涂膜厚度極小的低透氣率安全氣囊緩沖墊的制作方法

專利名稱：涂膜厚度極小的低透氣率安全氣囊緩沖墊的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及涂布的可充氣織物，更具體說，涉及安全氣囊緩沖墊，其上涂料附加量很少且其透氣率極低。本發明的可充氣織物主要用于要求低透氣率特性的汽車保護緩沖墊(如側簾安全氣囊)。傳統上，重而貴的化合物涂料，如氯丁橡膠、硅酮等，已被應用來提供這樣要求的低透氣率。本發明的織物采用便宜、很薄的涂層來提供這樣必要的低透氣率。因此，本發明涂布的可充氣安全氣囊包括一層層壓在至少一部分目標織物表面上的涂膜，其中所述涂膜的拉伸強度至少為2000，斷裂伸長率至少為180％。涂膜提供安全氣囊緩沖墊低的透氣率，其漏氣下降時間至少5秒鐘，其中涂膜涂在織物表面上的量至多3.0盎司/平方碼織物。
現有技術背景機動車輛安全氣囊是已知的且已用了很長一段時間。安全氣囊典型的結構材料是聚酯或尼龍織物，涂上彈性材料，如氯丁橡膠、硅酮。此氣囊用的織物通常是用本領域已知的紡織技術由合成絲織成的編織織物。
這種涂布的材料得到認可因為它對充氣介質起不透性屏障的作用。充氣介質通常是氮氣，由氣體發生器或充氣裝置產生。此氣體在相對溫熱的溫度下送到緩沖墊中。涂層阻擋此熱氣體對織物的滲透，因而使緩沖墊迅速充氣，而不會在撞車事故中過分減壓。
安全氣囊還可由未涂布的織物做成，其編織方式能使產生的制品透氣率低；或用經過處理的織物做成，如壓延處理以降低透氣性。編織后通過壓延或其它機械處理降低了透氣性的織物公開在美國專利4,921,735；美國專利4,977,016；和美國專利5,073,418上(它們都被包括進來以供參考)。
硅酮涂布通常利用溶劑型或復合型雙組分反應體系。側簾安全氣囊前后面板上硅酮干涂層重量范圍是約3-4盎司/平方碼或更高。本領域普通技術人員應該了解，附加重量高基本上會增加安全氣囊底布的成本并使其很難填裝在小的安全氣囊容器中。此外，硅酮拉伸強度及斷裂伸長率很低，如果不用很厚涂層就不能經受住高壓充氣。
如在Menzel等人的美國專利5,110,666(包括在此供參考)中所公開的，采用某種聚氨酯作涂層可使附加量減少，據報導在0.1-1盎司/平方碼范圍內，但這種材料本身較貴，而且據信由于涂料固有特性需要相對復雜的混合與涂布工序。但這些專利權所有人未能公布其特殊聚氨酯涂料的任何相關彈性及/或拉伸強度特性。此外，也未討論有關駕駛員或乘客側緩沖墊的側簾安全氣囊用的織物上涂布低附加量的這種聚氨酯材料的涂層性能(并因此與低透氣性相關)的重要性。所有安全氣囊都必須極快充氣；事實上感到有碰撞時，安全氣囊一般在10-20毫秒內便達到峰值壓力。合格的駕駛員側及乘客側安全氣囊設計成能耐此巨大充氣壓力；但它們也很快泄氣，以有效地吸收汽車乘客撞擊氣囊的能量。因此這種駕駛員和乘客側緩沖墊(安全氣囊)用低透氣性織物制造，但它們很快會在接縫(其上未涂防漏氣涂料)處或經排氣孔放氣。此外，在Menzel及Li等人的美國專利5,945,186中所教導的低附加量涂層不會長期保存氣體。它們實際上承受由激活的充氣裝置所提供長時間的連續的壓力最多不會超過約2秒鐘。這些安全氣囊織物中的低透氣率因此幫助在駕駛員和乘客安全氣囊緩沖墊中提供低程度的持續氣體保留，為充分的碰撞保護提供所需的排氣緩沖作用。這樣的安全氣囊織物不會和側簾安全氣囊一起很好起作用，因為至少接縫處沒有涂層，下面將詳細討論接縫在此安全氣囊中形成枕狀緩沖結構。因為這些區域在充氣時和充氣后有最大程度漏氣，上面提到的有專利權的低涂布、低透氣率的安全氣囊織物不能適當地應用于側簾安全氣囊中。
如上提及，主要有三類不同的安全氣囊，每類有不同用途。例如，駕駛員側安全氣囊一般裝于轉向管柱內，且其透氣率較高以便撞擊時為駕駛員起更好的緩沖作用。乘客側安全氣囊也包括有相對高的透氣率的織物，可從其中放氣或通過與其成一體的通氣孔放氣。這兩種安全氣囊設計成在突然碰撞時保護人身安全，且它們通常從存在于轉向管柱或儀表板(因而有多“側面”)的包裝容器中彈出。但側簾安全氣囊設計成主要在傾翻事故中保護乘客，通過將其充氣狀態保持較長時間并且一般從存在于車頂襯里的包裝容器中沿汽車側窗展開(因而只有正面和背面)。側簾安全氣囊因而不僅提供緩沖作用而且防止碎玻璃及其他碎片的傷害。這樣，如上所述，側簾安全氣囊必須在整個可能發生的較長時間傾翻狀態中保留大量空氣和高氣壓以保持充氣狀態。為此，這些側簾一般在其正面和背面涂有大量密封材料。由于大部分側簾安全氣囊織物包括編織坯布，其是縫合、密封或整體編織在一起的，所以潛在高度漏氣的不連續區域很普遍，特別在接縫上或其周圍。已經被接受的要求是，為了提供給側簾安全氣囊必要的低透氣率(因而有高的漏氣下降時間)，必須有厚涂層。沒有此等厚涂層，此安全氣囊很可能太快放氣，因而在傾翻期間不能正常起作用。本領域普通技術人員能很好了解，這種厚涂層使目標側簾安全氣囊的總制造成本增加很多。因而很有必要制造低透氣率的側簾安全氣囊，其涂層價格不貴(優選涂層附加重量輕)，又沒有失去在使用時為正常起作用所需的老化、濕度和透氣性。迄今為止，如果不能說完全沒有，緩和這種對側簾安全氣囊的厚重涂層的需要并未取得多大進展。
此外，有一種流行的趨勢，將此低透氣率的側簾安全氣囊貯存在圓柱形容器中。因為這些安全氣囊通常裝在汽車車頂襯里內，且可用面積很有限，所以很需要把這些安全緩沖墊的填密容積限制在其最小值。但以前實踐過的低透氣率側簾安全氣囊已經證明貯裝在目標汽車車頂襯里處圓柱形容積中時顯得很笨重。將這些涂層厚的低透氣物件卷起來所以實際時間和能量，以及填密容積本身都很難減少。此外，隨著厚涂料的應用，當這類物件緊密填充在一起時粘連問題也突出了(即緩沖墊不同涂布部分互相黏結)。當有粘連可能時在充氣時推遲其展開的概率上升。因此，十分希望有裝填緊密，填密容積小，低粘連的側簾低透氣率安全氣囊。不幸，現有技術并未給予安全氣囊工業這種改進。
發明的目的及簡要說明根據上述容易看出，需要有一種低透氣率的側簾安全氣囊，它應用少量而不貴的涂料，因此比標準的低透氣率側簾安全氣囊具有基本上減少的填密容積。這類涂布的低透氣率安全氣囊在充氣時和長期存放后必須有必要的長的漏氣下降時間。這種新型安全氣囊和新型涂料配方比以往使用的價格貴，附加涂層厚的安全氣囊涂層(及所得到的安全氣囊制品)有明顯改進。
因此，本發明的一個目的是提供涂布的安全氣囊，其中所述涂層的附加重量很低，充氣后漏氣下降時間特性很高，因而有低的透氣率。本發明的另一目的是提供便宜的側簾安全氣囊緩沖墊。本發明又一目的是提供安全氣囊的高效的涂料配方，它以少的附加量涂上即可獲得在充氣后有極低透氣率的安全氣囊結構。本發明另一目的是提供一種安全氣囊涂料配方，它不僅提供好的長期低透氣率，而且有極好的長期貯裝穩定性(經過熱老化和潮濕老化試驗)。本發明還有一個目的是提供低透氣率的側簾安全氣囊，它有很小的卷曲填密容積和長期貯裝在汽車車頂襯里內的非粘連特性。
因此，本發明針對的安全氣囊緩沖墊包括涂布織物，其中所述織物層壓一層涂膜，其中所述涂膜在織物上的量至多3.0盎司/平方碼織物；其中所述安全氣囊緩沖墊在長期貯放后，其特征漏氣下降時間至少5秒。而且，本發明涉及一種安全氣囊緩沖墊，其包括涂布織物，其中所述織物涂布一層層壓涂膜；其中所述層壓涂膜的拉伸強度至少2,000，伸長率至少180％，其中所述安全氣囊緩沖墊在長期貯存后的特征漏氣下降時間至少5秒。另外，本發明包括涂布的安全氣囊緩沖墊，其卷曲填密容積因子至多1.20(此因子以安全氣囊緩沖墊卷緊直徑除以從目標汽車車頂襯里的固定點到充氣后車頂襯里下面的覆蓋的最低點測定的覆蓋高度，再乘以構成安全氣囊本身的具體旦尼爾紗線的的紗線直徑平方根測得)。
術語“特征漏氣下降時間”擬包括在隨后的10psi恒壓下再充氣過程中，全部充氣氣體進入已充過氣(達到最初峰值壓力，其“打開了”弱的封接區域)并排氣的安全氣囊緩沖墊所需時間。在安全氣囊領域眾所周知并明白，特別是有關側簾(低透氣率)安全氣囊緩沖墊，在碰撞時長期保持充氣氣體至關重要。側簾安全氣囊設計成能像駕駛員和乘客側氣囊一樣快地充氣，但它們必須慢慢排氣，以便保護傾翻或側向沖擊時乘客的安全。因此，有必要使氣囊在瞬時快速充氣時在氣囊達到峰值壓力后漏氣速率很低。因此，氣囊上的涂層必須足夠強以致在氣囊快速充氣時能耐沖擊和壓力。因此高的特征漏氣下降速率測定值是至關重要的，以便在充氣的安全氣囊中保持最大量的可使用的緩沖氣體。安全氣囊充氣后(及達到峰值壓力后)的泄漏因此與實際壓力保持特性密切相關。已充氣和放氣的側簾安全氣囊的壓力保持特性(以后叫“漏氣下降時間”)可由特征漏氣下降速率t描述，其中 *SCFH標準立方英尺/小時應該了解，10psi常量并非本發明限定值，而只是測量漏氣下降速率時的恒定壓力。因此，在實際充氣或在安全氣囊初始增壓后，即使壓力高于或低于此值，唯一的限制是，如果一名本領域普通技術人員去測氣囊容積并將其除以容積泄漏速率(在10psi穩定狀態充氣時以目標安全氣囊漏出測量)，則得到的時間至少為5秒。優選此時間大于約9秒，更優選大于約15秒，最優選大于約20秒。
可選地，在未充氣側簾安全氣囊的測試方式中，術語“漏氣下降時間”測定為在到達初始峰值壓力后，引入的充氣氣體從目標安全氣囊泄漏一半所需的時間。因此，此測試在用標準充氣裝置充氣達到初始峰值壓力(例如傳統上約30psi)后立即開始，其在峰值初始壓力到達時及此后持續將氣體泵入目標安全氣囊。普遍理解，在達到峰值初始壓力后壓入安全氣囊的氣體的壓力不能保持穩定(在后來的充氣氣體的進入中其下降)，并且在此期間目標安全氣囊不可避免地允許一定量的充氣氣體的逸出，此類側簾安全氣囊的主要關注點(如上所述)是盡可能久地保持充氣狀態以在翻車事故中為汽車上的人提供足夠的緩沖保護。保留的氣體量越多，給予乘客的緩沖效果越好。因此，安全氣囊保留大量的充氣氣體越久，以及因此的特征漏氣下降時間越長，達到的緩沖效果就越好。至少在達到峰值初始壓力后本發明的安全氣囊必須將至少一半的其氣充氣氣體體積保留5秒。優選此時間為9秒，更優選15秒，最優選20秒。
同樣，術語“長期貯存后”包括本發明安全氣囊緩沖墊實際貯存在汽車內的充氣設備(容器)中及/或在等待裝配的儲存設備中。本領域普通技術人員應該理解和領會的是，這種測量是通過代表性熱和潮濕老化測試后的比較分析進行的。這些試驗通常涉及在107℃的烘箱老化16天，隨后在83℃，95％相對濕度下老化16天，且被普遍認為是安全氣囊緩沖墊長期貯存狀況的適當評估方法。因此，這一術語包括這些試驗。本發明安全氣囊織物在經過如此嚴格的假擬貯存試驗后必須有合適的特征漏氣下降時間。
本發明涂層，這里是涂膜，其拉伸強度至少為2000psi，斷裂伸長率大于約180％。優選拉伸強度至少3000psi，更優選6000，最優選8000(高的值基本上是能產生可粘附到織物表面的最高值)。優選斷裂伸長率大于約200％，更優選大于約300％，最優選大于約600％。涂膜的這些特征轉移到涂層上，使其十分牢固(并因此能在充氣時和充氣以后的時期內耐巨大壓力并不易破裂)且能拉伸來平衡如此大的充氣等的壓力。涂膜本身是在與目標安全氣囊緩沖墊或織物的表面接觸前就制備好。為了貼此涂膜，必須通過在與目標表面接觸的同時把涂膜暴露在熱和壓力下來進行層壓工序。此層壓材料可應用到目標結構任何部分，盡管優選覆蓋在整個緩沖墊或織物上。同樣，在目標緩沖墊上可以有一層以上層壓膜，因為一種膜(有一定拉伸強度和伸長率特性)可優選用于目標緩沖墊某不連續區域，而有不同特性的不同涂膜可選擇貼在其他位置(如接縫處)。唯一要求是成品須有上述的好的漏氣下降性能。此涂膜看起來通過在適當位置“膠合”接觸的各根紗，并能防止通過編織紗及/或針腳之間開孔區漏氣。于是在充氣時，涂層防止通過各根紗之間的空隙漏氣并有助于防止紗的偏移(這會引起較大空隙使氣體逃逸)。
這種高拉伸強度和高斷裂伸長率的組分的應用令人驚奇地可因此采用附加量極少的這種涂膜。一般在側簾安全氣囊上的所需涂層(不是涂膜，而是用于表面的真實涂層配方，其隨后形成非層壓膜)很高，至少3.5盎司/平方碼(標準值實際上遠高于此值，約4.0)。本發明安全氣囊緩沖墊只需約2.7盎司/平方碼的所需涂膜層(優選更小，如約2.5，更優選約2.2，還更優選小于2.2)，本發明涂層的這一盎司/平方碼數值可實現要求的高的漏氣下降時間(低透氣率)。此外，以往的涂層要求有良好的熱和潮濕老化穩定性。出人意料地，即使在這樣低的附加量時，尤其歷史上引起過爭議的涂料(如聚氯酯)，本發明涂層以及由此形成的本發明涂布的安全氣囊緩沖墊，有優異的熱老化和潮濕老化特性。因此，涂料組合物及涂布的安全氣囊在此專門的安全氣囊領域內有明顯改進。
作為所需涂膜的特別關注的是聚氯酯，雖然別的上述具有相同所需拉伸強度和伸長特性的涂膜也在本發明低透氣率安全氣囊緩沖墊中起作用。聚氯酯共聚物、聚酰胺等可以僅用作一種實例。同樣，此涂膜可以在安全氣囊表面上交聯，也可以不交聯。優選涂膜是聚氨酯，最優選是基于聚丁二醇的聚碳酸酯聚氨酯或聚氨酯涂膜(可從賓西法尼亞，艾維蘭，Deerfield尿烷公司買到，商品名DureflexTMPT9400)。這種特效的涂膜的拉伸強度為8000psi，斷裂伸長率約600％。這種涂膜可以以低至2.2盎司/平方碼的量加到緩沖墊上而仍有必要的好的漏氣下降時間特性。當然，滿足上述特性的其它涂膜也包括在本發明范圍內，但其它可利用涂膜的附加重量要比優選的這種多，取決于可獲得的實際拉伸強度和伸長率特性。但為了滿足本發明不能超過3.0盎司/平方碼的上限。想要的涂膜可以多層施加，只要不超過總涂層要求的厚度。可選地，多層涂膜/涂層系統也可應用，只要利用了至少一層有想要的拉伸強度及斷裂伸長率并有必要的低透氣率的涂膜。
存在于這些涂膜中或其上的其它可能組分是增稠劑、抗氧化劑、阻燃劑、聚結劑、粘合增進劑及著色劑。根據本發明可能的優選實踐首先在目標緩沖墊表面或層壓涂膜上應用底涂用粘合劑作為粘合層以增強層壓涂膜與織物緩沖墊之間的粘附力。第一層干燥后，想要的涂膜通過加熱加壓層壓到目標表面選定的區域，并保持足夠時間完成層壓。優選優選的涂膜(或多層涂膜)不包括任何硅酮，因為它的拉伸強度極低(通常低于約1,500psi)。但為了提供有效的老化和不粘連優點，此等組分可涂到涂膜上作為面漆，只要整個涂膜與面漆的附加重量不超過3.0盎司/平方碼。另外，不希望有包括聚酯或聚醚段或其它類似組分的彈性材料，特別在附加重量很低的情況下(也就是0.8-1.2oz/yd2)，因為熱和潮濕老化時的穩定問題(聚酯在潮濕時易水解，聚醚在加熱時易氧化)；但此種彈性材料可用于面漆配方，只要不超過3.0盎司/平方碼。
在涂膜內或其上特別優選的其他添加劑中有熱穩定劑、阻燃劑、底涂用粘合劑、及保護面漆材料。一種潛在的優選增稠劑以商品名NATROSOLTM250 HHXR上市，由Hercules公司Aqualon分公司銷售，據信在德拉華的威爾明頓有業務處。為了滿足聯邦機動車輛安全標準第302條對汽車工業的阻燃要求，也優選在復合混合物中加入組燃劑。一種潛在優選的組燃劑是AMSPERSE F/R51，由Amspec化學公司出售，據信在新澤西格洛斯特市有售。如上所述，底涂用粘合劑可用于促進目標織物表面與涂膜本身之間的粘合。因此，雖然涂膜優選是整個涂層與織物表面接觸的唯一組分，但仍可應用粘合增進劑，如異氰酸酯，環氧樹脂，功能硅烷及有粘附性的其它這類樹脂，而不會對涂膜對目標安全氣囊緩沖墊提供所需的低透氣性的能力產生不利影響。如上所述，正如潛在的硅酮一樣，面漆組分也可用來完成對目標安全氣囊緩沖墊的適當非粘連性能。此面漆可有許多功能，包括但不限于，由于涂料的粘附性改進涂膜(如用硅酮的涂膜)的老化性能或提供抗粘連性(最引人注目的是優選的聚氨酯聚碳酸酯類)。
安全氣囊織物必須通過一定試驗，以便在保護系統中應用。一個試驗叫粘連試驗，其指出經長期互相接觸貯存后(如貯存的安全氣囊)將兩部分涂布的織物分開所需的力，粘連的實驗室分析要求將安全氣囊織物兩片2英寸*2英寸試樣在5psi，100℃條件下將涂布面壓在一起歷時7天。如果此后將兩試樣拉開所需力大于50克，或用50克重物懸吊在織物層底部使織物分開所需時間超過10秒，則涂層粘連試驗未通過。顯然，所需的分離剪切力越小，涂層越好。為了改進抗粘連性(并因此降低填密織物之間的不當的粘合機率)，可利用的面漆組分有如滑石、二氧化硅、硅酸鹽粘土、及淀粉粉末，只要整個彈性材料組合物的附加重量(包括面漆)不超過3.0盎司/平方碼(優選存在量更小，如約1.5)。
特定涂布的安全氣囊緩沖墊必須通過的另兩次試驗是烘箱(熱)老化試驗和潮濕老化試驗。這兩試驗也模擬安全氣囊織物長期暴露在高溫和相對高濕度下的貯存情況。這些試驗實際上用來分析各種不同織物長期貯存在熱風爐(＞100℃)(有或沒有濕度條件)中兩周或更長時間時的性能的變化。對本發明來說，基本上用該試驗通過測量特征漏氣下降時間(如上面詳細討論的)來分析涂布的側簾安全氣囊的透氣性。最初制作和貯存的本發明安全氣囊緩沖墊在如此苛刻貯存條件下應當有大于約5秒的特征漏氣下降時間(氣囊先以高于約15psi的峰值壓力充氣并完全放氣后再以10psi氣體壓力重新充氣)。由于本發明優選彈性材料聚氨酯可能由于高溫潮濕的不利影響(雖然其不利影響不如某些含聚酯及聚醚彈性材料那樣嚴重)，增加某種組分到面漆及/或彈性材料本身內也許是明智之舉。抗氧化劑、抗降解劑、及金屬去活化劑可用于此目的。例子有，但不限于，Irganox1010及Irganox565，二者均可從CIBA特種化學品公司買到。此面漆還可另外防止老化，因此可包括面漆老化改進材料，如但不限于，聚酰胺，丁腈橡膠，EPDM橡膠等，只要彈性材料組合物(包括面漆)不超過3.0盎司/平方碼的附加重量到目標織物上(優選比此更小，最好至多約1.5)。
為了形成根據本發明所述安全氣囊底布而涂上涂膜涂層的底材優選編織織物，其由包括合成纖維的紗線形成，如聚酰胺或聚酯。這樣的紗線的線密度優選約105旦至約840旦，更優選約210-630旦。此紗優選用復絲做成，其中所述長絲的線密度為每根約7旦或更低，更優選約6dpf或更低，最優選約4dpf或更低。在較優選的實施方案中，這樣的底材織物用尼龍纖維制成，最優選是尼龍6，6。業已發現，這樣的聚酰胺材料在和根據本發明所述的涂料結合使用時，有特別好的粘附力和耐水解抗力。此底材織物優選使用Bower等人的美國專利5,503,197和5,421,378中公布的方法用流體噴射織機編織(引用在此供參考)。此編織織物此后稱作安全氣囊底布。如上所述，本發明安全氣囊必須有極低的透氣率且必須因而叫做“側簾”安全氣囊。如前常說，這樣的側簾安全氣囊(又稱緩沖墊)在碰撞時必須保留大量充氣氣體以便在傾翻事故中對乘客提供適當的長時間緩沖保護。任何標準的側簾安全氣囊都可和低附加量涂層結合使用，所獲得的產品有如上所述的所需漏氣下降時間。大部分側簾安全氣囊用勞動密集型的縫合或輥壓(或其它方式)方法將兩塊編織物坯料做成可充氣結構。此外，正如本領域普通技術人員能很好理解的，縫合等方法是在關鍵位置上進行的，以形成接縫(織物層之間的連接點)，但這隨后會產生不相連的開孔區，充氣時會流過充氣氣體。此開孔區在最終充氣后的安全氣囊緩沖墊中產生枕狀結構，使在碰撞時提供更多表面區域，并加強氣囊本身的強度，以便能承受很高的初始充氣壓力(因而在此充氣過程中不會爆破)。其它的側簾安全氣囊緩沖墊是單片編織物。基本上某些可充氣安全氣囊的制備是通過同時編織單獨兩層織物，將其在某些關鍵位置結合起來(同樣形成要求的枕狀結構)。于是此緩沖墊上有二層之間的連接縫。正是由于有如此多的接縫存在(不論是多片還是單片編織氣囊)才會在充氣時和充氣后產生上述的氣體損失問題。紗線偏移，尤其是許多不同方式和數量的紗線偏移的可能性引起充氣氣體迅速逃逸而使氣囊很快放氣。因此，安全氣囊底布對降低透氣率沒有多少幫助(也無助于相關的漏氣下降時間，尤其在相對高壓時)，正是此接縫問題在過去最初產生了對很厚，因而昂貴涂層的應用的需求，希望達到低的透氣率。
近來有動向，即從多片式側簾安全氣囊(它需要大量的勞動密集型縫合作業將編織織物坯料縫在一起)和傳統制備的單片編織緩沖墊向著更特殊的單片編織織物發展，其基本上減少編織紗之間的跳花，從而基本上降低充氣時紗線的不平衡偏移，如Sollars，Jr.的專利系列09/406,264和09/668,857，它們的說明內容引用在此完全引用，下面將詳細描述。
術語“可充氣織物”在此包括由至少二層織物構成，能密封形成氣囊的任何織物。本發明的可充氣織物因此必須包括能作這樣的充氣的雙織物層，及單織物層，或可在此織物端部起密封作用，或在充氣時使目標織物內形成“枕狀”小室。術語“全編織”，它是屬于本發明織物的，因而要求有雙層和單層織物的可充氣織物只在織機上生產。任何形式的織機均可用于此項目的，如噴水式，噴氣式，劍桿式等等。利用提花織造及/或多臂提花織造，尤其在流體噴射及/或高速劍桿織機上可完成圖案結構的形成。
構成的織物可以有平衡或不平衡的緯紗/經紗支數，編織結構中的主要要求是，可充氣織物的單層區只有席紋編織圖案。這些花紋的形成是將至少一條經紗(或緯紗)繞此編織圖案中兩相鄰緯紗(或經紗)的同一側排列。當同一經紗(或緯紗)排列在下一相鄰經紗(或緯紗)的相反側時，得到的圖案看起來像“席紋”。此席紋編織圖案可包括將經紗(或緯紗)繞任何偶數根緯紗(或經紗)的同一側排列，優選一次繞過高至約6根，最優選高至約4根。
這種席紋編織圖案在單層區內的單獨應用在可充氣織物結構中提供很多至今還不大明白的好處。例如，這種席紋編織圖案可在整個單層區內有恒定的“接縫”寬度和編織結構，即使在彎曲處。如上所述，目前在用的標準牛津布在彎曲接縫周圍不能保持相同編織圖案，它們成了平紋編織圖案。同樣，此席紋接縫編織圖案可使可充氣織物的結構只有平紋編織的雙層織物區和單層接縫，在整個織物結構內，沒有多于三根緯紗的跳花。這樣的織物因而沒有其透氣率基本上大于織物其余部分的互不相連區域。另外，這樣的編織結構可在生成的接縫區內利用低至兩種不同的織紋密度(圖案等)。因此，接縫本身是一種編織圖案，而與接縫直接相鄰區的編織圖案的是另一編織圖案。在此特定接縫區域無其它圖案。通過直接相鄰，希望這一描述區域離實際接縫本身的距離至多14根紗的寬度，優選低至2根紗寬度，最優選約4-8根紗寬度之間。不同織紋密度的這一限制是以往全編織安全氣囊從未做到過的。
一般，現有技術(如Thomton等人，supra)提供的接縫連接方式在與接縫本身直接相鄰區域內有至少三種不同的織紋密度。此外，現有技術編織工序產生的跳花有時可一次多至6或7根緯紗。雖然紡織業可用軟件可“填補”織紋圖案中的這種跳花，但這種工序花費時間且仍不能在整個結構上連續提供有基本平衡的透氣性特征的織物。單層織物層內席紋編織結構必須在織物中定位，以防在單織物層和雙織物層交界處織紋結構出現參差不齊(如大量跳花)(見圖2)。此等席紋編織圖案合乎用戶要求的另一優點是能在第一“接縫”相鄰處產生一個以上單層織物區(即織物內另一“接縫”)。此第二接縫提供將兩接縫中各根紗傳來的壓力分散或將作用在其上的載負傳走的途徑。這一優點因而通過嚴格利用編織織物結構(即不必依賴于使用涂層)降低了充氣過程中紗線發生有害偏移的機會。以前公開或利用的有雙層和單層織物層區域的可充氣織物尚未研究使用雙席紋編織圖案的接縫的可能性。此外，此雙接縫結構不需要在目標可充氣織物中編織出大面積單層織物層區。制作安全氣囊緩沖墊(如側簾)的“枕狀”室的現有技術的織物，已通過在單層織物層全部面積編織過程中(它實際上不是接縫本身)形成。此過程耗時久，且難以操作。本發明的可充氣織物，在另一實施方案中，只需在織物結構中編織至少兩個很窄的單層織物層區(接縫)(另一優選實施方案只用單層織物的一條接縫)，位于這兩區域內的織物其余部分只要有需要可以是雙層的。因此，本發明織物提供制作“枕狀”可充氣織物的先進，價廉的方法。
如上所述，可充氣織物本身優選用全合成纖維制造，如聚酯和聚酰胺，盡管一定情況下也可用天然纖維。纖維優選用尼龍6，6制成，但聚酯也非常優選。這類纖維的混合物也行。在此織物底材中用的單根紗線，其旦數須在約40-840范圍內，優選約100-630。最優選整個安全氣囊織物結構的平均旦數至多為525；更優選平均最多為420，也優選平均315，需要時甚至可低到210。在低平均旦數(420以下)的情況下，織物結構本身的厚度很小，因此，加上本發明的附加量小的涂層，填密容積就相當小了。
此外，盡管在本發明中并非優選，業已發現，本發明的涂料組合物具有與標準單片編織安全氣囊有相似的低透氣率的優點，尤其是本發明的無硅酮涂層附加量少，拉伸強度高，伸長率大；但為獲得長的漏氣下降時間所需涂層量比前述的本發明單片編織結構高得多。因此，為了使其他單片編織安全氣囊有適當低水平的透氣率，必須使附加量高達1.5，甚至達到3.0盎司/平方碼。即使用如此高的附加涂料，本發明涂料本身也比標準的商用現有技術硅酮等涂料(它的附加量至少3.0盎司/平方碼)有明顯改進。
此外，亦已發現，本發明涂膜涂料組合物在本發明附加量等條件下與前述縫合、輥壓的側簾安全氣囊有同樣優點。雖然這種結構很不理想，因為在其連接接縫處有漏氣可能，但業已發現，本發明的涂料使透氣率基本下降(事實上達到漏氣下降時間可接受的水平)，同時比用標準的硅酮和氯丁橡膠涂料配方的附加量少。此附加量達2.7盎司/平方碼極限值，但更低值(如2.2盎司/平方碼)也證明是有效的，這取決于在與目標織物表面直接接觸的涂膜涂料組合物中應用拉伸強度足夠高和可充分拉伸的彈性材料組分。再有，能夠降低涂料用量(其價格通常很貴)，同時使目標安全氣囊結構透氣率基本下降，以及耐濕性極好且老化穩定性極好，本發明涂料組合物及本發明涂布的安全氣囊本身顯然比現有安全氣囊涂布技術有很大改進。
本發明特別重要的是能將層壓的安全氣囊緩沖墊以盡量小的容積裝填到在目標汽車車頂襯里的貯存容器中，如圓柱形或多邊形容器中。本發明安全氣囊可用壓縮成卷曲的、手風琴式、Z形折疊(或其他形狀)的形式限制成盡量小容積的貯存形式(為了緊密配合在貯存容器中，并且為了在碰撞事故時能很好充氣給乘客足夠保護)。業已發現，未充氣側簾安全氣囊的有效小容積的最佳測定方法(盡管不是唯一方法)，是將氣囊沿長度方向卷曲，直到基本上形成圓柱形。這種形狀下，優選目標側簾安全氣囊的直徑至多23mm。術語“直徑”包括可充氣織物在卷曲貯存形狀，使貯存的織物的長度和充氣后織物長度相同時任何一個橫截面以及此橫截面上相對點之間最大距離。本領域普通技術人員應當而且會了解，實踐中測得的實際側簾不必裝在這樣一個特殊卷曲形狀中，只是為了與深度相比用直徑來評估卷曲的填密容積才這樣做，目標側簾應先放平，然后卷成基本上圓柱形，再測其直徑。
因此，在一個非限定性實施例中，2米長的圓柱形車頂襯里貯存容器，此容器的必要容積等于約830cm3(2πR2計算)。標準的卷曲填密直徑對市場上買得到的側簾安全氣囊緩沖墊而言至少是25mm(由于有為提供低透氣率所需涂層厚度)。因此，所需圓柱形容器容積至少為980cm3。本發明安全氣囊緩沖墊貯存時的卷曲直徑優選至多20mm(填密容積約628cm3)(可高達23mm，并盡可能低，例如約16mm)，這顯然遠小于標準填密容積。當然，提供很小填密容積的能力直接與涂在安全氣囊本身上的涂層厚度有關，很可能與制造氣囊本身的纖維旦數有關。旦數越小，則氣囊結構越薄，因而越有降低填密容積的可能。因此，和安全氣囊緩沖墊充氣時的深度有關(即，安全氣囊從車頂襯里向下沿目標汽車側面，如車窗延伸到最低點時的長度)，填密容積等于具體氣囊的填密直徑(也處于卷曲狀態，雖然任何其他填密形狀，如“手風琴式”，“Z形折疊式”等實際上也可象卷曲一樣使用)除以本發明安全氣囊緩沖墊的深度(此深度常是大約17英寸或431.8mm，雖然不需要測量)，此值應至多0.05。優選此因子至多為0.486(直徑21mm)，更優選至多為約0.0463(20mm)或0.044(19mm)，或0.0417(18mm)，或0.0394(17mm)。最優選使用的纖維旦數平均約420，且因此涂層附加量約0.8盎司/平方碼，則填密直徑約18mm(因而填密容積因子約為0.0417)。
現有技術的涂層極厚，纖維旦數(420及更高)較高，其最多提供約24mm的填密直徑，(一般涂層超過4.0盎司/平方碼)，填密容積因子約0.0556，遠高于上述的0.05限值。如上所述隨著主題側簾安全氣囊中應用較小的纖維平均旦數，填密容積可減小。在本發明范圍內一樣是第一位的，雖然不僅如此，降低填密容積的目標是向目標側簾安全氣囊提供高效(即很低的透氣率)低附加量的涂膜層壓材料。當然，上述因子的范圍不要求安全氣囊深度是標準的17英寸，它主要是涂膜厚度，因而是附加重量及紗線的旦數的函數。但顯然，較長(較深)的氣囊裝在圓柱形貯存容器中時需要較大直徑。
雖然本發明在一定的優選實施方案和實踐中作了說明和公開，但這決不意味著本發明局限于這些特定實施方案，而是要包括等效結構結構等價物及附加權利要求書范圍內及其等價物限定的一切可供選擇的實施方案及修改形式。
本發明優選實施方案的詳細說明令人意想不到的，業已發現，拉伸強度至少2000psi，斷裂伸長率至少1 80％的任何涂膜以至多3.0盎司/平方碼，優選低于約2.5，更優選約2.2，最優選低于約2.2盎司/平方碼的重量涂在側簾安全氣囊織物表面兩側，使涂布的安全氣囊緩沖墊在充氣時和充氣后有極小和延長的透氣性。這一始料不及的涂膜涂層的有利品種與數量使安全氣囊緩沖墊容易在長期貯存后充氣并保持充氣狀態足夠長的時間，以確保在乘員保護系統中安全性最高。此外，不言而喻，所需涂膜涂料組合物越少，最終成品價格越不貴。另外，所需涂膜涂料組合物的量較少導致安全氣囊織物在安全氣囊裝置中填密容積的減少。這有利于提高安全氣囊織物的可裝填性。
本發明優選安全氣囊緩沖墊按以下實施例生產
實施例首先生產有以下組合物的優選底層配方組分重量份額Desmodern43195(拜爾公司，聚氨酯樹脂) 25克二甲基甲酰胺(Aldrich，溶劑) 75克DesmodurCB-75N(拜爾公司，聚異氰酸酯粘合增 4克進劑)此配方涂在按以下

圖1和圖2制造的2.5升提花織紋尼龍安全氣囊(440旦纖維)的兩個側面。底層在約160℃溫度下烘干2分鐘，每側面的干涂層重量為約0.25盎司/平方碼。接下來，利用熱壓機以約80psi壓力和約188℃溫度在有底層涂料的安全氣囊兩側面上層壓2mil厚的聚氨酯涂膜(DureflexTMPT9400)并停留約1分鐘。安全氣囊兩側聚氨酯涂膜總附加重量為約2.2盎司/平方碼。隨后迅速將安全氣囊充氣到30psi空氣壓力。空氣壓力漏到8psi的時間超過28秒。在10psi時測定的泄漏速率為約4 SCFH。特征漏氣下降時間令人驚奇，竟大于80秒。
附圖簡要說明圖1是本發明全編織可充氣織物的橫截面圖，顯示優選的雙層和單層區，包括二個單獨的單層區。
圖2是織紋圖，顯示潛在優選重復織物緯紗圖案，是利用重復平紋編織和席紋編織的四緯紗排列形成的。
圖3顯示本發明側簾安全氣囊展開前的汽車側向內視圖。
圖4顯示本發明側簾安全氣囊展開后的汽車側向內視圖。
圖5顯示側簾安全氣囊的側視圖。
圖6顯示側簾安全氣囊容器的側視圖。
圖7顯示卷曲安全氣囊的橫截面透視圖，用于測試填密容積因子。
附圖詳細說明現在參看附圖，圖1所示是本發明可充氣織物10的雙織物層12，14，18，20，24，26和單織物層16，22的優選結構截面。緯紗28(每根優選旦數約420)形成在每一織物層區域12，14，16，18，20，22，24，26中，其上和其下編織了單根經紗38，40，42，44(其優選旦數也是420)。雙織物層12，14，18，20，24，26織成平紋編織圖案。單織物層16，22織成席紋編織圖案。四根緯紗都穿過本優選結構中的重復席紋編織圖案；但在這些單織物層區域(接縫)16，22中可以有2-12根緯紗。中間的雙織物層區域18，20每個區域在平紋編織圖案中只包括四根緯紗28。在單織物層區域16，22之間的中間緯紗28的根數必須是二的倍數，以便在兩個接縫16，22內有最大承壓能力，從而在接縫16，22與雙織物層區12，14，24，26的界面處充氣時發生的紗線偏移的可能性最小。
圖2顯示本發明織物的編織圖案30，其包括作為接縫的兩個不規則形狀的同心圓。本圖還提供織物本身內有關席紋編織圖案位置必要選擇準則的一般解釋。圖中有三種不同的圖案，用不同陰影線表示。第一種32指出穿過整個雙織物層(如圖1中的12，14，18，20，24，26)的重復平紋編織圖案，它必須總是在第4X+1根經線位置和第4X+1緯線位置開始(因而緯向布置，包括特定雙層平紋編織方塊32，在其下面沿雙向四個空格的方塊開始)，其中X代表圖中緯向排數。第二種34指“上下”席紋編織圖案，其中空格必須存在且總是在第4X+1經向位置，和當要求接縫時(如圖1中的16和22)在第4X+1的緯向位置開始(因此包括適當的“上下”方塊34的圖案包括在沿經向和緯向的其下面四個空格中的席紋經向排列內的空格)，X代表圖中重復緯向排數。其余圖案由特殊陰影線方塊36表示，它基本上是單織物層(如圖1中的16和22)的“下上”席紋編織圖案。此圖案必在沿4X+1經向和4X+3緯向位置開始，或4X+3經向和4X+1緯向位置，如果需要接縫的話。這種區分“上下”席紋編織結構34和“下上”席紋編織結構36圖案的特殊排列是實現連續重復編織結構所必需的，其中不多于三個跳花(既空格)同時在目標織物結構中存在。此外，相信在充氣織物領域中尚未有公開或探索過這種概念。
圖3所示的是在側簾安全氣囊(未示)充氣前汽車110的內部情況。汽車110包括前座椅112和后座椅114，前側車窗116和后側車窗118，車頂襯里120，其內存貯圓柱形容器122，其包括本發明側簾安全氣囊(未示)。車頂襯里120內還有充氣裝置124，它在碰撞事故時能點火并迫使氣體進入側簾安全氣囊(圖4的126)。
圖4顯示充氣的側簾安全氣囊126。如上所示，安全氣囊126用至多2.7盎司/平方碼的涂料配方(未示)層壓，優選是上例中的聚氨酯的涂膜配方。本發明的安全氣囊126保持充分充氣狀態時間至少5秒，優選更久，最優選高達至少20秒。
圖5顯示在以其未充氣狀態貯存在車頂襯里圓柱形容器122內之前的側簾安全氣囊126。安全氣囊126的厚度測為卷曲的填密直徑(入圖7所示)與安全氣囊高度(從在未充氣時或未充氣狀態下車頂襯里圓柱形容器122到安全氣囊126最底點128的距離再乘以420旦紗線直徑的平方根)之比至少約1.004。附加涂料重量越大，紗線越粗，則因子越大。較細紗線也可以用較小或較大的附加涂料重量。
圖6和7有助于通過觀察沿著線2貯存在容器122內的卷曲安全氣囊126理解這個概念。上面實施例3的安全氣囊126的直徑測量值大致為20mm。側簾安全氣囊標準高度大約為17英寸或約431.8mm。因此，優選的填密容積因子約0.046(20mm/431.8mm)。比較而言，硅酮的約4.0盎司/平方碼的厚涂層附加重量產生的直徑約為25mm，因子約0.0579(25mm/431.8mm)。
當然，本發明還有許多另外實施方案和修改，這些都包括在下列權利要求書的精神和范圍內。具體說，應理解，任何制造方法和結構的有小的透氣率，很低層壓附加量，并滿足上面提到的填密容積限制條件的(可以是卷曲織物，或填密的手風琴式，或其它填密形狀)任何側簾安全氣囊，都在本發明范圍內。
權利要求
1.一種側簾安全氣囊，其填密容積因子至多為0.05到至少一部分已經應用層壓涂膜的表面；其中所述側簾安全氣囊在充氣后的漏氣下降時間至少5秒。
2.根據權利要求1所述的安全氣囊，其中所述安全氣囊包括平均旦數至多為525的纖維。
3.根據權利要求2所述的安全氣囊，其中所述纖維的平均旦數至多420。
4.根據權利要求3所述的安全氣囊，其中所述纖維的平均旦數至多315。
5.一種側簾安全氣囊，其填密容積因子至多0.05到至少一部分已經應用層壓涂膜的表面，其中所述側簾安全氣囊充氣后漏氣下降時間至少5秒；且其中所述側簾安全氣囊包括在某互不相連織物區域中至少兩層織物和在所述織物內的互不相連區域上的至少一個單織物層，其中此側簾安全氣囊的織紋圖案的任何一排或一列中沒有三個以上連續未填陰影線的方塊。
6.根據權利要求5所述的安全氣囊，其中所述層壓膜是聚氨酯。
7.根據權利要求5所述的安全氣囊，其中所述安全氣囊的織物層是編織的且包括聚酰胺紗。
8.根據權利要求5所述的安全氣囊，其中所述安全氣囊是單片編織的側簾安全氣囊。
9.根據權利要求7所述的安全氣囊，其中所述聚酰胺紗由尼龍6，6纖維制成。
10.根據權利要求9所述的安全氣囊，其中所述聚酰胺紗是復絲紗，其特征在于其平均線密度在約210-630旦之間。
11.根據權利要求10所述的安全氣囊，其中所述復絲紗的特征在于其長絲線密度為約4旦/長絲或更低。
12.根據權利要求5所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.048。
13.根據權利要求12所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.046。
14.根據權利要求13所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.044。
15.根據權利要求14所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.041。
16.根據權利要求15所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.393。
17.一種側簾安全氣囊，其填密容積因子至多0.05到至少一部分已經應用層壓涂膜的表面；其中所述涂布的側簾安全氣囊充氣后的漏氣下降時間至少5秒；且其中所述安全氣囊包括在織物的某互不相連區域中的至少兩個織物層和在所述安全氣囊互不相連區域的至少一層單織物層，其中只有兩種獨立的織紋密度存在于與所述單織物層直接相鄰的區域內。
18.根據權利要求17所述的安全氣囊，其中所述層壓膜包括聚氨酯。
19.根據權利要求17所述的安全氣囊，其中所述安全氣囊織物層是編織的且包括聚酰胺紗。
20.根據權利要求17所述的安全氣囊，其中所述安全氣囊是單片編織側簾安全氣囊。
21.根據權利要求19所述的安全氣囊，其中所述的聚酰胺紗由尼龍6，6纖維制成。
22.根據權利要求21所述的安全氣囊，其中所述聚酰胺紗是復絲紗，其特征在于其平均線密度在約210-630旦之間。
23.根據權利要求22所述的安全氣囊，其中所述復絲紗的特征在于長絲線密度為約4單/長絲或更低。
24.根據權利要求17所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.048。
25.根據權利要求24所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.046。
26.根據權利要求25所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.044。
27.根據權利要求26所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.041。
28.根據權利要求27所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.393。
29.一種涂布側簾安全氣囊，其填密容積因子至多0.05到至少一部分已經應用層壓涂膜的表面，其中所述涂布的側簾安全氣囊充氣后的漏氣下降時間至少5秒；且其中所述安全氣囊包括在安全氣囊某互不相連區域中的至少兩層織物和在所述織物至少兩個互不相連區域上的至少一層窄的單織物層，其中所述至少一層窄的單織物層只由偶數根紗，至多12根紗寬度的席紋組織圖案形成，其中所述單織物層的至少兩個互不相連窄區域存在于安全氣囊中，其中單織物層的所述至少兩個區域由至少兩層織物的區域分開，且其中各單層的寬度為4-8根紗的距離。
30.根據權利要求29所述的安全氣囊，其中所述層壓膜包括聚氨酯。
31.根據權利要求29所述的安全氣囊，其中所述安全氣囊織物層是編織的且包括聚酰胺紗。
32.根據權利要求29所述的安全氣囊，其中所述安全氣囊是單片編織的側簾安全氣囊。
33.根據權利要求31所述的安全氣囊，其中所述聚酰胺紗由尼龍6，6纖維制成。
34.根據權利要求33所述的安全氣囊，其中所述聚酰胺紗是復絲紗，其特征在于其平均線密度在約210-630旦之間。
35.根據權利要求34所述的安全氣囊，其中所述復絲紗的特征在于長絲線密度為約4單/長絲或更低。
36.根據權利要求29所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.048。
37.根據權利要求36所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.046。
38.根據權利要求37所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.044。
39.根據權利要求38所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.041。
40.根據權利要求39所述的安全氣囊，其中所述填密容積因子至多約0.393。
全文摘要
一種涂布的可充氣織物，更具體說，是涂上很少量附加涂料的安全氣囊，其透氣率極低。本發明的可充氣織物主要用于汽車的要求透氣率低的汽車保護緩沖墊(如側簾安全氣囊)。傳統上，利用厚而貴的化合物涂料，如氯丁橡膠、硅酮等，來提供這樣要求的低透氣率。本發明的織物采用便宜、很薄的涂層來提供此必要的低透氣率。因此，本發明涂布的可充氣安全氣囊包括層壓在至少一部分目標織物表面上的涂膜，其中該膜的拉伸強度至少為2,000，斷裂伸長率至少180％。該涂膜使低透率安全氣囊緩沖墊的漏氣下降時間至少為5秒，并且目標側簾安全氣囊的填密容積很小(為了更有效利用汽車的貯存空間)。
文檔編號B32B27/12GK1525913SQ01822082
公開日2004年9月1日 申請日期2001年12月19日 優先權日2001年1月22日
發明者S·李, J·A·小索拉斯, S 李, 小索拉斯 申請人:美利肯公司