JP3826596B2 - エアバッグ及びエアバッグ用基布 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載され、車両衝突時に乗員の保護を行うエアバッグ装置のエアバッグ及びエアバッグ用基布に係り、特に、ポリアミド、ポリエステル等の繊維の織布の表面にシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の被膜を形成した基布で構成される高性能エアバッグ及びエアバッグ用基布に関する。
【0002】
【従来の技術】
ステアリングの中央に設けられる運転席用エアバッグ装置は、リテーナと該リテーナに取り付けられたエアバッグと該エアバッグを展開させるためのガス発生装置(インフレータ)と、該エアバッグを覆うモジュールカバーとを備えている。車両が衝突するとインフレータからガスが発生し、エアバッグがモジュールカバーを開裂させながら車両室内に展開する。
【0003】
一方、インストルメントパネルに設けられる助手席用エアバッグ装置においては、コンテナにエアバッグとインフレータが取り付けられ、更にコンテナの開口を覆うようにモジュールカバーが取り付けられている。このモジュールカバーは、リッド又はテプロイメントドアとも称されることがある。車両衝突時にはインフレータが作動してエアバッグが展開し、この展開するエアバッグに押されたモジュールカバーが室内側に開き出し、エアバッグが室内に向かって大きく展開する。
【0004】
従来、エアバッグとしては、次のようなものが提案されている。
【0005】
▲1▼ ポリエステル、ポリアミド等の合成樹脂の織物にシリコーンゴム(特開昭63−78744号公報、特開平2−270654号公報)やクロロプレンゴムをコーティングしてなる基布よりなるエアバッグ
▲2▼ 作業環境の点から有機溶剤を用いない組成物としてシリコーンエマルション組成物、シリコーンラテックス組成物を用い、これを織布にコーティングした基布よりなるエアバッグ(特開昭56−16553号公報、特開昭54−131661号公報、特開平5−98579号公報、米国特許第3817894号明細書)
▲3▼ 熱可塑性ポリウレタン等の熱可塑性エラストマーよりなるエアバッグ(特開平4−266544号公報)
従来のエアバッグのうち、▲1▼のクロロプレンゴムやシリコーンゴムのコーティングを施したエアバッグは、クロロプレンゴムやシリコーンゴムに硬化剤、接着助剤、補強剤を加えた組成物を有機溶剤に希釈し、これをナイロン等の基布に塗布して製造される。ここで、有機溶剤が必要とされる理由は次の通りである。
【0006】
即ち、エアバッグは、小さく折り畳まれたエアバッグ用基布が爆風によって展開する。その際、エアバッグ用基布にコーティングしてあるコーティング膜もエアバッグ用基布に追従して瞬間的に伸びるため、コーティング膜自体も機械的な強度が十分に高いことが必要となる。そのため、現在、使用されているクロロプレンコーティング材にもシリコーンコーティング材にも、その硬化被膜が十分な強度、伸びを有するように、比較的高分子のベースポリマーが使用されている。しかし、高分子のベースポリマーは、ナイフコーター、オフセットコーター、グラビアコーター等を用いて通常のエアバッグに必要とされるコーティング膜厚(40〜100μ)に塗布することができない。そのため、これら高分子のベースポリマーを用いたコーティング材は、通常、塗布し易い粘度まで有機溶剤で希釈して塗布することでコーティング膜が形成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コーティングに当り、有機溶剤を使用する上記▲1▼のエアバッグでは、作業環境上、有機溶剤は静電気による着火の危険性を有し、また吸引及び皮膚接触により作業者が健康を害する等の問題がある。また、大気汚染等の環境汚染の防止上、溶剤は使用後回収することが義務付けられるが、使用済み溶剤の回収には多大なコストがかかるという問題もある。このため、エアバッグに限らず、すべての分野において、有機溶剤の不要化が望まれているのが現状である。
【0008】
コーティング材を無溶剤化する最も簡単な方法としては、ナイフコーター等での塗工を行い易い粘度までコーティング材のベースポリマーの粘度を下げること、即ち、ベースポリマーの重合度を下げる方法が考えられるが、ベースポリマーの重合度が小さいと、形成されるコーティング膜の機械的強度が不足し、エアバッグ開裂時にコーティング被膜表面にクラックが発生し、高温の爆風が吹き出す恐れがでてくる。また、粘度を下げすぎることで、エアバッグの基布であるナイロン繊維等の平織物の網目から裏抜けし、これを巻きとるとコーティング布がブロッキングし、また作業時にコーティングマシーンのロールに裏抜けしたコーティング材が付着し、作業性が悪くなったり、外観を損ねる等の問題が起こる。
【0009】
また、▲2▼の有機溶剤を用いずに、シリコーンエマルション組成物をコーティング材とするものでは、コーティング膜の形成に長時間を要し、生産性、コスト面で不利である。
【0010】
なお、▲3▼の熱可塑性エラストマーよりなるエアバッグは、熱融着が可能で合成繊維織物にゴムコーティングを施した基布よりなるエアバッグに対して、縫製の手間が省けるという利点があるものの、熱可塑性エラストマーは温度変化による硬度変化が激しく、エアバッグ開裂時に、高温の場合には膨張しすぎたり、破断する恐れがあり、逆に低温の場合では開裂が不十分となるといった問題が懸念される。
【0011】
本発明は上記従来の問題点を解決し、製造時に有機溶剤を使用しないため、作業性が良好で人体に対して安全であり、しかも、極低温から高温までの広い温度範囲で十分に素早く展開させることができ、更に粘着等の問題もなく安定した性能を有するエアバッグ及びエアバッグ用基布を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のエアバッグは、織布の表面に、ポリシロキサンセグメントを有するシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の被膜を形成してなる基布で構成されることを特徴とする。
【0013】
本発明のエアバッグ用基布は、織布の表面に、ポリシロキサンセグメントを有するシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の被膜を形成してなることを特徴とする。
【0014】
ポリシロキサンセグメントを有するシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂であれば、有機溶剤を用いることなく、共押出し、熱融着、接着等により織布の表面に被膜を形成することができる。しかも、形成された被膜は極低温から高温までの広い温度範囲で安定した性能を示す。
【0015】
本発明において、シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂中のシロキサン成分量は樹脂に対し5〜40重量%であることが好ましい。
【0016】
また、シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂は、ポリオール、ポリイソシアネート、ポリシロキサン及び必要に応じて鎖伸長剤を反応させて得られるシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂であって、該ポリシロキサンが下記一般式(1)で表される活性水素含有ポリシロキサンであることが好ましい。
【0017】
【化2】
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0019】
本発明に係るシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂において、樹脂中のシロキサン成分が5重量%未満では高温でのインフレーション試験において、折り畳まれたエアバッグの耐ブロッキング性に劣るため、展開がスムーズになされず、極端な場合、織布と共に亀裂を生ずる。逆に、シロキサン成分が40重量%を超えると低強度となり、また溶融粘度が高くなり成形し難く、更に織布との接着性に劣るといった問題を生ずる。従って、シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂中のポリシロキサン成分の含有量は5〜40重量%、特に10〜30重量%であることが好ましい。
【0020】
なお、本発明に係るシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂中のシロキサン成分とは下記一般式(2)で示されるものである。
【0021】
【化3】
【0022】
本発明において、シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂中の好ましいポリシロキサンは、活性水素含有ポリシロキサン、例えば、アミノ基含有ポリシロキサン、水酸基含有ポリシロキサン、カルボキシル基含有ポリシロキサン等であるが、好ましくは、前記一般式(1)で表される、末端に水酸基を2個有するシリコーンジオールが挙げられる。
【0023】
なお、一般式(1)において、R1a〜R1fのアルキル基としては、メチル基、エチル基、オクチル基が好ましく、アリール基としてはフェニル基が好ましい。
【0024】
また、R2a,R2bとしてはエチレン基、トリメチレン基、2−オキサペンタメチレン基、3−オキサヘキサメチレン基等が好ましい。
【0025】
また、nは5〜200の整数で、平均分子量は500〜20000であることが好ましい。
【0026】
このようなシリコーンジオールの合成方法としては、ポリハイドロジェンシロキサンと白金触媒の存在下、アリルグリコール等を反応させる方法、アルコール性水酸基含有シロキサンにカプロラクトン、ブチロラクトン等の環状エステルを開環重合させる方法、カルボン酸変性シロキサンにジオールを脱水縮合させる方法等が上げられる。特に、水酸基含有シロキサンとカプロラクトンとの共重合体よりなるシリコーンジオールは、本発明に好適である。
【0027】
本発明に係るシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂は、このようなシリコーンジオール等のポリシロキサンと、ポリオール、ポリイソシアネート及び必要に応じて鎖伸長剤を反応させて得られる。
【0028】
ここで、シリコーンジオール以外のポリオールとしては、公知の高分子ポリオールが使用できるが、好ましくは平均分子量500〜10000のもの、例えば、ポリエチレンアジペート、ポリエチレンプロピレンアジペート、ポリエチレンブチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリジエチレンアジペート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンセバケート、ポリブチレンセバケート、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリ−ε−カプロラクトンジオール、ポリヘキサメチレンカーボネート等のポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリラクトン系ポリオール等、及び上記ポリオール中に適当な量のポリオキシエチレン鎖を含有するものが挙げられる。
【0029】
このような高分子ポリオールの使用量は特に限定されないが、原料中の全ポリオール(このポリオールは、ポリシロキサンとしてのジオールや鎖伸長剤としての低分子ジオールを含む)中の割合で5〜40重量%であることが好ましい。
【0030】
鎖伸長剤としては低分子ジオール、低分子ジアミン等公知の材料を使用できるが、平均分子量250以下の低分子ジオールが好ましい。具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ビスヒドロキシエチルエーテルベンゼン等が挙げられる。
【0031】
これらの低分子ジオールの使用量は特に限定されないが、全ポリオール中5〜30重量%の範囲であることが好ましい。
【0032】
ポリイソシアネートとしては公知の材料を使用できるが、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、水添加MDI、イソホロンジイソシアネート、1,3−キシレンジイソシアネート、1,4−キシレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート等、或いはこれらの有機ポリイソシアネートと低分子量のポリオールやポリアミンとを末端イソシアネートとなるように反応させて得られるウレタンプレポリマー等が挙げられる。
【0033】
シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の合成に当り、原料の全ポリオール(ジオールを含む)とポリイソシアネートとの比は、NCO/OH当量比で0.90〜1.15であることが好ましい。
【0034】
本発明に係るシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂は、公知の合成方法で製造することができるが、例えば、一部のポリオール成分と一部又は全てのイソシアネート成分とを反応させてプレポリマーを合成後、残りのポリオール成分を反応させる方法、ポリオール成分、鎖伸長剤成分にポリイソシアネート成分を当量づつ反応させる方法等が挙げられる。
【0035】
以下に、本発明に係るシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の代表的な物性を示すが、これにより本発明が特に限定されるものではない。
【0036】
[シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の物性]
流動開始点:195〜220℃
溶融粘度:0.1×104〜20×104ポイズ(220℃)
硬度:83〜97
なお、流動開始点及び溶融粘度はJIS K7311に従って高化式フローテスターにて1mm(径)×10mm(長さ)のノズル、荷重50kgf/cm2、昇温速度3℃/分の条件で測定した値である。また、硬度は、日本工業規格JIS K7311の条件で測定した値である。
【0037】
このようなシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂は、他の樹脂をブレンドして用いても良く、この場合、ブレンドする樹脂としては、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、スチレン系エラストマー(SBS、SEBS、マレイン酸変性SEBS等)、オレフィン系エラストマー(EPR、EPDM等)、スチレン系樹脂(PS、HIPS、AS、ABS、AES等)、塩素系樹脂(PVC、塩素化ポリエチレン等)、オレフィン系樹脂(PE、PP、EVA等)、エステル系樹脂、アミド系樹脂等が挙げられる。
【0038】
また、難燃剤、顔料、体質顔料、着色剤、無機フィラー、有機フィラー、安定剤、加水分解防止剤、酸化防止剤、耐光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、可塑剤、帯電防止剤、界面活性剤、架橋剤、発泡剤、消泡剤等の公知の添加剤を添加しても良い。
【0039】
上記の各種添加剤を添加する場合、その添加量は、樹脂に対して50重量%以下とするのが好ましい。
【0040】
本発明に係る基布は、織布の表面に上記シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の被膜を形成してなるものであるが、この織布としては、ナイロン、ビニロン、ポリエステル、ポリウレタン等の1種又は2種以上の繊維よりなる織布、好ましくはナイロン、ポリエステルの織布が挙げられる。この織布の織り型としては平織が好ましく、織布を構成するフィラメント糸の繊度は210〜840d(デニール)であり、打込本数は32〜76本/inchであることが好ましい。
【0041】
このような織布にシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の被膜を形成するには、シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂を溶融して織布上にフィルム状に押し出して一体化する共押出し法、カレンダー成形のような熱等による融着方法又は接着剤を用いる方法等が挙げられる。
【0042】
形成する被膜の厚さは10〜100μが好ましく、この厚さが10μ未満ではエアバッグの展開時に亀裂が入り易く、逆に100μよりも厚くなるとエアバッグを織り畳んで収納し難くなると共に低温下での展開性が不十分となる。
【0043】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。なお、以下において「部」又は「%」は、特記しない限り重量基準で示してある。
【0044】
実施例1
平均分子量3200のアルコール変性シロキサンオイル(KF−6002;信越化学工業社製)とε−カプロラクトンを共重合して得られる平均分子量5200でシロキサン成分60重量%のエステル変性ポリシロキサンポリオール(SI)1000部と、平均分子量1700のポリテトラメチレンエーテルグリコール1080部に、1,4−ブタンジオール324部及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート1160部を100℃で反応させてシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U1)を得た。
【0045】
得られたシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U1)の樹脂中のシロキサン成分含有量及び諸物性は表1に示す通りである。
【0046】
このシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U1)をナイロン繊度420dの経緯46本/inchの平織物にカレンダー成形により、被膜厚さ100μとなるように熱融着してエアバッグ用基布を得た。
【0047】
このエアバッグ用基布について、下記方法により特性を評価し、結果を表1に示した。
【0048】
シート粘着性:樹脂融着側を互いに付け、加圧面50mm×50mm、荷重35gf/cm2、温度100±2℃の条件で504時間放置した後、荷重を取り除いて30分放置後、シート同士を剥離して、粘着の有無を測定し、下記基準で評価した。
×:シートが全面的に接着し剥離できない。
△:一部剥離できる。
○:全面で剥離できる。
【0049】
インフレーションテスト:得られたエアバッグ用基布を加工してエアバッグを作り、−40℃〜100℃の低温から高温におけるインフレーションテストを行い、下記基準で評価した。
×:展開時に大きく破損発生。
△:展開時に小さく破損発生。
○:展開時に破損無し。
【0050】
実施例2
実施例1で使用したエステル変性ポリシロキサンポリオール(S1)1000部と平均分子量3200のアルコール変性シロキサンオイル(KF−6002;信越化学工業社製)100部に、1,4−ブタンジオール181部及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート581部を100℃で反応させ、シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U2)の試料を得た。得られたシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U2)の樹脂中のシロキサン成分含有量及び諸物性は表1に示す通りである。
【0051】
このシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U2)について、実施例1と同様にして各種特性の評価を行い、結果を表1に示した。
【0052】
実施例3
実施例1で使用したエステル変性ポリシロキサンポリオール(S1)1000部と、平均分子量1700のポリテトラメチレンエーテルグリコール3800部に、1,4−ブタンジオール725部及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート2727部を100℃で反応させて、表1に示すシロキサン成分含有量及び物性のシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U3)を得、このシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U3)について、実施例1と同様にして各種特性の評価を行い、結果を表1に示した。
【0053】
比較例1
平均分子量1700のポリテトラメチレンエーテルグリコール1000部に、1,4−ブタンジオール151部及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート589部を100℃で反応させて、表1に示す物性の熱可塑性ポリウレタン樹脂(U4)を得、この熱可塑性ポリウレタン樹脂(U4)について、実施例1と同様にして各種特性の評価を行い、結果を表1に示した。
【0054】
比較例2
実施例1で使用したエステル変性ポリシロキサンポリオール(S1)1000部と平均分子量1700のポリテトラメチレンエーテルグリコール6800部に、1,4−ブタンジオール1179部及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート4495部を100℃で反応させて、表1に示すシロキサン成分含有量及び物性のシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U5)を得、この熱可塑性ポリウレタン樹脂(U5)について、実施例1と同様にして各種特性の評価を行い、結果を表1に示した。
【0055】
比較例3
実施例1で使用したエステル変性ポリシロキサンポリオール(S1)1000部と、平均分子量3200のアルコール変性シロキサンオイル(KF−6002;信越化学工業社製)700部に、1,4−ブタンジオール280部及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート914部を100℃で反応させて、表1に示すシロキサン含有量及び物性のシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U6)を得、このシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U6)について、実施例1と同様にして各種特性の評価を行い、結果を表1に示した。
【0056】
【表1】
【0057】
比較例4
下記方法により、(I)成分、(II)成分、(III)成分をそれぞれ調製し、これらを100/7.5/4.3(重量比)の割合で混合し、シリコーン水性エマルション組成物からなるエアバッグ用コーティング材を得た。
【0058】
(I)成分(シリコーン水性エマルション):
オクタメチルシクロテトラシロキサン500部、メチルトリメトキシシラン25部、水46.5部及びドデシルベンゼンスルホン酸10部をホモミキサーを用いて乳化し、さらに圧力3000psiでホモジナイザーを2回通し、安定なエマルションを得た後、これをフラスコに仕込み、70℃で12時間加熱した。次いで室温まで冷却し、24時間放置後、炭酸ナトリウムを用いてpHを8.0に調整した。
このものの不揮発分は47%であり、メタノールを用いて分離したオルガノシロキサンの20%トルエン溶液の粘度は7200cp(25℃)であった。
【0059】
(II)成分:
マレイン酸無水物98部とエタノール391部からなる混合物に、3−アミノプロピルトリエトキシシラン221部を室温にて滴下し、攪拌を行い、反応生成物を得た。
次に、コロイダルシリカ(日産化学社製、スノーテックス40、有効成分40%、Na2O量0.6%、pH9.3)1000部に上記で得た反応生成物30部を室温にて攪拌を行いながら徐々に滴下し、半透明の均一分散体を得た。このもののpHは3.4であった。
【0060】
(III)成分:
ジブチル錫ジラウレート30部、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル1部及び水69部を常法により乳化した。
上記(I)、(II)及び(III)の三種類の混合物をナイロン繊度420dの経緯46本/inchの平織物の片面に乾燥被膜の厚さが約100μになるようにコーティングしたところ、強度が安定するまで硬化するのに、温度20℃、相対湿度60%の雰囲気中で48時間もの長い時間を要した。
【0061】
以上の結果から、次のことが明らかである。
【0062】
比較例1,2に示す熱可塑性ポリウレタン樹脂(U4,U5)では、粘着性試験において粘着性が強いため、樹脂のナイロン面からの破断がみられ、更に低温でのインフレーション試験において展開時に破損が見られる。また、比較例3では高温でのインフレーション試験において展開時に破損が見られたことから、不利であることがわかる。
【0063】
また、比較例4においては、コーティング液を塗布後、硬化させるのに長時間を要し、生産性、経済性の点から不利となる。
【0064】
これに対して、本発明によれば、シートの粘着性が小さく、−40℃〜+100℃まで破損せず、エアバッグ素材として最適であることがわかる。なお、実施例3に示すシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂(U3)では、−40℃で小さな破損が発生したものの、−30℃では破損せず、エアバッグ素材として十分な実用性を有する。
【0065】
【発明の効果】
上記詳述した通り、織布にシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂被膜を形成した本発明のエアバッグ用基布及びこの基布で構成される本発明のエアバッグによれば、有機溶剤を使用しないため作業性が良好で人体に対して安全であり、極低温から高温までの広い温度範囲で十分に素早く展開させることができ、さらに粘着性の問題もなく、安定した性能を有するエアバッグを提供することができる。
Claims (4)
- 織布の表面に、ポリシロキサンセグメントを有するシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の被膜を形成してなる基布で構成されることを特徴とするエアバッグ。
- 請求項1において、該シリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂中のシロキサン成分量が樹脂に対し5〜40重量%であることを特徴とするエアバッグ。
- 織布の表面に、ポリシロキサンセグメントを有するシリコーン変性熱可塑性ポリウレタン樹脂の被膜を形成してなることを特徴とするエアバッグ用基布。
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