涤纶工业丝开发车用安全气囊前景广阔

一、概述 汽车是人类最伟大的发明之一，它的出现给人们带来巨大的方便，使人们实现了“日行千里” 的梦想。目前，我国的汽车工业作为支柱产业发展很快，汽车特别是轻、小型汽车的安全行驶已经成为汽车生产厂家和广大乘员关注的热点。汽车安全气囊就是随着这个热点应运而生的新生事物。随着用户安全意识的提高，为了减少汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代汽车装用安全气囊系统越来越普及。根据美国高速公路车辆碰撞问题研究部门(NHTSA)的报告显示，美国驾驶员应用安全气囊后，减少了约30％人员的伤亡，安全带使用的磨损率已降低到50％。根据有关资料显示，国内汽车配备了安全气囊后．车辆正面冲撞时乘员死亡率约降低30％，前部撞车时死亡率约降低18％。另外．系好安全带的乘员在车祸中的受伤程度也有所减轻。越来越多的出厂汽车装备了安全气囊系统．安全气囊已成为汽车的标准部件。 特别是汽车用安全气囊在技术纺织领域里具有极其重要的用途。历经半个多世纪的发展，从军用安全技术系统，转向民用小汽车防护系统，从气体发生气到气囊各个环节都取得了许多技术进步。这种安全装置不仅在国外发展速度很快，而且在国内也正在小汽车中逐步实现普及，如上海大众汽车厂、第一汽车厂及其它企业生产的高级轿车，也都在驾驶员及前排副驾驶席前安装了安全气囊。因此，汽车用安全气囊技术一定会在不断的发展中取得更加完善的技术进步。 二、中国安全气囊发展历史 20世纪80年代末，中国从事汽车碰撞安全和军工研究的专家与学者就开始关注汽车安全气囊的研究与发展。中国最先进入汽车安全气囊研究领域的是北京赫达汽车安全技术公司、深圳久乐技术研究开发有限公司和西安庆华电器制造厂（兵总804厂）。北京赫达公司的前身是一组来自航天和兵器系统的科技人员，他们从1991年底开始研究汽车安全气囊。经过一年的努力，于1992年9月研制出了安全气囊样品，并申请了国家专利。1991年民营企业家张根发在深圳成立了深圳久乐技术研究开发有限公司（石家庄久乐公司的前身），初期投入3000多万元，开始了国产安全气囊研制和开发的科技攻关。1994年，久乐第一代汽车安全气囊产品定型。1996年，久乐机电式安全气囊技术取得了国家专利，填补了国内空白。1997年，久乐在清华大学进行了“国产汽车安全气囊第一撞”，试验结果表明，产品性能满足欧洲ECE法规、美国FMVSS（208）标准和5英寸30毫秒准则。 21世纪初，中国汽车工业的快速发展，加上CMVDR294法规的颁布，国内越来越多的企业开始进入汽车安全气囊领域。这个时期出现两个明显的特点：第一个特点是国际著名安全气囊公司纷纷进入中国，开始投资设厂。2001年，Autoliv率先在中国上海投资生产安全气囊，2002年日本高田在中国上海投资设厂；2003年日本Plast在中山投资设厂，2004年TRW、延锋百利得相继在中国计划生产安全气囊。至此，国际主要的安全气囊跨国企业均在我国生产安全气囊。第二个特点是安全气囊有进口组装逐渐向本土化生产和采购发展，安全气囊组件国内配套生产的能力增强。目前安全气囊用的气体发生器、ECU、气囊袋等原材料在国内均有企业开始生产配套，国外生产气体发生器、安全气囊的企业也纷纷在中国投资设厂。最近一两年发生的情况表明，安全气囊产业供应链在中国日益变得完成，中国安全气囊总体的研发供给能力在增强。 三、涤纶车用安全气囊长丝生产能力 据估计，2005年全球涤纶安全气囊丝生产能力约为5万吨，不到涤纶工业长丝生产能力的三十分之一。世界2005年涤纶工业丝生产能力173.1万吨，比上年同期增加4.72%；其中生产能力最大的公司是美国科萨(KoSa)公司，2005年生产能力为17.6万吨，为世界龙头；其次是美国霍尼威尔(Honeywel)公司，产能为17.0万吨，位居亚军；然后是美国的Diolen公司，产能为11.1万吨，荣立第三；韩国的晓星(Hyosung)公司，产能为10.5万吨，为第四；德国的Freudenburg公司，产能为10.0万吨，占第五；日本帝人(Teijin)公司，产能为7.3万吨，位居第六；接下来是韩国科隆(Kolon)公司，产能为6.5万吨，为第七；台湾远东纺织(FarEastern)公司，产能为6.0万吨，占第八；德国的JohnsManville公司，产能为6.0万吨，位居第九；日本东洋纺(Toyobo)公司，产能为4.9万吨，为第十名；日本东丽(Toray)公司，产能为4.6万吨，居第11名；美国的Reemay公司，产能为3.6万吨，荣立第12名。上述12大公司2005年生产能力合计为105.1万吨，占世界涤纶工业丝总产能的60.72%；由此可见，世界前12大公司的涤纶工业丝产能约占世界总产能的五分之三。 [SINOTEXTABLE] 另外，其他如锦纶方面的该产品据估计2005年全球锦纶66安全气囊丝生产能力约为10万吨，约占锦纶66工业长丝生产能力的五分之一。世界2005年12月底锦纶66工业长丝总生产能力为51.20 万吨，其中生产能力最大的公司是美国的Invista-Sabanci公司，生产能力为8.70 万吨，排名世界第一；其次是中国大陆的河南神马公司，生产能力6.20万吨，位居亚军；然后是德国的Polyamide.H.P.公司，生产能力4.40 万吨，荣立第三；美国的Invista公司，生产能力4.20 万吨，为第四；土耳其的KordSa公司，生产能力3.70 万吨，占第五；日本的Asahi公司，生产能力3.20 万吨，位居第六；接下来是美国的Solutia公司，生产能力3.10 万吨，为第七；印尼的Branta Mulia公司，生产能力2.60 万吨，占第八；伊朗的Iranian Rubber公司，生产能力1.60 万吨，位居第九；斯洛伐克的RP Chemlon公司，生产能力1.40 万吨，为第十名；日本的东丽公司，生产能力1.40 万吨，为第11名；南非的SANS Fibres公司，生产能力1.30 万吨，为第12名；上述12大公司产能合计为41.80 万吨。由此可见，世界锦纶66工业长丝前12大公司2005年12月底生产能力约占世界总产能的81.64%。 四、车用安全气囊的种类、组成以及开发情况 1．种类 根据保护乘员的不同，可把气囊分为驾驶员气囊、副驾驶员气囊及其他乘员气囊等几种。根据保护方式的不同，将气囊分为正碰撞气囊、侧碰撞气囊及其他气囊。目前已广泛采用驾驶员和副驾驶员的正碰撞气囊．侧碰撞气囊的应用也逐渐增多。安全气囊安装位置不同，保护人体的侧重点也有所不同，如安装在转向盘下方的安全气囊可保护膝盖在正碰撞中免受伤害；安装在制动踏板下的安全气囊可保护脚和踝关节在正碰撞中免受伤害；安装在前座椅靠背上的安全气囊可保护后座乘员；安装在汽车发动机罩下的安全气囊可保护行人；安装在前挡风玻璃边框的安全气囊可减少行人与汽车相撞时头部的损伤。如在欧洲，宝马公司甚至在一款车上配置了12个安全气凄。可见，为保证乘员的安全，装备各种安全气囊将是必然的发展趋势。 2．组成 汽车安全气囊主要由识别系统(传感器)、充气系统(气体发生器)和气囊三部分组成。当汽车发生碰撞时，由安装在汽车前保险杠上的一对传感器来识别冲击强度，当超过预定强度时，传感器将发出信号触发气体发生器中的推进燃料，由此产生的高温高速气流将原先折叠安装的气囊充涨展开，以保护乘车人员的安全。 可惜的是，现实生活中不时会蹦出一些不和谐的音符。无论在北京、上海、广州还是深圳，常常可以看到父亲驾车、母亲抱着年幼的孩子坐在前排的场面。没有意外的时候，这样的场面或许称得上是幸福家庭的写照，但一旦发生意外，母亲的臂弯就远远不足以保护孩子，如果母亲再没有系安全带的话，那身体柔软的孩子反而会成为母亲的“安全气囊”。其结果，母亲的伤害可能会降至最小，而孩子却书写了一遍冯小刚的自传体小说“我把青春献给你”。这话听起来有点恐怖，但绝非危言耸听。对于每小时行驶50公里的车辆来说，发生碰撞后，车速突然降为零，在强大的惯性下，母亲要保护1O公斤重的孩子就相当于要原地抱起一个300～600公斤的重物一般，这是血肉之躯所不可能承受的。 3．国内车用安全气囊的开发情况 近年来，在国内安全气囊市场上，久乐、锦恒、和昌等厂商通过自主开发或引进技术开发出了正面碰撞安全气囊系统，已为国产汽车配套。而国外企业以天合、奥托立夫等为主，他们也纷纷在国内建立合资企业，扩大生产规模，来适应中国市场本地化配套的需求。另外，如锦恒汽车安全系统有限公司通过实施“生产一代、贮备一代、研发一代”的发展战略，现已形成年产20万套安全气囊、120万只气袋、15万只饰盖的生产能力，为一汽红旗、二汽富康、北京吉普、海南马自达、郑州日产、沈阳中华等20多个汽车生产厂家的30多个车型研发、配套安全气囊。在拓展国内市场的同时，他们还与国际著名的安全气囊供应商签订加工安全气囊零部件的协议，产品走向欧洲、北美等国家。 目前来看，国内大部分整车还是装备了国外企业的安全气囊，但中档车型或中档以下车型会考虑国产产品。安全气囊主要电控系统包括传感器、ECU等，传感器目前主要使用压电传感器，可在正面、侧面、垂直三个方向感应汽车碰撞过程中的加速度变化，并输出模拟信号，较为先进的传感器集成了A/D转换模块，可以直接输出数字信号。未来对传感器的要求体现如下：一是可靠性，应能够在日常使用中长期可靠工作，并能够抵抗碰撞过程的大冲击；二是智能化，能实现自诊断、滤波、A/D转换等功能；三是集成化，可减小传感器及其周边器件的数量，提高可靠性；四是成本要低，因其直接关系到系统的造价。 虽然安全气囊在碰撞过程中对人体有很好的保护作用，但由于其工作采用的方式，其爆破力造成的冲击对人体也有一定的伤害。因而目前研究开发的重点是智能型安全气囊，主要技术是采用重量传感器或者红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否点爆、点爆力有多大，并且与安全带形成总体控制，以对乘客形成最佳保护。国外在这方面研究非常多，已有车型安装了双级爆破安全气囊。智能化安全气囊系统是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势，可更好地识别乘客类型，并根据正撞与侧撞力度不同，采取不同的保护措施。如今侧撞保护系统已经发展得比较成熟，而尾撞则靠头枕来保护，正面、侧面、帘式气囊等发展很快，这主要都是靠ECU控制来实现。 汽车安全性体现在两个方面，一个是汽车结构耐撞性，另外一个是成员保护系统。在结构耐撞性方面，清华大学汽车碰撞实验室进行了多年的研究，在车身耐撞性以及轻型材料开发方面取得了很多成果，已在沈阳金杯海狮、福田等车型上应用。 应当注意的是，安全气囊一般是与安全带配合使用，国产车大都使用普通安全带，而国外开发了限力式、预紧式安全带。限力式安全带可减少撞击时的冲击力，预紧式安全带可感知碰撞信号并使得原来松跨在乘客身上的安全带瞬时拉紧，以减少冲击力。清华大学也与通用、德尔福合作，进行安全气囊展开、折叠方式的研究，主要进行模拟计算，以前建模时间为2月-3月，目前2天-3天即可建模，大大提高了效率，此项技术已在市场上得到广泛应用。 五、涤纶工业丝是开发车用安全气囊的优异材料 欧洲市场上的各种空气囊以较细的纤维长丝作为织物原料，以减少空气流通，每根丝的细度为6D左右。国际上一般采用美国DuPont(杜邦)与日本Toray(东丽)两家公司的空气囊。DuPont与Toray生产的3.5D长丝织物的空气囊都涂以硅层。欧洲生产的空气囊Eurobag体积较小。而汽车用的安全气囊袋也是用中低旦涤纶工业丝织成的囊状织物，安全气囊特殊工作环境对气囊织物提出了很高的性能要求，为了承受来自高温高速气体的瞬时冲击，气囊织物不但应具有高强度，同时要有良好的伸长性能、高弹性回复性和能量吸收性。此外，由于高温气体把热能传给气囊织物使织物承受热负荷，气囊织物必须有一定的耐热性和耐老化性。为了使气囊易于折叠安装并能快速展开，气囊织物应该质量轻、柔软性好；为了使气囊能在短时间内展开以起到保护乘车人员安全的作用，但又不至于因为织物透气率过小使其中的气体不能及时释放而造成对乘车人员头部的过度撞击，非涂层气囊织物应有精确的透气性，以避免过热空气透过灼伤乘车人员。 由于气囊的性能要求，目前用作气囊织物的原料主要从锦纶纤维与涤纶纤维二大类中选用。锦纶纤维具有初始模量低、断裂伸长大、弹性好及热焓量高等特点，自安全气囊发明以来一直占有绝大部分的市场份额，尤其是锦纶66长丝。涤纶纤维的耐高温性和耐冲击性不如锦纶织物，但随着气囊织物整理技术的发展，涤纶纤维以其成本低、强度高、耐化学性好、受湿度变化的影响不明显等优点而逐渐被用于气囊织物的加工。在设计气囊织物时，选用低旦长丝，可降低气囊质量，使之易于折叠安装。在非涂层织物的开发中，涤纶纤维以其优异的特性成为现今安全气囊原料的研究热点。涤纶纤维因其回潮率比锦纶66纤维低(前者3％、后者4.5％)，织物透气性增加。开发非涂层涤纶织物可以免除上胶工艺，可以降低昂贵的后加工费用，减少安全气囊的体积和单重，提高柔软性；涤纶纤维原料价格比聚酰胺66纤维便宜，采用涤纶纤维可以有效地降低安全气囊袋的生产成本。 值得一提的是，国内安全气囊装置用原料即安全气囊袋(布)基本全部依赖进口，主要是美国杜邦公司、德国阿考迪斯公司、日本东丽公司等国际知名大公司的产品。国内安全气囊袋(布)的生产大都处在研究摸索阶段。上海联达公司已经在安全气囊用纤维织布、涂层、裁剪、缝纫等多个工序进行了长期的研究试制工作，并建有自己的织布、裁剪、缝纫生产线，年加工安全气囊袋能力40万套，但尚没有大批量产品投入市场。目前国内厦门华懋织造染整有限公司虽已进入商业化生产，但其产量也很小，约200km/a。 六、车用安全气囊织物分析 1．涂层和非涂层车用安全气囊织物的织造分类 气囊织物为高密织物或超高密织物，有很大的加工难度。非涂层气囊袋织物的结构一般为平纹。平纹织物具有最小的织物透气性、最高的结构稳定性和最大的织物强度。缝制型安全气囊织物的织造加工设备有专用织机。全成形型气囊袋的成型方法采用全成形原理，国外一些公司已经加工出袋状织物，并获得相关专利。其囊身部分为平纹组织，四周封边部分为斜纹编织。 车用安全气囊织物的织造方式大致分为两类，一类是由匹状织物经裁剪、缝制加工而成；另一类是可用多臂织机加工成全成形气囊。其中匹状织物的织造，一般是经织前准备后在剑杆织机、片梭织机或喷气织机上织造。织前准备主要是为了提高长丝纱的可织性，无捻长丝纱集束性差、抱合力小，通过加弱捻(10～20捻/10㎝)，分条整经后，进行低上浆率上浆，增加其抱合力，提高其强力和耐磨性，使织造时梭口清晰，布面质量均匀。织造工艺对织物的强力、伸长和透气性能有着极大的影响。对涂层织物，其透气性与耐热性主要靠涂层来实现，而其强力与柔软性受经纬纱密度影响，因而在满足织物强力的要求下，应尽量采取低密度使织物柔软。对非涂层织物，经纬纱密度选择在150～200根/10㎝，由于经纬纱密度较大，织物的强力和耐热性已满足气囊的性能要求，所以经纬纱密度的选择应主要从气囊织物的透气性考虑。气囊织物采用的组织主要是平纹，它的平均浮长较小。对于非涂层气囊织物，当经、纬纱线密度和织物经、纬纱密度相同时，平均浮长较小的平纹组织的气囊织物，透气量最小，气密性最佳。 一次全成形气囊是为了消除因缝制可能造成部分透气而开发的新型加工技术，产品有方形和圆形两种。方形气囊在配有10页以上综框的多臂织机上可以完成，而圆形气囊由于每根经纱的沉浮规律和屈曲程度各不相同，加工只能在提花机上完成。 2．涂层类车用安全气囊织物的后整理过程 气囊袋已由最初的织物表面涂覆氯丁橡胶、缝制型的第一代产品发展到现在的非涂层、全成形的第四代产品。然而，涂层和非涂层的织物各有优缺点。涂层织物不易磨损，易于切割和缝纫，空气孔隙率控制得更好；未涂层织物更轻、更软、体积更小，更易回收处理。对于涂层织物而言，车用安全气囊织物经过织造加工后，再经过一系列的整理工序，以达到所需要的性能要求。首先是洗涤工序，因为在织造加工过程中，涤纶纤维一般经13％丙烯酸的上浆和1.5％矿物油的上油，坯布必须经过退浆和去油处理，最终的油、浆残留率应控制在0.3％ 以下，以达到气囊10年使用寿命的要求。 为了降低气囊织物的透气性，可对其进行轧光整理。轧光整理就是使织物通过一对或几对液压滚筒，滚筒一般都是加热的，压力在10MPa，温度在150℃左右。通过轧光处理，可消除织物孔隙，从而达到减小织物透气率的效果。涂层整理其最大优点在于，让涂层气囊只能通过底部的2个气孔排气，从而使人们可较方便地设计气孔大小及部位，精确控制透气量，并且阻燃性较好，可避免热气喷出时灼伤乘车人员。 氯丁橡胶最早被用作安全气囊涂层材料，具有价格较低、环境适应性和化学稳定性好等优点，但氯丁橡胶加工困难，在高温下，会分解出氯气，产生一种酸性环境氛围，使纤维织物脆化，从而降低了气囊的使用寿命。因而，硅酮橡胶逐渐取代氯丁橡胶。 硅酮橡胶具有良好的环境稳定性，在高、低温度下能长期地保持原有的性能。硅酮橡胶化学性能稳定，和其它物质接触时，不会产生有害的影响，而且硅酮橡胶涂层织物的耐磨性能和耐久性能都优于氯丁橡胶涂层织物。另外，由于硅酮橡胶的耐热性优于氯丁橡胶，对相同面积的织物涂层时硅酮橡胶的用量比氯丁橡胶少，制得的气囊质量轻、易折叠。硅酮橡胶与聚酰胺的相容性较氯丁橡胶为好，其耐热性、耐老化性能也更为优越，高温下硅酮涂层涤纶纤维织物的机械性能明显优于氯丁橡胶涂层涤纶纤维织物。 3．车用安全气囊及织物国内部分生产厂家 我国安全气囊系统的研制和生产起步较晚，仅少数企业能够自行设计相关产品，并拥有自主知识产权且全部内销，配置在国产中低档轿车上。其中，北京赫达汽车安全技术公司和西安庆华电器制造厂是最先从事安全气囊研究的企业。他们自1991年底开始研究，并于1992年9月制出样品，同期申请国家专利，并成为目前我国安全气囊主要生产企业。另外，锦州锦恒汽车安全系统有限公司、锦州市和昌汽车安全气囊有限公司和石家庄久乐汽车安全设备有限公司经过数年开发与技术引进，已形成较大的安全气囊生产能力，为国内红旗、长安、富康和奇瑞等轿车配套。 2005年我国汽车安全气囊需求量约500万只，需气囊丝约1650吨。目前，国内生产、经营及投资建厂的安全气囊装置公司主要是石家庄久乐(6万套)、锦州锦恒(20万套)、锦州和昌(10万套)、西安庆华、上海天合、上海东方久乐(20万套)、上海高田、上海奥托立夫、天津百利得等等。上述公司除石家庄外，其它安全气囊装置公司都是进口组件进行组装，但未来的发展方向必然是国产化，市场潜力相当巨大。 [SINOTEXTABLE] 七、车用安全气囊产业链市场情况 1．2004-2010年车用安全气囊需求情况 据中国汽车工业协会统计，2005年中国汽车产量为570.77万辆，同比增长12.56%，其中乘用车产量393.07万辆，同比增长19.73%。这是中国汽车工业在历经2002年和2003年的“井喷”式增长以后，连续第二年的减速增长。与此相对应，中国安全气囊需求增长速度也开始趋缓。2004年，中国安全气囊市场需求量为390万套，比2003年增长40.3%。2005年，中国安全气囊市场需求量统计为440万套，同比仅增长12.8%，增速同比减少27。5%，减少幅度较大。市场预测，2006年中国汽车安全气囊气市场需求量为635万套，其中轿车安全气囊市场为510万套。到2010年，中国安全气囊总需求量将达到2382万套。 2006年中国汽车安全气囊市场由于汽车市场快速增长，汽车零部件行业的投资机会的显现，安全气囊的国产化程度也在进一步提高，随着国家对于安全产品相关法规的逐年增多以及中国汽车市场的高速增长，汽车被动安全系统如安全气囊也会像主动安全系统(ABS、倒车雷达等)一样越来越普及，安全气囊会成为中国小型、大型车的标配，主、侧部都会安装，所以安全气囊行业市场将面临巨大的市场需求；与此同时，在安全气囊核心技术方面中国主要还是靠引进国外技术，包括少数在安全气囊业务上做得比较成功的汽车电子公司也是如此。 另外，根据来自国外的市场报告获悉，在一些新产品特性的推动下，如保护头部、胸部及膝盖的侧面气囊以及智能乘客检测系统等，到2010年全球总的安全气囊应用数量将达到1.8亿个。 2．车用安全气囊纤维及织物市场前景广阔 世界车用安全气囊丝市场主要在北美、西欧和日本等地，在未来5～1O年内，西欧和北太平洋自由贸易区安全气囊丝市场将逐渐达到饱和，新的增长区将移向东南亚的远东地区。近两年，美国安全气囊丝市场增速不抵欧洲，主要原因是美国汽车较少安装侧面气囊保护系统，这使乘车人员在事故保险赔付中处于不利地位，这一现象已引起美国汽车制造商的重视，由此可见美国气囊丝市场将会强劲复苏，欧洲气囊丝供应仍十分紧张，促使安全气囊制造商纷纷增资扩产。在日本，几家大汽车厂商也已把安全气囊视为车辆标准配置。1984年美国政府实施了安全车辆行驶法令，规定前排司乘人员必须使用安全带和安全气囊。我国政府也已经提出要求，从2004年起，所有9排座以下的轻型车，主副驾驶位置都必须装有安全气囊装置，否则一律不许上路行驶。由于我国是一个汽车大国，气囊袋需求的迅速增长使其逐渐发展成为一个看好的纺织品市场。2005年世界车用安全气囊市场达98亿美元，如一只气囊袋需1.54平方米的纺织品，全世界9800万只气囊袋需1.5亿平方米织物。 八、结论 据国务院发展研究中心统计，2005年我国汽车保有量突破3000万辆，在未来的1O～15年内，我国将成为世界最大的汽车消费国和生产国，安全气囊丝的需求量必将随之迅速增大。国内2005年约需车用安全气囊500万个以上，可见纺织企业下一个高利润目标是进入车用安全气囊生产领域，这种产品有严格的法律责任以及复杂和精准的技术要求，但其具有丰厚的利润空间和巨大的市场容量，使得该领域市场前景广阔。根据预测，中国的安全气囊市场在2006-2011年内每年的增长率将达到20%。目前，国内车用安全气囊长丝依赖进口已成为我国汽车安全产业发展的瓶颈，国内企业抓住时机发展涤纶车用安全气囊长丝生产，将对促进我国汽车安全产业平稳、健康发展和开拓涤纶工业丝的市场需求提供有力保障。