專利名稱：氣囊織物的制作方法
技術領域：
本發明涉及適合在充氣囊系統中使用的復合織物。
背景技術：
在對汽車的安全性日益關注的時代，消極保護系統已成為消費者、政府機關和汽車制造商的關注焦點。充氣囊系統是目前在美國最廣泛使用的消極保護系統，在其他國家中的使用也在增加。早期商業化的氣囊系統是置于方向盤中的，以便在汽車首尾碰撞中保護汽車駕駛員。氣囊系統現在包括安裝在方向盤前儀表板中的氣囊，以便在首尾碰撞中保護前座的乘客。抗側面沖擊的后座系統也在開發中。氣囊系統的其他用途(如用于飛行器消極保護系統)正在評定中。
氣囊系統包括三個主要部件(1)碰撞傳感器；(2)充氣源；(3)氣囊或氣墊。碰撞傳感器通過檢測迅速的減速或通過其他方式來檢測碰撞。傳感器發出用來引發充氣源(例如罐裝液化氣或煙火氣體發生器)的信號。氣體通過噴口射入氣囊中，將氣囊迅速充氣。充氣囊通過來自氣囊孔的氣動阻尼效應而使乘客受到的沖擊緩沖下來。
由于氣囊系統作為消極碰撞安全系統(和在美國的責任問題)的重要性，用來構成氣囊的織物必須滿足各種設計標準。氣囊織物的透氣性應較小，以便能迅速充氣。氣囊織物還應抗穿刺和抗撕裂。考慮到煙火式充氣源產生的熱氣體和熱顆粒物質，氣囊織物的易燃性應該較小。氣囊外表面的磨蝕性應較小，以使得乘客在與張開的氣囊碰撞時不會受到傷害。
其他更普通的標準也會影響氣囊設計。氣囊必須能迅速張開。此外，煙火式充氣源的體積宜小。因此，氣囊織物的重量應輕，填裝密度應高。這些標準在裝入方向盤中的駕駛員旁的系統中尤其重要。
考慮到車輛需維持較長時間的使用，氣囊織物必須具有在各種環境條件下的長期穩定性(例如，至少10年或更長)。此外，鑒于當今汽車市場的激烈競爭，織物應還是價廉的。
目前在美國最廣泛使用的氣囊織物是機織的耐綸6或耐綸66織物。織物的全部或一部分可以經過涂布，這取決于用途如何(即用于駕駛員、前座乘客、側面等)。必須將耐綸織物裁切和縫合，形成氣囊。縫合氣囊所需的時間和勞力會使氣囊的總價格增加。
其他織物可滿足設計的某一些標準，但一般不能提供許多氣囊設計標準的良好平衡。例如，棉織物經過較長時間后會失去強度，尤其是在潮濕的環境中。某些玻璃纖維會發脆，導致纖維在彎曲后過度破裂。防彈纖維(例如，Kevlar)易發硬且較昂貴。
發明的概述本發明提供適合在氣囊中使用的織物。該織物可用來形成氣囊的全部或一部分。該織物包括具有兩個互成背面的主表面的中心層。有許多基本上平行但互相之間留有間距的纖維分別粘合在其第一和第二主表面上。粘合在第一主表面上的纖維與其反面的第二主表面上的纖維之間的角度約為45至90度。
在一個實施方式中，中心層是一層熱塑性薄膜。熱塑性薄膜選自聚酯、聚烯烴、聚氨酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、含氟聚合物、嵌段共聚物彈性體、聚酯彈性體和它們的組合。在另一實施方式中，中心層是一層可熱粘合的非織造網布，所述非織造網布包括吹塑微纖維的、紡粘的、射流噴網法的、氣流成網法的或粗梳的非織造網布。
在一個實施方式中，纖維是選自聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚烯烴纖維、芳酰胺纖維和它們的組合的高韌性的單絲或復絲。這些纖維的旦數最好在約200-900之間，韌性最好在約8克/旦以上。
在一個實施方式中，纖維用熱機械方式粘合在第一和第二主表面上。在另一實施方式中，纖維藉施加在第一和第二主表面上的粘合劑而粘合在這兩個表面上。這些纖維的間距相當于每厘米約7-17根纖維。
在一個實施方式中，織物中還有粘合在纖維和第一主表面上的第一層以及粘合在纖維和第二主表面上的第二層。第一和第二層可以相互獨立地是熱塑性薄膜、非織造網布或涂層。
在一個實施方式中，織物還包括至少一個粘合在第一薄片上的層壓層。在另一實施方式中，織物還包括至少一個粘合在第二薄片上的層壓層。
在又一實施方式中，提供適合在充氣保護裝置中使用的材料。所述材料中有許多增強層。這些增強層包含許多粘合在層上的基本上平行的纖維。相鄰增強層中的纖維彼此呈大約45至90度的角度。
可將織物裁切、縫制或熱機械結合，形成氣囊的全部或一部分。熱機械結合一般比縫制更快，并且在成本上更經濟。
通過有選擇地選定織物不同組分的材料，可以達到織物所要求的特性(包括其強度特性)。通過選擇層壓層的數目、層的材料、纖維的旦數、纖維的韌性和纖維的數目，可得到各種強度特性。可以使這些強度特性符合特定氣囊用途的需要，或者與氣囊的具體組分相配合構成具有所需特性的氣囊。
圖面的簡單描述
圖1是本發明一實施例的織物的平面分解圖。
圖2是本發明另一實施例的織物的平面分解圖。
圖3A和3B所說明的是用來制造駕駛員側氣囊的板，這些板是用本發明的織物制成的。
優選實施方式的描述本發明氣囊織物的一個實施方式示于圖1。織物10包括一中心層12。中心層12包括兩個互成背面的主表面14、16。互相大致平行但留有間距的纖維18分別緊靠并粘合在這兩個主表面14、16上。有兩個第一層和第二層22，它們緊靠著中心層12兩面的纖維18，并分別粘合在這許多纖維18和中心層12的兩個主表面14、16上。
可以添加由粘合在層22上的纖維18構成的附加層壓層23，形成織物10。每層22的內表面24粘合在較靠近中心層12的許多相鄰纖維18和相鄰層22的外表面26上。
中心層12由可熱粘合的非織造網布或熱塑性薄膜形成。非織造網布可選自各種材料，包括吹塑微纖維網布、紡粘網布、射流噴網法網布、氣流成網法網布和粗梳網布。熱塑性薄膜可選自各種材料，包括聚酯、聚烯烴、聚氨酯、聚酰胺、PVC、含氟聚合物、嵌段共聚物彈性體和聚酯彈性體薄膜。此外，中心層12可由許多層薄膜或薄膜/非織造層壓物形成。中心層12的厚度根據具體用途而定。例如，中心層12的厚度可約在0.01-0.05mm之間，最好約在0.01-0.03mm之間。
當選擇中心層12和層22的材料時，必須考慮織物10的總透氣性。例如，若選用透氣性較小的非織造網布為中心層12時，層22中的一層或多層可能必須是熱塑性薄膜，以便織物10具有所需的透氣性。
分別粘合在互成背面的兩個主表面14、16上的纖維18彼此呈大約45-90度的角度，具體取決于織物10所需的強度特性。在圖1的實施方式中，分別粘合在兩個主表面14、16上的纖維18彼此呈大約90度。纖維18用熱機械法或粘合劑粘合這兩個主表面14、16上。
纖維18選自高韌性的單絲或復絲纖維，例如，旦數為220、韌性為8.3克/旦的聚酯纖維。纖維18的韌性可在約8克/旦以上。纖維材料包括聚酯、聚酰胺、聚烯烴和芳酰胺纖維或它們的組合。纖維旦數可在大約200-900之間。例如，可使用旦數為220、440、630或840的纖維。
較好的是，使用旦數較低、韌性較高的纖維。也可使用旦數較高的纖維。此外，可使用具有不同旦數纖維的組合。
層22可以就用上面所述的中心層12使用的材料或材料組合形成。層22也可通過涂布成膜材料(如熱塑性塑料、粘合劑和熱熔粘合劑)的溶液形成。
至于纖維18的層壓層23和層22的數目，其選擇務使達到織物10的所需特性。相鄰的兩個層壓層的纖維彼此呈大約45-90度。添加在兩個互成背面的主表面上的層壓層的數目不一定需要相同。例如，織物10可以在其第一主表面14上的一側具有3層層壓層，而在另一主表面16一側具有2層層壓層。
另外，可以用層22或纖維18替代一層或多層層壓層23。并且，與各不同的層12和22粘合的纖維可選自不同的材料、旦數或韌性。
在本發明的另一實施方式中，如圖2所示，織物10中有許多增強層23。如上面所討論的，增強層23包括許多粘合在層22上的纖維18，形成單向的增強的層壓物。最里面的兩層增強層30的放置應使增強層30的纖維18彼此緊靠在一起。增強層30的層22粘合在兩層纖維18上并彼此粘合在一起。
如上面所討論的，兩個相鄰增強層的纖維彼此呈大約45-90度。也可使用上面就纖維18和層22所討論的同一材料或材料組合。
在構成織物10的一個實施方式中，層壓層23通過在層22上敷設纖維18而形成。纖維18可以是手工敷設的，也可以是通過經軸架或經軸架輸送的。通常，用精梳機將纖維18排列成大致平行并保持預定的纖維間距(例如每厘米7-16根纖維)。
在一個實施方式中，用熱機械方式(例如，加熱和加壓)將層22和纖維18形成為單向的層壓層23。在其他一些實施方式中，可將粘合劑施用在纖維18或層22或這兩者上面，將它們粘合形成單向的層壓層23。通常，將新形成的層壓層23卷繞在大的滾筒上。
層壓層23可用其他方式形成。例如，當層22為熱塑性薄膜時，可將層22直接擠出在纖維18上。
為形成織物10，至少兩層層壓層23彼此的取向應使一層層壓層的纖維與相鄰層壓層的纖維呈大約45-90度。層壓層23應放置成使織物10的兩個外露的外表面是較光滑的非磨蝕性的抗沖擊表面，以減少氣囊張開時乘客受第二次傷害的危險。一旦將所需數目的層壓層23放置在一起后，即可用熱機械方式或用粘合劑將這些層壓層粘合在一起，形成復合的多向層壓織物10。
層壓層23的數目和纖維18的相互取向提供了織物10的大致的強度特性。常用的織物強度試驗是馬倫式織物頂破強力試驗(按ASTM D3786測定)。合適的織物10的馬倫頂破強力至少約1.8MPa，較好的至少約2.4MPa，更好的至少約3.4MPa。各層壓層23中纖維18的取向可進行調節，為氣囊特定部位在特定方向上提供強度，從而提供總體上較強的氣囊。
一般而言，駕駛員側的氣囊制成圓形或正方形/矩形。如圖3A和3B所示，用板40、41制作圓形氣囊。在板41上切一圓形充氣孔42，以便進行充氣。在充氣孔42的周圍，開一些小孔43，與充氣裝置金屬固定法蘭的螺栓位置相對應。用縫合法或用熱機械法將板40、41拼接。
熱機械法粘合能較快進行，并且方便易行。根據用途情況，熱機械結合處可再輔以縫合或其他方式的粘合。也可通過各種縫合圖案和技術將二個圓形板41、41縫合在一起。通常，將縫制的氣囊倒置插入充氣孔內，周界接縫應位于氣囊里邊。
也可將織物裁切，形成用單片織物制成的正方形和圓形氣囊。在圓形或正方形/矩形設計中，織物10可構成具有定域性能的氣囊。
可通過選擇不同的片材和厚度、纖維材料和密度、纖維取向以及層的數目，來形成具有選定特性的織物。
下面結合實施例對本發明進行說明。實施例1用下述方法制成在薄膜上的單向纖維層壓物。用威斯康星州Neenah市Webex公司生產的雙輥壓光機，將旦數為220、韌性為8.3克/旦的聚酯纖維(1/220/50R02-68，特拉華州Wilmington市DuPont公司產品)層壓在基重為17g/m2的2.4分特聚酯纖維(#2250，田納西州Old Hickory市Reemay公司產品)的紡粘網布上。壓光機的兩個壓輥都是鋼的，保溫在150℃。層壓壓力為21.8kN/m，層壓速度約為1米/分。從經軸架將纖維輸送至輥隙，使其大致平行地敷設在網布上，用精梳機使纖維間距保持不變，為每厘米11根纖維。
然后用若干層單向層壓物形成復合的多向層壓物。將這些單向層壓物敷疊起來，各層層壓的纖維彼此形成90°取向，此時單向層壓物有纖維的一面應面向復合層壓物的中心。接著在150°、21.8kN/m和3.3m/min的條件下，令這些敷疊在一起的單向層壓物通過壓光機的壓輥，將它們粘合起來。用這一方式制成了2、3和4層的多向層壓物。其厚度分別為0.203mm、0.279mm和0.343mm，馬倫頂破強力(用ASTM D3786測定)分別為1.8MPa、2.6MPa和2.6MPa。實施例2用下述方法制成在薄膜上的單向纖維層壓物。先在薄膜上噴涂3M#6091噴涂用新補可復位粘合劑(3M#6091 spray Remount RepositionableAdhesive)，再用手工將纖維敷設在薄膜上，然后讓粘合劑干燥，這樣就制成旦數為220、韌性為8.3克/旦的聚酯纖維(1/220/50R02-68，特拉華州Wilmington市DuPont公司產品)在0.0125mm厚聚乙烯薄膜(SF-40SP，威斯康星州Chippewa Falls市CT Films公司產品)上的層壓物。此時用精梳機使纖維間距保持不變，為每厘米16根纖維。
然后用若干層單向層壓物形成復合的多向層壓物。將這些單向層壓物敷疊起來，各層層壓的纖維彼此形成90°取向，此時單向層壓物有纖維的一面應面向復合層壓物的中心。接著在68.9MPa和135°的條件下，將這些敷疊在一起的單向層壓物在Carver壓力機上壓制1分鐘，將它們粘合起來。用此方法制造2層的層壓物；其厚度和馬倫頂破強力(用ASTMD3786測定)分別為0.127mm和2.4MPa。實施例3用下述方法制成在薄膜上的單向纖維層壓物。通過將纖維排列在精梳機上并將纖維壓入粘合劑中，將旦數為220、韌性為8.3克/旦的聚酯纖維(1/220/50R02-68，特拉華州Wilmington市DuPont公司產品)層壓在3M#927轉移帶的片材上。此時用精梳機使纖維間距保持不變，為每厘米16根纖維。
然后用若干層單向層壓物形成復合的多向層壓物。將這些單向層壓物敷疊起來，各層層壓的纖維彼此形成90°取向，此時單向層壓物有纖維的一面應面向復合層壓物的中心。在敷疊物上施加一層0.0125mm厚的聚乙烯薄膜(SF-40SP，威斯康星州Chippewa Falls市CT Films公司產品)或少量嬰兒用爽身粉，以防止層壓物以后粘合在壓力機上。接著在68.9MPa和135°的條件下將這些敷疊物在Carver壓力機上壓制2分鐘，將它們粘合起來。用此方法制造2層的層壓物。使用聚乙烯薄膜制得的層壓物，其厚度為0.356mm，而使用爽身粉制得的層壓物，其厚度為0.203mm。馬倫頂破強力(用ASTM D3786測定)分別為2.5MPa和2.3MPa。實施例4用下述方法制成在薄膜上的單向纖維層壓物。用濕固化的聚氨酯粘合劑(3MTS-230)涂布在具有機硅涂層的紙網上。這種粘合劑的敞開時間足夠地長，所以當將旦數為220、韌性為8.3克/旦的聚酯纖維(1/220/50R02-68，特拉華州Wilmington市DuPont公司產品)輸送至紙網上時，粘合劑仍是粘性的。接著進行固化，使粘合劑交聯并晶化，將纖維粘合在粘合劑上。用三輥二輥隙式壓光機進行層壓。從經軸架將纖維輸送至輥隙，并使其大致平行地排列在紙網上，用精梳機保持纖維間距為每厘米16根纖維。
然后用若干層單向層壓物形成復合的多向層壓物。將這些單向層壓物敷疊起來，各層層壓的纖維彼此形成90°取向，此時單向層壓物有纖維的一面應面向復合層壓物的中心。接著在68.9-103MPa和149°的條件下，僅藉加熱量或藉加熱和另外一片0.013mm厚的聚乙烯薄膜(SF-40SP，威斯康星州Chippewa Falls市CT Films公司產品)將這些敷疊物在Carver壓力機上壓制1-2分鐘，將它們粘合起來。用此方法制造2層的層壓物。其厚度分別為0.165mm和0.152mm，馬倫頂破強力(用ASTM D3786測定)分別為2.3MPa和2.4MPa。實施例5用下述方法制成在薄膜上的單向纖維層壓物。用威斯康星州Neenah市Webex公司生產的雙輥壓光機將旦數為220、韌性為8.3克/旦的聚酯纖維(1/220/50R02-68，特拉華州Wilmington市DuPont公司產品)層壓在0.0254mm厚的聚氨酯薄膜(PS8010，麻薩諸塞州South Deerfield市Deerfield Urethane公司產品)的連續材料上。壓光機的兩個壓輥都是鋼的，保溫在177℃。層壓壓力為21.8kN/m，層壓速度約為1米/分。從經軸架將纖維輸送至輥隙，使其大致平行地敷設在薄膜上，此時用精梳機使纖維間距保持不變，為每厘米11根纖維。
然后用若干層單向層壓物形成復合的多向層壓物。將這些單向層壓物敷疊起來，各層層壓的纖維彼此形成90°取向，此時單向層壓物有纖維的一面應面向復合層壓層的中心。接著在150°、21.8kN/m和3.3m/min的條件下，令使這些敷疊物再通過壓光機，將它們粘合起來。用這個方式形成2、3、4和6層的多向層壓物。其厚度為分別0.127mm、0.191mm、0.267mm和0.330mm，馬倫頂破強力(用ASTM D3786測定)分別為1.8MPa、2.4MPa、3.65MPa和5.9MPa。實施例6用下述方法制成在薄膜上的單向纖維層壓物。用雙輥壓光機將旦數為440、韌性強度為8.3克/旦的聚酯纖維(1/440/50R02-68，特拉華州Wilmington市DuPont公司產品)層壓在0.05mm厚的聚氨酯薄膜(PS8010，麻薩諸塞州SouthDeerfield市Deerfield Urethane公司產品)的連續材料上。壓光機的上輥是硅橡膠的，下輥是鋼的，均保溫在150℃，層壓速度約為1米/分。從一連串4個平行的經軸架將纖維輸送至輥隙，使其基本平行地敷設在薄膜上，此時用精梳機使纖維間距保持不變，為每厘米13根纖維。
然后用若干層單向層壓物形成復合的多向層壓物。將這些單向層壓物敷疊起來，各層層壓的纖維彼此形成90°取向，此時單向層壓物有纖維的一面應面向復合層壓層的中心。在單向層壓物之間鋪以0.05mm厚的聚氨酯薄膜(PS8010，麻薩諸塞州South Deerfield市Deerfield Urethane公司產品)。接著在68.9-103MPa、149°的條件下將這些層壓物在Carver壓力機上壓制1-2分鐘，將它們粘合起來。用這個方式形成2、3、4和6層的多向層壓物。用ASTM D3786測得的馬倫頂破強力為4.48MPa。
其他實施方式體現在下述權利要求書的范圍內。
權利要求
1．氣囊織物，它包括具有第一和第二互成背面的主表面的中心層；許多基本上平行但留有間距的分別粘合在第一和第二主表面上的纖維；其特征在于，粘合在第一主表面上的纖維與粘合在第二主表面上的纖維之間的角度為45至90度。
2．如權利要求1所述的織物，其特征在于，所述中心層是熱塑性薄膜、非織造網布或它們的組合。
3．如權利要求1所述的織物，其特征在于，所述纖維是選自聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚烯烴纖維、芳酰胺纖維和它們的組合的高韌性單絲或復絲。
4．如權利要求1所述的織物，其特征在于，所述纖維的旦數在200-900之間，韌性在8克/旦以上。
5．如權利要求1所述的織物，其特征在于，還包括粘合在纖維和第一主表面上的第一層。
6．如權利要求1所述的織物，其特征在于，還包括粘合在纖維和第二主表面上的第二層。
7．如權利要求5所述的織物，其特征在于，還包括粘合在第一外層片材上的至少一層層壓層。
8．適合在充氣保護裝置中使用的材料，它包括許多增強層，所述增強層包含許多粘合在增強層上的基本平行的纖維；其特征在于，相鄰增強層的纖維彼此呈45至90度的角度。
9．適合在氣囊中使用的織物，它包括第一層；第二層；許多位于第一層與第二層之間的大致平行的第一纖維；許多位于第一層與第二層之間的大致平行的第二纖維；其特征在于，所述許多第二纖維與所述許多第一纖維呈45至90度的角度，第一層粘合在第二層上。
全文摘要
適合在制作氣囊的全部或一部分中使用的織物(10),它包括許多增強層(23)。所述增強層(23)粘合在一起,形成單片。這些增強層(23)可通過將大致平行的纖維(18)的單向層壓物粘合在熱塑性薄膜、非織造網布或涂層等材料上形成。可將幾片織物(10)縫合或機械結合起來制作氣囊。
文檔編號B60R21/235GK1216025SQ96180243
公開日1999年5月5日 申請日期1996年7月30日 優先權日1996年4月5日
發明者老D·M·庫爾妥, P·E·漢森, M·R·霍爾澤, 小R·H·洛, J·J·羅杰斯, K·M·施羅德, M·托切克 申請人:美國3M公司