涂膜厚度极小的低透气率安全气囊缓冲垫的制作方法

专利名称：涂膜厚度极小的低透气率安全气囊缓冲垫的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及涂布的可充气织物，更具体说，涉及安全气囊缓冲垫，其上涂料附加量很少且其透气率极低。本发明的可充气织物主要用于要求低透气率特性的汽车保护缓冲垫(如侧帘安全气囊)。传统上，重而贵的化合物涂料，如氯丁橡胶、硅酮等，已被应用来提供这样要求的低透气率。本发明的织物采用便宜、很薄的涂层来提供这样必要的低透气率。因此，本发明涂布的可充气安全气囊包括一层层压在至少一部分目标织物表面上的涂膜，其中所述涂膜的拉伸强度至少为2000，断裂伸长率至少为180％。涂膜提供安全气囊缓冲垫低的透气率，其漏气下降时间至少5秒钟，其中涂膜涂在织物表面上的量至多3.0盎司/平方码织物。
现有技术背景机动车辆安全气囊是已知的且已用了很长一段时间。安全气囊典型的结构材料是聚酯或尼龙织物，涂上弹性材料，如氯丁橡胶、硅酮。此气囊用的织物通常是用本领域已知的纺织技术由合成丝织成的编织织物。
这种涂布的材料得到认可因为它对充气介质起不透性屏障的作用。充气介质通常是氮气，由气体发生器或充气装置产生。此气体在相对温热的温度下送到缓冲垫中。涂层阻挡此热气体对织物的渗透，因而使缓冲垫迅速充气，而不会在撞车事故中过分减压。
安全气囊还可由未涂布的织物做成，其编织方式能使产生的制品透气率低；或用经过处理的织物做成，如压延处理以降低透气性。编织后通过压延或其它机械处理降低了透气性的织物公开在美国专利4,921,735；美国专利4,977,016；和美国专利5,073,418上(它们都被包括进来以供参考)。
硅酮涂布通常利用溶剂型或复合型双组分反应体系。侧帘安全气囊前后面板上硅酮干涂层重量范围是约3-4盎司/平方码或更高。本领域普通技术人员应该了解，附加重量高基本上会增加安全气囊底布的成本并使其很难填装在小的安全气囊容器中。此外，硅酮拉伸强度及断裂伸长率很低，如果不用很厚涂层就不能经受住高压充气。
如在Menzel等人的美国专利5,110,666(包括在此供参考)中所公开的，采用某种聚氨酯作涂层可使附加量减少，据报导在0.1-1盎司/平方码范围内，但这种材料本身较贵，而且据信由于涂料固有特性需要相对复杂的混合与涂布工序。但这些专利权所有人未能公布其特殊聚氨酯涂料的任何相关弹性及/或拉伸强度特性。此外，也未讨论有关驾驶员或乘客侧缓冲垫的侧帘安全气囊用的织物上涂布低附加量的这种聚氨酯材料的涂层性能(并因此与低透气性相关)的重要性。所有安全气囊都必须极快充气；事实上感到有碰撞时，安全气囊一般在10-20毫秒内便达到峰值压力。合格的驾驶员侧及乘客侧安全气囊设计成能耐此巨大充气压力；但它们也很快泄气，以有效地吸收汽车乘客撞击气囊的能量。因此这种驾驶员和乘客侧缓冲垫(安全气囊)用低透气性织物制造，但它们很快会在接缝(其上未涂防漏气涂料)处或经排气孔放气。此外，在Menzel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的充气装置所提供长时间的连续的压力最多不会超过约2秒钟。这些安全气囊织物中的低透气率因此帮助在驾驶员和乘客安全气囊缓冲垫中提供低程度的持续气体保留，为充分的碰撞保护提供所需的排气缓冲作用。这样的安全气囊织物不会和侧帘安全气囊一起很好起作用，因为至少接缝处没有涂层，下面将详细讨论接缝在此安全气囊中形成枕状缓冲结构。因为这些区域在充气时和充气后有最大程度漏气，上面提到的有专利权的低涂布、低透气率的安全气囊织物不能适当地应用于侧帘安全气囊中。
如上提及，主要有三类不同的安全气囊，每类有不同用途。例如，驾驶员侧安全气囊一般装于转向管柱内，且其透气率较高以便撞击时为驾驶员起更好的缓冲作用。乘客侧安全气囊也包括有相对高的透气率的织物，可从其中放气或通过与其成一体的通气孔放气。这两种安全气囊设计成在突然碰撞时保护人身安全，且它们通常从存在于转向管柱或仪表板(因而有多“侧面”)的包装容器中弹出。但侧帘安全气囊设计成主要在倾翻事故中保护乘客，通过将其充气状态保持较长时间并且一般从存在于车顶衬里的包装容器中沿汽车侧窗展开(因而只有正面和背面)。侧帘安全气囊因而不仅提供缓冲作用而且防止碎玻璃及其他碎片的伤害。这样，如上所述，侧帘安全气囊必须在整个可能发生的较长时间倾翻状态中保留大量空气和高气压以保持充气状态。为此，这些侧帘一般在其正面和背面涂有大量密封材料。由于大部分侧帘安全气囊织物包括编织坯布，其是缝合、密封或整体编织在一起的，所以潜在高度漏气的不连续区域很普遍，特别在接缝上或其周围。已经被接受的要求是，为了提供给侧帘安全气囊必要的低透气率(因而有高的漏气下降时间)，必须有厚涂层。没有此等厚涂层，此安全气囊很可能太快放气，因而在倾翻期间不能正常起作用。本领域普通技术人员能很好了解，这种厚涂层使目标侧帘安全气囊的总制造成本增加很多。因而很有必要制造低透气率的侧帘安全气囊，其涂层价格不贵(优选涂层附加重量轻)，又没有失去在使用时为正常起作用所需的老化、湿度和透气性。迄今为止，如果不能说完全没有，缓和这种对侧帘安全气囊的厚重涂层的需要并未取得多大进展。
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圆柱形容器中。因为这些安全气囊通常装在汽车车顶衬里内，且可用面积很有限，所以很需要把这些安全缓冲垫的填密容积限制在其最小值。但以前实践过的低透气率侧帘安全气囊已经证明贮装在目标汽车车顶衬里处圆柱形容积中时显得很笨重。将这些涂层厚的低透气物件卷起来所以实际时间和能量，以及填密容积本身都很难减少。此外，随着厚涂料的应用，当这类物件紧密填充在一起时粘连问题也突出了(即缓冲垫不同涂布部分互相黏结)。当有粘连可能时在充气时推迟其展开的概率上升。因此，十分希望有装填紧密，填密容积小，低粘连的侧帘低透气率安全气囊。不幸，现有技术并未给予安全气囊工业这种改进。
发明的目的及简要说明根据上述容易看出，需要有一种低透气率的侧帘安全气囊，它应用少量而不贵的涂料，因此比标准的低透气率侧帘安全气囊具有基本上减少的填密容积。这类涂布的低透气率安全气囊在充气时和长期存放后必须有必要的长的漏气下降时间。这种新型安全气囊和新型涂料配方比以往使用的价格贵，附加涂层厚的安全气囊涂层(及所得到的安全气囊制品)有明显改进。
因此，本发明的一个目的是提供涂布的安全气囊，其中所述涂层的附加重量很低，充气后漏气下降时间特性很高，因而有低的透气率。本发明的另一目的是提供便宜的侧帘安全气囊缓冲垫。本发明又一目的是提供安全气囊的高效的涂料配方，它以少的附加量涂上即可获得在充气后有极低透气率的安全气囊结构。本发明另一目的是提供一种安全气囊涂料配方，它不仅提供好的长期低透气率，而且有极好的长期贮装稳定性(经过热老化和潮湿老化试验)。本发明还有一个目的是提供低透气率的侧帘安全气囊，它有很小的卷曲填密容积和长期贮装在汽车车顶衬里内的非粘连特性。
因此，本发明针对的安全气囊缓冲垫包括涂布织物，其中所述织物层压一层涂膜，其中所述涂膜在织物上的量至多3.0盎司/平方码织物；其中所述安全气囊缓冲垫在长期贮放后，其特征漏气下降时间至少5秒。而且，本发明涉及一种安全气囊缓冲垫，其包括涂布织物，其中所述织物涂布一层层压涂膜；其中所述层压涂膜的拉伸强度至少2,000，伸长率至少180％，其中所述安全气囊缓冲垫在长期贮存后的特征漏气下降时间至少5秒。另外，本发明包括涂布的安全气囊缓冲垫，其卷曲填密容积因子至多1.20(此因子以安全气囊缓冲垫卷紧直径除以从目标汽车车顶衬里的固定点到充气后车顶衬里下面的覆盖的最低点测定的覆盖高度，再乘以构成安全气囊本身的具体旦尼尔纱线的的纱线直径平方根测得)。
术语“特征漏气下降时间”拟包括在随后的10psi恒压下再充气过程中，全部充气气体进入已充过气(达到最初峰值压力，其“打开了”弱的封接区域)并排气的安全气囊缓冲垫所需时间。在安全气囊领域众所周知并明白，特别是有关侧帘(低透气率)安全气囊缓冲垫，在碰撞时长期保持充气气体至关重要。侧帘安全气囊设计成能像驾驶员和乘客侧气囊一样快地充气，但它们必须慢慢排气，以便保护倾翻或侧向冲击时乘客的安全。因此，有必要使气囊在瞬时快速充气时在气囊达到峰值压力后漏气速率很低。因此，气囊上的涂层必须足够强以致在气囊快速充气时能耐冲击和压力。因此高的特征漏气下降速率测定值是至关重要的，以便在充气的安全气囊中保持最大量的可使用的缓冲气体。安全气囊充气后(及达到峰值压力后)的泄漏因此与实际压力保持特性密切相关。已充气和放气的侧帘安全气囊的压力保持特性(以后叫“漏气下降时间”)可由特征漏气下降速率t描述，其中 *SCFH标准立方英尺/小时应该了解，10psi常量并非本发明限定值，而只是测量漏气下降速率时的恒定压力。因此，在实际充气或在安全气囊初始增压后，即使压力高于或低于此值，唯一的限制是，如果一名本领域普通技术人员去测气囊容积并将其除以容积泄漏速率(在10psi稳定状态充气时以目标安全气囊漏出测量)，则得到的时间至少为5秒。优选此时间大于约9秒，更优选大于约15秒，最优选大于约20秒。
可选地，在未充气侧帘安全气囊的测试方式中，术语“漏气下降时间”测定为在到达初始峰值压力后，引入的充气气体从目标安全气囊泄漏一半所需的时间。因此，此测试在用标准充气装置充气达到初始峰值压力(例如传统上约30psi)后立即开始，其在峰值初始压力到达时及此后持续将气体泵入目标安全气囊。普遍理解，在达到峰值初始压力后压入安全气囊的气体的压力不能保持稳定(在后来的充气气体的进入中其下降)，并且在此期间目标安全气囊不可避免地允许一定量的充气气体的逸出，此类侧帘安全气囊的主要关注点(如上所述)是尽可能久地保持充气状态以在翻车事故中为汽车上的人提供足够的缓冲保护。保留的气体量越多，给予乘客的缓冲效果越好。因此，安全气囊保留大量的充气气体越久，以及因此的特征漏气下降时间越长，达到的缓冲效果就越好。至少在达到峰值初始压力后本发明的安全气囊必须将至少一半的其气充气气体体积保留5秒。优选此时间为9秒，更优选15秒，最优选20秒。
同样，术语“长期贮存后”包括本发明安全气囊缓冲垫实际贮存在汽车内的充气设备(容器)中及/或在等待装配的储存设备中。本领域普通技术人员应该理解和领会的是，这种测量是通过代表性热和潮湿老化测试后的比较分析进行的。这些试验通常涉及在107℃的烘箱老化16天，随后在83℃，95％相对湿度下老化16天，且被普遍认为是安全气囊缓冲垫长期贮存状况的适当评估方法。因此，这一术语包括这些试验。本发明安全气囊织物在经过如此严格的假拟贮存试验后必须有合适的特征漏气下降时间。
本发明涂层，这里是涂膜，其拉伸强度至少为2000psi，断裂伸长率大于约180％。优选拉伸强度至少3000psi，更优选6000，最优选8000(高的值基本上是能产生可粘附到织物表面的最高值)。优选断裂伸长率大于约200％，更优选大于约300％，最优选大于约600％。涂膜的这些特征转移到涂层上，使其十分牢固(并因此能在充气时和充气以后的时期内耐巨大压力并不易破裂)且能拉伸来平衡如此大的充气等的压力。涂膜本身是在与目标安全气囊缓冲垫或织物的表面接触前就制备好。为了贴此涂膜，必须通过在与目标表面接触的同时把涂膜暴露在热和压力下来进行层压工序。此层压材料可应用到目标结构任何部分，尽管优选覆盖在整个缓冲垫或织物上。同样，在目标缓冲垫上可以有一层以上层压膜，因为一种膜(有一定拉伸强度和伸长率特性)可优选用于目标缓冲垫某不连续区域，而有不同特性的不同涂膜可选择贴在其他位置(如接缝处)。唯一要求是成品须有上述的好的漏气下降性能。此涂膜看起来通过在适当位置“胶合”接触的各根纱，并能防止通过编织纱及/或针脚之间开孔区漏气。于是在充气时，涂层防止通过各根纱之间的空隙漏气并有助于防止纱的偏移(这会引起较大空隙使气体逃逸)。
这种高拉伸强度和高断裂伸长率的组分的应用令人惊奇地可因此采用附加量极少的这种涂膜。一般在侧帘安全气囊上的所需涂层(不是涂膜，而是用于表面的真实涂层配方，其随后形成非层压膜)很高，至少3.5盎司/平方码(标准值实际上远高于此值，约4.0)。本发明安全气囊缓冲垫只需约2.7盎司/平方码的所需涂膜层(优选更小，如约2.5，更优选约2.2，还更优选小于2.2)，本发明涂层的这一盎司/平方码数值可实现要求的高的漏气下降时间(低透气率)。此外，以往的涂层要求有良好的热和潮湿老化稳定性。出人意料地，即使在这样低的附加量时，尤其历史上引起过争议的涂料(如聚氯酯)，本发明涂层以及由此形成的本发明涂布的安全气囊缓冲垫，有优异的热老化和潮湿老化特性。因此，涂料组合物及涂布的安全气囊在此专门的安全气囊领域内有明显改进。
作为所需涂膜的特别关注的是聚氯酯，虽然别的上述具有相同所需拉伸强度和伸长特性的涂膜也在本发明低透气率安全气囊缓冲垫中起作用。聚氯酯共聚物、聚酰胺等可以仅用作一种实例。同样，此涂膜可以在安全气囊表面上交联，也可以不交联。优选涂膜是聚氨酯，最优选是基于聚丁二醇的聚碳酸酯聚氨酯或聚氨酯涂膜(可从宾西法尼亚，艾维兰，Deerfield尿烷公司买到，商品名DureflexTMPT9400)。这种特效的涂膜的拉伸强度为8000psi，断裂伸长率约600％。这种涂膜可以以低至2.2盎司/平方码的量加到缓冲垫上而仍有必要的好的漏气下降时间特性。当然，满足上述特性的其它涂膜也包括在本发明范围内，但其它可利用涂膜的附加重量要比优选的这种多，取决于可获得的实际拉伸强度和伸长率特性。但为了满足本发明不能超过3.0盎司/平方码的上限。想要的涂膜可以多层施加，只要不超过总涂层要求的厚度。可选地，多层涂膜/涂层系统也可应用，只要利用了至少一层有想要的拉伸强度及断裂伸长率并有必要的低透气率的涂膜。
存在于这些涂膜中或其上的其它可能组分是增稠剂、抗氧化剂、阻燃剂、聚结剂、粘合增进剂及着色剂。根据本发明可能的优选实践首先在目标缓冲垫表面或层压涂膜上应用底涂用粘合剂作为粘合层以增强层压涂膜与织物缓冲垫之间的粘附力。第一层干燥后，想要的涂膜通过加热加压层压到目标表面选定的区域，并保持足够时间完成层压。优选优选的涂膜(或多层涂膜)不包括任何硅酮，因为它的拉伸强度极低(通常低于约1,500psi)。但为了提供有效的老化和不粘连优点，此等组分可涂到涂膜上作为面漆，只要整个涂膜与面漆的附加重量不超过3.0盎司/平方码。另外，不希望有包括聚酯或聚醚段或其它类似组分的弹性材料，特别在附加重量很低的情况下(也就是0.8-1.2oz/yd2)，因为热和潮湿老化时的稳定问题(聚酯在潮湿时易水解，聚醚在加热时易氧化)；但此种弹性材料可用于面漆配方，只要不超过3.0盎司/平方码。
在涂膜内或其上特别优选的其他添加剂中有热稳定剂、阻燃剂、底涂用粘合剂、及保护面漆材料。一种潜在的优选增稠剂以商品名NATROSOLTM250 HHXR上市，由Hercules公司Aqualon分公司销售，据信在德拉华的威尔明顿有业务处。为了满足联邦机动车辆安全标准第302条对汽车工业的阻燃要求，也优选在复合混合物中加入组燃剂。一种潜在优选的组燃剂是AMSPERSE F/R51，由Amspec化学公司出售，据信在新泽西格洛斯特市有售。如上所述，底涂用粘合剂可用于促进目标织物表面与涂膜本身之间的粘合。因此，虽然涂膜优选是整个涂层与织物表面接触的唯一组分，但仍可应用粘合增进剂，如异氰酸酯，环氧树脂，功能硅烷及有粘附性的其它这类树脂，而不会对涂膜对目标安全气囊缓冲垫提供所需的低透气性的能力产生不利影响。如上所述，正如潜在的硅酮一样，面漆组分也可用来完成对目标安全气囊缓冲垫的适当非粘连性能。此面漆可有许多功能，包括但不限于，由于涂料的粘附性改进涂膜(如用硅酮的涂膜)的老化性能或提供抗粘连性(最引人注目的是优选的聚氨酯聚碳酸酯类)。
安全气囊织物必须通过一定试验，以便在保护系统中应用。一个试验叫粘连试验，其指出经长期互相接触贮存后(如贮存的安全气囊)将两部分涂布的织物分开所需的力，粘连的实验室分析要求将安全气囊织物两片2英寸*2英寸试样在5psi，100℃条件下将涂布面压在一起历时7天。如果此后将两试样拉开所需力大于50克，或用50克重物悬吊在织物层底部使织物分开所需时间超过10秒，则涂层粘连试验未通过。显然，所需的分离剪切力越小，涂层越好。为了改进抗粘连性(并因此降低填密织物之间的不当的粘合机率)，可利用的面漆组分有如滑石、二氧化硅、硅酸盐粘土、及淀粉粉末，只要整个弹性材料组合物的附加重量(包括面漆)不超过3.0盎司/平方码(优选存在量更小，如约1.5)。
特定涂布的安全气囊缓冲垫必须通过的另两次试验是烘箱(热)老化试验和潮湿老化试验。这两试验也模拟安全气囊织物长期暴露在高温和相对高湿度下的贮存情况。这些试验实际上用来分析各种不同织物长期贮存在热风炉(＞100℃)(有或没有湿度条件)中两周或更长时间时的性能的变化。对本发明来说，基本上用该试验通过测量特征漏气下降时间(如上面详细讨论的)来分析涂布的侧帘安全气囊的透气性。最初制作和贮存的本发明安全气囊缓冲垫在如此苛刻贮存条件下应当有大于约5秒的特征漏气下降时间(气囊先以高于约15psi的峰值压力充气并完全放气后再以10psi气体压力重新充气)。由于本发明优选弹性材料聚氨酯可能由于高温潮湿的不利影响(虽然其不利影响不如某些含聚酯及聚醚弹性材料那样严重)，增加某种组分到面漆及/或弹性材料本身内也许是明智之举。抗氧化剂、抗降解剂、及金属去活化剂可用于此目的。例子有，但不限于，Irganox1010及Irganox565，二者均可从CIBA特种化学品公司买到。此面漆还可另外防止老化，因此可包括面漆老化改进材料，如但不限于，聚酰胺，丁腈橡胶，EPDM橡胶等，只要弹性材料组合物(包括面漆)不超过3.0盎司/平方码的附加重量到目标织物上(优选比此更小，最好至多约1.5)。
为了形成根据本发明所述安全气囊底布而涂上涂膜涂层的底材优选编织织物，其由包括合成纤维的纱线形成，如聚酰胺或聚酯。这样的纱线的线密度优选约105旦至约840旦，更优选约210-630旦。此纱优选用复丝做成，其中所述长丝的线密度为每根约7旦或更低，更优选约6dpf或更低，最优选约4dpf或更低。在较优选的实施方案中，这样的底材织物用尼龙纤维制成，最优选是尼龙6，6。业已发现，这样的聚酰胺材料在和根据本发明所述的涂料结合使用时，有特别好的粘附力和耐水解抗力。此底材织物优选使用Bower等人的美国专利5,503,197和5,421,378中公布的方法用流体喷射织机编织(引用在此供参考)。此编织织物此后称作安全气囊底布。如上所述，本发明安全气囊必须有极低的透气率且必须因而叫做“侧帘”安全气囊。如前常说，这样的侧帘安全气囊(又称缓冲垫)在碰撞时必须保留大量充气气体以便在倾翻事故中对乘客提供适当的长时间缓冲保护。任何标准的侧帘安全气囊都可和低附加量涂层结合使用，所获得的产品有如上所述的所需漏气下降时间。大部分侧帘安全气囊用劳动密集型的缝合或辊压(或其它方式)方法将两块编织物坯料做成可充气结构。此外，正如本领域普通技术人员能很好理解的，缝合等方法是在关键位置上进行的，以形成接缝(织物层之间的连接点)，但这随后会产生不相连的开孔区，充气时会流过充气气体。此开孔区在最终充气后的安全气囊缓冲垫中产生枕状结构，使在碰撞时提供更多表面区域，并加强气囊本身的强度，以便能承受很高的初始充气压力(因而在此充气过程中不会爆破)。其它的侧帘安全气囊缓冲垫是单片编织物。基本上某些可充气安全气囊的制备是通过同时编织单独两层织物，将其在某些关键位置结合起来(同样形成要求的枕状结构)。于是此缓冲垫上有二层之间的连接缝。正是由于有如此多的接缝存在(不论是多片还是单片编织气囊)才会在充气时和充气后产生上述的气体损失问题。纱线偏移，尤其是许多不同方式和数量的纱线偏移的可能性引起充气气体迅速逃逸而使气囊很快放气。因此，安全气囊底布对降低透气率没有多少帮助(也无助于相关的漏气下降时间，尤其在相对高压时)，正是此接缝问题在过去最初产生了对很厚，因而昂贵涂层的应用的需求，希望达到低的透气率。
近来有动向，即从多片式侧帘安全气囊(它需要大量的劳动密集型缝合作业将编织织物坯料缝在一起)和传统制备的单片编织缓冲垫向着更特殊的单片编织织物发展，其基本上减少编织纱之间的跳花，从而基本上降低充气时纱线的不平衡偏移，如Sollars，Jr.的专利系列09/406,264和09/668,857，它们的说明内容引用在此完全引用，下面将详细描述。
术语“可充气织物”在此包括由至少二层织物构成，能密封形成气囊的任何织物。本发明的可充气织物因此必须包括能作这样的充气的双织物层，及单织物层，或可在此织物端部起密封作用，或在充气时使目标织物内形成“枕状”小室。术语“全编织”，它是属于本发明织物的，因而要求有双层和单层织物的可充气织物只在织机上生产。任何形式的织机均可用于此项目的，如喷水式，喷气式，剑杆式等等。利用提花织造及/或多臂提花织造，尤其在流体喷射及/或高速剑杆织机上可完成图案结构的形成。
构成的织物可以有平衡或不平衡的纬纱/经纱支数，编织结构中的主要要求是，可充气织物的单层区只有席纹编织图案。这些花纹的形成是将至少一条经纱(或纬纱)绕此编织图案中两相邻纬纱(或经纱)的同一侧排列。当同一经纱(或纬纱)排列在下一相邻经纱(或纬纱)的相反侧时，得到的图案看起来像“席纹”。此席纹编织图案可包括将经纱(或纬纱)绕任何偶数根纬纱(或经纱)的同一侧排列，优选一次绕过高至约6根，最优选高至约4根。
这种席纹编织图案在单层区内的单独应用在可充气织物结构中提供很多至今还不大明白的好处。例如，这种席纹编织图案可在整个单层区内有恒定的“接缝”宽度和编织结构，即使在弯曲处。如上所述，目前在用的标准牛津布在弯曲接缝周围不能保持相同编织图案，它们成了平纹编织图案。同样，此席纹接缝编织图案可使可充气织物的结构只有平纹编织的双层织物区和单层接缝，在整个织物结构内，没有多于三根纬纱的跳花。这样的织物因而没有其透气率基本上大于织物其余部分的互不相连区域。另外，这样的编织结构可在生成的接缝区内利用低至两种不同的织纹密度(图案等)。因此，接缝本身是一种编织图案，而与接缝直接相邻区的编织图案的是另一编织图案。在此特定接缝区域无其它图案。通过直接相邻，希望这一描述区域离实际接缝本身的距离至多14根纱的宽度，优选低至2根纱宽度，最优选约4-8根纱宽度之间。不同织纹密度的这一限制是以往全编织安全气囊从未做到过的。
一般，现有技术(如Thomton等人，supra)提供的接缝连接方式在与接缝本身直接相邻区域内有至少三种不同的织纹密度。此外，现有技术编织工序产生的跳花有时可一次多至6或7根纬纱。虽然纺织业可用软件可“填补”织纹图案中的这种跳花，但这种工序花费时间且仍不能在整个结构上连续提供有基本平衡的透气性特征的织物。单层织物层内席纹编织结构必须在织物中定位，以防在单织物层和双织物层交界处织纹结构出现参差不齐(如大量跳花)(见图2)。此等席纹编织图案合乎用户要求的另一优点是能在第一“接缝”相邻处产生一个以上单层织物区(即织物内另一“接缝”)。此第二接缝提供将两接缝中各根纱传来的压力分散或将作用在其上的载负传走的途径。这一优点因而通过严格利用编织织物结构(即不必依赖于使用涂层)降低了充气过程中纱线发生有害偏移的机会。以前公开或利用的有双层和单层织物层区域的可充气织物尚未研究使用双席纹编织图案的接缝的可能性。此外，此双接缝结构不需要在目标可充气织物中编织出大面积单层织物层区。制作安全气囊缓冲垫(如侧帘)的“枕状”室的现有技术的织物，已通过在单层织物层全部面积编织过程中(它实际上不是接缝本身)形成。此过程耗时久，且难以操作。本发明的可充气织物，在另一实施方案中，只需在织物结构中编织至少两个很窄的单层织物层区(接缝)(另一优选实施方案只用单层织物的一条接缝)，位于这两区域内的织物其余部分只要有需要可以是双层的。因此，本发明织物提供制作“枕状”可充气织物的先进，价廉的方法。
如上所述，可充气织物本身优选用全合成纤维制造，如聚酯和聚酰胺，尽管一定情况下也可用天然纤维。纤维优选用尼龙6，6制成，但聚酯也非常优选。这类纤维的混合物也行。在此织物底材中用的单根纱线，其旦数须在约40-840范围内，优选约100-630。最优选整个安全气囊织物结构的平均旦数至多为525；更优选平均最多为420，也优选平均315，需要时甚至可低到210。在低平均旦数(420以下)的情况下，织物结构本身的厚度很小，因此，加上本发明的附加量小的涂层，填密容积就相当小了。
此外，尽管在本发明中并非优选，业已发现，本发明的涂料组合物具有与标准单片编织安全气囊有相似的低透气率的优点，尤其是本发明的无硅酮涂层附加量少，拉伸强度高，伸长率大；但为获得长的漏气下降时间所需涂层量比前述的本发明单片编织结构高得多。因此，为了使其他单片编织安全气囊有适当低水平的透气率，必须使附加量高达1.5，甚至达到3.0盎司/平方码。即使用如此高的附加涂料，本发明涂料本身也比标准的商用现有技术硅酮等涂料(它的附加量至少3.0盎司/平方码)有明显改进。
此外，亦已发现，本发明涂膜涂料组合物在本发明附加量等条件下与前述缝合、辊压的侧帘安全气囊有同样优点。虽然这种结构很不理想，因为在其连接接缝处有漏气可能，但业已发现，本发明的涂料使透气率基本下降(事实上达到漏气下降时间可接受的水平)，同时比用标准的硅酮和氯丁橡胶涂料配方的附加量少。此附加量达2.7盎司/平方码极限值，但更低值(如2.2盎司/平方码)也证明是有效的，这取决于在与目标织物表面直接接触的涂膜涂料组合物中应用拉伸强度足够高和可充分拉伸的弹性材料组分。再有，能够降低涂料用量(其价格通常很贵)，同时使目标安全气囊结构透气率基本下降，以及耐湿性极好且老化稳定性极好，本发明涂料组合物及本发明涂布的安全气囊本身显然比现有安全气囊涂布技术有很大改进。
本发明特别重要的是能将层压的安全气囊缓冲垫以尽量小的容积装填到在目标汽车车顶衬里的贮存容器中，如圆柱形或多边形容器中。本发明安全气囊可用压缩成卷曲的、手风琴式、Z形折叠(或其他形状)的形式限制成尽量小容积的贮存形式(为了紧密配合在贮存容器中，并且为了在碰撞事故时能很好充气给乘客足够保护)。业已发现，未充气侧帘安全气囊的有效小容积的最佳测定方法(尽管不是唯一方法)，是将气囊沿长度方向卷曲，直到基本上形成圆柱形。这种形状下，优选目标侧帘安全气囊的直径至多23mm。术语“直径”包括可充气织物在卷曲贮存形状，使贮存的织物的长度和充气后织物长度相同时任何一个横截面以及此横截面上相对点之间最大距离。本领域普通技术人员应当而且会了解，实践中测得的实际侧帘不必装在这样一个特殊卷曲形状中，只是为了与深度相比用直径来评估卷曲的填密容积才这样做，目标侧帘应先放平，然后卷成基本上圆柱形，再测其直径。
因此，在一个非限定性实施例中，2米长的圆柱形车顶衬里贮存容器，此容器的必要容积等于约830cm3(2πR2计算)。标准的卷曲填密直径对市场上买得到的侧帘安全气囊缓冲垫而言至少是25mm(由于有为提供低透气率所需涂层厚度)。因此，所需圆柱形容器容积至少为980cm3。本发明安全气囊缓冲垫贮存时的卷曲直径优选至多20mm(填密容积约628cm3)(可高达23mm，并尽可能低，例如约16mm)，这显然远小于标准填密容积。当然，提供很小填密容积的能力直接与涂在安全气囊本身上的涂层厚度有关，很可能与制造气囊本身的纤维旦数有关。旦数越小，则气囊结构越薄，因而越有降低填密容积的可能。因此，和安全气囊缓冲垫充气时的深度有关(即，安全气囊从车顶衬里向下沿目标汽车侧面，如车窗延伸到最低点时的长度)，填密容积等于具体气囊的填密直径(也处于卷曲状态，虽然任何其他填密形状，如“手风琴式”，“Z形折叠式”等实际上也可象卷曲一样使用)除以本发明安全气囊缓冲垫的深度(此深度常是大约17英寸或431.8mm，虽然不需要测量)，此值应至多0.05。优选此因子至多为0.486(直径21mm)，更优选至多为约0.0463(20mm)或0.044(19mm)，或0.0417(18mm)，或0.0394(17mm)。最优选使用的纤维旦数平均约420，且因此涂层附加量约0.8盎司/平方码，则填密直径约18mm(因而填密容积因子约为0.0417)。
现有技术的涂层极厚，纤维旦数(420及更高)较高，其最多提供约24mm的填密直径，(一般涂层超过4.0盎司/平方码)，填密容积因子约0.0556，远高于上述的0.05限值。如上所述随着主题侧帘安全气囊中应用较小的纤维平均旦数，填密容积可减小。在本发明范围内一样是第一位的，虽然不仅如此，降低填密容积的目标是向目标侧帘安全气囊提供高效(即很低的透气率)低附加量的涂膜层压材料。当然，上述因子的范围不要求安全气囊深度是标准的17英寸，它主要是涂膜厚度，因而是附加重量及纱线的旦数的函数。但显然，较长(较深)的气囊装在圆柱形贮存容器中时需要较大直径。
虽然本发明在一定的优选实施方案和实践中作了说明和公开，但这决不意味着本发明局限于这些特定实施方案，而是要包括等效结构结构等价物及附加权利要求书范围内及其等价物限定的一切可供选择的实施方案及修改形式。
本发明优选实施方案的详细说明令人意想不到的，业已发现，拉伸强度至少2000psi，断裂伸长率至少1 80％的任何涂膜以至多3.0盎司/平方码，优选低于约2.5，更优选约2.2，最优选低于约2.2盎司/平方码的重量涂在侧帘安全气囊织物表面两侧，使涂布的安全气囊缓冲垫在充气时和充气后有极小和延长的透气性。这一始料不及的涂膜涂层的有利品种与数量使安全气囊缓冲垫容易在长期贮存后充气并保持充气状态足够长的时间，以确保在乘员保护系统中安全性最高。此外，不言而喻，所需涂膜涂料组合物越少，最终成品价格越不贵。另外，所需涂膜涂料组合物的量较少导致安全气囊织物在安全气囊装置中填密容积的减少。这有利于提高安全气囊织物的可装填性。
本发明优选安全气囊缓冲垫按以下实施例生产
实施例首先生产有以下组合物的优选底层配方组分重量份额Desmodern43195(拜尔公司，聚氨酯树脂) 25克二甲基甲酰胺(Aldrich，溶剂) 75克DesmodurCB-75N(拜尔公司，聚异氰酸酯粘合增 4克进剂)此配方涂在按以下

图1和图2制造的2.5升提花织纹尼龙安全气囊(440旦纤维)的两个侧面。底层在约160℃温度下烘干2分钟，每侧面的干涂层重量为约0.25盎司/平方码。接下来，利用热压机以约80psi压力和约188℃温度在有底层涂料的安全气囊两侧面上层压2mil厚的聚氨酯涂膜(DureflexTMPT9400)并停留约1分钟。安全气囊两侧聚氨酯涂膜总附加重量为约2.2盎司/平方码。随后迅速将安全气囊充气到30psi空气压力。空气压力漏到8psi的时间超过28秒。在10psi时测定的泄漏速率为约4 SCFH。特征漏气下降时间令人惊奇，竟大于80秒。
附图简要说明图1是本发明全编织可充气织物的横截面图，显示优选的双层和单层区，包括二个单独的单层区。
图2是织纹图，显示潜在优选重复织物纬纱图案，是利用重复平纹编织和席纹编织的四纬纱排列形成的。
图3显示本发明侧帘安全气囊展开前的汽车侧向内视图。
图4显示本发明侧帘安全气囊展开后的汽车侧向内视图。
图5显示侧帘安全气囊的侧视图。
图6显示侧帘安全气囊容器的侧视图。
图7显示卷曲安全气囊的横截面透视图，用于测试填密容积因子。
附图详细说明现在参看附图，图1所示是本发明可充气织物10的双织物层12，14，18，20，24，26和单织物层16，22的优选结构截面。纬纱28(每根优选旦数约420)形成在每一织物层区域12，14，16，18，20，22，24，26中，其上和其下编织了单根经纱38，40，42，44(其优选旦数也是420)。双织物层12，14，18，20，24，26织成平纹编织图案。单织物层16，22织成席纹编织图案。四根纬纱都穿过本优选结构中的重复席纹编织图案；但在这些单织物层区域(接缝)16，22中可以有2-12根纬纱。中间的双织物层区域18，20每个区域在平纹编织图案中只包括四根纬纱28。在单织物层区域16，22之间的中间纬纱28的根数必须是二的倍数，以便在两个接缝16，22内有最大承压能力，从而在接缝16，22与双织物层区12，14，24，26的界面处充气时发生的纱线偏移的可能性最小。
图2显示本发明织物的编织图案30，其包括作为接缝的两个不规则形状的同心圆。本图还提供织物本身内有关席纹编织图案位置必要选择准则的一般解释。图中有三种不同的图案，用不同阴影线表示。第一种32指出穿过整个双织物层(如图1中的12，14，18，20，24，26)的重复平纹编织图案，它必须总是在第4X+1根经线位置和第4X+1纬线位置开始(因而纬向布置，包括特定双层平纹编织方块32，在其下面沿双向四个空格的方块开始)，其中X代表图中纬向排数。第二种34指“上下”席纹编织图案，其中空格必须存在且总是在第4X+1经向位置，和当要求接缝时(如图1中的16和22)在第4X+1的纬向位置开始(因此包括适当的“上下”方块34的图案包括在沿经向和纬向的其下面四个空格中的席纹经向排列内的空格)，X代表图中重复纬向排数。其余图案由特殊阴影线方块36表示，它基本上是单织物层(如图1中的16和22)的“下上”席纹编织图案。此图案必在沿4X+1经向和4X+3纬向位置开始，或4X+3经向和4X+1纬向位置，如果需要接缝的话。这种区分“上下”席纹编织结构34和“下上”席纹编织结构36图案的特殊排列是实现连续重复编织结构所必需的，其中不多于三个跳花(既空格)同时在目标织物结构中存在。此外，相信在充气织物领域中尚未有公开或探索过这种概念。
图3所示的是在侧帘安全气囊(未示)充气前汽车110的内部情况。汽车110包括前座椅112和后座椅114，前侧车窗116和后侧车窗118，车顶衬里120，其内存贮圆柱形容器122，其包括本发明侧帘安全气囊(未示)。车顶衬里120内还有充气装置124，它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显示充气的侧帘安全气囊126。如上所示，安全气囊126用至多2.7盎司/平方码的涂料配方(未示)层压，优选是上例中的聚氨酯的涂膜配方。本发明的安全气囊126保持充分充气状态时间至少5秒，优选更久，最优选高达至少20秒。
图5显示在以其未充气状态贮存在车顶衬里圆柱形容器122内之前的侧帘安全气囊126。安全气囊126的厚度测为卷曲的填密直径(入图7所示)与安全气囊高度(从在未充气时或未充气状态下车顶衬里圆柱形容器122到安全气囊126最底点128的距离再乘以420旦纱线直径的平方根)之比至少约1.004。附加涂料重量越大，纱线越粗，则因子越大。较细纱线也可以用较小或较大的附加涂料重量。
图6和7有助于通过观察沿着线2贮存在容器122内的卷曲安全气囊126理解这个概念。上面实施例3的安全气囊126的直径测量值大致为20mm。侧帘安全气囊标准高度大约为17英寸或约431.8mm。因此，优选的填密容积因子约0.046(20mm/431.8mm)。比较而言，硅酮的约4.0盎司/平方码的厚涂层附加重量产生的直径约为25mm，因子约0.0579(25mm/431.8mm)。
当然，本发明还有许多另外实施方案和修改，这些都包括在下列权利要求书的精神和范围内。具体说，应理解，任何制造方法和结构的有小的透气率，很低层压附加量，并满足上面提到的填密容积限制条件的(可以是卷曲织物，或填密的手风琴式，或其它填密形状)任何侧帘安全气囊，都在本发明范围内。
权利要求
1.一种侧帘安全气囊，其填密容积因子至多为0.05到至少一部分已经应用层压涂膜的表面；其中所述侧帘安全气囊在充气后的漏气下降时间至少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平均旦数至多为525的纤维。
3.根据权利要求2所述的安全气囊，其中所述纤维的平均旦数至多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旦数至多315。
5.一种侧帘安全气囊，其填密容积因子至多0.05到至少一部分已经应用层压涂膜的表面，其中所述侧帘安全气囊充气后漏气下降时间至少5秒；且其中所述侧帘安全气囊包括在某互不相连织物区域中至少两层织物和在所述织物内的互不相连区域上的至少一个单织物层，其中此侧帘安全气囊的织纹图案的任何一排或一列中没有三个以上连续未填阴影线的方块。
6.根据权利要求5所述的安全气囊，其中所述层压膜是聚氨酯。
7.根据权利要求5所述的安全气囊，其中所述安全气囊的织物层是编织的且包括聚酰胺纱。
8.根据权利要求5所述的安全气囊，其中所述安全气囊是单片编织的侧帘安全气囊。
9.根据权利要求7所述的安全气囊，其中所述聚酰胺纱由尼龙6，6纤维制成。
10.根据权利要求9所述的安全气囊，其中所述聚酰胺纱是复丝纱，其特征在于其平均线密度在约210-630旦之间。
11.根据权利要求10所述的安全气囊，其中所述复丝纱的特征在于其长丝线密度为约4旦/长丝或更低。
12.根据权利要求5所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.048。
13.根据权利要求12所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.046。
14.根据权利要求13所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.044。
15.根据权利要求14所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.041。
16.根据权利要求15所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.393。
17.一种侧帘安全气囊，其填密容积因子至多0.05到至少一部分已经应用层压涂膜的表面；其中所述涂布的侧帘安全气囊充气后的漏气下降时间至少5秒；且其中所述安全气囊包括在织物的某互不相连区域中的至少两个织物层和在所述安全气囊互不相连区域的至少一层单织物层，其中只有两种独立的织纹密度存在于与所述单织物层直接相邻的区域内。
18.根据权利要求17所述的安全气囊，其中所述层压膜包括聚氨酯。
19.根据权利要求17所述的安全气囊，其中所述安全气囊织物层是编织的且包括聚酰胺纱。
20.根据权利要求17所述的安全气囊，其中所述安全气囊是单片编织侧帘安全气囊。
21.根据权利要求19所述的安全气囊，其中所述的聚酰胺纱由尼龙6，6纤维制成。
22.根据权利要求21所述的安全气囊，其中所述聚酰胺纱是复丝纱，其特征在于其平均线密度在约210-630旦之间。
23.根据权利要求22所述的安全气囊，其中所述复丝纱的特征在于长丝线密度为约4单/长丝或更低。
24.根据权利要求17所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.048。
25.根据权利要求24所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.046。
26.根据权利要求25所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.044。
27.根据权利要求26所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.041。
28.根据权利要求27所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.393。
29.一种涂布侧帘安全气囊，其填密容积因子至多0.05到至少一部分已经应用层压涂膜的表面，其中所述涂布的侧帘安全气囊充气后的漏气下降时间至少5秒；且其中所述安全气囊包括在安全气囊某互不相连区域中的至少两层织物和在所述织物至少两个互不相连区域上的至少一层窄的单织物层，其中所述至少一层窄的单织物层只由偶数根纱，至多12根纱宽度的席纹组织图案形成，其中所述单织物层的至少两个互不相连窄区域存在于安全气囊中，其中单织物层的所述至少两个区域由至少两层织物的区域分开，且其中各单层的宽度为4-8根纱的距离。
30.根据权利要求29所述的安全气囊，其中所述层压膜包括聚氨酯。
31.根据权利要求29所述的安全气囊，其中所述安全气囊织物层是编织的且包括聚酰胺纱。
32.根据权利要求29所述的安全气囊，其中所述安全气囊是单片编织的侧帘安全气囊。
33.根据权利要求31所述的安全气囊，其中所述聚酰胺纱由尼龙6，6纤维制成。
34.根据权利要求33所述的安全气囊，其中所述聚酰胺纱是复丝纱，其特征在于其平均线密度在约210-630旦之间。
35.根据权利要求34所述的安全气囊，其中所述复丝纱的特征在于长丝线密度为约4单/长丝或更低。
36.根据权利要求29所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.048。
37.根据权利要求36所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.046。
38.根据权利要求37所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.044。
39.根据权利要求38所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.041。
40.根据权利要求39所述的安全气囊，其中所述填密容积因子至多约0.393。
全文摘要
一种涂布的可充气织物，更具体说，是涂上很少量附加涂料的安全气囊，其透气率极低。本发明的可充气织物主要用于汽车的要求透气率低的汽车保护缓冲垫(如侧帘安全气囊)。传统上，利用厚而贵的化合物涂料，如氯丁橡胶、硅酮等，来提供这样要求的低透气率。本发明的织物采用便宜、很薄的涂层来提供此必要的低透气率。因此，本发明涂布的可充气安全气囊包括层压在至少一部分目标织物表面上的涂膜，其中该膜的拉伸强度至少为2,000，断裂伸长率至少180％。该涂膜使低透率安全气囊缓冲垫的漏气下降时间至少为5秒，并且目标侧帘安全气囊的填密容积很小(为了更有效利用汽车的贮存空间)。
文档编号B32B27/12GK1525913SQ01822082
公开日2004年9月1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