硅酮基涂层含量极低的低渗透性安全气囊垫的制作方法

专利名称：硅酮基涂层含量极低的低渗透性安全气囊垫的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及充气式涂层织物，更具体地，涉及其上涂有添加量极低的硅酮基涂层且显示出极低透气性的安全气囊垫。本发明的充气式织物主要用于要求低渗透特性的汽车约束垫(如侧面帘式安全气囊)。传统上，利用厚、因而贵的化合物涂层如氯丁橡胶、硅酮及类似物以达到所要求的低渗透性。本发明织物使用一种不贵、非常薄、实质上均匀的硅酮涂层来达到这种必要的低渗透性。这样，本发明涂层至少包括一个包括大部分硅酮基材料的单层，当涂敷至目标织物表面时，该单层的总厚度最多为大约3.0盎司/平方码。与其他涂层安全气囊相比，本发明安全气囊表现出特征性的长泄漏率。
现有技术背景汽车安全气囊早已为人所知，且已用了相当长的一段时期。安全气囊的典型构造材料是聚酯或尼龙纤维，其上涂有一层高弹体如氯丁橡胶或硅酮。这种气囊中用的织物典型的是通过本领域中已知的方法由合成纱织成的纺织品。
之所以采用涂层材料是由于它不渗透充气介质，该充气介质一般是由气体发生器或充气机产生的气体。以相对温暖的温度将这种气体输送到气垫中。涂层阻止了织物中热气体的渗透，从而使气垫在撞击事件中能快速充气，且没有不适当的减压。
安全气囊也可以用以能产生低渗透性产品的某种方式织成的非涂层织物制成，或者由经过处理(如轧光)以降低渗透性的织物制成。这种在织成后经轧光或其它机械处理以降低透气性的织物在美国专利4,921,735、美国专利4,977,016及美国专利5,073,418中都有公开(在此全部引入作为参考)。
对于低渗透特性，在目标气囊织物表面涂上低添加重量的传统硅酮涂层被证明是无效的。典型地，这种涂层要求非常厚的材料层，以达到长期翻车保护情况下(特别是用于侧面帘式安全气囊时)所要求的低渗透性。一般来说，过去的硅酮基涂层使用非溶剂或溶剂型组合物，对于侧面帘式安全气囊正面和背面来说，这种硅酮的干涂层重量为大于3，而达到较低水平时至少为4盎司/平方码。本领域中的普通技术人员都能理解，高添加重量实际上增加了用于气囊的底布的成本，且使得很难将其包装在小型安全气囊组件中。并且，传统上使用的硅酮表现出很低的抗拉强度和断裂伸度的特性，如果不使用很厚的涂层，它将不能经受高压充气。但是，硅酮有很好的耐用性，老化性和可加工性，如果在其中加入极低添加量的组合物，它就能变成很理想的安全气囊涂层。另外，制造合成纺织的侧面帘式安全气囊不必在单个织物的正面和背面都涂敷涂层，这在下面将会更详细地说明。这样，就更需要仅在这种织物的外面(即，正面)涂上很薄的涂层，到目前为止，还不能将涂层限制在低水平硅酮基材料。
Menzel等人的美国专利5,110,666(在此引入作为参考)中公开的使用特定聚酰胺作为涂层允许范围在0.1到1盎司/平方码的低添加重量，但是材料本身相对较贵，并且由于涂层材料的性质，可以认为需要相对复杂的配合和涂敷程序。但专利权人没有公开任何有关其具体聚酰胺涂层材料的伸缩性和/或抗拉强度特性。此外，还没有关于这种聚酰胺材料在低添加重量下、在只用于在司机或乘客侧面气垫中使用的织物的侧面帘式安全气囊上的涂层能力(并因此与低透气性相关)的重要性的讨论。所有安全气囊都必须迅速充气；事实上，在受到撞击时，安全气囊通常在10到20毫秒内达到峰值压力。常规的司机侧面和乘客侧面安全气囊的设计目的是能经受这样巨大的充气压力；但是它们也会迅速放气以有效吸收由汽车乘客撞击气囊产生的能量。因此，这种司机和乘客侧面气垫(安全气囊)就由低渗透性织物制成，但它们也能在接缝处(没有涂层以阻止空气泄漏)或通过出口孔快速放气。此外，在Menzel的专利和Li等人的美国专利5,945,186中描述的低添加量涂层不能提供长期气体保持力；实际上它们经受由有效充气机供给的延长并连续的压力至多不能超过大约2秒。这些安全气囊织物的低渗透性因而帮助在司机和乘客安全气囊垫内较小程度地提供维持气体，以产生放气缓冲效果，这对足够的撞击保护来说是必要的。由于在这种安全气囊内产生加垫缓冲结构的接缝处没有任何涂层，这种气囊织物不具备作为侧面帘式安全气囊的功能，这将在下面进行详细说明。由于这些区域在充气中和充气后能产生很大程度的漏气，所以前述获专利的低添加重量涂层、低渗透性的安全气囊织物不适合用于侧面帘式安全气囊。最后，聚酰胺遇到老化和耐用问题，这要求复杂的混合和涂敷来克服此困难。
前面已间接提到，不同安全气囊有三种基本形式，每种用于不同的最终用途。例如，司机侧安全气囊一般置于转向管柱内并具有相当高的透气性，以在司机受到撞击时作为缓冲垫起到更大的作用。乘客侧气囊也包括透气性相当高的织物，这些织物使得气体通过其或通过其形成的出口得以释放。这两种形式气囊的设计目的都是要在突然的撞击中保护乘客，一般从转向管柱或仪表板的包装组件中弹出来(这样就有多个“边”)。但是，侧面帘式安全气囊的主要设计目的是通过保持充气状态一段较长的时间(如，在高压充气5秒后能保持初始压力的至少50％)而在翻车撞击中保护乘客，且一般从存放在沿着汽车侧窗的车顶线的包装容器中打开(这样就只有一个背侧和一个前侧)。因此，侧面帘式安全气囊不仅具有缓冲效果，也保护乘客不受玻璃和其它碎片的伤害。这样，如上所述，所述的侧面帘式安全气囊必须保持大量气体和较高气体压力以在整个可能的翻车情况持续较长时间内都保持充气。为实现这一目的，这些侧面帘式安全气囊一般在前侧和后侧都涂有大量硅酮密封材料。由于大多数侧面帘式安全气囊织物都包括缝合、密封或整体织在一起的织空，具有潜在高漏气率的分离区域很普遍，尤其是在接缝处或其附近。必须使用厚涂层以提供侧面帘式安全气囊必要的低渗透性(并因此具有较长的泄漏时间)，这已被采用作为必要条件。没有这些厚涂层，这种安全气囊很可能会放气太快，因此在翻车撞击中起不到适当的作用。本领域的普通技术人员容易理解，这种厚涂层大大增加了目标侧面帘式安全气囊的整体生产成本。这样就极需制造具有不贵的(优选低涂层添加重量)涂层且不损失配置实现适当功能所必要的老化、湿度和渗透特性的侧面帘式安全气囊。到目前为止，如果有收获，也几乎不能消除侧面帘式安全气囊对这种厚且重涂层的需要。此外，由于用作安全气囊涂层的硅酮(也即聚硅氧烷及其类似物)具有最好的整体抗老化稳定性和耐用性，需要利利用这种材料的优点制作低渗透性气囊。不幸的是，到目前为止，关于这种硅酮基材料仅有的方法涉及极厚、因而较贵且难以加工和涂敷的涂层配方。因此需要硅酮基气囊涂层组合物具有较低添加重量，但具有同样的抗老化性、耐用性和低渗透特性。
此外，目前的趋势是将这种低渗透性侧面帘式安全气囊储存进圆柱形组件中。由于这些气囊通常存储在汽车的车顶线内，且可用区域非常有限，通常极需将这种约束气垫的包装体积限制为绝对最小。但是，以前制作的低渗透性侧面帘式安全气囊很笨重，很难将其储存在这种位于目标汽车车顶线的圆柱形组件中。卷这种重涂层低渗透性物品需求的实际时间和能量以及包装体积本身都很难降低。而且，由于利用这种重涂层，当这些物品紧密包装在时会加大结块问题(即，气垫的不同涂层部分会粘在一起)。如果出现结块的可能性，充气时展开延迟的机会就增加，这样就更需要包装紧密、包装体积小、成块率低、渗透性低的侧面帘式安全气囊。不幸的是，现有技术还没有将这些改善用于气囊工业。
发明目的和描述根据上面的背景技术，易于看出需要一种低渗透性侧面帘式安全气囊，该气囊使用低量、因而便宜、耐用的、表现出很好抗老化性的硅酮基涂层，从而表现出实质上降低了标准低渗透性侧面帘式安全气囊的包装体积。这种涂层低渗透性安全气囊必须在充气及长期存储后具有高泄漏时间。这种新型安全气囊和新型涂层配方对过去所用的较贵、高添加重量安全气囊涂层(和形成的安全气囊物品)进行了显著的改善。
因此本发明的一个目的是提供一种涂层安全气囊，其中该涂层包括大部分(至少)硅酮基材料、添加重量很低、且在充气后的泄漏时间极长并因此补充低渗透特性。本发明的另一个目的是提供一种不贵的侧面帘式安全气囊垫。本发明还有一个目的是提供一种能以很低添加量来涂敷以在充气后获得具有极低渗透性气囊结构的高效安全气囊涂层配方。本发明还有一个目的是提供一种气囊涂层配方，它不仅有很好且长期的低渗透性，而起表现出极好的长期储存稳定性(通过加热老化和湿度老化试验)。
因此，本发明涉及一种包括涂层织物的安全气囊垫，其中所述织物上涂有一层量最多为大约3盎司/平方码的高弹体组合物，优选最多为大约2.5盎司/平方码织物；其中所述高弹体组合物至少包括硅酮基材料总组合物的50wt％；且长期储存后，所述安全气囊垫在压力降为初始压力的至少一半(因此保留了充入气体的至少一半)时表现出的特征泄漏率至少为5秒，优选高于10秒，最优选高于50秒。本发明还涉及一种包括涂层织物的安全气囊垫，其中所述织物涂有一层至少包括溶剂型硅酮材料总组合物的50wt％的高弹体组合物，其中该硅酮材料包括10％到90％的固体含量；并且，在长期储存后，所述安全气囊垫在压力减到初始充气压力的至少一半(因此保留了充入气体的至少一半)时表现出的特征泄漏率至少为5秒。
术语“特征泄漏率”意欲包括目标涂层安全气囊内的压力由于充入气体通过气囊内和基于曝露于高压而在涂层内产生的开口处逃逸，从充气压力降低为初始充气压力的一半所需用时间的测量，例如从大约30psi到15psi，或从大约15psi到大约7psi。这样，测量从充气后达到峰值压力时开始(如，常规的是大约30psi，或低到7psi)，用在达到峰值初始压力中或其后继续将气体泵入目标安全气囊内的标准充气组件进行充气。可以很好的理解，在达到峰值初始压力后充入安全气囊内的气体压力不会保持稳定(它在随后引入充入气体时降低)，且在这段时间内，目标安全气囊不可避免地允许一定量的充入气体逃逸。这种侧面帘式安全气囊(如上所述)的主要焦点是尽可能长地保持充气状态，以在翻车事件中给汽车乘客提供足够的缓冲保护。气体保留的量越大，提供给乘客的缓冲效果越好。这样，气囊保持大量充入气体的时间越长，结果特征泄漏时间越长、达到的缓冲效果越好。最起码，本发明安全气囊在达到峰值初始压力后必须保留至少其一半初始气体体积的时间为7秒。
在另一种情况下，这一术语也意欲包括在10psi的常压下再充气后，引入已充气(到“打开”弱密封区的峰值初始压力)并已放气的安全气囊垫中全部充入气体所需时间的测量。在安全气囊领域中公知且可很好的理解，尤其涉及侧面帘式(低渗透性)安全气囊垫，在撞击过程中使充入气体保持较长时间是最为重要的。侧面帘式安全气囊的设计目的是可与司机和乘客侧气囊一样快速的充气，但它放气很慢以在翻车及侧面撞击中保护乘客。这样，该气囊在瞬时快速充气达到峰值压力后必须具有很低的泄漏率。因此，气囊上的涂层必须足够结实，以经受气囊快速膨胀时的震动和重压。这样，高特征泄漏时间测量非常重要以在充气安全气囊内保持最大量的缓冲气体。因而安全气囊在充气后(且达到峰值压力后)的泄漏与它的实际压力保持特性密切相关。已充气并放气的侧面帘式安全气囊的压力保持特性(以后指泄漏时间)可用特征泄漏时间t来描述，其中 *SCFM标准立方英尺/分钟可以理解，10psi常数不是对本发明的限制；但只是在这一恒压下能测得特定的泄漏时间。这样，即使在安全气囊实际充气过程中或在初始加压后该压力超过或低于这一值，仅有的限制是如果本领域普通技术人员测量气囊体积并除以体积泄漏率(用10psi下稳态充气过程中从目标安全气囊中漏出的气体量来测量)，在涂层添加重量为1.5盎司/平方码时，以时间测量的结果为至少10s。优选地，该时间大于大约10秒；更优选大于大约20秒；再优选超过大约40秒；最优选大于大约50秒。
同样，术语“长期储存后”包括本发明安全气囊垫在汽车充气装置(组件)中的实际储存，和/或在待安装的储存装置中的储存。通过在代表性加热和适度测试后的对比分析，这种测量通常可被普通技术人员接受、很好理解并领会。这些测试通常包括在120℃的炉子下经过14天老化，或者，可选地，作为对比，在80℃和95％相对湿度下经过14天老化。这种测试被广泛接受为对安全气囊垫长期储存条件的适当评价。因此，该术语包括这种测量测试。本发明气囊织物在经过严格假储存测试之后必须具有适当的特征泄漏时间。
本发明涂层组合物必须包括至少一种硅酮基高弹体的至少50wt％，并且这种组合物只能以最多3.0盎司/平方码的量存在于目标气囊织物表面。优选地，此量为大约0.5盎司/平方码到大约2.5盎司/平方码，更优选为大约1.0到大约2.0；最优选为大约1.5到大约2.0。另外，硅酮基高弹体优选包括总组合物的至少60wt％，更优选至少为大约75％，再优选至少为90％，且最优选至少为95％到100％。
术语“硅酮基材料”或“硅酮基高弹体”意欲包括任何包括带有至少一个氧原子的硅酮的化合物(例如，聚硅氧烷)。该类型优选的化合物列于下面。
正是这种具有相应低添加重量和高泄漏时间的大量硅酮基材料(用于目标织物)在本发明中具有非常重要的作用，且是难以预料的。如上所述，在低渗透性安全气囊物品中非常期望使用硅酮基材料；但是，由于低伸长和抗拉强度特性，要求提供预期低渗透性的涂层太厚(且太贵)而不能在工业中提供合适的涂层。目前，提供涂层厚度实质上均匀(具有极小的厚度变化)的硅酮基涂层的能力已创造了在这些特定低渗透性应用中使用合适硅酮作为主要涂层材料的机会。
因此，本发明涂层中的硅酮优选为溶剂型，且固体含量为总硅酮组合物的大约10％到90％。优选地，该量为大约20％到大约80％；更优选为大约30％到大约75％，最优选为大约35％到大约65％。固体物质能更好地控制在目标织物表面的涂敷。通常，干膜是无效的，过度液化的组合物(虽然更易于用于工业规模)可有效阻止在目标织物表面涂敷低变化(指厚度)涂层。人们已经发现，如果涂敷于织物表面的涂层实际上具有几乎均匀的厚度，硅酮基材料将具有预期的高断裂伸度和抗拉强度。由于涂层必须填充纱线和接隙之间的缝隙空间，这些分离区域内的膜越不均匀，越容易取代它。因此，更均衡、且因此更结实的涂层可提供需要的能力以在充气过程中、在其涂敷区域上以最长的时间保留最大量的涂层。因此，这里所讨论的特定硅酮基涂层组合物必须与目标织物表面相接触。如果需要，它可与其他材料一起处理，以帮助减少结块(即在涂层织物的折叠部分凝结)、提高老化稳定性和抗湿度能力。
过去，刮刀涂布(包括刮刀上胶)是将硅酮基材料涂敷于气囊表面的主要方法。但是，由于这种传统材料的物理状态(即低固体含量)，涂敷的涂层极难以均匀方式(指涂层厚度)涂敷。人们已经发现，使用上面所述的高固体含量的硅酮基涂层时，涂敷方法可以为，例如在刮刀涂布中使用一种宽带以更好地控制(且更少的“涂抹”)涂敷的涂层以实现预期的实质上均匀的低添加水平。
因此，由于具有实质均匀的低添加厚度，硅酮基涂层具有预期的高水平拉伸强度为至少1,000psi(优选为至少1,100，更优选为至少1,200，最优选为至少1,250)且断裂伸度大于大约200％(优选超过大约300％，更优选大于500％，最优选大于大约600％)。高弹体的这些特征转化为一种膜，它既非常结实(这样能经受充气时和充气后的时间内的巨大压力且不容易断裂)，又能拉伸以补偿这种较大的充气压力等。这样，当涂敷至侧面帘式安全气囊的接缝处，以及用在气囊结构的其他地方时，该涂层最优选(虽然不是必要的)形成一连续膜。这种涂层既能填充纺织纱线和/或缝合等间的单个洞，也能将单根纱线凝结定位。然后，在充气过程中，涂层阻止在织线间的空隙处泄漏，并帮助防止了织线的偏移(这可为可能的气体逃逸产生较大空间)。
协同地，这种具有高抗拉强度和高断裂伸度硅酮基材料的可用性，令人吃惊地允许以极低的添加重量使用这种高度合适的涂层配方(如山所述)。通常，侧面帘式安全气囊要求的涂层很高，至少为3.0盎司/平方码(根据标准，实际要比这高得多，大约为4.0)。本发明安全气囊垫要求用很少的涂层量(指在目标织物上的添加重量)以达到预期的泄漏率。本发明涂层用量优选最多为大约3.0盎司/平方码(优选更少，如2.0，更优选为1.8，再优选为大约1.5，最优选为低到0.8)以实现预期的高泄漏时间(低渗透性)。而且，这种硅酮基涂层有非常好的热老化稳定性和湿度老化稳定性。这样，在特定安全气囊领域中，涂层组合物和涂层气囊都得到了明显的改善。
通过表现出具有可在目标安全气囊织物表面形成厚度实质均匀、渗透性可控涂层的能力，可接受用于本发明的硅酮基材料和或高弹体的实例包括这些优势固体组合物，如可从Rhodia公司得到的、固体含量为大约50％的RhodiaHS-60和固体含量为大约30％的Dow-CorningTR-55，这两者都基于总的溶剂型组合物。高固体含量组合物中存在的溶剂可以是任何标准的有机液态溶剂，如低级乙醇(异丙醇、乙醇、丁醇及其类似物)、液态芳香烃，如甲苯、苯胺及其类似物，甲基乙基酮，及任何其他这种标准溶剂。
高弹体涂层组合物中的其他可能成分是改善粘性剂、抗氧化剂、阻燃剂、凝结剂、凝结促进剂以及着色剂。
首层粘合剂可用来促进目标织物表面和高弹体本身之间的凝结。因此，虽然优选高弹体是整个高弹体组合物中唯一与织物表面接触的组分，但可利用凝结促进剂，如异氰酸酯、环氧树脂、功能性硅烷以及其它这种具有粘结性质的树脂，这并不损害高弹体为目标安全气囊垫提供预期的低渗透性。如上所述，也可用一种经过处理的组分对目标安全气囊垫产生适当的非结块特性。这种处理能实现多种功能，包括但不限于根据涂层材料的粘结性，改善高弹体(如具有硅酮)的老化性或提供抗结块性。
气囊织物必须经过某些测试以用在约束系统中。一种测试称为结块测试，它在两者彼此接触(如安全气囊所储存的)的延长储存后指示出将涂层织物的两部分彼此分开所需的力。对结块的实验室分析要求必须将两个2英寸×2英寸的安全气囊织物样品的涂层边在5psi、100℃的条件下压在一起7天。如果在此时间后将两个样品分开所需的力超过50克，或利用一个悬挂在底部织物层上的50克的重物将织物分开所用的时间超过10秒，那么结块测试就是失败的。很明显，分开所要求的剪力越小，膜就越好。为改善抗结块性(这样就减少了在包装的织物部分间粘结的机会)，可使用外涂层组分，如云母、氧化硅、硅酸盐粘土及淀粉末，只要整个高弹体组合物(包括外涂层)的添加重量不超过大约3.0盎司/平方码即可，优选为大约3.0盎司/平方码(优选更低的值，如大约2.0)。优选云母作为外涂层(如果含有一个的话)。其他可能的外涂层(虽然很少要求)包括，聚酰胺、NBR橡胶、EPDM橡胶及其类似物，只要高弹体组合物(包括外涂层)在目标织物上的添加重量不超过3.0盎司/平方码即可。
特定涂层安全气囊垫必须进行的另两个测试是火炉(加热)老化测试和湿度老化测试。这些测试都是模拟气囊织物在高压和较高的相对湿度中暴露较长的一段时间的储存。实际上用这些测试来分析在热通风炉(＞100℃)(有或没有潮湿环境)经过2周或更长时间的储存后各种不同织物特性的变化。根据本发明，这种测试主要通过测量特征泄漏时间(在前面已有详细讨论)来分析涂层侧面帘式安全气囊的透气性。初始生产并储存的本发明安全气囊垫在降至初始充气压力的一半时应当具有的特征泄漏率至少为5秒，优选更长。可选地，在如此严格的储存条件下具有的特征泄漏时间大于大约5秒(气囊先充气到一个高于大约15psi的峰值压力后完全放气后再在10psi的压力下充气)。高弹体组合物中的其他添加剂，包括但不限于UV稳定剂、填料、颜料和交联/固化剂，如本领域中所公知的。
用于涂敷本发明高固体含量的硅酮基高弹体涂层以形成本发明安全气囊底布的基质优选是一种由包括合成纤维(如聚酰胺和聚酯)的纱线做成的纺织品。这种纱线的线性密度优选为大约105旦尼尔到大约840旦尼尔，更优选为大约210到大约630旦尼尔，最优选为大约315到大约420旦尼尔。这种纱线优选由多数长丝制成，其中长丝的线性密度为大约6旦尼尔/长丝或更小，最优选为大约4旦尼尔/长丝或更少。在更优选的实施方案中，这种底布由尼龙纤维做成，最优选为尼龙6,6。已经发现，当与本发明涂层结合使用时，这种聚酰胺材料具有特别好的粘结性和抗水解性。这种底布优选用流体喷射织机制成，如在Bower等人的美国专利5,503,197和5,421,378中公开的那样(在此引入作为参考)。这种纺织品在后面将被称为安全气囊底布。如上所述，本发明安全气囊必须具有极低渗透性，并因此称为“侧面帘式”安全气囊。如前面充分描述的，这种侧面帘式安全气囊(也称为气垫)必须在撞击过程中保持大量的气体，以在翻车事件中为乘客提供适当长时间的缓冲保护。任何标准侧面帘式安全气囊都可与低添加量涂层一起使用，以提供一种具有上述满意泄漏时间的产品。大多数侧面帘式安全气囊都是通过劳动密集型的缝纫或缝合(或其他方式)，将两块分开的纺织品空连接到一起以形成充气结构。此外，本领域普通技术人员都能理解，这种缝纫等在关键处进行以形成接缝(织物层间的连接点)，这些接缝反过来产生在充气时充入气体可流入的分离开口区。这些开口区因而在最终的充气安全气囊垫中产生垫状结构以在撞击中提供更大的表面积，并增强气囊本身的强度以经受非常高的初始充气压力(并因此在这种充气过程中没有爆炸)。还有其它整体纺织的侧面帘式安全气囊。基本上，一些充气式安全气囊通过对两个在特定关键处有连接的单独织物层同时进行纺织而制成(这样又形成了预期的垫式结构)。因此，这种气垫在两层之间产生了接缝。正是这么多接缝的存在(多片和整体纺织气囊)产生了前述充气过程中和充气后的漏气问题。纱线偏移的可能性，特别是纱线以各种不同的方式和数量进行的偏移，都将通过充入气体的快速逃逸而使气囊快速放气。这样，安全气囊底布不能帮助降低渗透性(及相关的泄漏时间，特别是在相对高压下)。正是这些缝隙问题才导致了过去需要使用很厚、且因而很贵的涂层以达到必要的渗透性。
最近，已经从多片侧面帘式安全气囊(它要求大量的劳动密集型的缝纫来粘合纺织品上的空隙)和传统的整体纺织垫转向一种更专业的整体纺织品，这种纺织品具有实质上减少的纺织纱线间的浮纱以实质上减轻纱线基于充气产生的不平衡偏移，如在Sollars，Jr.的09/406,264专利中所述，其说明书在此全部引入。这些整体纺织气囊一般用多臂机和提花流体喷射织机来生产，优选使用的整体安全气囊用提花纺织工艺完成。有了这种改善，在接缝处漏气的可能性就大大降低了。这些安全气囊在两层织物间的凝结处以及附近提供均衡的纺织结构，这样，与标准整体纺织安全气囊相比，就减少了在高压充气时纱线移位的能力(基本上，在纺织缝内形成这种气垫充气室的浮纱的数量最多为3纬纱，以产生期望的低渗透特性)。不幸地是，这种发明的整体纺织气囊还有问题，在于纺织交叉部分可在高压充气时有移位，这样对于适当功能，漏气仍非常可能以很高机率发生。结果，仍需要用能降低和/或消除这种效果的材料在这种整体纺织结构上进行涂层。但是，这种整体纺织结构允许高弹体涂层的极低添加量用于其低渗透作用。实际上，本发明安全气囊用低于2.0盎司/平方码且可低到1.0盎司/平方码的低添加量涂层就能实现很好的功能。
此外，虽然它不是本发明所优选的，但已经发现本发明涂层组合物具有与标准整体纺织气囊相似的很低的渗透性，特别是与涂有本发明的低添加量、高抗拉强度、高伸长度的硅酮基高弹体材料相比；但是，要求长泄漏时间所要求的涂层量远远高于上述的Sollars，Jr.的发明的整体纺织结构。因此，至多1.5且甚至等于大约2.5盎司/平方码的添加量对实现这些其它整体纺织安全气囊所预期的低水平透气性来说是必须的。即使用了这种高添加量的涂层，本发明涂层本身还是比标准、商业的、现有技术的硅酮等涂层(它们出现的量必须超过3.0盎司/平方码)有了显著的改善。
另外，在本发明的添加量下，还发现本发明涂层组合物具有与前述缝纫、缝合等方式做的侧面帘式安全气囊相同的好处。虽然由于在这些附件接缝处渗漏的可能性很高，但已经发现与标准低渗透性、高添加量硅酮和氯丁橡胶涂层配方相比，本发明涂层具有添加量相应较低但有实质降低的渗透性。根据在与目标织物表面直接接触的涂层组合物中使用一种具有足够高抗拉强度及足够拉伸性的高弹体组分，本发明涂层的这种添加量接近3.0盎司/平方码，但更低的量也证明是有效的(例如，低于2.5，低于2.0，最优选低于大约1.5盎司/平方码)。另外，由于具有降低涂层材料(它们通常都很贵)添加量的能力，而同时也实质性地降低了目标气囊结构的渗透性，以及高抗湿度和极有效的老化稳定性，本发明涂层组合物和本发明涂层安全气囊本身明显是对现有涂层技术的巨大改善。
本发明的特别重要之处是能将涂层安全气囊垫以尽可能小的体积装进目标汽车车顶线上的圆柱形储存容器内。本发明安全气囊可以滚筒形(为最好地适应圆柱形容器，也为了最好地在撞击事件中充气以给乘客提供足够的保护)装进一个直径最大为23mm的圆柱形容器。在车顶圆柱形容器长两米的情况下，其必要的容积等于大约830cm3(用公式2[Pi]半径2计算体积)。市面上侧面帘式安全气囊垫(由于产生低渗透性所需的涂层的厚度所限)标准卷曲直径至少为25mm。因此，所需圆柱形容器的容积至少为980cm3。优选地，本发明安全气囊垫储存时的卷曲直径最多为20mm(给定包装体积为大约628cm3)，这个数值明显低于标准包装体积。至于安全气囊垫充气时的深度(即，气囊沿着目标汽车的侧面，如窗户，从顶棚线向下伸展到它的最低点的长度)，本发明安全气囊垫的深度(标准值接近17英寸或431.8mm)与它的卷曲直径的比值至少为18.8。最好该比值为大约21.6(卷曲直径为20mm)，并且最大为大约24(此时直径最小，约18mm)。当然，这一比值范围并不要求深度为标准的17英寸，它主要随涂层厚度和添加重量而变化。
发明的涂层最好用刮刀上胶方式涂在织物基片上涂层，然后干燥、凝固以形成必需的薄而均匀的涂层。也可以使用其他可控制厚度的涂层方式，包括但不局限于浮刀、泡沫垫上方刀等方法，来命名一些不同的方法。但是为在目标织物表面产生均匀涂层(或可能为薄膜)，特别优选使用固定间隔刮刀涂层方式。一个能在目标织物甚至突起线上涂层的固定间距的涂层程序非常有必要。涂层的最终干重优选为0.5到3.0盎司/平方码之间，更优选为1.0到2.5盎司/平方码或略少，最优选为1.5到2.25盎司/平方码或略少。根据ASTM测试D737，“织物透气率”测试标准，涂层后的安全气囊垫基本不透气。
尽管本发明将基于一些优选的实施方案和实际操作来加以描述，这决不意味着本发明只限用于这些特定实施方案，而且它意欲涵盖结构性等价物和可由所附权利要求及其等价物规定的所有可选实施方案和改动。
本发明优选实施方案以下实施例被用来进一步描述本发明。这些实施例被用来例证本发明的优选实施方案，而非限制本发明的使用范围。
本发明潜在的其他优选的硅酮基高弹体包括表1其他优选硅酮基涂层材料商用名称 抗拉强度 断裂伸度 撕裂强度 比重Rhodia 50042 800psi 920％125ppi 1.12Rhodia 50065 1100psi1000％ 200ppi 1.12Rhodia 50066 1100psi900％220ppi 1.13Rhodia 50067 1100psi700％270ppi 1.14Rhodia 50069 1150psi700％290ppi 1.14Rhodia 50081 1250psi700％300ppi 1.15Rhodia 50071 1000psi450％200ppi 1.18Dow Corning 4-7224 1220psi744％80ppi *Dow Corning 94-595 1600psi600％80ppi *Dow Corning TR-55 1488psi791％24ppi **Dow Corning硅酮材料没有测量比重。
本发明硅酮基材料的合成及涂敷至目标织物采用如下方法实施例1首先组合如下涂层配方组分量RhodiaHS-60 Part A硅酮 50份RhodiaHS-60 Part B硅酮 50份甲苯 100份准备这一配方并将其涂敷于由420旦尼尔数尼龙6,6纱线制成的整体纺织而成的侧面帘式安全气囊上，织物上的织入缝每纬纱不超过3个连续浮纱(参考Sollars，Jr.的美国专利申请09/406,264的优选气囊)。
用刮刀滚动涂布法将溶剂分散体涂敷到气囊上。为了使添加的涂层重量为2.0oz/yd，使用的涂层间距为825μm。在干燥炉中去除溶剂，且织物先在180℃下固化2分钟，然后在另一个炉子中再固化7分钟以确保固化最优化。测得的实际涂层增加量为1.78oz/yd2。
然后，试验气囊被放在一个高压渗透性测试仪上通过逐渐增加压力到最大值15psi进行测试，观察到的流速如下psi流量(scfm)2.5 0.005.0 0.077.5 0.0910.00.1312.50.1715.00.28压力达到15psi之后，关闭空气供给阀，且测得压力从峰值15psi下降到7psi所需时间为33秒。
实施例2-4将与实施例1中同样配方的涂层用于三个独立的整体纺织安全气囊(如上)，但是使用不同的涂层添加重量。实施例2中用的量为大约2.25盎司/平方码，实施例3为大约1.90盎司/平方码，实施例4为大约1.56盎司/平方码。每个气囊的测试结果(泄漏速率)列表如下，表中最后一项表明相应气囊压力从充气压力下降到一半起始压力所用的时间。
泄漏速率(指定压力下的SCFM) 泄漏时间(秒)


图1为本发明侧面帘式安全气囊开发前的汽车侧视图和内侧视图。
图2为本发明侧面帘式安全气囊开发后的汽车侧视图和内侧视图。
图3为侧面帘式安全气囊的侧视图。
图4为侧面帘式安全气囊容器的侧视图。
图5为图4中容器的储存安全气囊的剖面图。
附图详细说明如图1所示，显示了侧面帘式安全气囊(没有指明)充气前汽车10的内部图。汽车10包括前座12、后座14、前侧窗16、后侧窗18和汽车车顶线20，其内储存有一个包括本发明侧面帘式安全气囊(未示出)的圆柱形容器22。在车顶线20中还有一个充气装置24，一旦撞击事件发生，它自动启动并将气体压入侧面帘式安全气囊(图2中的26)。
图2为已充气的侧面帘式安全气囊26。如上所述，气囊26上涂有最多为2.5盎司/平方码的涂层组合物(未示出)，优选上述实施例1中的组合物。本发明安全气囊26能保持至少5秒的充分充气状态，优选更长，最优选如从至少20秒到至少50秒。
图3显示在车顶线圆柱形容器22内在未充气状态下的侧面帘式安全气囊26。与从车顶线圆柱形容器22到安全气囊(处于其未充气或充气状态)最底部点28测量的安全气囊的深度相比，测量用作卷曲包装直径的安全气囊26的厚度，如上所述，至少是17且最大为29。
通过观看沿线2储存在容器22中的卷曲气囊26，图4和图5帮助理解这个概念。上述实施例3中安全气囊26的直径为大约20mm。侧面帘式安全气囊的标准深度为大约17英寸，即大约431.8mm。因此，优选的包装体积系数为大约21.6。添加重量为4.0盎司/平方码的对比硅酮基厚涂层的直径为大约25mm，其包装体积系数为大约17.3。
当然，本发明还有许多意欲包括在所附权利要求的精神和范围内的可选实施方案和改动。
权利要求
1.一种包括涂层织物的安全气囊垫，其中所述织物涂有一层量最多为3.0盎司/平方码的高弹体组合物；其中所述高弹体组合物至少包括硅酮基材料总组合物的50wt％；其中所述硅酮基高弹体组合物与所述安全气囊织物表面接触；且其中所述安全气囊垫在长期储存后、压力减到初始充气压力的至少一半时表现出的特征泄漏率为至少5秒。
2.如权利要求1所述的安全气囊垫，其中所述涂层织物包括选自聚酯和聚酰胺的纤维。
3.如权利要求2所述的安全气囊垫，其中所述涂层织物包括选自尼龙6和尼龙6，6的聚酰胺纤维。
4.如权利要求2所述的安全气囊垫，其中所述纤维的平均旦尼尔数在315到大约630的范围内。
5.如权利要求4所述的安全气囊垫，其中所述纤维的平均旦尼尔数为大约420。
6.如权利要求5所述的安全气囊垫，其中所述纤维是选自尼龙6和尼龙6，6的聚酰胺纤维。
7.如权利要求6所述的安全气囊垫，其中所述安全气囊涂层组合物至少包括硅酮基材料总组合物的60wt％，且在所述安全气囊织物上存在的量为大约0.5到大约2.5盎司/平方码织物。
8.如权利要求7所述的安全气囊垫，其中所述安全气囊涂层组合物至少包括硅酮基材料总组合物的75wt％，且在所述安全气囊织物上存在的量为大约0.75到大约2.25盎司/平方码织物。
9.如权利要求8所述的安全气囊垫，其中所述安全气囊涂层组合物至少包括硅酮基材料总组合物的90wt％，且在所述安全气囊织物上存在的量为大约1.0到大约2.5盎司/平方码织物。
10.如权利要求9所述的安全气囊垫，其中所述安全气囊涂层组合物至少包括硅酮基材料总组合物的95wt％，且在所述安全气囊织物上存在的量为大约1.5到大约2.25盎司/平方码织物。
11.如权利要求1所述的安全气囊垫，其中所述特征泄漏率至少是10秒。
12.如权利要求11所述的安全气囊垫，其中所述特征泄漏率至少是20秒。
13.如权利要求12所述的安全气囊垫，其中所述特征泄漏率至少是30秒。
14.如权利要求13所述的安全气囊垫，其中所述特征泄漏率至少是50秒。
15.如权利要求1所述的安全气囊垫，其中所述气垫是在环绕充气室的每个接缝内具有至多3根纬纱浮纱的整体提花纺织侧面帘式安全气囊。
16.一种包括涂层织物的安全气囊垫，其中所述织物涂有一层至少包括溶剂型硅酮材料总组合物的50wt％的高弹体组合物，其中该硅酮材料包括10％到90％的固体含量；且其中所述安全气囊垫在长期储存后、在压力减到初始充气压力的至少一半时表现出的特征泄漏率至少为5秒。
17.如权利要求16所述的安全气囊垫，其中所述涂层织物包括选自聚酯和聚酰胺的纤维。
18.如权利要求17所述的安全气囊垫，其中所述涂层织物包括选自尼龙6和尼龙6，6的聚酰胺纤维。
19.如权利要求17所述的安全气囊垫，其中所述纤维的平均旦尼尔数在315到大约630的范围内。
20.如权利要求19所述的安全气囊垫，其中所述纤维的平均旦尼尔数为大约420。
21.如权利要求20所述的安全气囊垫，其中所述纤维为选自尼龙6和尼龙6，6的聚酰胺纤维。
22.如权利要求21所述的安全气囊垫，其中所述安全气囊涂层组合物至少包括硅酮基材料总组合物的60wt％，且在所述安全气囊织物上存在的量为大约0.5到大约2.5盎司/平方码织物。
23.如权利要求22所述的安全气囊垫，其中所述安全气囊涂层组合物至少包括硅酮基材料总组合物的75wt％，且在所述安全气囊织物上存在的量为大约0.75到大约2.25盎司/平方码织物。
24.如权利要求23所述的安全气囊垫，其中所述安全气囊涂层组合物至少包括硅酮基材料总组合物的90wt％，且在所述安全气囊织物上存在的量为大约1.0到大约2.5盎司/平方码织物。
25.如权利要求24所述的安全气囊垫，其中所述安全气囊涂层组合物至少包括硅酮基材料总组合物的95wt％，且在所述安全气囊织物上存在的量为大约1.5到大约2.25盎司/平方码织物。
26.如权利要求16所述的安全气囊垫，其中所述特征泄漏率至少是10秒。
27.如权利要求17所述的安全气囊垫，其中所述特征泄漏率至少是20秒。
28.如权利要求18所述的安全气囊垫，其中所述特征泄漏率至少是30秒。
29.如权利要求19所述的安全气囊垫，其中所述特征泄漏率至少是50秒。
30.如权利要求16所述的安全气囊垫，其中所述气垫是在环绕充气室的每个接缝内具有至多3根纬纱浮纱的整体提花纺织侧面帘式安全气囊。
31.一种卷曲包装体积系数为大约17到大约24的涂层侧面帘式安全气囊，其中，所述涂层侧面帘式安全气囊充气后的泄漏时间至少为5秒，其中所述安全气囊涂有一层至少包括硅酮基材料的50wt％的组合物。
32.如权利要求31所述的安全气囊垫，其中所述卷曲包装体积系数为大约21.6。
全文摘要
本发明涉及充气式涂层织物，更具体地，涉及其上涂有极低添加量硅酮基涂层且具有极低渗透性的安全气囊垫。本发明充气式织物主要用于要求渗透性低的汽车约束气垫(如侧面帘式安全气囊)。传统的重因而也较贵的化合物涂层如氯丁橡胶、硅酮及类似物已经用于提供这种需求的低渗透性。本发明织物利用一种不贵、很薄、实质均匀的硅酮涂层来达到这种必要的低渗透水平。这样，本发明涂层至少包括包含大部分硅酮基材料的一个单层，当涂敷至目标织物表面时，该单层的总厚度最多为大约3.0盎司/平方码。与其他涂层安全气囊相比，本发明安全气囊具有特征性的长泄漏率。
文档编号B60R21/23GK1436132SQ01811170
公开日2003年8月13日 申请日期2001年4月24日 优先权日2000年6月16日
发明者M·D·赫斯特, E·赫西 申请人:美利肯公司