CN101107153A - 缝纫接缝处带有防透气密封胶的安全气囊 - Google Patents

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Abstract

一种由材料片沿一条或更多条缝纫接缝连接在一起形成的充气型安全气囊结构。缝纫接缝通过围绕至少部分缝纫线的低模量、高伸长率的密封胶而被密封在邻接层之间的内部。从密封胶层内部撕开会使密封胶在张力下以内聚方式失效，同时仍粘结在织物上，从而在接缝处于张紧状态时保持防透气性。

Description

缝纫接缝处带有防透气密封胶的安全气囊
技术领域
本发明大体上涉及车辆安全气囊，尤其是由通过缝纫接缝连接在一起的材料片形成的安全气囊垫体。具有规定特征的密封胶置于缝纫接缝的内部，以便在安全气囊膨胀过程中当接缝处于张紧状态时，较长时间地防止气体泄漏。
背景技术
面向车辆乘客的冲击吸收型充气型垫体形式的安全气囊安全约束系统和/或沿车辆侧面放置在乘客和车窗或车门之间的充气型约束帘体在碰撞事件中避免乘客损伤的作用已经为人所共知。一般在发生碰撞事件时，从充气机释放的反应气体的压力下使这种安全气囊迅速膨胀。通常当车辆减速超过某种水平时，从碰撞探测传感器发出的碰撞信号引发充气机中的气体发生剂发生化学反应，这时会发生这种气体发生作用。然后通过充气机产生的气体被输送至安全气囊。冲击吸收型充气型垫体一般会从储存位置如仪表盘、转向柱或类似位置向外展开。充气型约束帘体一般从储存位置沿车顶纵梁向下展开，以便至少部分遮盖车辆侧面的车窗和/或车门。因此，展开的帘体提供一定程度的缓冲约束作用以及防止乘客从车辆中被弹出。由于翻车碰撞事件的持续时间较长，期间车辆可能翻滚几次，因此需要帘体式安全气囊保持较长时间的膨胀状态，以便保持一定程度的头部保护和屏障约束作用，直至整个事件结束。优选这种帘体式约束垫体保持大约6秒或更长时间的膨胀。
通过将织物片缝制在一起形成的安全气囊垫体一般不能保持较长时间的膨胀状态。采用大量防透气涂料能够提高性能。但是，向织物层上涂布足够重量的涂料会导致实际重量和体积增大，从而增加了成本且更难储存。由于在缝制安全气囊中气体释放主要发生在接缝处，已经使用的一种解决方案是在提花织机上将安全气囊编织为一片式结构，然后涂布相对厚的防透气涂料层以覆盖包括接缝中的织物在内的整个结构。尽管提花编织能提供满足所需性能要求的安全气囊结构，但在实践中由于相对昂贵而很难实施。而且，即使在接缝中具有织物，安全气囊例如需要保持较长时间膨胀的帘体式安全气囊仍然需要相对高重量的涂料。
发明内容
本发明通过提供用缝纫接缝将织物片连接在一起形成的安全气囊结构，该结构在膨胀过程中较长时间地阻止气体泄漏，从而为现有技术提供了优势和可选方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种由织物片等沿一条或更多条接缝连接在一起形成的充气型安全气囊结构。缝纫接缝通过围绕至少部分缝纫线的低模量、高伸长率的聚合密封胶而被密封在邻接层之间的内部。由于密封胶具有低模量和高伸长率的特性，从密封胶层内部撕开会使其在张紧状态下以内聚方式失效，同时仍粘结在织物上，从而在接缝处于张紧状态时保持防透气性。
附图说明
所含附图构成本说明书的一部分，其图示了本发明的示例性实施方式，其与下面列出的详细说明一起用于解释本发明的原理；
图1是运输车辆的剖视图，其图示了向乘客侧展开的充气型安全气囊垫体；
图2是将具有内部密封层的两块材料片固定在一起的通用接缝结构的切面视图；
图2A是类似于图2的视图，其中的接缝处于张紧状态下；且
图3是显示对于根据本发明的缝制安全气囊帘体和现有技术的侧帘式结构，压力下降随时间变化的图表。
具体实施方式
现在参照附图，其中在不同的视图中类似的部件标注以类似的图例数字。回到图1，显示了运输车辆10的内部结构。要理解的是，运输车辆可以具有各种构造，如汽车、卡车、大篷货车、运动型多用途车或类似构造。不管实际的车辆构造如何，都将包括一排或更多排座椅12以支撑乘客14。
如图所示，车辆10包括冲击吸收型安全气囊16，其与充气机17一起使用，以便面向乘客迅速展开。冲击吸收型安全气囊16可以由沿接缝18连接在一起的一块或更多块料坯如织物等形成。根据本发明，至少部分接缝18可以是通过将缝纫线穿过相对的材料片之间的线迹配置而形成的缝纫接缝。当然，要理解的是，图示的冲击吸收型安全气囊16仅仅是一个例子，本领域技术人员公知的任何其他几何形状同样可应用于本发明，只要它们加入一定比例的缝纫接缝。当然，其他冲击吸收型安全气囊同样地可从转向柱和车辆10内部的其他部位以本领域技术人员所公知的方式展开。
如图所示，车辆10还包括充气型帘体20形式的安全气囊，其与充气机22一起使用以在较长时间的翻车碰撞事件中保护乘客。起作用时，在膨胀过程中，充气型帘体20从储存位置沿车辆10的车顶纵梁向下展开至乘客14侧的图示位置。当帘体20膨胀时，其长度方向上的尺寸经受正常的回缩作用，从而通过各端的拴系组件23使其处于张紧状态。通过保持这种张紧状态，帘体20形成有效的弹性屏障，防止乘客14被弹出。因此，为了在帘体20中保持所需的端对端张力，需要在整个翻车事件中保持膨胀状态。
在实践中，帘体20可以由沿外围接缝30连接的两块相对镜像的材料片如机织织物形成。当然，同样可采用任何其他构造例子。仅作为例子，材料片可以是单块布坯本身反折并围绕开边缝合的各部分。如图所示，可以在帘体20的内部采用其他的邻接接缝以便形成所谓的零长度系绳(zero length tether)34的配置，从而控制气流和充气型帘体20内的展开特性。根据本发明，至少部分外围接缝和/或内部接缝可以是通过将缝纫线穿过相对的材料片之间的线迹配置而形成的缝纫接缝。当然，要理解的是，图示的帘体20仅仅是示例性的，本领域技术人员公知的任何其他帘体几何形状同样可应用于本发明，只要它们加入一定比例的缝纫接缝。
如前所述，本发明提供了在膨胀展开的应力下适于大幅度减少气体泄漏倾向的充气型帘体内的缝纫接缝。仅作为例子而非限制，说明性的防透气接缝结构，例如，图示在图2中。尽管图示的接缝采用了多条平行的缝制丝线，但这种配置仅是说明性的，实际上可以采用任何接缝结构。例如，如果需要，可以使用单针锁缝。而且要理解的是，为了便于解释，接缝的各组件以放大的尺寸显示，因此不需要按比例绘制。
如图所示，在示例性接缝结构中，由合适的结构材料坯料如机织织物等形成的第一材料片36和由合适的结构材料坯料如机织织物等形成的第二材料片38通过合适的缝合线42沿接缝线40连接在一起。在图示和可能优选的配置中，材料片36和/或38在内表面上包括相对轻质的涂层43，该涂层由强粘附性防透气组合物形成。要理解的是，这些涂层在所形成的安全气囊的无接缝部分上提供防透气作用。仅作为例子而非限制，这种涂层可以包括硅树脂、聚氨酯、可分散的聚酰胺或类似物。硅树脂涂层的干重为大约10至50克/平方米，更优选大约15至大约34克/平方米，最优选大约20至大约25克/平方米。当然，在材料片36、38具有足够的防透气特性的情况下，如果需要可去掉这些涂层。在不一定需要延长膨胀时间的情况下，对于冲击吸收型垫体16特别需要去掉涂层。
不管是否使用防透气涂层43，根据本发明，至少部分缝纫接缝包括夹在材料片36、38之间并至少部分围绕缝合线42的密封胶层44。在实践中，密封胶层44优选沿接缝的长度延伸，并形成厚度尺寸与缝纫线平行的塞子，其不连续的相对窄的宽度尺寸横在缝纫线上。宽度尺寸足以使至少部分缝合线被塞子所围绕。
要理解的是，在向帘体20上施加压力的过程中，当所连接的材料片试图彼此分离时，缝纫接缝处于张紧状态。图2A图示了处于压力下的图2的接缝，材料片在箭头方向上被彼此拉开。如图所示，在施加压力的过程中，接缝试图在底部分离，从而使密封胶层44要被拉离中心线。在密封胶层44内的最大拉伸程度是在接缝底部，在此处材料片36、38相互分开。如图2A所示，根据本发明，在膨胀过程中，密封胶层44沿所连接的材料片36、38变形。之后密封胶层44开始以内聚方式失效，裂缝延伸停止的位置正好未达到缝合线42。
已经确定在形成裂缝dc的过程中发生的表面能可以写作下面的Tb.dc，其中T是密封胶的撕裂能，且b是密封胶样品的宽度。由于在此过程中没有能量损耗，所有的能量都用于形成裂缝，因此：
2Fd＝Tbdc...................(1)
其中F是拉开粘合剂的力，dl是样品长度发生的变化。因为在此阶段织物具有最小的伸长度，因此dl＝dc。同样，如果每单位宽度的力规定为f，则上述等式可以转变为下述更简单的形式：
2f＝T......................(2)
因此，撕裂能基本上与密封胶的厚度无关，其完全是每单位接缝宽度力的函数。在此特殊的应用中，应选择以内聚方式(cohesive manner)失效的密封胶。其结果是，粘合剂的抗张强度应该不会高到足以将这种失效模式从内聚模式转变为粘合模式。上述理论参数通过附着在织物胶粘剂上的密封胶的剥离试验来确定。
基于大量试验，已经发现超过大约5至10毫米的密封带宽度一般是不需要的。令人惊奇的是，发现大宽度实际上不能达到预期目标，因为它们开始引发更多的附着失效(即，从邻近的材料片剥离)，而不是优选的密封胶内的内聚失效。在拉力试验仪中用剥离结构来评价密封胶的宽度效应，以尽量减小安全气囊中的变形。密封胶的厚度以5毫米和10毫米宽度进行评价，在此过程中也引入缝纫接缝的作用以理解是否密封胶如设计那样进行工作。在此提到的一个新参数“性能强度比”或PSR在各种密封胶的设计阶段中规定如下，并用作帘体式安全气囊中气体保留的识别参数：
Figure A20068000293600111
在上述比率中，密封胶本身对垫体中的接缝不能提供任何抗张强度，但缝纫接缝能提供。结果，优选较低的PSR比，但同时应该不会过低以导致密封胶过早地从基布上的涂层剥离：撕裂强度和接缝抗张强度优选根据DiN EN ISO 13934-1测定。
基于这些参数，已经确定为实现所需的内聚失效机制，密封胶的粘合强度需要高于密封胶的内聚强度。而且，密封胶应优选是不可混合的，并显示非常低的界面张力。另外，密封胶材料优选以足够的力粘附到材料片上，以免过早地剥离。作为例子，为了实现所需的性能特征，可以预期对于典型的缝纫接缝如单针锁缝(其抗张强度为大约178磅力/英寸)，密封胶的撕裂强度优选为大约10至大约44磅力/英寸，这样PSR的优选范围是大约0.05至大约0.25，更优选大约0.10至大约0.20，最优选大约0.18或更小。当用上述等式2计算时，密封胶层44的撕裂能优选小于大约75lbs.力/英寸。为实现这些特性，已经发现密封胶抗张强度的优选范围根据JIS K6249测定为大约1.5至大约2.5MPa，肖氏硬度小于大约25。密封胶应优选显示所需的内聚伸长率和内聚裂缝扩展，即使在小于大约1毫米的厚度下。在实际实践中，密封胶层的厚度优选为大约5毫米或更小，更优选大约3毫米或更小，最优选小于1毫米。
为实际用于安全气囊垫体中，形成密封胶层44的材料优选在室温下可固化，在室温下在大约150分钟或更少的时间内从液相胶凝转变为固体橡胶相(更优选大约60分钟或更少的时间)，以便在涂覆密封胶后在相对短的时间内通过密封胶层在材料片之间形成接缝。在实际实践中，当涂覆并形成初步的夹心时，密封胶应保持液体形式。之后，在缝拢之前，密封胶应胶凝为固体橡胶相。室温固化的能力避免了使材料片经受高温的必要性。要理解的是，与高温接触是不希望，因为基布材料片会发生回缩。
在确定如上所概括的所需性能和设计参数后，评价了许多胶粘剂组合物，结果概括在下面的表1中。
表1
  密封胶生产商   密封胶部件编号 密封胶类型     固化机制 密封胶尺寸宽度×厚度(mm) 胶凝时间(min)   剥离试验中的失效
Dow  CF6712 2组分   室温/加热   10×1   240   内聚
Shin Etsu  X831-070X-32-2170X-30-2070 2组分2组分2组分   室温室温室温   10×110×110×1   144014401440   内聚两种内聚
Wacker  40013003 1组分2组分   加热加热   10×110×1   12   粘合粘合
  Bayer-GE  TP3754  2组分     加热     10×1     5   粘合
  Rhodia  LSRR20HS  2组分     加热     10×1     5   粘合
  Henkel 1组分     室温     10×1     10   内聚
  Henkel 1组分     室温     10×1     60   内聚
发现由Henkel Corporation(其营业所位于1001 Trout BrookCrossing，Rocky Hill，Connecticut)提供的单组分缩合固化密封胶在以正确方式使用时可以提供所需性能特性。尤其是这种密封胶材料是单组分系统，不依赖于加成固化。而且，这些材料在室温下大约10至60分钟内可以从液体充分固化为固体橡胶相。最重要的是，当在接缝结构内正确使用时，这些密封胶显示了理想的完全内聚的伸长度和失效。当然，要意识到这些密封胶仅作为例子，具有所需特性的其他密封胶同样可以使用。
为证明本发明在气体保留方面的优点，用实际充气机，使用热展开试验，对加入了具有上述密封胶特性的接缝的完全缝制的侧帘式安全气囊与具有相同几何形状的一片式提花机织帘体进行比较。使用没有密封胶层的相同帘体也进行对比试验。在此试验中，一片式机织安全气囊是由420旦尼尔的尼龙6，6纱线机织形成的，成品的覆盖因子为2049.4，且具有重量为75克/平方米的硅树脂涂层。本领域技术人员要理解的是，覆盖因子通过下述公式计算而得：
(dw1/2×nw)+(df1/2×nf)
其中dw是经纱的旦尼尔，nw是成品织物中每英寸经纱的数量，df是纬纱的旦尼尔，nf是成品织物中每英寸纬纱的数量。所检测的缝制和密封帘体采用相同纱线但编织密度较低，成品的覆盖因子为1885.44，总涂层，且仅具有重量为24克/平方米的硅树脂涂层。因此，使用较轻重量的织物以及较低的涂层重量可达到较佳的性能，极大地改进了公知的现有技术。优选硅树脂涂层的重量为大约20至大约30克/平方米。图3中图示的结果显示，密封和缝制的帘体尽管使用较轻的织物和较低的涂层重量，但是将压力维持在50kPa的时间远长于一片式机织侧帘式安全气囊。而且，相对于仅缝制的侧帘，密封操作证明能提高性能。
尽管本发明根据某些可能优选的实施例和实践进行了图示和描述，要理解的是图示和描述的实施例和实践仅是说明性的，本发明并不限于此。另外，要完全理解的是，在阅读上述描述和/或通过实践本发明之后，对本发明的修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明应延及包括在本发明全部精神和范围的广义之内的所有修改和变化。

Claims (29)

1.一种用于在运输车辆中保护乘客的充气型安全气囊，所述安全气囊包括：包括织物的第一材料片和包括织物的第二材料片，其中所述第一材料片和所述第二材料片通过缝纫接缝连接在一起，所述缝纫接缝包括至少一根从所述第一材料片和所述第二材料片之间穿透伸出的缝纫线，由此所述第一材料片和所述第二材料片的不连续片段以彼此相对的关系固定在一起，且其中在所述第一材料片和所述第二材料片的所述不连续片段之间设置不连续宽度的防透气密封胶层，所述防透气密封胶层围绕所述至少一根缝纫线，所述防透气密封胶的抗张强度范围为大约1.5至大约2.5MPa，且与所述第一材料片和所述第二材料片形成粘结结合，其粘合强度超过所述密封胶的内部内聚强度，这样在所述安全气囊内部施加膨胀压力时，所述密封胶层在内部位置上以内聚方式裂开，离开所述第一材料片和所述第二材料片，但不从所述第一材料片或所述第二材料片上剥离，其中所述密封胶的特征在于在室温下在大约150分钟或更少的时间内从液体胶凝成为固体橡胶相。
2.根据权利要求1所述的发明，其中所述密封胶的特征在于在室温下从液体胶凝成为固体的时间不超过大约120分钟。
3.根据权利要求1所述的发明，其中所述密封胶的特征在于在室温下从液体胶凝为固体的时间不超过大约90分钟。
4.根据权利要求1所述的发明，其中所述密封胶的特征在于在室温下从液体胶凝为固体的时间不超过大约60分钟。
5.根据权利要求1所述的发明，其中所述第一材料片和所述第二材料片中的至少一个进一步包括设置为与所述防透气密封胶相接触的涂层。
6.根据权利要求5所述的发明，其中所述涂层包括硅树脂。
7.根据权利要求6所述的发明，其中所述硅树脂的涂层重量为大约10至大约50克/平方米。
8.根据权利要求1所述的发明，其中所述防透气密封胶层的宽度小于10毫米，厚度不大于1毫米。
9.根据权利要求1所述的发明，其中所述密封胶的特征在于其相对于所述第一材料片和所述第二材料片的撕裂强度的范围为大约10至40磅力/英寸，所述带有密封胶的缝纫接缝的特征在于性能强度比为0.05至不大于大约0.25。
10.根据权利要求1所述的发明，其中所述安全气囊是充气型帘体式安全气囊。
11.一种用于在运输车辆中保护乘客的充气型安全气囊，其包括：包括织物的第一材料片和包括织物的第二材料片，其中所述第一材料片和所述第二材料片通过缝纫接缝连接在一起，所述缝纫接缝包括至少一根从所述第一材料片和所述第二材料片之间穿透伸出的缝纫线，由此所述第一材料片和所述第二材料片的不连续段以彼此相对的方式固定在一起，其中在所述第一材料片和所述第二材料片的所述不连续片段之间设置不连续宽度不大于大约10毫米且厚度不大于大约3毫米的防透气密封胶层，所述防透气密封胶层围绕所述至少一根缝纫线，所述防透气密封胶的抗张强度范围为大约1.5至大约2.5MPa，且与所述第一材料片和所述第二材料片形成粘结结合，其粘合强度超过所述密封胶的内部内聚强度，这样在所述安全气囊内部施加膨胀压力时，所述密封胶层在内部位置上以内聚方式裂开，离开所述第一材料片和所述第二材料片，但不会从所述第一材料片或所述第二材料片上剥离，其中所述密封胶的特征在于其相对于所述第一材料片和所述第二材料片的撕裂强度范围为大约10至40磅力/英寸，所述带有密封胶的缝纫接缝的特征在于性能强度比为0.05至不大于大约0.25，其中所述密封胶的特征在于在室温下在大约150分钟或更少的时间内从液体胶凝成为固体橡胶相。
12.根据权利要求11所述的发明，其中所述密封胶的特征在于在室温下从液体胶凝为固体的时间不超过大约120分钟。
13.根据权利要求11所述的发明，其中所述密封胶的特征在于在室温下从液体胶凝为固体的时间不超过大约90分钟。
14.根据权利要求11所述的发明，其中所述密封胶的特征在于在室温下从液体胶凝为固体的时间不超过大约60分钟。
15.根据权利要求14所述的发明，其中所述第一材料片和所述第二材料片中的至少一个进一步包括设置为与所述防透气密封胶相接触的涂层。
16.根据权利要求15所述的发明，其中所述涂层包括硅树脂。
17.根据权利要求16所述的发明，其中所述硅树脂的涂层重量为大约10至大约50克/平方米。
18.根据权利要求11所述的发明，其中所述防透气密封胶层的厚度不大于1毫米。
19.根据权利要求11所述的发明，其中所述安全气囊是充气型帘体式安全气囊。
20.一种适于在运输车辆侧部展开并保持膨胀状态的充气型安全气囊帘体，其包括：包括表面涂布了大约10至大约30克/平方米硅树脂的织物的第一材料片和包括表面涂布了大约10至大约30克/平方米硅树脂的织物的第二材料片，其中所述第一材料片和所述第二材料片通过缝纫接缝连接在一起，所述缝纫接缝包括至少一根从所述第一材料片和所述第二材料片之间穿透伸出的缝纫线，由此所述第一材料片和所述第二材料片的不连续片段以相对方式固定在一起，这些材料片的涂层表面彼此面对，其中在所述第一材料片和所述第二材料片的所述不连续片段之间设置了不连续宽度不超过大约10毫米、厚度不大于大约3毫米的防透气密封胶层，所述防透气密封胶层围绕所述至少一根缝纫线，所述防透气密封胶的抗张强度范围为大约1.5至大约2.5MPa，且与所述第一材料片的涂层表面和所述第二材料片的涂层表面形成粘结结合，其粘合强度超过所述密封胶的内部内聚强度，这样在所述安全气囊内部施加膨胀压力时，所述密封胶层在内部位置上以内聚方式裂开，离开所述第一材料片和所述第二材料片，但不从所述第一材料片或所述第二材料片上剥离，其中所述密封胶的特征在于在室温下在大约150分钟或更少的时间内从液体胶凝成为固体橡胶相。
21.根据权利要求20所述的发明，其中所述密封胶的特征在于在室温下从液体胶凝为固体的时间不超过大约120分钟。
22.根据权利要求20所述的发明，其中所述密封胶的特征在于在室温下从液体胶凝为固体的时间不超过大约90分钟。
23.根据权利要求20所述的发明，其中所述密封胶的特征在于在室温下从液体胶凝为固体的时间不超过大约60分钟。
24.根据权利要求20所述的发明，其中所述防透气密封胶层的厚度不大于1毫米。
25.根据权利要求24的发明，其中所述防透气密封胶层的不连续宽度不大于大约10毫米。
26.一种用于在运输车辆中保护乘客的充气型帘体安全气囊，所述安全气囊包括：包括织物的第一材料片和包括织物的第二材料片，其中所述第一材料片和所述第二材料片通过缝纫接缝连接在一起，所述缝纫接缝包括至少一根从所述第一材料片和所述第二材料片之间穿透伸出的缝纫线，由此所述第一材料片和所述第二材料片的不连续片段以彼此相对的关系固定在一起，其中在所述第一材料片和所述第二材料片的所述不连续片段之间设置了具有不连续宽度的防透气密封胶层，所述防透气密封胶层围绕所述至少一根缝纫线，所述防透气密封胶与所述第一材料片和所述第二材料片形成粘结结合，其粘合强度超过所述密封胶的内部内聚强度，这样在所述安全气囊内部施加膨胀压力时，所述密封胶层在内部位置上以内聚方式裂开，离开所述第一材料片和所述第二材料片，但不从所述第一材料片或所述第二材料片上剥离，其中所述密封胶的特征在于在室温下在大约150分钟或更少的时间内从液体胶凝成为固体橡胶相，这样所述密封胶层适于在少于大约150分钟的时间内穿透缝纫，由此可以在少于150分钟内开始进行所述缝纫。
27.根据权利要求26所述的发明，其中所述密封胶的特征在于从液体胶凝为固体的时间不超过大约120分钟，这样所述密封胶层适于在小于大约120分钟或更少的时间内穿透缝纫。
28.根据权利要求26所述的发明，其中所述密封胶的特征在于从液体胶凝为固体的时间不超过大约90分钟，这样所述密封胶层适于在小于大约90分钟或更少的时间内穿透缝纫。
29.根据权利要求26所述的发明，其中所述密封胶的特征在于从液体胶凝为固体的时间不超过大约60分钟，这样所述密封胶层适于在小于大约60分钟或更少的时间内穿透缝纫。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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