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汽车用安全带材料的应用与发展迅猛
时间:2024-04-02 09:25:12    来源:仙桃市非织造布产业协会  

作为产业用纺织品的一个重要领域,汽车用纺织品对乘坐安全性和舒适性、汽车轻量化和行驶操纵性能都有重要影响。据统计,每辆汽车平均消耗42m2纺织品,主要用于座椅、顶棚、地毯、隔音毡、隔热毡、空滤和油滤材料、安全带和安全气囊、帘子布及用于车身的纤维复合材料等。目前,虽然受汽车市场低迷的影响,汽车行业对纺织品的需求降低,但行业骨干仍坚持对产品的创新和研发做持续投入,并分析国家政策及汽车产业发展趋势,积极寻找企业可持续发展的机遇。


目前,被广泛采用的被动式安全带由织带、自动卷收器、预拉紧安全结构、拉力限制器等部件构成。安全带对于乘车安全的重要性不言而喻,正确使用安全带能使汽车撞击造成的伤害降低60%~70%,死亡率下降约75%。为减小汽车冲撞和紧急制动时驾乘人员的位移,织带需要具有高强度,良好的延伸性(以减少附加速度在人体上产生的力)、耐磨性(织带常处于伸缩状态)、耐气候性及阻燃性等,在汽车的整个生命周期内持续使用而不会显著劣化。取决于前排还是后排位置,对织带延伸性的要求也不同。低伸长型纤维适用于前排驾驶员和副驾驶员所使用的织带,约束能力强;高伸长型纤维适用于后排乘员所使用的织带,提供缓冲和适当地吸收能量。此外,织带还应表面光滑、抗菌、色泽与车厢匹配,同时对其耐光、耐湿摩擦和耐汗渍色牢度也有要求。


纤维原料对织带的影响


纤维原料性能指标的高低及稳定性严重影响织带的安全性能和品质。一般选用抗拉强度较高、伸长率适中、不易变形的纤维原料,如高强涤纶长丝和高强锦纶长丝。锦纶耐光性差,早期使用较多,现在所占比例不大。目前主要以涤纶工业长丝为织带原料,其具有模量高、伸长率低、热性能好、尺寸稳定性好和成本适宜等特点。若涤纶工业长丝的强度差,则需增加经纱根数,导致生产成本提高;强度不稳定,则增大生产控制难度,导致织带质量不稳定。原料的伸长率、干热收缩率决定了织带的延伸性,若出现偏差和不稳定,会影响后续染整工艺和织带性能。此外,涤纶工业长丝的含油率、油污、灰尘都可能会导致织疵,影响织带外观。美国PerformanceFibers曾开发出座位安全带专用纤维Securus,其是一种新型聚酯共聚物纤维,由其所制成的织带同时具有涤纶的力学约束性能和聚己内酯(PCL)的柔韧性和缓冲性。与涤纶织带相比,由Securus纤维制成的织带的能量吸收可增加30%,乘员所受撞击力可减少30%。


纱线参数对织带的影响


安全带织带长约2.6~3.6m、宽约为46mm、厚度约为1.1~1.2mm。据估计,每辆车中约有总长度为14m,重约0.8kg的织带。由于织带易拆卸且成分均一,便于回收利用。在欧洲安全带主要为黑色,在美国和日本主要是浅灰色,但在具体应用中也需要考虑与内饰颜色的搭配。通常,织带经向为320根1100dtex的纱线或260根1670dtex的纱线,采用斜纹或缎纹组织结构。经纱多平行于织带平面,以提高织带强力,使织带表面光滑、柔软。织带经后整理后,织物缩紧,克重增加,可提高其能量吸收性能。


织带在长度方向上需柔软易弯曲,给人体带来舒适感;在宽度方向上需硬挺,以使织带能在带扣之间轻松滑动并顺利回缩。日产(Nissan)开发了一种人字斜纹织物,可减少乘员佩戴时的松紧度和织带的滑动力,带来更好的舒适感和便捷性。此外,织带还要求边缘耐磨但不能过硬,否则影响佩戴的舒适性。美国安全带生产商AlliedSignal开发了一款特殊设计的织带CARESS,该织带在织边处采用了更柔软的500D纱线。


织带的耐磨性与涤纶工业长丝的单丝线密度、纱线线密度及纱线捻度有关。较粗的纱线有利于提高其耐磨性。高耐磨性的织带宜采用高强耐磨性工业捻丝。不加捻丝织造的织带施以涂层也可提高其耐磨性。有研究指出,相较捻丝而言,由于不加捻丝织造的织带密度高,织带的拉伸强度和撕裂强度得到提高,织带也更加柔软、光滑、易弯曲。美国和日本多采用不加捻丝来织造织带,而欧洲多采用捻丝织造。自20世纪末,不加捻的高线密度纱线越来越受欢迎。如日本制造商常采用1100dtex的经纱和550dtex的纬纱制造织带。此外,膨体纱和变形纱也可用于织带,这类纱线更耐磨但强度差,可用作面层纱线。


安全带的发展现状与趋势


目前,安全带织带原料已基本实现国产化,涤纶工业丝可满足国内市场需求,安全带织带技术也有了较好的发展。但在安全带的总成技术上,国内企业仍需加大研发力度。外资企业在具有恒力、低噪音和低摩擦的卷收器、安全带座椅一体化设计、固定装置等方面都取得了较大成就,具有领先的安全带配套关键技术,占据了大量安全带市场。国外近年来汽车安全带专利申请人所属国家分布状况数据显示,欧美国家拥有大量核心技术,设置了大量专利壁垒并形成了行业垄断。


近年来,市场上还出现了基于压力传感器原理的安全带系统、气囊式安全带、负泊松比效应的织带等研发思路。全球最大的汽车安全供应商瑞典AUTOLIV(奥托立夫)开发了一种配备气囊的座椅安全带,使安全带和安全气囊的功能合二为一,并已装配于Mercedes-Benz(梅赛德斯-奔驰)的S级轿车上。该公司还开发了一种智能安全带,当激光雷达检测到障碍物时,预紧器会收紧安全带的松弛部分。日产开发了一种可根据碰撞严重程度调整对乘员的约束力的智能安全带。此外,安全带还可配合安全气囊协同使用,在安全气囊展开时主动收紧安全带,使乘员处于最佳约束位置。利用传感器和主动安全功能,安全带正在变得越来越“智能”。