[发明专利]用于交通工具的能量吸收的改进泡沫

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求了2006年1月10日提交的美国临时申请序列No.60,757,582的权益，其经此引用并入本文。

技术领域

本发明涉及例如汽车的交通工具中碰撞能量吸收的聚合泡沫。

背景技术

聚合物泡沫广泛应用于多种缓冲用途中。泡沫通常用于枕头、座位、床垫和相似的其中柔软度和舒适度占主要因素的用途中。泡沫也用于缓冲包装的内容物。在包装中，由于包装的碰撞或下落通常仅引起泡沫的中等应变，且结果仅仅是弹性变形的(即，变形后泡沫反弹恢复，其通常为小于大约10％的应变)。如果存在对泡沫的尺寸相关的要求，包装泡沫也可为内容物提供对低冲击的少量但仅仅是必需的缓冲。因此，廉价的膨胀型聚苯乙烯和膨胀型纤维素基小包装得到非常普遍的应用，虽然它们都分别容易因为温度和湿度产生相当大的形变。

近年来，存在对汽车满足减轻乘员在冲撞过程中的损伤的更加急迫的需求。为此，汽车已加入了用于前方碰撞的气囊。近来，越来越关注侧面冲撞和由翻转事故造成的头部损伤。这些已使用了侧面气囊，也已经开始使用不仅通过弹性形变、而且通过非弹性形变(即，被破碎的)吸收能量的泡沫。

用于汽车冲撞缓冲的绝大多数泡沫为闭孔热固性泡沫，例如聚氨酯，和闭孔结晶热塑性泡沫，例如膨胀型聚丙烯珠粒和聚丙烯聚结泡沫线材(例如，STRANDFOAM，The Dow Chemical Company的商标)。这些汽车能量吸收泡沫通常是昂贵的且具有比所需更大的用于压缩能量吸收的重量。然而，因为它们为例如结晶的或热固性的，所以表现出极佳的尺寸稳定性，这是汽车制造商所期望的，以确保适当的冲撞吸收并防止产生任何的吱吱声或嘎嘎声。

也已尝试了其它的聚合物泡沫，例如如前所述通常用于包装中的聚苯乙烯泡沫，但是从商业角度无法接受它们，这主要是因为它们在汽车存在的苛刻环境中缺乏尺寸稳定性。例如，汽车内部的温度可从例如在阿拉斯加州的冬天中的负20℃或更低，而因为死亡谷(deathvalley)中的暴晒变化至接近100℃(可在车顶上轻易煮熟鸡蛋)。

因此，提供具有轻重量、良好的能量吸收且可经受住汽车内部存在的环境的廉价交通工具用能量吸收泡沫是理想的。

发明内容

本发明的一个方面涉及能量吸收构件，其包括与结构元件接触的无定形热塑性多孔聚合物，其中无定形多孔聚合物至少大约50％的孔为闭孔，且闭孔具有在室温下(即大约23℃)大约0.5大气压至大约1.4大气压的气压。

令人意料不到地发现，当无定形泡沫具有前述的孔压力时，即使其具有低的玻璃化转变温度(例如，聚苯乙烯)，也可将其掺入交通工具结构部件(例如门)中以形成冲击吸收构件，同时基本不发生形变(例如，满足汽车的技术规范对尺寸稳定性的要求)。

本发明的第二方面是形成能量吸收构件的方法，该方法包括：

(a)混合无定形热塑性树脂和发泡剂，

(b)由树脂和发泡剂的混合物形成成型的聚合泡沫，其中泡沫具有至少大约50％的闭孔，

(c)处理所形成的成型泡沫，从而使闭孔具有大约0.5至大约1.4大气压的气压以形成处理后所形成的成型泡沫，和

(d)将处理后所形成的成型泡沫附着于结构元件以形成能量吸收构件。

该方法可用于形成交通工具中的能量吸收构件，例如汽车、公共汽车、卡车、火车、飞机、自行车头盔、冲撞护栏，和任一其它需要从激烈冲击吸收能量以提供缓冲的用途。

本发明的第三方面是能量吸收构件，其包括与结构元件接触的无定形热塑性多孔聚合物，其中无定形多孔聚合物至少大约50％的孔为闭孔，且闭孔中具有由二氧化碳构成的发泡剂。意料不到地发现，当CO₂为主发泡剂时，与其它起泡剂相比，能量吸收构件的尺寸稳定性得到实质性的改进。

本发明的第四方面是能量吸收构件，其包括与结构元件接触的无定形热塑性多孔聚合物，其中无定形多孔聚合物至少大约50％的孔为闭孔，且热塑性多孔聚合物为已穿孔的，以使最大扩散距离为至多大约60mm。也意料不到地发现，在能量吸收构件的泡沫中使用穿孔，产生极佳的尺寸稳定性能。

附图说明

图1是已穿孔的聚苯乙烯泡沫块(右边的块)与由相同的膨胀型聚苯乙烯板条制得但未穿孔的块(左边的块)对比的照片，左边的块不具有用于本发明的能量吸收构件所需的内部孔压力。

图2是最大线性尺寸变化关于在不同压力下加热至85℃的泡沫的压力的绘图，其用于根据经验确定本文的泡沫的平均内部孔压力。

具体实施方式

能量吸收构件