CN1216025A - 气囊织物 - Google Patents

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P·E·汉森
M·R·霍尔泽
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J·J·罗杰斯
K·M·施罗德
M·托切克
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Abstract

适合在制作气囊的全部或一部分中使用的织物(10),它包括许多增强层(23)。所述增强层(23)粘合在一起,形成单片。这些增强层(23)可通过将大致平行的纤维(18)的单向层压物粘合在热塑性薄膜、非织造网布或涂层等材料上形成。可将几片织物(10)缝合或机械结合起来制作气囊。

Description

气囊织物
发明领域
本发明涉及适合在充气囊***中使用的复合织物。
发明背景
在对汽车的安全性日益关注的时代，消极保护***已成为消费者、政府机关和汽车制造商的关注焦点。充气囊***是目前在美国最广泛使用的消极保护***，在其他国家中的使用也在增加。早期商业化的气囊***是置于方向盘中的，以便在汽车首尾碰撞中保护汽车驾驶员。气囊***现在包括安装在方向盘前仪表板中的气囊，以便在首尾碰撞中保护前座的乘客。抗侧面冲击的后座***也在开发中。气囊***的其他用途(如用于飞行器消极保护***)正在评定中。
气囊***包括三个主要部件：(1)碰撞传感器；(2)充气源；(3)气囊或气垫。碰撞传感器通过检测迅速的减速或通过其他方式来检测碰撞。传感器发出用来引发充气源(例如罐装液化气或烟火气体发生器)的信号。气体通过喷***入气囊中，将气囊迅速充气。充气囊通过来自气囊孔的气动阻尼效应而使乘客受到的冲击缓冲下来。
由于气囊***作为消极碰撞安全***(和在美国的责任问题)的重要性，用来构成气囊的织物必须满足各种设计标准。气囊织物的透气性应较小，以便能迅速充气。气囊织物还应抗穿刺和抗撕裂。考虑到烟火式充气源产生的热气体和热颗粒物质，气囊织物的易燃性应该较小。气囊外表面的磨蚀性应较小，以使得乘客在与张开的气囊碰撞时不会受到伤害。
其他更普通的标准也会影响气囊设计。气囊必须能迅速张开。此外，烟火式充气源的体积宜小。因此，气囊织物的重量应轻，填装密度应高。这些标准在装入方向盘中的驾驶员旁的***中尤其重要。
考虑到车辆需维持较长时间的使用，气囊织物必须具有在各种环境条件下的长期稳定性(例如，至少10年或更长)。此外，鉴于当今汽车市场的激烈竞争，织物应还是价廉的。
目前在美国最广泛使用的气囊织物是机织的耐纶6或耐纶66织物。织物的全部或一部分可以经过涂布，这取决于用途如何(即用于驾驶员、前座乘客、侧面等)。必须将耐纶织物裁切和缝合，形成气囊。缝合气囊所需的时间和劳力会使气囊的总价格增加。
其他织物可满足设计的某一些标准，但一般不能提供许多气囊设计标准的良好平衡。例如，棉织物经过较长时间后会失去强度，尤其是在潮湿的环境中。某些玻璃纤维会发脆，导致纤维在弯曲后过度破裂。防弹纤维(例如，Kevlar)易发硬且较昂贵。
发明的概述
本发明提供适合在气囊中使用的织物。该织物可用来形成气囊的全部或一部分。该织物包括具有两个互成背面的主表面的中心层。有许多基本上平行但互相之间留有间距的纤维分别粘合在其第一和第二主表面上。粘合在第一主表面上的纤维与其反面的第二主表面上的纤维之间的角度约为45至90度。
在一个实施方式中，中心层是一层热塑性薄膜。热塑性薄膜选自聚酯、聚烯烃、聚氨酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、含氟聚合物、嵌段共聚物弹性体、聚酯弹性体和它们的组合。在另一实施方式中，中心层是一层可热粘合的非织造网布，所述非织造网布包括吹塑微纤维的、纺粘的、射流喷网法的、气流成网法的或粗梳的非织造网布。
在一个实施方式中，纤维是选自聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、芳酰胺纤维和它们的组合的高韧性的单丝或复丝。这些纤维的旦数最好在约200-900之间，韧性最好在约8克/旦以上。
在一个实施方式中，纤维用热机械方式粘合在第一和第二主表面上。在另一实施方式中，纤维藉施加在第一和第二主表面上的粘合剂而粘合在这两个表面上。这些纤维的间距相当于每厘米约7-17根纤维。
在一个实施方式中，织物中还有粘合在纤维和第一主表面上的第一层以及粘合在纤维和第二主表面上的第二层。第一和第二层可以相互独立地是热塑性薄膜、非织造网布或涂层。
在一个实施方式中，织物还包括至少一个粘合在第一薄片上的层压层。在另一实施方式中，织物还包括至少一个粘合在第二薄片上的层压层。
在又一实施方式中，提供适合在充气保护装置中使用的材料。所述材料中有许多增强层。这些增强层包含许多粘合在层上的基本上平行的纤维。相邻增强层中的纤维彼此呈大约45至90度的角度。
可将织物裁切、缝制或热机械结合，形成气囊的全部或一部分。热机械结合一般比缝制更快，并且在成本上更经济。
通过有选择地选定织物不同组分的材料，可以达到织物所要求的特性(包括其强度特性)。通过选择层压层的数目、层的材料、纤维的旦数、纤维的韧性和纤维的数目，可得到各种强度特性。可以使这些强度特性符合特定气囊用途的需要，或者与气囊的具体组分相配合构成具有所需特性的气囊。
图面的简单描述
图1是本发明一实施例的织物的平面分解图。
图2是本发明另一实施例的织物的平面分解图。
图3A和3B所说明的是用来制造驾驶员侧气囊的板，这些板是用本发明的织物制成的。
优选实施方式的描述
本发明气囊织物的一个实施方式示于图1。织物10包括一中心层12。中心层12包括两个互成背面的主表面14、16。互相大致平行但留有间距的纤维18分别紧靠并粘合在这两个主表面14、16上。有两个第一层和第二层22，它们紧靠着中心层12两面的纤维18，并分别粘合在这许多纤维18和中心层12的两个主表面14、16上。
可以添加由粘合在层22上的纤维18构成的附加层压层23，形成织物10。每层22的内表面24粘合在较靠近中心层12的许多相邻纤维18和相邻层22的外表面26上。
中心层12由可热粘合的非织造网布或热塑性薄膜形成。非织造网布可选自各种材料，包括吹塑微纤维网布、纺粘网布、射流喷网法网布、气流成网法网布和粗梳网布。热塑性薄膜可选自各种材料，包括聚酯、聚烯烃、聚氨酯、聚酰胺、PVC、含氟聚合物、嵌段共聚物弹性体和聚酯弹性体薄膜。此外，中心层12可由许多层薄膜或薄膜/非织造层压物形成。中心层12的厚度根据具体用途而定。例如，中心层12的厚度可约在0.01-0.05mm之间，最好约在0.01-0.03mm之间。
当选择中心层12和层22的材料时，必须考虑织物10的总透气性。例如，若选用透气性较小的非织造网布为中心层12时，层22中的一层或多层可能必须是热塑性薄膜，以便织物10具有所需的透气性。
分别粘合在互成背面的两个主表面14、16上的纤维18彼此呈大约45-90度的角度，具体取决于织物10所需的强度特性。在图1的实施方式中，分别粘合在两个主表面14、16上的纤维18彼此呈大约90度。纤维18用热机械法或粘合剂粘合这两个主表面14、16上。
纤维18选自高韧性的单丝或复丝纤维，例如，旦数为220、韧性为8.3克/旦的聚酯纤维。纤维18的韧性可在约8克/旦以上。纤维材料包括聚酯、聚酰胺、聚烯烃和芳酰胺纤维或它们的组合。纤维旦数可在大约200-900之间。例如，可使用旦数为220、440、630或840的纤维。
较好的是，使用旦数较低、韧性较高的纤维。也可使用旦数较高的纤维。此外，可使用具有不同旦数纤维的组合。
层22可以就用上面所述的中心层12使用的材料或材料组合形成。层22也可通过涂布成膜材料(如热塑性塑料、粘合剂和热熔粘合剂)的溶液形成。
至于纤维18的层压层23和层22的数目，其选择务使达到织物10的所需特性。相邻的两个层压层的纤维彼此呈大约45-90度。添加在两个互成背面的主表面上的层压层的数目不一定需要相同。例如，织物10可以在其第一主表面14上的一侧具有3层层压层，而在另一主表面16一侧具有2层层压层。
另外，可以用层22或纤维18替代一层或多层层压层23。并且，与各不同的层12和22粘合的纤维可选自不同的材料、旦数或韧性。
在本发明的另一实施方式中，如图2所示，织物10中有许多增强层23。如上面所讨论的，增强层23包括许多粘合在层22上的纤维18，形成单向的增强的层压物。最里面的两层增强层30的放置应使增强层30的纤维18彼此紧靠在一起。增强层30的层22粘合在两层纤维18上并彼此粘合在一起。
如上面所讨论的，两个相邻增强层的纤维彼此呈大约45-90度。也可使用上面就纤维18和层22所讨论的同一材料或材料组合。
在构成织物10的一个实施方式中，层压层23通过在层22上敷设纤维18而形成。纤维18可以是手工敷设的，也可以是通过经轴架或经轴架输送的。通常，用精梳机将纤维18排列成大致平行并保持预定的纤维间距(例如每厘米7-16根纤维)。
在一个实施方式中，用热机械方式(例如，加热和加压)将层22和纤维18形成为单向的层压层23。在其他一些实施方式中，可将粘合剂施用在纤维18或层22或这两者上面，将它们粘合形成单向的层压层23。通常，将新形成的层压层23卷绕在大的滚筒上。
层压层23可用其他方式形成。例如，当层22为热塑性薄膜时，可将层22直接挤出在纤维18上。
为形成织物10，至少两层层压层23彼此的取向应使一层层压层的纤维与相邻层压层的纤维呈大约45-90度。层压层23应放置成使织物10的两个外露的外表面是较光滑的非磨蚀性的抗冲击表面，以减少气囊张开时乘客受第二次伤害的危险。一旦将所需数目的层压层23放置在一起后，即可用热机械方式或用粘合剂将这些层压层粘合在一起，形成复合的多向层压织物10。
层压层23的数目和纤维18的相互取向提供了织物10的大致的强度特性。常用的织物强度试验是马伦式织物顶破强力试验(按ASTM D3786测定)。合适的织物10的马伦顶破强力至少约1.8MPa，较好的至少约2.4MPa，更好的至少约3.4MPa。各层压层23中纤维18的取向可进行调节，为气囊特定部位在特定方向上提供强度，从而提供总体上较强的气囊。
一般而言，驾驶员侧的气囊制成圆形或正方形/矩形。如图3A和3B所示，用板40、41制作圆形气囊。在板41上切一圆形充气孔42，以便进行充气。在充气孔42的周围，开一些小孔43，与充气装置金属固定法兰的螺栓位置相对应。用缝合法或用热机械法将板40、41拼接。
热机械法粘合能较快进行，并且方便易行。根据用途情况，热机械结合处可再辅以缝合或其他方式的粘合。也可通过各种缝合图案和技术将二个圆形板41、41缝合在一起。通常，将缝制的气囊倒置***充气孔内，周界接缝应位于气囊里边。
也可将织物裁切，形成用单片织物制成的正方形和圆形气囊。在圆形或正方形/矩形设计中，织物10可构成具有定域性能的气囊。
可通过选择不同的片材和厚度、纤维材料和密度、纤维取向以及层的数目，来形成具有选定特性的织物。
下面结合实施例对本发明进行说明。实施例1
用下述方法制成在薄膜上的单向纤维层压物。用威斯康星州Neenah市Webex公司生产的双辊压光机，将旦数为220、韧性为8.3克/旦的聚酯纤维(1/220/50R02-68，特拉华州Wilmington市DuPont公司产品)层压在基重为17g/m2的2.4分特聚酯纤维(#2250，田纳西州Old Hickory市Reemay公司产品)的纺粘网布上。压光机的两个压辊都是钢的，保温在150℃。层压压力为21.8kN/m，层压速度约为1米/分。从经轴架将纤维输送至辊隙，使其大致平行地敷设在网布上，用精梳机使纤维间距保持不变，为每厘米11根纤维。
然后用若干层单向层压物形成复合的多向层压物。将这些单向层压物敷叠起来，各层层压的纤维彼此形成90°取向，此时单向层压物有纤维的一面应面向复合层压物的中心。接着在150°、21.8kN/m和3.3m/min的条件下，令这些敷叠在一起的单向层压物通过压光机的压辊，将它们粘合起来。用这一方式制成了2、3和4层的多向层压物。其厚度分别为0.203mm、0.279mm和0.343mm，马伦顶破强力(用ASTM D3786测定)分别为1.8MPa、2.6MPa和2.6MPa。实施例2
用下述方法制成在薄膜上的单向纤维层压物。先在薄膜上喷涂3M#6091喷涂用新补可复位粘合剂(3M#6091 spray Remount RepositionableAdhesive)，再用手工将纤维敷设在薄膜上，然后让粘合剂干燥，这样就制成旦数为220、韧性为8.3克/旦的聚酯纤维(1/220/50R02-68，特拉华州Wilmington市DuPont公司产品)在0.0125mm厚聚乙烯薄膜(SF-40SP，威斯康星州Chippewa Falls市CT Films公司产品)上的层压物。此时用精梳机使纤维间距保持不变，为每厘米16根纤维。
然后用若干层单向层压物形成复合的多向层压物。将这些单向层压物敷叠起来，各层层压的纤维彼此形成90°取向，此时单向层压物有纤维的一面应面向复合层压物的中心。接着在68.9MPa和135°的条件下，将这些敷叠在一起的单向层压物在Carver压力机上压制1分钟，将它们粘合起来。用此方法制造2层的层压物；其厚度和马伦顶破强力(用ASTMD3786测定)分别为0.127mm和2.4MPa。实施例3
用下述方法制成在薄膜上的单向纤维层压物。通过将纤维排列在精梳机上并将纤维压入粘合剂中，将旦数为220、韧性为8.3克/旦的聚酯纤维(1/220/50R02-68，特拉华州Wilmington市DuPont公司产品)层压在3M#927转移带的片材上。此时用精梳机使纤维间距保持不变，为每厘米16根纤维。
然后用若干层单向层压物形成复合的多向层压物。将这些单向层压物敷叠起来，各层层压的纤维彼此形成90°取向，此时单向层压物有纤维的一面应面向复合层压物的中心。在敷叠物上施加一层0.0125mm厚的聚乙烯薄膜(SF-40SP，威斯康星州Chippewa Falls市CT Films公司产品)或少量婴儿用爽身粉，以防止层压物以后粘合在压力机上。接着在68.9MPa和135°的条件下将这些敷叠物在Carver压力机上压制2分钟，将它们粘合起来。用此方法制造2层的层压物。使用聚乙烯薄膜制得的层压物，其厚度为0.356mm，而使用爽身粉制得的层压物，其厚度为0.203mm。马伦顶破强力(用ASTM D3786测定)分别为2.5MPa和2.3MPa。实施例4
用下述方法制成在薄膜上的单向纤维层压物。用湿固化的聚氨酯粘合剂(3MTS-230)涂布在具有机硅涂层的纸网上。这种粘合剂的敞开时间足够地长，所以当将旦数为220、韧性为8.3克/旦的聚酯纤维(1/220/50R02-68，特拉华州Wilmington市DuPont公司产品)输送至纸网上时，粘合剂仍是粘性的。接着进行固化，使粘合剂交联并晶化，将纤维粘合在粘合剂上。用三辊二辊隙式压光机进行层压。从经轴架将纤维输送至辊隙，并使其大致平行地排列在纸网上，用精梳机保持纤维间距为每厘米16根纤维。
然后用若干层单向层压物形成复合的多向层压物。将这些单向层压物敷叠起来，各层层压的纤维彼此形成90°取向，此时单向层压物有纤维的一面应面向复合层压物的中心。接着在68.9-103MPa和149°的条件下，仅藉加热量或藉加热和另外一片0.013mm厚的聚乙烯薄膜(SF-40SP，威斯康星州Chippewa Falls市CT Films公司产品)将这些敷叠物在Carver压力机上压制1-2分钟，将它们粘合起来。用此方法制造2层的层压物。其厚度分别为0.165mm和0.152mm，马伦顶破强力(用ASTM D3786测定)分别为2.3MPa和2.4MPa。实施例5
用下述方法制成在薄膜上的单向纤维层压物。用威斯康星州Neenah市Webex公司生产的双辊压光机将旦数为220、韧性为8.3克/旦的聚酯纤维(1/220/50R02-68，特拉华州Wilmington市DuPont公司产品)层压在0.0254mm厚的聚氨酯薄膜(PS8010，麻萨诸塞州South Deerfield市Deerfield Urethane公司产品)的连续材料上。压光机的两个压辊都是钢的，保温在177℃。层压压力为21.8kN/m，层压速度约为1米/分。从经轴架将纤维输送至辊隙，使其大致平行地敷设在薄膜上，此时用精梳机使纤维间距保持不变，为每厘米11根纤维。
然后用若干层单向层压物形成复合的多向层压物。将这些单向层压物敷叠起来，各层层压的纤维彼此形成90°取向，此时单向层压物有纤维的一面应面向复合层压层的中心。接着在150°、21.8kN/m和3.3m/min的条件下，令使这些敷叠物再通过压光机，将它们粘合起来。用这个方式形成2、3、4和6层的多向层压物。其厚度为分别0.127mm、0.191mm、0.267mm和0.330mm，马伦顶破强力(用ASTM D3786测定)分别为1.8MPa、2.4MPa、3.65MPa和5.9MPa。实施例6
用下述方法制成在薄膜上的单向纤维层压物。用双辊压光机将旦数为440、韧性强度为8.3克/旦的聚酯纤维(1/440/50R02-68，特拉华州Wilmington市DuPont公司产品)层压在0.05mm厚的聚氨酯薄膜(PS8010，麻萨诸塞州SouthDeerfield市Deerfield Urethane公司产品)的连续材料上。压光机的上辊是硅橡胶的，下辊是钢的，均保温在150℃，层压速度约为1米/分。从一连串4个平行的经轴架将纤维输送至辊隙，使其基本平行地敷设在薄膜上，此时用精梳机使纤维间距保持不变，为每厘米13根纤维。
然后用若干层单向层压物形成复合的多向层压物。将这些单向层压物敷叠起来，各层层压的纤维彼此形成90°取向，此时单向层压物有纤维的一面应面向复合层压层的中心。在单向层压物之间铺以0.05mm厚的聚氨酯薄膜(PS8010，麻萨诸塞州South Deerfield市Deerfield Urethane公司产品)。接着在68.9-103MPa、149°的条件下将这些层压物在Carver压力机上压制1-2分钟，将它们粘合起来。用这个方式形成2、3、4和6层的多向层压物。用ASTM D3786测得的马伦顶破强力为4.48MPa。
其他实施方式体现在下述权利要求书的范围内。

Claims (9)

1．气囊织物，它包括：
具有第一和第二互成背面的主表面的中心层；
许多基本上平行但留有间距的分别粘合在第一和第二主表面上的纤维；其特征在于，粘合在第一主表面上的纤维与粘合在第二主表面上的纤维之间的角度为45至90度。
2．如权利要求1所述的织物，其特征在于，所述中心层是热塑性薄膜、非织造网布或它们的组合。
3．如权利要求1所述的织物，其特征在于，所述纤维是选自聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、芳酰胺纤维和它们的组合的高韧性单丝或复丝。
4．如权利要求1所述的织物，其特征在于，所述纤维的旦数在200-900之间，韧性在8克/旦以上。
5．如权利要求1所述的织物，其特征在于，还包括粘合在纤维和第一主表面上的第一层。
6．如权利要求1所述的织物，其特征在于，还包括粘合在纤维和第二主表面上的第二层。
7．如权利要求5所述的织物，其特征在于，还包括粘合在第一外层片材上的至少一层层压层。
8．适合在充气保护装置中使用的材料，它包括：
许多增强层，所述增强层包含许多粘合在增强层上的基本平行的纤维；
其特征在于，相邻增强层的纤维彼此呈45至90度的角度。
9．适合在气囊中使用的织物，它包括：
第一层；
第二层；
许多位于第一层与第二层之间的大致平行的第一纤维；
许多位于第一层与第二层之间的大致平行的第二纤维；
其特征在于，所述许多第二纤维与所述许多第一纤维呈45至90度的角度，第一层粘合在第二层上。
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