Brevet FR2874390A1 — publié le 20060224

La présente invention concerne une étoffe en polyester qui est utilisée dans les coussins pneumatiques de sécurité. En particulier, l'étoffe en polyester présente une résistance améliorée à l'effilochage des bords - la tendance relative d'une étoffe à se déchirer sous une tension au niveau d'une couture ou une action similaire telle que le gonflement de systèmes de retenue gonflables. En outre, l'étoffe en polyester de la présente invention doit avoir une résistance au frangeage des bords supérieure à environ 350 Newtons à température ambiante (20 C) et supérieure à 250 Newtons à 90 C. L'étoffe en polyester de la présente invention comprend un apprêt en polymère ou copolymère acrylique ou mélange de polymères acryliques appliqué à une teneur nominale en matières solides d'environ 1 à environ 4 % en poids ajoutée à ladite étoffe. Les coussins pneumatiques de sécurité classiques sont produits en revêtant ou stratifiant une étoffe à armure toile avec une résine élastomère telle qu'un caoutchouc synthétique, par exemple le chloroprène, une oléfine chlorosulfonée ou une silicone, pour obtenir une étoffe de base ayant une faible perméabilité à l'air, et en coupant et en cousant l'étoffe de base sous forme de sacs. La résine élastomère est appliquée à la surface de l'étoffe de base en une quantité de 90 à 120 g/m2 et le coussin pneumatique de sécurité produit est très lourd, dur et d'aspect grossier. En outre, lorsqu'il est plié en un module compact, il est difficile à plier. Si l'étoffe de base est revêtue d'une résine élastomère de silicone, le coussin pneumatique de sécurité est considérablement plus résistant à la chaleur et résistant aux basses températures qu'un coussin pneumatique de sécurité comprenant une étoffe de base revêtue d'une résine élastomère de chloroprène. En outre, la quantité de résine de revêtement est comprise seulement dans l'intervalle de 40 à 60 g/m2, ce qui permet une réduction du poids et une amélioration de l'aspect et de l'aptitude au pliage. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 6 545 092, 6 348 543 et 6 468 929 au nom de Parker décrivent un revêtement pour améliorer la résistance au frangeage des bords. Ce revêtement est un mélange réticulé de polyalkyle/polyphénoxysiloxane avec un copolymère d'éthylène et de méthacrylate. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 705 645 au nom de Konen décrit un revêtement de polymère acrylique comme stratifié de film sur l'intérieur du coussin pneumatique de sécurité. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 800 883 au nom de Koseki décrit un coussin pneumatique de sécurité revêtu d'une résine de polyuréthanne. De nombreux autres ont utilisé des revêtements de résines de silicone qui ont créé également un film sur la surface des fibres, en créant ainsi un coussin pneumatique de sécurité imperméable à l'air. Ces coussins pneumatiques de sécurité présentent un effilochage réduit au niveau des coutures. On sait également utiliser un revêtement de copolymère silicone/uréthanne ou silicone/acrylique pour améliorer la résistance au déchirement. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 6 169 043 au nom de Li décrit un coussin pneumatique de sécurité revêtu d'une résine copolymère de polyacrylate et de polyuréthanne pour réduire la perméabilité à l'air. Il n'est fait nulle mention de l'effilochage au niveau des coutures ou des bords. Ce brevet montre qu'un polyacrylate en lui-même est inférieur à une résine de copolymère de polyacrylate et de polyuréthanne en ce qui concerne la perméabilité à l'air. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 6 291 040 au nom de Moriwaki et al. décrit une étoffe en Nylon pour coussins pneumatiques de sécurité, portant un revêtement mince d'une résine synthétique thermoplastique, de préférence d'une résine à base de polyuréthanne ou de polyester, pour éviter l'effilochage au niveau des bords, par pontage des interstices de l'étoffe avec la résine. Cependant, jusqu'à présent, il a été considéré que ce perfectionnement est insuffisant. Le revêtement doit résister à des conditions extrêmes à l'état plié. Par exemple, le revêtement ne doit pas se fissurer ou devenir collant, et le coussin pneumatique de sécurité doit se déployer sans effilochage au niveau des coutures (la tendance relative d'une étoffe à se déchirer sous l'action d'une tension, due au gonflement, au niveau des coutures) après un stockage prolongé à -40 C, et à 90 C. En outre, il est également demandé que l'étoffe de base pour les coussins pneumatiques de sécurité soit moins coûteuse et plus aisément pliée pour réduire les dimensions du module. Ainsi, des coussins pneumatiques de sécurité utilisant des étoffes de base non revêtues ont attiré l'attention. Cependant, ils ont présenté une éraillure au cours de l'opération de couture et ils ont présenté un effilochage au niveau des coutures. Les étoffes en Nylon non revêtues pour les coussins pneumatiques de sécurité présentent une résistance à l'effilochage au niveau des bords qui est supérieure à celle d'une étoffe de polyester utilisée aux mêmes fins. Pour rendre les coussins pneumatiques de sécurité à base de polyester compétitifs avec les coussins pneumatiques de sécurité en Nylon, il est souhaitable d'augmenter la résistance à l'effilochage au niveau des bords des étoffes en polyester utilisées dans les coussins pneumatiques de sécurité. En conséquence, il existe un besoin d'un coussin pneumatique de sécurité en polyester non revêtu qui présente une résistance à l'effilochage au niveau des bords équivalente ou supérieure à la température ambiante et aux températures élevées. La présente invention reconnaît que les coussins pneumatiques de sécurité en polyester ont une résistance inférieure à l'effilochage au niveau des bords, comparativement aux coussins pneumatiques de sécurité en Nylon. Les étoffes de Nylon pour les coussins pneumatiques de sécurité ont une résistance à l'effilochage au niveau des bords d'au moins 350 N à température ambiante et supérieure à 250 N à 90 C. Pour augmenter la résistance à l'effilochage au niveau des bords des coussins pneumatiques de sécurité en polyester et ne pas affecter la perméabilité à l'air, la présente invention n'utilise pas de bande de formation de film sur l'étoffe de coussins pneumatiques de sécurité. En fait, la présente invention utilise un apprêt qui revêt les fibres de l'étoffe mais qui ne forme pas un film sur l'étoffe proprement dite. De cette manière, l'apprêt améliore fortement la résistance à l'effilochage au niveau des bords sans affecter les autres propriétés de l'étoffe, telles que l'aptitude au pliage. Dans le sens le plus général, la présente invention concerne une étoffe en polyester à armure toile ayant une résistance à l'effilochage au niveau des bords, supérieure à environ 350 N à température ambiante et supérieure à 250 N à 90 C. Dans le sens le plus général, la présente invention concerne également un coussin pneumatique de sécurité en polyester ayant une résistance à l'effilochage au niveau des bords, supérieure à environ 350 N à 20 C et supérieure à environ 250 N à 90 C, ledit coussin pneumatique de sécurité comprenant un apprêt constitué d'un polymère d'ester d'acide acrylique. Dans le sens le plus général, la présente invention concerne également un coussin pneumatique de sécurité en polyester ayant une résistance à l'effilochage au niveau des bords, supérieure à environ 350 N à 20 C et supérieure à environ 250 N à 90 C, ledit coussin pneumatique de sécurité comprenant un apprêt ne formant pas de film. Dans le sens le plus général, la présente invention concerne également une étoffe de polyester à armure toile, ayant une résistance à l'effilochage au niveau des bords, supérieure à environ 350 N à température ambiante et supérieure à environ 250 N à 90 C, qui a été revêtue d'un élastomère. Les formes de réalisation préférées sont décrites ci-après. Sous la forme la plus simplifiée, la présente invention concerne une étoffe de polyester comprenant un apprêt constitué d'un polymère d'ester d'acide acrylique. Des fibres de polyester et étoffe en polyester pour les coussins pneumatiques de sécurité sont bien connues. Invista, Inc., auparavant KoSa, commercialise une fibre à bas profil qui est désignée par 650d T771. Un homopolymère de poly(téréphtalate d'éthylène) (PET) est préparé par l'un de deux procédés à savoir: 1) le procédé d'échange mutuel d'esters et 2) le procédé d'estérification directe. Dans le procédé d'échange mutuel d'esters, du téréphtalate de diméthyle (DMT) a été amené à réagir avec de l'éthylèneglycol (transestérification) pour obtenir du téréphtalate de bis(2-hydroxyéthyle) (monomère) avec de petites quantités d'autres produits de réaction (oligomères) et du méthanol. La réaction étant réversible, il est nécessaire d'éliminer le méthanol pour convertir totalement les matières premières en un monomère. On sait utiliser du magnésium et/ou du cobalt et/ou du zinc dans la réaction d'échange mutuel d'esters. L'activité du catalyseur est ensuite séquestrée en introduisant du phosphore, par exemple sous forme d'acide polyphosphorique (PPA), à la fin de la réaction d'échange mutuel d'esters. Le monomère subit ensuite un procédé de condensation (une polycondensation qui polymérise le monomère en PET). Lorsque le monomère subit une polycondensation, le catalyseur utilisé le plus fréquemment est l'antimoine. Si le catalyseur utilisé dans la réaction d'échange mutuel d'esters n'est pas séquestré avec du phosphore, le polymère résultant se dégrade aisément (thermodégradation) et a une couleur jaune parfaitement inacceptable. Le second procédé de préparation de PET consiste à faire réagir de l'acide téréphtalique (TA) et de l'éthylèneglycol par une réaction d'estérification directe produisant du téréphtalate de bis(2hydroxyéthyle), des oligomères et de l'eau. Cette réaction est également réversible, et, ainsi, peut être conduite à son terme en éliminant l'eau au cours du processus réactionnel. L'étape d'estérification directe ne nécessite pas de catalyseur et, classiquement, aucun catalyseur n'est utilisé. Exactement comme dans le procédé DMT, le monomère subit ensuite une polycondensation pour former du PET. La réaction de polycondensation utilise habituellement de l'antimoine comme catalyseur; cependant, du titane sous forme d'un composé de titane est également un catalyseur classique envisagé. L'homopolymère de polyester de la présente invention a été ensuite filé et étiré, relaxé et enroulé sur une bobine de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 6 471 906 au nom de DeBenedictis et al. Ce brevet est incorporé ici à titre de référence, en décrivant ainsi un procédé convenable pour produire la fibre de la présente invention. D'autres procédés connus pour la relaxation de la fibre peuvent également être utilisés avec la présente invention, sous réserve que ces procédés parviennent à une relaxation d'au moins un minimum de 8 %. Le tissage de la fibre en une étoffe à armure toile lxi peut être effectué en utilisant n'importe quel dispositif classique connu de l'homme de l'art. Une étoffe classique comprend environ 42 x 42 fils par inch (16,5 x 16,5 fils par cm). L'expression "polymère d'ester d'acide acrylique" désigne un polymère constitué au moins partiellement d'un motif structural dérivé d'un ester d'acide acrylique. Des monomères classiques comprennent les acides méthyl, éthyl-, n-butyl-, isobutyl-, 2-éthylhexyl- et octylacryliques et leurs mélanges. Cette expression ne désigne pas seulement un homopolymère d'ester d'acide acrylique mais désigne également un copolymère d'un ester d'acide acrylique et d'un autre monomère polymérisable, tel que des méthacrylates, le styrène, l'acétate de vinyle, un polyester et l'acrilonitrile. Des mélanges d'esters d'acide acrylique avec d'autres polymères sont également envisagés. Des polymères d'esters d'acide acrylique sont disponibles dans le commerce comme liants pour matières textiles auprès de Rohm & Hass (Rhoplex), d'Eastman Chemical (Rheoprint ) - copolymère d'un ester d'acide acrylique et d'un polyester, et Qualbond - copolymère de polystyrène et d'un monomère acrylique), de National Starch (Nacrylic ) et de B.F. Goodrich (Hycar ). Le polymère d'ester d'acide acrylique est dilué dans une solution aqueuse et appliqué à l'étoffe à armure toile en une quantité nominale ajoutée de matières solides d'environ 1 à environ 4 % en poids de ladite étoffe. Plus avantageusement, l'apprêt est appliqué en une quantité ajoutée de matières solides d'environ 1 à 2 % en poids à l'étoffe. L'apprêt peut être appliqué par pulvérisation, immersion, application à la brosse, application au rouleau formant un ménisque ou par n'importe quel autre procédé convenable connu. Il est appliqué de préférence par immersion. Après application et séchage de l'apprêt sur l'étoffe (en utilisant un séchage dans un four ou un séchage à température ambiante), il peut être ensuite testé pour déterminer la résistance à l'effilochage au niveau des bords. On sait que des étoffes de Nylon non revêtues ont une résistance à l'effilochage au niveau des bords d'au moins 350 N à température ambiante. En conséquence, cette valeur est la résistance minimale convenable pour la présente invention. Modes opératoires d'essai La résistance à l'effilochage au niveau des bords de 25 l'étoffe tissée a été mesurée suivant la norme ASTM D 6479-02, en utilisant une bande d'étoffe de 50 mm de largeur. Les mesures ont été effectuées à 20 C et 90 C. Une extrémité d'un échantillon d'essai est fixée dans une mâchoire d'une machine d'essai de traction CRE et un bâti 30 spécial perce une rangée de trous d'aiguille également espacés à travers l'extrémité opposée de l'échantillon. Suivant la méthode d'essai D 5035, une force de traction est appliquée à l'échantillon jusqu'à ce qu'une rupture se produise. La mesure de la force requise pour provoquer la rupture est la mesure 35 de la résistance à l'effilochage au niveau des bords. La température de transition vitreuse (Tg) de l'apprêt a été mesurée par DSC, en utilisant un échantillon de 10 mg et une vitesse d'élévation de température de 10 C/min de -50 à +50 C. L'échantillon a été séché dans un descicateur pendant 12 h avant mesure. Exemples Sauf indication contraire, les fils ont été tissés en une armure toile avec une valeur nominale de 42 x 42 extrémités par inch (16,5 x 16,5 extrémités par cm). L'étoffe tissée a été débouillée à 60 C et séchée à 177 C, respectivement, suivant des procédés classiques. L'étoffe tissée a été immergée dans une solution de résine diluée constituée d'un apprêt acrylique pour étoffes. L'étoffe a été lissée en la pressant avec une exprimeuse à 3 kg/cm2. L'étoffe tissée a été soumise à une prise à chaud à 160 C pendant 45 s pour obtenir une étoffe de base pour des coussins pneumatiques de sécurité. La quantité nominale ajoutée de matières solides de l'apprêt acrylique était de 1,5 % en poids. Exemple 1 (comparatif) Des étoffes de base en polyester et en Nylon ont été préparées suivant le mode opératoire général sans immersion dans l'apprêt servant de liant. Les fils ont été obtenus de INVISTA, EtatsUnis d'Amérique. La résistance à l'effilochage au niveau des bords de ces étoffes est indiquée sur le tableau 1. En outre, les étoffes de base ont été cousues en des modules de coussins pneumatiques de sécurité latéraux pour passagers et ont été déployées. On a noté, après chauffage à 90 C pendant 4 h, s'il existait un effilochage au niveau des coutures lorsque le module a été déployé. Tableau 1 Fil Denier Résistance à Effilochage l'effilochage au niveau lors des bords, N du gonflement 20 C 90 C T769 Nylon 630 370 330 Non T771 Polyester 650 300 250 Oui Ces résultats illustrent la supériorité du Nylon non revêtu par rapport au polyester non revêtu en ce qui concerne l'effilochage au niveau des coutures. Exemple 2 L'étoffe tissée T771 de 650 deniers décrite dans l'exemple 1 a été immergée dans différents bains de liants à base acrylique et commercialisés par Eastman Chemical Co., Etats-Unis d'Amérique. La quantité d'apprêt et la résistance à l'effilochage au niveau des bords sont indiquées sur le tableau 2. Cela illustre que divers apprêts à base acrylique vont augmenter fortement la résistance à l'effilochage au niveau des bords des étoffes en polyester. Un examen visuel des étoffes a montré que l'apprêt revêtait les différents filaments des fils et qu'il n'existait aucune formation de film sur l'étoffe. Tableau 2 Apprêt Tg de Apprêt, Résistance à Servant l'apprêt, % en poids l'effilochage au de liant C niveau des bords, N à 20 C Aucun - - 300 Rheoprint 2000 -16 2 945 VC-1 -12 2 790 Builder 545 -18 3 835 Exemple 3 Des étoffes de base en polyester et en Nylon ont été préparées suivant le mode opératoire général. L'étoffe de Nylon était une étoffe à armure toile avec 41 x 41 extrémités par inch (16,1 x 16,1 extrémités par cm). Des apprêts Rheoprint 2000 (un apprêt polyester-acrylique ayant une Tg de -16 C) et Qualbond (un apprêt polystyrène-acrylique ayant une Tg de +13 C) ont été appliqués aux étoffes de base en polyester. La résistance à l'effilochage au niveau des bords a été mesurée à 20 et 90 C et les résultats sont présentés sur le tableau 3. Tableau 3 Etoffe Apprêt Résistance à l'effilochage au niveau des bords, N 20 C 90 C 630 d Nylon T728 Aucun 370 330 650 d Polyester T771 2 % en poids 830 280 de Rheoprint 650 d Polyester T771 1 % en poids 585 435 de Qualbond Cet exemple montre que l'addition d'une petite quantité d'un apprêt acrylique pour étoffes augmente fortement la résistance à l'effilochage au niveau des bords des étoffes en polyester, même à 90 C. En outre, un apprêt avec une Tg plus élevée maintient une plus grande résistance à l'effilochage au niveau des bords à 90 C. L'examen visuel des étoffes avec un apprêt servant de liant a montré que l'apprêt revêtait les différents filaments des fils et qu'il n'existait aucune formation de film sur l'étoffe. Cela a été confirmé en mesurant la perméabilité à l'air qui était inchangée par rapport à l'étoffe de base non revêtue. Exemple 4 Des étoffes contenant des fils constitués de filaments de polyester T791 de 440 deniers ont été tissées, débouillées et traitées avec 1 % en poids et 2 % en poids d'apprêt Rheoprint 2000 pour étoffes. Ces étoffes traitées ont été revêtues (30 g/m2) avec un caoutchouc silicone liquide en deux parties. La résistance à l'effilochage au niveau des bords de ces étoffes non revêtues et étoffes revêtues a été mesurée à température ambiante (20 C) et les résultats sont présentés sur le tableau 4. Tableau 4 Rheoprint, Résistance à l'effilochage au niveau % en poids des bords, N non revêtue revêtue 0 410 500 1 620 550 2 690 690 Cet exemple montre que l'apprêt acrylique est le principal facteur contribuant à l'amélioration de la résistance à l'effilochage au niveau des bords même dans des étoffes revêtues pour les coussins pneumatiques de sécurité. Ainsi, il est manifeste qu'il a été proposé, conformément à la présente invention, une étoffe tissée constituée d'un polyester avec un apprêt à base acrylique et qui satisfait pleinement les objectifs, buts et avantages précités. Bien que la présente invention ait été décrite en rapport avec ses formes de réalisation spécifiques, il est évident que de nombreuses alternatives, modifications et variantes seront manifestes pour l'homme de l'art à la lumière de la description précédente. En conséquence, il est envisagé d'inclure toutes ces alternatives, modifications et variantes entrant dans l'esprit et le cadre général des revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Etoffe en polyester tissée, caractérisée par une résistance à l'effilochage au niveau des bords supérieure à 350 Newtons à température ambiante et supérieure à 250 Newtons à 90 C. 2. Etoffe en polyester tissée suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle porte un apprêt ne formant pas de film. 3. Etoffe en polyester tissée suivant la 10 revendication 2, caractérisée en ce que ledit apprêt est un apprêt à base acrylique. 4. Etoffe en polyester tissée suivant la revendication 3, caractérisée en ce que ledit apprêt est présent en une quantité nominale ajoutée de matières 15 solides d'environ 1 à environ 4 % en poids de ladite étoffe. 5. Etoffe en polyester tissée suivant la revendication 2, caractérisée en ce que ledit apprêt à base acrylique est un polymère d'ester d'acide acrylique. 6. Etoffe en polyester tissée suivant la revendication 5, caractérisée en ce que ledit polymère d'ester d'acide acrylique est préparé à partir de monomères comprenant les acides méthyl-, éthyl, n-butyl-, isobutyl-, 2éthylhexyl- et octylacryliques et leurs mélanges. 7. Etoffe en polyester tissée suivant la revendication 5, caractérisée en ce que ledit polymère est un copolymère d'un ester d'acide acrylique et d'un autre monomère polymérisable. 8. Etoffe en polyester tissée suivant la revendication 7, caractérisée en ce que ledit monomère polymérisable est choisi entre des méthacrylates, le styrène, l'acétate de vinyle et l'acrylonitrile. 9. Etoffe en polyester tissée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite étoffe est une étoffe à armure toile comprenant environ 42 x 42 fils par inch (16,5 x 16,5 fils par cm). 10. Etoffe en polyester tissée suivant la 2874390 13 revendication 1, caractérisée en ce que ladite étoffe est revêtue d'un élastomère. 11. Coussin pneumatique de sécurité en polyester, caractérisé en ce qu'il a une résistance à l'effilochage au niveau des bords supérieure à 350 Newtons à 20 C et supérieure à 250 Newtons à 90 C, ledit coussin pneumatique de sécurité comportant un apprêt constitué d'un polymère d'ester d'acide acrylique. 12. Coussin pneumatique de sécurité en polyester suivant la revendication 11, caractérisé en ce que ledit polymère d'ester d'acide acrylique est préparé à partir de monomères comprenant les acides méthyl-, éthyl-, nbutyl-, isobutyl-, 2-éthylhexyl- et octylacryliques et leurs mélanges. 13. Coussin pneumatique de sécurité en polyester suivant la revendication 11, caractérisé en ce que ledit polymère est un copolymère d'un ester d'acide acrylique et d'un autre monomère polymérisable. 14. Coussin pneumatique de sécurité en polyester suivant la revendication 13, caractérisé en ce que ledit monomère polymérisable est choisi entre des méthacrylates, le styrène, l'acétate de vinyle et l'acrylonitrile. 15. Coussin pneumatique de sécurité en polyester suivant la revendication 11, caractérisé en ce que ledit apprêt est présent en une quantité nominale ajoutée de matières solides d'environ 1 à environ 4 % en poids dudit coussin pneumatique de sécurité.