專利名稱：用于汽車(chē)乘員保護(hù)系統(tǒng)的氣袋蓋及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)乘員保護(hù)系統(tǒng)用的氣袋蓋，該蓋具有一條從蓋的內(nèi)側(cè)向內(nèi)延伸一直到一個(gè)預(yù)定的剩余壁厚的撕裂線，本發(fā)明還涉及制造該蓋的方法。
這種氣袋蓋目前是用塑料的注射成型或其他成型方法制造的。這種蓋在其內(nèi)側(cè)設(shè)有一條所謂的撕裂線，在氣袋作用時(shí)該線作為預(yù)定的薄弱線裂開(kāi)，使蓋能向外折疊。因此氣袋能展開(kāi)并阻擋汽車(chē)乘員不讓他沖撞在轉(zhuǎn)向柱控制板或擋風(fēng)玻璃上。
產(chǎn)生撕裂線的傳統(tǒng)方法是，甚至還在制造該蓋時(shí)就利用注射成型的的表面特性或發(fā)泡工具。為了確保制造方法的可靠，要求有一個(gè)取決于制蓋材料的最小剩余壁厚。這個(gè)剩余壁厚還控制著在裝設(shè)狀態(tài)下蓋的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。但在另一方面也希望有一較薄的剩余壁厚，為的是在發(fā)生事故、氣袋脹開(kāi)時(shí)確保蓋能可靠地爆裂。在用注射成型法生產(chǎn)這個(gè)蓋時(shí)可以制出極薄的剩余壁厚，但這個(gè)壁厚又顯得太薄，此致在蓋的可視側(cè)也可看到顯示撕一存在的明顯標(biāo)記。
德國(guó)專利申請(qǐng)DE-A4,409,405號(hào)曾公開(kāi)過(guò)一種生產(chǎn)氣袋蓋的方法，該氣袋蓋具有一個(gè)由較硬聚合物材料模制的內(nèi)層和一個(gè)由較軟聚合物材料模制的外層。該蓋首先用傳統(tǒng)的模制方法制造。然后用對(duì)蓋沒(méi)有沖擊作用的切割技術(shù)在蓋內(nèi)制出撕裂線。為此目的可專門(mén)應(yīng)用激光、超聲波刀或熱刀。切割時(shí)完全穿透模制的內(nèi)層并最好有大約1mm進(jìn)入到較軟聚合物材料的外層內(nèi)。在這種情況下，撕裂線約為0.3mm寬，模制內(nèi)層約為2mm厚，模制外層約為5mm厚。
按照這種方式設(shè)計(jì)的蓋存在的問(wèn)題是，在汽車(chē)的整個(gè)使用壽命中，該蓋并不能始終保證可靠地作用。
按照本發(fā)明因此而提出的屬于最初所述那種型式的蓋，其特征為，該蓋的主要組成部分具有一種材料的一層或多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，該材料選自熱塑性聚合物與非交聯(lián)的、部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM(乙丙三元橡膠)三元共聚物的彈性體合金(摻合聚合物)，交替的聚酯和聚醚嵌段的嵌段共聚物及聚苯乙烯和聚烯烴的嵌段共聚物；沿著撕裂線軌跡的主要部分的剩余壁厚在0.3和1mm之間；并且從蓋的內(nèi)側(cè)開(kāi)始的撕裂線向著蓋的外側(cè)一直變細(xì)。
熱塑性聚合物和EPDM三元共聚物的彈性體合金主要具有兩個(gè)相一個(gè)由熱塑性聚合物構(gòu)成的硬相和一個(gè)由EPDM三元共聚物構(gòu)成的軟相。熱塑性聚合物最好為聚丙烯。
在生產(chǎn)以下被稱為“ TPE-O”的彈性體合金時(shí)，將EPDM三元共聚物彈性體的顆粒均勻而又細(xì)密地分布在熱塑性聚合物的基體(組織)內(nèi)，此時(shí)EPDM三元共聚物以非交聯(lián)的形式存在。以下被稱為“TPE-V”的彈性體合金具有與TPE-O彈性體合金相同的組分，只是EPDM三元共聚物的軟相已經(jīng)部分或完全交聯(lián)在熱塑性基體中。術(shù)語(yǔ)“完全交聯(lián)”在這里意為交聯(lián)程度已超過(guò)95％，而“部分交聯(lián)”意為交聯(lián)程度最多為95％，較好為90到95％。
在起始的組分中添加交聯(lián)劑，進(jìn)行劇烈地混和，最好采用動(dòng)態(tài)硬化的方式，使EPDM相在混和和分散過(guò)程中“就地”交聯(lián)，便可產(chǎn)出TPE-V彈性體合金。這種技術(shù)使我們?cè)趯?shí)際上有可能修整彈性體合金的特性，特別是關(guān)于比例、交聯(lián)程度和EPDM軟相的分布。
按照本發(fā)明，作為氣袋蓋的材料，嵌段共聚物也是適用的，今后將稱之為“TPE-E”，嵌段共聚物包括交替的硬的聚酯嵌段和軟的聚醚嵌段。聚酯嵌段在這種情況下是由二元醇最好是1，4-丁二醇，和二羧酸，最好是對(duì)苯二酸構(gòu)成的。為了生產(chǎn)出嵌段共聚物，聚酯嵌段被載有末端羥基團(tuán)的長(zhǎng)鏈聚醚酯化。
今后將被稱為“TPE-S”的聚苯乙烯和聚烯烴的嵌段共聚物，其特征為具有三個(gè)嵌段的結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)熱塑性聚苯乙烯的末端嵌段和一個(gè)彈性體聚烯烴的中間嵌段。用作TPE-S時(shí)最好是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物、苯乙稀-異戊二烯-苯乙烯的嵌段共聚物或苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的嵌段共聚物及其氫化衍生物。在這些“TPE-S”的嵌段共聚物中，硬的聚苯乙烯嵌段構(gòu)成多個(gè)具有均勻材料特性的區(qū)域(支配區(qū))，這些區(qū)域成為柔性的、軟的聚烯烴嵌段的在空間內(nèi)的、實(shí)際上的交聯(lián)點(diǎn)。
按照本發(fā)明的蓋還具有一條撕裂線，沿著撕裂線軌跡的主要部分的剩余壁厚在0.3和1mm之間。剩余壁厚小于0.3mm時(shí)會(huì)在汽車(chē)使用壽命期內(nèi)在蓋內(nèi)造成強(qiáng)度上的問(wèn)題并會(huì)導(dǎo)致蓋的早期的或意外的斷裂。剩余壁厚大于1.0mm時(shí)會(huì)阻礙蓋的斷裂并在氣袋出現(xiàn)時(shí)會(huì)增加蓋的其他部分特別是在鉸鏈附近的載荷。最好增加在蓋的鉸鏈附近的撕裂線端頭附近的剩余壁厚，以便確保撕裂后有一個(gè)整齊的端頭。另外最好減少在撕裂線軌跡預(yù)定區(qū)域內(nèi)的剩余厚度，以便在這里正規(guī)地開(kāi)始撕裂并使撕裂易于進(jìn)行。這個(gè)預(yù)定區(qū)域的位置將根據(jù)所需撕裂線的形狀和氣袋的布置來(lái)選定。
按照本發(fā)明的氣袋蓋的另一特征是，從蓋的內(nèi)側(cè)開(kāi)始的撕裂線向著蓋的外側(cè)式可視側(cè)一直變細(xì)。最好撕裂線在橫截面上一般地與高斯曲線近似。這樣設(shè)計(jì)的撕裂線的橫截面可確保蓋能準(zhǔn)確地沿著設(shè)計(jì)成薄弱的預(yù)定線撕裂開(kāi)。
撕裂線的寬度適宜在120和190μm之間，更適宜約為150μm。小的撕裂寬度可確保蓋準(zhǔn)確地在預(yù)定位置上裂開(kāi)。另外還可完全防止撕裂線在蓋的另一側(cè)產(chǎn)生明顯的標(biāo)記。
采用傳統(tǒng)的注射成型不可能生產(chǎn)出具有這樣小寬度的撕裂線。本發(fā)明因此還涉及制造氣袋蓋的方法，在該方法內(nèi)，撕裂線是用激光器制出的。CO2激光器是比較合用的，該激光器比較突出的特征是所產(chǎn)生的激光束具有高強(qiáng)度和10.6μm的有利波長(zhǎng)，在這種情況下，能完全被要切割的塑性材料吸收。另外CO2激光器具有15到20％的高效率并且對(duì)于這樣的效能只需小的冷卻裝置。
按照本發(fā)明，激光器是按所謂“單?！狈绞讲僮鞯?。在種單模操作中，激光器發(fā)出的激光束具有近似的高斯能量輪廓線，即激光束的能量流密度或強(qiáng)度在其中心比較強(qiáng)。在另一方面，在所謂“多?！辈僮髦?，在激光束橫截面的所有各點(diǎn)上激光束的強(qiáng)度幾乎都相等。由于激光器的單模操作，因此能夠得到較好的聚焦和較高的切割速度。
按照本發(fā)明選定的氣袋蓋用的塑性材料，結(jié)合預(yù)定的剩余壁厚和預(yù)定的撕裂線的形狀，便可在汽車(chē)的整個(gè)使用壽命期中確保蓋的最佳功能可靠性，并可防止由于溫度的經(jīng)常變化而在蓋上撕裂線附近引起的早期脆裂。
本發(fā)明的另外一些特征和優(yōu)點(diǎn)可從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明較優(yōu)實(shí)施例的說(shuō)明中看到。


圖1所示為通過(guò)一個(gè)兩組件的氣袋蓋的剖面圖。
圖2所示為在撕裂線附近通過(guò)一個(gè)單組件的氣袋蓋的一部分的剖面圖。
圖1中畫(huà)出的氣袋蓋具有一個(gè)作為其主要部分的心層10和一個(gè)厚度略小并粘合在心層上的外覆蓋層12。這兩層10和12都是在一個(gè)模型內(nèi)用注射法生產(chǎn)出來(lái)的，支承10a和10b是通過(guò)注射成型同時(shí)在層10上生產(chǎn)出來(lái)的。這兩個(gè)支承用來(lái)將蓋連結(jié)在方向盤(pán)的輪轂上或控制板上。覆蓋層12另外設(shè)有一個(gè)由粘合促進(jìn)劑和覆蓋漆構(gòu)成的兩組分脲烷漆體系的涂層14。這種漆體系的特征是對(duì)刮傷和磨損具有良好的抗力，并且在其表面被觸摸時(shí)給人一種特別舒適的感覺(jué)。
按照本發(fā)明，在蓋內(nèi)制出一條撕裂線18(圖中已放大)。撕裂線最好一直延伸貫穿心層10并通過(guò)覆蓋層12的一部分。根據(jù)用于覆蓋層和心層的材料可決定撕裂線部分還是完全分割心層。在材料內(nèi)制出撕裂線18最好用按照單模操作的CO2激光器，激光器所產(chǎn)生的熱斑的直徑(聚焦直徑)約為120到190μm，并且最好約為150μm，此時(shí)發(fā)散度約為5mrad。激光器這樣設(shè)定時(shí)在蓋內(nèi)制出的撕裂線在橫截面上可大致具有高斯曲線的形狀。
在圖1中畫(huà)出的蓋的心層10基本上是由這樣一種材料構(gòu)成的，此種材料選自熱塑性聚合物與非交聯(lián)的、部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金和交替的聚酯和聚醚嵌段的嵌段共聚物。覆蓋層12可由熱塑性聚合物和部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金、聚苯乙烯和聚烯烴的嵌段共聚物以及交替的聚酯和聚醚的嵌段共聚物構(gòu)成。作為熱塑性聚合物，聚丙烯是比較合用的。
心層的厚度最好在約2到4mm的范圍內(nèi)，覆蓋層的厚度最好在約1到3mm的范圍內(nèi)。心層最好比覆蓋層硬。
按照第一實(shí)施例，心層的材料由熱塑性聚合物和非交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金(TPE-O)構(gòu)成，而覆蓋層的材料由聚苯乙烯的末端嵌段和一個(gè)彈性的聚烯烴的中間嵌段的嵌段共聚物(TPE-S)構(gòu)成。在用這樣方式制出蓋的情況下，在蓋內(nèi)切出的撕裂線上的剩余壁厚對(duì)撕裂線的絕大部分來(lái)說(shuō)約在0.5和1.0mm之間。
在圖1中畫(huà)出的兩組件蓋的另一個(gè)實(shí)施例中，心層材料由熱塑性聚合物和非交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金(TPE-O)構(gòu)成，而覆蓋層材料由熱塑性聚合物和部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金(TPE-V)構(gòu)成。在這樣一個(gè)蓋結(jié)構(gòu)的情況下，剩余壁厚最好約在0.5和1.0mm之間。
在圖1畫(huà)出的蓋的又一個(gè)實(shí)施例中，心層10和覆蓋層12的材料都由熱塑性聚合物和分別具有不同硬度的、部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金(TPE-V)構(gòu)成。在這種情況下，剩余壁厚最好約在0.5和0.8mm之間。最后，心層10和覆蓋層12的材料可都由交替為聚酯和聚醚嵌段的嵌段共聚物構(gòu)成。在這種情況下，剩余壁厚最好約為0.3到0.5mm。
圖2所示為在撕裂線18附近通過(guò)構(gòu)成單組件蓋的主要部分的層16的部分剖面圖。撕裂線18是用激光器在蓋的內(nèi)側(cè)切出的。撕裂線的寬度一般等于所產(chǎn)生的激光束的焦點(diǎn)直徑，并且在蓋的內(nèi)側(cè)測(cè)量時(shí)，最好約在120和190μm之間。由于撕裂線18是用激光器制出的，該線在其與蓋的內(nèi)側(cè)毗連的邊上形成小的隆起20，在確定撕裂線的寬度時(shí)，這些隆起并不計(jì)入。這里示出的撕裂線18在橫截面上大致為高斯曲線的形狀。在撕裂線18附近的壁厚(剩余壁厚)約在0.3和1mm之間。層16的厚度最好在2到4mm的范圍內(nèi)。另外在單組件蓋16的外側(cè)可敷上一層覆蓋漆來(lái)改善觸摸時(shí)的手感。
按照?qǐng)D2的構(gòu)成單組件蓋的主要部分的層16最好由這樣一種材料構(gòu)成，此種材料選自主要含有熱塑性聚合物和非交聯(lián)的部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金，或交替為聚酯和聚醚嵌段的嵌段共聚物。
最好，層16的材料為熱塑性聚合物和非交聯(lián)的DPDM三元共聚物的彈性體合金(TPE-O)，其剩余壁厚最好約在0.5和1.0mm之間。
另外，層16的材料可為熱塑性聚合物和部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金(TPE-V)。這種蓋的剩余壁厚最好約在0.5和0.8mm之間。
最后，層16的材料還可以是交替為聚酯和聚醚嵌段的嵌段共聚物(TPE-E)，其剩余壁厚約為0.3到0.5mm。
按照本發(fā)明的蓋首先用傳統(tǒng)的注射成型技術(shù)制出，然后再在后一步驟中制出撕裂線，由于這樣的制造方式，因此沒(méi)有必要在注射模內(nèi)提供特制的輪廓，從而可用較簡(jiǎn)單的模具設(shè)計(jì)。另外，由于模型沒(méi)有很好充填而引起的壁厚的躍變將不會(huì)發(fā)生，并且在與撕裂線反對(duì)的蓋的可視側(cè)看不到任何標(biāo)記。
在注射成型后，用激光器從蓋的內(nèi)側(cè)向內(nèi)制出撕裂線，一直到預(yù)定的剩余壁厚為止。采用激光器有可能快速而又簡(jiǎn)單地修正剩余壁厚，而且撕裂線顯然不會(huì)受到注射模任何復(fù)雜變化的影響。按照單模操作的CO2激光器是比較適合采用的。在這種單模操作中，激光器發(fā)出的激光束的能通量密度或強(qiáng)度在光束橫截面的中央比在兩邊高，強(qiáng)度的分布大致與一高斯曲線相當(dāng)。這種操作模式的優(yōu)點(diǎn)是能夠高速切割和較尖銳地聚焦。因此有可能制出小而寬度極小的撕裂線。由激光器產(chǎn)生的激光束的焦點(diǎn)直徑適宜約為120到190μm，最好約為150μm，其時(shí)發(fā)散度約為5mrad。
權(quán)利要求
1.一種汽車(chē)乘員保護(hù)系統(tǒng)用的氣袋蓋，該蓋具有一條從蓋的內(nèi)側(cè)向內(nèi)延伸一直到一個(gè)預(yù)定的剩余壁厚的撕裂線(18)，其特征為，該蓋的主要組成部分具有一層或多層(10，12；16)復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述層的材料選自熱塑性聚合物與非交聯(lián)的、部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金，交替為聚酯和聚醚嵌段的嵌段共聚物以及聚苯乙烯和聚烯烴的嵌段共聚物；沿著撕裂線(18)軌跡的主要部分的剩余壁厚在0.3和1mm之間；并且從蓋的內(nèi)側(cè)開(kāi)始的撕裂線(18)向著蓋的外側(cè)一直變細(xì)。
2.按照權(quán)利要求1的蓋，其特征為，撕裂線(18)的寬度在蓋的內(nèi)側(cè)測(cè)量時(shí)約在120和190μm之間。
3.按照權(quán)利要求1或2的蓋，其特征為，撕裂線(18)在橫截面上與高斯曲線的形狀近似。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的蓋，其特征為，蓋的主要組成部分具有由這樣一種材料構(gòu)成的一層(16)，所述材料選自熱塑性聚合物與非交聯(lián)的、部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金，及交替為聚酯和聚醚嵌段的嵌段共聚物。
5.按照權(quán)利要求4的蓋，其特征為，該材料為由熱塑性聚合物和非交聯(lián)的EPDM三元共聚物組成的彈性體合金，其剩余壁厚在0.5和1.0mm之間。
6.按照權(quán)利要求4的蓋，其特征為，該材料為熱塑性聚合物和部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金，其剩余壁厚在0.5和0.8mm之間。
7.按照權(quán)利要求4的蓋，其特征為，該材料為交替為聚酯和聚醚嵌段的嵌段共聚物，其剩余壁厚在0.3和0.5mm之間。
8.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的蓋，其特征為，蓋的主要組成部分包括至少一層設(shè)置在里面的心層(10)和模壓在該心層上的覆蓋層(12)。
9.按照權(quán)利要求8的蓋，其特征為，所述心層(10)的材料為熱塑性聚合物和非交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金，而覆蓋層(12)的材料為聚苯乙烯和聚烯烴的嵌段共聚物，剩余壁厚在0.5和1.0mm之間。
10.按照權(quán)利要求8的蓋，其特征為，所述心層(10)的材料為熱塑性聚合物和非交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性合金，而覆蓋層(12)的材料為熱塑性聚合物和部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金，剩余壁厚在0.5和1.0mm之間。
11.按照權(quán)利要求8的蓋，其特征為，所述心層(10)和覆蓋層(12)的材料都是由熱塑性聚合物和部分交聯(lián)的或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金構(gòu)成的，剩余壁厚在0.5和0.8mm之間。
12.按照權(quán)利要求8的蓋，其特征為，所述心層(10)和覆蓋層(12)的材料都是由交替為聚酯和聚醚嵌段的嵌段共聚物構(gòu)成的，剩余壁厚在0.3和0.5mm之間。
13.按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的蓋，其特征為，該熱塑性聚合物為聚丙烯。
14.按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的蓋，其特征為，在撕裂線(18)端頭附近的剩余壁厚是增大的。
15.按照以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的蓋，其特征為，在撕裂線(18)的軌跡的一個(gè)預(yù)定區(qū)域內(nèi)的剩余壁厚是減小的。
16.一種制造按照權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)的蓋的方法，其特征為，撕裂線(18)是用激光器在蓋的內(nèi)側(cè)制出的，所說(shuō)激光器產(chǎn)生的激光束在其橫截面的中央具有較高的能量密度。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其特征為，所說(shuō)激光器為CO2激光器。
18.按照權(quán)利要求16或17的方法，其特征為，所說(shuō)激光器產(chǎn)生的激光束的焦點(diǎn)直徑約為120到190μm，發(fā)散度約可達(dá)到5mrad。
全文摘要
汽車(chē)乘員保護(hù)系統(tǒng)用的氣袋蓋及其制造方法。該蓋的特征為，其主要組成部分為一層或多層(10、12；16)復(fù)合結(jié)構(gòu)，該層材料選自熱塑性聚合物和非交聯(lián)的部分或完全交聯(lián)的EPDM三元共聚物的彈性體合金，交替為聚酯和聚醚嵌的嵌段共聚物及聚苯乙烯和聚烯烴的嵌段共聚物；沿撕裂線(18)軌跡的主要部分的剩余壁厚在0.3和1mm之間；并且從蓋的內(nèi)側(cè)開(kāi)始的撕裂線(18)向著蓋的外側(cè)一直變細(xì)。撕裂線是用激光器在蓋的內(nèi)側(cè)制出的。
文檔編號(hào)B60R21/2165GK1156672SQ9611977
公開(kāi)日1997年8月13日 申請(qǐng)日期1996年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月13日
發(fā)明者伯恩德·納施爾 申請(qǐng)人:Trw乘員約束系統(tǒng)公司