專利名稱：硅酮基涂層含量極低的低滲透性安全氣囊墊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及充氣式涂層織物，更具體地，涉及其上涂有添加量極低的硅酮基涂層且顯示出極低透氣性的安全氣囊墊。本發(fā)明的充氣式織物主要用于要求低滲透特性的汽車約束墊(如側面簾式安全氣囊)。傳統(tǒng)上，利用厚、因而貴的化合物涂層如氯丁橡膠、硅酮及類似物以達到所要求的低滲透性。本發(fā)明織物使用一種不貴、非常薄、實質上均勻的硅酮涂層來達到這種必要的低滲透性。這樣，本發(fā)明涂層至少包括一個包括大部分硅酮基材料的單層，當涂敷至目標織物表面時，該單層的總厚度最多為大約3.0盎司/平方碼。與其他涂層安全氣囊相比，本發(fā)明安全氣囊表現(xiàn)出特征性的長泄漏率。
現(xiàn)有技術背景汽車安全氣囊早已為人所知，且已用了相當長的一段時期。安全氣囊的典型構造材料是聚酯或尼龍纖維，其上涂有一層高彈體如氯丁橡膠或硅酮。這種氣囊中用的織物典型的是通過本領域中已知的方法由合成紗織成的紡織品。
之所以采用涂層材料是由于它不滲透充氣介質，該充氣介質一般是由氣體發(fā)生器或充氣機產(chǎn)生的氣體。以相對溫暖的溫度將這種氣體輸送到氣墊中。涂層阻止了織物中熱氣體的滲透，從而使氣墊在撞擊事件中能快速充氣，且沒有不適當?shù)臏p壓。
安全氣囊也可以用以能產(chǎn)生低滲透性產(chǎn)品的某種方式織成的非涂層織物制成，或者由經(jīng)過處理(如軋光)以降低滲透性的織物制成。這種在織成后經(jīng)軋光或其它機械處理以降低透氣性的織物在美國專利4,921,735、美國專利4,977,016及美國專利5,073,418中都有公開(在此全部引入作為參考)。
對于低滲透特性，在目標氣囊織物表面涂上低添加重量的傳統(tǒng)硅酮涂層被證明是無效的。典型地，這種涂層要求非常厚的材料層，以達到長期翻車保護情況下(特別是用于側面簾式安全氣囊時)所要求的低滲透性。一般來說，過去的硅酮基涂層使用非溶劑或溶劑型組合物，對于側面簾式安全氣囊正面和背面來說，這種硅酮的干涂層重量為大于3，而達到較低水平時至少為4盎司/平方碼。本領域中的普通技術人員都能理解，高添加重量實際上增加了用于氣囊的底布的成本，且使得很難將其包裝在小型安全氣囊組件中。并且，傳統(tǒng)上使用的硅酮表現(xiàn)出很低的抗拉強度和斷裂伸度的特性，如果不使用很厚的涂層，它將不能經(jīng)受高壓充氣。但是，硅酮有很好的耐用性，老化性和可加工性，如果在其中加入極低添加量的組合物，它就能變成很理想的安全氣囊涂層。另外，制造合成紡織的側面簾式安全氣囊不必在單個織物的正面和背面都涂敷涂層，這在下面將會更詳細地說明。這樣，就更需要僅在這種織物的外面(即，正面)涂上很薄的涂層，到目前為止，還不能將涂層限制在低水平硅酮基材料。
Menzel等人的美國專利5,110,666(在此引入作為參考)中公開的使用特定聚酰胺作為涂層允許范圍在0.1到1盎司/平方碼的低添加重量，但是材料本身相對較貴，并且由于涂層材料的性質，可以認為需要相對復雜的配合和涂敷程序。但專利權人沒有公開任何有關其具體聚酰胺涂層材料的伸縮性和/或抗拉強度特性。此外，還沒有關于這種聚酰胺材料在低添加重量下、在只用于在司機或乘客側面氣墊中使用的織物的側面簾式安全氣囊上的涂層能力(并因此與低透氣性相關)的重要性的討論。所有安全氣囊都必須迅速充氣；事實上，在受到撞擊時，安全氣囊通常在10到20毫秒內(nèi)達到峰值壓力。常規(guī)的司機側面和乘客側面安全氣囊的設計目的是能經(jīng)受這樣巨大的充氣壓力；但是它們也會迅速放氣以有效吸收由汽車乘客撞擊氣囊產(chǎn)生的能量。因此，這種司機和乘客側面氣墊(安全氣囊)就由低滲透性織物制成，但它們也能在接縫處(沒有涂層以阻止空氣泄漏)或通過出口孔快速放氣。此外，在Menzel的專利和Li等人的美國專利5,945,186中描述的低添加量涂層不能提供長期氣體保持力；實際上它們經(jīng)受由有效充氣機供給的延長并連續(xù)的壓力至多不能超過大約2秒。這些安全氣囊織物的低滲透性因而幫助在司機和乘客安全氣囊墊內(nèi)較小程度地提供維持氣體，以產(chǎn)生放氣緩沖效果，這對足夠的撞擊保護來說是必要的。由于在這種安全氣囊內(nèi)產(chǎn)生加墊緩沖結構的接縫處沒有任何涂層，這種氣囊織物不具備作為側面簾式安全氣囊的功能，這將在下面進行詳細說明。由于這些區(qū)域在充氣中和充氣后能產(chǎn)生很大程度的漏氣，所以前述獲專利的低添加重量涂層、低滲透性的安全氣囊織物不適合用于側面簾式安全氣囊。最后，聚酰胺遇到老化和耐用問題，這要求復雜的混合和涂敷來克服此困難。
前面已間接提到，不同安全氣囊有三種基本形式，每種用于不同的最終用途。例如，司機側安全氣囊一般置于轉向管柱內(nèi)并具有相當高的透氣性，以在司機受到撞擊時作為緩沖墊起到更大的作用。乘客側氣囊也包括透氣性相當高的織物，這些織物使得氣體通過其或通過其形成的出口得以釋放。這兩種形式氣囊的設計目的都是要在突然的撞擊中保護乘客，一般從轉向管柱或儀表板的包裝組件中彈出來(這樣就有多個“邊”)。但是，側面簾式安全氣囊的主要設計目的是通過保持充氣狀態(tài)一段較長的時間(如，在高壓充氣5秒后能保持初始壓力的至少50％)而在翻車撞擊中保護乘客，且一般從存放在沿著汽車側窗的車頂線的包裝容器中打開(這樣就只有一個背側和一個前側)。因此，側面簾式安全氣囊不僅具有緩沖效果，也保護乘客不受玻璃和其它碎片的傷害。這樣，如上所述，所述的側面簾式安全氣囊必須保持大量氣體和較高氣體壓力以在整個可能的翻車情況持續(xù)較長時間內(nèi)都保持充氣。為實現(xiàn)這一目的，這些側面簾式安全氣囊一般在前側和后側都涂有大量硅酮密封材料。由于大多數(shù)側面簾式安全氣囊織物都包括縫合、密封或整體織在一起的織空，具有潛在高漏氣率的分離區(qū)域很普遍，尤其是在接縫處或其附近。必須使用厚涂層以提供側面簾式安全氣囊必要的低滲透性(并因此具有較長的泄漏時間)，這已被采用作為必要條件。沒有這些厚涂層，這種安全氣囊很可能會放氣太快，因此在翻車撞擊中起不到適當?shù)淖饔?。本領域的普通技術人員容易理解，這種厚涂層大大增加了目標側面簾式安全氣囊的整體生產(chǎn)成本。這樣就極需制造具有不貴的(優(yōu)選低涂層添加重量)涂層且不損失配置實現(xiàn)適當功能所必要的老化、濕度和滲透特性的側面簾式安全氣囊。到目前為止，如果有收獲，也幾乎不能消除側面簾式安全氣囊對這種厚且重涂層的需要。此外，由于用作安全氣囊涂層的硅酮(也即聚硅氧烷及其類似物)具有最好的整體抗老化穩(wěn)定性和耐用性，需要利利用這種材料的優(yōu)點制作低滲透性氣囊。不幸的是，到目前為止，關于這種硅酮基材料僅有的方法涉及極厚、因而較貴且難以加工和涂敷的涂層配方。因此需要硅酮基氣囊涂層組合物具有較低添加重量，但具有同樣的抗老化性、耐用性和低滲透特性。
此外，目前的趨勢是將這種低滲透性側面簾式安全氣囊儲存進圓柱形組件中。由于這些氣囊通常存儲在汽車的車頂線內(nèi)，且可用區(qū)域非常有限，通常極需將這種約束氣墊的包裝體積限制為絕對最小。但是，以前制作的低滲透性側面簾式安全氣囊很笨重，很難將其儲存在這種位于目標汽車車頂線的圓柱形組件中。卷這種重涂層低滲透性物品需求的實際時間和能量以及包裝體積本身都很難降低。而且，由于利用這種重涂層，當這些物品緊密包裝在時會加大結塊問題(即，氣墊的不同涂層部分會粘在一起)。如果出現(xiàn)結塊的可能性，充氣時展開延遲的機會就增加，這樣就更需要包裝緊密、包裝體積小、成塊率低、滲透性低的側面簾式安全氣囊。不幸的是，現(xiàn)有技術還沒有將這些改善用于氣囊工業(yè)。
發(fā)明目的和描述根據(jù)上面的背景技術，易于看出需要一種低滲透性側面簾式安全氣囊，該氣囊使用低量、因而便宜、耐用的、表現(xiàn)出很好抗老化性的硅酮基涂層，從而表現(xiàn)出實質上降低了標準低滲透性側面簾式安全氣囊的包裝體積。這種涂層低滲透性安全氣囊必須在充氣及長期存儲后具有高泄漏時間。這種新型安全氣囊和新型涂層配方對過去所用的較貴、高添加重量安全氣囊涂層(和形成的安全氣囊物品)進行了顯著的改善。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種涂層安全氣囊，其中該涂層包括大部分(至少)硅酮基材料、添加重量很低、且在充氣后的泄漏時間極長并因此補充低滲透特性。本發(fā)明的另一個目的是提供一種不貴的側面簾式安全氣囊墊。本發(fā)明還有一個目的是提供一種能以很低添加量來涂敷以在充氣后獲得具有極低滲透性氣囊結構的高效安全氣囊涂層配方。本發(fā)明還有一個目的是提供一種氣囊涂層配方，它不僅有很好且長期的低滲透性，而起表現(xiàn)出極好的長期儲存穩(wěn)定性(通過加熱老化和濕度老化試驗)。
因此，本發(fā)明涉及一種包括涂層織物的安全氣囊墊，其中所述織物上涂有一層量最多為大約3盎司/平方碼的高彈體組合物，優(yōu)選最多為大約2.5盎司/平方碼織物；其中所述高彈體組合物至少包括硅酮基材料總組合物的50wt％；且長期儲存后，所述安全氣囊墊在壓力降為初始壓力的至少一半(因此保留了充入氣體的至少一半)時表現(xiàn)出的特征泄漏率至少為5秒，優(yōu)選高于10秒，最優(yōu)選高于50秒。本發(fā)明還涉及一種包括涂層織物的安全氣囊墊，其中所述織物涂有一層至少包括溶劑型硅酮材料總組合物的50wt％的高彈體組合物，其中該硅酮材料包括10％到90％的固體含量；并且，在長期儲存后，所述安全氣囊墊在壓力減到初始充氣壓力的至少一半(因此保留了充入氣體的至少一半)時表現(xiàn)出的特征泄漏率至少為5秒。
術語“特征泄漏率”意欲包括目標涂層安全氣囊內(nèi)的壓力由于充入氣體通過氣囊內(nèi)和基于曝露于高壓而在涂層內(nèi)產(chǎn)生的開口處逃逸，從充氣壓力降低為初始充氣壓力的一半所需用時間的測量，例如從大約30psi到15psi，或從大約15psi到大約7psi。這樣，測量從充氣后達到峰值壓力時開始(如，常規(guī)的是大約30psi，或低到7psi)，用在達到峰值初始壓力中或其后繼續(xù)將氣體泵入目標安全氣囊內(nèi)的標準充氣組件進行充氣?？梢院芎玫睦斫?，在達到峰值初始壓力后充入安全氣囊內(nèi)的氣體壓力不會保持穩(wěn)定(它在隨后引入充入氣體時降低)，且在這段時間內(nèi)，目標安全氣囊不可避免地允許一定量的充入氣體逃逸。這種側面簾式安全氣囊(如上所述)的主要焦點是盡可能長地保持充氣狀態(tài)，以在翻車事件中給汽車乘客提供足夠的緩沖保護。氣體保留的量越大，提供給乘客的緩沖效果越好。這樣，氣囊保持大量充入氣體的時間越長，結果特征泄漏時間越長、達到的緩沖效果越好。最起碼，本發(fā)明安全氣囊在達到峰值初始壓力后必須保留至少其一半初始氣體體積的時間為7秒。
在另一種情況下，這一術語也意欲包括在10psi的常壓下再充氣后，引入已充氣(到“打開”弱密封區(qū)的峰值初始壓力)并已放氣的安全氣囊墊中全部充入氣體所需時間的測量。在安全氣囊領域中公知且可很好的理解，尤其涉及側面簾式(低滲透性)安全氣囊墊，在撞擊過程中使充入氣體保持較長時間是最為重要的。側面簾式安全氣囊的設計目的是可與司機和乘客側氣囊一樣快速的充氣，但它放氣很慢以在翻車及側面撞擊中保護乘客。這樣，該氣囊在瞬時快速充氣達到峰值壓力后必須具有很低的泄漏率。因此，氣囊上的涂層必須足夠結實，以經(jīng)受氣囊快速膨脹時的震動和重壓。這樣，高特征泄漏時間測量非常重要以在充氣安全氣囊內(nèi)保持最大量的緩沖氣體。因而安全氣囊在充氣后(且達到峰值壓力后)的泄漏與它的實際壓力保持特性密切相關。已充氣并放氣的側面簾式安全氣囊的壓力保持特性(以后指泄漏時間)可用特征泄漏時間t來描述，其中 *SCFM標準立方英尺/分鐘可以理解，10psi常數(shù)不是對本發(fā)明的限制；但只是在這一恒壓下能測得特定的泄漏時間。這樣，即使在安全氣囊實際充氣過程中或在初始加壓后該壓力超過或低于這一值，僅有的限制是如果本領域普通技術人員測量氣囊體積并除以體積泄漏率(用10psi下穩(wěn)態(tài)充氣過程中從目標安全氣囊中漏出的氣體量來測量)，在涂層添加重量為1.5盎司/平方碼時，以時間測量的結果為至少10s。優(yōu)選地，該時間大于大約10秒；更優(yōu)選大于大約20秒；再優(yōu)選超過大約40秒；最優(yōu)選大于大約50秒。
同樣，術語“長期儲存后”包括本發(fā)明安全氣囊墊在汽車充氣裝置(組件)中的實際儲存，和/或在待安裝的儲存裝置中的儲存。通過在代表性加熱和適度測試后的對比分析，這種測量通?？杀黄胀夹g人員接受、很好理解并領會。這些測試通常包括在120℃的爐子下經(jīng)過14天老化，或者，可選地，作為對比，在80℃和95％相對濕度下經(jīng)過14天老化。這種測試被廣泛接受為對安全氣囊墊長期儲存條件的適當評價。因此，該術語包括這種測量測試。本發(fā)明氣囊織物在經(jīng)過嚴格假儲存測試之后必須具有適當?shù)奶卣餍孤r間。
本發(fā)明涂層組合物必須包括至少一種硅酮基高彈體的至少50wt％，并且這種組合物只能以最多3.0盎司/平方碼的量存在于目標氣囊織物表面。優(yōu)選地，此量為大約0.5盎司/平方碼到大約2.5盎司/平方碼，更優(yōu)選為大約1.0到大約2.0；最優(yōu)選為大約1.5到大約2.0。另外，硅酮基高彈體優(yōu)選包括總組合物的至少60wt％，更優(yōu)選至少為大約75％，再優(yōu)選至少為90％，且最優(yōu)選至少為95％到100％。
術語“硅酮基材料”或“硅酮基高彈體”意欲包括任何包括帶有至少一個氧原子的硅酮的化合物(例如，聚硅氧烷)。該類型優(yōu)選的化合物列于下面。
正是這種具有相應低添加重量和高泄漏時間的大量硅酮基材料(用于目標織物)在本發(fā)明中具有非常重要的作用，且是難以預料的。如上所述，在低滲透性安全氣囊物品中非常期望使用硅酮基材料；但是，由于低伸長和抗拉強度特性，要求提供預期低滲透性的涂層太厚(且太貴)而不能在工業(yè)中提供合適的涂層。目前，提供涂層厚度實質上均勻(具有極小的厚度變化)的硅酮基涂層的能力已創(chuàng)造了在這些特定低滲透性應用中使用合適硅酮作為主要涂層材料的機會。
因此，本發(fā)明涂層中的硅酮優(yōu)選為溶劑型，且固體含量為總硅酮組合物的大約10％到90％。優(yōu)選地，該量為大約20％到大約80％；更優(yōu)選為大約30％到大約75％，最優(yōu)選為大約35％到大約65％。固體物質能更好地控制在目標織物表面的涂敷。通常，干膜是無效的，過度液化的組合物(雖然更易于用于工業(yè)規(guī)模)可有效阻止在目標織物表面涂敷低變化(指厚度)涂層。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果涂敷于織物表面的涂層實際上具有幾乎均勻的厚度，硅酮基材料將具有預期的高斷裂伸度和抗拉強度。由于涂層必須填充紗線和接隙之間的縫隙空間，這些分離區(qū)域內(nèi)的膜越不均勻，越容易取代它。因此，更均衡、且因此更結實的涂層可提供需要的能力以在充氣過程中、在其涂敷區(qū)域上以最長的時間保留最大量的涂層。因此，這里所討論的特定硅酮基涂層組合物必須與目標織物表面相接觸。如果需要，它可與其他材料一起處理，以幫助減少結塊(即在涂層織物的折疊部分凝結)、提高老化穩(wěn)定性和抗?jié)穸饶芰Α?br> 過去，刮刀涂布(包括刮刀上膠)是將硅酮基材料涂敷于氣囊表面的主要方法。但是，由于這種傳統(tǒng)材料的物理狀態(tài)(即低固體含量)，涂敷的涂層極難以均勻方式(指涂層厚度)涂敷。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用上面所述的高固體含量的硅酮基涂層時，涂敷方法可以為，例如在刮刀涂布中使用一種寬帶以更好地控制(且更少的“涂抹”)涂敷的涂層以實現(xiàn)預期的實質上均勻的低添加水平。
因此，由于具有實質均勻的低添加厚度，硅酮基涂層具有預期的高水平拉伸強度為至少1,000psi(優(yōu)選為至少1,100，更優(yōu)選為至少1,200，最優(yōu)選為至少1,250)且斷裂伸度大于大約200％(優(yōu)選超過大約300％，更優(yōu)選大于500％，最優(yōu)選大于大約600％)。高彈體的這些特征轉化為一種膜，它既非常結實(這樣能經(jīng)受充氣時和充氣后的時間內(nèi)的巨大壓力且不容易斷裂)，又能拉伸以補償這種較大的充氣壓力等。這樣，當涂敷至側面簾式安全氣囊的接縫處，以及用在氣囊結構的其他地方時，該涂層最優(yōu)選(雖然不是必要的)形成一連續(xù)膜。這種涂層既能填充紡織紗線和/或縫合等間的單個洞，也能將單根紗線凝結定位。然后，在充氣過程中，涂層阻止在織線間的空隙處泄漏，并幫助防止了織線的偏移(這可為可能的氣體逃逸產(chǎn)生較大空間)。
協(xié)同地，這種具有高抗拉強度和高斷裂伸度硅酮基材料的可用性，令人吃驚地允許以極低的添加重量使用這種高度合適的涂層配方(如山所述)。通常，側面簾式安全氣囊要求的涂層很高，至少為3.0盎司/平方碼(根據(jù)標準，實際要比這高得多，大約為4.0)。本發(fā)明安全氣囊墊要求用很少的涂層量(指在目標織物上的添加重量)以達到預期的泄漏率。本發(fā)明涂層用量優(yōu)選最多為大約3.0盎司/平方碼(優(yōu)選更少，如2.0，更優(yōu)選為1.8，再優(yōu)選為大約1.5，最優(yōu)選為低到0.8)以實現(xiàn)預期的高泄漏時間(低滲透性)。而且，這種硅酮基涂層有非常好的熱老化穩(wěn)定性和濕度老化穩(wěn)定性。這樣，在特定安全氣囊領域中，涂層組合物和涂層氣囊都得到了明顯的改善。
通過表現(xiàn)出具有可在目標安全氣囊織物表面形成厚度實質均勻、滲透性可控涂層的能力，可接受用于本發(fā)明的硅酮基材料和或高彈體的實例包括這些優(yōu)勢固體組合物，如可從Rhodia公司得到的、固體含量為大約50％的RhodiaHS-60和固體含量為大約30％的Dow-CorningTR-55，這兩者都基于總的溶劑型組合物。高固體含量組合物中存在的溶劑可以是任何標準的有機液態(tài)溶劑，如低級乙醇(異丙醇、乙醇、丁醇及其類似物)、液態(tài)芳香烴，如甲苯、苯胺及其類似物，甲基乙基酮，及任何其他這種標準溶劑。
高彈體涂層組合物中的其他可能成分是改善粘性劑、抗氧化劑、阻燃劑、凝結劑、凝結促進劑以及著色劑。
首層粘合劑可用來促進目標織物表面和高彈體本身之間的凝結。因此，雖然優(yōu)選高彈體是整個高彈體組合物中唯一與織物表面接觸的組分，但可利用凝結促進劑，如異氰酸酯、環(huán)氧樹脂、功能性硅烷以及其它這種具有粘結性質的樹脂，這并不損害高彈體為目標安全氣囊墊提供預期的低滲透性。如上所述，也可用一種經(jīng)過處理的組分對目標安全氣囊墊產(chǎn)生適當?shù)姆墙Y塊特性。這種處理能實現(xiàn)多種功能，包括但不限于根據(jù)涂層材料的粘結性，改善高彈體(如具有硅酮)的老化性或提供抗結塊性。
氣囊織物必須經(jīng)過某些測試以用在約束系統(tǒng)中。一種測試稱為結塊測試，它在兩者彼此接觸(如安全氣囊所儲存的)的延長儲存后指示出將涂層織物的兩部分彼此分開所需的力。對結塊的實驗室分析要求必須將兩個2英寸×2英寸的安全氣囊織物樣品的涂層邊在5psi、100℃的條件下壓在一起7天。如果在此時間后將兩個樣品分開所需的力超過50克，或利用一個懸掛在底部織物層上的50克的重物將織物分開所用的時間超過10秒，那么結塊測試就是失敗的。很明顯，分開所要求的剪力越小，膜就越好。為改善抗結塊性(這樣就減少了在包裝的織物部分間粘結的機會)，可使用外涂層組分，如云母、氧化硅、硅酸鹽粘土及淀粉末，只要整個高彈體組合物(包括外涂層)的添加重量不超過大約3.0盎司/平方碼即可，優(yōu)選為大約3.0盎司/平方碼(優(yōu)選更低的值，如大約2.0)。優(yōu)選云母作為外涂層(如果含有一個的話)。其他可能的外涂層(雖然很少要求)包括，聚酰胺、NBR橡膠、EPDM橡膠及其類似物，只要高彈體組合物(包括外涂層)在目標織物上的添加重量不超過3.0盎司/平方碼即可。
特定涂層安全氣囊墊必須進行的另兩個測試是火爐(加熱)老化測試和濕度老化測試。這些測試都是模擬氣囊織物在高壓和較高的相對濕度中暴露較長的一段時間的儲存。實際上用這些測試來分析在熱通風爐(＞100℃)(有或沒有潮濕環(huán)境)經(jīng)過2周或更長時間的儲存后各種不同織物特性的變化。根據(jù)本發(fā)明，這種測試主要通過測量特征泄漏時間(在前面已有詳細討論)來分析涂層側面簾式安全氣囊的透氣性。初始生產(chǎn)并儲存的本發(fā)明安全氣囊墊在降至初始充氣壓力的一半時應當具有的特征泄漏率至少為5秒，優(yōu)選更長?？蛇x地，在如此嚴格的儲存條件下具有的特征泄漏時間大于大約5秒(氣囊先充氣到一個高于大約15psi的峰值壓力后完全放氣后再在10psi的壓力下充氣)。高彈體組合物中的其他添加劑，包括但不限于UV穩(wěn)定劑、填料、顏料和交聯(lián)/固化劑，如本領域中所公知的。
用于涂敷本發(fā)明高固體含量的硅酮基高彈體涂層以形成本發(fā)明安全氣囊底布的基質優(yōu)選是一種由包括合成纖維(如聚酰胺和聚酯)的紗線做成的紡織品。這種紗線的線性密度優(yōu)選為大約105旦尼爾到大約840旦尼爾，更優(yōu)選為大約210到大約630旦尼爾，最優(yōu)選為大約315到大約420旦尼爾。這種紗線優(yōu)選由多數(shù)長絲制成，其中長絲的線性密度為大約6旦尼爾/長絲或更小，最優(yōu)選為大約4旦尼爾/長絲或更少。在更優(yōu)選的實施方案中，這種底布由尼龍纖維做成，最優(yōu)選為尼龍6,6。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當與本發(fā)明涂層結合使用時，這種聚酰胺材料具有特別好的粘結性和抗水解性。這種底布優(yōu)選用流體噴射織機制成，如在Bower等人的美國專利5,503,197和5,421,378中公開的那樣(在此引入作為參考)。這種紡織品在后面將被稱為安全氣囊底布。如上所述，本發(fā)明安全氣囊必須具有極低滲透性，并因此稱為“側面簾式”安全氣囊。如前面充分描述的，這種側面簾式安全氣囊(也稱為氣墊)必須在撞擊過程中保持大量的氣體，以在翻車事件中為乘客提供適當長時間的緩沖保護。任何標準側面簾式安全氣囊都可與低添加量涂層一起使用，以提供一種具有上述滿意泄漏時間的產(chǎn)品。大多數(shù)側面簾式安全氣囊都是通過勞動密集型的縫紉或縫合(或其他方式)，將兩塊分開的紡織品空連接到一起以形成充氣結構。此外，本領域普通技術人員都能理解，這種縫紉等在關鍵處進行以形成接縫(織物層間的連接點)，這些接縫反過來產(chǎn)生在充氣時充入氣體可流入的分離開口區(qū)。這些開口區(qū)因而在最終的充氣安全氣囊墊中產(chǎn)生墊狀結構以在撞擊中提供更大的表面積，并增強氣囊本身的強度以經(jīng)受非常高的初始充氣壓力(并因此在這種充氣過程中沒有爆炸)。還有其它整體紡織的側面簾式安全氣囊。基本上，一些充氣式安全氣囊通過對兩個在特定關鍵處有連接的單獨織物層同時進行紡織而制成(這樣又形成了預期的墊式結構)。因此，這種氣墊在兩層之間產(chǎn)生了接縫。正是這么多接縫的存在(多片和整體紡織氣囊)產(chǎn)生了前述充氣過程中和充氣后的漏氣問題。紗線偏移的可能性，特別是紗線以各種不同的方式和數(shù)量進行的偏移，都將通過充入氣體的快速逃逸而使氣囊快速放氣。這樣，安全氣囊底布不能幫助降低滲透性(及相關的泄漏時間，特別是在相對高壓下)。正是這些縫隙問題才導致了過去需要使用很厚、且因而很貴的涂層以達到必要的滲透性。
最近，已經(jīng)從多片側面簾式安全氣囊(它要求大量的勞動密集型的縫紉來粘合紡織品上的空隙)和傳統(tǒng)的整體紡織墊轉向一種更專業(yè)的整體紡織品，這種紡織品具有實質上減少的紡織紗線間的浮紗以實質上減輕紗線基于充氣產(chǎn)生的不平衡偏移，如在Sollars，Jr.的09/406,264專利中所述，其說明書在此全部引入。這些整體紡織氣囊一般用多臂機和提花流體噴射織機來生產(chǎn)，優(yōu)選使用的整體安全氣囊用提花紡織工藝完成。有了這種改善，在接縫處漏氣的可能性就大大降低了。這些安全氣囊在兩層織物間的凝結處以及附近提供均衡的紡織結構，這樣，與標準整體紡織安全氣囊相比，就減少了在高壓充氣時紗線移位的能力(基本上，在紡織縫內(nèi)形成這種氣墊充氣室的浮紗的數(shù)量最多為3緯紗，以產(chǎn)生期望的低滲透特性)。不幸地是，這種發(fā)明的整體紡織氣囊還有問題，在于紡織交叉部分可在高壓充氣時有移位，這樣對于適當功能，漏氣仍非?？赡芤院芨邫C率發(fā)生。結果，仍需要用能降低和/或消除這種效果的材料在這種整體紡織結構上進行涂層。但是，這種整體紡織結構允許高彈體涂層的極低添加量用于其低滲透作用。實際上，本發(fā)明安全氣囊用低于2.0盎司/平方碼且可低到1.0盎司/平方碼的低添加量涂層就能實現(xiàn)很好的功能。
此外，雖然它不是本發(fā)明所優(yōu)選的，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明涂層組合物具有與標準整體紡織氣囊相似的很低的滲透性，特別是與涂有本發(fā)明的低添加量、高抗拉強度、高伸長度的硅酮基高彈體材料相比；但是，要求長泄漏時間所要求的涂層量遠遠高于上述的Sollars，Jr.的發(fā)明的整體紡織結構。因此，至多1.5且甚至等于大約2.5盎司/平方碼的添加量對實現(xiàn)這些其它整體紡織安全氣囊所預期的低水平透氣性來說是必須的。即使用了這種高添加量的涂層，本發(fā)明涂層本身還是比標準、商業(yè)的、現(xiàn)有技術的硅酮等涂層(它們出現(xiàn)的量必須超過3.0盎司/平方碼)有了顯著的改善。
另外，在本發(fā)明的添加量下，還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明涂層組合物具有與前述縫紉、縫合等方式做的側面簾式安全氣囊相同的好處。雖然由于在這些附件接縫處滲漏的可能性很高，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與標準低滲透性、高添加量硅酮和氯丁橡膠涂層配方相比，本發(fā)明涂層具有添加量相應較低但有實質降低的滲透性。根據(jù)在與目標織物表面直接接觸的涂層組合物中使用一種具有足夠高抗拉強度及足夠拉伸性的高彈體組分，本發(fā)明涂層的這種添加量接近3.0盎司/平方碼，但更低的量也證明是有效的(例如，低于2.5，低于2.0，最優(yōu)選低于大約1.5盎司/平方碼)。另外，由于具有降低涂層材料(它們通常都很貴)添加量的能力，而同時也實質性地降低了目標氣囊結構的滲透性，以及高抗?jié)穸群蜆O有效的老化穩(wěn)定性，本發(fā)明涂層組合物和本發(fā)明涂層安全氣囊本身明顯是對現(xiàn)有涂層技術的巨大改善。
本發(fā)明的特別重要之處是能將涂層安全氣囊墊以盡可能小的體積裝進目標汽車車頂線上的圓柱形儲存容器內(nèi)。本發(fā)明安全氣囊可以滾筒形(為最好地適應圓柱形容器，也為了最好地在撞擊事件中充氣以給乘客提供足夠的保護)裝進一個直徑最大為23mm的圓柱形容器。在車頂圓柱形容器長兩米的情況下，其必要的容積等于大約830cm3(用公式2[Pi]半徑2計算體積)。市面上側面簾式安全氣囊墊(由于產(chǎn)生低滲透性所需的涂層的厚度所限)標準卷曲直徑至少為25mm。因此，所需圓柱形容器的容積至少為980cm3。優(yōu)選地，本發(fā)明安全氣囊墊儲存時的卷曲直徑最多為20mm(給定包裝體積為大約628cm3)，這個數(shù)值明顯低于標準包裝體積。至于安全氣囊墊充氣時的深度(即，氣囊沿著目標汽車的側面，如窗戶，從頂棚線向下伸展到它的最低點的長度)，本發(fā)明安全氣囊墊的深度(標準值接近17英寸或431.8mm)與它的卷曲直徑的比值至少為18.8。最好該比值為大約21.6(卷曲直徑為20mm)，并且最大為大約24(此時直徑最小，約18mm)。當然，這一比值范圍并不要求深度為標準的17英寸，它主要隨涂層厚度和添加重量而變化。
發(fā)明的涂層最好用刮刀上膠方式涂在織物基片上涂層，然后干燥、凝固以形成必需的薄而均勻的涂層。也可以使用其他可控制厚度的涂層方式，包括但不局限于浮刀、泡沫墊上方刀等方法，來命名一些不同的方法。但是為在目標織物表面產(chǎn)生均勻涂層(或可能為薄膜)，特別優(yōu)選使用固定間隔刮刀涂層方式。一個能在目標織物甚至突起線上涂層的固定間距的涂層程序非常有必要。涂層的最終干重優(yōu)選為0.5到3.0盎司/平方碼之間，更優(yōu)選為1.0到2.5盎司/平方碼或略少，最優(yōu)選為1.5到2.25盎司/平方碼或略少。根據(jù)ASTM測試D737，“織物透氣率”測試標準，涂層后的安全氣囊墊基本不透氣。
盡管本發(fā)明將基于一些優(yōu)選的實施方案和實際操作來加以描述，這決不意味著本發(fā)明只限用于這些特定實施方案，而且它意欲涵蓋結構性等價物和可由所附權利要求及其等價物規(guī)定的所有可選實施方案和改動。
本發(fā)明優(yōu)選實施方案以下實施例被用來進一步描述本發(fā)明。這些實施例被用來例證本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，而非限制本發(fā)明的使用范圍。
本發(fā)明潛在的其他優(yōu)選的硅酮基高彈體包括表1其他優(yōu)選硅酮基涂層材料商用名稱 抗拉強度 斷裂伸度 撕裂強度 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硅酮材料沒有測量比重。
本發(fā)明硅酮基材料的合成及涂敷至目標織物采用如下方法實施例1首先組合如下涂層配方組分量RhodiaHS-60 Part A硅酮 50份RhodiaHS-60 Part B硅酮 50份甲苯 100份準備這一配方并將其涂敷于由420旦尼爾數(shù)尼龍6,6紗線制成的整體紡織而成的側面簾式安全氣囊上，織物上的織入縫每緯紗不超過3個連續(xù)浮紗(參考Sollars，Jr.的美國專利申請09/406,264的優(yōu)選氣囊)。
用刮刀滾動涂布法將溶劑分散體涂敷到氣囊上。為了使添加的涂層重量為2.0oz/yd，使用的涂層間距為825μm。在干燥爐中去除溶劑，且織物先在180℃下固化2分鐘，然后在另一個爐子中再固化7分鐘以確保固化最優(yōu)化。測得的實際涂層增加量為1.78oz/yd2。
然后，試驗氣囊被放在一個高壓滲透性測試儀上通過逐漸增加壓力到最大值15psi進行測試，觀察到的流速如下psi流量(scfm)2.5 0.005.0 0.077.5 0.0910.00.1312.50.1715.00.28壓力達到15psi之后，關閉空氣供給閥，且測得壓力從峰值15psi下降到7psi所需時間為33秒。
實施例2-4將與實施例1中同樣配方的涂層用于三個獨立的整體紡織安全氣囊(如上)，但是使用不同的涂層添加重量。實施例2中用的量為大約2.25盎司/平方碼，實施例3為大約1.90盎司/平方碼，實施例4為大約1.56盎司/平方碼。每個氣囊的測試結果(泄漏速率)列表如下，表中最后一項表明相應氣囊壓力從充氣壓力下降到一半起始壓力所用的時間。
泄漏速率(指定壓力下的SCFM) 泄漏時間(秒)


圖1為本發(fā)明側面簾式安全氣囊開發(fā)前的汽車側視圖和內(nèi)側視圖。
圖2為本發(fā)明側面簾式安全氣囊開發(fā)后的汽車側視圖和內(nèi)側視圖。
圖3為側面簾式安全氣囊的側視圖。
圖4為側面簾式安全氣囊容器的側視圖。
圖5為圖4中容器的儲存安全氣囊的剖面圖。
附圖詳細說明如圖1所示，顯示了側面簾式安全氣囊(沒有指明)充氣前汽車10的內(nèi)部圖。汽車10包括前座12、后座14、前側窗16、后側窗18和汽車車頂線20，其內(nèi)儲存有一個包括本發(fā)明側面簾式安全氣囊(未示出)的圓柱形容器22。在車頂線20中還有一個充氣裝置24，一旦撞擊事件發(fā)生，它自動啟動并將氣體壓入側面簾式安全氣囊(圖2中的26)。
圖2為已充氣的側面簾式安全氣囊26。如上所述，氣囊26上涂有最多為2.5盎司/平方碼的涂層組合物(未示出)，優(yōu)選上述實施例1中的組合物。本發(fā)明安全氣囊26能保持至少5秒的充分充氣狀態(tài)，優(yōu)選更長，最優(yōu)選如從至少20秒到至少50秒。
圖3顯示在車頂線圓柱形容器22內(nèi)在未充氣狀態(tài)下的側面簾式安全氣囊26。與從車頂線圓柱形容器22到安全氣囊(處于其未充氣或充氣狀態(tài))最底部點28測量的安全氣囊的深度相比，測量用作卷曲包裝直徑的安全氣囊26的厚度，如上所述，至少是17且最大為29。
通過觀看沿線2儲存在容器22中的卷曲氣囊26，圖4和圖5幫助理解這個概念。上述實施例3中安全氣囊26的直徑為大約20mm。側面簾式安全氣囊的標準深度為大約17英寸，即大約431.8mm。因此，優(yōu)選的包裝體積系數(shù)為大約21.6。添加重量為4.0盎司/平方碼的對比硅酮基厚涂層的直徑為大約25mm，其包裝體積系數(shù)為大約17.3。
當然，本發(fā)明還有許多意欲包括在所附權利要求的精神和范圍內(nèi)的可選實施方案和改動。
權利要求
1.一種包括涂層織物的安全氣囊墊，其中所述織物涂有一層量最多為3.0盎司/平方碼的高彈體組合物；其中所述高彈體組合物至少包括硅酮基材料總組合物的50wt％；其中所述硅酮基高彈體組合物與所述安全氣囊織物表面接觸；且其中所述安全氣囊墊在長期儲存后、壓力減到初始充氣壓力的至少一半時表現(xiàn)出的特征泄漏率為至少5秒。
2.如權利要求1所述的安全氣囊墊，其中所述涂層織物包括選自聚酯和聚酰胺的纖維。
3.如權利要求2所述的安全氣囊墊，其中所述涂層織物包括選自尼龍6和尼龍6，6的聚酰胺纖維。
4.如權利要求2所述的安全氣囊墊，其中所述纖維的平均旦尼爾數(shù)在315到大約630的范圍內(nèi)。
5.如權利要求4所述的安全氣囊墊，其中所述纖維的平均旦尼爾數(shù)為大約420。
6.如權利要求5所述的安全氣囊墊，其中所述纖維是選自尼龍6和尼龍6，6的聚酰胺纖維。
7.如權利要求6所述的安全氣囊墊，其中所述安全氣囊涂層組合物至少包括硅酮基材料總組合物的60wt％，且在所述安全氣囊織物上存在的量為大約0.5到大約2.5盎司/平方碼織物。
8.如權利要求7所述的安全氣囊墊，其中所述安全氣囊涂層組合物至少包括硅酮基材料總組合物的75wt％，且在所述安全氣囊織物上存在的量為大約0.75到大約2.25盎司/平方碼織物。
9.如權利要求8所述的安全氣囊墊，其中所述安全氣囊涂層組合物至少包括硅酮基材料總組合物的90wt％，且在所述安全氣囊織物上存在的量為大約1.0到大約2.5盎司/平方碼織物。
10.如權利要求9所述的安全氣囊墊，其中所述安全氣囊涂層組合物至少包括硅酮基材料總組合物的95wt％，且在所述安全氣囊織物上存在的量為大約1.5到大約2.25盎司/平方碼織物。
11.如權利要求1所述的安全氣囊墊，其中所述特征泄漏率至少是10秒。
12.如權利要求11所述的安全氣囊墊，其中所述特征泄漏率至少是20秒。
13.如權利要求12所述的安全氣囊墊，其中所述特征泄漏率至少是30秒。
14.如權利要求13所述的安全氣囊墊，其中所述特征泄漏率至少是50秒。
15.如權利要求1所述的安全氣囊墊，其中所述氣墊是在環(huán)繞充氣室的每個接縫內(nèi)具有至多3根緯紗浮紗的整體提花紡織側面簾式安全氣囊。
16.一種包括涂層織物的安全氣囊墊，其中所述織物涂有一層至少包括溶劑型硅酮材料總組合物的50wt％的高彈體組合物，其中該硅酮材料包括10％到90％的固體含量；且其中所述安全氣囊墊在長期儲存后、在壓力減到初始充氣壓力的至少一半時表現(xiàn)出的特征泄漏率至少為5秒。
17.如權利要求16所述的安全氣囊墊，其中所述涂層織物包括選自聚酯和聚酰胺的纖維。
18.如權利要求17所述的安全氣囊墊，其中所述涂層織物包括選自尼龍6和尼龍6，6的聚酰胺纖維。
19.如權利要求17所述的安全氣囊墊，其中所述纖維的平均旦尼爾數(shù)在315到大約630的范圍內(nèi)。
20.如權利要求19所述的安全氣囊墊，其中所述纖維的平均旦尼爾數(shù)為大約420。
21.如權利要求20所述的安全氣囊墊，其中所述纖維為選自尼龍6和尼龍6，6的聚酰胺纖維。
22.如權利要求21所述的安全氣囊墊，其中所述安全氣囊涂層組合物至少包括硅酮基材料總組合物的60wt％，且在所述安全氣囊織物上存在的量為大約0.5到大約2.5盎司/平方碼織物。
23.如權利要求22所述的安全氣囊墊，其中所述安全氣囊涂層組合物至少包括硅酮基材料總組合物的75wt％，且在所述安全氣囊織物上存在的量為大約0.75到大約2.25盎司/平方碼織物。
24.如權利要求23所述的安全氣囊墊，其中所述安全氣囊涂層組合物至少包括硅酮基材料總組合物的90wt％，且在所述安全氣囊織物上存在的量為大約1.0到大約2.5盎司/平方碼織物。
25.如權利要求24所述的安全氣囊墊，其中所述安全氣囊涂層組合物至少包括硅酮基材料總組合物的95wt％，且在所述安全氣囊織物上存在的量為大約1.5到大約2.25盎司/平方碼織物。
26.如權利要求16所述的安全氣囊墊，其中所述特征泄漏率至少是10秒。
27.如權利要求17所述的安全氣囊墊，其中所述特征泄漏率至少是20秒。
28.如權利要求18所述的安全氣囊墊，其中所述特征泄漏率至少是30秒。
29.如權利要求19所述的安全氣囊墊，其中所述特征泄漏率至少是50秒。
30.如權利要求16所述的安全氣囊墊，其中所述氣墊是在環(huán)繞充氣室的每個接縫內(nèi)具有至多3根緯紗浮紗的整體提花紡織側面簾式安全氣囊。
31.一種卷曲包裝體積系數(shù)為大約17到大約24的涂層側面簾式安全氣囊，其中，所述涂層側面簾式安全氣囊充氣后的泄漏時間至少為5秒，其中所述安全氣囊涂有一層至少包括硅酮基材料的50wt％的組合物。
32.如權利要求31所述的安全氣囊墊，其中所述卷曲包裝體積系數(shù)為大約21.6。
全文摘要
本發(fā)明涉及充氣式涂層織物，更具體地，涉及其上涂有極低添加量硅酮基涂層且具有極低滲透性的安全氣囊墊。本發(fā)明充氣式織物主要用于要求滲透性低的汽車約束氣墊(如側面簾式安全氣囊)。傳統(tǒng)的重因而也較貴的化合物涂層如氯丁橡膠、硅酮及類似物已經(jīng)用于提供這種需求的低滲透性。本發(fā)明織物利用一種不貴、很薄、實質均勻的硅酮涂層來達到這種必要的低滲透水平。這樣，本發(fā)明涂層至少包括包含大部分硅酮基材料的一個單層，當涂敷至目標織物表面時，該單層的總厚度最多為大約3.0盎司/平方碼。與其他涂層安全氣囊相比，本發(fā)明安全氣囊具有特征性的長泄漏率。
文檔編號B60R21/23GK1436132SQ01811170
公開日2003年8月13日 申請日期2001年4月24日 優(yōu)先權日2000年6月16日
發(fā)明者M·D·赫斯特, E·赫西 申請人:美利肯公司