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汽车安全气囊织物的研制
刊登日期:01/10/2007
《CTA中国纺织及成衣》- 2007年10月号
文章来源:CTA 中国纺织及成衣
田卓然
当遇到突发事件时,汽车安全气囊起着保障司机和乘客生命安全的作用。为加强中国汽车工业在国际巿场的竞争力,研制开发气囊装置非常必要及重要。通过工艺调整,利用现有织机织造安全气囊织物,既经济又无需追加投资。
在发达国家,如美国,已立法规定汽车必须装配安全带和安全气囊,以降低突发事件对人体造成的伤害。随着气囊装置的更新换代,其织物组成及结构也已从涂层型、缝制型发展至非涂层型、全成形型。

安全气囊始终保持充气状态是关键。最初气囊织物选用涂层织物,但涂层后织物不透气,涂料和涂层工艺也使生产成本增高。而目前选用非涂层织物来制作气囊,不仅成本可大大降低,还能使气囊保持在低透气率状态下使用。


形状和成形方法

安全气囊一般选用圆形,有全成形型和缝制型二种。全成形是在织机上利用双层织物的加工原理形成,中间部分为双层织物构成的空心囊身,用以储存工作气体,四周为单层织物构成的封边,从而构成了一个封闭的气囊。

国产气囊目前只能用1515阔幅织机、剑杆或片梭织机织造,制成单层高密织物后,将二层重叠,再拼装缝制成安全气囊。

全成形气囊分类

* 方形气囊——囊身区域织物幅宽方向不同位置的经纱形成双层囊身,织物的长度相同,因而经纱的织缩率也相同,避免了因经纱织缩率不同而带来的可织性问题。但由于囊身与封边的交界线上局部应力集中,气囊织物不抗破坏;

* 多边形气囊——只能在一定程度上缓和局部应力集中;

* 圆形气囊——封边与交界线上各点的曲率相同,有效地避免局部应力集中,有利于改善封边的抗破坏性。由于圆形气囊密织物幅宽方向不同位置的经纱构成双层囊身织物的长度差异大,造成幅宽方向不同位置的经纱织缩差异较大,从而影响圆形气囊织物的可织性。

下机坯布的透气性

由于安全气囊必须维持低透气性,织物的低透气性成为研究的重点。将原料、织造工艺和后整理工艺三者综合起来考虑,才能获得比较满意的空气安全袋织物的要求。

原料方面,采用408.7dtex/96F高收缩锦纶长丝纱(收缩率为15%),制成的坯布经热收缩处理后,透气量达到要求。

非涂层气囊织物在合理选择原料后,要达到低透气量,必须采用低支高密织造。

实践证明,坯布透气量必须控制低于5L/dm2‧min,才能达到安全气囊低透气量要求。透气量与经纬密成反比,如要达到低透气量必须提高经纬密度。极限经纬密度与织物经向和纬向紧度有关,高密织物如要达到最佳透气量,必须使经向紧度达到100%以上,纬向紧度在30~40%为佳。

透气量与高密织物的孔隙直径成正比,为达到低透气量,高密织物的孔隙直径稍小为佳。

下机坯布的透气性很重要,试织时,采用4种经向密度、3种纬向密度进行交叉试验,共织造15块样布。在织物下机24小时后,进行透气性试验,在中压透气仪上进行测试,当织物两面压差为500巴时,记录透气量。

测试结果表明,下机坯布的透气性随着经密、纬密的增加而下降。对安全气囊织物来说,要求其透气量小于5L/dm2‧min,而下机坯布中无一能达到这一要求,所以一般必须通过后整理来达到要求。



全气囊可降低突发事件对人体的伤害。
织造工艺及参数选择

与普通织物相比,安全气囊织物用纱较粗,经纬纱密度较大,织物紧度大,因此工艺要满足织高密织物的要求。

多项实验证实,苏尔寿(Sulzer)P7100型片梭织机适织号数远远超出了空气袋织物用纱,且打纬力较大,因此建议使用此款织机。

采用P7100片梭织机织安全气囊织物,选用408.7dtex/96F高收缩锦纶丝(收缩率为15%)为原料,经纬密为235/180,经向紧度为102%,纬向紧度为45.5%,组织为三上一下破斜纹。


下机坯布投气量(L/dm2‧min)。
P7100片梭织机的经纱位置线,是当综框平齐时,从其托布板架经织口、综眼到摆动后梁的一段经纱所处的位置,用经位置线定性进行调节。所以,摆动后梁的高低是调节经位置线的主要调节参数。

对一般高密织物,采用高后梁、不等张力梭口;但对高紧度非涂层织物来说,采用不等张力梭口时,当张力较大的下层经纱变为上层时,纱线松弛,而且综平后,纱线不易分开。逐渐降低后梁位置,并记录梭口清晰度,当接近等张力梭口时,梭口的清晰度最好,所以易采用低后梁、等张力梭口。

由于安全气囊织物用纱较粗,织物的交织点较少,浮经较长,易产生梭口不清,故采用低后梁张力梭口,其摆动后梁宜在托布板下8.5~9.5mm处配置,这样有利于片梭实现高速顺利飞行。

安全气囊织物属低支高密织物,要考虑其对梭口清晰度与织口后移量双方面的影响。

一般来说,梭口清晰度是高密、高紧度织物生产过程中的首要关注问题,而织口后移量是这类织物生产中的重大阻碍。在梭口清晰度良好的基础上,织造工艺参数的选择要有利于减小织口后移量,以保证纬纱密度。

调节引纬力时,除调节纬纱制动装置外,还应根据纬纱号数和纬纱结构配置二种不同重量的片梭。

具体来说,纬纱细时,引纬张力较小,可配置D1型质量较轻的片梭;反之,安全气囊织物纬纱粗、引纬力大,需要配置D2型质量较重的片梭。所以,织安全气囊织物一般可选用D2型片梭,这样可提高纬纱的紧度和密度。

上机张力越大,打纬时弹性阻力越小,则有利打紧纬纱。所以,在不破坏经纱与织物的物理机械性能的前提下,可选用较大的上机张力,以开清梭口,减少织口后移量。

若综平时间提早,打纬时,经纱对纬纱的包围角增大,纬纱的反向反拨较小,易织成较紧密的织物。但试织时发现,若织口处经纱张力过大,纱的结构容易被破坏而断头。

织造注意事项

* 安全气囊织物由于采用低支纱、高密度,织造时上机张力较大,若控制后梁摆动的张力弹簧拉断后,会造成张力不平,可根据实际情况选用较粗的弹簧,但弹簧过粗也会造成摆动困难,须通过实验决定;

* 当经纱上机张力增大时,织物会产生较大的横向收缩,边撑负荷较大,长时间运转后,边撑不能很好的握持布边,这样就增加了钢筘对边纱的摩擦,边纱容易磨毛,若改用整幅边撑杆,并用加强杆加固边撑,可使边纱磨毛情况基本解决;

* 为了纬向屈曲合宜,需根据织物情况调节纬纱张力,一般纬纱张力不宜小于50CN,否则纬纱张力过小,会使织物出现“荷叶边”般织疵,严重影响织物外观。

* 安全气囊织物用纱号数粗且密度也大,若浆纱质量较差时,可适当降低摆动后梁位置,其最低不低于托布板架16mm为宜,否则极易影响该织物应有的光泽效应。

* 适当控制温湿度是织好安全气囊织物的关键。实践证明,温度控制在26℃~27℃、相对湿度控制在75%以下,有利于织造。
为了顺利地进行单向片梭连续引纬,P7100片梭织机所规定的梭口闭合时间与一般有梭织机开口的时间概念相一致,应掌握在主轴转角处于290°~310°的位置,并结合织物组织结构和安全气囊织物的要求而适当调整。如梭口在290°以前闭合,就会影响片梭的正常引纬;如梭口在310°以后闭合,同样会使片梭在引纬时间内,因梭口运动时间的差异而难以制织。

此外,梭口闭合时间的迟早也会影响织物屈曲波高度变化,进而影响织物外观风格。经多次实践,P7100片梭织机梭口最佳闭合时机为300°~310°。

P7100片梭织机的梭口高度设置,要使导梭片在开口清晰的条件下穿过梭口。结合安全气囊的要求,在调整梭口高度后,还应注意在经纱形成织口的过程中,经纱既不得贴着梳形导梭片直柄滑出,也不得压着梳形导梳片的上部运行,否则经纱与导梭片间摩擦加大而起球,易增加“断经”,难以织造。

综上所述,圆形全成形安全气囊优点较多,是今后发展方向,但双层织物的织造设备和织造工艺尚须进一步研发完善。目前用P7100型片梭织机或其它织机制造缝制型气囊只是过渡措施。


后整理工艺

在非涂层织物的后整理中,比较合适的工艺有轧光、热收缩与浸润三种。

热收缩采用饱和蒸汽法,温度125℃,时间3min;轧光采用六辊轧光机、平轧轧光机,线压强可为1470N/cm,温度60℃;浸润采用浓度为10%的硅酮柔软剂,浸润温度为35℃,时间1~2min。

对比试验发现,织物经过热收缩→轧光→浸润→轧光的组合整理方式整理后,以235/180密度的织物透气量最小(4.31L/dm2‧min),能够满足安全气囊织物低透气性的要求。可见,对织物进行适当的后整理是必要的。
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