改进耐热性的气囊涂层的制作方法

专利名称：：改进耐热性的气囊涂层的制作方法
技术领域：
：本发明涉及新型的气囊涂层组合物和包括可受热膨胀的微球的系统，该系统可在发热膨胀的过程中，使目标气囊织物有效地绝热。本发明的气囊织物可以在涂敷这种组合物之前预先进行轧光，或者通过间隙(浮动的)刮刀方法，利用这种含有受热可膨胀的微球的组合物进行涂层。然后，加热该涂层的气囊织物，使织物单纱之间的间隙内和织物隆起的纱线上的涂层组合物中的微球组分膨胀。这种涂层系统可以极大地保护目标气袋不致暴露在热作用之下，以保持其结构的完整性，并且在发热很大的膨胀过程中，保护汽车乘客缓冲垫不受高的膨胀温度的影响。本发明还包括在气囊织物上形成这种特定气囊涂层系统的方法。除了其他原因之外，由于叠氮化钠的高度毒性，最近有一种趋势不采用叠氮化钠作为在气囊充气组件内使用的爆炸点火化学物质。虽然，这种化学物质对人有害，但在过去，它是需要较低充气温度(大约1200°F)的气囊缓冲垫快速充气的一种方法。新的点火化学物质，例如以硝化纤维素为基础的化合物，从有毒性观点来看比较安全，但也会产生非常大的发热反应。使用硝化纤维素充气剂(它不需要过滤，而含有叠氮化钠的形式则需要过滤)，与叠氮化钠方法比较，在成本方面有所改善，但遗憾的是，在使用过程中会产生更高的温度(大约2000°F)。考虑到这个放弃叠氮化纳的趋势，现在必需对这种气囊织物和缓冲垫作一些改进，以便在这种极高温度的充气过程中，保护这种织物和缓冲垫的结构整体性。一些思路是采用更高旦尼尔的纱线(即515630和更大)，以为目标织物提供更大的热容量。然而，这种较高旦尼尔的材料也会使这种目标气囊缓冲垫的包装体积较大，并提高这种气囊织物和缓冲垫的制造成本，偏离了通过使用新的充气材料达到节约的目的。因此，为了从使用硝化纤维素充气剂材料带来的成本降低中获益，希望使用具有改良的涂层的较低旦尼尔的纱线(即最高大约420旦尼尔)，来提供必要的耐热性。这种涂层对于不同的气囊缓冲垫，必需达到上述的相同的性能标准(即快速充气、长时间充气等)。目前，有关改变现有的公知的气囊织物涂层组合物，以补偿从含有低温的叠氮化钠充气材料变至包括产生高得多的温度(大约2000°F)的爆炸和充气的化学物质的潜在改变的问题，还没有具体讨论过。过去，在用于汽车的气囊织物上进行涂层是为了阻止空气渗透进入织物中，和保护织物不受用来使气囊充气的热气体的有害影响。在早期开发这种产品时，聚氯丁二烯是所选择的聚合物，但希望减小完成的气囊的折叠尺寸，和减少聚氯丁二烯(a.k.a.氯丁橡胶)暴露在热作用下的降解和析出盐酸成分(因而会使织物成分质量降低以及释放出危险的化学物质)，导致采用了其他的化合物。这些化合物包括硅氧烷(例如，聚二甲基硅氧烷，只是一个例子)，聚氨酯、其他橡胶组合物等。这些组合物因为能使这种目标气囊织物和缓冲垫具有所希望的渗透性特性，以及能提供温度保护，使目标气囊织物和缓冲垫不受叠氮化钠膨胀爆炸产生的热量的影响，已经是众所周知了。然而，如上所述一样，在气囊充气材料内，仍缺乏对较高温度的温度保护的改善，价格较低廉和对人无毒的充气化学物质。本发明的一个目的是提供这种涂层系统。本发明的另一个目的是提供一种成本较低的气囊涂层织物，该织物可以承受由这种新的充气材料带来的高温。本发明再有一个目的是，提供一种气囊缓冲垫，该垫可使司机或乘客与在包括这种新的，不过滤的充气材料充气过程中的产生的热隔绝。因此，本发明包括一种气囊织物，该织物的至少一部分被涂有一种涂层组合物。其中所述的涂层组合物包括受热可膨胀的微球和至少一种减少气体渗透性的材料。另外，本发明还包括一种生产涂层气囊织物的方法。该方法包括下列步骤提供一种没有涂层的织物；用包括受热可膨胀的微球和至少一种减少气体渗透性的材料的组合物在所述织物的至少一部分上进行涂层。所述涂层步骤是在所述受热可膨胀的微球受热膨胀之前，利用浮动刮刀方法进行的；和将所述涂层织物暴露在足以使所述微球膨胀的温度下。另外，本发明还提供了一种生产涂层气囊织物的方法，该方法包括下列步骤(a)提供一种没有涂层的织物；(b)轧光步骤(a)中的所述织物，将所述织物平整，使其厚度基本上均匀，织物间隙空间和织物隆起的纱线顶点之间的最高点至最低点的平均距离最多为10微米；(c)对步骤(a)中的所述轧光的织物的至少一部分，利用包括受热可膨胀的微球和至少一种减少气体渗透性的材料的组合物进行涂层；和(d)将步骤(c)中的轧光织物，加热至足以使所述受热可膨胀的微球膨胀的温度。另外，本发明还涉及一种生产涂层气囊织物的方法，该方法包括下列步骤(a)生产一种没有涂层的织物；(b)利用由一种减少气体渗透性的材料和受热可膨胀的微球组成的经溶剂稀释的组合物，对步骤(a)中的所述织物进行涂层；所述涂层步骤是用间隙(浮动)刮刀涂布机进行的，其中涂层刮刀的高度大于受热可膨胀的微球的直径；(c)使步骤(b)中的涂层织物通过一个加热区，该加热区足以使溶剂蒸发，但不足以使减少气体渗透性的试剂固化；(d)使步骤(c)中的涂层织物，通过第二加热区，使受热可膨胀的微球膨胀，并足以使减少气体渗透性的试剂固化。这种特殊的织物和这种特殊的方法可提供必要的绝热和耐热性，并且当与减少气体渗透性的材料混合时，可以在保持气囊缓冲垫所要求的特性的同时，减少这种材料的数量。基本上来说，膨胀的微球不允许热通过该微球层传导至目标织物上，因此形成对高温的屏障。由于没有足够大表面，将热流从气囊缓冲垫内传导至外表面上，因此，充气产生的高温不能传递至复合材料的织物部分上，这样可以保持织物的强度。术语“受热可膨胀的微球”是指任何基本上为球形的空心物体(例如，微型气球)，其直径最大为40微米，并且当暴露在热作用下时，其平均直径可膨胀至原来尺寸的约1.2-约10倍。当膨胀时，这种微球应至少在一定程度上保持其球形形状，尽管为了保持这种球形结构，某些物体可能尺寸不均匀地增加，并且有些微球可能爆裂。根据本发明，爆裂的微球仍能适当地起作用，因为这种材料仍提供了减少气体渗透性的材料和织物表面(空气被捕获在这些层之间)之间的一个空气屏障。在本发明中使用的优选的微球，例如为Duluth，GA的ExpancelInc公司制造的DU级的Expancel。至今，在气囊织物或缓冲垫中，根本就不使用受热可膨胀的微球，更不用说如上所述那样，提供同样的绝热和耐热性。术语“减少气体渗透性的材料”基本上包括任何公知的气囊织物或缓冲垫涂层材料。该材料对在充气过程中产生的气体从这种外壳的内部运动至其外部，形成一个临时的或永久的屏障。这种材料选自含有硅氧烷的化合物，聚氨酯，聚丙烯酸酯，丁基橡胶，EPDM，氯丁二烯(氯丁橡胶)、聚酰胺，氢化丁腈橡胶，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和它们的任何混合物或分散体。含有硅氧烷的材料是最优选的，因为它们具有非常好的减小渗透性的优点以及老化的稳定性。这种材料包括(但不限于)聚二甲基硅氧烷及其衍生物(例如DowComing的3625LSR硅氧烷树脂)和它们的任何组合物。从成本方面来看，聚二甲基硅氧烷是这一组材料中最优选的。考虑到其他可减小渗透性的材料，优选的材料还包括聚氨酯，购自Peabody，马赛诸赛州的美国Stahl公司，商品名为Ru40-350(40％固体)；聚丙烯酸酯，(a)购自Rohm&Haas公司，商品名为RhoplexE-358(60％固体)，(b)购自Houston，Texas的Shell化学公司，商品名Epi-RezTM5520(60％固体)，和(c)购自Qreenville，南Carolina的Para-ChemSauthem公司，商品名PyropolyAC2000TM；聚酰胺分散体，由在Wayne，NewJersey营业的UnionCamp公司销售，商品名MICROMIDTM632hpl；其他聚氨酯树脂，购自BFGoodrich，Cleveland，俄亥俄州的C&KWitco公司，商品名为WitcobondTM256(35％固体)；氢化的NBR，例如购自Akron，Ohio的Goodpear化学公司的ChemisatTMLCD-7335X(40％固体)；和丁基橡胶，例如购自Lord公司的丁基橡胶胶乳BL-100。如上所述，还可以使用非硅氧烷材料的混合物或组合物，例如仅作为一个例子的聚氨酯和聚丙烯酸酯的分散体。优选的组合物如下所述，包括含有聚氨酯和聚丙烯酸酯的分散体。在这种情况下，聚氨酯与聚丙烯酸酯之比为约0.1∶1-约10∶1；优选的是约1∶1-约8∶1；更优选的是约2∶1-约5∶1；最优选的是约2∶1-约2.5∶1。受热可膨胀的微球和减小渗透性材料的混合物的涂覆重量，为约0.2-约2.0盎司/平方码目标织物；优选的这个涂覆重量为大约0.3-约1.5盎司/平方码目标织物；最优选为大约0.8盎司/平方码目标织物。上面涂敷交联的弹性体树脂涂层形成根据本发明的气囊基底织物的底布最好为由包括聚酰胺，聚酯或这些纤维的掺混物的纱线制成的平纹的机织织物。这种纱线的线密度最好为约100-约840旦尼尔，优选的是210-420旦尼尔。这种纱线最好由多根长丝构成，其中该长丝的线密度大约为6旦尼尔/长丝或更小，最优选的是大约4旦尼尔/长丝或更小。这种底布织物最好是使用剑杆织机或可以使用流体射流织机进行机织，如在Bower等人的美国专利5503197号和5421378号(这里引入供参考)中所说明的那种。带有所涂覆的涂层系统的织物底布，在下文中称为气囊基底织物。在含有微球的涂层组合物中的其他可能的成分为溶剂(例如水、挥发性醇、酮、芳香族化合物等)，增稠剂，抗氧化剂、阻燃剂、固化剂、聚结剂、粘接促进剂和着色剂。在本发明中，可以使用气囊涂层用的任何公知的增稠剂(例如，那些包括硅氧烷，聚氨酯和/或聚丙烯酸酯的增稠剂)。一种可能的优选增稠剂为由Wilmington，Delaware营业的Hercules公司的Aqualon分公司，以商品名NATROSOLTM250HHXR销售的增稠剂。另外，为了满足联邦机动车安全标准对汽车工业提出的302阻燃剂要求，最好将阻燃剂加入各种混合的组合物中。可以使用任何熟知的气囊阻燃剂(包括铝的三水合物，只作为一个例子)。一种可能的优选阻燃剂为GreatLakes化学公司销售的DE-83R，70％分散体。为了得到上述的所希望的绝热和耐热特性，将这种含有微球的气囊涂层组合物涂敷在目标气囊基底织物上必需按特定的步骤来进行，因此，在完成了混合(最后得到的分散体的粘度大约为8000-50000厘泊)之后，可以用三种不同的方法来涂敷微球和减少气体渗透性的材料的组合物。第一种方法是用任何标准的涂方法，例如(但不限于)刮削涂法来涂敷涂层组合物。这种刮涂法有几种不同的形式，它们包括(但不限于)；刮刀涂层，特别是台面间隔刮刀涂层(knife-over-gaptable)，间隙(浮动)刮刀涂布，辊衬刮刀辊涂(knife-over-roll)和泡沫浸轧刮刀涂层(knife-over-foampad)。但是，为了在目标织物表面上进行所希望的涂层，首先必需将织物轧光(平整)，使间隙距离至隆起纱线顶点的最低点至最高点的距离不大于大约10微米，优选小于8微米，最优选小于7微米。然后，将涂层的织物加热至足以使微球膨胀的温度。第二种方法包括，利用间隙(浮动)刮刀法，将受热可膨胀的微球涂敷在没有轧光的织物上。在涂敷经溶剂稀释的由受热可膨胀的微球和减少气体渗透性的试剂组成的组合物之后，加热该涂层的织物，使溶剂蒸发，但不足以使减少气体渗透性的试剂固化。如果在这一步骤中织物过热，并且减少气体渗透性试剂固化，则该受热可膨胀的微球不能达到其充分膨胀的尺寸，因为微球不能抵抗固化基体的约束而膨胀。在接下去进行的步骤中，进一步加热该涂层织物，使微球膨胀，并然后使减少气体渗透性试剂固化。当根据ASTM测试D737，“纺织织物的空气渗透性”标准进行测量时，用每一种方法得出的气囊基底织物基本上都是空气不能渗透的。为了充分覆盖织物纱线之间的间隙以及相同底布的隆起纱线，必需遵循这些特定的步骤。如果隆起的纱线没有被充分覆盖，则在高度发热的充气过程中，织物的结构整体性很可能被损害。织物任何位置上纱线的严重削弱会造成整个复合结构的强度丧失。因此，目标织物的整个涂层部分必需充分地被绝热微球保护起来。一般来讲，带有这种含有微球的组合物的织物涂层，会造成这种涂层组合物从织物的隆起纱线部分，向这种纱线之间的间隙空间中运动(由于涂层刮刀的接触，粘接力，重力和其他作用在微球本身上的力)。当上述的最高点至最低点的距离太不相同时(即从织物中线至隆起纱线的顶点所测量的隆起纱线的倾斜角较大)，这个问题更大，因为在这种情况下，微球容易“滑入”纱线之间的间隙空间中。这会阻止微球与隆起的纱线充分接触以获得必要的绝热和耐热性。指出下面这点是很重要的最好将这种微球加热至不会使它爆裂的温度。然而，即使由于热膨胀太大(并因此爆裂)，这种微球不能保持其结构整体性，但由于空气被捕获在固化的减少气体渗透性的材料和织物之间，因此，传热的可能性仍维持在低水平。因此，在本发明中，微球的爆裂是允许的和可预见的。这样，上述的第一种方法最初生产的织物厚度非常小，并且在整个底布上厚度变化也非常小。用这种方法，可使隆起纱线的倾斜角度和高度(相应于织物的中线)较小。结果，受热可膨胀的微球不容易迁移至间隙空间中，而很可能保留在隆起的纱线上。第二种方法允许用被溶剂稀释的，含有受热可膨胀的微球的组合物覆盖织物，其中间隙(浮动)刮刀机构设定的高度在目标织物之上，比含有微球的组合物的厚度大。用这种方法，可以在目标织物上均匀地涂布上一层薄的涂层，其中该受热可膨胀的微球可以充满间隙空间，并充分地覆盖隆起的纱线。如前所述，底布织物最好为机织的尼龙材料。在最优选的实施例中，这种底布织物由在剑杆织机，水射流织机或空气射流织机上机织的尼龙-6，6纤维制成。已发现当与根据本发明的涂层结合使用时，这种聚酰胺材料的粘接性特别好，并保持抗水解的作用。本发明优选实施方案的详细说明为了进一步说明本发明，特举出下列非限制性的实施例。这些实施例只是为了说明本发明的一些优选实施方案。而不以任何方式构成对本发明范围的限制。织物制造实施例1420旦尼尔的、没有涂层的尼龙6，6机织气囊织物在200℃，1000psi(磅/平方英寸)的压力和15ypm(码/分)的速度下进行轧光。这种方法生产的织物，在整个织物上的最大的最高点至最低点的距离大约为10微米。然后，利用间隙刮刀(knife-over-gap)方法，用由95份铂固化硅氧烷(platinum-curesilicone)(例如DowCorning3625)和5份受热可膨胀微球(Expancel551DU)组成的组合物对织物进行涂层。设定涂层刮刀，使总的增加重量大约为0.8-.10盎司/平方码。再使涂层织物通过设定成360°F的一个固化炉，使微球膨胀至直径大约为30-50微米。实施例2上一实施例中的末涂层，未轧光的织物，用由74份甲苯，24份硅氧烷树脂(DowComing3625，它包含有聚二甲基硅氧烷，固化剂和阻燃剂)和2份受热可膨胀的微球(Expancel551DU)组成的组合物进行涂层。涂层是利用间隙(浮动)刮刀涂层器进行的，涂层刮刀设定在织物表面之上至少16微米处，然后，使织物通过加热区，使溶剂蒸发，微球膨胀并固化硅氧烷。应注意在硅氧烷固化过程之前，使微球膨胀。因此，采用二炉的结构，第一个炉子设定在65℃，用于使溶剂蒸发；第二个炉子设定在170℃用于使微球膨胀和硅氧烷树脂的固化。织物整体性试验为了确定这些涂层的气囊织物，以及其他没有涂层的和/或普通涂层的气囊织物的耐热性，开发了一种耐热性试验方法。这个方法使用一种精确控制的热空气射流，使该射流以可控和可重复的方式冲击该织物。喷嘴(直径为0.0625英寸)在20磅/平方英寸的压力下，产生15标准立方英尺/时的空气流量。空气通过该喷嘴被加热至1005°F，并且将织物试样(4英寸×8英寸)涂层侧朝上地夹紧在该喷咀下面，使喷咀在织物之上0.0625英寸处。当该喷咀以1英寸/秒的速度，在织物的横向移动时，该织物被热空气刻痕。确定该织物的拉伸强度，并与没有经过热处理的织物进行比较。本发明的织物和比较织物(例如同一种纤维制成的没有涂层的织物，和上述实施例中的织造结构与只用DowCorwing3625硅氧烷树脂涂层的同一形式的织物)的拉伸强度列在下表中。表*(热处理后的拉伸强度除以没有经过热处理的拉伸强度)当然，本发明还有许多另外的实施方案和改进，这些都包括在下列权利要求所确定的精神和范围内。权利要求1.一种气囊织物，该织物的至少一部分用一种涂层组合物涂布，其特征在于所述涂层组合物包括受热可膨胀的微球和至少一种减少气体渗透性的材料。2.如权利要求1所述的气囊织物，其特征在于所述至少一种减少气体渗透性的材料选自含有硅氧烷的化合物、聚氨酯、聚丙烯酸酯、丁基橡胶、EPDM、氯丁二烯、氯丁橡胶，聚酰胺，氢化丁腈橡胶，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和它们的任何混合物或分散体。3.如权利要求1所述的气囊织物，其特征在于所述涂层组合物完全涂敷在隆起的纱线上，并充满所述气囊织物的所述涂层部分的纱线的间隙空间。4.如权利要求2所述的气囊织物，其特征在于所述涂层组合物完全涂敷在隆起的纱线上，并充满所述气囊织物的所述涂层部分的纱线的间隙空间。5.如权利要求3所述的气囊织物，其特征在于所述涂层组合物的总的涂层重量为约0.20-约2.0盎司/平方码织物。6.如权利要求5所述的气囊织物，其特征在于所述涂层组合物的总涂层重量为约0.30-约1.5盎司/平方码织物。7.如权利要求6所述的气囊织物，其特征在于所述涂层组合物的总涂层重量大约为0.8盎司/平方码织物。8.如权利要求1所述的气囊织物，其特征在于所述织物由选自聚酯、聚酰胺和它们的任何混合物的纤维组成；所述织物结构选自机织结构和针织结构。9.一种生产涂层气囊织物的方法，该方法包括下列步骤(a)提供一种没有涂层的织物；(b)轧光步骤(a)中的所述织物，将所述织物平整，使其厚度基本上均匀，在整个织物上的厚度变化最多为10微米；(c)对步骤(a)中的所述轧光的织物的至少一部分，利用包括受热可膨胀的微球和至少一种减少气体渗透性的材料的组合物进行涂层；和(d)将步骤(c)中的处理的轧光织物加热至足以使所述受热可膨胀的微球膨胀的温度。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于步骤(c)中的所述至少一种减少气体渗透性的材料选自含有硅氧烷的化合物，聚氨酯、聚丙烯酸酯，丁基橡胶、EPDM、氯丁二烯、氯丁橡胶、聚酰胺，氢化丁腈橡胶，乙烯-酯酸乙烯酯共聚物和它们的任何混合物或分散体。11.如权利要求9所述的方法，其特征在于步骤(a)中的所述织物由选自聚酯、聚酰胺和它们的任何混合物的纤维组成；所述织物结构选自机织结构和针织结构。12.一种生产涂层气囊织物的方法，该方法包括下列步骤(a)生产一种没有涂层的织物；(b)利用由一种减少气体渗透性的试剂和受热可膨胀的微球组成的经溶剂稀释的组合物，对步骤(a)中的所述织物进行涂层；所述涂层步骤是在所述微球受热膨胀之前，利用浮动刮刀方法进行的；和(c)对步骤(b)中的织物进行热处理，在该减少气体渗透性的材料固化之前，使该受热可膨胀的微球膨胀。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于步骤(c)中的所述至少一种减少气体渗透性的材料选自含有硅氧烷的化合物、聚氨酯、聚丙烯酸酯、丁基橡胶、EPDM、氯丁二烯、氯丁橡胶，聚酰胺，氢化丁腈橡胶，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和它们的任何混合物或分散体。14.如权利要求12所述的方法，其特征在于步骤(a)中的所述织物由选自聚酯、聚酰胺和它们的任何混合物的纤维组成；所述织物结构选自机织结构和针织结构。15.包括如权利要求1所述的气囊织物的一种气囊缓冲垫。16.包括如权利要求8所述的气囊织物的一种气囊缓冲垫。17.按权利要求9所述方法生产的气囊织物。18.包括如权利要求17所述的气囊织物的一种气囊缓冲垫。19.按权利要求12所述的方法生产的气囊织物。20.包括如权利要求19所述的气囊织物的一种气囊缓冲垫。全文摘要本发明涉及新型的气囊涂层组合物和包括受热可膨胀的微球的系统,该系统可在发热膨胀的过程中,使目标气囊织物有效地绝热。本发明的气囊织物可以在涂敷这种组合物之前预先进行轧光,或者通过浮动刮刀方法,利用这种含有受热可膨胀的微球的组合物进行涂层。然后,加热该涂层的气囊织物和缓冲垫,使织物的单纱之间的间隙内和织物隆起的纱线上的涂层组合物中的微球组分膨胀。这种涂层系统可以极大地保护目标气囊不致暴露在热的作用之下,以保持其结构的整体性,并且在发热很大的膨胀过程中,保护汽车乘客缓冲垫不受高的膨胀温度的影响。本发明还包括在气囊织物上形成这种特定气囊涂层系统的方法。文档编号D06C15/00GK1387484SQ00815459公开日2002年12月25日申请日期2000年11月7日优先权日1999年11月10日发明者A·D·蔡尔德,D·S·科兹洛斯基申请人:美利肯公司