DE4039811A1

DE4039811A1 - Verfahren zur herstellung von unbeschichteten technischen geweben mit geringer luftdurchlaessigkeit

Info

Publication number: DE4039811A1
Application number: DE4039811A
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr Krummheuer; Hans Albert Dipl Ing Graefe; Volker Dipl Phys Dipl I Siejak
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo GmbH
Priority date: 1990-12-13
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1992-06-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von unbeschichteten Technischen Geweben in dichter Gewebeein stellung.

Für die Funktion vieler Technischer Gewebe ist die Luft durchlässigkeit von ausschlaggebender Bedeutung. Als Bei spiele hierfür seien Gewebe für Fallschirmstoffe oder Segel gewebe genannt. In besonderem Maße trifft dies für Airbags zu. Die geforderten niedrigen Luftdurchlässigkeiten wurden bei diesen Geweben bislang vorwiegend durch das Aufbringen einer Beschichtung eingestellt.

Beschichtete Gewebe weisen vor allem den Nachteil der gegen über unbeschichteten höheren Produktionskosten auf. Ein weiterer sehr erheblicher Nachteil, der vor allem für die Verwendung beschichteter Gewebe zur Herstellung von Airbags gilt, ist ein gegenüber unbeschichteten Geweben um mindestens 10% höheres Faltvolumen. Der Raumbedarf für das Unterbringen des Airbags, zum Beispiel im Lenkrad, ist somit bei beschichteten Geweben höher als bei unbeschichteten. Ein besonderer Nachteil ergibt sich aus der Notwendigkeit, die Beschichtung mit Talkum zu bepudern, um damit Verklebungen der im gefalteten Airbag aneinander anliegenden Beschichtungen zu vermeiden. Beim Auslösen der Airbag- Funktion führt das dann aus dem Airbag austretende Talkum zu einer Belästigung der Fahrzeuginsassen. Außerdem führen Airbags aus unbeschichtetem Gewebe gegenüber solchen aus beschichtetem Gewebe zu einer erheblichen Reduzierung der Masse und verbessern somit die Handlichkeit des Lenkrads.

Aus diesem Grunde wurde versucht, die Beschichtung zu um gehen. Eine Möglichkeit hierzu wird in der EP-A 3 14 867 für Airbag-Gewebe beschrieben. Hier wird die gewünschte niedrige Luftdurchlässigkeit durch aufeinanderfolgendes Schrumpfen, Thermofixieren und Kalandrieren eingestellt. Diese Behand lungsschritte bedeuten, daß ein sehr umständlicher und aus Kostensicht ungünstiger Ausrüstungsgang in Kauf genommen werden muß. Darüberhinaus ist das in der EP-A 3 14 867 be schriebene Gewebe für die Airbag-Herstellung kaum geeignet, da mit der vorgesehenen asymmetrischen Gewebeeinstellung (unterschiedliche Fadenzahlen in Kette und Schuß) die For derungen der Automobilhersteller nach in beiden Faden richtungen gleichen Festigkeitswerten nicht erfüllt werden können. Diese ist notwendig, da es bei dem radialsymme trischen Bauteil Airbag keine bevorzugte Richtung gibt.

Einen anderen Weg schlägt die CA-PS 9 74 745 vor. Hier werden asymmetrische Gewebe in sehr dichter Einstellung, die aus hitzeschrumpfbaren Synthesefaser-Garnen hergestellt wurden, einer Trockenhitzebehandlung, bevorzugt in einem Spannrahmen, unterzogen. Neben der wegen der aufzuwendenden Energiekosten ungünstigen Kostensituation erfüllen auch die hier beschriebenen Gewebe beim Einsatz für Airbags wegen der gewählten asymmetrischen Gewebeeinstellung nicht die For derungen der Automobilhersteller im Hinblick auf in Kette und Schuß gleiche Festigkeitswerte.

In der EP-A 3 36 507 wird ein Verfahren zur Herstellung von Geweben unter Einsatz von extrem hochschrumpfenden Poly esterfasern beschrieben. Die Schrumpfauslösung und Gewebe verdichtung zur Einstellung einer niedrigen Luft- und Wasserdurchlässigkeit erfolgt durch ein Naßverfahren und einen sich daran anschließenden Thermofixierprozeß. Dieses Verfahren kann auch für Technische Gewebe Einsatz finden. Für die meisten Artikel aus diesem Bereich, besonders für Airbag-Gewebe, ist diese Methode jedoch ungeeignet, da mit den hier zum Einsatz kommenden Polyester-Hochschrumpfgarnen die bei Technischen Geweben geforderten hohen Festigkeiten nicht erreicht werden können. Außerdem ergibt der vorge sehene Thermofixierprozeß eine Verteuerung der Produktions kosten und wirkt sich sogar negativ auf die Luftdurchlässig keit aus.

Es bestand deshalb die Aufgabe, ein kostengünstiges Ver fahren zur Herstellung von Technischen Geweben, das nicht nur in der Luftdurchlässigkeit, sondern auch in der Festig keit die an diese Gewebe gestellten Forderungen voll er füllt, zu entwickeln. Hierbei sind in erster Linie Gewebe für Airbags von Interesse.

Wenn im Folgenden von Airbag-Geweben gesprochen wird, so sind hiermit besonders die Gewebe für den Kontaktteil des zweiteiligen Airbags gemeint, für die eine besonders niedrige Luftdurchlässigkeit von < 10 l/dm²·min bei 500 Pa Prüfdifferenzdruck gefordert wird. Zum Abfließen der in den Airbag beim Auslösen der Airbagfunktion einströmenden Luft besitzt der zweiteilige Airbag einen Filterteil mit höherer Luftdurchlässigkeit. Beim einteiligen Airbag werden für das Austreten der Luft Öffnungen in den Airbag eingestanzt. Hier gilt die geforderte niedrige Luftdurchlässigkeit für das gesamte, für den Airbag verwendete Gewebe.

Die oben genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Gewebe der eingangs beschriebenen Art aus Polyamid-Filament garnen mit einem Heißluftschrumpf von 6-15% (gemessen bei 160°C, entsprechend ASTM 19-525) mit wenigstens im wesentlichen symmetrischer dichter Gewebeeinstellung einer Behandlung in einem wäßrigen Bad in einem Temperaturbereich von 60-140°C unterzogen wird. Hierbei erfolgt eine Schrumpfauslösung, die zu einer weiteren Verdichtung des bereits in dichter Einstellung gewobenen Gewebes und zu einem damit einhergehenden weitgehenden Porenschluß des Ge webes führt. Auf diese Weise kann die in den Spezifikationen der Automobilhersteller geforderte niedrige Luftdurchlässig keit von < = 10 l/dm²·min bei 500 Pa Prüfdifferenzdruck ein gestellt werden.

Für die Behandlung im wäßrigen Bad wird ein Temperatur bereich von 90-100°C besonders bevorzugt, da sich dieser Temperaturbereich im Hinblick auf die angestrebte niedrige Luftdurchlässigkeit als besonders günstig erwiesen hat. Diese Temperaturspanne bietet den Vorteil, daß bezüglich der Maschinenauswahl für die Naßpassage geringere Beschränkungen bestehen als bei Temperaturen über 100°C.

Die durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, daß auch bereits bei 60°C und darunter bei der Behandlung im wäßrigen Bad eine deutliche Schrumpfauslösung und damit eine Verdichtung des Gewebes, die zu einer Verringerung der Luft durchlässigkeit führt, eintritt. Mit der Wahl der Behand lungstemperatur kann sogar eine gezielte Steuerung der Luft durchlässigkeit erfolgen. Dies ist von besonderer Bedeutung, da bei manchen Anwendungen von Technischen Geweben, z. B. für den Filterteil von Airbags, höhere Luftdurchlässig keiten, beispielsweise in einem Bereich von 40-80 l/dm²·min bei 500 Pa Prüfdifferenzdruck, gewünscht werden. Durch die Behandlungstemperatur im wäßrigen Bad läßt sich dann, zusammen mit der gewählten Gewebeein stellung, die Luftdurchlässigkeit von Geweben gezielt ein stellen.

Die Behandlung im wäßrigen Bad kann beispielsweise auf allen, für die Breitwäsche in der Textilveredlung zur Ver fügung stehenden Maschinen erfolgen. Als günstig haben sich Breitwaschmaschinen erwiesen. Aber auch Jigger sind für der artige Behandlungen geeignet.

Wenn bei Temperaturen über 100°C gearbeitet wird, so kommt hierfür als Maschine der HT-Jigger in Frage. Hier sind Be handlungstemperaturen bis 140°C möglich.

Diese Naßbehandlung bewirkt gleichzeitig auch das Entfernen von gegebenfalls vor dem Weben aufgebrachter Schlichte. Dies ist vorteilhaft, um bei dem teilweise sehr langen Lagern von Technischen Geweben, z. B. von Airbags im Lenkrad eines Fahr zeugs, den Bakterienbefall der Gewebe zu vermeiden.

Auch bei Verwendung von gedrehten Garnen in der Kette, die normalerweise ungeschlichtet zum Einsatz gelangen, bewirkt die Behandlung im wäßrigen Bad gleichzeitig die Entfernung der von der Faserherstellung auf dem Garn gegebenenfalls vorhandenen Präparation.

Die bei der Naßpassage zu wählende Behandlungszeit sowie eventuelle Zusätze zum Bad richten sich nach der zu ent fernenden Schlichte bzw. Präparation und sind dem Fachmann bekannt.

Das hier beschriebene Verfahren bietet also den Vorteil, daß auf eine sehr einfache und kostengünstige Weise Gewebe mit niedrigen Luftdurchlässigkeiten hergestellt werden können.

Die Trocknung der Gewebe erfolgt bei 130-170°C auf den hierfür üblichen Maschinen. Bevorzugt wird eine Trocknungs temperatur von 150°C. Die Restfeuchte nach dem Trocknen liegt bei ca. 5%.

Bei der Trocknung ist darauf zu achten, daß die Rest feuchtigkeit einen Wert von ca. 5% nicht unterschreitet. Wird bei höheren Temperaturen als 150°C gearbeitet, so be steht die Gefahr, daß eine zu starke Trocknung erfolgt und bei höheren Verweilzeiten bereits eine Thermofixierung ein setzt. Die Luftdurchlässigkeiten der Gewebe steigen dann an. Beim Arbeiten bei höheren Temperaturen als 150°C muß also die Verweilzeit beim Trocknen verkürzt werden.

Bei niedrigeren Trocknungstemperaturen besteht zwar nicht die Gefahr des Anstiegs der Luftdurchlässigkeit, hier kann aber die Alterungsbeständigkeit problematisch sein.

Der Einfluß der Temperatur bei der Naßbehandlung auf den Schrumpf sowie der Einfluß der Trocknungstemperatur auf die Luftdurchlässigkeit sind in den Fig. 1-3 dargestellt.

Fig. 1 zeigt in einer Grafik den Restschrumpf eines bei ver schiedenen Temperaturen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Polyamid 6.6-Garnes. Der Restschrumpf wurde als Heißluftschrumpf bei 160°C Behandlungstemperatur gemessen. Auf der Abszisse sind die Temperaturen der Naßbehandlung in Temperaturintervallen von 20°C aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Restschrumpf dargestellt. Die Grafik zeigt, daß der hohe Ausgangsschrumpf von 8.3% (linke Säule in der Grafik) bereits bei einer Behandlungstemperatur von 60°C sehr stark reduziert wird und mit steigender Temperatur der Naßbehandlung weiter abnimmt.

Fig. 2 zeigt die bei der Naßbehandlung erreichte Schrumpf auslösung. Auf der Abszisse sind die Behandlungstemperaturen in Intervallen von 20°C, auf der Ordinate die erreichte Schrumpfauslösung dargestellt. Die hier gemachten Prozent angaben sind jeweils auf die Ausgangslänge bezogen.

Fig. 3 gibt den Einfluß der Trocknungstemperatur auf die Luftdurchlässigkeit wieder. Auf der Abszisse sind die Trocknungstemperaturen, auf der Ordinate die ermittelten Luftdurchlässigkeiten in l/dm²·min (bei 500 Pa Prüf differenzdruck) dargestellt. Die Behandlungszeiten betrugen bei Kurve 1 15 sec, bei Kurve 2 30 sec, bei Kurve 3 45 sec und bei Kurve 4 60 sec. Fig. 3 zeigt deutlich, daß bei einer kurzen Behandlungszeit, unabhängig von der Trocknungs temperatur, niedrige Werte für die Luftdurchlässigkeit er zielt werden. Dagegen setzt bei längeren Behandlungszeiten, besonders bei höheren Temperaturen, bereits eine Thermofixierung ein, die zu einem deutlichen Anstieg der Luftdurchlässigkeit führt. Damit ist auch der Beweis erbracht, daß die im Stand der Technik für Technische Gewebe empfohlene Thermofixierung für Einsatzgebiete, bei denen eine geringe Luftdurchlässigkeit gefordert wird, ein schädlicher Verfahrensschritt ist.

Mit der beschriebenen Behandlung im wäßrigen Bad kann die geforderte niedrige Luftdurchlässigkeit von

voll erfüllt werden. Die Prüfung der Luftdurchlässigkeit erfolgte in Anlehnung an DIN 53 887. In Abweichung von dieser DIN-Norm wurde lediglich der Prüfdifferenzdruck auf 500 Pa erhöht, um bei den erfindungsgemäß hergestellten Geweben noch ein eindeutiges Prüfsignal zu erhalten.

Die an verschiedenen Gewebeproben durchgeführten Messungen haben bei der beschriebenen Behandlung Werte zwischen 3 und 9 l/dm²·min bei 500 Pa Prüfdifferenzdruck ergeben, die somit deutlich unterhalb der von den Automobilherstellern bei Airbags zugelassenen Höchstgrenze von 10 l/dm²·min bei 500 Pa Prüfdifferenzdruck liegen.

Als Fasermaterial für die Herstellung der hier beschriebenen Gewebe ist jede Polyamidfaser, mit der die geforderten Festigkeiten erreicht werden können, geeignet. Die Polyamid fasern kommen in Form von Filamentgarnen zum Einsatz. Als besonders günstig hat sich Polyamid 6.6 erwiesen. Aber auch andere Synthesefasern mit einem den Polyamiden ähnlichen Schrumpfverhalten können Anwendung finden. Auch Bikomponen tenfasern kommen für dieses Einsatzgebiet in Frage.

Für Technische Gewebe haben sich Garntiter von 230-940 dtex als gut geeignet herausgestellt. Besonders für Airbags finden Titer von 235, 350 oder 470 dtex Ver wendung. Die Zahl der Einzelfilamente kann zum Beispiel beim Titer 235 dtex 36, bei 350 oder 470 dtex 72 sein.

Das für die Gewebe-Herstellung eingesetzte Garn weist dar überhinaus vorzugsweise eine Festigkeit von mindestens 60 cN/tex und eine Dehnung von 15-30% bei einem Heißluft schrumpf von 6-15% (gemessen bei 160°C) auf.

Wie bereits ausgeführt, muß im Interesse einer geringen Luftdurchlässigkeit eine hohe Gewebedichte beim Weben ein gestellt werden. Folgende Fadenzahlen haben sich bei einer Leinwandbindung als günstig erwiesen:

Garntiter
Fadenzahl/cm
235 f 36
26-30
350 f 72	18-28
470 f 72	18-25

Die Gewebe werden bevorzugt in Leinwandbindung mit symme trischer Einstellung hergestellt. Für feinere Titer kann, im Interesse eines ansprechenden Warengriffes, auch eine Panamabindung 2/2 in symmetrischer Einstellung gewählt werden. Hier wird dann bei einem Titer von 350 f 72 mit Fadenzahlen von 25-36/cm und bei einem Titer von 235 f 36 mit Fadenzahlen von 32-40/cm gearbeitet.

Symmetrische Einstellung des Gewebes heißt, daß Kette und Schuß wenigstens im wesentlichen gleiche Fadenzahlen aufweisen, wobei die Kettfäden und die Schußfäden zumindest annähernd die gleichen textilen Eigenschaften wie Titer, Festigkeit, Bruchdehnung und Heißluftschrumpf aufweisen. Die symmetrische Einstellung des Gewebes gestattet es, die Forderung nach in Kette und Schuß gleichen Festigkeiten auf einfache Weise zu erfüllen. Diese Forderung wird besonders von den Automobilherstellern bei Airbags erhoben, da es sich beim Airbag um ein radialsymmetrisches Bauteil ohne Vor zugsrichtung handelt.

Mit der beschriebenen Verfahrensweise können die geforderten Luftdurchlässigkeiten problemlos erreicht werden, wie die nachstehende Tabelle deutlich zeigt:

Die in der Tabelle wiedergebenen Versuche wurden mit Geweben aus Polyamid 6.6-Filamentgarnen durchgeführt. Die Behandlung im wäßrigen Bad erfolgte auf einem Jigger. Die Behandlungs temperatur lag jeweils bei 95°C.

Der erhaltene niedrige Wert für die Luftdurchlässigkeit ändert sich auch bei dem von den Automobilherstellern für Airbag-Gewebe empfohlenen Alterungstest nur unwesentlich. Bei diesem Test wird das Gewebe 100 Stunden bei 105°C ge lagert und anschließend einer Prüfung der Luftdurchlässig keit unterzogen.

Eine zusätzliche Thermofixierung ist nicht nötig. Die durch geführten Versuche haben sogar gezeigt, daß hiermit keine weitere Verringerung der Luftdurchlässigkeit erreicht wird, sondern daß durch die Thermofixierung sogar eine Erhöhung der Werte eintritt. Die im Stand der Technik für Technische Gewebe empfohlene Thermofixierung ist also für Gewebe, bei denen eine niedrige Luftdurchlässigkeit gefordert wird, ein schädlicher Verfahrensschritt.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Gewebes wirken sich bei der Verwendung im Kontaktteil des Airbags in einem sichereren, in wesentlichen Punkten gegenüber den bisherigen Systemen verbesserten, den Spezifikationen der Automobilhersteller entsprechenden und somit verkaufsfähigen Airbag-System aus. Unter Airbag-System ist der Airbag selbst, die Unterbringung des Airbags im Kraftfahrzeug sowie das Steuerungssystem zum Auslösen der Airbag-Funktion zu verstehen.

Beispiel 1

Polyamid 6.6-Filamentgarne mit Titer 350 f 72 wurden in Leinwandbindung zu einem Gewebe verarbeitet. Das eingesetzte Garn hatte einen Heißluftschrumpf (gemessen bei 160°C) von 8,2%. Die Fadenzahl betrug in der Kette 24/cm, im Schuß 23/cm.

Das Gewebe wurde einer Naßbehandlung auf einem Jigger bei 90°C unterzogen und anschließend bei 150°C getrocknet. Die Trocknungszeit betrug 30 sec. Die Restfeuchtigkeit des Gewebes lag nach dem Trocknen bei 4,8%.

Das so hergestellte Gewebe zeigte eine Luftdurchlässigkeit von 7.5 1/dm²·min bei 500 Pa Prüfdifferenzdruck.

Beispiel 2

Das gemäß Beispiel 1 hergestellte Gewebe wurde auf einem Jigger einer Naßbehandlung nahe Kochtemperatur (97°C) unterzogen. Die so behandelten Gewebe wurden je 30 sec bei 130°C, 150°C, 170°C und 190°C getrocknet. An den er haltenen Geweben wurden folgende Luftdurchlässigkeiten ge messen:

Trockner-Temperatur °C
Luftdurchlässigkeit l/dm² · min bei 500 Pa Prüfdifferenzdruck
130
6
150	6,5
170	8
190	21

Ein weiterer Gewebeabschnitt aus diesem Versuch wurde bei 170°C mit unterschiedlichen Verweilzeiten getrocknet. Hier bei wurden folgende Luftdurchlässigkeiten erhalten:

Verweilzeit bei 170°C sec
Luftdurchlässigkeit l/dm² · min bei 500 Pa Prüfdifferenzdruck
15
5,5
30	8
45	15
60	19

Die hier wiedergegebenen Versuchsergebnisse zeigen deutlich, daß mit höherer Trocknungstemperatur keine Verringerung der Luftdurchlässigkeit, sondern eine Erhöhung eintritt. Bei höheren Temperaturen wird bereits eine Thermofixierung aus gelöst. Gleiches gilt für längere Verweilzeiten, wenn bei relativ hohen Trocknungstemperaturen gearbeitet wird.

Damit läßt sich belegen, daß die im Stand der Technik für Technische Gewebe, bei denen eine geringe Luftdurchlässig keit gefordert wird, empfohlene Thermofixierung ein nicht notwendiger und sogar schädlicher Verfahrensschritt ist.

Beispiel 3

Ein Gewebe gemäß Beispiel 1 wurde einer Naßbehandlung auf einem HT-Jigger unterzogen. Die Behandlungstemperatur betrug 138°C. Die Trocknungsbedingungen entsprachen den in Beispiel 1 genannten.

An dem erhaltenen Gewebe wurde eine Luftdurchlässigkeit von 4,5 l/dm² · min bei 500 Pa Prüfdifferenzdruck gemessen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von unbeschichteten Technischen Geweben mit dichter Gewebeeinstellung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewebe aus Polyamid- Filamentgarnen mit einem Heißluftschrumpf von 6-15% (gemessen bei 160°C) mit wenigstens im wesentlichen symmetrischer Gewebeeinstellung einer Behandlung in einem wäßrigen Bad in einem Temperaturbereich von 60-140°C unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung im wäßrigen Bad bei einer Temperatur im Bereich von 90-140°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung im wäßrigen Bad bei einer Temperatur im Bereich von 90-100°C durchgeführt wird.

4. Verwendung eines Gewebes, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, für Artikel, bei denen eine geringe Luftdurchlässigkeit gefordert wird.

5. Verwendung eines Gewebes, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Herstellung eines Airbags.

6. Verwendung eines Gewebes, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, als Fallschirm-Gewebe.

7. Verwendung eines Gewebes, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, als Segelgewebe.

8. Airbagsystem, gekennzeichnet durch ein Gewebe, herstell bar nach einem der Ansprüche 1 bis 3.