专利名称：带有整体性模内涂敷的聚氨酯芳香族弹性体涂层的装饰性汽车内饰件及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有可安装于汽车内形成其内部的一部分的嵌板结构的汽车内饰件，特别是例如仪表嵌板，门嵌板和手套箱门等汽车内饰件。本发明还涉及了制备汽车内饰件的工艺。
仪表嵌板，门嵌板，扶手，头枕，螺形地板支柱，膝承物和手套箱门等汽车内饰件传统的构造方法是通过在汽车车体内可安装的刚性衬底上施以柔性装饰性涂层，并且在装饰性涂层和刚性衬底之间放入聚氨酯泡沫衬垫。通常给装饰性涂层提供预定的结构和颜色来模拟真皮的外观和手感。
自支撑型具有双层装饰性涂层的合成汽车内饰件的制备参见U.S.专利5,662,996(相应于WO 93/23237)，特别是其中的实施例2。根据Recticel’996专利所述的制备这种汽车内饰件的方法，首先将溶剂型聚氨酯漆作为“内模漆”涂于开模表面，然后通过蒸发掉溶剂来干燥。再通过应用专门的喷嘴和涂敷系统在干燥的内模漆的内表面形成由两部分聚氨酯弹性体制备的“皮肤”。U.S.专利5,028,006和5,071,683描述了实际中可应用的合适的喷涂喷嘴和系统。其次，聚氨酯多孔泡沫层是通过将聚氨酯反应混合物喷涂到聚氨酯弹性体表皮肤上制备的。最后，将聚氨酯或多异氰酸酯反应混合物涂到聚氨酯多孔泡沫层的另一表面得到刚性的合成载体。
Recticel’996专利所述的含有内模漆的这种相关类的双层涂层及其制备工艺的商业价值几乎可以忽略，正如Recticel所指出的此类双层涂层目前缺乏商业活力。Recticel不在自己的商业业务中利用内模用溶剂型漆。Recticel甚至还禁止至少一家它的客户使用其内模漆。
而且，使用溶剂型漆作为内模漆由于有相当多的复杂情况和低效率而使得Recticel’996专利所述的制备方法很难完成。例如，这些漆含有大量的污染空气的挥发性有机化合物(VOC)。由于VOC有极度易燃和爆炸性，这些漆受到严格的政府条例的制约。遵从这些政府条例经常要求设计附加的，昂贵的设备来保证工人的安全并且防止环境污染。例如，处理这些漆配备的生产设施必须包括专门的喷涂设备，独立的按规格改制的喷涂区和空气净化设备。工人也必须穿上专门的保护性的，经常是体积大的笨重的装备，它能阻燃，且屏蔽有毒气体的接触。
因此需要提供一种制备含有多层装饰性涂层的嵌板结构的工艺，其中，嵌板结构的生产方式更加环境友好性，高效性和成本有效性，所得的嵌板结构还具有要求的高质量和皮革状外观。
因此，本发明的目标就是解决相关类的上述问题以及上述要求。根据本发明的原则，实现此目标是通过提供一种制备汽车上可安装并成为汽车内部的一部分的嵌板结构的工艺。嵌板结构包括一个层状的复合结构和一个增强衬底，并且当嵌板结构安装在汽车内时，衬底不露于车体内部。层状的复合结构包括一个限定了至少部分露出的嵌板结构的外表面的至少一部分的外层和一个内层。
按本发明工艺的具体实施方案，制备嵌板结构至少进行下列步骤。将至少一种含有至少一种带有一个或多个悬挂的羟基和/或羧基官能团的光稳定性热塑性聚氨酯(优选以水相分散的胶体溶液中的树脂粒子的形状)，至少一种着色剂和至少一种光稳定的封闭的热活化二异氰酸酯的水分散组合物涂于热模具表面，此模具的形状限定了与外层匹配的外形。将光稳定性热塑性聚氨酯和封闭的热活化的二异氰酸酯加热，优选通过预热模具表面，并反应以引发热塑性聚氨酯与封闭，热活化的二异氰酸酯的交联。然后，水分散的组合物在模具表面上基本上干燥，将树脂粒子聚结在连续膜中，由此形成露出的外层。其次，将含有至少一种芳香族多异氰酸酯和至少一种多元醇的快速反应组合物喷涂到在模具表面上的外层的内表面上，形成含有通过外层中封闭的，热活化的二异氰酸酯残余的未反应的官能团而与外层的聚氨酯交联的芳香族聚氨酯弹性体的内层。然后，在外层的内表面和内层的邻近表面之间得到界面化学键，形成了层状复合结构。层状的复合结构再与增强衬底相结合以使得增强衬底用于增强外层。还可选择在内层和增强衬底之间形成柔性多孔的聚氨酯泡沫层。然后，嵌板结构通过内层和选用的柔性多孔泡沫中间层保持提供给外层的触感，颜色，露出部分的外形和压挤感。
本发明的另一个目标是提供一种含有由本发明方法制备的嵌板结构的汽车内饰件，特别是提供一种具有模拟真皮的外观和手感的外表面的嵌板结构。
按照本发明的原则，此目标通过提供一种含有可在汽车内安装并形成其内部的一部分的嵌板结构的构件来实现。此嵌板结构具有当安装于汽车结构上时有至少部分露于汽车内部的外表面和不露于汽车内部的内表面。嵌板结构含有增强衬底和层状复合结构，也可选择在两者之间插入柔性多孔聚氨酯泡沫层。增强衬底的一个表面限定嵌板结构的内表面，另一表面与层状复合结构相结合。层状复合结构包括一个外层和一个内层。外层至少限定了嵌板结构的露出的外表面的一部分，并具有要求的触感，颜色和嵌板结构的外形，并具有良好的耐化学性。外层包括基本上干燥的由含有至少一种要求的着色剂，至少一种带有一个或多个悬挂的羟基和/或羧基官能团的光稳定热塑性聚氨酯和一种光稳定，封闭的，热活化的二异氰酸酯交联剂的水分散组合物配制的光稳定的交联聚氨酯。将光稳定的脂肪族热塑性聚氨酯和封闭的，热活化的二异氰酸酯加热，由此发生交联反应，在加热的按外层的外形互补成型的模具表面上模塑成型，然后在模具表面上干燥。内层，比外层厚，包括由含有至少一种芳香族多异氰酸酯和至少一种多元醇的快速反应组合物配制的芳香族聚氨酯弹性体。封闭的热活化的二异氰酸酯用于把芳香族聚氨酯弹性体和外层的光稳定性聚氨酯交联。然后，内层有一个邻近外层内表面的表面，并且界面化学键接。界面化学键通过向保持在模具表面上时的外层的内表面喷涂快速反应混合物形成。增强衬底对外层起增强作用，同时通过内层和选择插入的柔性的多孔聚氨酯泡沫来保持提供给外层的触感，暴露部分的颜色和压挤感。
根据该具体实施方案的组合物对外界影响具有优异的耐化学性，耐划伤性和耐擦伤性。这些性能以及其它性能可通过选择芳香族多异氰酸酯，而不用脂肪族多异氰酸酯来制备聚氨酯内层得以进一步提高。芳香基弹性体的物理性能和可加工性在对汽车工业很关键的好几个范畴内都超过了脂肪基弹性体。例如，芳香基弹性体的可加工性能改善表现在它们具有更好的可喷涂性，较少的回溯，更快的硫化速度和脱模时间，优异的可处理性，较少的针孔以及更均匀的厚度。芳香基弹性体也比它们对应的脂肪基弹性体具有更高的拉伸和撕裂强度，更好的延伸性和“冷弯曲”能力和较低的成本。这些特征使得获得比用脂肪基弹性体获得的更快的生产时间和更高质量的产品。而且，不必担心芳香基弹性体长时间暴露于光下会稳定性降低，因为光稳定的聚氨酯外层屏蔽了芳香基弹性体，以避免它直接曝露于阳光下。
此外，可以向复合物中加入合适的添加剂，得到这种嵌板结构要求的无反射和低光泽表面外观的复合物。另外，复合物的内层和外层都具有优异的可延伸性，以使得复合物在使用过程中，较宽温度范围内，例如从-30℃到120℃，能忍受压坑和挠曲而不会在外层中产生裂纹。
上面阐述的本发明的原则对所有类型的嵌板结构都适用，但是特别适用于仪表嵌板(也称为仪表板)和门嵌板。而且，本发明的原则适用于各种类型的机动车辆，包括客车，卡车，有篷运货汽车，公用车辆及其它。
附图对本发明进行了图解。在这些图中
图1是按本发明构造的完整的车门嵌板的示意，部分切开和部分剖视图；图2是按本发明构造的完整的汽车仪表嵌板的示意图；图3是图2仪表嵌板沿着Ⅲ-Ⅲ线的剖面图；图4是说明按本发明将水分散聚氨酯组合物涂于加热的模具表面形成交联的光稳定的聚氨酯外层这一步的模具表面的剖面图；图5是类似于图4说明干燥聚氨酯外层时的剖面图；图6是类似于图5说明通过当外层保持在模具表面时将快速反应组合物喷涂到外层的内表面得到一个内层，并因此得到层状复合结构这一步的剖面图；图7是类似于图6说明从模具表面取下层状复合结构这一步的剖面图；图8是说明通过当层状复合结构放于第二个模具表面时，将反应混合物涂到层状复合结构上得到相对刚性的聚氨酯多孔泡沫中间层这一步的第二个模具的剖面图；和图9是说明将在第二个模具表面上的层状复合结构与放在第三个模具表面上的预成型的衬底相结合时这一步的剖面图。
现在特别针对这些图，在图1中所示的是按本发明原则的方法制造的包括汽车车门嵌板的嵌板结构，一般通过标记数10标记。门嵌板10包括窗槛上部12和扶手部分14以及两者之间限定的承梁接收部分16。连接车毯部分20的较低的平面毯接收部分18放于扶手部分14的下面。
如图1的截面图所示，嵌板结构10当安装到汽车上时，外表面10a露于汽车内部，内表面10b不露于汽车内部。嵌板结构10包括一个具有限定嵌板结构10的内表面10b的一个表面的增强(或刚性)衬底22。嵌板结构10还包括层状复合结构，一般以标记数24标记，包括限定嵌板结构10的暴露外表面10a的至少一部分的外层26和内层28。外层26至少一部分露于汽车内部，而外层的一部分可以通过装饰性或其它掩饰用部分而隐藏起来。例如，图1中，外层26的较低平面毯接收部分18通过车毯部分20掩盖，并因此不露于汽车内部。
如图1说明，内层28，比外层26相对较厚，有一个外表面28a(图6)与外层26的内表面26b(图5和6)相邻并界面化学键接。图1中还说明衬底22当嵌板结构10安装在汽车上时不露于汽车内部，增强外层和内层26和28。最后，含有相对刚性(或半刚性)聚氨酯多孔泡沫填料的中间层30插入内层28和刚性衬底22之间。增强衬底22应该具有足够强度以增强和安装外层26，内层28和中间层30，应该具有足够的刚性，来允许复合物安装入汽车基本结构中。
如图4所示，本发明的方法利用了具有第一个模具表面34的第一个模具组件或部分32。第一个模具组件32优选通过向刚性的浇铸成型的环氧树脂衬底上电镀沉积镍，接着在沉积/电镀结束时取下，得到一个自支撑型能在工具组件中安装并控制的模具。第一个模具表面34的形状是限定与外层26要求的外形基本相配的外形，并且表面纹化，限定与外层26要求的织构基本相配并模拟真皮的织构。
图4说明了本发明的第一步，根据此步，通过涂敷，优选通过喷涂一种水分散组合物26到第一模具表面34上得到外层26。这种水分散组合物包括至少一种光稳定的含有一种或多种悬挂的羟基和/或羧基官能团的脂肪族热塑性聚氨酯，至少一种要求的着色剂和至少一种封闭的，热活化(优选脂肪族)二异氰酸酯。
将水分解组合物36涂到加热的第一个模具表面34上引发光稳定热塑性聚氨酯的一个或多个悬挂的羟基和/或羧基官能团与封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯的化学反应，由此产生交联的光稳定聚氨酯。第一个模具表面34应该加热到足够高的温度以促进交联反应，但不应该高到引起组合物36从模具表面34上剥离。优选，第一个模具表面34加热到约60℃(140°F)到约71.1℃(160°F)范围内。在将水分散组合物36涂到第一个模具表面34以前加热第一个模具表面34至这一较高温度还可熔化和分散涂到第一模具表面34的半永久性脱模剂，例如微晶蜡脱模剂。这样，加热的模具表面用于蒸发蜡分散剂，留下不在第一模具表面34的复杂纹状部分聚集的薄的残余物。
光稳定脂肪族热塑性聚氨酯和封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯组分可稳定预混合，涂敷前室温下长时期贮存。水分散组合物36可从树脂粒子加到水中并分散在水中形成的胶体溶液中形成。
一旦交联的光稳定聚氨酯在第一个模具表面34上形成，当保持在第一个模具表面34上时基本上干燥，得到外层26。如图5所示，交联的光稳定聚氨酯可经受热源40，引发水和至少一些溶剂从中蒸发，将树脂粒子聚结并由此形成具有邻近第一个模具表面34的外表面26a的外层26。虽然图5中未说明，但是这类加热源40优选与第一个模具32连成一体，优选将第一个模具表面34加热至约65.9℃(150°F)或更高的温度。外层26的外表面26a至少一部分具有要求的触感，颜色和嵌板结构10的纹状外形。
一般，外层26的厚度范围是从约0.0025cm到0.0038cm(也就是说，从约1.0mils到约1.5mils；或从约0.001英寸到约0.0015英寸)。
选择的特别的着色剂可直接影响外层26要求的厚度。较暗的颜色，例如灰色和棕色，通常只要较小的薄膜厚度来掩饰隐藏内层28的颜色，而较亮的颜色，例如红色和蓝色，通常要求较大的厚度来得到不透明，非透明外层26，以隐藏内层28，保护内层免于光降解。
其次，如图6所示，聚氨酯弹性体内层28通过外层26基本上干燥状态下保持在第一个模具表面34期间，将快速反应组合物42喷涂到外层26的内表面26b上。快速反应组合物42含有至少一种芳香族多异氰酸酯和至少一种多元醇，它们彼此反应，形成非光稳定的聚氨酯弹性体内层28。如此中所指，术语弹性体包含任何在中等拉伸下可伸长，可压缩，具有相对较高的拉伸强度和记忆，以致于聚消拉伸时，弹性体回缩和回复到原有尺寸或与原尺寸大体相似的尺寸，的任何弹性聚合物组合物。
除了与多异氰酸酯组分具有反应性外，快速反应组合物42的多元醇组分还含有与外层26中封闭，热活化的脂肪族二异氰酸酯的未与外层26中聚氨酯的悬挂官能团反应的未反应官能团具有高度反应性的一个或多个悬挂的羟基和/或羧基官能团。封闭，热活化的脂肪族二异氰酸酯的未反应官能团渗入内层28中，与多元醇组分的悬挂的官能团反应。结果，封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯使外层26的聚氨酯与内层28的聚氨酯弹性体交联，由此在外层26的内表面26b与其邻近的内层28的外表面28a之间形成界面化学键。这样得到层状复合结构24。如果交联在最适宜的交联条件下进行，那么层状复合结构24的外层和内层26和28之间的界限可变得肉眼不可区分，以致于两层的界面出现了过渡相。就本文所指，界面化学键包括，但不限于外层和内层26和28之间的界面分界区不可肉眼区分，不可分离的一类交联反应。
一般应采取措施保证在外层26的内表面26b和其邻近的内层28的外表面28a之间达到足够的界面化学键。例如，一旦封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯被热活化，热活化、光稳定的二异氰酸酯与热塑性聚氨酯的悬挂的羟基和/或羧基反应性基团之间的交联反应在几分钟内趋于完全，留下热活化的光稳定的二异氰酸酯，基本上没有残余反应点用于外层26的聚氨酯与快速反应组合物42的多元醇组分的交联。因此，快速反应组合物42一般应在完成将水分散组合物36涂到第一个模具表面34的6分钟内，优选在2或4分钟内喷涂。喷涂快速反应组合物42时的严重拖延也能引起外层26收缩，并从第一个模具表面34上剥离。剥离的结果是，外层26不会有与第一个模具表面34的外形相配的形状，整个复合物24将不得不作为废品处理。
另一方面，如果水分散组合物36的热塑性聚氨酯在快速反应组合物42喷涂到其上面之前没有足够的交联时间，快速反应组合物42的多元醇组分会与外层26的聚氨酯的未反应的羟基和/或羧基悬挂官能团发生缩合反应，分别形成酯或醚键。尽管形成一些这种键会有利于增强界面化学键，然而缩合反应放出水，过量的水会起发泡剂作用，不必要地增加了内层28的多孔性和干涉了界面化学键。
通过将快速反应组合物42的高反应活性的多元醇和芳香族多异氰酸酯组分分别贮存在独立的贮存室内，再把这些组分喷涂到外层26的内表面26b上以便避免这些组分在进行喷涂前接触，这样可进一步增强界面化学键。完成此项任务的合适的双重喷嘴喷涂机理参见U.S.专利5,028,006和5,071,683。通过保持这些组分在喷涂一瞬间之前一直分开，在所有的多元醇可能与多异氰酸酯完全反应之前，有一部分多元醇与热活化的脂肪族二异氰酸酯(和热塑性聚氨酯的羟基和/或羧基悬挂官能团)反应。
此外，如果快速反应组合物42的芳香族多异氰酸酯组分具有吸水性，重要的是在喷涂一步保持外层26和周围的空气(例如湿度等级)基本上干燥，从而得到强的界面化学键。当外层26中可能存有少量水分时，这些水分的浓度不应大到允许水基本上干涉快速反应组合物42的多元醇和多异氰酸酯组分的反应。水和多异氰酸酯间的不要求的反应扰乱了多元醇和多异氰酸酯之间的计量平衡，在层状复合物结构24上面原位留下了未反应的多元醇附着物。水也作为发泡剂，与多异氰酸酯反应放出二氧化碳，使内层28具有了多孔结构。过量的水还不利地干涉了多元醇与封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯的残余反应点的交联反应。
优选将快速反应组合物42涂到已升温的外层26的内表面26a以促进这些目标的实现。第一个模具组件32可加热的合适的温度范围，只举例而无限制，是从约60℃(140°F)到约71.1℃(160°F)。
一般，内层28的厚度范围是从约0.10cm到约0.15cm(也就是说，从约40mils到约60mils；或从约0.040英寸到约0.060英寸)。
图7说明了本发明的下一步。如图7所示，层状复合结构24从第一个模具表面34上脱模(即取下)。
这样的脱模可以在例如约60℃(约140°F)的模具温度下进行。芳香基弹性体的脱模比脂肪基弹性体在体力强度，繁锁性和耗时性方面都低得多。脱模时在或过度拉伸层状复合结构24时形成裂缝，这会不可逆地损坏，并由此必须将层状复合结构24弃之为废品，这种情况芳香基弹性体发生的可能性要少得多。这些脱模问题和低效性通过本发明的实际操作得到很大程度上的克服，因为芳香基弹性体具有有利的物理性能，外层26和内层28之间的界面化学键在脱模过程中阻止外层和内层26和28的分离而增强了层状复合结构24。
为进一步增强从第一个模具表面34的脱模能力，模具表面34可以用脱模剂预处理。脱模剂包括，没有限制，例如高分子量微晶蜡脱模剂，例如Howell:Michigan的Chem-Trend公司提供的Chem-Trend PRC7140或者该公司的PRC 2006。这些脱模剂在加热的模具上约5到约10秒内快速干燥，在纹状模具表面34和外层26之间形成一个脱模阻挡层。应该注意避免脱模剂在第一个模具表面34上的累积或脱模剂中固体含量过多，因为这样的累积或过量的固体含量趋向于填充装饰性，纹状模具表面34的空隙，从嵌板结构10的外表面排除掉了模具表面34的交错的，发纹状的外观。此外，使用过量的脱模剂会导致脱模剂在复合结构24的脱模过程中从第一个模具表面34转移到层状复合结构24，这样就要求脱模后有额外洗除和干燥步骤，因而生产率降低。
从第一个模具表面34脱模之后，层状复合结构24，包括外层和内层26和28的结合，可以在将层状复合结构24放在透明的衬底上(未显示)时用光源(未显示)检查缺陷。这样的缺陷通常表现为外层26中的装饰缺陷，可能包括出现裂缝和缺乏足够的厚度以抵抗与脱模或进一步加工步骤，特别是连接步相关的应力而可能破裂的部分。如果是局部的，这样位置的缺陷可通过向内层28的后面28b上后涂额外的水分散组合物36来修补。另外，局部裂缝或薄区可以在层状复合结构24的后面28b上使用热塑性，可热成型的聚氨酯胶带来修补。由此有利于避免打碎整体层状复合结构24。但是要谨慎注意的是，一般不希望对表面26a进行后涂载补应该将用它来修补局部缺陷减少到最小，因为后涂喷补可能取消外层26的外表面26a从第一个模具表面34复制的纹状皮革样外观。
如下面详细讨论，层状复合结构24从第一个模具表面34上的脱模和检查不要求在层状复合结构24形成之后立即进行。例如，可选择地将层状复合结构24保持在第一个模具表面直到完成嵌板结构10。
在层状复合结构24从第一个模具表面34上脱模并检查之后，将层状复合结构24放在第二个模具部分50的第二个模具表面52上。如图8所示，第二个模具表面52的形状也限定了外层26的匹配的外形。然后，将用于形成半刚性多孔泡沫，例如聚氨酯半刚性多孔泡沫的反应性混合物44，在复合结构24放到第二个模具表面52上时涂到内层28的内表面28b形成中间层30。例如，反应性混合物44的涂敷可通过应用高压冲击混合和混合头喷嘴来完成。在涂敷反应性混合物的过程中，一般将第二个模具组件50加热到从约35℃到约45℃的温度范围，更优选从约35℃到40℃的范围。混合物44，典型地相对较粘，在涂到第二个模具组件50的过程中处于反应的过渡态，在涂敷的几秒钟内开始发泡。
虽然中间层要求的厚度部分取决于嵌板结构10的预计的用途，但中间层一般具有的厚度为约5mm到约12mm。
一旦反应性混合物44涂到位于第二个模具表面52上的层状复合结构24上，携带预成型刚性衬底22的第三个协作模具部分或组件60就开始进入与第二个模具组件50的协作关系，如图9所示。第三个模具组件60的第三模具表面62(未示出)的形状限定了嵌板结构10的内表面10b。此后，反应性混合物44发泡，硫化，优选在加热到约43.3℃(110°F)和自身产生的约0.8atm的模腔压力下形成中间层30。半刚性聚氨酯多孔泡沫用于连接层状复合结构24和放在第三个模具表面62上的预成型的衬底22。嵌板结构包括层状复合结构24，衬底22和中间层30的结合，然后可从模具部件50和60上取下，还可添加附加组分，例如车毯部分20。
从最宽的角度来讲，可以不离开本发明的范围，对上述构件进行变化和改进。例如，层状复合结构24和/或中间层30可从所得的嵌板结构10的隐藏的较低车毯接收部分18(或其它可在嵌板结构安装在汽车上时不露于汽车内部的部分)隐藏，如图1所示。由此，较低车毯接收部分18的特征为具有刚性衬底22和选用的与车毯部分20直接相邻的中间层30。
按照本发明另一个变化实施方案，可以选择非可发泡的粘合剂用于将层状复合结构24与增强衬底22连接结合。
根据还有另一个变化实施方案，可将含有不同着色剂的多种水分散组合物分别涂到嵌板结构的不同部分来得到独立覆盖的颜色。选择的颜色要改变的地方，实际中发现一般为最小的故障期(约0.5小时)。
根据另一个变化实施方案，外层26可以具有双色调或多色调外观。这一变化实施方案可以通过，例如工具的模具表面部分的磨损处理来完成。磨损处理的量越大，外层26的外观越阴暗。仪表嵌板特别要求有双色调外观，因为仪表嵌板的上部区域一般应具有低光泽，以便减少反射和模糊的闪光。
还有多种对上述方法的变化和改进可以不离开本发明的范围内进行。例如，如上述，在连接一步中，层状复合结构24可以留在第一个模具组分32上，而不脱模和转移到第二个模具组分50。根据本发明另一变化实施方案，在检查和处理后，将层状复合结构24可转回到第一个模具组件32。
按照本发明的另一变化，可应用第二个或替换热源来活化光稳定脂肪族热塑性聚氨酯和封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯的反应。例如，可将水分散组合物36在涂到第一个模具表面34前预热，使得第一个模具表面34不必加热以引发热活化脂肪族二异氰酸酯和光稳定脂肪族热塑性聚氨酯的反应。
根据本发明的又一变化实施方案，可将用于形成聚氨酯半刚性多孔泡沫30的反应性混合物44涂到衬底22的表面，而不是层状复合结构24。可选用第二和第三模具组件50和60协同参与限定内层28的内表面28b和衬底22的外表面之间的模腔，之后将反应性混合物44注射到刚性衬底22和复合物24之间。
为进一步阐述本发明的装饰性汽车内饰件和方法，下面讨论集中在制造本发明的构件以及完成本发明工艺的合适和优选的组分和条件。
用于制备外层26的水分散组合物36包括至少一种光稳定脂肪族热塑性聚氨酯，至少一种要求的着色剂，和至少一种封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯。光稳定的脂肪族热塑性聚氨酯优选从高分子量的含有与封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯具有化学反应性的羟基和/或羧基悬挂官能团的脂肪族热塑性聚氨酯制备。热塑性聚氨酯的平均分子量优选从约5000到约7000，更优选约6000。含有热塑性聚氨酯和封闭，热活化脂肪族二异氰酸酯的水分散组合物的例子有Detroit,Michigan的Titan Finishes公司的商品名为PROTOTHANE WR,WATER BASEDIN-MOLD COATING的产品。脂肪族二异氰酸酯可以是环状或非环状，但是应该是光稳定的。这里所指的二异氰酸酯也包括与热塑性聚氨酯有反应性的带两个-NCO基的预聚物。脂肪族二异氰酸酯的例子有六亚甲基二异氰酸酯(HMI)，可从Bayer,Rhone Poulenc和NipponPolyurethane公司买到。热塑性聚氨酯和封闭，热活化的脂肪族二异氰酸酯的重量比约8到1体积，但是这个比值可因选择热塑性聚氨酯和二异氰酸酯而有些改变。
水分散组合物36可以通过提供胶体溶液状态的热塑性聚氨酯组分，其中溶剂例如N-甲基吡咯烷酮，然后将水，着色剂以及选用的传统的添加剂加入，分散溶液来制备。可加入足够的水(约61.1wt.％)以使得干燥前水分散组合物36中的溶剂浓度约为8.1wt.％水分散组合物36中选用的添加剂包括，无限制，任何下列的组合热和紫外光稳定剂，保持分散体系碱性状态的pH值稳定剂，增塑剂，抗氧剂，消光剂，表面活性剂，保持粒子悬浮状态的防凝胶剂，炭黑，触变剂(例如，羟甲基纤维素)和例如粘土粒子等填料。
水分散组合物36可含有，例如，约25wt.％到约35wt.％的固体，更优选约29wt.％的固体，约10wt.％到约80wt.％的水，更优选约61wt.％的水，约6wt.％到10wt.％的溶剂，取决于所要求的颜色和添加剂。组合物36中水量不足会对组合物36的粘度不利，因而不利于将水分散组合物36涂到模具表面34。另一方面，组合物36中水过量会严重改变水分散组合物36的可喷涂性和喷涂效率，延长了干燥外层26需要的时间。
向热塑性聚氨酯溶液加入封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯的溶液，其中溶剂例如1-甲基-2-吡咯烷和/或4-羟基-4-甲基-2-戊酮。封闭的二异氰酸酯的描述参见《聚氨酯和二异氰酸酯实用化学》(Practical Cheminstry of Polyurethanes and Diisocyanates),AkronPolymer Laboratories,Daviol Russell(1991)，完整的描述结合入本文供参考。封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯优选保持在室温，用前隔热保存。当受到热的影响，例如喷涂过程中模具的热，这些封闭的，热活化的脂肪族二异氰酸酯与热塑性聚氨酯的羟基和/或羧基反应，使热塑性聚氨酯与其本身或与快速反应组合物42的多元醇组分交联。
用于制备内层28的快速反应组合物42中选用的多异氰酸酯的例子包括具有芳香族闭环结构的二异氰酸酯，例如二苯甲烷二异氰酸酯预聚物(MDI预聚物)，可从Wyandotte,MI.的BASF公司以商品名ELASTOLIT M50555T,ISOCYANATE,NPU U05275买到，或二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯(MDI)或MDI的混合异构体或上述的混合物，可从Midland,MI的BASF或Dow化学公司，Baytown,Texas的Mobay(Bayer)化学公司，或Geismar,LA.的ICI America公司买到。上述非光稳定的芳香族多异氰酸酯非常适于内层使用，因为与光稳定的脂肪基二异氰酸酯，例如异佛尔酮二异氰酸酯比较，其中-NCO基由于分子两端的空间安排而有立体空间位阻，非光稳定的芳香族多异氰酸酯具有更高的反应速率，性能发展得完全，更好的物理性能(例如拉伸强度，延伸率，和撕裂强度)。通过比较，本发明使用的芳香族二异氰酸酯优选具有直接连到芳环的-NCO基。在此优选实施方案中，芳香族二异氰酸酯反应速率更快，因为-NCO基在芳环结构上的位置和反应性(例如二苯甲烷二异氰酸酯)和-NCO基可用于与快速反应组合物42的多元醇的有机链上的-OH型氢原子给体反应。
快速反应组合物42中合适的多元醇包括，无限制，具有平均分子量为约200到约2000的聚醚多元醇，含有除伯羟基外的一个或多个悬挂羟基和/或羧基，它们能与外层26的封闭，热活化的脂肪族二异氰酸酯的未反应的-NCO官能团和聚氨酯的羟基和/或羧基悬挂官能团发生化学反应。多元醇的例子有Wyandotte,MI的BASF公司的ELASTOLIT M50555R NPU U05274。
快速反应组合物42也可以含有合适的添加剂，没有限制，包括例如下列的任何组合热和紫外光稳定剂，pH值稳定剂，抗氧剂，消光剂，表面活性剂，炭黑，链增长剂(例如乙二醇)，触变剂(例如，无定形硅)，例如粘土粒子一类的填料，和催化剂，例如锡催化剂(例如，二丁基锡二月桂酸盐)。
可应用具有合适的高弹性的聚醚多元醇和多异氰酸酯的各种共混物来形成中间层30的半刚性聚氨酯多孔泡沫。例如，多异氰酸酯共混物可包括亚甲基二异氰酸酯。半刚性聚氨酯多孔泡沫也可以含有合适的添加剂，包括，举例并无限制，下列的任何组合表面活性剂，抗氧剂，填料，稳定剂，催化剂，例如锡催化剂(例如二丁基锡二月桂酸盐)和胺(例如二乙醇胺)和少量发泡剂，例如水。在这方面，要注意多元醇和多异氰酸酯的共混物之间发生缩合反应，放出水，它能与多异氰酸酯反应产生二氧化碳，由此使中间层30产生了多孔结构。所以，可提供稍微计量过量的多元醇来形成半刚性聚氨酯多孔泡沫。
可以选用具有要求强度的任何材料作刚性衬底22来增强和安装外层26，内层28和中间层30。合适的材料，包括聚烯烃，例如聚丙烯，和乙丙共聚物，热塑性烯烃(TPOs)，和热塑性聚烯烃弹性体(TPEs)。在一些要求更高性能水平的例子中，可选用工程热塑性塑料。这些包括注射模塑热塑性塑料，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，聚碳酸酯(PC)，PC/ABS合金，热塑性聚氨酯(TPU)，苯乙烯马来酸酐(SMA)和反应性注射模塑聚氨酯(RRIM)。也可以使用其它材料，例如金属，金属合金，木纤维复合物或它们的任何组合。
增强衬底22也可选择包括含有按要求比例分散在要求的聚合物中的片晶状矿物质的增强纳米粒子。这些组分可通过本领域普通技术人员中已知的一般方法共混。例如，这些组分可以在混合机或挤出机中共混，然后熔融。
此外形成具有分散在其中的剥离的层状粒子的聚合物复合物的特殊的方法参见U.S.专利5,717,000,5,747,560,5,698,624和WO 93/11190，其中每个结合入本文作为参考文献。对其它的背景，下面也结合入本文作为参考文献U.S.专利4,739,007和5,652,284。
虽然本发明的方法结合制备门嵌板在上面进行了阐述，可以理解，此方法同样可用于其它嵌板结构，包括例如仪表嵌板，扶手，头枕，螺形地板支柱，膝承物和手套箱门。按本发明的方法制备的仪表嵌板分别在图2和3中用示意图和截面图说明，一般用标记号100标记。仪表嵌板100在图3中用截面图说明，包括衬底22，外层126和内层128(整体构成层状复合结构，一般以标记号124标记)和中间层130。
下面非限定性的例子为进一步说明本发明含有2％固体的结晶蜡脱模剂(以石脑油(石油石脑油)作溶剂搅拌下形成的Chem-Trend PRC 7140)的微层涂层当模具保持在60℃的恒定温度(整个工艺)下喷涂到电镀镍的模具的纹状表面。结晶蜡允许干燥15秒，然后喷涂含有Titan Finishes公司的PROTOTHANE WR,WATER BASED IN-MOLD COATING(含有61.1wt％水和8.1wt％溶剂)，Bayer公司的六亚甲基二异氰酸酯和暗中性介质(或亮棕色颜料)的催化，调色的水基组合物，得到厚度约0.025mm的外层。然后蒸发掉水得到带有一些残余溶剂的聚结树脂粒子的连续薄膜。放有外层的模具进入另一状态(花费约30秒)，两部分氨酯弹性体喷涂到内层的表面。带有22.6到23.2wt％的游离-NCO的ELASTOLIT M50555T,ISOCYANATE,NPU U05275异氰酸酯和BASF的350g/mol的当量重量的，羟基数为160的ELASTOLIT M50555R NPU U05274多元醇各自通过60℃的加热线，使用1250 psi输送压力的高压计量泵输送。多元醇与异氰酸酯的重量比为1.9∶1。使用环状回料控制器将两组分一起装入阀控制器内的高压冲击混合器，由此通过将它们传过随后的静态混合器和以20.0g/sec输送控制形状的混合液流的喷嘴口将两反应性组分结合。自动手用于按控制和预设计方式(现有技术中已知)把从喷嘴口排出的料用于涂敷具有厚度为1.0+0.1mm的内层的外层。(涂内层后，阀控制器和喷嘴口充满了不可燃溶剂)。在最后的硫化阶段，持续约90秒，聚氨酯弹性体与外层残余的反应点化学键接，形成具有界面化学键的层状复合结构。然后，层状复合结构脱模，检查。
上面详述的本发明的优选实施方案为图解和描述之用。它并非竭力将本发明限制在上述精确的实施方案内。显而易见，对熟悉此类技术的专业人员来说可以对其作许多修饰和改变。选择和描述的具体实施方案是为了最好地解释本发明的原则和它的实际应用，由此使其它此类技术的熟练专业人员理解本发明中各种具体实施方案和适合预期特定使用的各种修饰。
权利要求
1．一种制备层状复合结构的工艺，所述工艺包括将一种水分散组合物涂到第一个模具表面，水分散组合物包括至少一种含有至少一个悬挂的选自羟基和羧基的官能团的光稳定热塑性聚氨酯，至少一种着色剂和至少一种光稳定，封闭的，热活化的二异氰酸酯；施加足够的热引发光稳定热塑性聚氨酯和封闭的，热活化的二异氰酸酯的部分交联；当在第一个模具表面上时基本上干燥水分散组合物，以形成具有与第一个模具表面相匹配的形状的外表面的外层；和将含有至少一种芳香族多异氰酸酯和至少一种多元醇的快速反应组合物在模具表面上时涂到外层的内表面，形成含有通过封闭的，热活化的二异氰酸酯的残余的未反应的官能团与外层的聚氨酯交联的聚氨酯弹性体的内层，由此形成在外层的内表面和内层的邻近表面之间具有界面化学键接的层状复合结构。
2．权利要求1的工艺，其中芳香族多异氰酸酯从二苯甲烷二异氰酸酯预聚物和二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯中至少选一种。
3．权利要求1的工艺，其中，封闭的，热活化的二异氰酸酯是六亚甲基二异氰酸酯。
4．权利要求3的工艺，其中，多元醇含有一个或多个悬挂的羟基，羧基或羟基和羧基官能团。
5．权利要求1的工艺，还包括将层状复合结构从第一个模具表面转移到第二个模具表面；在具有与嵌板结构的内表面相匹配的外形的第三个模具表面上提供增强衬底；和将反应性混合物涂到在第二个模具表面上时的层状复合结构，安排第二个和第三个模具表面，使得层状复合结构和增强衬底整体限定一个接收反应性混合物的模腔，使反应性混合物发泡，形成连接增强衬底和层状复合结构的相对增强聚氨酯多孔泡沫。
6．权利要求1的工艺，还包括将层状复合结构从第一个模具表面转移到支撑平台的透明表面；检测和增强层状复合结构的可能损坏的部分；将层状复合结构从透明表面转移到第二个模具表面；在第三个模具表面上提供增强衬底；和将反应性混合物涂到在第二个模具表面上时的层状复合结构上，安排第二个和第三个模具表面，以使得层状复合结构和增强衬底整体限定一个模具空腔用于接收反应性混合物，使反应性混合物发泡以形成连接增强衬底和层状复合结构的相对刚性的聚氨酯多孔泡沫。
7．权利要求1的工艺，其中所述干燥是通过从水分散组合物中蒸发掉水来进行。
8．权利要求1的工艺，其中外层的厚度范围从约0.0025cm到约0.0038cm。
9．权利要求1的工艺，其中内层的厚度范围从约0.1cm到约0.15cm。
10．权利要求1的工艺，还包括将第一个模具表面用微晶蜡脱模剂预涂敷的步骤。
11．权利要求1的工艺，其中第一个模具表面在所述喷涂过程中预热。
12．权利要求1的工艺，其中第一个模具表面的形状限定了与门嵌板外表面匹配的外形。
13．权利要求1的工艺，其中第一个模具表面的形状限定了仪表嵌板的外表面匹配的外形。
14．制造层状复合结构的工艺，所述工艺包括将微晶蜡脱模剂预涂到第一个模具表面，第一个模具表面加热到第一个高温，以熔融和分散微晶蜡脱模剂；将水分散组合物涂到第一个模具表面，水分散组合物包括至少一种光稳定的含有至少一个选自羟基和羧基的悬挂官能团的脂肪族热塑性聚氨酯，至少一种要求的着色剂和至少一种光稳定，封闭的，热活化的二异氰酸酯；在所述的涂水分散性组合物的过程中在第二个高温加热第一个模具表面，引发光稳定脂肪族热塑性聚氨酯和封闭的，热活化的二异氰酸酯的部分交联；通过加热第一个模具表面到第三个高温，基本上干燥第一个模具表面上时的水分散组合物，形成具有与第一个模具表面的外形相匹配的外表面的外层；和将含有至少一种芳香族多异氰酸酯和至少一种多元醇的快速反应组合物喷涂到已加热到第四个高温的第一个模具表面上的外层的内表面上，形成含有通过封闭的，热活化的二异氰酸酯的残余未反应的官能团与外层的聚氨酯交联的聚氨酯弹性体的内层，由此形成在外层的内表面和内层的邻近表面间具有界面化学键接的层状复合结构。
15．权利要求14的工艺，其中芳香族多异氰酸酯选自二苯甲烷二异氰酸酯预聚物和二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯中的至少一种。
16．权利要求14的工艺，其中封闭的，热活化的二异氰酸酯是六亚甲基二异氰酸酯。
17．权利要求16的工艺，其中一种多元醇含有一个或多个悬挂的羟基，羧基或羟基和羧基官能团。
18．权利要求14的工艺，其中第一个高温，第二个高温，第三个高温，第四个高温都相同，都在从约140°F到约160°F的范围内。
19．权利要求14的工艺，还包括将层状复合结构和增强衬底相连接，以便增强衬底增强外层。
20．一种可安装于汽车内形成其内部的一部分的嵌板结构，当嵌板结构安装于汽车内时嵌板结构的外表面露于汽车内部，内表面不露于汽车内部，所述嵌板结构包括具有限定所述嵌板结构的内表面的一个表面的增强衬底；层状复合结构，包括一个限定至少一部分所述的嵌板结构的暴露的外表面的外层和一个内层，所述的层状复合结构与所述增强衬底的另一表面相连接；所述的外层包括至少基本上干燥，光稳定，交联的聚氨酯，其从含有至少一种要求的着色剂，至少一种光稳定的含有至少一个选自羟基和羧基官能团的悬挂官能团的脂肪族热塑性聚氨酯和至少一种封闭的，热活化二异氰酸酯配制而成，所述的至少一种光稳定脂肪族热塑性聚氨酯用封闭的，热活化的二异氰酸酯在具有限定所述外层的匹配外形的形状的模具表面上模塑成型并交联，也在模具表面上干燥；和所述的内层比所述的外层厚，包括的聚氨酯弹性体从含有至少一种芳香族多异氰酸酯和至少一种多元醇的快速反应组合物配制而来，所述的聚氨酯弹性体通过所述封闭的，热活化的二异氰酸酯与外层的聚氨酯交联，以使得内层具有一个表面与所述外层的内表面邻近并界面化学键接，所述的内层和所述的界面化学键通过将上述快速反应性组合物当外层在所述模具表面上时喷涂到所述外层的所述内表面上而形成。
21．权利要求20的嵌板结构，其中芳香族多异氰酸酯是选自二苯甲烷二异氰酸酯预聚物和二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯中的至少一种。
22．权利要求20的嵌板结构，其中封闭的，热活化的二异氰酸酯是六亚甲基二异氰酸酯。
23．权利要求22的嵌板结构，其中所说的多元醇含有一个或多个悬挂羟基，羧基，或羟基和羧基官能团。
24．权利要求20的嵌板结构，还包括一个相对刚性的聚氨酯多孔泡沫插入所述的层状复合结构和所述的增强衬底之间，它将上述的层状复合结构粘结到上述的增强衬底上，其中，通过上述相对刚性的聚氨酯多孔泡沫和所述内层给所述外层提供压感。
25．权利要求24的嵌板结构，其中所述外层的厚度为约0.0025cm到约0.0038cm。
26．权利要求24的嵌板结构，其中所述内层的厚度为约0.10cm到约0.15cm。
27．权利要求24的嵌板结构，其中所述嵌板结构是门嵌板。
28．权利要求24的嵌板结构，其中所述嵌板结构是仪表嵌板。
全文摘要
一种可在汽车内安装并形成其内部的一部分的嵌板结构(10)和一种制造它的工艺。根据此工艺,限定至少一部分此结构露出的外表面(10a)的外层(26)的制备是通过将水分散热塑性聚氨酯组合物和光稳定,封闭的,热活化二异氰酸酯涂到一个模具表面(34),然后干燥此组合物。其次,将快速反应组合物喷涂到保留在模具表面(34)上时的外层(26)的内表面(26b)上,形成与外层(26)界面化学键接的聚氨酯弹性体内层(28)。然后带有与之界面化学键接的外层(26)的内层(28)与增强衬底(22)连接,以使得增强衬底(22)用于增强外层(26)。嵌板结构露出的外表面(10a)模拟真皮的外观和手感,内层(28)和选用的半刚性聚氨酯多孔泡沫中间层(30)将压感传给外层(26)的露出部分。
文档编号B29K75/00GK1302250SQ99805534
公开日2001年7月4日 申请日期1999年5月21日 优先权日1998年5月22日
发明者J·A·加德纳 申请人:麦格纳内部系统公司