具有极薄涂层的低透气率侧帘安全气囊缓冲垫的制作方法

专利名称：具有极薄涂层的低透气率侧帘安全气囊缓冲垫的制作方法
技术领域：
本文引用的所有美国专利完整的收入供参考。
本发明一般涉及可充气的涂布织物，更具体说，涉及涂上很少量涂料且漏气率极低的安全气囊缓冲垫。本发明的可充气织物主要用于要求透气率低的汽车乘员保护系统缓冲垫(如侧帘安全气囊)。在传统上，诸如氯丁橡胶，硅酮之类化合物的重而贵的涂料已被用来产生这样要求的低透气率。因此，本发明可充气涂布安全气囊的涂层包括与目标织物相接触的一种或几种弹性体材料，其中所述弹性体材料的拉伸强度至少2,000psi，断裂伸长率至少180％。涂到安全气囊表面的涂料至多3.0盎司/平方码(最好形成薄膜)。本发明安全气囊充气后的特征漏气下降时间(定义可充气的气囊容积与10psi时气囊容积漏气率之比)至少5秒。获得的安全气囊缓冲垫，特别是卷曲填密容积很小且透气率低的缓冲垫，预期均属于本发明的范围。
先有技术的背景汽车的安全气囊是已知的，且已用了很长一段时间，安全气囊的典型结构材料是聚酯或尼龙织物，其上涂有弹性材料，如氯丁橡胶或硅酮。这种气囊所用的织物通常是用本领域已知的纺织技术由合成纱织成的编织织物。
这种涂料得到认可是因为它对充气介质起不透性屏障的作用。充气介质通常是用气体发生器或充气装置产生的氮气或氦气。此气体在相对温热的温度下输送到缓冲垫中。涂层阻挡此种气体对织物的渗透，使撞车事故中缓冲垫可迅速充气，而不会过分减压。
安全气囊也可由不涂膜织物制成，其编织方式可使制品的透气性率，或用已经过砑光等处理的织物做成以降低透气率。编织后通过砑光或其它机械处理以降低透气性的织物公布在美国专利4,921,735；美国专利4,977,016；及美国专利5,073,418上(编入本文供参考)。
硅酮涂料通常利用溶剂型或复合型双组分反应系统。硅酮涂料涂在侧帘安全气囊正面和反面的干重约3-4盎司/平方码或更多。本领域普通技术人员应当了解，附加重量大基本上会提高安全气囊底布成本并使其很难装入小的安全气囊容器中。此外，硅酮的拉伸强度很低，如果不用很厚的涂层，就不能承受高压充气。
在Menzel等人的美国专利5,110,666(编入供参考)中公开的，采用特种聚胺酯作涂层可允许附加量很低，据报道为0.1-1盎司/平方码，但材料本身比较贵且由于这种涂料的性质，据信需要较复杂的搅拌涂抹工序，但其专利权所有人未公开这些特种聚胺酯涂料的有关弹性及/或拉伸强度特性。此外，也未讨论在驾驶员或乘客侧缓冲垫用布的侧帘安全气囊上小附加量的这种聚胺酯材料上涂布性能(因此与低流气率相关)的重要性。所有安全气囊必须很快充气，事实上当感测到碰撞时，安全气囊一般在10-20毫秒内便达到峰值压力。合格的驾驶员侧和乘客侧安全气囊设计成能耐此巨大充气压力，但它们也会很快减压以便有效吸收来自汽车乘客撞击气囊的能量。因而，这种驾驶员和乘客侧缓冲垫(安全气囊)由低透气率的织物制作，但它们也在连接接缝处(未涂防漏气涂料)或通过排气孔很快放气。此外，在Menzel的专利及Li等人的美国专利5,945,186中所教导的低附加量涂层不会长期保存气体，它们实际上承受由激活气体发生器提供的长时间的连续压力不会超过2秒钟，至多2秒。这些安全气囊织物的低透气率有助于在驾驶员和乘客安全气囊缓冲垫中持续保留少量气体，以便提供足够的碰撞保护所需的减压缓冲作用。这样的安全气囊织物不会和侧帘安全气囊一起很好地起作用，因为至少正为下面详细讨论的，在此安全气囊内产生枕状缓冲结构的接缝在必要的高气压下充气时漏气率会太高。因为这些区域在充气时和充气后提供极大漏气，所以前面提到专利的薄涂层低漏气率的安全气囊织物不会适当地用在侧帘安全气囊，尤其是打算提供持久的倾翻防护的侧帘安全气囊中。
如上提及，有三大类不同的安全气囊，每一类有不同的用途。例如，驾驶员侧的安全气囊一般装在转向管柱内。且有相对高的透气率以便更能在碰撞时对驾驶员起缓冲垫作用。乘客侧安全气囊也由相对高透气率的织物组成，它可以通过织物中或与织物形成一体的通气孔放气，这二种安全气囊都设计成在突然碰撞时能保护人员安全且一般从转向管柱或仪表板(因而有多个侧面)包装容器中弹出。但侧帘气囊的主要设计目的是侧向碰撞时保护乘客，通过长时间保持充气状态提供倾翻保护，并且通常从贮存在车顶线的包装容器中沿汽车侧窗展开(因而只有前面和后面)。侧帘安全气囊因此不仅提供缓冲作用而且提供碎玻璃和其它碎片的防护。这样，如上所述，侧帘安全气囊保留大量气体和高气压，以便在整个可能倾翻状态下长时间保持充气是绝对必要的。为此，这些侧帘一般在前面和后面涂上大量密封材料。由于大多数侧帘安全气囊织物由编织坯料组成，它们或者缝合、密封，或者织成一体，所以可能大量漏气的离散区域很普遍，特别在接缝处或其附近。业已被接受的要求是，必须用厚涂层，以提供侧帘安全气囊所需的低透气率(因而漏气下降时间高)。没有这些厚涂层，此安全气囊很可能迅速减压，因而在倾翻碰撞时不能正常起作用。本领域普通技术人员应当了解的是，这样厚的涂层大大增加了目标侧帘安全气囊的总生产成本。因而很有必要制造这样一种低透气率的侧帘安全气囊，其涂层价格不贵(最好附加涂料重量少)，使用时不会失去正常工作所需的老化，稳定性和透气性特征，迄今为止，即使不能说完全没有，缓和侧帘安全气囊对此厚重涂层的需求没有多少进展。
此外，有一种流行的趋势，将此低透气率的侧帘安全气囊贮存在很薄，最好是，但并非必定是，圆柱形容器中。由于这些安全气囊一般贮存在汽车车顶线内，可用地方很有限，所以有必要将此乘员保护缓冲垫的填密容积限制在最小绝对值。但以前实践过的低透气率侧帘安全气囊已经证实要贮存在目标汽车车顶线处的这种圆柱形容器中十分不方便。将这些涂层厚、透气率低的物件卷起所花实际时间和力气，以及填密容积本身都很难降低。此外，随着这种厚涂料的应用，当这些物件紧密填装在一起时，粘连问题(即，使缓冲垫不同的涂料部分粘结在一起)突出了。当有可能粘连时，充气时推迟展开的概率上升。因此，十分希望有装填很紧，填密容积小，不粘连，低透气率的侧帘安全气囊。不幸，先有技术未给予安全气囊行业这种改进。
发明的目的及简要说明根据上述背景，容易看出，需要有一种低透气率的侧帘安全气囊，它采用少量，因而不贵的涂料，因此填密容积比标准低透气率侧帘安全气囊小很多。这样一种有涂层的低透气率安全气囊必须在充气时和长期贮存后有必要的长的漏气下降时间。这一新型安全气囊和新型涂料配方比以往使用的价格贵，附加量高许多的安全气囊涂层(及由此产生的安全气囊物件)有明显进步。
因此本发明的目的是提供一种有涂层的安全气囊，其中所述涂层附加重量很少，充气后的漏气下降时间很长，因而相应的透气率低。本发明另一目的是提供一种便宜的侧帘安全气囊缓冲垫。本发明又一目的是提供一种高效安全气囊涂料配方，其以很低的添加量使用，以在充气后获得极低透气率的安全气囊结构。本发明一附加目的是提供一安全气囊的涂料配方，不仅有很好的长期低透气性，而且有极好的长期贮存稳定性(通过热老化和潮湿老化试验)。本发明还有另外目的是提供一种低透气率的侧帘安全气囊，它有很小的卷曲填密容积和对于有效地长期贮存在汽车车顶线内所需的不粘连性能。
因此，本发明涉及的安全气囊缓冲垫包括一有涂料的织物，其中所述织物涂上弹体成分，其量至多为3.0盎司/平方码织物，且其中所述安全气囊缓冲垫经长期贮存后的特征漏气下降时间为至少5秒钟。而且，本发明涉及的安全气囊缓冲垫包括一有涂料的织物，其中所述织物涂上弹体成分，其中所述弹体成分包括至少一种弹体，其拉伸强度为至少2000psi且延伸率为至少180％；且其中所述安全气囊缓冲垫经长期贮存后的特征漏气下降时间至少为5秒。另外，本发明包括一有涂料的安全气囊，其填密容积系数(将安全气囊的卷曲直径除以从目标汽车车顶线安装点到充气后车顶线以下覆盖的最低点所测得的覆盖高度)至多0.05。
术语“特征漏气下降时间”拟包括全部充气气体进入已充过气(到峰值压力，吹开封接不牢区域)并排气的安全气囊缓冲垫中并在随后的10psi恒压下需要再充气时所需的时间。众所周知在安全气囊技术，特别是关于侧帘(低透气率)安全气囊缓冲垫中，长期保存充气气体在碰撞导致倾翻和其它后继问题时是至关重要的。侧帘安全气囊设计成能和驾驶员侧及乘客侧气囊充气得一样快，但其减压必须很慢以便倾翻和侧向碰撞时保护乘客。因此，气囊在瞬时迅速充气时达到峰值压力后具有很慢漏气速率是至关重要的。因此，气囊上的涂层必须牢固，足以承受气囊如此迅速充气时的冲击和应力。因此，为了在已充气的安全气囊中保存最大的气体数量，特征漏气下降时间长是头等要紧的。充气后(及达到峰值压力后)安全气囊的漏气与实际压力保持特性紧密相关。已充气和减压的侧帘安全气囊的压力保持特性(以下称“漏气下降时间”)可由特征漏气下降时间t描述，其中 *SCFH标准立方英尺/小时。
应明白，常量10psi并非对本发明的限制，而只是测量漏气下降时间时的恒定压力。因此，即使实际充气时或安全气囊初始增压后的压力高于或低于此值，唯一的限制是，本领域普通专业技术人员测出气囊容积并将此值除以容积漏率(10psi时)，则得出的时间为至少5秒，此时间大于9秒为好，大于15秒更好，大于20秒最好。
同样，术语“长期贮存后”涉及本发明安全气囊换实际贮存在汽车的充气装置(容器)中和/或待安装的贮存设备中。此外，该术语还涉及模拟这种长期存放(通过例为热力老化)的贮存。这种测量法是公认的且被普通技工所了解和掌握，以便分别经过热老化和潮湿老化试验后通过可比分析进行，该试验通常包括107℃炉内老化400小时，接着以83℃和95％相对湿度老化400小时，且被公认作为安全气囊缓冲垫长期贮存条件的适当评估方法。因此这一术语包括该试验。本发明安全气囊织物在经过如此严格的假贮存试验后必须有正确的特征漏气下降时间。
本发明弹体涂料成分包括至少一弹体，其拉伸强度至少为2000psi，断裂延伸率大于180％。拉伸强度优选为大于3000psi，更优选为大于4000，最优选为大于6000(此最高值基本上是仍能粘住织物表面的最大值)。优选的断裂伸长率大于200％，更优选为大于300％，最优选为大于600％。弹体的这些特性导致涂层十分强劲(能耐充气时和充气后一段时间内巨大压力而不易破裂)并能张紧来抗衡如此大的充气等的压力。因此当涂到侧帘安全气囊裂缝上或安全气囊结构的其余部分上时，涂料最好(当然不是必要的)形成一层连续薄膜。此涂层既能填漏织纱线之间和/或针脚间的小孔，又能“粘住”各根长纱线。因此在充气时涂层能防止从纱线间的空隙中漏气，也有助于防止纱线的偏移(它会产生较大空隙，而引起漏气)。
这种高拉伸强度，高断裂伸长率成分的应用因而能允许使用极少附加量的涂料配方。一般，侧帘安全气囊上所需涂料很厚，至少为3.0盎司/平方码(标准值实际上高得多，达4.0)。本发明安全气囊缓冲垫只需至多3.0(少些为好，如2.0，较好为1.8，更好为1.5，最好可达到0.8)盎司/平方码即可达到高漏气下降时间(低透气率)的要求。此外，过去的涂层要求有良好的热和潮湿老化稳定性。出人意料地，甚至以如此低的附加量，特别用历史上引起过争议的涂料(如聚胺酯)，本发明涂料，因而本发明有涂层的安全气囊缓冲垫也会有极好的热老化和潮湿老化稳定性，涂料配方和有涂层的安全气囊因此在本特殊安全气囊技术范围内有明显进步。
特别感兴趣的是，本发明弹体配方中的弹体成分是聚酰胺，聚胺酯，丙烯酸酯类弹体，氢化丁腈橡胶(即氢化NBR)，氟弹体(即含氟聚合物和含氟单体的共聚物)，乙烯乙酸-乙烯酯共聚物，及乙烯丙烯酸酯共聚物，而且，这样的弹体可以，也可以不交联在安全气囊表面。弹体优选是聚胺酯，最优选是聚碳酸酯聚胺酯弹体。这样的配混料可从拜尔公司买到，其商标名称是Imprail，包括Impranil85UD，ELH，及EHC-01。其它可接受的聚胺酯包括Bayhydrol123，也是拜尔公司产品；Ru41-710；EX51-550，及Ru40-350，后二种均产自美国Stahl公司。就此而言，任何聚胺酯或弹体，有和上述相同的拉伸强度及断裂伸长率特征的，都是在本发明涂料配方中，因而在本发明有涂层的安全气囊缓冲垫上有潜在的应用可能。但为了在长期贮存时有所希望的漏气下降时间，可买到的别的弹体的附加重量大于其它的。但要符合本发明要求，不得超过3.0盎司/平方码这一上限。必要时弹体可叠加成多层，只要总涂层不超过要求的厚度。另一方面，也可应用多层涂料系统，只要至少有一层弹体的拉伸强度及断裂伸长率符合要求。具体说，(作为一例，有良好的拉伸强度和低透气率)这一涂料系统可包括聚胺酯基的底层(此层与织物之间有可任选的增粘剂)和硅酮的第二层(有优异的抗老化性能)。其它形式的多层涂料系统公布在授权的申请09/350,620中，均提出来供参考。
弹体涂料中的其它可能成分是增稠剂，防氧化剂，阻燃剂，聚结剂，增粘剂及着色剂。根据本发明优选的做法，将细粒弹性树脂的分散物质(溶液或水稀释，取决于选用的弹体)与增稠剂及阻燃剂混合，或撒在树脂溶液中，产生的符合填料的粘度为约8000厘泊或更大。优选为用聚胺酯，最优选为用聚碳酸酯聚胺酯，如上所示可从拜尔和Stahl公司买到。其它有希望的弹性树脂包括其它聚胺酯，如Witco公司的WitcobondTM253(35％固体)及俄亥俄州克利夫兰的BFGoodrich公司的Sancure；氢化NBR，如俄亥俄州阿克伦的Goodyear化学公司的ChemisatTMLCH-7335X(40％固体)；EPDM，如宾夕法尼亚洲伊利的Lord公司EP-603A橡胶乳胶；丁基橡胶，如Lord公司的丁荃橡胶乳胶BL-100；及丙烯酸橡胶(弹体)，如BFGoodrich公司的HyCarTM。这份清单不应理解为包括一切，只是有希望的弹体的例子。此外，优选的弹性体不含任何硅酮，因为该材料的拉伸强度极低(通常小于1500psi)。但为了提供老化和防粘连，该成分可作为面层涂到弹体成分上，只要整个弹性体及面层的附加重量不超过3.0盎司/平方码且硅酮含量在整个弹体成分中按重量百分比计不超过20％。此外，包括聚酯或聚醚链段或其它类似组分的某些弹性体也是有希望的，尤其在极低附加重量(即0.8-1.2OZ/yd2)时，这是由于在热和潮湿老化引起的稳定问题(聚酯在潮湿时易水解而聚醚在加热时易氧化)；但是这样的弹体可使用较高附加量，只要不超过3.0盎司/平方码。
在这弹性体成分中特别优选的其它添加剂中有热稳定剂，阻燃剂，底层黏合剂，及保护面层的材料。一种优选的增稠剂的商标是NATROSOLTM250HHXR，由Hercules公司Aqualon分公司销售，据信在特拉华州威尔明顿有营业处。为了符合联邦汽车安全标准302条汽车工业阻燃剂技术要求，最好也将阻燃剂加入到复合填料中。一种优选的阻燃剂是Amspec化学公司销售的AMSPERSE F/R 51，据信在新泽西州格洛斯时有营业处。底层粘附剂可用于促使目标织物表面与弹性体本身之间的粘附力。因此，虽然弹性体最好是与织物表面接触的全部弹体组成的唯一组分，但可应用增粘剂，如异氰酸盐，环氧树脂，功能硅烷及其它有粘附性的这类树脂，而不会对弹性体性能有不利影响，从而提供目标安全气囊缓冲垫有希望的低透气性。如上所述，如同硅酮一样，面层也可实现目标安全气囊缓冲垫正常的抗粘连性。这种面层可有多种功能，包括，但不限于，改善弹体(如硅酮)的老化性能或提供对由于涂料(最明显是优选的聚碳酸酯聚胺酯的情况)粘附性引起的粘连抗力。
安全气囊织物必须通过一定试验，以便用于人员保护系统。一个这样的试验叫做粘连性试验，可指出经长期互相接触贮存(如安全气囊的贮存)后有涂料织物二部分互相分开所需的力。粘连实验分析需要将二片2″×2″的安全气囊织物试片有涂层侧面以5psi压力压紧，在100℃温度下保持7天。如果这段时间后拉开两试片所需为大于50克，或以50克重量悬挂底织物层使织物分开所需时间大于10秒，则涂层未通过粘连性试验。显然，分离的切力越低，涂层越好。为了改进抗粘连性(因而降低填密的织物部分之间不当黏附的机会)，可利用的面层成分有滑石，硅石，硅酸盐粘土，及淀粉粉末，只要整个弹体成分(包括面层)的附加重量不超过3.0盎司/平方码(最好在很低水平，如1.5)。
特殊的有涂层安全气囊缓冲垫必须通过的二种其他试验是热老化试验和潮湿老化试验。这二种试验也模拟安全气囊织物长期暴露在高温且相对潮湿环境下的贮存情况。这二试验实际上用于分析各种不同织物在热风炉(＞100℃)(具备或不具备湿度条件)中贮存2周或更长时间后性质的改变。对本发明而言，该试验主要用于通过测量漏气下降时间(如上所述)来分析有涂层的侧帘安全气囊的透气率。初期生产并贮存的本发明安全气囊缓冲垫在如此严酷的贮存条件下，其特征漏气下降时间须大于5秒(气囊先充气到15psi以上峰值压力并完全放气后以10psi气体压力重新充气)。由于本发明优选的弹性体，聚胺酯受高温高湿有不利影响(虽然其影响不如某些聚酯和含聚醚弹体严重)，将一定成分加入面层及/或弹体本身中要谨慎。防老化剂，抗降解剂及金属钝化剂可用于此目的。例子有，但不限于，Irganox1010及Irganox565，二者可从CIBA特种化学品公司买到。面层可提供附加防护以抗老化，因此可包括改善面层老化的材料，例如，但不限于，聚酰胺，NBR橡胶，EPDM橡胶等，只要弹体成分(包括面层)加到目标织物上的附加重量不超过3.0盎司/平方码(最好低些，至多1.5)。
弹体成分中可有其它添加剂，包括，但不限于，着色剂，UV稳定剂，填充剂，颜料及交联剂/硫化剂，如在本技术中常知的那些。
根据本发明，其上涂有本发明弹性涂料以形成安全气囊衬底织物的底材优选为由诸如聚酰胺或聚酯那样的含有合成纤维的纱线构成制成。这种纱线的线密度约105-840登尼尔，更优选为210-630登尼尔。这种纱线最好由复纱做成，其中所述复纱的线密度在每纱6登尼尔或更少，最好为4登尼尔或更少。在一更优选实施例中，此底材织物由尼龙纤维做成，最好是尼龙6，6。业已发现，这种聚酰胺材料当和根据本发明所述涂料结合使用时有特别好的粘附力和耐水解保持能力。此底材织物最好用Bower等人的美国专利5,503,197和5,421,378(引用在此供参考)中公开的液体喷射织机编织。此机织织物在今后叫做安全气囊底布。如上所述，本发明安全气囊必须有极低透气率，因而必定是叫做“侧帘”安全气囊者。如前经常所述，此侧帘安全气囊(也称为缓冲垫)在碰撞中间必须保存大量充气气体，以便在倾翻事故中向乘客提供长时期缓冲保护。任何标准侧帘安全气囊都可与低附加量涂层一起使用，使提供的产品有如上所述的要求的漏气下降时间。大多数侧帘安全气囊都是通过劳动密集的缝合或缝纫(或其它方式)使二块分开的机织织物坯料缝在一起形成一可充气结构。此外本领域技术人员应当了解，此缝纫的操作发生在重要位置，形成接缝(各织物层之间的连接点)，这样又产生离散的开孔区域，充气时充气气体会流进其中。此开孔区域在最终的充气的安全气囊中形成枕状结构，以在碰撞过程中提供更多的表面区域，并给气囊本身提供强度，以便承受很高的初始充气压力(因而不会在充气时外破)。其它侧帘安全气囊缓冲垫是单片机织物。有些可充气安全气囊是通过同时编织二层织物来制造的，将它们在一定的重要位置上连结起来(也是形成要求的枕状结构)。此缓冲垫因而有连接二层织物的接缝。正是由于这许多接缝的出现，(在多片机织气囊和单片机织气囊中都有)，产生上述的在充气时和充气后的漏气问题。纱线的偏移，特别是以很多路径、很多处发生偏移的可能性会使气囊的充气气体漏出而迅速减压。因此安全气囊底布对透气率的降低(及相关的漏气下降时间，尤其在高压时)不会提供很多帮助。正是该接缝问题才使以往产生了对使用很厚，因而很贵涂层的需求，来提供低的透气率。
最近有一种从多片侧帘安全气囊(它需要大量劳动密集形缝合工艺来连接机织织物坯料)和传统生产的单片机织缓冲垫向更特别的单片机织织物(能极大减少织物纱线之间的跳花，从而减少充气时纱线的不平衡偏移)发展的趋势，如系列号09/406,264和09/668,857专利所述，两篇专利所有权人是Sollars，Jr.，其说明书完整引入，以下作详细说明以后术语“可充气织物”拟包括由至少二层织物构成的织物，其可通过连接及/或密封来形成。本发明可充气织物因此必须包括双层织物，可充气；及单层织物，可在织物面料端部密封或充气时在目标织物内形成枕状小室。术语“全机织”，因为属于本发明织物，因此要求有双层和单层织物的可充气织物只在织布机上生产。任何形式织机都可用于本目的，如水喷式，气喷式，剑杆式等。图案的组成利用特别在流体喷射及/或高速剑杆式织造式机器上提花织造及/或多臂织造而成。
构造的织物可有平衡或不平衡的经纬密度单纱支数；织造结构主要要求是，可充气织物单层区域只有席纹图案。这些图案是通过将至少一条经纱(或纬纱)在织物图案中绕两相邻纬纱(或经纱)同一侧布置。得出的图案使相同经纱(或纬纱)布置在下一相邻纬纱的相反侧，看起来像“席纹”。这种“席纹”织纹图案纬纱(或经纱)的同一侧，最多可一次绕过6根，最好是4根。
这种席纹式织纹图案在单层区的唯一用途是在可充气织物结构中提供了很多迄今未被研究过的好处。例如，这种席纹式织纹图案可以在整个单层区，甚至是弯曲的区域，有不变的“接缝”宽度和织纹结构。如上所述，目前使用的标准牛津布织纹不能在弯曲的接缝周围保持相同的织纹图案。它们是平纹式织纹图案。同样，这样的席纹式织纹接缝图案使可充气织物结构只有平纹双层织物区和单层“接缝区”。在整个织物结构中没有三次投梭以上的“跳花”。这样的织物没有比织物其余部分透气率高的离散位置。此外，这样的织纹结构在生成的接缝区域内可有低达二种不同的织纹密度(图案)等。因此，接缝本身是一种织纹图案，而在与此接缝直接相邻的是另一织纹图案。在特定接缝区域无其它图案。通过直接靠近办法使上述区域与实际接缝本身的间距至多14根纱的宽度，最好小到2根纱的宽度，约4和8根纱的宽度最有利。对不同织纹密度的这种限制是以往全机织安全气囊从未实现过。
通常，先有技术(如Thornton等人，Supra)提供接缝连接，在与接缝本身直接相邻区域内至少有三种不同的织纹密度，此外。先有技术编织工艺产生的跳花有时一次可多达6或7投梭。虽然纺织行业可将织纹图内这种跳花“填入”，但这一工艺花费时间且仍不能在整个结构中连续提供有平衡透气性的织物。在单织物层中的席纹式织纹结构必须定位，以防止单与双织物层(见图2所述)之间交界处的织纹结构内有不匀率发生(如大量跳花)。符合用户要求的这种席纹图案的另一优点是第一“接缝”相邻处有一个以上单层织物区(即在织物部有另一“接缝”)。这一第二接缝提供使二个接缝内各单纱传来的力分散或传递给它的方式。这一优点因而通过机织织物的严格结构(即未必依赖于涂层的应用)使充气时人造纱发生不利偏移的概率下降。先前公布或应用的有双织物层和单织物层区的可充气织物未发现利用二个席纹图案接缝的可能。此外，此两接缝结构无需在目标可充气织物中编织大的单织物层区域。先有技术的产生安全气囊缓冲垫(如侧帘)“枕状”小室的织物，是通过将单织物层(不是实际接缝本身)的整个区域编织形成的。这种工艺费时且很难。本发明的可充气织物在这备选的实施例中需将至少二个很狭单织物层区域(接缝)织入织物结构(另一优选实施例只利用一条单层织物接缝)；位于这二区域内的织物的其余部分必要时可以是双层。因此，本发明织物提供制作“枕状”可充气织物的先进省钱的方法。
如上所述，可充气织物本身最好了由全合成纤维制造，如聚酯及聚酰胺，虽然天然纤维在一定情况下也可以。但是，优选为用尼龙6，6，最优选为用聚酯，或者也可以用这些纤维的混合物。织物织物结构中使用的各单纱，其登尼乐数一般在40-840之间，100-630之间较好，最优选为整个安全气囊结构的平均登尼尔数至少525，更优选为平均至多420，还更优选为平均315，如果需要的话，甚至低达210。在平均登尼尔数低的情况下(420及以下)，织物结构本身厚度很小，因此在本发明涂料少量涂敷情况下，有很小的填密容积。
如上所述，涂料作为必要的补充应被涂到表面上，以降低本发明织物的透气率，由于本发明织物的一种优选用途是作为侧帘安全气囊，在整个碰撞事故中必须保持极小的透气率(如倾翻时侧帘必须在一定时间内保护乘客)，所以十分希望降低透气率。通过在本发明可充气织物内应用这样特别的织纹图案，可允许使用少量涂料(与这种材料标其它的准附加量比较)，即可提供要求的低充气气体透气率。任何标准涂料或层压膜，如硅酮，聚胺酯，聚酯，聚酰胺，橡胶(如氯丁橡胶)等，如上所述，均可用于此目的，且可用标准方法及标准量涂到织物表面。但这种涂料(或涂层或层压膜或层压膜的层)为提供要求的低透气率所需的必要量极少，且已在上面详细讨论。此外本发明可充气织物特殊织纹结构可利用如此少量的涂料即可提供要求的低透气率。
本发明附加的目的和优点将在下面说明中列出。且可从说明中看明白，或从本发明的实施中学到。应当明白，前面的一般说明和下面对优选实施例的详细说明只是解释性和示例性的，决不能看成是对权利要求书中所列本发明范围的限制。
通过单片侧帘安全气囊(及可充气织物)的这种改进，在接缝处漏气大的可能性已大大降低，这些安全气囊在二层织物间的连接点及其周围提供平衡的织纹结构，因此在高压充气时纱线移动的可能性比标单片编织安全气囊下降了。不幸，本发明单片编织安全气囊仍有问题，即织纹交织处在高压充气时可能发生移动，因而仍然很可能以太高速率出现漏气，因此有必要将材料涂到此单片编织结构上来减少或消除这种影响。但这种单片编织结构允许涂上极少附加量的弹性涂料，即可有低透气率。事实上，本发明这些安全气囊在附加涂层低于1.5盎司/平方码，并可低到0.8盎司/平方码时性能很好，。
此外，虽然本发明并不是优选，业已发现本发明的涂料成分提供的低透气性和标准单片机织安全气囊相似，尤其用了本发明低附加量，高拉伸强度，不含硅酮的涂料时，但达到高漏气的下降时间所需涂层厚度远大于前面提到的Sollars.Jr.的本发明单片织纹结构，这样，为了使这些其他的单片编织安全气囊达到低水平的透气率，有必要将附加量达到1.5，甚至2.2盎司/平方码。即使用了这样多的附加涂料，但本发明涂料本身显然比标准的商用的，现有的含硅酮等的涂料(它必须有至少3.0盎司/平方码)有明显改进。
另外，也发现在本发明附加量等情况下，本发明的涂料成分提供与前述缝合、缝纫的侧帘安全气囊同样的优点。虽然由于在接缝处漏气可能性大，这种结构不太受欢迎，但业已发现，本发明涂料用比标准硅橡胶和氯丁橡胶涂料配方少的附加量就可提供有少得多的透气率(事实上达到认可的漏气下降时间值)，此附加量将达到3.0盎司/平方码，再低些也行，(例如，1.5盎司/平方码)，这取决于和目标织物表面直接接触的涂料配方内的拉伸强度高、可足够张紧的弹性配料的应用。此外，随着涂料用量的降低(通常涂料是很贵的)，同时对目标安全气囊透气性有很大降低，且抗湿性很好，老化稳定性极好，本发明的涂料配方及本发明涂上涂料后的安全气囊本身显然比先有安全气囊涂布技术有很大进步。
本发明特别重要的是能将有涂料的安全气囊缓冲垫以尽量小的容积填密在圆柱形或多边形的目标汽车车顶线处贮存容器中。本发明安全气囊以卷曲的手风琴式，Z形折叠(或其他形状)(为了很好装进贮存容器并为了在碰撞事故中很好充气，向乘客提供足够保护)，可收缩成体积最小的贮存形状。业已发现，非充气侧帘安全气囊的有效小容积最佳测定(虽然不是唯一的)结果是将气囊沿长度方向卷紧，直到成圆柱形。这种形状的目标侧帘安全气囊的直径优选为至多23mm。术语“直径”指的是卷紧贮存结构中可充气织物的横截面，因此贮存织物的长度与充气织物长度相同，再测量横截面积上相对二点之间的最大距离。本领域普通专业技术人员应当知道，被测的实际侧帘安全气囊不必以这样特殊的卷紧方式贮存，这样做只是为了用与高度相比较的直径来评估卷紧的填密容积，目标侧帘必须先放平，然后卷成大体圆柱形，接着测量其直径。
因此，在一非限制性实例中，一个2米长圆柱形车顶线贮存容器，其必要容积等于830cm3(容积按2лR2计算)。市场上能买到的侧帘安全气囊缓冲垫的标准卷曲填密直径至少25mm，(由于为了有低透气率而要求的涂层厚度)。因此，所需圆柱形容器的容积至少为980cm3。优选地，本发明安全气囊缓冲垫贮存时的卷曲直径至多20mm(填密容积约628cm2)(可多达23mm，也可低到16mm)，此容积显然低于标准填密容积。当然，提供很小填密容积的能力直接和安全气囊本身上涂层厚度，及制造气囊本身时所使用的纤维登尼尔数有关。登尼尔数越低，气囊结构越薄，因此可能有较小填密容积。然后，与安全气囊缓冲垫充气时的高度(即安全气囊从车顶线沿目标汽车侧面，如车窗，下伸到其最低点的长度)有关，填密容积等于具体气囊填密直径(在卷紧状态下，虽然实际上卷紧时还有其它填密结构，如手风琴式，Z形折叠式等都可用)。除以本发明安全气囊缓冲垫的高度(此高度尽管不必测量，它常常是近似17时，或431.8mm)的比值，此值应至多0.05。此系数优选为至多是0.486(21mm直径)，更优选为是0.0463(20mm)或0.044(19mm)，或0.0417(18mm)，或0.0394(17mm)。采用的纤维登尼尔数平均最好是420，因此在涂层附加量约0.8盎司/平方码的情况下，填密直径为18mm(因此填密容积系数为约0.0417)。
先有技术有极厚涂层，纤维登尼尔数较高(420以上)，其填密直径至多24mm，因此在涂层超过4.0盎司/平方码的情况下，填密容积系数为约0.0556，这高于上述0.05极值。如上所述，随着较低平均登尼尔数纤维在本例侧帘安全气囊中的应用，填密容积可以减少。在本发明范围内，降低填密容积的主要的(但不是唯一的)目的是给目标侧帘安全气囊提供高效(即低透气率)，低附加量的涂层。当然，系数的上述范围不要求安全气囊高度是标准的17时，它主要随涂料厚度，附加重量及纱线登尼尔数而变化。但显然较长(较宽)气囊在圆柱形贮器中填密直径要求较大。
令人惊奇的是，业已发现，拉伸强度至少2000psi，断裂伸长率至少1 80％的任何弹性体涂在侧帘安全气囊织物表面二个侧面上，重量至多为3.0盎司/平方码，优选为0.8-2.0，更优选为0.8-1.5，还更优选为0.8-1.2，最优选为0.8盎司/平方码，这时提供的有涂层安全气囊缓冲垫，通过长期贮存粘连试验和长期热老化试验，充气时和充气后的透气率非常低而持久。涂料的这种有利形式和数量因而使安全气囊缓冲垫经长期贮存也容易充气且仍能充气足够长时间以确保人身保护系统有最佳安全水平。此外，勿需说，所需涂层混合料越少，则成品越便宜。另外，所需涂层混合料少导致安全气囊织物在其容器中填密容积小，这一优点可提高安全气囊织物的可包装性。
虽然本发明是通过一定的优选实施例和实践来进行描述和揭示的，但这决不意味着本发明局限于这些特定实施例，而包括附属权利要求书及其等价物范围定义的等价结构及一切另外可替换的实施例和修改。
优选实施例的详细说明本发明二种优选的弹性体分成按下表生产表1标准水性弹性体成分组分 份额(每整个组合物)树脂(30-40％水中固体含量)100Natrosol250HHXR(增稠剂)10Irganox1010(稳定剂)0.5DE-83R(阻燃剂) 10表2标准溶剂性弹性体成分组分 份额(每整个组合物)树脂(30-40％溶剂中固体含量) 100Irganox1010(稳定剂)0.5DE-83R(阻燃剂) 10表3标准溶剂性弹体成分组分 份额(每整个组合物)树脂(25-40％溶剂中固体含量) 100Irganox1010(稳定剂)0.5DE-83R(阻燃剂) 10
DemodurCB-75(增粘剂) 2(列于下表4中的特种树脂仅以表中数量加入此标准成分中形成本发明涂料配方的优选实施例)。
混合配方用布衣粘计测好的粘度为15000厘泊。一旦混合完毕，单一配方就按上述Sollars.Jr.的专利中所述涂到单片提花机织安全气囊的两个侧面。(气囊是420登尼尔数的尼龙6，6纱线)。用定隙涂装法涂抹。接着将气囊在高温(约300°F)下干燥3分钟，形成必然很薄的涂层，如上所述，也可接着刮削涂层以达到要求的薄膜保护层，但定隙涂布在气囊表面提供均匀的薄膜厚度，因此是好办法。在此意义上，刮削涂布包括，但不限于，刮涂，特别是辊隙辊道，浮动刮刀及辊衬泡沫垫等方法。涂层最后干重最好0.6-3.0盎司/平方码或更少，最优选为0.8-1.5盎司/平方码或更少。按照ASTM Test D737“织物透气性”测试标准，这样得到的安全气囊缓冲垫是不透气的。
为了进一步说明本发明，以下列出非限制性例子。这些例子只是为了说明本发明的某些优选实施例，并非以任何方式对本发明范围作限制。这些例子把下述的优选弹性体加入到上表1-3的涂料配方中。
每个有涂层的气囊首先迅速充气到峰值压力30psi。然后充气的气囊在10psi压力下测漏气量(SCFH)。特征漏气下降时间(秒)由漏气率和气囊容积算出。
表4
*老化条件107℃烘箱老化16天，接着83℃，95％相对湿度下老化16天。
*老化条件107℃烘箱老化16天，接着83℃，95％相对湿度下老化16天。
**树脂是硅酮橡胶。
如上所述，例1-6使用性好，在本发明范围之内，例10，11有某些不足，聚酯基弹体(Witcobond290H)有很好热老化(氧化)稳定性但在高湿度下有水解倾向，聚酯基弹体(Sancure861)抗水解性好，但氧化性差。但这些弹性体已证明在其最大值在3.0盎司/平方码以下的较高附加重量时可降低透气性。此外，虽然硅酮有很好热老化和水解(潮湿老化)抗力，但拉伸强度和抗扯强度有限。天然橡胶，SBR(丁苯橡胶)，氯丁橡胶及其它含不饱和碳双键的橡胶都有很好耐水解性能。但提供弹性的不饱和碳双键容易氧化，使橡胶性能在热老化后改变。本实施例优选为应用物理性能及抗水解及氧化性能好的弹性体。基于聚碳酸酯软链段的聚胺酯是本申请优选材料。
例3的安全气囊的滑动摩擦系数约0.6。相比之下，包括非机织层的有厚硅酮涂层的侧帘安全气囊的系数为约0.8。
附图简要说明

图1是本发明全编织可充气织物的横截面视图，示出优选的双层和单层区，其中包括二个分开的单层区。
图2是织纹图，示出优选的重复投梭图案，是利用平纹和席纹四投梭结构形成的。
图3是本发明侧帘安全气囊展开前汽车的内部侧视图。
图4是本发明侧帘安全气囊展开后汽车的内部侧视图。
图5是一侧帘安全气囊侧视图。
图6是一侧帘安全气囊容器的侧视图。
图7是贮存在图6的容器中的安全气囊横断面透视图。
附图详细说明现在参看附图，图1示出本发明可充气织物10的双织物层12，14，18，20，24，26和单织物层16，22的优选结构的横截面。纬纱28(其登尼尔数优选为约420)存在于各织物层区域12，14，16，18，20，22，24，26中，其上和其下编织各根经纱38，40，42，44(其登尼尔数也优选为约420)。双织物层12，14，18，20，24，26织成平纹图案。单织物层16，22织成席纹图案。四条纬纱每根在本优选结构中均设为穿过各重复席纹图案，但在单织物层区域(接缝)16，22处可用2-12根经纱。中间的双织物层区18，20各有四根经纱28在平纹结构中。在单织物层16，22之间中间纬纱28的根数必须是二的倍数，才能在二个接缝16，22中有最大承压力，并使在充气时在接缝16，22与双织物层区域12，14，24，26交界处发生纱线偏移的可能性最小。
图2示出本发明织物织纹图30，它包括二个不规则形状的同心圆作为接缝。此图还对在织物中席纹图案位置的必要选择标准作一般解释。图上有三种不同的图案，用不同阴影线表示。第一种32指在整个双织物层(如图1的12，14，18，20，24，26)中的重复平纹图案，它总是在4X+1经纱方向位置开始(X代表图中投梭排列(pickarrangement)数)和4X+1纬纱方向位置处开始，(这样，投梭排列包括沿经向和纬向其下四个空格的空块处开始的特殊两层平纹方块32)。第二个34表明“上下”席纹图案，其中空块必须存在，且总是在4X+1的经纱方向位置开始，其中X代表图案中重复的投梭排列数。当要求有接缝时(如图1的16，22)，在4X+1的填充方向位置处开始(因此包括相应的“上下”符号的方块34的图案包括沿经向和纬向在其下四个空格的席纹投梭中的空方块)。其余图案，基本上是单织物层(如图1的16和22)的“下上”席纹图案，由特殊阴影线方块36表示。这种图案总在4X+1经向开始，或者当需要接缝时，从4X+3纬向的位置开始，或4X+3经向和4X+1纬向开始，。这种不同的“上下”席纹34和“下上”席纹36图案的特殊布置是实现连续重复织纹结构所必须的(在目标织物结构中同时存在不超过三个以上跳花，即空格。此外，可以相信，在可充气织物技术上尚未公布或探讨过这种情况。
如图3所示，图中示出在侧帘安全气囊(未示)充气之前汽车110的内景。汽车110包括前座椅112和后座椅114，前侧窗116和后侧窗118，车顶线120，(其中贮藏一圆柱形容器122，内有本发明侧帘安全气囊(未示))。在车顶线120内还有一充气装置124，在碰撞事故时能点火并迫使气体进入侧帘安全气囊(图4的126)。
图4示出充气的侧帘安全气囊126。如上所述，安全气囊126涂上至多2.5盎司/平方码的涂料配方(未示)，最好是聚胺酯聚碳酸酯。本发明安全气囊126足以保持充气状态至少5秒，多些更好，最好优选为20秒以上。
图5示出以非充气状态贮存在车顶线圆柱形容器122中之前的侧帘安全气囊126。安全气囊126的厚度(以图7所示封装直径度量)，与安全气囊高度(从车顶线圆柱形容器122位置到安全气囊126最低位置128的长度度量)之比在非充气状态或充气状态至多0.05。附加涂料重量越多，纱线越粗，则系数越大。较细的纱线可与较少或较多附加涂料重量一起应用，并符合此限制条件。
图6及7有助于了解这一概念，其为沿2-2线剖开的容器122中贮存的卷紧安全气囊126的情况。以上例3的安全气囊126测得的直径约20mm。侧帘安全气囊的标准高度约17时，约为431.8mm。因此，优选的填密容积系数为0.046(20mm/431.8mm)。作比较用的硅酮基的厚涂料附加重量约4.0盎司/平方码。若直径25mm，则系数为0.0579(25mm/431.8mm)。
当然，本发明还有许多其它实施例的改型，这些均包括在以下权利要求书的实质和范围内，特别应明白，任何生产方法和结构的侧帘安全气囊，其透气率低，涂料附加量极小，符合上述填密容积要求(可以是卷紧织物，或填密的手风琴式，或其它包装形状)者，均在本发明范围内。
权利要求
1.一种有涂层的侧帘安全气囊，其填密容积系数至多约0.05；其中，所述有涂层侧帘安全气囊的至少一部分涂有弹性体涂料，且其中，所述有涂层侧帘安全气囊充气后的特征漏气下降时间为至少5秒。
2.根据权利要求1所述的安全气囊，其中，所述安全气囊包括纤维，纤维的平均登尼尔数至多为525。
3.根据权利要求2所述的安全气囊，其中，所述纤维的平均登尼尔数至多420。
4.根据权利要求3所述的安全气囊，其中，所述纤维的平均登尼尔数至多315。
5.一种有涂层的侧帘安全气囊，其填密容积系数至多约0.05；其中，所述有涂层侧帘安全气囊的至少一部分涂上弹性体涂料；其中，所述有涂层侧帘安全气囊充气后的特征漏气下降时间为至少5秒；且其中，所述可充气织物在织物的一定离散区内包括至少二层织物，并在所述织物内的离散区处包括至少一个单层织物，其中此可充气织物的织纹图在任何一排或一列中不会有三个以上连续未填色的方块。
6.根据权利要求5所述的安全气囊，其中，所述弹性体成分包括聚胺酯。
7.根据权利要求5所述的安全气囊，其中，所述有涂层的织物是机织的且包括聚酰胺纱线。
8.根据权利要求7所述的安全气囊，其中，所述聚酰胺纱线由尼龙6，6纤维制成。
9.根据权利要求8所述的安全气囊，其中，所述聚酰胺纱线是复线，其平均线密度在约210-630登尼尔之间。
10.根据权利要求9所述的安全气囊，其中，所述复线的的特征在于，单纱线密度为约每纱4登尼尔或更少。
11.根据权利要求6所述的安全气囊，其中，所述弹性聚胺酯成分是聚碳酸酯聚胺酯。
12.根据权利要求5所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.048。
13.根据权利要求12所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.046。
14.根据权利要求13所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.044。
15.根据权利要求14所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.041。
16.根据权利要求15所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.393。
17.一种有涂层的侧帘安全气囊，其填密容积系数至多约0.05，其中，该有涂层侧帘安全气囊的至少一部分上涂有弹性体涂料；其中，该有涂层侧帘安全气囊充气后的漏气后的下降时间至少5秒；及其中，所述可充气织物在织物的一定离散区中包括至少二层织物，而在此织物内的一离散区包括至少一层织物层，其中，在与所述单层织物层直接邻接区域中只有二种单独的织纹密度。
18.根据权利要求17所述的安全气囊，其中，所述弹性体成分阶段包括聚胺酯。
19.根据权利要求17所述的安全气囊，其中，所述有涂层织物是机织的且包括聚酰胺纱线。
20.根据权利要求19所述的安全气囊，其中，所述聚酰胺纱线由尼龙6，6纤维制成。
21.根据权利要求20所述的安全气囊，其中，所述聚酰胺纱线是复纱，其特征在于，平均线密度在约210-630登尼尔之间。
22.根据权利要求21所述的安全气囊，其中，所述复纱的特征在于单纱线密度为约每纱4登尼尔或更少。
23.根据权利要求18所述的安全气囊，其中，所述弹性聚胺酯成分是聚碳酸酯聚胺酯。
24.根据权利要求17所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.048。
25.根据权利要求24所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.046。
26.根据权利要求25所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.044。
27.根据权利要求26所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.041。
28.根据权利要求27所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.393。
29.一种有涂层的侧帘安全气囊，其填密容积系数至多约0.05，其中，所述有涂层侧帘安全气囊的至少一部分上涂有弹性体涂料；其中，所述有涂层侧帘安全气囊充气后的漏气下降时间至少5秒；且其中，所述可充气织物在织物的一定离散区包括至少二层织物，并在该织物内的至少二个离散区包括至少一层窄的单层织物层，其中，所述至少一层窄的单层织物层只用偶数根，宽度至多12根纱线的席纹图案织成，其中，在所述可充气织物中有至少二个离散窄区的单层织物层，其中所述至少二个区域的单层织物层被一个至少二层织物的区域分开，且其中各单层的宽度在4-8根纱线长度之间。
30.根据权利要求29所述的安全气囊，其中，所述弹性体成分包括聚胺酯。
31.根据权利要求29所述的安全气囊，其中，所述有涂层织物是机织的且包括聚酰胺纱线。
32.根据权利要求31所述的安全气囊，其中，所述聚酰胺纱线是用尼龙6，6纤维制成。
33.根据权利要求32所述的安全气囊，其中，所述聚酰胺纱线是复纱，其特征在于，该复纱的平均线密度在约210-630登尼尔之间。
34.根据权利要求33所述的安全气囊，其中，所述复纱的特征在于，其单纱线密度为约每纱4登尼尔或更少。
35.根据权利要求30所述的安全气囊，其中，所术弹性聚胺酯成分是聚碳酸酯聚胺酯。
36.根据权利要求29所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.048。
37.根据权利要求36所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.046。
38.根据权利要求37所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.044。
39.根据权利要求38所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.041。
40.根据权利要求39所述的安全气囊，其中，所述填密容积系数至多约0.393。
全文摘要
可充气涂布织物，更具体说是涂上很少附加量涂层的安全气囊，有极低的透气率。本发明的织物主要用于要求有低透气率的汽车乘员保护系统的缓冲垫(如侧帘安全气囊)。传统上，重而贵的，诸如氯丁橡胶，硅酮之类化合物的涂料已被用来产生这种要求的低透气性。因此，本发明的涂布安全气囊涂层至多3.0盎司/平方码，最好是0.8盎司/平方码，且漏气下降时间(以峰值压力充气到安全气囊以足量气体至安全气囊漏气到10psi所需时间)至少5秒并有很小填密容积(为了更有效地利用车内贮存空间)，所有涂料，特别是弹性体的(最好，但非一定是)无硅涂料及符合这些指标的涂布安全气囊均属于本发明范围。
文档编号D03D11/02GK1487890SQ01822211
公开日2004年4月7日 申请日期2001年12月19日 优先权日2001年1月22日
发明者S·李, J·A·小索拉斯, S 李, 小索拉斯 申请人:美利肯公司