차량 에너지 흡수를 위한 개선된 발포체 document_id A220623065288

중합체 발포체는 다양한 완충 적용에 광범위하게 사용된다. 발포체는 통상 베개, 의자 씌우개, 매트리스 및 유연도와 안락함이 우세한 요인인 유사한 적용에 사용된다. 발포체는 또한 포장 내용물을 보호하기 위해 사용된다. 포장시, 발포체는 통상 포장의 충돌 또는 낙하로 인하여, 적절한 변형만을 보이며, 그 결과 탄성적으로만 변형된다(즉, 발포체는 변형후 다시 복원되며, 이는 통상 약 10% 미만의 변형이다). 포장용 발포체는 또한 발포체의 치수와 관련된 요건이 있더라도 거의 없지만, 단지 낮은 충격에 대해 내용물은 보호해야 한다. 결과적으로, 이들 각각이 온도와 습도로 인하여 상당히 변형되기 쉬움에도 불구하고, 저렴한 팽창 폴리스티렌 및 팽창 셀룰로즈계 충전 피넛이 사용되는 것이 아주 통상적이다. 최근 수 년간, 자동차는 충돌 도중에 승차자 상해를 완화시키기 위한 보다 더 엄격한 요건을 충족시키도록 요구되었다. 그러기 위하여, 자동차에 전면 충돌에 대한 에어백을 포함시켰다. 보다 최근에는, 전복 사고로부터의 측면 충돌 및 두부 상해에 대해 더 많은 주의를 기울여 왔다. 이들은 사이드 에어백을 사용해 왔고, 또한 단순히 탄성적으로 변형되는 것이 아니라, 비탄성적으로 변형됨(즉, 충돌됨)으로써 에너지를 흡수하는 발포체를 사용하기 시작했다. 자동차 충돌 완화를 위해 사용되는 발포체의 대부분은 독립 기포 열경화성 발포체(예: 폴리우레탄) 및 독립 기포 결정성 열가소성 발포체[예: 팽창 폴리프로필렌 비이드 및 폴리프로필렌 복합 발포체 스트랜드(예: 상표명 STRANDFOAM; 제조원: The Dow Chemical Company)]이었다. 이들 자동차 에너지 흡수 발포체 각각은 고가이고, 흡수되는 압축 에너지로 인해 중량이 목적하는 것보다 큰 경향이 있다. 그러나, 이들의 상태로 인하여, 예를 들면, 결정성 또는 열경화성 발포체는 차량 제조업자가 개발 도중 스퀵(squeak) 또는 래틀(rattle)을 방지할 뿐만 아니라, 적절한 충돌 흡수를 보장하는데 필요한 우수한 치수 안정성을 나타낸다. 앞서 기술한 바와 같은 포장시 통상적인 다른 중합체 발포체(예: 폴리스티렌 발포체)가 시도되었지만, 이들은 주로 자동차가 받는 거친 환경에서 이들의 치수 안정성의 결여로 인하여, 상업적으로 허용된다 하더라도 크게 허용되지는 않는다. 예를 들면, 자동차 내부는 겨울에 -20℃ 이하(예: 알라스카) 내지 (자동차 지붕 꼭대기에서 달걀을 쉽게 요리할 수 있는) 깊은 계곡의 태양으로 인하여 100℃ 근처의 온도 범위를 나타낼 수 있다. 따라서, 저렴하고, 중량이 적으며, 에너지 흡수가 양호하고, 자동차 내부가 받는 환경을 견딜 수 있는 차량 에너지 흡수 발포체를 제공하는 것이 바람직하다. 발명의 요약 본 발명의 한 측면은 구성 요소(structural element)와 접촉하는 무정형 열가소성 발포 중합체를 포함하는 에너지 흡수 부재에 관한 것으로, 여기서 무정형 발포 중합체의 기포 중 약 50% 이상이 독립 기포이고, 독립 기포는 주위 온도(즉, 약 23℃)에서 약 0.5 내지 약 1.4기압인 기체 압력을 갖는다. 놀랍게도, 유리 전이온도가 낮더라도, 상기 언급한 기포 압력을 갖는 경우에 무정형 발포체(예: 폴리스티렌)는 차량 구성 성분(예: 도어)으로 혼입되어 실질적으로 변형없이 충격 흡수 부재(예를 들면, 치수 안정성에 대한 자동차 사양에 부합되는 부재)를 형성할 수 있음을 발견하였다. 본 발명의 두 번째 측면은, (a) 무정형 열가소성 수지와 발포제를 혼합하는 단계, (b) 수지와 발포제의 혼합물로부터 약 50% 이상의 독립 기포를 갖는 성형 중합체성 발포체를 형성하는 단계, (c) 형성된 성형 발포체를 독립 기포가 약 0.5 내지 약 1.4기압의 기체 압력을 가지도록 처리하여, 처리되고 형성된 성형 발포체를 형성하는 단계 및 (d) 처리되고 형성된 성형 발포체를 구성 요소에 부착시켜 에너지 흡수 부재를 형성하는 단계를 포함하는, 에너지 흡수 부재의 형성방법에 관한 것이다. 본 방법은 자동차, 버스, 트럭, 기차, 항공기, 바이크 헬멧, 방호 울타리, 및 급격한 충격으로부터 에너지의 흡수가 완화되는 것이 요망되는 다른 적용과 같은, 차량용 에너지 흡수 부재를 형성하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 세 번째 측면은 구성 요소와 접촉하는 무정형 열가소성 발포 중합체를 포함하는 에너지 흡수 부재에 관한 것으로, 이때 무정형 발포 중합체의 기포 중 약 50% 이상이 독립 기포이고, 독립 기포는 내부에 이산화탄소로 구성된 발포제를 갖는다. 놀랍게도, CO2가 주요 발포제인 경우, 에너지 흡수 부재의 치수 안정성은 다른 발포제에 비하여 실질적으로 개선되는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 네 번째 측면은 구성 요소와 접촉하는 무정형 열가소성 발포 중합체를 포함하는 에너지 흡수 부재에 관한 것으로, 이때 무정형 발포 중합체의 기포중 약 50% 이상이 독립 기포이고, 열가소성 발포 중합체는 최대 확산 거리가 최대 약 60㎜가 되도록 천공된다. 또한, 놀랍게도, 에너지 흡수 부재의 발포체에 천공의 사용으로 우수한 치수 안정성 성능이 수득되는 것으로 밝혀졌다.