(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密度が４０〜１２０ｋｇ/ｍ3かつ反発弾性が１５％以下である軟質ポリウレタンフォームを１．５〜５倍に圧縮した圧縮成形体であり、
前記圧縮成形体のアスカーゴム硬度計Ｆ型で測定した硬度が２５〜７０であることを特徴とする衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項２】
請求項１に記載の軟質ポリウレタンフォームが、分子量の異なる２種類以上のポリオールを反応させたものであり、イソシアネートインデックスが７０〜１０５であることを特徴とする衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項３】
圧縮成形体のヒステリシスロス率が５０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項４】
圧縮成形体の密度が１００〜４８０ｋｇ/ｍ3であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームと、金属および／または合成樹脂との積層体であることを特徴とする衝撃吸収材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低硬度の熱硬化性ゴムやエラストマーと同等の衝撃吸収能を有し、かつそれら熱硬化性ゴムやエラストマーに比べて、軽量で、コストが遥かに低く、へたりが小さい衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームに関する。
また、本発明は、前記衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームを用いた衝撃吸収材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械的な衝撃や振動を吸収したり減衰したりするための衝撃吸収材用の構成部材として、低硬度の熱硬化性ゴム（シリコーンゴム、ポリノルボルネンゴム、ブチルゴムなど）や熱可塑性エラストマー（ポリブタジエンなど）が使用されている。
しかし、これら低硬度の熱硬化性ゴムやエラストマーは、重い、コストが高い、へたりが大きいなどの問題があり、より軽量かつ低コストで、高性能な衝撃吸収材の提供が望まれていた。
【０００３】
そこで、近年、上記低硬度の熱硬化性ゴムやエラストマーに代わる構成部材として、低反発弾性ポリウレタンフォームを使用した衝撃吸収材が提案されてきている（特許文献１など）。
圧縮したのちに外力を取り除いた際、ゆっくりと元に戻る性質がある低反発弾性ポリウレタンフォームは、軽量でコストが低いため、様々な用途への展開が期待されているが、衝撃吸収性が充分でないため、用途が未だ限定されているのが現状である。
【０００４】
例えば、この低反発弾性ポリウレタンフォームを、自動車のボンネットなどを想定したスチール製板との積層体とした際に、頭部損傷係数（以下、「ＨＩＣ」とも言う）を１０００以下にすることは非常に困難であった。
国土交通省では、自動車と歩行者とが衝突する事故において、歩行者の頭部が受ける衝撃を少なくし、交通事故による死者数を減らすため、歩行者頭部保護基準を平成１７年９月より順次適用している。歩行者頭部保護基準は、頭部を模した測定機器を自動車のボンネット上の数箇所に衝突させ、その衝撃を測定し、その結果から合否を判定するものであり、上記「ＨＩＣ」が、試験領域の２／３以上の部分で１０００以下、それ以外の試験領域内の部分では２０００以下であると定めている。
【特許文献１】特開平７−２５９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、低硬度の熱硬化性ゴムやエラストマーと同等の衝撃吸収能を有し、かつそれら熱硬化性ゴムやエラストマーに比べて、軽量で、コストが遥かに低く、へたりが小さい衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームと、それを用いた衝撃吸収材とを提供することを課題とする。
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために検討を重ねたところ、特定の密度と反発弾性とを有する軟質ポリウレタンフォームを、特定の圧縮倍率で圧縮成形することによって、熱硬化性ゴムやエラストマーと同等の衝撃吸収能を有する衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームが得られることを見出した。
すなわち、本発明者は、例えば、ア）密度が１００ｋｇ/ｍ3のフォーム、イ）元（圧縮成形前）の密度が２０ｋｇ/ｍ3のフォームを５倍圧縮したフォーム（すなわち、圧縮成形後の密度は１００ｋｇ/ｍ3）、ウ）元の密度が５０ｋｇ/ｍ3のフォームを２倍圧縮したフォーム（すなわち、圧縮成形後の密度は１００ｋｇ/ｍ3）とでは、いずれも密度は１００ｋｇ/ｍ3となるにもかかわらず、密度以外の物性（ヒステリシスロス率など）が大きく異なり、ア）およびイ）においてはほとんど衝撃吸収性能が発現しないことに着目し、圧縮成形前の軟質ポリウレタンフォームの「密度」と「圧縮率」とが非常に重要であるとの知見を得、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような知見の下でなし得たものであり、以下を要旨とする。
（１）密度が４０〜１２０ｋｇ/ｍ3かつ反発弾性が１５％以下である軟質ポリウレタンフォームを１．５〜５倍に圧縮した圧縮成形体であり、前記圧縮成形体のアスカーゴム硬度計Ｆ型で測定した硬度が２５〜７０であることを特徴とする衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォーム。
（２）前記（１）に記載の軟質ポリウレタンフォームが、分子量の異なる２種類以上のポリオールを反応させたものであり、イソシアネートインデックスが７０〜１０５であることを特徴とする衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォーム。
（３）圧縮成形体のヒステリシスロス率が５０％以上であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォーム。
（４）圧縮成形体の密度が１００〜４８０ｋｇ/ｍ3であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォーム。
【０００８】
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームと、金属および／または合成樹脂との積層体であることを特徴とする衝撃吸収材。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低硬度の熱硬化性ゴムやエラストマーと同等の衝撃吸収能を有し、かつそれら熱硬化性ゴムやエラストマーに比べて、軽量で、コストが遥かに低く、へたりが小さい衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームおよびそれを用いた衝撃吸収材を得ることが出来る。
例えば、本発明の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームを、スチール製板との積層体とした衝撃吸収材では、歩行者頭部保護基準である頭部損傷係数「ＨＩＣ」を１０００以下とすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームは、密度が４０〜１２０ｋｇ/ｍ3かつ反発弾性が１５％以下である（一般には、「低反発弾性ポリウレタンフォーム」と称される）軟質ポリウレタンフォームの、１．５〜５倍の圧縮成形体である。
圧縮成形前の軟質ポリウレタンフォームの密度が小さすぎると、圧縮倍率を上げても、フォームを押し込んだ時の戻りが早く、結果として衝撃を分散することが出来ないため、充分な衝撃吸収性が得られない。一方、圧縮成形前の軟質ポリウレタンフォームの密度が大きすぎるものは、外気条件により密度のばらつきが大きくなり成形不良になりやすいため、好ましくは、５０〜１１０ｋｇ/ｍ3である。
このような密度の軟質ポリウレタンフォームを製造するためには、発泡剤として使用する水の量をポリオール１００重量部に対して０．７〜２．３重量部の範囲内で適宜調整するとよい。
【００１１】
圧縮成形前の軟質ポリウレタンフォームの反発弾性（ＪＩＳ  Ｋ６４００−３）が１５％を超えるものでは、やはり圧縮倍率を上げても、フォームを押し込んだ時の戻りが早く、結果として衝撃を分散することが出来ないため、充分な衝撃吸収性が得られない。この反発弾性の値は、実質的には、５％以下が好適である。
【００１２】
このような密度と反発弾性とを有する圧縮成形前の軟質ポリウレタンフォームは、ポリオール、ポリイソシアネート、整泡剤、発泡剤、触媒等からなる軟質ポリウレタンフォーム原料を混合し反応させて得られる、公知の軟質ポリウレタンフォームの配合組成を用いることができる。本発明では、そのなかでも、分子量の異なる２種類以上のポリオールを反応させたものであり、イソシアネートインデックスが７０〜１０５である配合組成が好ましい。
分子量の異なる２種類以上のポリオールを反応させたものの好ましい具体例としては、全ポリオール成分１００重量部中に少なくとも分子量３００〜１０００の低分子量ポリオール２０〜７０重量部と、分子量１５００〜８０００の高分子量ポリオール８０〜３０重量部とを含むもの等があげられる。
このとき、ポリオールの水酸基価（ＯＨｖ）の平均値が１００〜２００ｍｇＫＯＨ／ｇとなるように２種類以上のポリオールを使用するとよい。低温時にフォームが硬くなる所謂温度依存性を低減するためには、水酸基価の異なる２種類以上のポリオールを使用する方が好ましいからである。
【００１３】
配合される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、ペンタエリストリール、ソルビトール、ショ糖、エチレンジアミン、ジエチルトリアミン、エチレングリコール、プロピレングリコールのようなポリヒドロキシ化合物に、プロピレンオキシド、エチレンオキシド等をアルカリ触媒を用いて開環重合して得られるポリエーテルポリオール等が挙げられる。他には、これらのポリオールに、アクリロニトリル、スチレン等の熱可塑性樹脂やメラミン、尿素等の熱硬化性樹脂をグラフト重合したグラフトポリオールや、ポリオールの分子骨格に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を組み入れた変性ポリオール等も使用できるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
前述のイソシアネートインデックスは、低すぎると、引張強さの低下や圧縮残留ひずみの悪化が懸念され、高すぎれば、フォーム形成時に収縮が起こり正常なフォームが得られにくくなるため、７０〜１０５の範囲内が好ましく、より好ましくは８０〜９５である。なお、イソシアネートインデックスとは、ポリイソシアネートが配合される割合であり、水およびポリオール中の全活性水素基濃度に対するポリイソシアネート化合物中のイソシアネート基濃度の当量比（ＮＣＯ／活性水素比）をさす。
【００１５】
配合されるポリイソシアネートとしては、２個以上のイソシアネート基を同一分子中に含有する芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、あるいはそれらの変性物、具体的にはトリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート等が挙げられる。
【００１６】
配合される整泡剤としては、オルガノポリシロキサン‐ポリオキシアルキレン共重合体、ポリオキシアルキレン側鎖を有するポリアルニケルシロキサン等の有機珪素系整泡剤等が挙げられる。
【００１７】
配合される発泡剤、触媒についても通常の軟質ポリウレタンフォームの原料に用いられるものがそのまま使用でき、発泡剤としては水、ジクロロメタン等が挙げられ、触媒としては、トリエチレンジアミン、ビス−（ジメチルアミノエチル）エーテル等のアミン触媒、スタナスオクトエート等の錫系触媒が挙げられる。
【００１８】
圧縮成形前の軟質ポリウレタンフォームには、上記のポリオール、ポリイソシアネート、整泡剤、発泡剤、触媒以外に、必要に応じて消臭剤や抗菌剤、着色剤、難燃剤等、その他各種の添加剤を配合してもよい。
【００１９】
このような圧縮成形前の軟質ポリウレタンフォームの製造方法としては、密度が４０〜１２０ｋｇ/ｍ3かつ反発弾性が１５％以下の範囲内のものが得られれば、従来公知の軟質ポリウレタンフォームの製造方法をそのまま適用することができ、プレポリマー法、ワンショット法、部分プレポリマー法等いずれの方法でも良い。
【００２０】
本発明の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームは、以上のような密度が４０〜１２０ｋｇ/ｍ3かつ反発弾性が１５％以下である軟質ポリウレタンフォームを、１．５〜５倍の圧縮倍率にて圧縮成形したものであることが重要である。
圧縮倍率が１．５未満であると、充分な衝撃吸収性が得られないうえ、精度良く成形することが難しい。一方、圧縮倍率が５倍を超えると、硬くなりすぎるばかりか、重量が重くなり、取り扱い上不便が生じるだけでなく、軽量化の要求に応えられない。
前述のように、本発明の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームとしては、圧縮成形前の軟質ポリウレタンフォームの「密度」と「圧縮率」とが非常に重要であることから、特に、密度が５０〜１１０ｋｇ/ｍ3である軟質ポリウレタンフォームを、２〜３倍の圧縮倍率にて圧縮成形したものが好ましい。
【００２１】
所定の圧縮倍率に圧縮成形する方法としては、真空成形法や熱プレス法などの公知の方法で製造することが出来る。
なかでも、熱プレス法により、熱盤の温度１６０〜２２０℃で３０秒〜５分間所望の圧縮倍率に成形する方法が好ましい。
【００２２】
圧縮成形体の表面形状については、平滑な形状でなくてもよく、雲柄、梨地、その他各種のシボ模様や凹凸模様などを入れることもできる。また、得られた圧縮成形体に貫通孔や窪みを設けてもよい。
【００２３】
本発明の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームのヒステリシスロス率（ＪＩＳ  Ｋ６４００−２：２００４）は、５０％以上が好ましく、より好ましくは６０％以上である。ヒステリシスロス率が大きいほど、衝撃吸収能が高いことを意味する。
ヒステリシスロス率が５０％を下回ると、フォームに荷重を加えた時の戻りが早く、結果として衝撃を分散することが出来ないため、充分な衝撃吸収性が得られない傾向にある。
【００２４】
本発明の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームの密度（すなわち、前記特定の圧縮倍率にて圧縮成形したものの密度）は、１００〜４８０ｋｇ/ｍ3が好ましく、より好ましくは１３０〜４００ｋｇ/ｍ3である。
上記密度が１００ｋｇ/ｍ3未満だと、衝撃により底付きを生じやすく、充分な衝撃吸収性が得られない傾向にあり、４８０ｋｇ/ｍ3より大きいと、硬くなりすぎるうえ、重量が重くなり、取り扱い上不便が生じるだけでなく、軽量化の要求に応えられないおそれがある。
【００２５】
本発明の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームのアスカーＦ硬度計（２０秒後、２３℃）で測定した硬度は、２５〜７０とし、好ましくは３０〜５０である。
上記硬度が、２５未満だとやわらかすぎ、また７０を超える場合は硬すぎてしまい、所望の衝撃吸収性が得られない傾向にある。
【００２６】
本発明の衝撃吸収材は、上記したような衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームと、金属および／または合成樹脂との積層体とすることで、衝撃吸収材として使用することもできる。
金属としては、例えば、チタン、アルミ、鉄やこれらの合金などが挙げられ、合成樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂をはじめとして、アクリル樹脂、ポリプロピレンなどの硬質プラスチックが挙げられる。
積層体とする際の、フォームや金属（合成樹脂）の厚みは、得られる積層体の目的により適宜選択ことができるが、フォームにおいては１．５〜３０ｍｍ程度、金属や合成樹脂においては０．１〜５ｍｍ程度が一般的である。
【実施例】
【００２７】
実施例１〜９、比較例１〜５
表１に示す密度（Ｋｇ／ｍ3）と反発弾性（％）とを有する軟質ポリウレタンフォームの両方向から熱プレス法（１８０℃、３分間）により、それぞれ表１に示す圧縮倍率にて一定の厚みに成形し、衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームを得た。
用いた軟質ポリウレタンフォームの組成（配合割合）については、表２に示すとおりであり、表中の数値は重量部を示す。
なお、比較例２の軟質ポリウレタンフォームは成形不良で収縮したため、圧縮成形ができなかった。
【００２８】
【表１】
0005568216.tif 000002
【００２９】
【表２】
0005568216.tif 000003
【００３０】
（使用原料）
・ポリオールＡ（ポリエーテル系ポリオール：分子量３０００）―三井化学ポリウレタン社製 商品名"７９−５６”
・ポリオールＢ（ポリエーテル系ポリオール：分子量７００）―旭ガラスウレタン社製 商品名"ＥＸＣＥＮＯＬ−７３０”
・整泡剤―モメンティブ・パフォーマンス・マテリアル社製 商品名"Ｌ−６２６”
・触媒―トリエチレジアミンの６７％ＤＰＧ溶液
・ポリイソシアネート―三井化学ポリウレタン社製 商品名"コスモネートＴ−６５”
【００３１】
得られた各衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームについて、Ａ）ヒステリシスロス率（％）、Ｂ）密度（ｋｇ／ｍ3）、Ｃ）硬度、Ｄ）衝撃吸収性を評価し、その結果を併せて表１に示す。
【００３２】
Ａ）ヒステリシスロス率（％）については、ＪＩＳ  Ｋ６４００−２：２００４に規定される要領に沿って測定した。
【００３３】
Ｂ）密度（ｋｇ／ｍ3）については、数値が概ね８００未満であれば、従来品である熱硬化性ゴムやエラストマーと比較して「軽量化」が達成されたといえる。
【００３４】
Ｃ）硬度については、アスカーＦ硬度計（２０秒後、２３℃）で測定した。
【００３５】
Ｄ）衝撃吸収性については、得られた各衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームに、円柱体（直径６４ｍｍ、重さ５．４ｋｇ）を速度１．０ｍ／ｓで落下させ、該フォームに円柱体が触れた瞬間からの最大加速度（Ｇ）をGeneral Research 社製  商品名“Drop Weight Impact Machine GRC 8200”にて測定した。
最大加速度が０．８Ｇを下回るものを「○」、０．８〜１．０Ｇ以内のものを「△」、１．０Ｇを超えるものを「×」とした。この最大加速度の値が小さいものほど、本願発明が所望とする衝撃吸収性能を有するものといえる。
【００３６】
参考例
実施例１〜５，８，９、および比較例３，４で得られた衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームと、スチール製板（厚さ１ｍｍ）とをそれぞれ積層体とし、頭部インパクタと呼ばれる直径１６５ｍｍ、質量４．５ｋｇの人の頭部を模した球体を衝突させ、頭部インパクタに内蔵される加速度センサーから落下時の重力加速度と衝突時の減速加速度を計測し、下式により頭部損失係数（ＨＩＣ）を求めた。
0005568216.tif 000004
その結果、実施例１〜５のフォームとスチール製板との積層体については、いずれもＨＩＣが１０００以下となった。実施例８，９のフォームとスチール製板との積層体については、ＨＩＣは１０００〜２０００の範囲内であった。比較例３，４のフォームとスチール製板との積層体については、ＨＩＣは２０００以上であった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の衝撃吸収性軟質ポリウレタンフォームおよびそれを用いた衝撃吸収材は、コストや軽量化に課題がある熱硬化性ゴムやエラストマーの代用として、広範な分野に好適に使用され得る。
例えば、家電や事務機器（ＰＣ、コピー機等）などの制振（防音）材、自動車部品（ボンネットやバンパー等）などの緩衝材、等に好適に使用され得る。