专利名称：低透气性可充气阻遏织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及机动车辆上被动阻遏安全装置(passive restraint safety devices)所适用的低透气性织物。
背景技术：
被动阻遏安全装置是一种按客户要求在机动车辆上设置的安全设备的组成部分。气袋，作为该设备的一部分，是一种附属的被动阻遏装置，它被设计成一直紧密地折叠安放在车中，(如在车辆的方向盘部件、仪表板或门板中的小室中)，直到事故发生时引发高压气体立即充入气袋使其胀大。气袋所用织物的设计要求提出了要薄、柔、牢、耐热和耐氧化的低透气性织物。
一般，气袋是用高强度机织物制成，可以有涂层以降低织物的透气性。尼龙织物尤其rip stock尼龙织物，是最常用的织物，因为它们具有高的强度/重量比以及较低的价格。
织物、涂层和充气技术也影响气袋的设计和形状。已经有几种气袋的设计，它们采用内部栓绳来控制气袋在最大膨胀下的形状，约束气袋的中央部分迫使其外形类似扁平枕形，而不是球形，从而对车内人员提供更佳的保护。
气袋的充气以及随后放气情况受到气袋织物透气性的很大影响。低透气性有利于快速充气以实现所需的防冲撞保护，但在气袋后板面上如不设置排气孔的话，就不能足够快地放气以减少对车内人员的反弹型受伤。而具有较高透气性的织物则不能足够快地使气袋充气以提供最初的防冲撞保护，但却可以不必附设排气孔即能足够快地使气袋排气，从而减少了车内人员的反弹型受伤。
发明概述本发明提供了一种适用于气袋的缝编织物，该织物i)具有第一和第二主表面，ii)具有热塑性基网和双梳经编结构(two-bar warp knit structure)，iii)用测试方法A(下述)测得的Mullen顶破强度至少为约1.7Mpa(较佳地至少约2.0Mpa，更佳地至少约2.5Mpa)，以及iv)用测试方法B(下述)测得的透气率小于约5立方厘米/秒/平方厘米(较佳地小于约2立方厘米/秒/平方厘米，更佳地小于约1立方厘米/秒/平方厘米)。
本发明还提供了一种由上述缝编织物制成的气袋。一种优选的气袋主要就是用这种缝编织物来构成(即气袋的强力主要来自双梳经编结构，而其透气性控制来自热塑性基网、以及任选的聚合物涂层、膜和气孔)。
本发明还提供了一种气袋用的缝编织物的制造方法，该织物i)具有第一和第二主表面，ii)具有热塑性基网和双梳经编结构(two-bar warp knit structure)，iii)用测试方法A测得的Mullen顶破强度至少为约1.7Mpa，以及iv)用测试方法B测得的透气率小于约5立方厘米/秒/平方厘米，该制造方法包括下列步骤a)将热塑性基网材料在张力下引入缝编机；b)把该基网材料捕入双梳经编结构之中以形成织物；c)在热和压力下辊轧该织物。
附图简述
图1是本发明的基于链式组织(chain stitch)具有衬纬结构的缝编织物工程背面示意图。
图2是图1织物的垫纱图。
图3是图1织物工程背面的组织花样(pattern)示意图。
图4是本发明的基于经平组织(tricot stitch)具有衬纬结构的第二种缝编织物工程背面示意图。
图5是图4织物的垫纱图。
图6是图4织物工程背面的组织花样示意图。
图7是采用本发明织物的驾驶员用气袋胀开后的示意图。
图8是采用本发明织物的驾驶员用气袋前板面的示意图。
图9是采用本发明织物的驾驶员用气袋后板面的示意图。
发明详述本发明涉及一种缝编织物结构，它适用于充气式被动阻遏装置的气袋部件。缝编工艺形成了双梳经编结构，它包括按一定间距、交联排列的圈列(rows ofstitches)，较佳间距为每厘米宽度2-8列(20-80机号)。圈密或圈数可在大范围内调节，但是较佳设置为产生2-10圈/厘米长度。缝线一般是市售的单丝纤维或复合丝，例如聚酰胺(如尼龙)、聚酰亚胺或聚酯(如PET)。缝编工艺还允许将各种不同材料包裹或容纳在双梳经编结构中。
更具体地说，在实施本发明中所用的双梳经编结构提供了结构的主要强力。而由缝线穿过的热塑性基网则控制了织物的透气性。在图1-6中给出了双梳经编结构的例子。如图1给出了本发明缝编织物10的工程背面12的示意图，该织物10具有链式组织的固结编链14和衬纬16。形成链式组织中编链的缝线穿过了热塑性基网18，而衬纬16则在形成该链式组织时按预定方式通过缝针的后方，但只是被固定在缝编织物工程背面上(即，衬纬纱线并不穿过基网)。
图2显示了图1所示织物10的垫纱图20。形成固结编链22的是/1-0/0-1/链式组织，而形成衬纬24的则是/0-0/3-3/结构，后者是在固结编链的链式组织22形成过程中被垫在3针的后方。
在织物10工程背面上联合形成的固结编链链式组织和衬纬花样示于图3。在该示意图中，固结编链的链式组织32以平行虚线表示，而衬纬纱线34以蛇形线表示，它规则地在3个链式组织后方通过。如果链式组织的编链32中有线断裂时，那么以这种方式形成的衬纬结构就能降低缝编织物撕裂的可能性。应理解，尽管在此处仅描述了一种花样(pattern)的衬纬结构，但是其他花样(如/0-0/3-3/6-6/3-3/0-0/花样，它让衬纬纱线通过6个固结编链线圈的后方)可进一步降低链式组织编链32中有线断裂时织物断裂的可能性。
图4是本发明第二种缝编织物40的工程背面示意图，它具有经平组织的固结编链44和衬纬46。对这种缝编织物的结构在参见图5后更易理解，它图示该织物40的垫纱图50。在织物40中，固结编链52所形成的是/1-0/1-2/经平组织而衬纬所形成的是/0-0/3-3/结构，后者是在固结编链经平组织52的形成过程中被垫在3针的后方。
在图4所示织物40工程背面上联合形成的固结编链经平组织及衬纬花样示于图6。图中固结编链经平组织62呈折线，而衬纬纱线64则呈蛇线，它规则地在3个经平组织后方通过。正同织物10的情况一样，也有其他类型的衬纬花样能在固结编链62中有线断裂时进一步降低织物破裂的可能性。
缝编织物的强力受控制于织物圈距或机号、缝线的旦尼尔数以及形成缝编结构的纱线。使用同一种缝线，那么高圈距(每厘米宽度上有较多的圈列数)织物比低圈距的强力高。前已提出，本发明织物用20-80机号，较好是用40-60机号范围，最好是50机号进行制备。在保持同一机号下，粗旦丝或纱比细旦丝或纱能生产更强的织物。适宜用220到840旦的缝丝或纱来制备本发明的织物。一般说来，缝过基网以形成固结编链用的丝或纱可优选220-500旦，而衬纬所用的丝或纱则可优选220-840旦。有宽广范围的丝或纱可用于缝编工艺，但对气袋的强度要求决定了应采用聚酰胺(如尼龙)或聚脂丝或纱来制备本发明的织物。优选的是定向高强度纤维的丝或纱。而且，优选的缝线是纱线(即一束细旦丝通过加捻或类似的加强法而加强)而不是一些单丝，因为纱线要比一些单丝纱线具有更大的柔性。
本发明织物中所用热塑性基网包括多种热塑性材料，其中包括(但并不限于)非织造网、弹性薄膜、以及非织造网与弹性薄膜的层压片(laminate)。适用的非织造纤维网包括纺粘型材料、射流喷网型材料、熔喷微纤维网、以及气流成网的加固网等。优选的非织造网应基于小直径的即低旦的纤维(例如约小于10旦，更好的约小于5旦)，因其具有较低的透气率。最佳非织造基网应是弹性熔喷微纤维网，例如以尿烷或聚脂/尿烷高分子材料为基础的网，网中平均纤维直径小于约50微米。
一般，非织造基网的基重为约50g/m2至175g/m2，较好的约70g/m2至约150g/m2，更好的约70g/m2至约125g/m2。被动阻遏单元装置趋向于小型化的趋势，已降低了可存放气袋的空间的大小，这就促使气袋织物更加趋向于薄型。考虑到上述情况，本发明所用织物在能实现所要求的透气性条件下更宜采用基重尽可能最低的基网。
由非织造纤维网组成的缝编织物，通过在加热和压力下进行轧压后就能够控制织物的厚度及其透气性。适当选用轧压条件(如热量、压力、滞留时间等)可使缝编织物所含非织造基网的厚度显著降低，把该基网转变成具有各种程度薄膜特性的材料，从而能降低该缝编织物的透气性。有经验的技术人员能理解，适当的轧压条件取决于制备基网所用的热塑性材料。一般说来，选择的加工条件要使基网所受的加热、加压和滞留时间等因素应能促成热塑性纤维有足够的流动，以形成柔性薄膜材料，从而能对穿过缝编织物的固结编链圈线周围进行封堵。被轧缝编织物的较佳厚度约0.4至约1.0mm。
作为本发明织物中的热塑性基网，弹性薄膜也可单独使用，也可与非织造网联合使用。热塑性薄膜通常比非织造网能对本发明中的缝编织物提供更低的透气性，但如果缝编工艺不是细心控制的话，那就会对薄膜的连续性造成不利影响。采用薄膜时，宜用弹性薄膜与非织造网的多层粘合物，因为这样有利于把薄膜结合进缝编结构中。
关于由本发明缝编织物构成的气袋结构，见图7所示胀大后的驾驶员用气袋70。该图有一传感器(未标示)能探测表示发生了撞击事故的车辆的急骤减速度，并立即引发充气设备(未标示)使气袋充气。乘员72冲向方向盘74的前冲运动就会受到气袋70的阻遏。
用本发明织物的典型的驾驶员用气袋前板面80如图8所示。前板面80与后板面(未示)用圈列82从板面周围向内按一定间距机械地连接一起。
图9所示为驾驶员用气袋的后板面90，后板面90具有位于中央的孔92，通过该孔在充气时将高压气体充入气袋。后板面90有一系列孔98，分布于内孔92圆周内侧一定间距处，用来安装充气装置的金属圆盘和螺栓(未示)。对应于后板面90上的孔98，在圆盘92上同样也有一系列孔98。在把气袋装在充气设备的圆盘上之前应把圆盘92安置在袋内。
气袋充气时控制为扁平枕形结构，就能比球形气袋在车内人员冲向气袋时提供更好的缓冲作用，这就能改善对车内人员尤其是对驾驶员的保护。由标准机织物制成的气袋会典型地被充气成球形，因为机织物的经纬纱如果都采用同一种纤维原料，那么不论在机器纵向和织物横向上都将有颇为一致的强力和伸长特性。然而缝编织物在机器纵向和织物横向上却显示出不对称的强力和伸长特性。由于固结编链组织的结构，故缝编织物在其机器纵向上比在织物横向上一般显示较高强力和较低伸长率。在织物横向上，因衬纬纱线受到较小的外形限制，故对织物总的强度虽然也有贡献，但却显示出较低的横向强力和较高的伸长程度。然而只要控制好缝编织物的使用方向，就能实现对气袋充气外形合理的控制程度，从而在制作气袋时有利地利用其不对称强力和伸长特性。
测试方法Mullen顶破强度本发明织物的顶破强度用ASTM测试方法D3768来测定。
上述方法在本说明书和权利要求中简称为测试方法A。
透气率织物透气率(或气流阻力)当雷诺数影响较小且气流通过织物的阻力与空气流速成正比时，可根据织物的正压力降计算求得，参见ASTMF788-82所论述的对过滤媒体气流阻力测试的标准方法。这样，对本发明的空气透过率大于1cm3/sec/cm2的织物时，可用8110D型自动过滤测试仪(美国明尼苏达州St.Pau.l的TSI公司制造)测出该织物在85l/min时的压力降，再把测得的压力降按下列关系换算为在12.7mm(0.5吋)水柱下的透气率FP＝V＝KΔp式中FP为以cm3/sec/cm2表示的Frazier透气率(ASTMD-737)，V是以cm/sec表示的表面速度，K是常数，ΔP是以mm水柱表示的压力降(曾对本发明织物独立地利用了ASTMD-737用透气率，压力降和流量的测量值对上式进行过验证)。
对透气率小于或等于1cm3/sec/cm2的织物，用TAPPI测试法T460om-88(或联邦测试法标准No.191A方法5452)测定在124.2mm水柱压力下100cm3空气流过6.45cm2织物所需的时间。然后利用下式把该流过时间换算为12.7mm(0.5吋)水柱时的透气率V12.7＝[V124.2(ΔP12.7/ΔP124.2)]式中V12.7＝P12.7，是以cm3/sec/cm2表示的在12.7mm水柱下的透气率；V124.2＝P124.2，是以cm3/sec/cm2示的在124.2mm水柱下的透气率；ΔP12.7是在12.7mm水柱下的压力降；ΔP124.2是在124.2mm水柱下的压力降。
在本说明书和权利要求书中上述方法简称为测试方法B。
实施例实施例1基于Morton PS 440-200的弹性熔喷微纤维网(BMF)的基网，是将聚氨基甲酸脂纤维(可从Morton International，Inc.Seabrook，NH获得)，按照美国专利号5,230,701(Meyer等)制成的。该基网的基重为125g/m2，它被用作制备本发明的缝编网的基网。
用Arachne缝编机(由捷克共和国Kdyne的Kdynske Strojirny Co.Ltd.供应)制成双梳经编组织的缝编织物。该Arachne机规格为50机号(5针/cm)的组织花样，圈密或圈数为7.0圈/cm。机器顶梳中穿以高强纤维聚脂丝(E.I.DuPont deNermour & Co.，Wilmington，DE供应的1/440/100 R02 T-68大可纶)，底梳中则穿以第二种强聚脂纤维丝1/440/96 BRT型号781(由Hoechst Celanese Corp.Chalotte，NC供应)。把聚氨基甲酸酯纤维BMF的基网在张力下送入Arachne机，该张力应足以防止基网在进入缝制区域前自行下垂或起皱。固结编链线圈是由第一梳栉形成为/1-0/0-1/链式组织，第二梳栉则使衬纬形成/0-0/3-3/结构，垫在三针的后方。Arachne机器部件的运转机速为520圈/分钟，在每分钟生产约0.7米的缝编织物。图1是基于链式组织和衬纬结构的缝编织物示意图。图2表示该织物的垫纱图，图3则表示该织物的工程背面图。该缝编织物的Mullen顶破强度为3.09MPa，透气率为12.8cm3/sec/cm2(用ASTM D-737测试方法B测得)。然后在例如后述的条件下进行轧压，即能得到本发明的织物。
实施例2使实施例1所制得的缝编织物通过Webex，Inc.，Neenah，WI供应的单轧点钢-钢轧辊的轧压，运转条件为温度163℃，间距为0.3mm以及线速度为0.61m/min。轧好的缝编织物的Mullen顶破强度为2.63Mpa，透气率为0.25cm3/sec/cm2(用测试方法B的TAPPI测试法T460om-88测得)。
实施例3用实施例1中方法制得的缝编织物，不同点在于在机器顶梳中穿以1/220/50型号68的高强度聚脂复丝(E.I.Du Pont供应)以代替1/440/100型号T-68大可纶。该缝编织物通过轧压后即能提供本发明所要求的织物。
实施例4用实施例2中方法制得的缝编织物，不同点在于将0.008mm厚的XEL-31薄膜(Consolidated Tachnologies Film Co.，Schaumberg，IL供应)，在轧压阶段中与缝编织物一起层压，条件为对织物/薄膜的轧压温度185℃，间距0.23mm，线速度0.61m/min。层压的(laminated)缝编织物的Mullen顶破强度为2.72MPa，透气率0.005cm3/sec/cm2(用测试方法B的TAPPI测试法T460om-88所测得)。
实施例5将KratonTM6416(一种Shell Oil Co.，Houston，TX供应的苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物)在甲苯中的40％溶液，利用间距调整到0.152mm的刮刀涂覆设备施涂在15.2×91.5cm的实施例2缝编织物条块上，在对流炉中以300℃温度烘燥5分钟后，产生的添加量为95.2g/m2。该涂覆的缝编织物的顶破强度为3.19MPa，透气率为0.12cm3/sec/cm2(用测试方法B的ASTMD-737测试法测得)。
实施例6按照实施例1中的方法制得的缝编织物，不同点在于用基重67g/m2的SontaraTM型8801聚对苯二甲酸乙二酯/木浆纤维网(E.I.DuPont deNemours andCo.，Wilmington DE供应)，代替聚氨基甲酸酯纤维。再通过辊轧薄膜/织物/薄膜层压物，把Shell Oil Company，Houston，TX供应的0.25mm厚的PS 8010聚氨基甲酸酯薄膜用层压到上述缝编织物正反两个面上，其中轧压温度为182℃，间距为0.18mm，线速度0.61m/min，从而生产出织物，该织物的Mullen顶破强度为2.92MPa，透气率0.003cm3/sec/cm2(用测试方法B的TAPPI测试法T460om-88测得)。
实施例7按照实施例6方法制得的缝编织物，不同点在于将基重98g/m2的TyparTM类型3301纺粘型聚丙烯网(Reemay Corp.，Old Hickory，TN供应)作为基网，以代替Sontara网。层压织物的Mullen顶破强度为3.09MPa，透气率为0.034cm3/sec/cm2(用测试方法B的TAPPI测试法T460om-88测得)。
实施例8按照实施例6方法制得缝编织物，不同点在于用基重100g/m2的TypelleTM类型5300花色纺粘型聚对苯二甲酸乙二酯纤维网(Reemay Corp.供应)作为基网，以代替Sontara网。层压织物的Mullen顶破强度为3.00MP，透气率为0.004cm3/sec/cm2(用测试方法B的TAPPI测试法T460om-88测得)。
实施例9按照实施例1用熔喷聚尿烷网来形成聚尿烷BMF/聚尿烷薄膜层压物，再把0.25mm厚的PS 8010聚尿烷薄膜层压到新喷成的BMF网的一个面上。位于BMF收集区的下游约30cm处的层压站(lamination station)，包括一加热钢制轧辊，该轧辊被调整到当轧点处无聚尿烷薄膜时恰好与收集鼓相接触。把层压轧辊加热到115℃，再把薄膜引入收集鼓与层压轧辊间的轧点处，与BMF网密切接触以完成层压过程。按照实施例1制得缝编织物，不同点在于用聚尿烷BMF/薄膜层压物作为基网，以代替聚尿烷BMF基网。将该缝编织物在182℃，0.18mm间距和线速度0.61m/min的条件下进行轧压，生产出的织物的Mullen顶破强度为2.81MPa，透气率为0.018cm3/sec/cm2(用测试方法B的TAPPI测试法T460om-88测得)。
实施例10用下列方法把实施例2、4、5、6和9的缝编织物转变成气袋。
将缝编织物裁剪出两块同样大小的板面，在其中一块板面上割出一个充气用的孔。把两个圆板面的工程面相互对准重叠在一起，再从板面周围内按一定间距用一系列圈线把两者缝合后就完成了气袋的制作。通过充气孔把气袋翻身，使气袋周边的圈缝转入气袋之内。在缝合操作时，应使两块板面组织的机器纵向相互对好。将一块约5cm宽的氯丁橡胶支撑盘(其中央孔径与气袋后板面上割成的孔径大致相同，并有一系列对应于充气装置中金属安装圆盘上螺栓大小与位置的孔)插入气袋中，再把气袋安装在充气装置的安装圆盘上。
权利要求
1.一种适用于气袋的缝编织物，其特征在于，该织物i)具有第一和第二主表面，ii)具有热塑性基网和双梳经编结构，iii)用测试方法A测得的Mullen顶破强度至少为约1.7Mpa，以及iv)用测试方法B测得的透气率小于约5立方厘米/秒/平方厘米。
2.如权利要求1所述的织物，其特征在于，该Mullen顶破强度至少为约2.0Mpa。
3.如权利要求1所述的织物，其特征在于，该Mullen顶破强度至少为约2.5Mpa。
4.如权利要求1所述的织物，其特征在于，该透气率小于约2立方厘米/秒/平方厘米。
5.如权利要求1所述的织物，其特征在于，该透气率小于约1立方厘米/秒/平方厘米。
6.如权利要求1所述的织物，其特征在于，该Mullen顶破强度至少为约2.5Mpa而且该透气率小于约1立方厘米/秒/平方厘米。
7.如权利要求1所述的织物，其特征在于，该热塑性基网被包含在该双梳经编结构中。
8.如权利要求1所述的可充气的阻遏织物，其特征在于，该织物还包括位于其至少一个主表面上连续的、柔软的、聚合物涂层。
9.一种可充气的、被动阻遏装置，其特征在于，它包括权利要求1所述的气袋、充气部件和传感部件。
10.一种适用于气袋的缝编织物的制造方法，该织物i)具有第一和第二主表面，ii)具有热塑性基网和双梳经编结构，iii)用测试方法A测得的Mullen顶破强度至少为约1.7Mpa，以及iv)用测试方法B测得的透气率小于约5立方厘米/秒/平方厘米，其特征在于，该制造方法包括步骤a)将热塑性基网材料在张力下引入缝编机；b)把该基网材料捕入双梳经编结构之中以形成织物；c)在热和压力下辊轧该织物。
全文摘要
一种适用于气袋(70)的缝编织物(10)。
文档编号B60R21/16GK1183124SQ96193542
公开日1998年5月27日 申请日期1996年4月4日 优先权日1995年4月27日
发明者M·托切谢克, R·A·布雷克恩, P·E·汉森 申请人:美国3M公司