汽車安全氣囊紡織品及其性能測試
瀏覽次數(shù)：357發(fā)布日期：2025-12-22
近年來，隨著人們安全意識的增強(qiáng)，安全氣囊作為汽車被動安全系統(tǒng)的重要組件之一被大家廣泛熟知。安全氣囊的主要作用是當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，協(xié)同安全帶，有效減輕乘客頭部、胸部等部位的碰撞，達(dá)到保護(hù)乘客安全的目的。
1 汽車安全氣囊用紡織品
當(dāng)汽車發(fā)生碰撞并達(dá)到一定的沖擊強(qiáng)度時，安全氣囊接收到碰撞信號，引爆氣體發(fā)生器，安全氣囊氣袋瞬間被氣體填充，從而緩解碰撞產(chǎn)生的沖擊力，實(shí)現(xiàn)對乘客的保護(hù)[1]。安全氣囊展開示意圖見圖1。由此可見，紡織品氣袋是安全氣囊功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部件之一。安全氣囊氣袋的展開形狀主要根據(jù)安全氣囊的保護(hù)區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，由紡織面料經(jīng)過切割縫紉后制作而成。此外，一次成型織袋也可以通過織造工藝直接成型，無需縫紉。無論切割縫紉氣袋還是一次成型織袋，最終形成的安全氣囊氣袋都需要能夠承受氣體發(fā)生器瞬間產(chǎn)生的高溫、高壓氣體。在此基礎(chǔ)上，氣袋能夠承受一定的壓力，以吸收乘客由于碰撞產(chǎn)生的沖擊能量。目前，行業(yè)內(nèi)安全氣囊的原材料主要是聚酰胺66（PA66）和 PET 聚酯。PA66 或 PET 長絲通過不同織造技術(shù)如噴水織造、劍桿織造和噴氣織造等，獲得平紋織物或者提花織物。平紋織物需要后期縫制所需袋型，一次性提花織物則在織造過程中就完成袋型編織。PA66和PET安全氣囊的織造和縫制工藝相似，二者的主要區(qū)別在于PA66和PET 高強(qiáng)長絲性能的差別。在過去幾十年中，PA66在安全氣囊材料中一直占主導(dǎo)地位。高強(qiáng)度PA66 絲具有低初始模量、良好伸長率和高熱焓量等優(yōu)點(diǎn)，使其能充分滿足安全氣囊點(diǎn)爆后保壓的要求，從而達(dá)到保護(hù)乘客的目的。雖然 PA66 是安全氣囊的理想材料，但由于PA66上游聚合物合成技術(shù)門檻較高，PA66安全氣囊絲的供應(yīng)主要局限于少數(shù)幾家供應(yīng)商。因此，尋找PA66的替代品也一直是行業(yè)發(fā)展方向之一。PET長絲是安全氣囊除PA66外的另一種重要原材料。其具有較高的強(qiáng)度、良好的保型性、耐化學(xué)腐蝕性和耐熱性，同樣可以滿足安全氣囊的性能要求。2.3 PA66與PET 在安全氣囊應(yīng)用中的性能對比雖然PA66與PET性能相似，且都可滿足安全氣囊的使用要求，但是二者的性能仍有細(xì)微區(qū)別。PA66與PET 材料性能對比見表1。由表1 可見，相同體積的材料，PA66的密度低于PET，因此當(dāng)企業(yè)對氣袋質(zhì)量有較高的要求時，PA66 比 PET 更具優(yōu)勢。從強(qiáng)度和伸長率來看，PA66強(qiáng)度高、伸長率大且模量小，說明PA66的能量吸收能力較PET更優(yōu)。雖然PA66與PET的熔點(diǎn)相近，但是PA66比熱容高于PET，PA66較PET具有更高的耐熱性。與PA66材料相比，PET材料的優(yōu)勢是成本。PET材料的上游聚合物合成廠家較多，PET氣囊絲供應(yīng)鏈產(chǎn)能相對比較充足[2]。整體來說，PET材料的成本相對較平穩(wěn)，PA66材料的成本受市場大環(huán)境和供應(yīng)鏈產(chǎn)能等不確定因素的影響，始終處于高位波動區(qū)間。值得注意的是，由于PET力學(xué)性能和耐熱性能略低于PA66，因此，為了達(dá)到與PA66相當(dāng)?shù)男阅?，PET一般需要采用更粗的紗線和更高的經(jīng)緯密。PA66常用的安全氣囊紗線為470 dtex，PET則更多地使用550 dtex紗線。安全氣囊需要具有一定的保壓性和耐熱性。一般非涂層安全氣囊需要采用密度相對較高的織物，以提高其耐熱性和致密性[3]。但僅憑非涂層織物，很難滿足所有種類的安全氣囊產(chǎn)品的性能要求，尤其是煙火式發(fā)生器的安全氣囊和有密閉保壓要求的安全氣囊。煙火式發(fā)生器點(diǎn)爆后，其瞬間產(chǎn)生高溫?zé)釟?，單層非涂層布料無法滿足其耐熱耐壓要求，需要進(jìn)行多層縫制，從而增加了氣袋縫制工藝的復(fù)雜性。而防翻滾側(cè)氣簾這類需要具有保壓要求的氣囊產(chǎn)品，當(dāng)非涂層安全氣囊受到點(diǎn)爆后，填充的氣體很容易從織物的經(jīng)緯紗或者縫紉孔之間泄露，無法滿足其保壓要求。因此，部分PA66或PET織物在織造后需要經(jīng)過有機(jī)硅涂層。經(jīng)硅膠涂層后，織物氣密性及耐熱性都可得到極大提升。涂層后，織物表面及截面SEM圖見圖2。對于縫制安全氣囊的涂層織物，涂層面密度一般在 25~30 g/m2，既可滿足氣密性和耐熱性的要求，又可避免涂層面密度過高帶來的織物過厚，折疊尺寸過高的問題，從而實(shí)現(xiàn)功能性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性的很好結(jié)合。此外，少量高面密度涂層織物也被應(yīng)用于氣體發(fā)生器接觸部位作為加強(qiáng)布，以提高氣袋的耐熱性，涂層面密度可達(dá)70~80 g/m2 ，甚至120~160 g/m2。一次性成型安全氣囊主要應(yīng)用于側(cè)氣簾安全氣囊產(chǎn)品中，一次性碰撞側(cè)氣簾涂層面密度一般在35 g/m2左右。而防翻滾氣簾的涂層面密度往往要≥60 g/m2，以滿足其密閉性要求。市場上也有利用覆膜工藝替代涂層，將特種密封膜材層壓到非涂層一次性成型氣囊布的表面，依靠密封膜阻擋經(jīng)緯紗之間氣體的泄露。用這種方法制備的側(cè)氣簾安全氣囊產(chǎn)品，同樣可滿足氣密性要求。除此之外，在充氣腔體閉合縫紉部位的涂層機(jī)織布表面，預(yù)先噴涂一定寬度和厚度的密封膠條，再覆蓋另一片涂層機(jī)織布，待重疊處兩片機(jī)織布的硅膠涂層和密封膠充分固化，經(jīng)縫合后得到縫紉式密封式側(cè)氣簾。這種通過密封膠防止縫紉區(qū)域氣體泄露的方式，也可以達(dá)到相似的保壓效果。4 安全氣囊材料的評價(jià)指標(biāo)及測試標(biāo)準(zhǔn)安全氣囊材料主要為平紋織物，對其功能的評價(jià)指標(biāo)和測試標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下方面。斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長率決定了安全氣囊是否能夠承受氣體發(fā)生器的瞬時氣體壓力的沖擊，保持安全氣囊完整的充氣形狀。斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率越大，其能量吸收能力就越強(qiáng)。斷裂強(qiáng)力和伸長率的測試方法主要是ISO 13934-1—2013《紡織品織物的拉伸性能 1部分：條樣法 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》。與傳統(tǒng)紡織品不同，安全氣囊布料紗線強(qiáng)度大，表面平滑，傳統(tǒng)金屬夾具往往很難將材料固定，一般需要采用具有橡膠表面的測試夾具來增大材料與夾具之間的摩擦，減少材料的滑移，避免由于滑移導(dǎo)致斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率測試誤差大的問題。通常應(yīng)用于安全氣囊的布料強(qiáng)力需達(dá)到2 500 N/5 cm以上，伸長率一般為30%左右。安全氣囊縫制后經(jīng)過折疊組裝于汽車方向盤、座椅或者頂棚內(nèi)，當(dāng)安全氣囊發(fā)生器被引爆后，氣體沖開折疊形狀，充滿整個氣袋。撕裂力越大，越有利于安全氣囊的展開。撕裂力的測試方法主要是參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13937-2 —2000《紡織品 織物的撕破性能 第二部分：褲型試樣撕破強(qiáng)力的測定（單舌法）》。對于褲型撕裂，樣品夾持過程中要盡量保持上下褲型在同一平面上，以保證撕裂過程中對紗線的垂直破壞。安全氣囊材料的透氣性對其保壓效果有極大的影響。透氣性越低，氣密性越好，保壓效果越明顯。靜態(tài)透氣性的測試方法參照ISO 9237—1995《紡織品 織物透氣性的測試》。動態(tài)透氣法相比靜態(tài)透氣法的壓力更大，可達(dá)70 kPa, 測試方法主要采用ASTM D6476—2021《測定充氣限制織物動態(tài)空氣滲透性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》。非涂層材料透氣性的測試對試樣平整度要求較高，試驗(yàn)過程中，應(yīng)盡可能避免因?yàn)轳薨?、折疊、揉搓等人為操作造成的試驗(yàn)偏差，從而獲得能夠反應(yīng)布料性能的、穩(wěn)定可重復(fù)的試驗(yàn)結(jié)果。對涂層氣囊材料而言，由于其經(jīng)緯紗空隙已被有機(jī)硅材料填充，試樣的準(zhǔn)備對測試結(jié)果影響不大，一般透氣性結(jié)果低于1 L/（dm2·min）。對于汽車內(nèi)飾材料，國內(nèi)外都有相應(yīng)的阻燃性要求，國內(nèi)一般采用 GB 8410—2006《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》，國外通常采用 FVMSS 302—1998《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》。這2個標(biāo)準(zhǔn)都屬于水平燃燒方法。試驗(yàn)過程中需保證樣品夾持平整無褶皺。樣品的平整性和清潔性對試驗(yàn)結(jié)果都有很大的影響，褶皺和臟污都會造成試驗(yàn)過程中火焰的持續(xù)和蔓延。國內(nèi)法規(guī)對于安全氣囊材料的燃燒性要求一般＜100 mm/min。汽車安全氣囊是汽車被動安全系統(tǒng)的重要部件,安全氣囊中的氣袋則是其功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。PA66和PET由于其良好的物理機(jī)械性能、耐熱性等，在安全氣囊紡織品中得到了廣泛的應(yīng)用。安全氣囊用紡織品要滿足一定的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長、撕裂強(qiáng)力、透氣性和阻燃性等指標(biāo)的要求，從而實(shí)現(xiàn)其功能性。
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