用于安全气囊的编织聚酯织物 |
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| 申请号 | CN200780050666.6 | 申请日 | 2007-09-28 | 公开(公告)号 | CN101600829B | 公开(公告)日 | 2012-05-30 |
| 申请人 | 因维斯塔技术有限公司; | 发明人 | T·E·施米特; M·A·德贝内迪克蒂斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于安全气囊中的编织聚酯织物。本发明包括使用聚酯长丝纱的编织织物，其中该聚酯长丝纱具有约65cN/tex或更大的韧性以及约0.5％或更低的在100℃下瞬时热蠕变(ITC)。本发明的附加实施方案包括从编织聚酯织物制造的安全气囊。本发明的编织织物能够降低在安全气囊的热模件展开过程中缝合处纰裂的程度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.适用于安全气囊中的聚酯编织织物，其特征在于所述聚酯编织织物具有在其中的缝合处和具有在此限定为2或更低的热缝合处纰裂指数，所述聚酯编织织物是由聚酯长丝纱编织的，该聚酯长丝纱具有65cN/tex或更大的韧性以及在此限定为0.5％或更低的在 |
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| 说明书全文 | 用于安全气囊的编织聚酯织物[0001] 本发明的领域 [0002] 本发明涉及编织聚酯织物，它可得到具有减少边缘纰裂(combing)的安全气囊(airbag)。更具体地说，本发明涉及包括聚酯长丝纱的编织织物，该纱在升高的温度下具有低的蠕变，和涉及从这些编织织物制造的安全气囊。 [0003] 本发明的背景 [0004] 从聚酰胺长丝纱编织的织物主要用于安全气囊制造，因为纱的高能量吸收能力。这一能量吸收能力通常最容易被定义为在负荷-伸长率曲线之下的面积，并且最常常由纱拉伸指数(定义为纱韧性(cN/tex)乘以断裂伸长率(％)的平方根)来表征。能量吸收能力因为安全气囊展开事件的动态性质而是特别重要的，并且已经进行了前期工作，其目的在于使聚酯纱的能量吸收最大化以便使得它们在性能上更接近聚酰胺。 [0005] 改进聚酯安全气囊的能量吸收能力的问题已经通过提高用于编织这些织物(用于安全气囊)的聚酯长丝纱的拉伸指数来解决。用于制造这些柔韧性纱的工艺条件已经公开，这使用了在拉伸该高韧性纱以便提高纱伸长率和因此提高柔韧性之后的高松驰比率。 [0006] 从此类聚酯长丝纱编织的安全气囊织物在模拟展开条件中失败。当含有从聚酯长丝编织的织物的安全气囊模件被预热至约80℃或更高时和然后展开时，安全气囊缝合处撕开，引起充填气体的失控漏泄，即已知为织物缝合处纰裂或织物边缘纰裂的现象。这些破坏在包括从聚酰胺长丝纱编织的织物的安全气囊中没有见到。 [0007] 尽管进行了各种尝试来解决缝合处纰裂问题，但聚酯安全气囊在热模件展开过程中仍然失败。在热模件展开的其它试验中，该安全气囊模件(它包括充气器和折叠安全气囊)在展开之前被加热至90℃保持约4小时并且在展开之后安全气囊被破坏。在这些试验中破坏机理的彻底分析表明破坏归因于缝合处纰裂。吹胀力、热充填气体和热的预调理的综合影响引起了聚酯纱在织物缝合处拉伸并且形成缝隙，气体在失控的速率下通过该缝隙逃逸。 [0008] 因此，仍然需要编织聚酯织物，当预调理至100℃并在快速加热和有负荷的条件下吹胀时，它减少在安全气囊中缝合处纰裂的程度并显示出与聚酰胺纱类似的特性。 [0009] 本发明的概述 [0010] 根据本发明，现已发现，从聚酯长丝纱编织的织物能够在热模件展开过程中降低缝合处纰裂的程度。本发明包括包含聚酯长丝纱的编织织物，其中该聚酯长丝纱具有约65cN/tex或更大的韧性和约0.5％或更低的在100℃下的瞬时热蠕变(ITC)。本发明的附加实施方案包括具有约2或更低的热缝合处纰裂指数(HSCI)的编织织物，和从这些编织织物中的任何一种制造的安全气囊。 [0012] 图1说明了用于测量HSCI的缝合处的缝纫图案。 [0013] 图2显示了用于测量HSCI的织物试样的区段。 [0014] 本发明的详细说明 [0015] 一般，本发明能够体现特征于包括聚酯长丝纱的编织织物，其中该聚酯长丝纱具有约65cN/tex或更高的韧性以及约0.5％或更低的在100℃下瞬时热蠕变(ITC)。本发明的附加实施方案包括具有约2或更低的热缝合处纰裂指数(HSCI)的编织织物，和从这些编织织物中的任何一种制造的安全气囊。 [0016] 用于本发明的编织织物中的聚酯长丝纱能够具有约0.5％或更低的在100℃下瞬时热蠕变(ITC)，例如约0.01％-约0.5％。如果聚酯长丝的ITC大于0.5％，在展开时，在用该聚酯纱编织的安全气囊的缝合处该纱的蠕变将大于在用聚酰胺长丝纱编织的类似安全气囊的缝合处所观察到的蠕变。 [0017] 用于本发明的编织织物中的聚酯长丝纱能够具有约65cN/tex或更大的韧性，例如约65cN/tex-约100cN/tex的韧性；约75或更大的韧性，例如约75cN/tex-约100cN/tex的韧性；或约85cN/tex或更大的韧性，例如约85cN/tex-约100cN/tex的韧性。较低韧性纱需要更高的旦尼尔以获得编织的安全气囊织物所需要的顶破强度，从而导致获得了难以折叠的较厚织物。用于本发明的编织织物中的聚酯长丝纱的伸长率能够是约12％或更大，例如约12％-约20％或约12％-约15％。纱的拉伸指数能够是约240或更大，例如约240-约450或约240-约350。较高的纱伸长率将改进编织安全气囊织物的能量吸收能力。然而，得到具有较高伸长率的长丝纱的方法经过设计可获得具有约0.5％或更低的在100℃下ITC的纱。聚酯长丝纱在177℃下的热风收缩率能够是在聚酯工业纱所具有的3-20％的典型范围之内。 [0019] 纱线性密度能够是约250分特(dtex)-约700分特，这取决于所需要的安全气囊的类型。与用于侧帘(side curtain)的较低分特纱相比较，较高分特纱被编织成用于较大的乘客气囊的织物。在用于织物的纱中的长丝能够是非圆形、较扁平型长丝。典型地，长丝的扁平度是由长宽比决定的。该长宽比是长丝(圆形截面具有1.0的长宽比)的长度与宽度的比率。合适的长宽比是在约1-约6的范围内。较扁平型长丝使得该织物有更低透气性。然而有实际的限制：超过约6长宽比的长丝无法提供任何显著的改进并且更难于编织。 [0020] 单根长丝的分特典型地在2至7之间。如果分特/长丝低于约2，则在制造中丝束的控制变得更困难。如果该分特/长丝大于约7，则安全气囊织物倾向于是刚硬性的且难于折叠。 [0021] 用于形成聚酯复丝纱的聚酯树脂能够选自聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸丁二醇酯，聚1，2-双(苯氧基)乙烷-4，4′-二羧酸乙二醇酯(polyethylene-1，2-bis(phenoxy)ethane-4，4′-dicarboxylate)，聚对苯二甲酸1，4-亚环己基-二甲醇酯以及包括上述聚合物的至少一种类型的重复单元的共聚物，例如聚对苯二甲酸/间苯二甲酸乙二醇酯共聚酯，聚对苯二甲酸/萘二甲酸丁二醇酯共聚酯，聚对苯二甲酸/癸烷二羧酸丁二醇酯共聚酯，和两种或多种上述聚合物和共聚物的混合物。在它们之中，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂特别适合于本发明，因为这一聚合物在机械性能和成纤性能上得到很好地平衡。 [0022] 聚酯树脂能够通过本领域中的那些技术人员已知的标准方法制造。例如，熔融聚合方法得到IV约0.6的无定形聚酯，随后进行固态聚合过程达到所需树脂IV。少量的其它成分也可存在，一般不超过聚酯均聚物重量的2wt％，如加工助剂象TiO2，例如降低其摩擦系数、或例如提高对其它物质如橡胶的粘合性或使得它有更高UV稳定性和较少脆性的永久性纱涂层。 [0023] 本发明的制备聚酯长丝纱的制造方法能够包括连续纺拉成形法。例如，在连续的纺拉成形法中，来自喷丝板的熔化长丝用空气骤冷(quench)，润滑和环绕在送料辊上。该纱然后通过第一和第二拉伸区段和到达松驰辊上和最终到达卷取机之上。在骤冷区段之前在喷丝板之下使用加热区段，以及使用在400-1000米/分钟之间的送料辊速度。这一低取向和无定形的纺制纱线然后被拉伸至少5倍以便在松驰之前使强度最大化。该进料辊和拉伸辊被加热，并且该松驰辊能够任选被加热。已经发现，在第二个拉伸辊和松驰辊之间的松驰区段中纱的温度，和在这一区段中的松弛量对于最终聚酯长丝纱的ITC有大的影响。生产本发明的聚酯长丝纱的准确工艺细节将取决于聚合物树脂IV，特定的纺丝条件，送料辊速度，拉伸比，等等。 [0024] 安全气囊模件典型地包括外壳，和在外壳中安置的折叠安全气囊，并且该安全气囊适合于利用来自充气器的气体被吹胀。外壳具有用于安全气囊的展开的开口。 [0025] 为了模拟在编织的安全气囊的展开过程中的条件，开发了热缝合处试验。它被设计来研究在负荷下加热的编织织物的缝合处。在100N/每线性厘米的最高安全气囊充气压力下，在典型的编织安全气囊(用20的织物经纬密度(fabric thread count)/每厘米所编织的470分特纱)中的纱上的应力被计算是约10cN/tex。 [0026] 两片的具有排列的经纬纱的编织织物被重叠，和两个平行缝合处沿着毛边被缝合(5个缝线迹/cm)。第一个缝合处与毛边相距12.5mm和第二个与同一毛边相距19mm。图1显示了缝合式样。使用玻璃缝纫线(3300分特)，这样能够观察到仅仅热织物变形。 [0027] 在缝合的这些织物仍然是一个在另一个之上时，将模板放置在缝合织物的毛边上并且标记试验线条，并且根据以下尺寸裁切：在毛边开始，59mm长度(在纬纱方向)和75mm的宽度；在接下来的10mm长度上线条的宽度从75mm逐渐减小到50mm，和最终，线条的宽度对于最后150mm长度是50mm。裁切的织物然后展开。图2显示了缝合在一起的、用模板标记的、裁切成试样和然后展开的编织织物的正面20)和侧面201部分。 [0028] 缝合线条的上端被夹在固定梁上，然后对下端施加负荷，该负荷对应于10cN/tex的长丝纱应力。将热电偶放置在缝合处。处于操作温度下的热气喷枪旋转至与缝合处相距10cm处。缝合处在20秒内被加热至100℃，此时热气喷枪旋转离开该缝合处，然后织物冷却至室温。 [0029] 在试验之前和之后，拍取缝合处的显微照片并进行分析。在这些试验之前和之后的显微照片中，在缝合处与在缝合处的每一侧上第二根水平纱之间测量平均距离。热缝合处纰裂指数(HSCI)被定义为在缝合处和在试验之后的第二根纱之间的平均距离除以在缝合处和在试验之前的第二根纱之间的平均距离。 [0030] 两个织物通过使用INVISTA(Wilmington，Delaware USA)T749商购470分特尼龙66长丝经纱来编织，一个织物用相同T749尼龙66纱作为纬纱编织，和另一个织物用作为纬纱的INVISTA T791490分特的商购聚酯长丝纱编织。尼龙和聚酯长丝纱两者都是为了用于安全气囊应用中而出售。通过使用如上所述的试验程序，含有T749尼龙长丝纱的织物的HSCI是1.7，和含有T791聚酯纬纱的织物的HSCI是3.3。 [0031] 另外这些长丝从缝合处纰裂区域以及没有加热的缝合线条的下部分引出。测量这些长丝的平均直径。在尼龙织物中长丝的直径在加热的缝合区域(20.1-19.7μm)稍微地减少，与在聚酯织物(16.3-14.0μm)中大得多的减少幅度相比而言。因此很显然，聚酯安全气囊的破坏归因于在缝合处的聚酯纱的热拉伸(蠕变)。 [0032] 该长丝纱通过它们的瞬时热蠕变(ITC)来表征。按照一种方式来测定纱的ITC，该方式可以模拟在热模件展开过程中遇到的加热和应力。热机械分析器(TA Instruments，2940型)用来记录在控制的加热速率下长丝长度的尺寸变化。若干的长丝从长丝纱中随机地选择，并组合成具有约65的分特的丝束。将长丝的这一丝束安放在仪器中，使用约10mm的样品长度，并且施加负荷，在长丝束上获得8.83cN/tex的应力。该丝束在133.3℃/分钟的速率下加热至100℃的温度。当温度达到100℃时记录丝束长度的增加，以及ITC被定义为作为原始长度的百分数的长度增加。 [0033] 试验方法 [0034] 1.纱物理性能 [0035] ASTM D885-02：使用254cm的夹持长度和120％的应变率所获得的韧性和伸长率。自由收缩率(0.05克/旦载荷)在177℃下测量30分钟。 [0036] 使用试验方法D1907的选项1测量线密度(分特)。 [0037] 2.纱特性粘度(IV) [0038] 使用乌氏(Ubbelhode)粘度计在25℃下测量由聚酯在邻氯酚中所形成的3％溶液的相对粘度(RV)。特性粘度(IV)从下列相互关系计算： [0039] RV＝1+IV ×C+0.305×IV2×C2+1.83×10-5x exp(4.5*IV)xC4 [0040] 其中C是单位为gm/100ml的溶液浓度。 [0041] 3.编织织物构造 [0042] 除非另有说明，否则，该长丝纱在没有加捻的情况下以平纹组织编织，在经纱和纬纱两个方向上具有约18.5根纱/cm的相同纱密度。灰褐色织物在夹具中在80℃下冲洗40分钟，然后在185℃下热定形2分钟。这生产出了织物，它具有为在安全气囊织物的普通制造过程中所使用的其它工艺所典型具有的特性。 [0043] 实施例 [0044] 对比实施例1 [0045] 通过使用INVISTA T749470dtex尼龙长丝纱作为经向纱，和使用各种的为专门应用所开发的工业聚酯长丝纱和为了工业织物所设计的尼龙纱作为纬向纱，来制备织物。测量试样长丝纱的ITC和含有试样纱的织物的HSCI。一般应用领域(这些纱目前用于这些工业应用中)和这些纱的物理性能列于表1中。相应的纱ITC和织物HSCI列于表2。 [0046] 表1 [0047]聚合物/ 应用 线密度， 韧性， 断裂伸 拉伸 热风收 类型 分特(dtex) cN/tex 长率，％ 指数 缩率，％ 尼龙66/ 工业织物 470 73 24.5 361 5.6 725 尼龙66/ 安全气囊 470 81 25.3 407 6.4 749 聚酯/781 安全气囊 490 73 16.5 297 7 聚酯/785 工业带状织物 550 76 15 294 16 (webbing) 聚酯/791 安全气囊 490 70 24 343 3 [0048] 表2 [0049]聚合物 类型No. HSCI ITC@100℃，％ 尼龙66 725 1.9 0.3 尼龙66 749 1.7 n.m. 聚酯 781 2.3 1.3 聚酯 785 2.3 0.8 聚酯 791 3.3 2.0 [0050] n.m-未测量 [0051] 与尼龙织物相比而言，不合格程度的缝合处纰裂在聚酯织物中是明显的。 [0052] 实施例2 [0053] 根据在下表3中所列出的工艺条件，制备具有550的标称分特和100根长丝的和1.0的长宽比的一系列聚酯长丝纱。仅仅第二拉伸辊温度和松驰比率在各个轮次之间改变。 这些纱的纱物理性能(0.90的IV)也列于表3中。 [0054] 表3 [0055] [0056] 实施例2说明了聚酯长丝纱的ITC非常依赖于工艺条件。试验轮次No.1和试验轮次No.3的工艺条件生产出具有约0.5％或更低的在100℃下的ITC的聚酯长丝纱。具有0.31％的ITC的试验轮次No.1的纱与725型尼龙66长丝纱相当，后者生产出具有低HSCI的编织织物(表2)。具有低于约0.5％的ITC的本发明纱的令人惊讶的方面是，它们不是具有最高能量吸收能力(拉伸指数)的产品。 [0057] 实施例3 [0058] 根据实施例2的方法制备490分特的聚酯纱。工艺条件和纱物理性能列于表4中。 [0059] 表4 [0060] [0061] 这些长丝纱在没有加捻的情况下以平纹组织编织，在经纱和纬纱两个方向上具有约20根纱/cm的相同纱密度。灰褐色织物在夹具中在80℃下冲洗40分钟，然后在185℃下热定形2分钟。聚酯织物和商品尼龙66(INVISTA Type 725，467分特)的性能列于表5。 [0062] 表5 [0063]性能 聚酯，实施例3 尼龙 织物重量，g/m2 215 214 织物经纬密度，纱/cm。 20×20 21×21 握持拉伸强度，kg 227 234 握持拉伸伸长率，％ 24 42 线条(2.54cm)拉伸强度，kg 172 158 线条(2.54cm)拉伸伸长，％ 25 35 3 -1 2 静态透气性，cm.s /cm 178 211 夹线(trap)撕裂，kg 31 39 舌形试样撕破强度，kg 10.9 12.4 马伦式织物顶破强度，MPa 5.3 5.7 [0064] 聚酯织物在两面上涂覆了40克/每平方米的底涂料(base-coat)和20克/每平方米的硅酮弹性体面涂料(top-coat)。底涂料是GeneralElectric SLE 5401和面涂料是Dow Corning 3714。涂层在约190℃下固化。在涂覆后，织物样品被裁切，测量热缝合处纰裂指数，得到1.1的数值。缝合处没有导致气体泄漏的扭曲(distortion)的迹象。 [0065] 尽管本发明已经结合本发明的特定实施方案进行了描述，但是很显然，许多的备选方案、改进形式和变型对于本领域中的那些技术人员在阅读以上叙述内容之后变得十分明显。相应地，本发明希望包括在权利要求的精神和范围之内的全部此类备选方案、改进形式和变型。 |
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