의 평균 기포 크기를 갖는 기포를 포함하는 것인 충격 흡수 부재.
  31. 제25항에 있어서, 발포 중합체가 폴리스티렌 또는 스티렌 및 아크릴로니트릴의 공중합체인 충격 흡수 부재.
  32. 제23항에 있어서, 발포 중합체가 60% 변형률에서 80% 이상의 압축 효율을 나타내는 것인 충격 흡수 부재.
  33. 제23항에 있어서, 발포 중합체가 3 내지 10% 변형률의 탄성 한계를 나타내는 것인 충격 흡수 부재.
  34. 제23항에 있어서, 발포 중합체가, 최고 압축 강도의 방향이 충격의 예상 방향으로 배향되도록 배향된 것인 충격 흡수 부재.
  35. 제23항에 있어서, 자동차 헤드라이너 대응재인 충격 흡수 부재.
  36. 제35항에 있어서, CE, CV 및 CH 중 최대값이 25% 변형률에서 200 내지 600 kPa인 충격 흡수 부재.
  37. 제36항에 있어서, 발포 중합체가, 임의의 수동 에너지 흡수 대응재의 부존재 중에 대략 1,430의 (BIW)HIC(d) 값을 나타내는 판금 고정구에 대해, FMVSS 201U에 따라 계산되는 경우 25 mm의 공칭 두께에서 800 미만의 HIC(d) 값을 나타내는 것인 충격 흡수 부재.
  38. 제37항에 있어서, 발포 중합체가 1.5 내지 2.35 파운드/입방피트(24 내지 35.2 kg/m3)의 밀도를 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  39. 제23항에 있어서, 골반 보호대인 충격 흡수 부재.
  40. 제39항에 있어서, CE, CV 및 CH 중 최대값이 25% 변형률에서 150 내지 900 kPa인 충격 흡수 부재.
  41. 제40항에 있어서, 발포 중합체가 1.5 내지 4 파운드/입방피트(24 내지 64 kg/m3)의 밀도를 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  42. 제23항에 있어서, 가슴 보호대인 충격 흡수 부재.
  43. 제42항에 있어서, CE, CV 및 CH 중 최대값이 25% 변형률에서 100 내지 500 kPa인 충격 흡수 부재.
  44. 제43항에 있어서, 발포 중합체가 1.25 내지 3 파운드/입방피트 (20 내지 48 kg/m3)의 밀도를 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  45. 차량용 충격 흡수 부재로서,
    상기 충격 흡수 부재는 압출 방향 E에서 단일 오리피스를 통하여 포움성 열가소성 중합체 조성물의 매스를 압출하고 생성된 압출 중합체를 특수 형상이 되게 형성함으로써 형성되는 에너지 흡수 발포 중합체를 포함하고,
    상기 발포 중합체의 기포는 압출 방향에 직교하는 하나 이상의 방향 V에서 0.80 ≥ DV/DT ≥ 0.40의 기준을 만족하는 평균 치수를 갖고,
    이때, 상기 DV는 압출 방향에 직교하는 상기 방향에서 기포의 평균 치수를 나타내고 DT = DV + DE + DH이며, 상기 DE는 압출 방향 E에서 기포의 평균 치수이고, 상기 DH는 E 및 V 모두에 직교하는 방향 H에서 기포의 평균 치수인, 충격 흡수 부재.
  46. 제28항에 있어서, DV/DT가 0.50 이상의 값을 갖는 충격 흡수 부재.
  47. 제46항에 있어서, 발포 중합체가 10% 이상의 연속 기포 함량을 갖는 것인 충 격 흡수 부재.
  48. 제45항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, DV의 평균값이 0.9 내지 2 mm인 충격 흡수 부재.
  49. 제27항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 발포 중합체가 폴리스티렌 또는 스티렌 및 아크릴로니트릴의 공중합체인 충격 흡수 부재.
  50. 제45항에 있어서, 발포 중합체가 60% 변형률에서 80% 이상의 변형률 효율을 나타내는 것인 충격 흡수 부재.
  51. 제45항에 있어서, 발포 중합체가 3 내지 10% 변형률의 탄성 한계를 나타내는 것인 충격 흡수 부재.
  52. 제49항에 있어서, 자동차 헤드라이너, 문 패널, 무릎 보호대, 필러, 머리 받침, 좌석 등받이, 로드 플로어 또는 기기 패널인 충격 흡수 부재.
  53. 제52항에 있어서, CE, CV 및 CH 중 최대값이 25% 변형률에서 200 내지 600kPa인 충격 흡수 부재.
  54. 제53항에 있어서, 발포 중합체가 1.5 내지 2.35 파운드/입방피트(24 내지 35.2 kg/m3)의 밀도를 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  55. 제54항에 있어서, 발포 중합체가, 임의의 수동 에너지 흡수 대응재의 부존재 중에 대략 1,500의 HIC(d) 값을 나타내는 판금 고정구에 대해, FMVSS 201U에 따라 계산되는 경우 25 mm의 공칭 두께에서 800 미만의 HIC(d) 값을 나타내는 것인 충격 흡수 부재.
  56. 제49항에 있어서, 골반 보호대인 충격 흡수 부재.
  57. 제56항에 있어서, CE, CV 및 CH 중 최대값이 25% 변형률에서 350 내지 900 kPa인 충격 흡수 부재.
  58. 제57항에 있어서, 발포 중합체가 2.0 내지 5 파운드/입방피트(32 내지 80 kg/m3)의 밀도를 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  59. 제49항에 있어서, 가슴 보호대인 충격 흡수 부재.
  60. 제59항에 있어서, CE, CV 및 CH 중 최대값이 25% 변형률에서 200 내지 500 kPa인 충격 흡수 부재.
  61. 제61항에 있어서, 발포 중합체가 1.25 내지 3 파운드/입방피트 (20 내지 48 kg/m3)의 밀도를 갖는 것인 충격 흡수 부재.
  62. 제3항에 있어서, 발포 중합체가 폴리우레탄, 폴리에폭사이드 또는 폴리우레탄-폴리이소시아누레이트인 충격 흡수 부재.
  63. 제25항에 있어서, 발포 중합체가 폴리우레탄, 폴리에폭사이드 또는 폴리우레탄-폴리이소시아누레이트인 충격 흡수 부재.
  64. 제47항에 있어서, 발포 중합체가 폴리우레탄, 폴리에폭사이드 또는 폴리우레탄-폴리이소시아누레이트인 충격 흡수 부재.
  65. 제23항에 있어서, 자동차 헤드라이너, 문 패널, 무릎 보호대, 필러, 머리 받침, 좌석 등받이, 로드 플로어 또는 기기 패널인 충격 흡수 부재.
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