(57)【要約】  本発明は、構造要素に接触した非晶質熱可塑性気泡質重合体を含むエネルギー吸収部材であって、非晶質気泡質重合体の気泡の少なくとも約５０％が独立気泡であり、独立気泡は周囲温度で約０．５気圧〜約１．４気圧の気体圧力を有する。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造要素に接触した非晶質熱可塑性気泡質重合体を含むエネルギー吸収部材であって、非晶質気泡質重合体の気泡の少なくとも約５０％が独立気泡であり、独立気泡が周囲温度で約０．５気圧〜約１．４気圧の平均気体圧力を有することを特徴とするエネルギー吸収部材。
【請求項２】
構造要素が、ヘルメットスキン、乗り物のドアパネル、乗り物のドアビーム、乗り物の屋根または乗り物のダッシュであることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３】
構造要素が、乗り物のドアパネル、乗り物のドアビームまたは乗り物の屋根であることを特徴とする請求項２に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項４】
非晶質熱可塑性気泡質重合体がポリスチレン系重合体またはポリスチレン系共重合体であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項５】
非晶質熱可塑性気泡質重合体がポリスチレン系重合体であることを特徴とする請求項４に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項６】
ポリスチレン系重合体がポリスチレンであることを特徴とする請求項５に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項７】
非晶質熱可塑性気泡質重合体がポリスチレン系共重合体であることを特徴とする請求項４に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項８】
ポリスチレン系共重合体が、スチレン系単量体と、アクリロニトリル、ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、アクリル酸メチル、メタクリロニトリル、マレインイミド、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、イタコン酸無水物およびそれらの組み合わせからなる群から選択された共単量体との共重合体であることを特徴とする請求項７に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項９】
前記共単量体がアクリロニトリルであることを特徴とする請求項８に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１０】
アクリロニトリルが非晶質熱可塑性気泡質重合体の約１質量％〜約３５質量％の量で存在することを特徴とする請求項９に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１１】
アクリロニトリルが約１５質量％以下の量で存在することを特徴とする請求項１０に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１２】
アクリロニトリルが約２０質量％以下の量で存在することを特徴とする請求項１１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１３】
非晶質熱可塑性気泡質重合体が発泡剤の残留物を含有することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１４】
発泡剤が、揮発性の脂肪族または環状炭化水素、アルコール、ケトン、エーテル、二酸化炭素、水またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１５】
発泡剤が、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタン、ブチレン、イソブテン、ペンタン、イソペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、ヘプタン、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、ジメチルエーテル、二酸化炭素、水またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１４に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１６】
発泡剤が、二酸化炭素、水またはそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１７】
少なくとも１つの発泡剤が、非晶質熱可塑性気泡質重合体中の空気の拡散速度よりも大きな非晶質熱可塑性気泡質重合体中の拡散速度を有することを特徴とする請求項１４に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１８】
発泡剤のすべてが、非晶質熱可塑性気泡質重合体中の空気の拡散速度よりも大きな非晶質熱可塑性気泡質重合体中の拡散速度を有することを特徴とする請求項１７に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１９】
発泡剤が二酸化炭素、水またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２０】
非晶質熱可塑性気泡質重合体が約８５℃〜約１３５℃の有効ガラス転移温度を有することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２１】
非晶質熱可塑性気泡質重合体が約９０℃〜約１２５℃の有効ガラス転移温度を有することを特徴とする請求項２０に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２２】
非晶質熱可塑性気泡質重合体が、約１２０℃以下の有効ガラス転移温度を有することを特徴とする請求項２１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２３】
非晶質気泡質重合体の気泡の少なくとも約７０％が独立気泡であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２４】
非晶質気泡質重合体の気泡の少なくとも約９０％が独立気泡であることを特徴とする請求項２３に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２５】
非晶質熱可塑性気泡質重合体を取り巻く大気への独立気泡の最大拡散距離が約２０ミリメートル以下であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２６】
前記最大拡散距離が約１０ミリメートル以下であることを特徴とする請求項２５に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２７】
独立気泡の平均気体圧力が１．２気圧未満であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２８】
独立気泡の平均気体圧力が約０．６気圧以上であることを特徴とする請求項２７に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２９】
独立気泡の平均気体圧力が約０．７気圧以上であることを特徴とする請求項２８に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３０】
独立気泡の平均気体圧力が約０．７５気圧以上であることを特徴とする請求項２９に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３１】
独立気泡の平均気体圧力が０．９９気圧以下であることを特徴とする請求項２７〜３０のいずれか１項に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３２】
独立気泡の平均気体圧力が０．９５気圧以下であることを特徴とする請求項３１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３３】
（ａ）非晶質熱可塑性樹脂と発泡剤とを混合する工程、
（ｂ）前記樹脂と発泡剤との混合物から、少なくとも約５０％以上の独立気泡を有する重合体発泡体成形品を成形する工程、
（ｃ）成形された発泡体成形品を、独立気泡が約０．５〜約１．４気圧の気体圧力を有するように処理して、処理された成形された発泡体成形品を作る工程、および
（ｄ）処理された成形された発泡体成形品を構造要素に付着させて、エネルギー吸収部材を作る工程
からなるエネルギー吸収部材を作る方法。
【請求項３４】
発泡剤が二酸化炭素、水またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
発泡剤が二酸化炭素であることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記成形工程が工程（ａ）の混合物を押出成形することによるものであり、前記処理工程が重合体発泡体成形品の少なくとも１つの表面の平削りし、処理された重合体発泡体成形品を作るのに十分な時間、平削りされた重合体発泡体成形品を熟成することによるものであることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
重合体発泡体成形品が、さらに、熱成形によって成形されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記処理の工程が重合体発泡体成形品を穿孔することを含むことを特徴とする請求項３３〜３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
重合体発泡体成形品が熱成形の前に穿孔されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
重合体発泡体成形品が熱成形の後に穿孔されることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
重合体発泡体成形品が、さらに、針金切断によって成形されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項４２】
前記処理の工程が重合体発泡体成形品を穿孔することを含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
重合体発泡体成形品の穿孔を針金切断の前に行うことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
重合体発泡体成形品の穿孔を針金切断の後に行うことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
構造要素に接触した非晶質熱可塑性気泡質重合体を含むエネルギー吸収部材であって、非晶質気泡質重合体の気泡の少なくとも約５０％が独立気泡であり、独立気泡がその中に二酸化炭素からなる発泡剤を有することを特徴とするエネルギー吸収部材。
【請求項４６】
非晶質熱可塑性気泡質重合体が穿孔されていることを特徴とする請求項４５に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項４７】
構造要素に接触した非晶質熱可塑性気泡質重合体を含むエネルギー吸収部材であって、非晶質気泡質重合体の気泡の少なくとも約５０％が独立気泡であり、最大拡散距離が約６０ｍｍ以下になるように熱可塑性気泡質重合体が穿孔されていることを特徴とするエネルギー吸収部材。
【請求項４８】
最大拡散距離が約３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４７に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項４９】
独立気泡がその中に二酸化炭素からなる発泡剤を有することを特徴とする請求項４７に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項５０】
請求項１に記載のエネルギー吸収部材を有する乗り物。
【請求項５１】
請求項４５に記載のエネルギー吸収部材を有する乗り物。
【請求項５２】
請求項４７に記載のエネルギー吸収部材を有する乗り物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車のような乗り物における衝突エネルギー吸収重合体発泡体に関する。
【背景技術】
【０００２】
重合体発泡体は、様々な緩衝用途において広く使用されている。発泡体は、枕、座席、マットレス、および柔らかさおよび心地よさが支配的な要素である類似の用途において一般に使用されている。発泡体は梱包の中身を緩衝するためにも使用される。梱包においては、発泡体は、典型的には、梱包の押し合いまたは落下による適度な歪みを見るにすぎず、その結果、弾力的に変形するだけである（すなわち、発泡体は変形した後に跳ね返り、典型的には約１０％未満の歪みである）。梱包用発泡体は、また、たとえあったとしても、発泡体の寸法に関する要求をほとんど有しないが、低い衝撃に対し中身を緩衝しなければならないだけである。結果的に、低価格の発泡ポリスチレンおよび発泡セルロース系の梱包用ピーナッツが、たとえそれらの各々が温度および湿気のそれぞれによる相当な変形に弱くても、使用されるのがかなり一般的である。
【０００３】
近年、自動車は、衝突の際の占有者の負傷を軽減するためのより厳しい要求を満たすことを要求されている。そうするために、自動車は、前面の衝突のためにエアバッグを組み込んでいる。より最近では、側面衝突や転覆事故からの頭部負傷にますます多くの注意を払われてきた。これらは、側面エアバッグを用い、そしてまた弾力的に変形するだけではなく非弾力的に変形する（すなわち、押しつぶされる）ことによってエネルギーを吸収する発泡体を使用し始めた。
【０００４】
自動車衝突緩和に使用された発泡体の大部分は、ポリウレタンのような独立気泡熱硬化性樹脂発泡体および発泡ポリプロピレンビーズおよびポリプロピレン合体発泡体ストランド（たとえば、ＳＴＲＡＮＤＦＯＡＭ、ダウ・ケミカル社（The Dow Chemical Company）の商標）のような独立気泡結晶質熱可塑性樹脂発泡体であった。これらの自動車エネルギー吸収発泡体の各々は、費用がかかり、そして吸収される圧縮エネルギーのために望まれるよりも大きな質量になる傾向がある。しかし、それらはたとえば結晶質または熱硬化性樹脂であるために、きしむ音やがらがら音が発達するのを防ぐとともに適正な衝突吸収を保証するために自動車メーカーによって要求される優れた寸法安定性を示す。
【０００５】
前に述べたように梱包において一般的なポリスチレン発泡体のような他の重合体発泡体が試みられたが、それらは、主として自動車が受ける厳しい環境における寸法安定性の欠如のために、商業上受け入れられたとしても、あまり利益を得ていない。たとえば、自動車の内部は、冬にたとえばアラスカでのマイナス２０℃以下から、死の谷における日光（容易に自動車の屋根の上で卵を料理することができる）による１００℃に近い温度までの範囲の温度になることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、安価で、質量が軽く、エネルギー吸収が良く、自動車の内部が受ける環境に耐えることができる、乗り物エネルギー吸収発泡体を提供できれば望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、構造要素に接触した非晶質熱可塑性気泡質重合体を含むエネルギー吸収部材であって、その非晶質気泡質重合体の気泡の少なくとも約５０％は独立気泡であり、その独立気泡は周囲温度（すなわち約２３℃）で約０．５気圧〜約１．４気圧の気体圧力を有することを特徴とする。
【０００８】
驚くべきことに、非晶質発泡体は、それが前述の気泡圧力を有するときに、たとえそれが低いガラス転移温度（たとえばポリスチレン）を有していても、実質的に変形することなしに（たとえば、寸法安定性のための自動車の規格を満たす。）、衝撃吸収部材を作るために、ドアのような乗り物構造部品に組み込むことができることが発見された。
【０００９】
本発明の第二の態様は、次の工程を含むエネルギー吸収部材を作る方法である。
（ａ）非晶質熱可塑性樹脂と発泡剤とを混合する工程、
（ｂ）前記樹脂と発泡剤との混合物から、少なくとも約５０％の独立気泡を有する重合体発泡体成形品を成形する工程、
（ｃ）成形された発泡体成形品を、独立気泡が約０．５〜約１．４気圧の気体圧力を有するように処理して、処理された成形された発泡体成形品を作る工程、および
（ｄ）処理された成形された発泡体成形品を構造要素に付着させて、エネルギー吸収部材を作る工程。
【００１０】
その方法は、自動車、バス、トラックのような乗り物、列車、航空機、バイク・ヘルメット、ガードレールおよびその他の激しい衝撃からのエネルギーの吸収が緩和されることが望まれる用途においてをするエネルギー吸収部材を作るために使用することができる。
【００１１】
本発明の第三の態様は、構造要素に接触した非晶質熱可塑性気泡質重合体を含むエネルギー吸収部材であって、その非晶質気泡質重合体の気泡の少なくとも約５０％は独立気泡であり、その独立気泡はその中に二酸化炭素からなる発泡剤を有する。驚くべきことに、ＣＯ２が主要な発泡剤であるときに、エネルギー吸収部材の寸法安定性が、他の発泡剤と比較して、大いに改良されることが見いだされた。
【００１２】
本発明の第四の態様は、構造要素に接触した非晶質熱可塑性気泡質重合体を含むエネルギー吸収部材であって、その非晶質気泡質重合体の気泡の少なくとも約５０％は独立気泡であり、そしてその熱可塑性気泡質重合体は最大拡散距離が高々約６０ｍｍであるように穿孔されている。驚くべきことに、エネルギー吸収部材の発泡体中の穿孔の使用が優れた寸法安定性能に帰着することもまた見いだされた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
エネルギー吸収部材
本発明は、構造要素に接触した非晶質熱可塑性気泡質重合体を含むエネルギー吸収部材である。エネルギー吸収部材の構造要素は、乗り物事故のような衝撃のエネルギーを散らすために、気泡質重合体（この明細書中では「発泡体」ともいう。）を支援しまたはそれと協力して働く任意の構造である。構造要素の具体例は、乗り物のドアパネル、ビーム、ダッシュおよび屋根；ヘルメットスキン；ならびにガードレールである。好ましくは、構造要素は、自動車またはトラックのドアパネル、ドアビーム、ダッシュまたは屋根である。構造部材は気泡質重合体を支持しそしてそれへの裏張の役割をするものであり、たとえそれがそうかもしれなくても、構造部材は必ずより大きな装置（たとえば乗り物）の構造要素である部品であるということを意味すると意図されていないことが理解される。
【００１４】
エネルギー吸収部材は、また、非晶質熱可塑性気泡質重合体からなる。非晶質とは、当技術分野において一般に理解されているように、一定の結晶構造および明確な融点を欠くことを意味する。しかし、いくらかの非常に小さな規則構造があるかもしれないが、そのような規則の大きさのために、そのような規則を測定する技術は、たとえば、検出しないか、非晶質物質と実質的に異ならない。たとえば、規則正しいドメインは非常に小さな大きさなので、Ｘ線回折は拡散散乱に帰着し、もしそのようなドメインが存在すれば、それらは高々約５０〜１００ナノメートルの大きさであろう。たとえ重合体が非晶質でも、明確な融点が存在しない限り、小さな部分はいくらかの局部的な規則性を示してもよい。説明的に、Ｘ線回折図形は、Ｘ線技術の雑音上に認識可能な小さなピークを示してもよい。
【００１５】
重合体とは、合成有機重合体を意味すると理解され、いかなる適切な熱可塑性非晶質重合体であってもよい。典型的な適切な重合体としては、ポリスチレン系重合体およびポリスチレン系共重合体が挙げられる。ポリスチレン系重合体とは、スチレンモノマー、スチレンモノマーの誘導体（たとえば置換スチレン）またはそれらの組み合わせの重合体を意味する。置換スチレンの具体例は、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、２，４−ジメチルスチレン、２，５−ジメチルスチレン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルスチレン、ｐ−クロロスチレンである。好ましくは、ポリスチレン系重合体はポリスチレンである。
【００１６】
ポリスチレン系共重合体は、上述のスチレン系単量体（スチレンおよびスチレンモノマーの誘導体）とスチレン系単量体でない共単量体との共重合体を意味する。典型的な共単量体としては、アクリロニトリル、ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、アクリル酸メチル、メタクリロニトリル、マレインイミド、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、イタコン酸無水物またはそれらの組み合わせが挙げられる。共単量体は、好ましくは、アクリロニトリル、無水マレイン酸またはそれらの組み合わせである。より好ましくは、共単量体はアクリロニトリルである。
【００１７】
通常、ポリスチレン系共重合体中のポリスチレン系単量体の量は、共重合体の少なくとも約５０モル％である。典型的には、共単量体の量は、ポリスチレン系共重合体の約１〜５０モル％である。好ましくは、共単量体の量は、ポリスチレン系共重合体の少なくとも５モル％、より好ましくは少なくとも約１０モル％、さらに好ましくは少なくとも約２０モル％、そして最も好ましくは少なくとも約２５モル％である。
【００１８】
好ましいポリスチレン系共重合体はスチレンアクリロニトリル共重合体（ＳＡＮ）である。ＳＡＮ共重合体は、１〜５０質量％のアクリロニトリルを有することができる。好ましくは、アクリロニトリルは、ＳＡＮ共重合体の少なくとも約５質量％、より好ましくは少なくとも１０質量％、最も好ましくは少なくとも約１５質量％、そして好ましくは高々４０質量％、より好ましくは高々約３５質量％、最も好ましくは高々約３０質量％の量で存在する。
【００１９】
重合体は、いかなる有用な質量平均分子量（Ｍｗ）のものであってもよい。説明的に、ポリスチレン系重合体またはポリスチレン系共重合体のＭｗは１０，０００〜１，０００，０００であることができる。好ましくは、ポリスチレン系重合体またはポリスチレン系共重合体のＭｗは、少なくとも約８０，０００、より好ましくは少なくとも約１００，０００、最も好ましくは少なくとも約１５０，０００、そして好ましくは高々約４００，０００、より好ましくは高々約３５０，０００、最も好ましくは高々約３００，０００である。
【００２０】
分子量分布Ｍｗ／Ｍｎはいかなる適切な分布であってもよく、それは使用される特定の重合体に少なくとも部分的に依存し、当業者によって容易に決定される。説明的に、ポリスチレン系重合体またはポリスチレン系共重合体の分子量分布Ｍｗ／Ｍｎは、好ましくは少なくとも約１．０、より好ましくは少なくとも約１．５、最も好ましくは少なくとも約２．０、そして好ましくは高々約１０．０、より好ましくは高々約７．０、最も好ましくは高々約４．０である。
【００２１】
さらに、重合体は、また、それが非晶質熱可塑性重合体のままである限り、他の添加剤を含有してもよい。他の添加剤の具体例としては、少量の架橋剤（たとえばジビニルベンゼン）、着色剤、紫外線保護剤、酸化防止剤、充填剤、難燃剤、帯電防止剤、気泡核生成制御剤などが挙げられる。
【００２２】
エネルギー吸収部材中の重合体は気泡質である。気泡質（発泡体）とは、当技術分野において一般に理解される意味を有し、重合体が独立気泡または連続気泡からなる、相当に低い見掛け密度を有することを意味する。独立気泡とは、その気泡の内部の気体が気泡を形成する重合体の壁によって別の気泡から隔離されていることを意味する。連続気泡とは、その気泡の中の気体がそのように制限されておらず、重合体の気泡の壁を通過しなくとも、大気に流れることができることを意味する。
【００２３】
発泡体の気泡の少なくとも約５０％は独立気泡である。そのような量の気泡を独立気泡にすることは、これらの気泡がエネルギー吸収部材が衝突した際に寄与することができるエネルギー吸収と圧潰挙動のために、重要である。独立気泡は、より大きく衝撃のエネルギーを散らすことに関与するかもしれないが、驚くべきことに、少量の連続気泡が、たとえば乗り物ヘッドライナーに使用される発泡体に必要な受け入れ可能な寸法安定性を達成するのに必要な適正な平均気体圧力の達成において望ましいことが見いだされた。このための代表的な標準は、ゼネラル・モーターズ標準ＧＭＮ８３５１である。この標準は、発泡体の各辺５０ｍｍの立方体を、処理後にいずれの寸法も３％を超えて変化させることなしに、表１に示された処理を３回繰り返すことを必要とする。
【００２４】
表１
８５℃で７２時間
温度および湿度で２４時間
−３０℃で８時間
８５℃で４０時間
温度および湿度で２４時間
−３０℃で８時間
【００２５】
上記の理由で、発泡体の気泡の少なくとも約５５％が独立気泡であることが好ましく、より好ましくは少なくとも約６０％、さらに好ましくは少なくとも約７５％、そして最も好ましくは少なくとも約９０％が独立気泡である。
【００２６】
好ましい実施態様においては、発泡体の連続気泡はすべて、発泡体の表面に、発泡体の内部の孔を定義する１つ以上の壁の中に、またはそれらの組み合わせに位置する。そのような連続気泡は、たとえば、発泡体の表面を平削りすることによって、またはピンで発泡体を穿孔することによって形成することができ、それについては後でより詳細に記述する。発泡体は独立気泡から大気までの最大気体拡散距離が約６０ｍｍ以下であることが特に望ましい。最大気体拡散距離とは、気体分子または原子が発泡体を取り巻く大気に達するために移動しなければならない直線距離であり、発泡体中の穿孔の壁の内部の連続気泡のような連続気泡に達することを包含する。好ましくは、最大気体拡散距離は、高々約５０ｍｍ、より好ましくは高々約３０ｍｍ、さらに好ましくは高々約２０ｍｍ、そして最も好ましくは高々約１５ｍｍである。
【００２７】
エネルギー吸収部材中の発泡体は、また、望ましくは、十分なエネルギー吸収を与えながら、できるだけ低い密度を有し、それは典型的には予想される特定の衝撃の関数である。ヘッドライナー対抗手段、ヘルメットなどのような頭部負傷減少用途を意図する衝撃吸収部材において、気泡質重合体は、また、好都合に、予想される衝撃の方向の圧縮強さが、厚さ２５〜５０ｍｍの試料で０．０８ｓ−１の歪速度で測定したときに、２５％の歪みで、少なくとも２５０ｋＰａ、好ましくは少なくとも２９０ｋＰａ、約７００ｋＰａ以下、特に約６００ｋＰａ以下である。これらの用途のためには、気泡質重合体は、好都合には、密度が約３．５ポンド／立方フィート（５６ｋｇ／ｍ３）以下、好ましくは約２．５ポンド／立方フィート（４０ｋｇ／ｍ３）以下、より好ましくは約２．３５ポンド／立方フィート（３７．６ｋｇ／ｍ３）以下である。好ましくは、密度は、少なくとも約１．５ポンド／立方フィート（２４ｋｇ／ｍ３）である。特に好ましい密度は、約１．７５〜約２．２ポンド／立方フィート（２８〜３５．２ｋｇ／ｍ３）である。これらの圧縮強さおよび密度を有する気泡質重合体は、ＦＭＶＳＳ  ２０１（Ｕ）によって測定したＨＩＣ（ｄ）値が特に低くなる傾向があることが見いだされた。頭部負傷減少用途で使用される特に好ましい気泡質重合体は、上で示したように試験したときに、２５％の歪みにおける圧縮強さが２９０〜６００ｋＰａ、密度が１．５〜２．２ポンド／立方フィート（２４〜３５．２ｋｇ／ｍ３）、そして弾性限界が３〜１０％歪みである。
【００２８】
骨盤のボルスターなどのような骨盤の負傷保護減少用途のためには、気泡質重合体は、また、好都合に、厚さ２５〜５０ｍｍの試料で０．０８ｓ−１の歪速度で測定した予想される衝撃の方向の圧縮強さが、２５％の歪みで、少なくとも２５０ｋＰａ、好ましくは少なくとも３５０ｋＰａであり、約１０００ｋＰａ以下、特に約９００ｋＰａ以下である。これらの用途のためには、気泡質重合体は、好都合に、密度が５ポンド／立方フィート（８０ｋｇ／ｍ３）以下、好ましくは４．５ポンド／立方フィート（７２ｋｇ／ｍ３）以下である。好ましくは、密度は、少なくとも２．０ポンド／立方フィート（３２ｋｇ／ｍ３）である。特に好ましい密度は、約２．１〜約４．０ポンド／立方フィート（３４〜６４ｋｇ／ｍ３）ある。これらのより硬い気泡質重合体は、なお、広い歪み範囲にわたって、望ましいほとんど一定の圧縮応力を示す傾向がある。骨盤負傷保護用途で使用される特に好ましい気泡質重合体は、上で示したように試験したときに、２５％の歪みにおける圧縮強さが３００〜９００ｋＰａ、密度が２．１〜４．０ポンド／立方フィート（３４〜６４ｋｇ／ｍ３）、そして弾性限界が３〜１０％歪みである。
【００２９】
胸部ボルスターなどのような、胸部の減少用途においては、気泡質重合体は、また、好都合に、厚さ２５〜５０ｍｍの試料で０．０８ｓ−１の歪速度で測定した予想される衝撃の方向の圧縮強さが、２５％の歪みにおいて、少なくとも１５０ｋＰａ、好ましくは少なくとも２００ｋＰａであり、約７００ｋＰａ以下、特に約５００ｋＰａ以下である。これらの用途のためには、気泡質重合体は、好都合には、３．０ポンド／立方フィート（４８ｋｇ／ｍ３）以下、好ましくは２．０ポンド／立方フィート（３２ｋｇ／ｍ３）以下の密度を有する。好ましくは、密度は、少なくとも１．２５ポンド／立方フィート（２０ｋｇ／ｍ３）である。特に好ましい密度は、約１．５〜約２．０ポンド／立方フィート（２４〜３２ｋｇ／ｍ３）である。これらのより柔軟な気泡質重合体は、なお、広い歪み範囲にわたって、望ましいほとんど一定の圧縮応力を示す傾向がある。骨盤負傷保護用途で使用される特に好ましい気泡質重合体は、上で示したように試験したときに、２５％の歪みにおける圧縮強さが２００〜５００ｋＰａ、密度が１．５〜２．０ポンド／立方フィート（２４〜３２ｋｇ／ｍ３）、そして弾性限界が３〜１０％歪である。
【００３０】
気泡質重合体は、さらに、好都合には、６０％の歪みにおいて少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％の圧縮効率を示し、６５％の歪みにおいて少なくとも６０％、好ましくは少なくとも７５％の圧縮効率を示し、７０％の歪みにおいて少なくとも５５％、好ましくは少なくとも７０％の圧縮効率を示し、および／または７５％の歪みにおいて少なくとも５０％、好ましくは少なくとも６５％の圧縮効率を示す。８５％以上の圧縮効率が、６０〜６５％の歪みにおいて、本発明で得ることができる。圧縮効率は、前に記述した方法で０．０８ｓ−１の歪速度で発泡体を圧縮し、瞬間荷重およびクロスヘッド変位（displacement）を記録することによって計算される。過渡応力は、瞬間荷重を、圧縮方向に垂直な発泡体試験片の最初の断面積で割ることによって計算される。過渡歪みは、厚さの変化を最初の厚さで割ることによって計算される。次に、圧縮効率は、次の関係式を使用して計算される。
【００３１】
【数１】
2009523190.tif 000003
【００３２】
ここで、σは瞬間応力（典型的にはＭＰａ表示）を表わし、εは歪みを表わし、そしてσｍａｘは瞬間応力と同一の装置で達成された最大応力を表わす。
【００３３】
気泡質重合体の気泡は、ＡＳＴＭ  Ｄ−３５７６−９８によって測定される平均サイズ（最大寸法（dimension））が約０．０５〜約５．０ｍｍ、特に約０．１〜約３．０ｍｍであることができる。より大きな平均気泡サイズ、特に最大寸法で約１．０〜約３．０ｍｍ、または約１．０〜約２．０ｍｍの平均気泡サイズを有する気泡質重合体は、特に興味がある。より大きな気泡サイズを有する気泡質重合体は多くの場合高い歪み水準においてより良好な圧縮効率を有することが見いだされた。最も小さな気泡寸法は、好ましくは、約０．０３〜約０．７５ｍｍの範囲にある。
【００３４】
本発明は、発泡体の有効ガラス転移温度が約７５℃〜約１４０℃である熱可塑性重合体に特に有用である。本来の熱可塑性重合体のガラス転移温度とは対照的に、発泡体の有効ガラス温度は、エネルギー吸収部材中の発泡体のガラス転移温度であり、たとえば発泡剤が発泡体の重合体のガラス転移温度に及ぼすかもしれない可塑化効果を考慮に入れるために使用される。本発明は、それが低いガラス転移温度の発泡体を可能にするので、特に有用であり、それは、他の方法では、より高い温度で寸法的に安定であるために加熱すると膨張しまたは爆発するかもしれない。好ましくは、有効ガラス転移温度は、少なくとも約８０℃、より好ましくは少なくとも約８５℃、さらに好ましくは少なくとも約９０℃、そして最も好ましくは少なくとも約９５℃であり、好ましくは約１３５℃以下、より好ましくは約１３０℃以下、さらに好ましくは約１２５℃以下、そして最も好ましくは約１２０℃以下である。
【００３５】
発泡体の有効ガラス温度は、ＡＳＴＭ法Ｄ４０６５−０１動的機械的性質測定で決定することができる。発泡体の弾性率および損失弾性率は、レオメトリック・サイエンティフィック社（Rheometric Scientific Inc）（ティー・エイ・インスツルメンツグループ、デラウェア州ニューキャッスル）製のレオメトリック・サイエンティフィックＲＤＡ  ＩＩＩ動的機械的分析計（Rheometric Scientific RDA III Dynamic Mechanical Analyzer）またはレオメトリック動的機械的熱分析計ＲＳＡ  ＩＩ（Rheometrix Dynamic Mechanical Thermal Analyser RSA II）のような動的熱力学分析計機器で測定される。これらの弾性率は、温度の関数であり、特定の温度範囲で急速に変化する。急速な弾性率変化の領域は、通常、遷移域と呼ばれ、Ｔｇは標準により決定される。
【００３６】
必要な寸法安定性能を達成するためには、独立気泡の平均気体圧力が約０．５〜約１．４気圧であることが重要である。そのような気体圧力が、エネルギー吸収部材の発泡体中に存在するとき、最大線寸法変化が、概して、それらをエネルギー吸収部材にとって有用にする約５％未満であることが見いだされた。前述の気体圧力が、後述する方法によって測定される気体圧力（それは周囲条件で独立気泡の平均圧力を表わすと考えられる。）であると理解される。気泡の最も望ましい平均気体圧力は、特定の重合体、発泡体構造、発泡剤、有効ガラス転移温度のような多くの要因に依存し、所与の発泡体のための過度の実験なしに、当業者によって容易に決定され得る。しかしながら、気泡の気体圧力は、たとえばきしませまたは構造部材から発泡体を押しのける原因となる乗り物中の他の構造への侵害に帰着するであろう発泡体の膨張の可能性を最小限にするために大気圧未満であることが望ましい。好ましくは、気泡の平均気体圧力は１．２気圧未満、より好ましくは約１．１気圧未満であり、さらに好ましくは圧力は約１．０気圧以下、より好ましくは約０．９９気圧以下、そして最も好ましくは約０．９５気圧以下である。
【００３７】
同様に、平均気体圧力は、たとえば乗り物中で晴れた日にあまりにも多くの収縮から守るために、好ましくは少なくとも約０．５５気圧、より好ましくは少なくとも０．６気圧、  そして最も好ましくは少なくとも約０．７気圧である。独立気泡の平均気体圧力は、発泡体が作られた最初の時が分かっているならば、異なる時に発泡体中の気体含有量を見積もることによって、気体拡散速度を使用して、計算され得る（たとえばＡＳＴＭ  Ｄ７１３２−０５）。しかし、発泡体の最初の時が必ずしも分かっているとは限らないので、ここでは次の実験的方法を使用する。エネルギー吸収部材の発泡体の独立気泡の平均の内部気体圧力を決定するために、辺の長さが約５０ｍｍの発泡体の立方体の少なくとも３つを、別々に、真空（１トール以下）、０．５気圧、および周囲圧力（１気圧）で、８５℃の炉の中に１２時間置く。立方体を炉の中に置いた後、できるだけ速やかにその圧力にする。１２時間後、炉は、炉内の圧力を変えずに、室温に放冷する。立方体が冷えた後、それを取り出し、立方体の直交する各方向の最大の寸法変化を決定する。次に、最大線寸法変化を、測定値から決定し、圧力に対してプロットし、曲線に線形回帰分析を用いて直線をあてはめ、平均内部気泡圧力はあてはめた線が寸法変化が０（零）を有するところの圧力である（図２参照）。
【００３８】
エネルギー吸収部材の発泡体は、常に、物理的または化学的発泡剤を用いて形成され、典型的には気泡の中に発泡剤のいくらかの残留物をまたは重合体自体の内部に可溶化された発泡剤のいくらかの残留物を有する。発泡体は、揮発性脂肪族または環状炭化水素、塩素化炭化水素、フッ素化炭化水素、クロロフッ素化炭化水素、アルコール、ケトン、エーテル、大気中に存在する気体（酸素、窒素、二酸化炭素、水素、ヘリウムなど）またはそれらの組み合わせのような任意の適切な発泡剤を有することができる。
【００３９】
揮発性炭化水素の具体例としては、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブチレン、イソブテン、ペンタン、シクロペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタンまたはそれらの混合物が挙げられる。塩素化炭化水素、フッ素化炭化水素およびクロロフッ素化炭化水素の具体例としては、塩化メチル、ジクロロジフルオロメタン、オクタフルオロシクロブタン、クロロジフルオロメタン、１，２−ジクロロテトラフルオロエタン、１，１−ジクロロテトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタン、２−クロロ−１，１−ジフルオロエタン、２−クロロ−１，１，１−トリフルオロエタン、１，１，１，２−テトラフルオロエタン、１，１，１−トリフルオロエタン、１，１，１−トリフルオロプロパン、トリクロロトリフルオロエタン、ジフルオロメタン、２−クロロ−１，１，１，２−テトラフルオロエタン、２，２−ジフルオロプロパン、フッ化エチル、１，１−ジフルオロエタン、１，１，２，２−テトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタン、ペルフルオロエタン、２，２−ジフルオロプロパン、１，１，１−トリフルオロプロパン、および１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン、および１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン、塩化エチルまたはそれらの混合物が挙げられる。
【００４０】
１〜５個の炭素（Ｃ１−Ｃ５）を有する脂肪族アルコールの具体例としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノールまたはそれらの混合物が挙げられる。カルボニル含有化合物の具体例としては、アセトン、２−ブタノン、アセトアルデヒドまたはそれらの混合物が挙げられる。エーテル含有化合物の具体例としては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテルまたはそれらの混合物が挙げられる。他の適切な化学的発泡剤の具体例としては、アゾジカルボンアミド、アゾジイソブチロニトリル、ベンゼンスルホヒドラジド、４，４−オキシベンゼンスルホニルセミカルバジド、ｐ−トルエンスルホニルセミカルバジド、アゾジカルボン酸バリウム、Ｎ，Ｎ′−ジメチル−Ｎ，Ｎ′−ジニトロソテレフタルアミド、トリヒドラジノトリアジンおよび炭酸水素ナトリウムが挙げられる。
【００４１】
説明的に、ポリスチレン系重合体およびポリスチレン系共重合体は、典型的には気体発泡剤としてクロロフルオロ炭化水素を使用してきた。これらは、より低い有効ガラス転移温度に帰着する重合体を可塑化する傾向があり、それは発泡体が寸法的に安定化する能力を失わせるかもしれない。これらは、また、それらの遅い拡散速度のために、発泡体が長期間熟成された後でさえ、平均気体圧力が１気圧を超える発泡体を形成する傾向があった。結果的に、前述の平均気体圧力を有する発泡体の形成を容易にするために、少なくとも１つの発泡剤または発泡剤の混合物の１つの成分が、空気よりもかなり速い発泡体中拡散速度を有することが好ましい。この明細書において「よりもかなり速い」とは、発泡剤の拡散速度が空気の拡散速度よりも少なくとも約２倍速いことを意味する。空気の拡散は、空気中の酸素と窒素の存在比率で加重平均した酸素および窒素の加重平均拡散速度と考えられる。好ましくは、発泡剤の拡散速度は、空気の拡散速度よりも、少なくとも約３倍、より好ましくは少なくとも４倍、さらに好ましくは少なくとも５倍、そしてもっとも好ましくは少なくとも１０倍速い。
【００４２】
たとえば環境問題のために、本発明の特に望ましい実施態様は、非晶質熱可塑性重合体がポリスチレン系重合体またはポリスチレン系共重合体であり、そして発泡剤が二酸化炭素、水またはそれらの組み合わせからなるときである。好ましくは、この実施態様のためには、発泡剤は二酸化炭素である。
【００４３】
エネルギー吸収部材の作成
エネルギー吸収部材は以下のように作ることができる。非晶質熱可塑性重合体と発泡剤は一緒に混合される。重合体と発泡剤を混合する適切な方法としては、当技術分野において既知のいかなる方法を用いてもよい。たとえば、発泡剤は、米国特許第３，２３１，５２４号明細書、米国特許第３，４８２，００６号明細書、米国特許第４，４２０，４４８号明細書および米国特許第５，３４０，８４４号明細書に記載されているように、押出機の中で加熱された重合体に注入してもよいし、あるいは米国特許第４，４８５，１９３号明細書およびこの特許が第３欄第６行〜第１３行において引用している米国特許の各々に記載されているように、発泡剤は、典型的には加圧下で、重合体ビーズに加えてもよい。
【００４４】
重合体と発泡剤が混合された後、重合体と発泡剤はある形状に成形される。その形状は最終の形状であってもよいし仮の形状であってもよい。成形は、当技術分野において既知のいかなる適切な方法（たとえば、押出発泡厚板および発泡ビーズ発泡体）で行ってもよい。たとえば、押出を用いるときは、発泡体の厚板が形成され、それは後ほど針金でより複雑な最終の形状に切断されてもよいし、またはその板は有用な形状に切断され、その後、より望ましい最終の形状に熱成形されてもよい。熱成形の使用は、また、それが本発明のエネルギー吸収部材の望まれる気体圧力を維持するのを助ける、より不浸透性の表皮を作ることができるという点で有利かもしれない。
【００４５】
当技術分野においてよく知られており、たとえば米国特許第２，８９９，７０８号明細書、米国特許第３，３３４，１６９号明細書、米国特許第３，４８４，５１０号明細書、米国特許第３，９２３，９４８号明細書および米国特許第４，３５９，１６０号明細書に記載されているそのような熱成形は、発泡体成形品を成形した後にいつでも行うことができるが、好ましくは発泡体成形品が特定の気体圧力を達成した後に（すなわち処理後に）行われる。熱成形中の独立気泡の平均気体圧力は、前述したいずれでもよいが、その圧力を上げる場合がある熱成形中の発泡体の圧縮のために、好都合には、より低い圧力である。説明的に、発泡体の気体圧力は、高々約１気圧、好ましくは高々約０．９５気圧、より好ましくは高々約０．９気圧、さらに好ましくは高々約０．８５気圧、最も好ましくは高々約０．８気圧であり、そして少なくとも約０．５気圧である。
【００４６】
繰り返して言うと、発泡体成形品は、エネルギー吸収部材の発泡体の前述の平均独立気泡気体圧力を達成するために処理される。その処理は、発泡体に適正な平均気体圧力を与えるのに十分であれば、いかなる長さの熟成時間行ってもよい。十分な時間の量は、発泡体の重合体、部品の大きさ、使用される発泡剤および熟成雰囲気のような多くの要因に依存する。当業者は、過度の実験なしに、適切な時間を決定することができる。典型的には、その時間は、１日から１年以上の範囲で変わり得る。
【００４７】
好ましい方法においては、押出発泡体厚板が形成され、それは次に押出発泡体厚板の表面に連続気泡を作るために平削りされ、および／またはここに記述された気体拡散距離を有する発泡体を作るために穿孔される。発泡体厚板の少なくとも上面および底面の両方が平削りされることが好ましい（すなわち厚板の大きな表面、すなわちたとえば４′×８′×１″厚板の４′×８′表面）。これは、驚くべきことに、特に発泡剤が二酸化炭素または二酸化炭素および水からなるときに、周囲条件下で処理時間の１桁低減を可能にすることが見いだされた。厚板を穿孔する場合、穿孔は、厚板の深さ方向に貫通してもよいし、盲孔を形成してもよい。その穿孔は、発泡体厚板から閉じ込められていた可燃性炭化水素気体（たとえばイソブタンおよびペンタン）を放出するために使用される米国特許第５，４２４，０１６号明細書に記載されたのと同様な方法で作ることができる。
【００４８】
さらに、もし望むならば、その処理は、周囲よりも高い温度であるが、発泡体がゆがむ温度よりは低い温度を含むことができ、その温度は使用される特定の重合体に応じて容易に決定できる。その処理は、また、異なる雰囲気の使用を含んでもよく、たとえば、水が発泡剤として使用されるときは、雰囲気は乾燥した空気であってもよい。発泡体成形品を取り巻く雰囲気の圧力は、また、減圧または高圧が発泡体がゆがめるほど大きくない限り、大気圧より低く（減圧）てもよいし、高圧でもよい。好ましくは、便宜上、圧力は周囲圧力であり、雰囲気は空気である。
【００４９】
処理された発泡体成形品は、また、発泡体の表面の一部または全表面に付着された装飾裏当てまたは不浸透性膜を有することもできる。不浸透性膜は、発泡体の中へのまたは発泡体から外への気体の移動を制限しまたは止めるいかなる材料からできていてもよい。そのような薄膜は、当技術分野において既知の任意の適切な方法（たとえばスパッタリング、化学蒸着法、接着剤または熱融着を使用した箔、薄膜またはシートの接着）で設けることができる。不浸透性膜の具体例としては、金属箔（たとえば銀、アルミニウム、鋼箔のような鉄系箔）、およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜、ポリアミド薄膜またはそれらの組み合わせのようなプラスチック薄膜が挙げられる。
【００５０】
最後に、エネルギー吸収部材を作るために、処理された発泡体成形品は、構造部材に付着される。処理された発泡体成形品は、たとえばヘルメットスキンまたはドアパネルにおいて発泡性ビーズ発泡体を使用するときに、たとえば構造部材中の空洞の中に直接発泡させることができる。その空洞は、発泡体の付着を容易にするために構造要素の中に設計することができる。発泡体は、また、当技術分野において既知の任意の適切な方法で構造要素に付着することができる。その方法としては、たとえば機械的方法（たとえば締結具）または化学的方法（たとえば、接着剤、および発泡体を構造要素と接触させたときに、発泡体が構造部材に融合するのに十分な温度に構造部材を加熱すること、および発泡体の表面に溶媒を塗布しそれを構造部材に接触させることによって融合すること。）が挙げられる。
【実施例】
【００５１】
実施例１
ＦＬＯＯＲＭＡＴＥTM  ２００−Ａ（ダウ・ケミカル社（ミシガン州ミッドランド）から入手可能な押出法ポリスチレン発泡体）の１００ｍｍ×６００ｍｍ×１２００ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を製造後周囲条件下で約１年間貯蔵した。その発泡体は約３５ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。また、その発泡体は独立気泡発泡体であった。独立気泡発泡体とは、実際上、一般に、気泡の少なくとも９０％が独立気泡であることを意味する。発泡剤は二酸化炭素、ｎ−ペンタンおよびイソペンタンであった。次に、５０ｍｍの立方体を帯鋸で厚板の横断面から切り出した。立方体の寸法をノギスで測定した後、試料は８５℃で２４時間対流式炉の中に置いた。冷却後の立方体を測定し、各寸法の変化パーセントを決定した。その結果を表１に示す。独立気泡の気体圧力をここに記載したように測定した。その結果を表１に示す。
【００５２】
実施例２
押出法ポリスチレン発泡体の１００ｍｍ×６００ｍｍ×２２００ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を、米国特許第５，３４０，８４４号明細書の比較例１に記載された方法と同様な方法で、発泡剤としてＣＯ２を使用して、生産規模装置で製造した。その発泡体は約３５ｋｇ／ｍ３の密度を有し、そして気泡の少なくとも９０％が独立気泡であった。押し出しした後に、その厚板は、厚板の厚さ方向に貫通するように直径２ミリメートルの針を使用して穿孔した。穿孔の間隔は、幅方向に約１０ミリメートル、長さ方向に２０ミリメートルであった。その厚板は、穿孔前に約１９日間および穿孔後周囲条件下で１３日間貯蔵した。次に、５０ｍｍの立方体を、その厚板の横断面から切り出し、実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。その立方体を２４時間８５℃に加熱した後のものを、図１の写真の右側に示す。比較のために、比較例１の立方体を写真の左側に示す。
【００５３】
実施例３
ＳＴＹＲＯＦＯＡＭTM  ＦＢ−Ｘ（ダウ・ケミカル社（ミシガン州ミッドランド）から入手可能な押出法ポリスチレン発泡体）の２００ｍｍ×６００ｍｍ×２５００ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を、製造後周囲条件下で約８か月間貯蔵した。その発泡体はＨＦＣ１３４ａ発泡剤を使用して製造した。その発泡体は、約３６．５ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。そしてそれは独立気泡発泡体である。次に、５０ｍｍの立方体を、その厚板の横断面から切り出し、実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。
【００５４】
実施例４
押出法ポリスチレンの５０ｍｍ×６００ｍｍ×２２００ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を、米国特許第５，３４０，８４４号明細書の比較例１で記載された方法と同様な方法であるが、この発泡体の連続気泡を増加させるためにわずかに高い口金温度で、発泡剤としてＣＯ２を使用して、生産規模装置で製造した。その発泡体は、約３５．５ｋｇ／ｍ３の密度および約５０％の連続気泡を有していた。その厚板を周囲条件下で４０日間貯蔵した。次に、５０ｍｍの立方体を、その厚板の横断面から切り出し、高温処理時間を１３日間にした以外は実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。
【００５５】
実施例５
ＳＴＹＲＯＦＯＡＭ＊アートボード厚板（ダウ・ケミカル社（ミシガン州ミッドランド）から入手可能な押出法ポリスチレン発泡体、＊ダウ・ケミカル社の商標）の厚板の８９ｍｍ×３５６ｍｍ×６１０ｍｍ（厚さ×幅×長さ）部分を、幅方向の穿孔の間隔を約１５ｍｍにした点を除いて、実施例２に記載したように、穿孔した。この発泡体はＨＣＦＣ−１４２ｂ発泡剤を使用して作られた。その発泡体は、約３１．２ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。そしてそれは独立気泡発泡体である。穿孔後、その厚板を、約１３８日間周囲条件下で貯蔵した。次に、５０ｍｍの立方体を、その厚板の横断面から切り出し、実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。この発泡体は特に低い気泡圧力を有していなかったが、それは受け入れ可能な寸法安定性を有していた。それは、図２の実施例２に示すのと同じように平らな線を作り出す発泡体の穿孔および発泡体穿孔後の熟成時間に少なくとも部分的に起因していると考えられた。
【００５６】
比較例１
押出法ポリスチレンの１００ｍｍ×６００ｍｍ×２２００ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を、厚板を穿孔せず、約３１日間周囲条件下で貯蔵した点を除いて、実施例２と同一の方法で製造した。次に、５０ｍｍの立方体を、その厚板の横断面から切り出し、実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。その立方体を２４時間８５℃に加熱した後のものを、図１の写真の左側に示す。比較のために、実施例２の立方体を写真の右側に示す。
この比較から、穿孔の使用が本発明のための必要な内部気泡圧力を達成するのに有利であることが明らかである。
【００５７】
比較例２
３８ｍｍ×３８ｍｍ×３７ｍｍの寸法を有する１個のＦＯＡＭＵＬＡＲTM  ６００（オーエンズ・コーニング社（Owens Corning）（オハイオ州トレド）から入手可能な押出法ポリスチレン発泡体）を購入し、周囲条件下で約４４１日間貯蔵した。発泡剤はＨＣＦＣ−１４２ｂであった。その発泡体は、約３７ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。そしてそれは独立気泡発泡体である。次に、この立方体を、実施例１と同一の方法で測定し試験した。結果を表１に示す。
【００５８】
比較例３
ＳＴＹＲＯＦＯＡＭ  ＦＲＥＥＺＥＲＭＡＴＥTM（ダウ・ケミカル社から入手可能な押出法ポリスチレン発泡体）の７５ｍｍ×１２１９ｍｍ×２４３８ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を製造し、製造後周囲条件下で約３９８日間貯蔵した。発泡剤はＨＣＦＣ−１４２ｂであった。その発泡体は、約３０．２ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。そしてそれは独立気泡発泡体である。次に、５０ｍｍの立方体を、厚板の横断面から切り出し、実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。
【００５９】
比較例４
ＳＴＹＲＯＦＯＡＭ＊アートボード厚板（ダウ・ケミカル社（ミシガン州ミッドランド）から入手可能な押出法ポリスチレン発泡体、＊ダウ・ケミカル社の商標）の８９ｍｍ×１２１９ｍｍ×２４３８ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を製造し、製造後周囲条件下で、少なくとも約１３８日間貯蔵した。その時間は、実施例５が貯蔵された総時間と同じであった。発泡剤はＨＣＦＣ−１４２ｂであった。その発泡体は約３２．２ｋｇ／ｍ３ポンド／立方フィート（ｐｃｆ）の密度を有し、気泡の約９０％は独立気泡であった。次に、５０ｍｍの立方体を、その厚板の横断面から切り出し、実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。
【００６０】
データから、本発明にとって必要な内部気泡圧力を達成するのに必要なはるかに短くされた熟成時間のために、本発明のために発泡体を作る際に共発泡剤とともにまたは共発泡剤なしで二酸化炭素を使用することは有利である。驚くべきことに、図２に示すプロット（実施例１および３）から、ＣＯ２発泡剤の使用は、また、圧力による寸法変化の傾斜の減少を示し、それにより使用中に受ける可能性のある圧力で、著しく変形する可能性をより少なくする。同様に、データは、穿孔の使用もまた、必要な気泡圧力を達成するのを助けること（実施例２および比較例１参照）および圧力による寸法変化の傾斜を減少させること（図２参照）を示す。最後に、実質的な連続気泡を有する発泡体は最も平らな傾斜を示す（図２、実施例４）。
【００６１】
【表１】
2009523190.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】穿孔されたポリスチレン発泡体ブロック（右のブロック）を、同一の発泡ポリスチレン厚板から作られたものであるが穿孔を有しないブロック（左のブロック）（なお、左のブロックは、本発明のエネルギー吸収部材に必要な内部気泡圧力を有しないものである。）と比較した写真である。
【図２】異なる圧力下で８５℃に加熱された発泡体の最大線寸法変化を圧力に対してプロットした図であり、これはここで経験的に発泡体の平均内部気泡圧力を決定するために使用される。
【図１】
2009523190.tif 000005
【図２】
2009523190.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月27日(2009.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造要素に接触した非晶質熱可塑性気泡質重合体を含むエネルギー吸収部材であって、非晶質熱可塑性気泡質重合体の気泡の少なくとも５０％が独立気泡であり、独立気泡が周囲温度で０．５気圧〜１．４気圧の平均気体圧力を有することを特徴とするエネルギー吸収部材。
【請求項２】
構造要素が、ヘルメットスキン、乗り物のドアパネル、乗り物のドアビーム、乗り物の屋根または乗り物のダッシュであることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３】
非晶質熱可塑性気泡質重合体がポリスチレン系重合体またはポリスチレン系共重合体であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項４】
ポリスチレン系共重合体が、スチレン系単量体と、アクリロニトリル、ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、アクリル酸メチル、メタクリロニトリル、マレインイミド、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、イタコン酸無水物およびそれらの組み合わせからなる群から選択された共単量体との共重合体であることを特徴とする請求項３に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項５】
前記共単量体が、アクリロニトリルであり、非晶質熱可塑性気泡質重合体の１質量％〜３５質量％の量で存在することを特徴とする請求項４に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項６】
非晶質熱可塑性気泡質重合体が発泡剤の残留物を含有し、発泡剤が、揮発性の脂肪族または環状炭化水素、アルコール、ケトン、エーテル、二酸化炭素、水またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項７】
少なくとも１つの発泡剤が、非晶質熱可塑性気泡質重合体中の空気の拡散速度よりも大きな非晶質熱可塑性気泡質重合体中の拡散速度を有することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項８】
非晶質熱可塑性気泡質重合体が９０℃〜１２５℃の有効ガラス転移温度を有することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項９】
非晶質熱可塑性気泡質重合体の気泡の少なくとも９０％が独立気泡であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１０】
非晶質熱可塑性気泡質重合体を取り巻く大気への独立気泡の最大拡散距離が２０ミリメートル以下であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１１】
（ａ）非晶質熱可塑性樹脂と発泡剤とを混合する工程、
（ｂ）前記樹脂と発泡剤との混合物から、少なくとも５０％の独立気泡を有する重合体発泡体成形品を成形する工程、
（ｃ）成形された発泡体成形品を、独立気泡が０．５〜１．４気圧の気体圧力を有するように処理して、処理された成形された発泡体成形品を作る工程、および
（ｄ）処理された成形された発泡体成形品を構造要素に付着させて、エネルギー吸収部材を作る工程
からなるエネルギー吸収部材を作る方法。
【請求項１２】
発泡剤が二酸化炭素、水またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記成形工程（ｂ）が工程（ａ）の混合物を押出成形することによるものであり、前記処理工程（ｃ）が重合体発泡体成形品の少なくとも１つの表面を平削りし、処理された重合体発泡体成形品を作るのに十分な時間、平削りされた重合体発泡体成形品を熟成することによるものであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
重合体発泡体成形品が、さらに、熱成形によって成形されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記処理工程（ｃ）が重合体発泡体成形品を穿孔することを含むことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
発泡体の気泡の少なくとも約５０％は独立気泡である。そのような量の気泡を独立気泡にすることは、これらの気泡がエネルギー吸収部材が衝突した際に寄与することができるエネルギー吸収と圧潰挙動のために、重要である。独立気泡は、より大きく衝撃のエネルギーを散らすことに関与するかもしれないが、驚くべきことに、少量の連続気泡が、たとえば乗り物ヘッドライナーに使用される発泡体に必要な受け入れ可能な寸法安定性を達成するのに必要な適正な平均気体圧力の達成において望ましいことが見いだされた。このための代表的な標準は、ゼネラル・モーターズ標準ＧＭＮ８３５１である。この標準は、発泡体の各辺５０ｍｍの立方体を、処理後にいずれの寸法も３％を超えて変化させることなしに、次の表に示された処理を３回繰り返すことを必要とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
表
８５℃で７２時間
温度および湿度で２４時間
−３０℃で８時間
８５℃で４０時間
温度および湿度で２４時間
−３０℃で８時間
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
胸部ボルスターなどのような、胸部の負傷保護減少用途においては、気泡質重合体は、また、好都合に、厚さ２５〜５０ｍｍの試料で０．０８ｓ−１の歪速度で測定した予想される衝撃の方向の圧縮強さが、２５％の歪みにおいて、少なくとも１５０ｋＰａ、好ましくは少なくとも２００ｋＰａであり、約７００ｋＰａ以下、特に約５００ｋＰａ以下である。これらの用途のためには、気泡質重合体は、好都合には、３．０ポンド／立方フィート（４８ｋｇ／ｍ３）以下、好ましくは２．０ポンド／立方フィート（３２ｋｇ／ｍ３）以下の密度を有する。好ましくは、密度は、少なくとも１．２５ポンド／立方フィート（２０ｋｇ／ｍ３）である。特に好ましい密度は、約１．５〜約２．０ポンド／立方フィート（２４〜３２ｋｇ／ｍ３）である。これらのより柔軟な気泡質重合体は、なお、広い歪み範囲にわたって、望ましいほとんど一定の圧縮応力を示す傾向がある。胸部負傷保護用途で使用される特に好ましい気泡質重合体は、上で示したように試験したときに、２５％の歪みにおける圧縮強さが２００〜５００ｋＰａ、密度が１．５〜２．０ポンド／立方フィート（２４〜３２ｋｇ／ｍ３）、そして弾性限界が３〜１０％歪である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
本発明は、発泡体の有効ガラス転移温度が約７５℃〜約１４０℃である熱可塑性重合体に特に有用である。本来の熱可塑性重合体のガラス転移温度とは対照的に、発泡体の有効ガラス転移温度は、エネルギー吸収部材中の発泡体のガラス転移温度であり、たとえば発泡剤が発泡体の重合体のガラス転移温度に及ぼすかもしれない可塑化効果を考慮に入れるために使用される。本発明は、それが低いガラス転移温度の発泡体を可能にするので、特に有用であり、それは、他の方法では、より高い温度で寸法的に安定であるために加熱すると膨張しまたは爆発するかもしれない。好ましくは、有効ガラス転移温度は、少なくとも約８０℃、より好ましくは少なくとも約８５℃、さらに好ましくは少なくとも約９０℃、そして最も好ましくは少なくとも約９５℃であり、好ましくは約１３５℃以下、より好ましくは約１３０℃以下、さらに好ましくは約１２５℃以下、そして最も好ましくは約１２０℃以下である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
発泡体の有効ガラス転移温度は、ＡＳＴＭ法Ｄ４０６５−０１動的機械的性質測定で決定することができる。発泡体の弾性率および損失弾性率は、レオメトリック・サイエンティフィック社（Rheometric Scientific Inc）（ティー・エイ・インスツルメンツグループ、デラウェア州ニューキャッスル）製のレオメトリック・サイエンティフィックＲＤＡ  ＩＩＩ動的機械的分析計（Rheometric Scientific RDA III Dynamic Mechanical Analyzer）またはレオメトリック動的機械的熱分析計ＲＳＡ  ＩＩ（Rheometrix Dynamic Mechanical Thermal Analyser RSA II）のような動的熱力学分析計機器で測定される。これらの弾性率は、温度の関数であり、特定の温度範囲で急速に変化する。急速な弾性率変化の領域は、通常、遷移域と呼ばれ、Ｔｇは標準により決定される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
実施例４
押出法ポリスチレン発泡体の５０ｍｍ×６００ｍｍ×２２００ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を、米国特許第５，３４０，８４４号明細書の比較例１で記載された方法と同様な方法であるが、この発泡体の連続気泡を増加させるためにわずかに高い口金温度で、発泡剤としてＣＯ２を使用して、生産規模装置で製造した。その発泡体は、約３５．５ｋｇ／ｍ３の密度および約５０％の連続気泡を有していた。その厚板を周囲条件下で４０日間貯蔵した。次に、５０ｍｍの立方体を、その厚板の横断面から切り出し、高温処理時間を１３日間にした以外は実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
比較例１
押出法ポリスチレン発泡体の１００ｍｍ×６００ｍｍ×２２００ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を、厚板を穿孔せず、約３１日間周囲条件下で貯蔵した点を除いて、実施例２と同一の方法で製造した。次に、５０ｍｍの立方体を、その厚板の横断面から切り出し、実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。その立方体を２４時間８５℃に加熱した後のものを、図１の写真の左側に示す。比較のために、実施例２の立方体を写真の右側に示す。
この比較から、穿孔の使用が本発明のための必要な内部気泡圧力を達成するのに有利であることが明らかである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
比較例４
ＳＴＹＲＯＦＯＡＭ＊アートボード厚板（ダウ・ケミカル社（ミシガン州ミッドランド）から入手可能な押出法ポリスチレン発泡体、＊ダウ・ケミカル社の商標）の８９ｍｍ×１２１９ｍｍ×２４３８ｍｍ（厚さ×幅×長さ）の厚板を製造し、製造後周囲条件下で、少なくとも約１３８日間貯蔵した。その時間は、実施例５が貯蔵された総時間と同じであった。発泡剤はＨＣＦＣ−１４２ｂであった。その発泡体は約３２．２ｋｇ／ｍ３の密度を有し、気泡の約９０％は独立気泡であった。次に、５０ｍｍの立方体を、その厚板の横断面から切り出し、実施例１と同一の方法で、測定し、試験した。結果を表１に示す。
【国際調査報告】
2009523190.tif 000007
2009523190.tif 000008