用於動態衝擊用途的緩衝元件的製作方法

2023-06-02 10:40:46

專利名稱：用於動態衝擊用途的緩衝元件的製作方法
本申請要求2004年11月12日提交的美國臨時專利申請60/627,278的權益。
本發明涉及用於動態衝擊用途的緩衝材料，例如用於汽車和其它車輛的吸能材料。
聚合物泡沫廣泛用於各種緩衝用途中。軟聚氨酯泡沫通常用在枕頭、座墊、床墊和類似用途中，其中柔軟和舒適是支配性因素。如閉孔擠塑聚烯烴泡沫的熱塑性泡沫在多種包裝用途中盛行。
在絕大多數緩衝和包裝用途中，泡沫材料通常被設計成承受低至中等壓縮應力。泡沫被設計成在這些條件下，在泡沫中由正常使用過程中施加的壓縮應力引起的應變在泡沫的所謂彈性極限內。在彈性極限內，引發的應變(即泡沫的壓縮)與施加的壓縮應力幾乎成比例，這樣，例如，應力加倍會引起應變的幾乎加倍。此外，在其彈性極限內壓縮的泡沫在壓縮力撤除時會恢復到與壓縮泡沫所需的幾乎相同的能量。這允許泡沫吸收來自低至中等衝擊的能量而不會使泡沫永久形變或不會明顯降低其緩衝類似量級的進一步衝擊的能力。對於許多常用的聚合包裝泡沫，當超過原始泡沫厚度的大約3～10％的應變時，超出彈性極限。
在某些其它緩衝用途中，緩衝墊要耗散高得多的能量。這類用途特別包括吸能汽車元件，其用於預防或最大程度降低事故中對車輛乘客的傷害。許多汽車內部部件包括這類緩衝材料，包括膝擋板、儀錶板、頂蓬、頂柱(roof pillar)和門。通常，這些吸能緩衝墊被設計成與其它能量管理部件結合使用，例如前氣囊或側簾式氣囊。與座椅或絕大多數包裝用途中所用的緩衝墊不同，這些用途中使用的緩衝墊被設計成在高應變速率下吸收高能量級。這類條件超出緩衝墊的彈性極限，使其永久變形以耗散能量並降低傷害。
汽車事故中人身傷害的嚴重性通常是乘客與汽車部件接觸時經受的最大減速的結果。這種最大減速可以以兩種方式降低。首先，其可以通過延長減速發生的時長來降低。其次，如果衝擊的能量在該較長時間段內更均勻地耗散，可以降低最大減速。因此，緩衝泡沫合意地在其被壓縮至其原始厚度的一部分時以大致恆定的速率持續吸收能量。
絕大多數多孔聚合物的性能使得引發應變所需的壓縮應力大致線性地升至彈性極限，即原始泡沫厚度的大約3～10％的應變。在超出該彈性極限後，壓縮應力趨於幾乎保持恆定直至大約20或30％應變，然後在引起泡沫的更大應變時急劇提高。如果壓縮應力幾乎保持恆定至更高應變，例如40～60％應變或更高，則是更合意的。這會延長減速發生的時間(通過在將多孔聚合物壓縮至更高應變所需的較長時間段內分布能量)並降低最大減速，因為在多孔聚合物被壓縮時能量更均勻地被吸收。
各向異性形式的聚合泡沫，有時被稱作聚結束泡沫(coalescedstrand foam)已經用在這些用途中。由The Dow Chemical Company以商品名Strandfoam出售的這種泡沫在擠出方向上表現出比正交方向上明顯更高的壓縮強度。這種各向異性被認為是部分由製造泡沫的特定方法引起的。可發泡樹脂混合物的小直徑「束」單獨擠出，並將擠出物在冷卻之前合在一起以形成由大量單獨的束構成的更大複合材料。這種聚結束泡沫在動態衝擊用途中表現良好，但是具有略微昂貴的缺點。已經用在動態衝擊用途中的這類泡沫是較高密度材料，其進一步提高了成本。這些泡沫的另一問題在於最高壓縮強度的方向是擠出方向。因為絕大多數吸能緩衝墊在預計衝擊方向上相當薄，這意味著這些各向異性泡沫必須被切成小薄片以有效利用。這增加了製造成本並導致過度浪費。這還將吸能元件的橫截面積限制為擠出時的泡沫橫截面積，除非進一步花費成本將泡沫小件組裝成較大橫截面。
DE 44089298 A1描述了可用作頭盔用途中的減震元件的高度各向異性聚醚碸泡沫。這種泡沫據說具有50千克/立方米或更高的密度，且在該密度下據說具有600kPa的壓縮強度。該泡沫具有極大和細長的孔，它們具有大約10的長度/直徑比和大約0.8毫米的直徑(最小尺寸)。
因此，提供相對廉價並在動態衝擊用途中表現良好的緩衝墊是合意的。
本發明是用於車輛的緩衝元件，其中在使用過程中，緩衝元件預計吸收足以使緩衝元件永久變形的衝擊力，該緩衝元件包括密度不超過2.5磅/立方英尺的多孔聚合物，其中多孔聚合物表現出CE/CT、CV/CT和CH/CT所示的各向異性，其中CE/CT、CV/CT和CH/CT中至少一項具有0.40至0.80的值，其中CE、CV和CH分別代表在三個正交方向E、V和H上的泡沫壓縮強度，且CT代表CE、CV和CH的總和。
本發明還是用於動態衝擊用途的緩衝元件，其中在使用過程中，緩衝元件預計吸收足以使緩衝元件永久變形的衝擊力，該緩衝元件包括吸能多孔聚合物，其中多孔聚合物如下形成(1)在擠出方向擠出可發泡樹脂混合物的單一連續物體，(2)使可膨脹聚合物珠粒膨脹，或(3)在反應性發泡法中形成，且其中多孔聚合物表現出CE/CT、CV/CT和CH/CT所示的各向異性，其中CE、CV和CH代表通過以0.08s-1的應變速率在大於樣品壓縮表面的平面壓板之間壓縮25～50毫米厚的多孔聚合物樣品至25％應變而測得的多孔聚合物分別在三個正交方向E、V和H上的壓縮強度，CT代表CE、CV和CH的總和，且CE/CT、CV/CT和CH/CT中至少一項具有大約0.40至大約0.80的值。
本發明還是用於車輛的緩衝元件，其中在使用過程中，緩衝元件預計吸收足以使緩衝元件永久變形的衝擊力，該緩衝元件包括如下形成的吸能多孔聚合物——將可發泡熱塑性聚合物組合物通過單個孔口以擠出方向E擠出並形成所得擠出聚合物以將其製成所述專門幾何結構，其中多孔聚合物的孔在與擠出方向正交的至少一個方向V上具有符合標準0.80≥DV/DT≥0.40的平均尺寸，其中DV代表孔在與擠出方向正交的所述方向上的平均尺寸，且DT＝DV+DE+DH，其中DE是孔在擠出方向E上的平均尺寸，DH是孔在與E和V均正交的方向H上的平均尺寸。
本發明的緩衝元件出乎意料地在動態衝擊用途中表現良好。當緩衝元件如此取向以使多孔聚合物的最高壓縮強度的方向與衝擊方向對齊時，多孔聚合物在壓縮至剛剛超過其彈性極限至40％或更高應變且在優選情況下至超過50％應變且甚至超過60％應變時表現出幾乎恆定的壓縮應力。這種特徵使泡沫在高速動態衝擊用途中非常有效。壓縮應力是泡沫對用於使該泡沫形變的元件施加的力量的測量標準，並等於形變元件對泡沫施加的力量且彼此反向。在該應變範圍內的恆定應力是指在該範圍的任意部分內，遞增壓縮泡沫所需的力量幾乎等於在該範圍的另一部分內遞增壓縮泡沫所需的力量。
這些泡沫在各種政府、工業和保險試驗中的性能證實了這種有效性。例如，頭部衝擊保護裝置的重要試驗是聯邦汽車安全標準(FederalMotor Vehicle Safety Standard)(FMVSS)201U。下文更充分描述的該試驗界定了「HIC(d)」值，其用於表明頭部在車輛撞擊中頭部受傷的危險。根據FMVSS 201U，根據該試驗的HIC(d)值必須低於1000，但製造商通常更喜歡850或更低的值以提供附加安全係數並適應部件與部件間的變動。本發明容易地提供表現出充分低於這些水平的HIC(d)值的頭部衝擊保護裝置，且通常使用廉價的低密度聚合物泡沫獲得它們。此外，當在下文更充分描述的條件下測試時，緩衝元件在高形變程度下表現出高壓縮效率。
本發明的另一令人驚訝的方面是即使聚合物泡沫具有高開孔含量，也可以實現這些性能水平。這是出乎意料的，因為許多能量管理泡沫的緩衝性能明顯取決於多數為含有夾帶空氣的閉孔。壓縮這些閉孔提高了孔內壓力並有助於泡沫的壓縮強度。以主要開孔的多孔結構實現良好壓縮性能是出乎意料的，因為孔內氣壓的貢獻極大降低。
本發明的緩衝元件包括吸能多孔聚合物。在多數情況下，多孔聚合物具有一定的專門幾何結構。「專門幾何結構」簡單地是指以某種特定方式調整多孔聚合物的外部尺寸和形狀以符合其特定用途所需的特定設計和/或美觀特徵。這些調整可以包括，例如，將多孔聚合物適配到緩衝元件的另一部件或另一部分或組裝件上所需的特定形狀，式樣和外觀的考慮所需或所要求的特定形狀，或提供所需緩衝性能所需或所要求的特定形狀。在多數情況下，通過將多孔聚合物擠出或模製成所需形狀或通過製造(即切割、研磨和/或釘板條)預先製成的泡沫，賦予多孔聚合物專門的幾何結構。
多孔聚合物以其各向異性為特徵。多孔聚合物的各向異性是由其在不同方向上經受壓縮時的壓縮強度建立的。或者，多孔聚合物的各向異性是通過如下所述使一個方向上的孔平均大於另兩個正交方向上的孔來建立的。
當在三個正交方向E、V和H上評測泡沫的壓縮強度時，建立各向異性壓縮強度。這些測得的壓縮強度CE、CV和CH分別與這些壓縮強度的總和CT相關聯，這樣CE/CT、CV/CT和CH/CT中至少一項具有至少0.40，優選至少0.44，更優選至少0.45，再優選至少0.48，尤其是至少大約0.50，直至大約0.80(例如直至大約0.70，或直至大約0.65)的值。CE/CT、CV/CT和CH/CT的總和當然總是等於1。對於完全各向同性的多孔聚合物，CE/CT、CV/CT和CH/CT各自等於0.33。因此，如果CE/CT、CV/CT和CH/CT任一個超過0.33，另外兩個中至少一個具有小於0.33的值。在優選的擠出多孔聚合物中，方向E是擠出方向，方向V是多孔聚合物離開擠出模頭後的垂直膨脹方向，方向H是多孔聚合物離開擠出模頭後的水平膨脹方向。方向E、V和H是相對於在其它方法中製成的多孔聚合物的任意標號。對於擠出的多孔聚合物，優選地，值CV/CT和CH/CT之一或兩者為至少0.40，且CE/CT的值低於0.33，因為這可以降低製造成本並可以由單件多孔聚合物製成較大部件。
通過在移動平板和靜止平板(各自的尺寸大於樣品的壓縮表面積)之間在～23℃壓縮25～50毫米厚的多孔聚合物樣品，分別確定壓縮強度值CE/CT、CV/CT和CH/CT。單獨在各個正交方向E、V和H上以0.08s-1的應變速率壓縮樣品，在每種情況下在25％應變(即，將多孔聚合物壓縮至其原始厚度的75％)計算多孔聚合物的壓縮強度。材料試驗系統或Instron壓縮機適用於此目的。應變速率是指樣品壓縮速度(毫米/秒)除以樣品的原始厚度(毫米)。為了獲得0.08s-1的應變速率，必須與樣品厚度相對地調節移動板的速度。通過將載荷傳感器在25％應變下記錄的瞬態力除以與壓縮力垂直的樣品的橫截面積，計算CE、CV和CH的壓縮強度值。CT是CE、CV和CH的總和。
使用標準孔度測量方法，例如ASTM D3576測定孔維度中的各向異性。在各個正交方向E、V和H中測量孔以測定這些方向中的平均尺寸(分別為DE、DV和DH)。計算DE、DV和DH的總和並標為DT。當DE/DT、DV/DT和DH/DT任一比率為至少0.40，優選至少0.44，更優選至少0.45，再優選至少大約0.48，尤其是至少大約0.50，直至大約0.80，優選直至大約0.70，尤其是直至大約0.65時，顯示出各向異性。如前所述，在優選的擠出多孔聚合物中，方向E優選為擠出方向，方向V是泡沫擠出後的垂直膨脹方向，方向H是泡沫擠出後的水平膨脹方向。在優選的擠出泡沫中，DV/DT和DH/DT中至少一個的值為至少0.40，且DE/DT的值優選小於0.33。
一般而言，各向異性孔結構與各向異性壓縮強度性能很好地相關聯，其中最大孔度的方向嚴格符合最高壓縮強度的方向。
表現出這種各向異性的多孔聚合物可以以數種方式製備。
熱塑性聚合物可以使用擠出法形成多孔材料，該方法可以進行調整以產生所需各向異性特徵。在這些擠出法中，形成熔體並通過模頭擠出到具有較低壓力的區域。模頭合適地含有單個開口，例如狹縫、圓形孔口或狗骨頭形開口。熔體通常包括聚合物、發泡劑和任選其它添加劑，例如成核劑、染料、表面活性劑、交聯劑等。在離開模頭後，熔體膨脹，通常在與擠出方向正交的垂直和平行方向上膨脹，，並冷卻以形成多孔聚合物。
可以以至少兩種方式賦予擠出的多孔聚合物各向異性特徵。在一種方法中，擠出熔體的膨脹在至少一個方向上受限，同時使孔在至少一個正交方向上自由膨脹。這趨於產生細長孔和在孔的細長維度方向上具有其最高壓縮強度的多孔聚合物。孔膨脹可以如下在任何特定方向上受限加入防止熔體在該方向上充分膨脹的物理屏障，同時允許在正交方向上自由或幾乎自由膨脹。通常，該方法適用於製造在垂直或水平方向(與擠出方向正交)上伸長的孔。最優選使用該方法製造在垂直方向上伸長的孔。
另一在擠出的多孔聚合物中引入各向異性特徵的方法是允許擠出熔體不受限制地膨脹，隨後拉伸或壓縮所得多孔聚合物以在特定方向上拉長或縮短孔。在連續擠出生產線上，這可以通過在聚合物仍然略微柔軟的同時以略高或略低於擠出速率的速度將泡沫拉出生產線來實現，從而分別產生在擠出方向上拉長或壓縮的孔。這也可以通過在垂直或水平方向(即，與擠出方向正交)上機械壓縮剛膨脹的泡沫來實現。優選製造在擠出方向上壓縮的孔。
製造熱塑性泡沫的擠出方法是非常公知的。在美國專利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和6,417,240中描述了具體的這類方法。例如，在GB 1,099,313、WO03/102064A2、US 4,510,268和DE 4408928A1中描述了製造帶有細長孔的擠塑多孔聚合物的具體方法。
擠出的泡沫也可以在隨後的加工步驟中通過將泡沫加熱至其可以成型的溫度並在一個方向上壓縮和/或拉伸泡沫來進行處理以引入各向異性特徵。
也可以在所謂的「珠粒泡沫」法中製造多孔聚合物，其中將含有發泡劑的粒狀熱塑性樹脂粒子加熱至使樹脂軟化並使發泡劑揮發，由此各個粒子膨脹並形成多孔體。在美國專利號3,066,382、3,188,264、3,251,728、4,839,396、4,866,098和4,912,140中描述了這類「珠粒泡沫」及其製造方法。通過在至少一個方向限制膨脹體，同時使其在至少一個正交方向自由或幾乎自由膨脹，可以賦予所得多孔聚合物各向異性特徵。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚苯醚/聚苯乙烯摻合物是特別適合這類泡沫的聚合物。
也可以在反應性發泡法中製造多孔聚合物，其中前體材料在發泡劑存在下反應以形成多孔聚合物。這類聚合物最通常是聚氨酯和聚環氧化物，尤其是如美國專利號5,234,965和6,423,755中所述的結構聚氨酯泡沫。通過在至少一個方向上限制膨脹反應混合物，同時使其在至少一個正交方向上自由或幾乎自由膨脹，再賦予這類泡沫各向異性特徵。
注射成型法也可用於製造多孔聚合物。
多孔聚合物有利地具有數種使其特別可用於動態衝擊用途的附加特徵。當泡沫以0.08s-1的應變速率在尺寸大於樣品壓縮表面積的平板之間壓縮時，多孔聚合物有利地表現出在大約10至至少40％應變的應變範圍內幾乎恆定的壓縮應力值。在本文中，「幾乎恆定」是指在該應變範圍內，比率C/C25(其中C代表特定應變級下的壓縮應力，C25代表25％應變下的壓縮應力)總是在0.85至1.15的範圍內。優選地，多孔聚合物在10至至少50％應變，更優選10至至少60％應變的範圍內表現出幾乎恆定的壓縮應力值。
此外，以至少0.08s-1的應變速率壓縮時，多孔聚合物有利地表現出3至10％應變的彈性極限。當壓縮超出其彈性極限時，多孔聚合物永久形變，並在壓縮力釋放時不再能恢復用於壓縮多孔聚合物的所有能量。這種彈性極限的存在是顯著的，因為沒有這種彈性極限的泡沫不會如上所述在寬應變範圍內表現出所需應力-應變關係。
在用於頭部損傷減緩用途的緩衝元件，例如頂蓬設施(countermeasures)、頭盔等等中，如在25～50毫米厚樣品上以0.08s-1的應變速率測得的那樣，多孔聚合物還有利地在最大強度方向上表現出在25％應變下至少200kPa，優選至少250kPa，更優選至少290kPa直至大約700kPa，尤其是直至大約600kPa的壓縮強度。通常選擇多孔聚合物的密度以提供所需壓縮強度性能。較高密度的多孔聚合物往往表現出較高壓縮強度。對於頭部損傷減緩用途，多孔聚合物有利地具有不超過2.5磅/立方英尺(40千克/立方米)，優選不超過2.35磅/立方英尺(37.6千克/立方米)的密度。優選地，密度為至少1.5磅/立方英尺(24千克/立方米)。尤其優選的密度為大約1.75至大約2.2磅/立方英尺(28～35.2千克/立方米)。已經發現，具有這些壓縮強度和密度的多孔聚合物往往具有如下更充分描述的根據FMVSS 201(U)測得的特別低的HIC(d)值。特別優選用在頭部損傷減緩用途中的多孔聚合物在如上所示測試時在最大壓縮強度的方向上具有在25％應變下290～600kPa的壓縮強度，1.5至2.2磅/立方英尺(24～35.2千克/立方米)的密度，和3～10％應變的彈性極限。
對於聯邦汽車安全標準(FMVSS)214、橫向衝擊新車評定程序(LINCAP)和高速公路安全保險協會骨盆損傷保護減緩用途，例如骨盆墊等，多孔聚合物有利地在最大強度的方向上表現出在25～50毫米厚樣品上以0.08s-1的應變速率測得的在25％應變下至少150kPa，優選至少250kPa，直至大約1000kPa，尤其直至大約900kPa的壓縮強度。在這些用途中需要這種寬的性能範圍以保護模擬第5名(5th)女性、第50名男性和第95名男性(按百等分排列)的寬範圍擬人碰撞試驗假人。對於這些用途，多孔聚合物有利地具有不超過5磅/立方英尺(80千克/立方米)和優選不超過4.5磅/立方英尺(72千克/立方米)的密度。優選地，密度為至少1.5磅/立方英尺(24千克/立方米)。尤其優選的密度為大約2.1至大約4.0磅/立方英尺(34～64千克/立方米)。這些較硬的多孔聚合物仍然趨於在寬應變範圍內表現出如上所述的所需應力-應變曲線。特別優選用在骨盆損傷保護用途中的多孔聚合物在如上所述測試時在最大強度的方向上具有在25％應變下200～900kPa的壓縮強度，2.1至4.0磅/立方英尺(34～64千克/立方米)的密度，和3～10％應變的彈性極限。
在胸損傷減緩用途，例如胸腔墊等中，多孔聚合物還有利地在最大強度的方向上表現出如前測得的在25％應變下至少100kPa，優選至少150kPa，直至大約700kPa，優選直至大約500kPa的壓縮強度。對於這些用途，多孔聚合物有利地具有不超過3.0磅/立方英尺(48千克/立方米)，優選不超過2.0磅/立方英尺(32千克/立方米)的密度。優選地，密度為至少1.25磅/立方英尺(20千克/立方米)。尤其優選的密度為大約1.5至大約2.0磅/立方英尺(24～32千克/立方米)。這些撓性較高的多孔聚合物仍然趨於在寬應變範圍內表現出所需幾乎恆定的壓縮應力。特別優選用在胸損傷保護用途中的多孔聚合物在如上所述測試時在最大強度的方向上具有在25％應變下150～500kPa的壓縮強度，1.5至2.0磅/立方英尺(24～32千克/立方米)的密度，和3～10％應變的彈性極限。
多孔聚合物可以主要為開孔或閉孔的。開孔含量方便地根據ASTM D6226-98測量。具有1～35％，1～20％，1～10％或1～5％的開孔含量的主要閉孔的多孔聚合物是可用的。本發明的令人驚訝的方面在於，如果該材料具有如上所述的各向異性，具有高開孔含量，例如至少35％，40％或50％開孔的多孔聚合物在該用途中良好地發揮作用。這些多孔聚合物的開孔含量可以高至90％或100％。
多孔聚合物進一步有利地表現出在60％應變下測得的至少70％，優選至少80％的壓縮效率，在65％應變下測得的至少60％，優選至少75％的壓縮效率，在70％應變下測得的至少55％，優選至少70％的壓縮效率，和/或在75％應變下測得的至少50％，優選至少65％的壓縮效率。用本發明可以在60～65％應變下獲得85％或更高的壓縮效率。通過以上述方式以0.08s-1的應變速率壓縮泡沫並記錄瞬時載荷和橫梁位移，計算壓縮效率。通過將瞬時載荷除以與壓縮方向垂直的泡沫樣品的原始橫截面積，計算瞬時應力。通過將厚度變化除以原始厚度，計算瞬時應變。然後使用下列關係計算壓縮效率
其中σ代表以mPa為單位的瞬時應力，ε代表以毫米/毫米為單位的s應變，σ最大代表以MPa為單位的所實現的最大應力。
多孔聚合物的孔可以具有大約0.05至大約5.0毫米，尤其是大約0.1至大約3.0毫米的通過ASTM 3756測得的平均尺寸(最大維度)。具有較大平均孔度(尤其是在最大維度上大約0.9至大約3.0毫米，或大約0.9至大約2.0毫米)的多孔聚合物特別有用。已經發現，具有上述範圍內的較大孔度的多孔聚合物通常在高應變級下具有更好的壓縮效率。這在一些情況下能夠在中等取向水平(例如0.40至0.50)下實現優異性質。最小孔維度優選為大約0.03至大約0.75毫米。
構成泡沫的聚合物相的樹脂可以是可形成具有上述各向異性的泡沫的任何樹脂。對於頭部損傷保護、骨盆損傷保護和胸損傷保護用途，該聚合物優選為能夠形成具有上述壓縮強度、密度和彈性極限特徵的泡沫的聚合物。
合適的塑料樹脂的例子包含熱塑性和熱固性樹脂。合適的熱塑性樹脂包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯、基本線型低密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯或丙烯與其它可共聚單體(例如丙烯酸、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸、丙烯酸酯或其它α-烯烴)的各種共聚物、聚(鏈烯基芳族化合物)樹脂、一種或多種鏈烯基芳族單體與烯鍵式不飽和腈的共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯聚合物、除乙烯和丙烯外的α-烯烴的聚合物、聚酯，例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯等、聚氯乙稀、聚碳酸酯、以及其它熱塑性樹脂。優選樹脂是熱塑性樹脂，包括極低密度聚乙烯、聚丙烯和聚(鏈烯基芳族化合物)樹脂，例如聚苯乙烯、苯乙烯類共聚物，例如聚苯乙烯-丙烯腈(SAN)樹脂等。特別重要的是聚苯乙烯，和苯乙烯與丙烯腈的嵌段或無規共聚物，其含有大約0.1～40wt％，尤其是10～35wt％，更優選15～33wt％的丙烯腈，並具有70,000至大約200,000，尤其是大約80,000至大約190,000的重均分子量。這類的合適苯乙烯-丙烯腈樹脂包括含有大約25wt％丙烯腈且Mw為大約150,000，含有大約31wt％丙烯腈且Mw為大約96,000，含有大約28％丙烯腈且Mw為大約100,000，含有大約30wt％丙烯腈且Mw為大約168,000，或含有大約20wt％丙烯腈且Mw為大約173,000的樹脂。
合適的熱塑性樹脂具有使其可以與發泡劑一起熔體加工以形成多孔泡沫結構的分子量。優選的熱塑性樹脂可以在大約100℃至大約310℃的溫度下熔體加工以形成多孔聚合物。優選的熱塑性樹脂具有高於100℃但低於220℃，尤其是低於160℃的熔化溫度。使用關於下列實施例14和15所述的升溫老化試驗，優選熱塑性樹脂形成對高達80℃，尤其是高達大約90℃，優選高達大約100℃的溫度尺寸穩定的多孔聚合物。
合適的熱固性樹脂包括聚氨酯、聚環氧化物、聚氨酯-聚異氰脲酸酯、酚醛樹脂等。
可以使用兩種或兩種以上前述材料的摻合物。該樹脂可以被衝擊改性。
該聚合物可以含有不會不合意地幹擾所得泡沫的發泡過程或性質的添加劑。抗氧化劑、色料、填料、染料、滑爽劑、阻燃劑等是常用添加劑。
多孔聚合物通常使用發泡劑形成。合適的發泡劑包括物理和化學發泡劑。物理髮泡劑包括氣體和在發泡過程的條件下揮發的液體，而化學發泡劑在發泡過程的條件下通過一定的化學方式，通常分解，產生氣體。
合適的物理髮泡劑包括二氧化碳、氮氣、氬氣、水等。特別合適的物理髮泡劑包括含有1至4個碳原子的滷代烴，例如甲基氯、乙基氯、正丙基氯、異丙基氯、和反式-二氯乙烯；氫氟烴，例如甲基氟、二氟甲烷(HFC-32)、全氟甲烷、乙基氟(HFC-161)、1，1-二氟乙烷(HFC-152a)、1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)、1，1，2，2-四氟乙烷(HFC-134)、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)、五氟乙烷(HFC-125)、全氟乙烷、2，2-二氟丙烷(HFC-272fb)、1，1，1-三氟丙烷(HFC-263fb)、和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)、1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)、和1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-365mfc)。同樣合適的是含有1至9個碳的不飽和或飽和脂族和環狀烴，例如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、環戊烷、己烷、環己烷、庚烷、辛烷、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、異戊烷、和2，2-二甲基丁烷；含有1至5個碳的脂族醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇和異丙醇；含羰基的化合物，例如丙酮、2-丁酮、和乙醛；含醚的化合物，例如二甲醚、二乙醚、和甲基乙基醚。水有時與其它發泡劑結合使用。
合適的化學發泡劑包括偶氮二醯胺、偶氮二異丁腈、二亞硝基五亞甲基四胺、苯磺醯肼、4，4-羥苯磺醯基氨基脲、對甲苯磺醯基氨基脲、甲苯磺醯基醯肼、偶氮二羧酸鋇、N，N』-二甲基-N，N』-二亞硝基對苯二甲醯胺、三肼基三嗪、碳酸氫鈉和檸檬酸。
可以使用這些物理和化學發泡劑的混合物。
可以使用成核劑(或孔控制劑)以助於控制孔的尺寸。孔控制劑包括細粒狀固體，例如滑石，以及碳酸氫鈉與檸檬酸或檸檬酸鈉的混合物。
多孔聚合物可以含有或不含阻燃劑套裝，這取決於聚合物的性質和用途要求。合適的阻燃劑是脂族或芳族滷化阻燃劑、磷阻燃劑或含氮阻燃劑。可以使用純淨形式或化合物形式的單一阻燃劑或兩種或兩種以上阻燃劑的組合。阻燃劑也可以與一種或多種阻燃劑增效劑結合使用。
合適的滷化阻燃劑是本領域中公知的，並包括但不限於，六溴環十二烷、三(2，3-二溴丙基)磷酸酯、四溴環辛烷、二溴乙基二溴環己烷、五溴氯環己烷、1，2-二溴-4-(1，2-二溴乙基)環己烷、六溴-2-丁烯、1，1，1，3-四溴壬烷、三(2，3-二溴異丙基)異氰脲酸酯、二溴新戊二醇、三溴新戊醇、四溴化季戊四醇、2，4，6-三溴苯基芳醚、四溴雙酚-A(TBBA)、四溴雙酚A雙(2，3-二溴丙醚)、四溴雙酚A-二烯丙基醚、十溴雙苯基乙烷、溴化三甲基苯基茚滿、六溴二苯醚、八溴二苯醚、十溴二苯醚、十溴二苯基乙烷、1，2-雙(三溴苯氧基)乙烷、1，2-雙(五溴苯氧基)乙烷、四溴鄰苯二甲酸雙-2-乙基己基酯、溴化三甲基苯基茚滿、三(三溴新戊基)磷酸酯、亞乙基(N，N』)-雙-四溴鄰苯二甲醯亞胺、四溴鄰苯二甲酸酐、六溴苯、溴化茚滿、溴化磷酸酯、溴化聚苯乙烯、溴化環氧樹脂、和溴化雙酚-A與表氯醇的聚合物、和它們的混合物、或具有類似動力的滷化阻燃劑。
磷化合物的例子包括，但不限於，1)磷酸酯，選自磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三乙酯、磷酸三甲酯、磷酸三丙酯、磷酸三辛酯、甲基磷酸二苯酯、三(2-乙基己基)磷酸酯、二苯基磷酸異癸酯、二苯基磷酸異辛酯、二苯基磷酸雙苯酯、間苯二酚二甲苯基磷酸酯、磷酸三二甲苯酯、或三異丙基苯基苯基磷酸酯；2)膦酸酯；3)亞膦酸酯；4)氧化膦；5)膦；6)聚磷酸銨；或7)式R4PX的鏻鹽，其中各個R獨立地選自取代或未取代、飽和或不飽和、支化或直鏈脂族部分，或取代或未取代的芳族部分，且X是合適的抗衡離子。
阻燃劑增效劑是增強阻燃劑效力的無機或有機化合物，尤其是滷化阻燃劑。無機阻燃劑增效劑的例子包括，但不限於，金屬氧化物(例如氧化鐵、氧化錫、氧化鋅、三氧化鋁、氧化鋁、三氧化銻和五氧化銻、氧化鉍、三氧化鉬、和三氧化鎢)、金屬氫氧化物(例如三水合鋁、氫氧化鎂)、石墨和膨脹石墨、硼酸鋅、矽酸銻、錫酸鋅、羥基錫酸鋅、二茂鐵和它們的混合物。有機阻燃劑增效劑的例子包括，但不限於二甲基二苯基丁烷(或二枯基)、3，4-二甲基-3，4-二苯基己烷、聚-1，4-二-異丙基苯(或聚枯基)、異氰脲酸、滷化石蠟、磷化合物、和它們的混合物。
方便地製成本發明的緩衝元件的市售聚苯乙烯泡沫包括，例如，STYROFOAMFREEZERMATETM聚苯乙烯泡沫；STYROFOAMFLOORMATETM聚苯乙烯泡沫、STYROFOAMHighload 40、Highload60和Highload 100聚苯乙烯泡沫，均可獲自The Dow ChemicalCompany；可獲自Owens Corning的FOAMULARTM250、400、600和1000聚苯乙烯泡沫，可獲自Pactiv的GreenGuardTMCM聚苯乙烯泡沫，和可獲自BASF Aktiengesellschaft的STYRODURTM2800C、3035CS、4000CS和5000CS聚苯乙烯泡沫。
本發明的緩衝元件可以使用單段多孔聚合物構成，或由兩段或兩段以上多孔聚合物的組合件構成。當使用兩段或兩段以上多孔聚合物時，各段可以具有相同或不同的多孔材料，只要它們符合上述各向異性的標準。優選的緩衝元件是單層多孔材料。本發明的緩衝元件可以包括附加組件，例如剛性支架，或「反應性表面」，泡沫在衝擊過程中被壓到其上。緩衝元件還可以包括裝飾性儀錶板或其它美觀性或功能性組件。
根據在動態衝擊領域中的用途調節本發明的緩衝元件，在該用途中，該元件預計要暴露在會將其壓縮至超過其彈性極限的衝擊條件下，由此在使元件永久變形的同時耗散能量。這種類型的許多用途是例如汽車、卡車、貨車、火車、飛機、直升機、摩託雪橇的交通工具的各種安全管理部件和組裝件，其中在碰撞情況下的乘客安全具有利害關係。具體車輛用途包括車輛乘客傷害對策，例如在車輛內部(車廂)中使用的那些。這些用途包括，例如，頂蓬設施、門板及其組件，例如骨盆墊、扶手和胸腔墊、膝擋板、支柱、頭枕、座椅靠背、行李箱地板和儀錶板。
在許多這些前述用途中，元件被設計成耗散來自某一方向的能量。在這種情況下，多孔聚合物合意地在元件內取向以使其最大壓縮強度的方向與預計衝擊的方向略微對齊。壓縮強度的方向與預計衝擊的方向合意地在彼此的45°內，優選在彼此的20°內，更優選在彼此的15°內。
當用在頭部損傷減緩用途中時，在作為大約25毫米厚樣品，對照帶有在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出大約1430的HIC(d)值的3」×16」(7.5×41釐米)原型金屬片部件(白車身(BIW))的金屬片固定裝置進行測試時，本發明的緩衝元件合適地表現出根據FMVSS 201U計算出的不大於1000，優選不大於850，更優選不大於800，尤其是不大於750的HIC(d)值。在一些情況下，獲得低於700的HIC(d)值。根據FMVSS 201U，對著實驗side rail白車身固定裝置對該部件進行部件級頭部衝擊試驗。以大約24千米/小時的衝擊速度對著元件發動安裝在笛卡兒座標體系中的配有三個壓阻加速度計的Hybrid III自由運動頭模。在加速過程中連續由各個加速度計的讀數計算在頭模重力中心的加速。根據實驗計算HIC(d)HIC(d)＝0.75446*HIC+166.4其中HIC是
HIC=[1t2-t1t1t2Rdt]2.5(t2-t1)]]>其中aR是在頭模的重力中心的所得加速量度，以克為單位，t2和t1是衝擊事件中間隔不超過36毫秒的任何兩個時間點。
提供下列實施例以闡述本發明但不是用於限制其範圍。除非另行指明，所有份數和百分比均按重量計。除非另行指出，用25毫米厚度的標稱泡沫和3』×16』(7.5×41釐米)反應表面進行所有頭部衝擊試驗。
實施例1和2由密度大約29.5千克/平米的被稱作StyrofoamFreezermateTM的市售聚苯乙烯泡沫製備多孔聚合物實施例1。通過從單個模頭中擠出可發泡物體，製備該產品。其具有小於5％開孔含量。設計該產品以使其壓縮強度在垂直方向(泡沫擠出時膨脹的方向)上最大。對於該產品，CE/CT、CV/CT和CH/CT分別測定為0.198、0.568和0.234，其中E、V和H分別是擠出、垂直和水平方向。
在該產品以0.08s-1的應變速率壓縮至60～70％應變時測量壓縮應力。在擠出、水平和垂直方向各重複這一操作。結果圖示在

圖1中，數據在每種情況下均通過除以25％應變下的瞬時應力來正規化。參考號1表示在垂直方向(即最高壓縮強度的方向)的壓縮應力響應。如圖1中所示，該方向的壓縮應力急劇升高直至大約5％應變的彈性極限，然後保持幾乎恆定直至達到60％或更大應變。這對於動態衝擊用途是非常合意的響應。在水平和擠出取向(分別用參考號2和3表示)上，壓縮應力再急劇升至彈性極限，但隨後在樣品進一步變形時繼續升高。該數據表明，如果垂直方向與預計衝擊方向對齊，則這種泡沫在高動態衝擊用途中表現良好。
在上述方法中測定多孔聚合物實施例1的壓縮效率為在60％應變下大約91％，在65％應變下大約85％，在70％應變下大約77％，和在75％應變下大約67％。
當其垂直方向朝向衝擊方向時，多孔聚合物實施例1的樣品對照在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出1,430的BIW HIC(d)值的原型固定裝置，表現出724的HIC(d)值。
多孔聚合物實施例2是由可作為Styrofoam1-1/2」Blue Board購得的聚苯乙烯泡沫boardstock製成的。通過從單個模頭中擠出可發泡物體，製備這種產品。其密度為大約25.3千克/平方米。其含有少於5％的開孔。其最高壓縮強度位於垂直方向，CV/CT為0.443。
按照與對實施例1所述相同的方式，在以0.08s-1的應變速率壓縮至60～70％應變的同時測量多孔聚合物實施例2的壓縮應力。結果圖示在圖1中，數據通過除以25％應變下的壓縮應力來正規化。參考號4表示在垂直方向(即最高壓縮強度方向)的壓縮應力響應。在這種情況下，壓縮應力急劇升高直至達到大約5％應變的彈性極限，然後保持幾乎恆定直至達到40％應變。在水平取向(由參考號5表示)，壓縮應力再急劇升至彈性極限，但隨後在樣品進一步變形時繼續升高。
當其垂直方向朝向衝擊方向時，多孔聚合物實施例2的樣品對照在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出1,430的白車身(BIW)HIC(d)值的原型固定裝置，表現出大約753的HIC(d)值。
實施例3多孔聚合物實施例3是由作為Styrofoam40HL出售的市售聚苯乙烯泡沫製成的。通過從單個模頭中擠出可發泡物體，製備這種產品。多孔聚合物實施例3具有大約30.4千克/平方米的密度和小於5％的開孔含量。對於該產品，CE/CT、CV/CT和CH/CT分別測定為0.278、0.447和0.271，其中E、V和H分別是擠出、垂直和水平方向。該產品因此比多孔聚合物實施例1略少取向。其具有比多孔聚合物實施例1或2略大的孔。
如實施例1中所述測量壓縮該產品所需的壓縮應力。結果圖示在圖2中，數據在這種情況下不正規化。參考號11表示在垂直方向的壓縮應力響應。如圖1中所示，該方向上的壓縮應力急劇升高直至大約4％應變的彈性極限，然後保持幾乎恆定直至達到大約45％應變。在擠出和水平取向(分別由參考號12和13表示)中，壓縮應力再急劇升至彈性極限，但隨後在樣品進一步變形時繼續升高。該數據表明，如果垂直方向與預計衝擊方向對齊，則該泡沫在動態衝擊用途中表現良好。
當該泡沫的垂直方向朝向衝擊方向並對照在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出1,430的BIW HIC(d)值的原型固定裝置測試時，多孔聚合物實施例3的樣品表現出720的HIC(d)值。
實施例4-19由如下表所述的各種取向泡沫製備多孔聚合物實施例4-19和對比例A、B和C。多孔聚合物實施例4-19是通過從單個孔口擠出可發泡物體而製成的全聚苯乙烯泡沫。在三個正交方向(擠出、垂直和水平)評測所有實施例和對比樣品的壓縮強度，這些值中的最高值與取向一起顯示在表中。還如實施例1那樣測定密度和HIC(d)，並列在表中，其中HIC(d)值對照在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出1,430的BIW HIC(d)值的原型固定裝置測量。
*對比例。1E、V、H分別是指擠出、垂直和水平方向。％是指CE/CT、CV/CT和CH/CT的最大值。
實施例5和對比例A顯示了取向的影響。實施例5是適度取向的，具有與對比例A類似的密度和最大壓縮強度。但是，其HIC(d)值為839，對比例A為867，這表明儘管具有適度的取向和略低的最大壓縮強度，但仍有～3％的改進。
上表中的數據表明最大壓縮強度為大約250～700Kpa，尤其是290～600Kpa的多孔聚合物提供最佳HIC(d)值。如實施例17所示，隨著最大壓縮強度變大，多孔聚合物變得硬得多，且HIC(d)值趨於提高。如實施例4和18所示，以及略微如實施例5所示，較低的最大壓縮強度多孔聚合物趨於表現出較低的HIC(d)值。取向被認為使聚合物能夠以低密度實現這些最大壓縮強度，這從成本和重量的角度看是合意的。密度合意地低於2.5磅/立方英尺(40千克/立方米)，尤其是大約1.75～2.2磅/立方英尺(28～35.2千克/立方米)。如實施例7、8、12和13所示，在多孔聚合物取向至50～65％時，在低多孔聚合物密度下可以實現低HIC(d)值、高的最大壓縮強度值。至少50％的取嚮往往產生非常好的結果。
實施例6和7是顯著的，因為這些多孔聚合物在最長方向上具有平均尺寸為大約1毫米的孔。如實施例6中所示，較大孔度似乎在HIC(d)值方面提供益處，即使多孔聚合物僅適度取向。如實施例7中所示，當大約1～2毫米孔度與高於50％的取向結合時，獲得極好的HIC(d)值。
實施例14和15令人驚訝地表明，使用具有高開孔比例的多孔聚合物可以獲得非常好的HIC(d)值。開孔泡沫的使用在尺寸穩定性方面具有進一步優點。通過將單獨的樣品加熱至85℃和至90℃大約72小時，測試與多孔聚合物實施例15類似的多孔聚合物的尺寸穩定性。通過測量加熱之前和之後的高度、寬度和長度，測定尺寸穩定性。這種多孔聚合物表現出在85℃大約1.5％和在90℃大約7.5～9.5％的尺寸變化。具有類似密度的閉孔多孔聚合物通常表現出在85℃下5～10％範圍和在90℃下20～30％的尺寸變化。
實施例20由下列配方製備聚氨酯-聚異氰脲酸酯泡沫270-OH#聚醚多元醇 91.9重量份催化劑1.0重量份三聚催化劑2.5重量份有機矽氧烷表面活性劑 2.0重量份水2.6重量份134當量，3.2官能聚合MDI 至209異氰酸酯指數將聚異氰酸酯以外的所有成分混合，然後加入聚異氰酸酯並混合。將混合物倒入具有3英寸(7.6毫米)內徑和12英寸(30.4毫米)長度的垂直取向聚氯乙稀管。該管在內表面上具有蠟脫模塗層。在泡沫固化時使泡沫在管內自由向上升高。在泡沫在室溫固化直至其手觸乾燥之後，將其在60℃爐中固化2小時，冷卻並脫模。所得泡沫(多孔聚合物實施例20)具有略微細長的孔，但在性能上相當各向異性，該泡沫的CV/CT為大約0.45。
再測試同樣的泡沫樣品，這次是在與其表現出最大壓縮強度的方向正交的方向上取向。
當泡沫的垂直方向朝向衝擊方向並對照在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出1,400的BIW HIC(d)值的原型固定裝置進行測試時，多孔聚合物實施例20表現出706的HIC(d)值。再使用不同的取向測試時，其在這些條件下表現出僅762的HIC(d)值。
實施例21-23多孔聚合物實施例21是大約85wt％苯乙烯與15wt％丙烯腈的無規共聚物的擠出泡沫。選擇擠出條件以主要製造閉孔，它們在與擠出方向正交的方向伸長。擠出方向上的平均孔度為0.27毫米。多孔聚合物實施例21具有25.0千克/立方米的芯密度。該泡沫的CV/CT為大約77.4。
多孔聚合物實施例22-23是具有如下表所列特徵的類似泡沫。在多孔聚合物實施例22-23的25毫米厚樣品上測量HIC(d)值，並對照在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出1,414的BIW HIC(d)值的原型固定裝置進行測試。泡沫在最大壓縮強度方向與衝擊方向對齊的情況下取向。結果列在下表中。
權利要求
1.一種用於車輛的緩衝元件，其中在使用過程中，緩衝元件預計吸收足以使緩衝元件永久變形的衝擊力，該緩衝元件包括密度不超過2.5磅/立方英尺的吸能多孔聚合物，其中多孔聚合物表現出CE/CT、CV/CT和CH/CT所示的各向異性，其中CF/CT、CV/CT和CH/CT中至少一項具有0.40至0.80的值，其中CE、CV和CH分別代表在三個正交方向E、V和H上的泡沫壓縮強度，且CT代表CE、CV和CH的總和。
2.根據權利要求1所述的緩衝元件，其中CE/CT、CV/CT和CH/CT中至少一項具有至少0.45的值。
3.根據權利要求2所述的緩衝元件，其中CE/CT、CV/CT和CH/CT中至少一項具有至少0.50的值。
4.根據權利要求1-3任一項所述的緩衝元件，其中多孔聚合物是通過在擠出方向擠出可發泡樹脂混合物的單一連續物體而形成的。
5.根據權利要求4所述的緩衝元件，其中方向E代表擠出方向，且CV/CT和CH/CT中至少一項大於CE/CT。
6.根據權利要求5所述的緩衝元件，其中V代表多孔聚合物擠出之後的垂直膨脹方向，且CV/CT為至少0.50。
7.根據權利要求1所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有至少10％的開孔含量。
8.根據權利要求1所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有在最大維度上的平均孔度為0.9～3毫米的孔。
9.根據權利要求3所述的緩衝元件，其中多孔聚合物是聚苯乙烯或苯乙烯或丙烯腈的共聚物。
10.根據權利要求1所述的緩衝元件，其中多孔聚合物在60％應變下表現出至少80％的壓縮效率。
11.根據權利要求1所述的緩衝元件，其中多孔聚合物表現出3～10％應變的彈性極限。
12.根據權利要求1所述的緩衝元件，其中使多孔聚合物取向以使最高壓縮強度的方向朝向預計衝擊方向。
13.根據權利要求1所述的緩衝元件，其是汽車頂蓬設施。
14.根據權利要求13所述的緩衝元件，其中在25％應變下CE、CV和CH的最大值具有290～600kPa的值。
15.根據權利要求14所述的緩衝元件，其中當根據FMVSS 201U對照在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出大約1,430的(BIW)HIC(d)值的金屬片固定裝置計算時，多孔聚合物在25毫米標稱厚度下表現出小於800的HIC(d)值。
16.根據權利要求15所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有1.5至2.35磅/立方英尺(24～35.2千克/立方米)的密度。
17.根據權利要求1所述的緩衝元件，其是骨盆墊。
18.根據權利要求17所述的緩衝元件，其中在25％應變下CE、CV和CH的最大值具有150～900kPa的值。
19.根據權利要求18所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有1.5至4磅/立方英尺(24～64千克/立方米)的密度。
20.根據權利要求1所述的緩衝元件，其是胸腔墊。
21.根據權利要求20所述的緩衝元件，其中在25％應變下CE、CV和CH的最大值具有100～500kPa的值。
22.根據權利要求21所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有1.25至3磅/立方英尺(20～48千克/立方米)的密度。
23.一種用於動態衝擊用途的緩衝元件，其中在使用過程中，緩衝元件預計吸收足以使緩衝元件永久變形的衝擊力，該緩衝元件包括多孔聚合物，其中多孔聚合物如下形成(1)在擠出方向擠出可發泡樹脂混合物的單一連續物體，(2)使可膨脹聚合物珠粒膨脹，或(3)在反應性發泡法中形成，並形成所述專門幾何結構，且其中多孔聚合物表現出CE/CT、CV/CT和CH/CT所示的各向異性，其中CE、CV和CH代表通過以0.08s-1的應變速率壓縮25～50毫米厚的多孔聚合物樣品至25％應變而測得的多孔聚合物分別在三個正交方向E、V和H上的壓縮強度，CT代表CE、CV和CH的總和，且CE/CT、CV/CT和CH/CT中至少一項具有0.40至0.80的值。
24.根據權利要求23所述的緩衝元件，其中CE/CT、CV/CT和CH/CT中至少一項具有至少0.45的值。
25.根據權利要求24所述的緩衝元件，其中CE/CT、CV/CT和CH/CT中至少一項具有至少0.50的值。
26.根據權利要求23-25任一項所述的緩衝元件，其中多孔聚合物是通過在擠出方向擠出可發泡樹脂混合物的單一連續物體而形成的。
27.根據權利要求26所述的緩衝元件，其中方向E代表擠出方向，且CV/CT和CH/CT中至少一項大於CE/CT。
28.根據權利要求27所述的緩衝元件，其中V代表多孔聚合物擠出之後的垂直膨脹方向，且CV/CT為至少0.50。
29.根據權利要求23所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有至少10％的開孔含量。
30.根據權利要求23所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有在最大維度上的平均孔度為0.9～3毫米的孔。
31.根據權利要求25所述的緩衝元件，其中多孔聚合物是聚苯乙烯或苯乙烯和丙烯腈的共聚物。
32.根據權利要求23所述的緩衝元件，其中多孔聚合物在60％應變下表現出至少80％的壓縮效率。
33.根據權利要求23所述的緩衝元件，其中多孔聚合物表現出3～10％應變的彈性極限。
34.根據權利要求23所述的緩衝元件，其中使多孔聚合物取向以使最高壓縮強度的方向朝向預計衝擊方向。
35.根據權利要求23所述的緩衝元件，其是汽車頂蓬設施。
36.根據權利要求35所述的緩衝元件，其中在25％應變下CE、CV和CH的最大值具有200～600kPa的值。
37.根據權利要求36所述的緩衝元件，其中當根據FMVSS 201U對照在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出大約1,430的(BIW)HIC(d)值的金屬片固定裝置計算時，多孔聚合物在25毫米標稱厚度下表現出小於800的HIC(d)值。
38.根據權利要求37所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有1.5至2.35磅/立方英尺(24～35.2千克/立方米)的密度。
39.根據權利要求23所述的緩衝元件，其是骨盆墊。
40.根據權利要求39所述的緩衝元件，其中在25％應變下CE、CV和CH的最大值具有150～900kPa的值。
41.根據權利要求40所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有1.5至4磅/立方英尺(24～64千克/立方米)的密度。
42.根據權利要求23所述的緩衝元件，其是胸腔墊。
43.根據權利要求42所述的緩衝元件，其中在25％應變下CE、CV和CH的最大值具有100～500kPa的值。
44.根據權利要求43所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有1.25至3磅/立方英尺(20～48千克/立方米)的密度。
45.一種用於車輛的緩衝元件，該緩衝元件包括如下形成的吸能多孔聚合物——將可發泡熱塑性聚合物組合物通過單個孔口以擠出方向E擠出並形成所得擠出聚合物以將其製成所述專門幾何結構，其中多孔聚合物的孔在與擠出方向正交的至少一個方向V上具有符合標準0.80≥DV/DT≥0.40的平均尺寸，其中DV代表孔在與擠出方向正交的所述方向上的平均尺寸，且DT＝DV+DE+DH，其中DE是孔在擠出方向E上的平均尺寸，DH是孔在與E和V均正交的方向H上的平均尺寸。
46.根據權利要求28所述的緩衝元件，其中DV/DT具有至少0.50的值。
47.根據權利要求46所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有至少10％的開孔含量。
48.根據權利要求45-47所述的緩衝元件，其中Dv的平均值為0.9～2毫米。
49.根據權利要求27-31所述的緩衝元件，其中多孔聚合物是聚苯乙烯或苯乙烯和丙烯腈的共聚物。
50.根據權利要求45所述的緩衝元件，其中多孔聚合物在60％應變下表現出至少80％的應變效率。
51.根據權利要求45所述的緩衝元件，其中多孔聚合物表現出3～10％應變的彈性極限。
52.根據權利要求49所述的緩衝元件，其是汽車頂蓬、門板、膝擋板、支柱、頭枕、座椅靠背、行李箱地板或儀錶板。
53.根據權利要求52所述的緩衝元件，其中在25％應變下CE、CV和CH的最大值具有200～600kPa的值。
54.根據權利要求53所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有1.5至2.35磅/立方英尺(24～35.2千克/立方米)的密度。
55.根據權利要求54所述的緩衝元件，其中當根據FMVSS 201U對照在不存在任何被動吸能對策的情況下表現出大約1500的HIC(d)值的金屬片固定裝置計算時，多孔聚合物在25毫米標稱厚度下表現出小於800的HIC(d)值。
56.根據權利要求49所述的緩衝元件，其是骨盆墊。
57.根據權利要求56所述的緩衝元件，其中在25％應變下CE、CV和CH的最大值具有350～900kPa的值。
58.根據權利要求57所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有2.0至5磅/立方英尺(32～80千克/立方米)的密度。
59.根據權利要求49所述的緩衝元件，其是胸腔墊。
60.根據權利要求59所述的緩衝元件，其中在25％應變下CE、CV和CH的最大值具有200～500kPa的值。
61.根據權利要求61所述的緩衝元件，其中多孔聚合物具有1.25至3磅/立方英尺(20～48千克/立方米)的密度。
62.根據權利要求3所述的緩衝元件，其中多孔聚合物是聚氨酯、聚環氧化物或聚氨酯-聚異氰脲酸酯。
63.根據權利要求25所述的緩衝元件，其中多孔聚合物是聚氨酯、聚環氧化物或聚氨酯-聚異氰脲酸酯。
64.根據權利要求47所述的緩衝元件，其中多孔聚合物是聚氨酯、聚環氧化物或聚氨酯-聚異氰脲酸酯。
65.根據權利要求23所述的緩衝元件，其是汽車頂蓬、門板、膝擋板、支柱、頭枕、座椅靠背、行李箱地板或儀錶板。
全文摘要
用於動態衝擊用途的緩衝墊包括在擠塑法、發泡珠粒法或反應性發泡法中製成的各向異性多孔聚合物。C
文檔編號B60R21/04GK101057086SQ200580038927
公開日2007年10月17日 申請日期2005年11月10日 優先權日2004年11月12日
發明者M·J·莫勒, S·B·斯瓦茨米勒, G·D·沃格爾, V·V·召, A·N·帕凱, C·A·博格倫德 申請人:陶氏環球技術公司