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硅胶黏度对汽车安全气囊涂层织物力学性能的影响

2021-12-08 20:10:05·  来源：AUTO内饰行家  
　
摘要用不同黏度的硅胶与锦纶66织物经刮刀烘干式涂层工艺制得相应的汽车安全气囊涂层织物，对其力学性能如断裂强度、断裂伸长率、撕裂强度、耐磨性能和刚度进行了
摘要
用不同黏度的硅胶与锦纶66织物经刮刀烘干式涂层工艺制得相应的汽车安全气囊涂层织物，对其力学性能如断裂强度、断裂伸长率、撕裂强度、耐磨性能和刚度进行了测试和分析。实验结果表明: 硅胶性能和涂层界面分布对涂层织物的力学性能有着明显的影响，即随着硅胶黏度的降低，涂层织物的拉伸断裂强度、断裂伸长率、撕裂强度和耐磨性能均明显改善，而刚度维持不变。在设计安全气囊气袋时，应综合考虑材料成本和气囊模块功能来选用由合适类型的硅胶涂层的锦纶66织物。
关键词：硅胶，黏度，安全气囊，聚酰胺长丝，涂层织物，力学性能
作者：刘菁
单位：武汉纺织大学纺织与材料学院
来源：产业用纺织品
安全气囊模块由线束、气体发生器、气袋、存放舱、盖子等部件组成，目前硅胶涂层锦纶66 织物是气袋的主要材料，经切割和缝纫制成气袋。高温高压的气流对气袋织物在一瞬间有着很大的冲击，对织物的力学性能要求很高，尤其是织物的拉伸性能和撕裂性能。硅胶作为一种具备耐高温和良好力学性能的涂层材料，其自身性能对涂层织物的力学性能有着显著影响。在设计气囊气袋时，气袋的功能设计必须要考虑硅胶涂层织物的性能。本文用不同黏度的硅胶与锦纶66 织物经刮刀烘干式涂层工艺制得相应的汽车安全气囊涂层织物，通过实验研究了硅胶性能对涂层织物力学性能的影响，并对气袋的不同功能的切片选材作了归纳，为气囊气袋涂层织物的开发和气袋选材设计提供参考。
实验
1.1涂层织物的制备
硅胶涂层织物经刮刀烘干式涂层工艺制得。坯布经过前处理后经卷轴牵引进入刮刀涂剂箱，由刮刀和布的移动速度来控制涂剂的均匀程度和涂剂量; 然后进入150℃温度的连续式烘箱，烘干后卷绕，放置在相对湿度65%，温度25℃的恒温恒湿室中24 h 以上。涂层后织物厚度在0.33 mm，面密度为215 g /m。
表1 锦纶66 坯布规格和力学性能指标

选用三种型号( 分别为A、B 和C) 不同黏度的硅胶，其黏弹系数和性能如表2 所示。
表2 硅胶黏弹系数和性能

硅胶的黏度与硅胶的黏弹系数成正比。随着硅胶黏弹系数的增大，硅胶的黏度提高，其成分中起黏结抱合作用的弹性体含量有所减少，而起增强作用的无机填料的含量有所增加。
1.2涂层织物力学性能的测试
织物的拉伸性能、撕裂性能、耐磨性能和刚度测试均根据EASC 标准来进行，各性能的测量值均取五次测量的平均值。测试织物拉伸性能时，夹持样件规格为20 cm × 5 cm; 织物的耐磨性能以干摩擦试验测试，主要测试涂层织物在标准规定的耐磨次数上的涂层状况。
结果与分析
2.1硅胶黏度对涂层织物拉伸性能的影响
由图1我们可以看出，涂层织物的经向和纬向的拉伸断裂强度随着硅胶黏弹系数的减小均呈增加趋势，尤其纬向的强度增加幅度较大。

图1 涂层织物的断裂强度与硅胶黏弹系数的关系
从图2 能看出，涂层织物的经向和纬向伸长率均随着硅胶黏弹系数减小而增大。这说明较低黏度的硅胶更容易渗透到涂层织物中，增强经纱与纬纱交叉部位的黏合力，也增强了平行排列的经纱之间以及纬纱之间的黏合力，也增强了纱线内部长丝之间的抱合力，织物在被拉伸时需要克服更多的断裂功，从而在总体上纱线的断裂强度增加和伸长率增大。这对耐高压气流的冲击拉伸起到很好的能量吸收作用，起到更好的耐热拉伸效果。

图2 涂层织物的断裂伸长率与硅胶黏弹系数的关系
2.2硅胶黏度对涂层织物撕裂性能的影响
由图3可发现，涂层织物的经向和纬向撕裂强度均随着硅胶黏弹系数的减小而明显增加。涂层前的坯布的撕裂强度主要取决于撕裂三角区的大小和撕裂时纱线的滑移。涂层后的织物撕裂性能在很大程度上取决于硅胶的黏弹性和硅胶与纱线和纤维之间的抱合力。由此可见，硅胶随黏弹系数的减小，其与纤维和纱线的抱合力明显增强，同时其中起黏结和抱合作用的弹性体成分也有所增加，从而明显地改善了织物的抗撕裂性能。

图3 涂层织物的撕裂强度与硅胶黏弹系数的关系
2.3硅胶黏度对涂层织物耐磨性能的影响
从图4能看出，硅胶随着黏弹系数的减小，涂层织物的经向和纬向耐磨性能均有明显提高，尤其黏弹系数为20000的织物在经历2000转的摩擦后其表面的涂层状况仍旧保持在较好水平。这说明，A 型硅胶的力学性能和与织物的抱合性能比其他两种硅胶有着明显的改观。

图4 涂层织物的耐磨性能与硅胶黏弹系数的关系
2.4硅胶黏度对涂层织物刚度的影响
从图5可以看出，涂层织物的经向和纬向刚度随着硅胶黏弹系数的变化均保持在同一水平，即织物的刚度维持不变。这说明硅胶的黏度及其在织物中的分布状态对织物的刚度几乎没有影响。
图5 涂层织物的刚度与硅胶黏弹系数的关系
硅胶中的无机填料成分含量可能对织物的柔软性有一定的影响，但在本文此黏度系数范围内，硅胶并没有影响到织物刚度。
2.5硅胶在涂层织物中的界面分布
图6显示了A 型硅胶和C 型硅胶在涂层织物中的分布状况。从图6中可以看出，A 型硅胶明显地渗入到织物中，并与纱线和长丝呈较明显的抱合状态; C型硅胶也有一定程度的渗入，并与纱线有所抱合，但其绑丝程度远远不如A型硅胶。这说明，黏弹系数小的硅胶更容易渗入到织物中与纱线和纤维形成抱合，达到良好的绑丝效果，从而明显改善涂层织物的力学性能。

( a) A 型硅胶涂层织物


b) C 型硅胶涂层织物
图6 不同黏度系数的硅胶在涂层织物中的分布截面图
结论
从本文的研究分析可以得到以下结论:
（1）随着硅胶黏度降低，涂层织物拉伸性能明显改善，即断裂强度增加和断裂伸长率增大。
（2）随着硅胶黏度的降低，涂层织物的撕裂强度明显增加。
（3）随着硅胶黏度的降低，涂层织物的耐磨性能明显提高，而刚度维持不变。
（4） 低黏度的硅胶更容易渗入到织物结构中，形成良好的绑丝状态，并且其起黏结和抱合作用的弹性体成分含量也较大，从而大大改善涂层织物的力学性能。
（5）低黏度硅胶涂层的织物可作为气体发生器与气袋接触部位的增强隔热片体选材，也可以用作泄气孔部位的增强片体; 气袋主片体可根据其充胀后压力大小来选择，一般选低黏度的硅胶涂层，每平方米硅胶涂层25g，纱线规格为470dtex /136f，面密度为215g /m，经纬向织物密度均为18 根/cm的锦纶66涂层织物。
参考文献
［1］卜桂仙． 安全气囊织物的原料及发展趋势［J］． 产业用纺织品，1999， 17( 12) : 1-4．
［2］来国桥，幸松民． 有机硅产品合成工艺及应用［M］． 北京: 化学工业出版社， 2010， 528．
［3］王新厚． 安全气囊织物的透气和力学性能［J］． 纺织学报，2005， 26( 6) : 13-14．
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