專利名稱：：能量吸收部件的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及交通工具如汽車中的碰撞能量吸收聚合物泡沫。
背景技術：
：聚合物泡沫廣泛用于各種緩沖應用中。泡沫通常用于柔軟和舒適是支配因素的枕墊、座椅、床墊和類似的應用中。泡沫還用于緩沖包裝體內(nèi)的內(nèi)容物。在包裝中，泡沫典型地僅察覺由于包裝體沖撞或掉落所造成的適度應變，并且因而典型地僅彈性變形(即，泡沫在變形之后彈回，這典型地小于約10%應變)。包裝泡沫還幾乎沒有(即使有也沒多少)關于泡沫尺寸的要求，而是僅僅必須緩沖內(nèi)容物對抗低沖擊。因此，非常普遍的是使用便宜的細脹聚苯乙烯珠粒泡沫和膨脹纖維素基包裝殼(peanut)，即使這些中的每一種容易受到分別歸因于溫度和濕度的顯著變形。近年來，汽車需要滿足日益嚴格的減輕乘客在碰撞過程中受傷的要求。為了實現(xiàn)這點，汽車結合了用于正面沖撞的主動(active)系統(tǒng)如氣囊。更近一些，對側面碰撞和來自傾翻事故的頭部受傷給予了越來越多的關注。這些采用了側面氣囊、可充氣幕簾(SABIC公司)，并且還開始采用不僅通過彈性變形還通過非彈性變形(即，被粉碎)來吸收能量的泡沫。絕大多數(shù)用于減輕汽車碰撞的泡沫是閉孔熱固性泡沬，比如聚氨酯/聚脲和它們的衍生物。不幸地，這些難以再循環(huán)和實現(xiàn)碰撞效率，它們必須是脆的，從而導致它們可能隨時間而劣化，例如，由于在汽車中的振動或風化而劣化。已經(jīng)采用的其它泡沫趨于是閉孔結晶或半結晶熱塑性泡沫，比如膨脹5，如由US6,213，540所描述的。這些汽車能量吸收泡沫中的每一種趨于是昂貴的，并且具有比所需更大的對于所吸收的壓縮能量的重量。為了碰撞能量的有效吸收，泡沫需要具有由各向異性泡孔造成各向異性強度，如在US6，213,540和美國專利出版物2006/0148919中描述的。因為這樣的取向，這些泡沫需要相對于在泡沫上的預期沖擊方向適當?shù)厝∠?，以得到預期的碰撞吸收。因此，希望提供這樣的用于汽車的能量吸收泡沫，其便宜，具有低重量、良好的能量吸收性，并且具有在多個沖擊方向上的均勻有效碰撞吸收。發(fā)明概述我們發(fā)現(xiàn)了一種熱塑性泡沫，其可以在任意取向上使用，同時仍實現(xiàn)優(yōu)異的壓縮效率，該熱塑性泡沫允許在一定的位移上消散更多的能量。在將泡沫的脆性最小化或基本上消除的同時實現(xiàn)了這樣令人驚訝且適宜的結果。脆性的最小化或消除允許泡沫不由于例如振動或風化而隨時間降解。本發(fā)明是一種能量吸收部件，其包含與結構元件接觸的熱塑性多孔聚合物，其中所述多孔聚合物的平均泡孔尺寸至少為約0.75mm，并且CE/CT、cvCt和ch/ct中的至少一個為約0.25至約o.4，所述cE,/cT、cv/c^nCH/CT中的一個的壓縮效率在60%應變下至少為70%，CE、Cv和Ch是多孔聚合物在三個正交方向E、V和H中的每一個上的壓縮強度，其中這些方向中的一個是泡沫中的最大壓縮強度的方向，并且Ct等于Ce、Cv與Ch的忌和。發(fā)明詳述能量吸收部件本發(fā)明是包含與結構元件接觸的熱塑性多孔聚合物的能量吸收部件。所述能量吸收部件的結構元件是任何支撐或與多孔聚合物(本文中可互換地稱為"泡沫")一致作用以消散諸如汽車事故的沖擊的能量的結構體。結構元件的實例是車門面板、梁、儀表板和頂板；頭盔外殼；和護欄。優(yōu)選地，結構元件是護欄或車道門梁、儀表板或頂板。應當理解，結構元件支撐多孔聚合物并且作為多孔聚合物的背襯，并且不意在暗示所述結構元件是必然是較大設備(例如汽車)的結構元件的組件，盡管它可以是。能量吸收部件還包含熱塑性多孔聚合物。熱塑性多孔聚合物可以是半結晶或非晶的。如在本領域通常理解的，非晶表示(l)缺乏確定的晶體結構；和(2)顯示出獨特且明確的橡膠態(tài)區(qū)域。然而，可以存在某些非常小的有序結構，但是由于這樣的有序的尺寸，檢測這樣有序的技術例如無法探測或不是顯著不同于非晶材料。例如，有序微區(qū)可以具有如此小的尺寸，使得X-射線衍射產(chǎn)生這樣的漫散射，從而如果這樣的微區(qū)存在則它們將具有至多約50至100納米的尺寸。即使聚合物是非晶的，一小部分也可能顯示出某些局部有序，只要不存在良好界定的橡膠態(tài)區(qū)域即可。示例性地，x-射線衍射圖案可能顯示高于x-射線技術的噪聲的可分辨的小峰。本文中半結晶表示具有確定的熔點且晶體結構大于以上對非晶聚合物所描述的，但是不具有在大于毫米量級的微區(qū)。合適的半結晶聚合物的實例包括聚烯烴聚合物如聚乙烯、聚丙烯和它們的共聚物。聚合物應當理解為表示合成有機聚合物，并且可以是任何合適的熱塑性聚合物。示例性的合適非晶聚合物包括聚苯乙烯系和聚苯乙烯系共聚物。聚苯乙烯系表示苯乙烯單體、苯乙烯單體的衍生物(例如取代的苯乙烯)或它們的組合的聚合物。取代的苯乙烯的實例是鄰-甲基苯乙烯、間-甲基苯乙烯、對-甲基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、2,5-二甲基苯乙烯、對-叔丁基苯乙烯、對-氯苯乙烯。優(yōu)選地，聚苯乙烯系聚合物是聚苯乙烯。聚苯乙烯系共聚物表示上述苯乙烯系單體(苯乙烯和苯乙烯單體的衍生物)和不是苯乙烯系單體的共聚單體的共聚物。示例性共聚單體包括丙烯腈、聚(2，6-二甲基-l,4-亞苯基醚)、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯、甲基丙烯腈、馬來酰亞胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐、衣康酸酐或它們的組合。共聚單體優(yōu)選為丙烯腈、馬來酸酐或它們的組合。更優(yōu)選地，共聚單體為丙烯腈。通常，苯乙烯系共聚物中苯乙烯系單體的量至少為共聚物的約50摩爾%。典型地，共聚單體的量為聚苯乙烯系共聚物的約1摩爾％至50摩爾％。優(yōu)選地，共聚單體的量為聚苯乙烯系共聚物的至少5摩爾％，更優(yōu)選至少約10摩爾％，還更優(yōu)選至少約20摩爾％，并且最優(yōu)選至少約25摩爾％。優(yōu)選的聚苯乙烯系共聚物是苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)。SAN共聚物可以具有1重量％至50重量％的丙烯腈。優(yōu)選地，丙烯腈存在的量為SAN共聚物的至少約5重量％，更優(yōu)選至少10重量％，并且最優(yōu)選至少約15重量％，至優(yōu)選至多40重量％，更優(yōu)選至多約35重量％，并且最優(yōu)選至多約30重量％。聚合物可以具有任意有用的重均分子量(Mw)。示例性地，聚苯乙烯系或聚苯乙烯系共聚物的Mw可以為10,000至1,000,000。聚苯乙烯系或聚苯乙烯系共聚物的Mw適宜地小于約200,000，這令人驚訝地提高效率還不對脆性產(chǎn)生有害影響。進一步優(yōu)選，聚苯乙烯系或聚苯乙烯系共聚物的Mw小于約l卯，OOO、180,000、175,000、170,000、165，000、160,000、155,000、150,000、145,000、140,000、135,000、130,000、125,000、120,000、115,000、110,000、105,000、100,000、95,000禾P90,000。為了清晰，本文中的分子量(MW)以重均分子量的形式報告，除非另外清楚指出。MW可以通過任何如本領域已知的那些合適方法確定。此外，聚合物還可以含有其它添加劑，只要其仍為熱塑性聚合物即可。其它添加劑的實例包括少量的交聯(lián)劑(例如，二乙烯基苯)、著色劑、UV-防護劑、抗氧化劑、填料、阻燃劑、抗靜電劑、泡核作用控制劑等。能量吸收部件中的聚合物是多孔狀的。多孔(泡沫)具有本領域中通常所理解的含義，其中聚合物具有由閉孔或開孔組成的顯著低的表觀密度。閉孔表示所述泡孔中的氣體被形成該泡孔的聚合物壁與另一個泡孔隔離。開孔表示該泡孔中的氣體未被這樣限制，而能夠在不穿過任何聚合物泡壁的情況下流動到大氣中。按照慣例，開孔泡沫具有30%以上的根據(jù)ASTM方法D6226-05的開孔率。根據(jù)相同方法，閉孔泡沫具有小于30%的開孔率。多孔聚合物的特征在于其在至少一個方向上的令人驚訝的效率，其中CE/CT、Cv/Ct禾QCh/Ct中的至少一個為0.25至0.4，所述CE/CT、CV/CT和Ch/Ct中的一個在60%應變下的壓縮效率至少為70%，CE、Cv和Ch是多孔聚合物在三個正交方向E、V和H中的每一個上的壓縮強度，其中這些方向中的一個是泡沫中最大壓縮強度的方向，并且Ct等于Ce、Cv與當在三個正交方向E、V和H上評價泡沫的壓縮強度時確定壓縮強度。這些測量的壓縮強度，CE、Cv和CH分別與這些壓縮強度的總和CT有關，使得CE/CT、Cv/Or和Ch/Ct中的至少一個具有0.25至0.4的值，優(yōu)選至少兩個具有0.25至0.4的值，并且最優(yōu)選它們中的每一個具有0.25至0.4的值。CE/CT、Cv/Ct和cvct的總和當然總是等于1。對于理想的各向同性多孔聚合物，Ce/Ct、Cv/Ct和Ch/Ct中的每一個等于0.33。因此，如果CE/CT、Cv/Ct和CH/CT中的任一個超過0.33，則另外兩個中的至少一個將具有小于0.33的值。在一個優(yōu)選實施方案中，這些比率中的每一個具有0.30至0.37的值。在一個優(yōu)選實施方案中，泡沫是擠出多孔聚合物，其中方向E是擠出方向，方向V是多孔聚合物在其離開擠出模頭之后的垂直膨脹方向，而方向H是多孔聚合物在其離開擠出模頭之后的水平膨脹方向。方向E、V和H對于在其它工藝中制造的多孔聚合物是任意指定。當泡沫是擠出多孔聚合物時，將V方向視為具有最大壓縮強度的一個方向。為了實現(xiàn)本發(fā)明泡沫的令人驚訝的效率，泡沬具有通過標準方法如ASTMD3576確定的以直徑計至少為約0.75mm的平均泡孔尺寸的泡孔。平均泡孔尺寸可以在正交方向E、V和H中的每一個上確定，以確定在這些方向中的每一個上的平均尺寸(分別為DE、Dv和Dh)。計算DE、Dv和DH的總和并且指定Dt泡孔(S卩，平均泡孔尺寸)。平均泡孔尺寸通常為約0.75至約10.0mm。平均泡孔尺寸可以是并且典型適宜地以上升的次序為至少l、1.1、1.2、1.3、1.4和1.5mm至以上升的次序為至多4、3.5、3、2.5禾卩2mm。以相同的方式，可以與壓縮強度一樣地確定在E、V和H方向上的直徑的比率。同樣，將應用于壓縮強度比率的相同比率應用于本文中的直徑，并且可以利用泡孔形狀經(jīng)由顯微鏡方法用于迅速確定最大壓縮強度的方向。這就是具有與其平行的最大直徑的方向，通常對應于具有最大壓縮強度的方向。能量吸收部件的泡沬適宜地是不脆的，并且令人驚訝地，本發(fā)明的泡沫可以具有小于25%重量損失的脆性。脆性可以小于20%、15%、10%、99%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1.5%或甚至1%損失材料。脆性可以通過標準方法如ASTMC421-00確定。泡沫可以完全由開孔組成，或完全由閉孔組成，或由之間的任何組合組成。例如，泡沫可以具有10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%和甚至90%開孔。能量吸收部件中的泡沫還適宜地在提供充分能量吸收的同時具有盡可能低的密度，所述能量吸收典型地是預期的特定沖擊的函數(shù)。在意在用于頭部受傷緩沖應用如頭部襯墊對策(headlinercountermeasure)、頭盔等的沖擊吸收部件中，多孔聚合物還有利地顯示出如在0.08s—'應變率下對25-50mm厚樣品測量的，在25。/。應變下至少250kPa、優(yōu)選至少290kPa，至多約700kPa，特別至多約600kPa的壓縮強度。對于這些應用，多孔聚合物有利地具有不大于約3.5磅/立方英尺(56kg/m"、優(yōu)選不大于約2.5磅泣方英尺(40kg/m3)、更優(yōu)選不大于約2.35磅/立方英尺(37.6kg/m"的密度。優(yōu)選地，密度至少為約1.5磅/立方英尺(24kg/m3)。特別優(yōu)選的密度為約1.75至約2.2磅/立方英尺(28-35.2kg/m3)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有這些壓縮強度和密度的多孔聚合物趨于具有特別低的根據(jù)FMVSS201(U)測量的HIC(d)值。當如上所述測試時，特別優(yōu)選的用于頭部受傷緩沖應用中的多孔聚合物具有在25%應變下290-600kPa的壓縮強度、1.5至2.2磅/立方英尺(24-35.2kg/m"的密度，和3-10%應變的彈性極限。對于骨盆受傷保護緩沖應用，比如骨盆軟墊(pelvicbolster)等，多孔聚合物還有利地顯示出在0.08s"應變率下對25-50mm厚樣品測量的，在25。/。應變下至少250kPa、優(yōu)選至少350kPa，至多約1000kPa、特別至多約900kPa的壓縮強度。對于這些應用，多孔聚合物有利地具有不大于5磅/立方英尺(80kg/m3)，并且優(yōu)選不大于4.5磅/立方英尺(72kg/m"的密度。優(yōu)選地，密度至少為2.0磅/立方英尺(32kg/m3)。特別優(yōu)選的密度為約2.1至約4.0磅/立方英尺(34-64kg/m3)。這些較硬的多孔聚合物趨于在寬的應變范圍中顯示出所需的幾乎恒定的壓縮應力。當如上所述測試時，用于骨盆受傷保護應用中的特別優(yōu)選的多孔聚合物具有在25%應變下300-900kPa的壓縮強度、2.1至4.0磅/立方英尺(34-64kg/m"的密度，和3-10%應變的彈性極限。在胸部緩沖應用如胸部軟墊(thomxbolster)等中，多孔聚合物還有利地顯示出在0.08s—1應變率下對25-50mm厚樣品測量的，在預期沖擊方向上在25%應變下至少為150kPa、優(yōu)選至少200kPa，至多約700kPa、特別至多約500kPa的壓縮強度。對于這些應用，多孔聚合物有利地具有不大于3.0磅/立方英尺(48kg/m3)、優(yōu)選不大于2.0磅/立方英尺(32kg/n^)的密度。優(yōu)選地，密度至少為1.25磅/立方英尺(20kg/m3)。特別優(yōu)選的密度為約1.5至約2.0磅/立方英尺(24-32kg/m3)。這些更柔性的多孔聚合物仍趨于在寬的應變范圍中顯示出所需的幾乎恒定的壓縮應力。當如上所述測試時，用于胸部受傷保護應用中的特別優(yōu)選的多孔聚合物具有在25%應變下150-400kPa的壓縮強度、1.5至2.0磅/立方英尺(24-32kg/m"的密度，和3-10%應變的彈性極限。多孔聚合物具有在至少一個方向V、E或H上，在60%應變下至少為70%、優(yōu)選至少75%、更優(yōu)選至少78%，并且優(yōu)選至少80%的壓縮效率，其中Cv、CE或CE/CT為0.25至0.4。同樣，優(yōu)選所述方向具有在65%應變下至少為60%、更優(yōu)選至少65%、還更優(yōu)選至少70%和最優(yōu)選至少75%的壓縮效率。85%以上的壓縮效率可以用本發(fā)明在60-65%應變下得到。優(yōu)選地，至少兩個方向具有上述效率和比率，并且最優(yōu)選所有三個方向具有上述效率和比率。壓縮效率通過以前述方法在0.08s—1的應變率下壓縮泡沫并且記錄瞬時負荷和十字頭位移來計算。瞬間工程應力通過將瞬時負荷除以泡沫樣品垂直于壓縮方向的初始橫截面積計算。瞬間工程應變通過將厚度的改變除以初始厚度計算。然后使用以下關系計算壓縮効攻率(0/0)=100%其中o表示瞬時工程應力，典型地以MPa計，s表示工程應變，并且(j,表示以與瞬時工程應力相同的單位得到的最大工程應力。示例性地，當觀看應力在垂直(即y)軸上的工程應力-工程應變曲線時，100%效率曲線表現(xiàn)為矩形而50%效率曲線表現(xiàn)為直角三角形，其中應力線性地建立。這樣的矩形曲線由美國專利出版物2006/0148919的圖1的曲線1顯示。多孔聚合物的泡孔可以具有約0.75至約10.0mm的平均尺寸，如通過ASTMD-3576-98測量的。泡孔尺寸通?？梢砸陨仙拇涡蛑辽贋?.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4和1.5mm至以上升的次序至多4、3.5、3、2.5和2mm。與天然熱塑性聚合物的玻璃化轉變溫度相對，泡沫的有效玻璃化溫度是能量吸收部件中泡沫的玻璃化轉變溫度，并且有效玻璃化溫度用于考慮例如發(fā)泡劑可能對泡沫的聚合物的玻璃化轉變溫度具有的增塑效應。本發(fā)明對于泡沫有效玻璃化轉變溫度為約75。C至約14(TC的熱塑性聚合物特別有用。本發(fā)明特別有用，因為其允許泡沫具有低玻璃化轉變溫度，所述泡沫在其它情況下可能在加熱時腫脹或膨脹以在較高溫度下尺寸穩(wěn)定。優(yōu)選地，有效玻璃化轉變溫度至少為約80°C，更優(yōu)選至少約85°C，還更優(yōu)選至少約90°C，并且最優(yōu)選至少約95°C至優(yōu)選至多約135°C，更優(yōu)選至多約13(TC，還更優(yōu)選至多約125°C，并且最優(yōu)選至多約120°C。泡沫的有效玻璃化溫度可以用方法ASTMD4065-01動態(tài)力學性質(zhì)測定來確定。泡沫的彈性模量和損耗模量用動態(tài)熱力學分析儀器如由RheometricScientificInc，TAInstrumentsGroup,NewCastle，DE制造的RheometricScientificRDAIII動態(tài)力學分析儀或RheometrixDynamicMechanicalThermalAnalyserRSAII來測量。這些模量是溫度的函數(shù)，并且在特定溫度范圍快速變化?？焖倌Ａ孔兓膮^(qū)域通常稱為轉變區(qū)域，并且按照標準確定Tg。能量吸收部件的泡沫總是使用發(fā)泡劑形成，并且因而典型地含有一些在泡孔中或溶解于聚合物自身中的殘余發(fā)泡劑。泡沫可以具有任意合適的發(fā)泡劑，比如揮發(fā)性脂族烴、氯化烴、氟化烴、氯氟化烴、存在于大氣中的氣體(例如，氧氣、氮氣、二氧化碳、氫氣、水汽、氦氣等)或它們的組合。揮發(fā)性烴的實例包括乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、異丁烯、戊烷、環(huán)戊烷、異戊烷、己烷、庚烷，或它們的混合物。氯化烴、氟化烴和氯氟化烴的實例包括氯代甲垸、二氯二氟甲垸、八氟環(huán)丁烷、氯二氟甲垸、1，2-二氯四氟乙烷、U-二氯四氟乙垸、五氟乙烷、2-氯-l,l-二氟乙烷、2-氯-l,l,l-三氟乙烷、U,l，2-四氟乙烷、1,1,1-三氟乙烷、l，l,l-三氟丙烷、三氯三氟乙垸、二氟甲烷、2-氯-l,U,2-四氟乙烷、2,2-二氟丙烷、乙基氯或它們的混合物。示例性地，聚苯乙烯系和聚苯乙烯系共聚物典型地采用含氯氟烴作為氣體發(fā)泡劑。這些趨于增塑聚合物，從而產(chǎn)生較低有效玻璃化轉變溫度，其可能導致泡沫不能尺寸穩(wěn)定。這些還趨于由于它們的緩慢擴散速率而形成即使將泡沫長時間陳化之后平均氣體壓力仍大于1大氣壓的泡沫。因此，優(yōu)選的是，至少一種發(fā)泡劑或發(fā)泡劑混合物中的一種組分具有比空氣顯著更快的擴散通過泡沫的擴散速率，以促進具有前述平均氣體壓力的泡沫的形成。在此上下文中，顯著更快表示發(fā)泡劑的擴散速率比空氣的擴散速率快至少約2倍。空氣的擴散視為由各自在空氣中的存在權重的氧氣和氮氣的平均擴散速率。優(yōu)選地，發(fā)泡劑的擴散速率比空氣的擴散速率快至少約3倍，更優(yōu)選至少4倍，還更優(yōu)選至少5倍，并且最優(yōu)選至少10倍。因為例如環(huán)境擔憂，本發(fā)明的特別適宜的實施方案是非晶熱塑性聚合物為聚苯乙烯系或聚苯乙烯系共聚物并且發(fā)泡劑由二氧化碳、水或它們的組合組成。優(yōu)選地，對于此實施方案，第一發(fā)泡劑是二氧化碳。形成能量吸收部件能量吸收部件可以通過任何合適的方法如以下那些制備。將熱塑性聚合物和發(fā)泡劑一起混合。可以使用任何混合聚合物和發(fā)泡劑的合適方法，比如本領域中已知的那些。例如，可以將發(fā)泡劑注入已在擠出機內(nèi)被加熱的聚合物中，比如在美國專利3,231,524;3,482,006、4,420,448禾P5,340,844中描述的，或可以典型地在壓力下將發(fā)泡劑加入聚合物珠粒中，如由美國專利4,485,193和本專利第3列第6-13行引用的美國專利中每一個所描述的。在將聚合物和發(fā)泡劑混合之后，將聚合物和發(fā)泡劑成型為某一形狀，其可以是最終形狀或中間形狀，并且可以通過任何合適方法如本領域中已知的那些(例如，擠出膨脹板材和膨脹珠粒泡沫)來完成。例如，當使用擠出時，可以形成泡沫的板材，稍后將其鋼絲切割成更復雜的最終形狀，或可以將板切割成有用的形狀，然后熱成型為更需要的最終形狀。這樣的本領域中眾所周知且例如由美國專利2,899，708;3,334,169;3,484,510;3923,948和4,359,160描述的熱成型可以在成型為一定形狀的泡沫之后的任何時間完成，但是優(yōu)選在成型的泡沫實現(xiàn)特定氣體壓力之后完成。在熱成型過程中，閉孔的平均氣體壓力可以為任何有用壓力，但是有利地為較低壓力，因為在熱成型過程中泡沫的壓實可能升高該壓力。示例性地，泡沫的氣體壓力通常適宜地為至多約1個大氣壓，優(yōu)選至多約0.95個大氣壓0.9，更優(yōu)選至多約0.85并且最優(yōu)選至多約0.8至至少約0.5。在一個優(yōu)選方法中，將擠出的泡沫板材成型，然后將其平面化(planed)以在擠出泡沫板材的表面處建立開孔和/或打孔。優(yōu)選將泡沬板材的至少頂部和底部均平面化(即，板材的大表面，或例如4'x8'xl"板材的4'x8'表面)。當將板材打孔時，孔眼可以穿過板材的厚度延伸或形成盲孔?？梢砸耘c美國專利5,424,016中描述的用于從泡沫板材中釋放截留的可燃烴氣體(例如，異丁垸和戊烷)相同的方式制造孔眼。此外，如果需要，可以在高于環(huán)境的溫度處理泡沫，以實現(xiàn)對于形成部件有用的泡孔氣體壓力，但是低于泡沫可能變形的溫度，這可根據(jù)所使用的具體聚合物容易地確定。還可以使泡沫暴露于不同的氣氛，例如當將水用作發(fā)泡劑時氣氛可以是干燥空氣。圍繞成型泡沫的氣氛的壓力還可以低于大氣壓(真空)或在高壓下，只要真空或高壓不大到使泡沫變形即可。優(yōu)選地，為了方便，壓力為環(huán)境壓力并且氣氛為空氣。泡沫還可以具有附著于泡沫的一部分表面或整個表面的裝飾內(nèi)襯或密封膜。密封膜可以是限制或停止氣體進入或離開泡沫的遷移的任何材料。這樣的膜可以通過任何合適方法如本領域中已知的那些(例如，濺射、化學蒸氣沉積、粘附箔、使用粘合劑或熱熔合的膜或片材)涂覆。密封膜的實例包括金屬箔(例如，銀、鋁、鐵基箔如鋼箔)和塑料膜如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、聚酰胺膜或它們的組合。最后，為了制備能量吸收部件，將泡沫附著于結構部件。當在頭盔外殼中或在門板中使用例如可發(fā)珠粒泡沫時，可以將經(jīng)處理的成型泡沫直接發(fā)泡，例如進入結構部件的空腔中?？涨豢梢栽O計到結構元件中，以促進泡沫的附著。泡沫還可以通過任何合適方法如本領域中己知的那些附著于結構元件，所述方法包括例如機械地(例如緊固件(fastoers))或化學地(例如，粘合劑，和當泡沫與結構元件發(fā)生接觸時將結構部件加熱至足以使得泡沫14與結構部件熔合的溫度，以及通過將溶劑涂覆于泡沫的表面并且使其與結構部件接觸而融合)。以下權利要求，盡管它們可能并不明確地彼此引用，但是本發(fā)明預期任何一個權利要求的一個或多個實施方案與任意一個或多個權利要求結合的任意組合。測試方法密度泡沫密度由重量和幾何體積確定。泡孔尺寸泡沫的泡孔尺寸通過如ASTMD3576-98描述的截線法(lineinterceptmethod)在正交方向E、V和H中的每一個上確定，并且由其確定平均泡孔尺寸。脆性脆性使用ASTMC421-00確定。壓縮強度壓縮強度使用配置有50kN載荷傳感器和線性可變差動傳感器(LVDT)、使用0.08s"的應變率運行的MaterialsTestSystemAllianceRT-50確定矩形泡沫樣品。獨立為三個正交方向確定壓縮強度，其中"E"方向?qū)谟糜谕ㄟ^擠出制造泡沫的擠出方向，"V"對應于泡沫離開擠出模頭之后的上升方向(平行于重力)，并且"H"對應于泡沫在其離開擠出模頭之后的水平膨脹。根據(jù)定義，壓縮強度是1)屈服應力或2)在10%應變下的應力中的最大值。實施例實施例i得到為了測試目的以與美國專利5,244,928實施例3中描述的相同方法制備的10"x20"x109"的可商購自陶氏化學公司的STYROFOAM擠出泡沫聚苯乙烯管材錠料。泡沫使用HCFC142B(l-氯-l，l-二氟乙烷)作為發(fā)泡劑制備。采用的烯基芳族聚合物是通過尺寸排除色譜法測量的重均分子量為168,000的聚苯乙烯。如上所述對泡沫進行分析和測試。泡沬的特性和測試結果顯示于表1中。實施例2得到10.375"x24"x108.125"的可商購自陶氏化學公司的擠出聚苯乙烯花狀(floral)和工藝(craft)泡沫錠料。泡沫使用HCFC142B(l-氯-l,l-二氟乙烷)作為發(fā)泡劑并且以與美國專利5,244,928實施例1中描述的相同方法制備。采用的烯基芳族聚合物是通過尺寸排除色譜法測量的重均分子量為168,000的聚苯乙烯。如上所述對泡沫進行分析和測試。泡沫的特性和測試結果顯示于表l中。比較例1從明尼蘇達州米德蘭的Lowe'sHomeCenter,Inc.購買由CellofoamNorthAmericaIncorporated生產(chǎn)的R-7.8CELLOFOAMTM膨脹聚苯乙烯(EPS)珠粒泡沫的2"X48"X96"板材(商品號15357)。泡沫因為是珠粒泡沫而具有雙峰泡孔尺寸，其與通過膨脹而熔合到一起的泡沫的珠粒之間的孔與珠粒自身內(nèi)的泡孔相關。泡沫中泡孔的泡孔尺寸與此泡沫的其它特性一起報告于表1中。泡沫用戊烷(CASNo.109-66-0)發(fā)泡，如在材料安全數(shù)據(jù)表格(MaterialSafetyDataSheet)(MSDS)第2部分中所報告的。比較例2從明尼蘇達州米德蘭的Lowe'sHomeCenter,Inc.購買由明尼蘇達州米德蘭的陶氏化學公司生產(chǎn)的R-10STYROFOAMSCOREBOARDTM擠出聚苯乙烯(XPS)護套泡沫(sheathingfoam)的2"X48"X96"板材(商品號14541)，并且如上所述進行測試，結果顯示于表l中。此泡沫由MW為約168,000的聚苯乙烯制備，并且使用HCFC142B(l-氯-l,l-二氟乙烷)發(fā)泡。比較例3如上所述對可得自明尼蘇達州米德蘭的陶氏化學公司的ETHAFOAM220進行測試，結果顯示于表1中。此泡沫是擠出聚苯乙烯泡沫。聚苯乙烯的MW為約137，000，并且使用異丁烷發(fā)泡。比較例4如上所述對可得自明尼蘇達州米德蘭的陶氏化學公司的IMPAXXTM<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>檢查表l，比較例l，盡管其顯示了良好的各向同性壓縮強度(R值接近0.33)，其在所有V、E和H方向上的壓縮效率均顯著小于實施例1，實施例1的兩個R值為0.3至0.4，具有在60%應變下大于70%的壓縮效率。據(jù)信這樣改善的各向同性R值的效率主要歸因于較大的泡孔尺寸。泡孔尺寸的效果還通過隨著泡孔尺寸從實施例1至實施例2增加而提高的效率顯示(效率從約75%提高至85%)。還以類似的方式，通過與實施例1和2相同的方法制備的比較例2和4(擠出聚苯乙烯泡沫)具有顯著更小的泡孔尺寸，并且沒有顯示出相同的在多個方向上的適宜壓縮效率。接著檢查比較例3，此泡沫雖然具有較大的泡孔尺寸，但是在所有情況下顯示低壓縮效率，即使當R值超過0.4時。據(jù)信這是由于其為半結晶熱塑性聚合物。關于比較例5，盡管此泡沫是擠出聚苯乙烯泡沫并且非常類似于實施例1，但是其沒有在0.25至0.4的R值下顯示出所需的壓縮效率。據(jù)信這歸因于不同的發(fā)泡劑和比較例5的較大各向異性。換言之，似乎當使用氟化烴發(fā)泡劑和聚苯乙烯系或聚苯乙烯系共聚物時，與氫-氟-碳(HFC)相比，通?？赡苓m宜使用氫-氟-氯-碳(HCFC)發(fā)泡劑。為了進一步示出本發(fā)明，在保持制備的泡沫的密度的同時，制備擠出聚苯乙烯和聚苯乙烯共聚物。實施例3根據(jù)本發(fā)明的方法使用9.5pph(每100重量份的份數(shù))HCFC142B(1-氯-1,1-二氟乙垸)作為第一發(fā)泡劑和3.5pphHCFC22作為第二發(fā)泡劑制備擠出聚苯乙烯泡沫樣品。聚苯乙烯使用串聯(lián)的21/2英寸(64mm傳螺桿擠出機、混合機、冷卻器和模頭，在91kg/h苯乙烯于約128。C的發(fā)泡溫度擠出。釆用的烯基芳族聚合物是通過尺寸排阻色譜法測量的重均分子量為168,000的聚苯乙烯。添加劑為0.8pph的六溴環(huán)十二烷(HBCD)、0.05pph的硬脂酸鋇、0.05pph的焦磷酸四鈉，禾B0.20pph的線型低密度聚乙烯(LLDPE)。如上所述對泡沫進行分析和測試。泡沫的特性和各個方向上的壓縮效率顯示于表2中。實施例4根據(jù)本發(fā)明的方法使用2.0pph二氧化碳(C02)作為第一發(fā)泡劑和1.7pph水(H20)作為第二發(fā)泡劑制備擠出聚苯乙烯泡沫樣品。使用與實施例3相同的擠出機，但是在102kg/h和約139。C的發(fā)泡溫度。采用的烯基芳族聚合物是與10重量份的MW為17,250的苯乙烯-丙烯酸(SAA)共聚物共混的90重量份的MW為168,000的聚苯乙烯。SAA共聚物含有分別為約73重量％的苯乙烯和27重量％的丙烯酸。添加劑為0.8pph的六溴環(huán)十二烷(HBCD)、0.05pph的硬脂酸鈣、0.05pph的焦磷酸四鈉，和0.20pph的線型低密度聚乙烯(LLDPE)。如上所述對泡沫進行分析和測試。泡沫的特性和各個方向上的壓縮效率顯示于表2中。實施例5除了將80重量份的聚苯乙烯和20重量份的SAA共聚物共混以外，將與對實施例4描述的相同的程序用于制備此泡沫。特性和各個方向上的壓縮效率顯示于表2中。實施例6根據(jù)本發(fā)明的方法使用2.0pph二氧化碳(C02)作為第一發(fā)泡劑和1.7pph水(H20)作為第二發(fā)泡劑制備擠出聚苯乙烯泡沫樣品。制備的泡沫結構具有所需的大平均泡孔尺寸。使用與實施例3中所述相同的擠出機，而產(chǎn)量為91kg/hr聚苯乙烯且發(fā)泡溫度為123t:。采用的烯基芳族聚合物是MW為84,100的85重量°/。苯乙烯-15重量％丙烯腈"SAN"共聚物。添加劑為1.1pph的六溴環(huán)十二垸(HBCD)、0.016pph的硬脂酸鋇、0.10pph的焦磷酸四鈉，和0.20pph的線型低密度聚乙烯(LLDPE)。如上所述對泡沫進行分析和測試。泡沫的特性和各個方向上的壓縮效率顯示于表2中。實施例7-11除了如表2中所示改變SAN共聚物的MW和/或發(fā)泡劑以外，使用如對實施例6所述的相同的程序。特性和各個方向上的壓縮效率顯示于表2中。它們各個的發(fā)泡溫度為約135'C至139°C。20<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>從表2中，似乎在形成可用于本發(fā)明的泡沫時適宜的是具有較低MW聚合物(參見，例如，實施例6、8和10或7、9禾B11)。使用共聚物的實施例還說明即使在70%應變下在所有方向上的壓縮效率也可以大于70%或甚至80%。以下權利要求，盡管它們可能并不明確地彼此引用，但是本發(fā)明預期任何一個權利要求的一個或多個實施方案與任意一個或多個權利要求結合的任意組合。權利要求1.一種能量吸收部件，其包含與結構元件接觸的熱塑性多孔聚合物，其中所述多孔聚合物的平均泡孔尺寸至少為約0.75mm，并且CE/CT、CV/CT和CH/CT中的至少一個為約0.25至約0.4，所述CE/CT、CV/CT和CH/CT中的一個具有在60％應變下至少為70％的壓縮效率，CE、CV和CH是所述多孔聚合物在三個正交方向E、V和H中的每一個上的壓縮強度，其中這些方向中的一個是所述泡沫中的最大壓縮強度的方向，并且CT等于CE、CV與CH的總和。2.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，外殼、汽車門板、汽車門梁、汽車頂板、汽車〈合墻。3.根據(jù)權利要求2所述的能量吸收部件，門板、汽車門梁、車道護欄或跑道墻。4.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，物是聚苯乙烯系聚合物或聚苯乙烯系共聚物。5.根據(jù)權利要求4所述的能量吸收部件，物是聚苯乙烯系聚合物。6.根據(jù)權利要求5所述的能量吸收部件，物是聚苯乙烯。7.根據(jù)權利要求4所述的能量吸收部件，物是聚苯乙烯系共聚物。8.根據(jù)權利要求7所述的能量吸收部件，9.根據(jù)權利要求8所述的能量吸收部件，其中所述共聚單體是丙烯10.11.根據(jù)權利要求10所述的能量吸收部件，其中所述丙烯腈以至多約20%的量存在。12.根據(jù)權利要求11所述的能量吸收部件，其中所述丙烯腈以至多約15%的量存在。13.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，其中所述熱塑性多孔聚合物是非晶的，并且含有發(fā)泡劑的殘留物。14.根據(jù)權利要求13所述的能量吸收部件，其中所述發(fā)泡劑是揮發(fā)性脂族烴、二氧化碳、水或它們的組合。15.根據(jù)權利要求14所述的能量吸收部件，其中所述發(fā)泡劑是乙垸、乙烯、丙垸、丙烯、丁垸、丁烯、異丁烯、戊烷、新戊垸、異戊烷、己烷、庚烷、二氧化碳、水或它們的組合。16.根據(jù)權利要求15所述的能量吸收部件，其中所述發(fā)泡劑包含二氧化碳、水或它們的組合。17.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，其中CE/CT、Cv/Ct和Ch/Ct中的每一個為0.3至0.4。18.根據(jù)權利要求17所述的能量吸收部件，其中各個CE/CT、CV/CT和Ch/Ct具有在60%應變下至少為70%的壓縮效率。19.根據(jù)權利要求13所述的能量吸收部件，其中所述發(fā)泡劑為二氧化碳、水或它們的組合。20.根據(jù)權利要求17所述的能量吸收部件，其中各個具有在60%應變下至少為70%的壓縮效率。21.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，其中所述壓縮效率至少為75%。22.根據(jù)權利要求21所述的能量吸收部件，其中所述壓縮效率至少為80%。23.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，其中所述熱塑性多孔聚合物的所述泡孔的至少約70%是閉孔。24.根據(jù)權利要求23所述的能量吸收部件，其中所述熱塑性多孔聚合物的所述泡孔的至少約90%是閉孔。25.根據(jù)權利要求20所述的能量吸收部件，其中所述壓縮效率至少為75%。26.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，其中CE/CT、Cv/CjPCh/Ct中的至少兩個具有在60%應變下至少為70%的壓縮效率。27.根據(jù)權利要求26所述的能量吸收部件，其中所述壓縮效率在60%應變下至少為75%。28.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，其中所述多孔聚合物的脆性具有至多約10重量％損失物質(zhì)的脆性。29.根據(jù)權利要求28所述的能量吸收部件，其中所述脆性為至多5重量％損失物質(zhì)。30.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，其中所述熱塑性多孔聚合物是非晶熱塑性聚合物。31.根據(jù)權利要求1所述的能量吸收部件，其中所述熱塑性多孔聚合物是半結晶熱塑性聚合物。32.根據(jù)權利要求31所述的能量吸收部件，其中所述半結晶熱塑性聚合物是聚烯烴聚合物。33.根據(jù)權利要求32所述的能量吸收部件，其中所述聚烯烴聚合物是聚乙烯、聚丙烯或它們的共聚物。全文摘要一種改進的能量吸收部件，其包含與結構元件如金屬護欄或車門接觸的熱塑性多孔聚合物，其中所述多孔聚合物的平均泡孔尺寸至少為約0.75mm，并且C_E/C_T、C_V/C_T和C_H/C_T中的至少一個為約0.25至約0.4，所述C_E/C_T、C_V/C_T和C_H/C_T中的一個的壓縮效率在60％應變下至少為70％，C_E、C_V和C_H是所述多孔聚合物在三個正交方向E、V和H中的每一個上的壓縮強度，其中這些方向中的一個是所述泡沫中的最大壓縮強度的方向，并且C_T等于C_E、C_V與C_H的總和。文檔編號B29C43/00GK101678575SQ200880018857公開日2010年3月24日申請日期2008年5月30日優(yōu)先權日2007年6月4日發(fā)明者加文·D·沃格爾,卡利安·塞漢諾比斯,崔炳浩,瓦倫·H·格里芬,邁倫·J·毛雷爾申請人:陶氏環(huán)球技術公司