专利名称：用于气囊的聚酯纤维及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可以应用于气囊织物的聚酯纤维、其制备方法和使用该聚酯纤维的用于气囊的织物，具体涉及ー种具有优异的机械性能、形状稳定性和封装性能(packingproperties)等的高強度、高伸长率和高收缩性的聚酯纤維。
背景技术：
一般而言，气囊是一种用于保护驾驶员和乘客的装置，其工作机制如下当以大约40km/h以上的速率行驶的汽车碰撞时，在碰撞检测传感器检测到碰撞冲击后通过使火药爆炸而向气囊供给气体，从而使气囊膨胀，图I绘出了常规气囊系统的结构。如图I所示，常规气囊系统包括气体发生器121，其通过点燃雷管122产生气体；气囊模块100，其安装在方向盘101中并且包括气囊124，该气囊124通过产生的气体朝向驾驶员座位上的驾驶员膨胀和展开；冲击传感器130，当汽车碰撞时其产生冲击信号；以及电子控制模块(ECM) 110，其根据上述冲击信号点燃气体发生器121的雷管122。在上述气囊系统中，当汽车正面碰撞时，冲击传感器130检测冲击并向ECM发送信号。此时，接收到上述信号的ECM 110点燃雷管122，并且在气体发生器121中的气体发生装置被燃烧。该燃烧的气体发生装置迅速产生气体并使气囊124膨胀。膨胀的气囊124接触驾驶员的前上部身体并部分吸收由碰撞引起的冲击负载，且当驾驶员的头部和胸部由于惯性定律向前并且撞击在气囊124上吋，该膨胀的气囊124通过气囊上形成的排出孔而快速地从气囊排出气体来进ー步吸收对驾驶员的冲击。因此，上述气囊有效地吸收了传递到驾驶员上的冲击，并且可以减少在正面碰撞时的二次伤害。如上所述，用于汽车的气囊被制成一定的形状，并以折叠的形式以使其体积最小化地安装在汽车的方向盘、侧玻璃窗或边柱上，且当气体发生器121工作时其膨胀并展开。因此，除了织物的良好的机械性能以在气囊被安装在汽车内时有效地保持该气囊的折叠性和封装性、防止该气囊本身的损坏和破裂、赋予气囊垫的良好的展开性以及使对乘员造成的冲击最小化之外，所述气囊还具有折叠性和挠性以减小对乘员的冲击，这是十分重要的。然而，还没有出现ー种为了乘员安全能够保持优异的气密性和挠性、充分承受施加到气囊上的冲击且高效地安装在汽车内的气囊织物。先前，聚酰胺纤维(例如尼龙66)已经被用作用于气囊的纤维的原料。然而，尼龙66具有优异的抗冲击性，但是其具有比聚酯纤维差的耐湿热性、耐光性和形状稳定性，并且其价格昂贵。同时，为了减少上述缺陷，日本专利公开No.Hei 04-214437提出了ー种聚酯纤維。特别是，当使用现有的聚酯纤维制备气囊时，为了安装在汽车内狭窄的空间内，纤维的细度较低。然而，低细度的纤维导致強度和韧性的下降，因此在高温和高湿度的苛刻条件下在保持足够的机械性能、气密性和展开性能方面具有局限性。因此，需要开发ー种纤维，该纤维保持优异的形状稳定性和气密效果以用于气囊织物，并且还保持挠性以减小施加到乘员的冲击，保持封装性以及在高温和高湿度的苛刻条件下的优异的机械性能。
发明内容
本发明的ー个方面是提供一种用于气囊的聚酯纤維，该聚酯纤维确保优异的形状稳定性、挠性和封装性能，从而用于气囊织物，并且该聚酯纤维在高温和高湿度的苛刻条件下保持充分的性能。本发明的另一方面是提供一种制备上述聚酯纤维的方法。 本发明的又一方面是提供ー种使用上述聚酯纤维制备的用于气囊的织物。本发明提供ー种用于气囊的聚酯纤维，在室温下，其在I. Og/d应カ下的伸长率为0. 4%或小于0. 4%，在4. Og/d应カ下的伸长率为4. 0%或小于4. 0%，在7. Og/d应カ下的伸长率为7. 0%或小于7. 0%，以及初始模量为105 130g/d。本发明还提供一种制备上述聚酯纤维的方法，包括以下步骤在27(T305°C下对特性粘度为0. 85dl/g或大于0. 85dl/g的聚酯聚合物进行熔融纺丝以制备未拉伸的聚酯纤维；和对该未拉伸的聚酯纤维进行拉伸。本发明另外提供ー种使用上述聚酯纤维制备的用于气囊的织物。
图I是显示常规气囊系统的示图。图2是显示根据本发明一个实施方案制备用于气囊的聚酯纤维的方法的示意流程图。
具体实施例方式下文，更详细地说明根据本发明实施方案的用于气囊的聚酯纤维、制备该聚酯纤维的方法和使用该聚酯纤维制备的用于气囊的织物。然而，下文仅用于理解本发明，而本发明的范围不限于此或被其限制，并且对于相关领域的技术人员而言，显然这些实施方案可以在本发明的范围内进行多种改变。此外，除非在本说明书中关于下列用词有特别提及，否则“包括”或“包含”表示包括任何组分(或成分)而不受特别限制，并且其不能解释成排除加入其它组分(或成分)的含义。在对包含聚对苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)的聚合物进行熔融纺丝以制备未拉伸纤维和对该未拉伸纤维进行拉伸而制备拉伸纤维(即，用于气囊的纤维)之后，可以通过对该得到的聚酯纤维进行织造来制备用于气囊的聚酯织物。因此，该聚酯纤维的性能直接/间接反映在用于气囊的聚酯织物中。特别地，为了将聚酯代替现有的聚酰胺(例如尼龙66)应用于气囊纤维，必须克服现有的聚酯纤维的缺点，例如，根据其高模量和硬挺度而低的折叠性能，根据其低熔融热容而在高温和高湿度的苛刻条件下性能下降，以及根据上述性质而展开性能下降，同时增加纤维的气密性以改善气囊中空气容易漏出的问题。 就分子结构而言，聚酯具有比尼龙更低的收缩性和更硬挺的结构，因此，通过进行热处理工序难以提供具有优异气密性的气囊织物，且当聚酯用于气囊织物并安装在汽车内时，封装性能显著劣化。此外，聚酯分子链上的羧端基(下面称作“CEG”)在高温和高湿度的条件下攻击酯键并使链断裂，这成为在老化后性能劣化的原因。因此，由于通过最优化聚酯纤维性能(例如，初始模量和伸长率等)的范围，可以保持织物的机械性能(例如韧性和气密性)，同时显著降低硬挺度，从而本发明的聚酯纤维可以有效地应用于用于气囊的织物。特别地，由本发明人的实验结果表明通过由具有上述特性的聚酯纤维制备用于气囊的织物，该用于气囊的织物表现出更加提高的折叠性、形状稳定性和气密效果。该用于气囊的织物即使在高温和高湿度的苛刻条件下仍然可以保持优异的封装性能、优异的机械性能、防漏气性、绝缘性能和气密性等。根据本发明的一个实施方案，提供ー种具有特定特性的聚酯纤維。该聚酯纤维在室温下，在I. Og/d的应カ下可以表现出0. 4%或小于0. 4%的伸长率，在4. Og/d的应カ下可以表现出4. 0%或小于4. 0%的伸长率，在7. Og/d的应カ下可以表现出7. 0%或小于7. 0%的伸长率，以及可以表现出105 130g/d的初始模量。优选上述聚酯纤维包含PET作为主要成分。此时，在其制备步骤中多种添加剂可以被包含在PET中，因此为了表现出适合于用于气囊的织物的性能，所述纤维可以包含含量为70mol%或大于70mol%的PET，优选包含含量为90mol%或大于90mol%的PET。下文，除非给出特别说明，否则术语PET表示包含含量为70mol%或大于70mol%的PET的聚合物。根据本发明一个实施方案的聚酯纤维可以在下文将提到的熔融纺丝和拉伸条件下制备，该纤维在室温下，表现出105 130g/d的初始模量，并且当承受I. Og/d的应カ时表现出0. 4%或小于0. 4%的伸长率，当承受4. Og/d的应カ时表现出4. 0%或小于4. 0%的伸长率，当承受7. 0g/d的应カ时表现出7. 0%或小于7. 0%的伸长率。聚酯通常具有比尼龙更低的收缩性，因而当通过热处理工序制备气囊织物时难以保持优异的气密性。另外，聚酯由于其分子结构而通常具有比尼龙更高的硬挺性，并且表现出高模量的特性，且当聚酯用于气囊织物时，由于其折叠性和封装性显著劣化，所以难以将气囊安装在汽车的狭窄的空间内。然而，使用高特性粘度的聚酯聚合物通过可控的熔融纺丝和拉伸エ序得到的聚酯纤维显示出高強度、高伸长率和高收缩性的特性，并且显示出105 130g/d的低初始模量，优选107 128g/d、且更优选ll(Tl25g/d的初始模量，这低于已知的エ业用聚酯纤維。聚酯纤维的模量表示由強度-伸长曲线的弾性范围内的斜率得到的弹性模量值，所述强度-伸长曲线是由拉伸试验得到的，并且聚酯纤维的模量对应于弹性系数值，该弹性系数值表明当纤维通过其两侧端被拉伸时伸长程度和变形程度。此外，纤维的初始模量表示在強度-伸长曲线中在“0”点之后弾性范围的接近起始点处的弹性模量值。当纤维的初始模量高时，弾性良好，但是织物的硬挺度可能差。另ー方面，当初始模量太低时，织物的硬挺度良好但是弹性回复性下降，且织物的韧度可能差。顺便提下，本发明聚酯纤维的初始模量值在显示出高強度、高伸长率和高收缩性能的上述范围内进行最优化。像这样，由于用于气囊的织物是由具有最优化的初始模量的聚酯纤维制备的，所以该织物可以显示出比现有的聚酯织物优异的折叠性、挠性和封装性，同时具有改善的气密性。除了最优化的初始模量之外，所述聚酯纤维还具有最小化的拉伸的特性。所述聚酯纤维的伸长率在室温下可以为在I. Og/d的应カ下0. 4%或小于0. 4%，例如0. 059T4. 0%，且优选0. 1% 0. 4% ；在4. Og/d的应カ下4. 0%或小于4. 0%，例如0. 05% 4. 0%，且优选0. 1% 4. 0% ;和在7. Og/d的应カ下7. 0%或小于7. 0%,例如I. 0% 7. 0%,且优选2. 0% 7. 0%。因此，由具有上述特征的聚酯纤维制备的用于气囊的织物可以解决由现有的聚酯织物的低气密性和高硬挺度引起的问题，因而可以显示出优异的折叠性、挠性和封装性。同时，所述聚酯纤维可以显示出比现有已知的聚酯纤维更加改善的特性粘度。也就是说，根据本发明的聚酯纤维的特性粘度可以是0. 8dl/g或大于0. 8dl/g，例如0. Sdl/g I. 2dl/g，优选 0. 85dl/g 或大于 0. 85dl/g，例如 0. 85dl/g I. 15dl/g，并且更优选 0. 98dl/g或大于0.98dl/g，例如0.9dl/g I. 10dl/g。为了防止上述聚酯纤维应用于气囊时在涂布过程中发生热变形，优选特性粘度保持在上述范围内。优选所述纤维的特性粘度是0. 8dl/g或大于0. 8dl/g，从而具有低拉伸比同时表现出高強度，并满足用于气囊的纤维所需的抗拉强度(tenacity)。否则，应将所述聚酯纤维加工成具有高拉伸比，以获得用于气囊的纤维所需的性能。在将高拉伸比应用于所述纤维的情况下，该纤维的取向度可能増加，使得该纤维可能具有低伸长率和低收缩性。因此，优选在拉伸过程中应用低拉伸比，从而使得能够通过将特性粘度保持为0. 8dl/g或大于0. 8dl/g而表现出高強度、高伸长率和高收缩性的性能。此外，因为当所述纤维的特性粘度大于I. 2dl/g时，在拉伸过程中拉伸张力增加和在拉伸处理时出现ー些问题，所以特性粘度优选为I. 2dl/g或小于I. 2dl/g。特别地，本发明的聚酯纤维通过保持这样高的特性粘度而可以具有低拉伸比，同时可以具有低硬挺度。本发明的聚酯纤维还具有高強度特性，该特性可以提供给所述用于气囊的织物足够的机械性能、抗冲击性和韧性等。因此，通过使用具有这样最优化的初始模量和高伸长率并优选高的特性粘度的聚酯纤维，可以制备同时显示出优异的机械性能、封装性能、形状稳定性、抗冲击性和气密性的用于气囊的织物。因此，通过使用所述聚酯纤维，可以制得除了显示出较低硬挺度和优异的折叠性、挠性和封装性之外，还显示出优异的抗冲击性、形状稳定性、机械性能和气密性的用于气囊的织物。这种织物可以优选应用于气囊，因为当被安装在汽车内的狭窄空间中时该织物提供良好的折叠性和封装性，同时显示出优异的机械性能、形状稳定性和气密效果。而且，上述用于气囊的织物通过以其优异的挠性而使施加到乘员的冲击最小化，可以安全地保护乘员。此外，因为本发明的聚酯纤维是在下文将提及的熔融纺丝和拉伸条件下制备的，所以与现有已知聚酯纤维相比，可以显示出大大減少的CEG含量。也就是说，本发明的聚酯纤维的CEG含量可以是50meq/kg或小于50meq/kg,优选40meq/kg或小于40meq/kg,且更 优选30meq/kg或小于30meq/kg。聚酯分子链中的CEG在高温和高湿度的条件下攻击酯键并使链断裂，这在老化后使所述纤维的性能劣化。特别是，当CEG含量大于50meq/kg的纤维被应用于气囊吋，CEG在高湿度条件下攻击该纤维的酯键并使其断裂，于是性能劣化。因 此，优选所述聚酯纤维的CEG含量为50meq/kg或小于50meq/kg。
同时，根据本发明一个实施方案的聚酯纤维可以显不出7. 5g/d或大于7. 5g/d的抗拉强度(tensile tenacity),例如7. 5g/(Tll. Og/d,且优选8. Og/d或大于8. Og/d的抗拉强度，例如8. Og/cTlO. Og/d,以及可以显示出13%或大于13%的断裂伸长率，例如13% 35%，且优选14%或大于14%的断裂伸长率，例如149^25%。此外，所述纤维的干热收缩率可以是
5.0%或大于5. 0%，例如5. 0% 10. 0%，且优选5. 2%或大于5. 2%，例如5. 2% 10. 0% ;并且所述纤维的韧度可以为25X lO'/d或大于25X lO'/d，例如25X lO—WdleX KT1gM且优选31 X lO'/d或大于31 X KT1gM例如31 X 10^g/d^44X 10^g/do如上所述，当本发明的聚酯纤维应用于气囊织物时，通过确保特性粘度、初始模量和伸长率在最佳范围内，该纤维表现出优异的性能以及优异的抗拉强度和其它性能。特别地，通过将该聚酯纤维的收缩性保持在上述最优化范围内，可以有效地控制用于气囊的织物的透气性。此外，本发明的聚酯纤维的收缩应カ优选在150°C的温度下为0. 005^0. 075g/d,该温度对应于常用涂层织物的叠层涂布温度(laminate coatingtemperature),且本发明的聚酯纤维的收缩应カ还优选在200°C的温度下为0. 005 0. 075g/d,该温度对应于常用涂层织物的溶胶涂布温度。也就是说，当在150°C和200°C下的收缩应力分别为0. 005g/d或 大于0. 005g/d时,可以防止织物由于在涂布过程中的热而下垂(sagging)。当在150°C和200°C下的收缩应力分别为0. 075g/d或小于0. 075g/d时，还可以在涂布过程后在室温冷却过程中降低松弛应カ(relaxing stress)。所述收缩应カ是基于在0. 10g/d的固定载荷下测得的值。为了防止在热处理过程(例如所述涂布过程)中变形，所述聚酯纤维的结晶度可以为40% 55%，优选41% 52%，且更优选41% 50%。当所述纤维应用于气囊时，为了保持热形状稳定性，优选结晶度为40%或大于40%。还优选结晶度为55%或小于55%，这是因为当结晶度大于55%吋，由于无定形区域减小而冲击吸收性能可能降低。此外，所述聚酯纤维的单丝细度可以为0. 5^20旦尼尔，且优选2. (TlO. 5旦尼尔。在封装性方面，所述聚酯纤维必须保持高強度和低细度，以使该纤维有效地用于气囊织物。因此，所述纤维的总细度可以是200 1000旦尼尔，优选220 840旦尼尔，且更优选250 600旦尼尔。另外，优选所述纤维中丝的数量可以是5(T240根，优选55 220根，且更优选6(T200根，这是因为纤维中较多数量的丝可以赋予更柔软的触感，但是太多数量的丝在可纺性方面是不利的。同时，根据如上所述的本发明ー个实施方案的聚酯纤维可以通过如下步骤来制备对聚酯聚合物(例如PET切片)进行熔融纺丝，以制备未拉伸纤维，和对该未拉伸纤维进行拉伸。如上所述，因为以上各步骤的具体条件和处理方法都直接/间接地反映在聚酯纤维的性能上，所以可以制备具有上述性能的聚酯纤維。特别地，表明通过使エ艺最优化，可以保证用于气囊的聚酯纤维，在室温下，该聚酯纤维的初始模量为105 130g/d，I. 0g/d应カ下的伸长率为0. 4%或小于0. 4%，4. 0g/d应力下的伸长率为4. 0%或小于4. 0%, 7. 0g/d应カ下的伸长率为7. 0%或小于7. 0%。还表明通过使熔融纺丝和拉伸エ艺最优化，可以使CEG的含量最小化，CEG在高湿度条件下以酸的形式存在，从而引起聚酯纤维的基本分子链(basic molecular chain)断裂。因此,这样的聚酯纤维同时显示出最优化的初始模量和伸长率，并且可以优选应用于具有优异的机械性能、封装性、形状稳定性、抗冲击性和气密效果的气囊织物。
下文，逐步更详细地说明制备所述聚酯纤维的方法。制备所述聚酯纤维的方法包括以下步骤在27(T305°C下对特性粘度为0. 85dl/g或大于0. 85dl/g的聚酯聚合物进行熔融纺丝，以制备聚酯未拉伸纤维，和对该聚酯未拉伸纤维进行拉伸。首先，參考附图简略说明本发明的熔融纺丝和拉伸エ艺方面，以使相关领域的技术人员可以容易地实施。图2是显示根据本发明一个实施方案包括熔融纺丝和拉伸步骤的制备聚酯纤维的方法的示意图。如图2所示，本发明的用于气囊的聚酯纤维的制备方法包括以下步骤将如上所述的聚酯聚合物熔融，通过喷丝板对该熔融聚合物进行纺丝，利用骤冷空气使纺成的纤维冷却，利用油辊(或喷油嘴)220供给未拉伸丝纺丝油剂，和使用预交络机(pre-interlacer) 230在均勻的气压下将供给未拉伸纤维的油剂均勻地分散在纤维的表面上。之后，可以通过如下步骤制备本发明的纤维通过多步骤拉伸装置24广246对上述未拉 伸纤维进行拉伸，在第二交络机150处在均匀的压力下使纤维交络，和利用卷绕机260对上述纤维进行卷绕。同时，通过熔融纺丝エ序，本发明的方法可以使用高粘度的聚酯聚合物制备未拉伸纤维。上述熔融纺丝エ序可以在低温范围下进行，以使聚酯聚合物的热降解最小化，这是为了得到满足低初始模量和高伸长率范围的聚酯未拉伸纤维而优选的。特别地，所述纺丝エ序可以在例如270 305°C、优选275 300°C、且更优选280 300で的低温度范围下进行。优选根据该エ序使具有高粘度的聚酯聚合物的性能(例如特性粘度和CEG含量)的劣化减到最小，即，保持聚酯聚合物的高粘度和低CEG含量。此处，纺丝温度是指挤出机的温度。当熔融纺丝エ序在高于305°C的温度下进行时，可能引起聚酯聚合物的大量热降解，并且可能扩大特性粘度的降低、分子量的减小和CEG含量的増加。也就是说，由纤维表面的损坏可能引起总体性能的劣化，因此是不合意的。另外，该熔融纺丝エ序在低于270°C的温度下进行也是不合意的，这是因为，由于N/Z表面冷却，聚酯聚合物的熔融可能是困难的，并且可纺性可能降低。因此，优选熔融纺丝エ序在上述温度范围内进行。作为试验的结果，表明通过在上述低温范围内进行聚酯纤维的熔融纺丝エ序，无需在拉伸エ序中采用高拉伸比即可获得高強度纤维。特别是，为了使聚酯聚合物的降解反应最小化，保持聚酯聚合物的高特性粘度和保证聚酯纤维的高分子量，在上述低温度范围内的熔融纺丝エ序是优选的。另外，因为可以通过以低拉伸比进行拉伸エ序而有效降低模量，所以可以获得满足上述性能的聚酯纤維。此外，所述聚酯聚合物的熔融纺丝エ序中的速度可以控制为低速，例如30(Tl000m/min,优选35(T700m/min。优选在较低的纺丝张力下进行该熔融纺丝エ序，即，通过使聚酯聚合物的降解反应最小化而使纺丝张カ最小化。通过以低纺丝张力和低纺丝速度选择性地进行聚酯聚合物的熔融纺丝エ序，可以使聚酯聚合物的降解反应最小化。同时，通过上述熔融纺丝エ序得到的未拉伸纤维可以显示出特性粘度为0. Sdl/g 或大于 0. 8dl/g，例如 0. 8dl/g I. 2dl/g，优选 0. 85dl/g 或大于 0. 85dl/g，例如 0. 85dl/g I. 15dl/g,且更优选0. 90dl/g或大于0. 90dl/g,例如0. 90dl/g I. 10dl/g。由低温纺丝制得的未拉伸纤维分子中的CEG含量可以为50meq/kg或小于50meq/kg,优选40meq/kg或小于40meq/kg,且更优选30meq/kg或小于30meq/kg。未拉伸纤维分子中这样的CEG含量即使在拉伸纤维中也可以以相同的水平保持，所述拉伸纤维即在随后的拉伸エ序中被拉伸的聚酯纤維。如上所述，优选在制备未拉伸纤维的过程中，通过使用具有较高粘度(例如
0.85dl/g或大于0.85dl/g)的聚酯聚合物来有效降低聚酯纤维的模量。也就是说，优选在熔融纺丝和拉伸エ序中，通过最大程度地保持高粘度范围和采用低拉伸比来制备具有高强度和低模量的聚酯纤維。而且，为了防止由于聚酯聚合物的熔融温度增高而导致的分子链断裂，和为了防止由于喷丝头中的排出速度而引起的压カ增加，优选特性粘度为2. 0dl/g或小于2. 0dl/g。此外,所述聚酯聚合物分子中的CEG含量可以优选为30meq/kg或小于30meq/kg,从而即使在高温和高湿度条件下，也能保持由上述聚酯聚合物制备的聚酯纤维和用于气囊的织物的优异的性能。特别地，优选所述聚酯聚合物中的CEG含量即使在熔融纺丝和拉伸エ序之后也保持在最低范围。因此，由所述聚合物最終制得的聚酯纤维可以保证高强度、优异的形状稳定性和优异的机械性能，以及即使在苛刻条件下也表现出优异的性能。在这方面，如果CEG含量大于30meq/kg，则通过熔融纺丝和拉伸エ序制得的最终聚酯纤维分子中的CEG含量可能增加到过量，例如增加到大于50meq/kg的范围。在这种情况下，因为在高湿度条件下CEG使酯键断裂，所以纤维本身和由该纤维制备的织物的性能可能劣化。特别地，通过如上所述在低温下进行熔融纺丝エ序和最大地抑制热降解，具有高特性粘度和低CEG含量的聚酯聚合物可以使该聚酯聚合物与聚酯纤维之间的特性粘度和CEG含量的差最小化。例如，熔融纺丝和随后的エ序可以如此进行，使得所述聚酯聚合物的特性粘度与所述聚酯纤维的特性粘度之间的差为0. 5dl/g或小于0. 5dl/g，或(TO. 5dl/g，且优选0.4dl/g或小于0.4dl/g，或0. ro. 4dl/go此外，上述エ序可以如此进行，使得所述聚酯聚合物的CEG含量与所述聚酯纤维的CEG含量之间的差为20meq/kg或小于20meq/kg，或 0 20meq/kg,且优选 15meq/kg 或小于 15meq/g,或 3 15meq/kg。所述聚酯聚合物优选包含聚对苯ニ甲酸こニ醇酯(即PET)作为其主要成分。作为用于气囊的纤维，为了保证机械性能，所述聚酯聚合物可以包含70mol%或大于70mol%、优选90mol%或大于90mol%的PET。通过最大化地抑制所述聚酯聚合物的特性粘度的降低和CEG含量的増加，本发明可以保持聚酯纤维的优异的机械性能，同时确保聚酯纤维的良好的伸长率，并且可以制备适合于气囊织物的高強度和低模量的纤维。可以优选通过纺丝板对所述聚酯聚合物(例如PET切片)进行纺丝，以使单丝的细度为0.5 20旦尼尔，且优选f 15旦尼尔。也就是说，为了減少纺丝エ序中的纤维断裂和減少在冷却エ序中由于纤维之间的干扰而引起的纤维断裂的可能性，优选单丝细度为I. 5旦尼尔或大于I. 5旦尼尔。为了提高冷却效率，还优选单丝细度为15旦尼尔或小于15旦尼尔。所述聚酯未拉伸纤维可以在对聚酯聚合物进行熔融纺丝之后，通过另外増加冷却エ序来制备。所述冷却エ序优选采用15飞(TC的冷却空气来进行。根据冷却空气的温度，还优选将该冷却空气的流速控制为0. n. 5m/s。因此，可以容易地制备显示出本发明实施方 案的所有性能的聚酯未拉伸纤維。
同时，在通过上述纺丝步骤制得聚酯未拉伸纤维后，通过拉伸该未拉伸纤维来制备拉伸纤维。该拉伸エ序可以在总拉伸比为5. 0 6. 5，且优选为5. 0 6. 2下而进行。特别地，在聚酯未拉伸纤维通过GRl和GR2之后，拉伸エ序可以在GR2和GR3之间以3. 0
5.O、且优选3. 2 4. 8的拉伸比，以及在GR3和GR4之间以I. 0 2. O、且优选I. 2 I. 8的拉伸比来进行。通过最佳化的熔融纺丝エ艺，所述聚酯未拉伸纤维保持其高特性粘度和低初始模量，且聚酯未拉伸纤维分子中的CEG含量也被最小化。因此，当以大于6. 5的拉伸比进行拉伸エ序时，这可能是过度的拉伸水平，从而产生纤维的断裂或多毛，且由于纤维的高度取向而可能获得具有低伸长率的聚酯纤維。特别是，如果由于这种高拉伸比条件而引起纤维的伸长率降低，则当该纤维应用于气囊织物时，折叠性和封装性可能不会好。另ー方面，如果以较低的拉伸比进行拉伸エ序，则由于纤维的取向度较低，所以制得的聚酯纤维的抗拉强度可能部分降低。然而，就保证优异的性能而言，如果以5. 0或大于5. 0的拉伸比进行拉伸エ序，则可以制得适合于气囊织物的具有高強度、高伸长率和高收缩性的聚酯纤維。因此，优选以5. (T6. 5的拉伸比进行拉伸エ序。根据本发明的另ー适合的实施方案，为了通过直接纺丝和拉伸エ序制备为同时满足高抗拉强度和伸长率性能而具有高收缩性的聚酯纤維，制备该聚酯纤维的方法，从高粘度聚酯聚合物切片的熔融纺丝エ序到利用卷绕机的卷绕エ序，可以包括拉伸エ序、热定型エ序、松弛エ序和通过多步导丝辊卷绕エ序。所述拉伸エ序可以在使所述未拉伸纤维在以0. 29T2. 0%的上油率单位通过导丝棍之后进行。在松弛エ序中的松弛率可以优选为1%>ん优选为I. 19T6. 8%。当该松弛率低于
1.0%吋，纤维可能处在高张カ下而导致纤维的断裂。另ー方面，当该松弛率高于7%时，可能难以显示出高收缩性，并且也难以保证用于气囊的织物的优异气密性。此外，所述拉伸エ序可以另外包括在约17(T225°C的温度下对未拉伸纤维进行热处理的热定型エ序。为了拉伸エ序的充分进行，可以在优选175 220°C的温度下对所述纤维进行热处理。当热定型エ序的温度低于170°C吋，因为热效应不充分和松弛效率下降而可能难以获得收缩性。另ー方面，当该温度高于225°C吋，由于松弛率的不断増大而使纤维的收缩性可能劣化且难以保证用于气囊的织物的优异气密性。此时，卷绕速度可以是200(T4000m/min，且优选 250(T3700m/min。根据本发明的又一实施方案，提供包括上述聚酯纤维的用于气囊的织物。在本发明中，所述用于气囊的织物是指用于制备汽车气囊的织造织物或非织造织物。本发明的用于气囊的织物的特征在于是由上述エ序制得的聚酯纤维制备的。特别地，通过使用具有高抗拉强度-高伸长率的聚酯纤维而不是具有高抗拉强度-低伸长率的现有的聚酯纤维，本发明可以提供用于气囊的聚酯织物，该用于气囊的聚酯织物具有优异的形状稳定性和气密性，优异的折叠性、挠性和封装性，以及气囊膨胀过程中优异的能量吸收能力。此外，所述用于气囊的织物不仅在室温下性能优异，而且即使在高温和高湿度的苛刻条件下老化后也能保持优异的机械性能和气密性。更特别地,本发明的用于气囊的织物的抗拉强度(tensile tenacity)可以是220kgf/inch 或大于 220kgf/inch,例如 220 350kgf/inch,并且优选 230kgf/inch 或大于230kgf/inch,例如23(T300kgf/inch，所述抗拉强度是根据ASTM D5034法在室温下测量的。在现有的气囊所需的性能方面，优选该抗拉强度为220kgf/inch或大于220kgf/inch。在实际的性能表现方面，还优选该抗拉强度为350kgf/inch或小于350kgf/inch。所述用于气囊的织物的断裂伸长率可以是20%或大于20%，例如20%飞0%，且优选28%或大于28%，例如28% 50%，所述断裂伸长率是根据ASTM D 5034法在室温下测量的。在现有的气囊所需的性能方面，优选断裂伸长率为20%或大于20%。在实际的性能表现方面，还优选断裂伸长率为60%或小于60%。此外，因为织物被高温和高压气体快速膨胀，所以用于气囊的涂层织物要求优异的抗撕强度。因此，抗撕強度表示用于气囊的涂层织物的胀破强度，当根据ASTM D 2261法在室温下测量时，可以为22kgf或大于22kgf，例如22飞Okgf，并且优选为25kgf或大于25kgf ，例如25kgf 55kgf。如果该涂层织物的抗撕强度在室温下低于最低限，即低于23kgf，则该气囊在其膨胀过程中可能胀破，并且就气囊的功能而言可能引起巨大的危险。
根据本发明的用于气囊的织物在经纱方向和纬纱方向上的收缩率可以分别为
4.0%或小于4. 0%，且优选2. 0%或小于2. 0%，所述收缩率是根据ASTM D1776法测量的。在保证织物的优异的形状稳定性方面，最优选在经纱方向和纬纱方向上的收缩率不超过I. 0%。根据ASTM D 737法在室温下测量的织物的透气性可以为10. Ocfm或小于10. Ocfm,例如,0 10. Ocfm或0. 5 10. Ocfm0特别地,通过在织物上形成橡胶材料的涂层,可以使用于气囊的织物的透气性显著下降，其可以使所述透气性减小至几乎Ocfm。根据本发明用于气囊的织物的透气性可以是I. 4cfm或小于I. 4cfm,例如(Tl. 4cfm。但是,如果橡胶材料没有涂布在所述织物上，则根据ASTM D 737法在室温下测量的本发明的非涂层织物的透气性可以为10. Ocfm或小于10. Ocfm，例如，(TlO. Ocfm，优选3. 5cfm或小于3. 5cfm，例如,(T3. 5cfm。如果非涂层织物的透气性超过10. Ocfm,且优选超过3. 5cfm,或涂层织物的透气性超过I. 4cfm，则在保持用于气囊的织物的气密性方面可能是不合意的。此外，根据ASTM D 4032法在室温下测量的本发明的用于气囊的织物的硬挺度可以为0. 2kgf或大于0. 2kgf，例如0. 2 I. 2kgf，且优选0. 5kgf或大于0. 5kgf，例如0. 5^1. Okgf。特别地，当纤维的总细度为530旦尼尔或大于530旦尼尔时，上述硬挺度可以为I. 2kgf或小于I. 2kgf，而当纤维的总细度为460旦尼尔或小于460旦尼尔时，上述硬挺度可以为0. 8kgf或小于0. 8kgf。本发明的织物优选保持所述范围内的硬挺度，从而有效地将其用于气囊。如果所述硬挺度太低，例如低于0. 2kfg，则当气囊膨胀时，其不能起到足够的保护支撑的作用，以及当其被安装在汽车内时，因为其形状稳定性变差，所以封装性能也可能劣化。此外，所述硬挺度可以优选为I. 2kgf或小于I. 2kgf，从而防止织物变硬而难以折叠，防止封装性劣化和防止织物脱色。特别地，在总细度为460旦尼尔或小于460旦尼尔的情况下，用于气囊的织物的硬挺度可以为0. 8kgf或小于0. 8kgf ;在总细度为530旦尼尔或大于530旦尼尔的情况下，上述硬挺度可以为L 2kgf或小于I. 2kgf。此外，根据本发明的又一实施方案，提供ー种使用所述聚酯纤维制备用于气囊的织物的方法。本发明的制备用于气囊的织物的方法包括以下步骤由所述聚酯纤维织造用于气囊的原料织物，洗涤上述织造的用于气囊的原料织物，和对上述经洗涤的织物进行拉幅。
在本发明中，所述聚酯纤维通过常规的织造方法以及洗涤和拉幅エ序可以制备成最終的用于气囊的织物。该织物的织造类型不限于特定类型，并且优选平纹型(Plaintype)和一片式织造(one piece woven(OPff))型的两种织造类型。特别地，本发明的用于气囊的织物可以使用所述聚酯纤维作为经纱和纬纱通过整经、织造、洗涤和拉幅エ序来制备。所述织物可以通过使用常规的织机来制备，但是并不限于任何特定的织机。然而，可以通过使用剑杆织机和喷水织机(Water Jet Loom)等制备平纹型织物，以及可以通过提花织机制备OPW型织物。此外，优选本发明的用于气囊的织物进一歩包括用选自以下中的至少ー种树脂涂布或层压在其表面上的涂层有机硅树脂、聚氯こ烯树脂、聚こ烯树脂和聚氨酯树脂等，但是涂布树脂的种类不限于上述物质。上述树脂涂层可以通过辊衬刮刀(knife-over-roll)涂法、刮涂法或喷涂法来形成，但是并不限于上述方法。所述涂层中每单位面积涂布树脂的量可以为2(T200g/m2，且优选2(Tl00g/m2。特别地，在用于侧面帘式气囊的OPW型织物的情况下，所述涂布树脂的量优选为30g/nT95g/ m2，以及在用于气囊的平纹型织物的情况下，所述涂布树脂的量优选为20g/nT50g/m2。所述用于气囊的涂层织物通过裁剪和缝制エ序可以制成具有一定形状的气囊垫形式。所述气囊不限于任何特定形状，并且可以制成常规形式。 同时，根据本发明的还ー实施方案，提供ー种包括所述气囊的气囊系统。该气囊系统可以装配有相关制造商熟知的常规装置。所述气囊可以主要分为正面气囊和侧面帘式气囊。作为正面气囊，有用于驾驶员座的气囊、用于乘客座的气囊、用于保护侧面的气囊、用于保护膝盖的气囊、用于保护脚踝的气囊和用于保护行人的气囊等多种气囊，而侧面帘式气囊保护乘员免受汽车的侧向碰撞和翻车造成的伤害。因此，本发明的气囊包括正面气囊和侧面帘式气囊这两者。如上所述，根据本发明，通过在特定范围内优化初始模量和伸长率等，提供了用于气囊的聚酯纤维，该聚酯纤维可以制备具有优异的气密性和折叠性以及优异的机械性能的用于气囊的织物。特别地，由于用于气囊的聚酯纤维被优化而具有高強度、高伸长率和高收缩性，所以当该聚酯纤维用于制备气囊织物时，可以获得优异的形状稳定性、机械性能和气密效果。通过确保优异的折叠性和挠性还可以显著地提高封装性能，以及通过使施加到乘客身上的冲击最小化而可以安全地保护乘客。因此，本发明的聚酯纤維和聚酯织物可以非常优选用于制备汽车的气囊。实施例在下文中，为了便于理解本发明，提供了优选的实施例和对比例。然而，下面的实施例仅用于阐明本发明，而本发明并不限于这些实施例或者被这些实施例限制。实施例I飞根据下面表I中所示的エ艺条件，使用具有如表I所示范围的初始粘度(IV)和CGC含量的PET切片，通过熔融纺丝和拉伸步骤制备用于气囊的聚酯纤維。在283 295°C的温度范围下使上述PET切片熔融，通过纺丝板排出该熔融的聚酷。上述排出的熔融聚酯通过由套筒式加热器和隔热板构成的延迟骤冷区，被延迟骤冷。使用辊型上油装置将纺丝油剂施加到上述延迟骤冷的聚酯纤维上。每100重量份纤维，所述油剂的量是0.8重量份。所述纺丝油剂是环氧こ烷/环氧丙烷加合的ニ醇酯(30重量份)、环氧こ烷加合的ニ醇酯(15重量份)、甘油三酯(10重量份)、三甲基丙烷三酯(10重量份)和少量抗静电剂的混合物。 上述上油纤维通过预交络机并通过使用导丝辊被拉伸。在拉伸之后，利用第二交络机对上述拉伸纤维进行交络和利用卷绕机对其进行卷绕而制得所述聚酯纤维。
此时，PET聚合物的特性粘度，分子中的CEG含量，熔融纺丝エ序的纺丝速度、纺丝张カ和纺丝温度，拉伸比，热处理温度，以及松弛率等公开于下面表I中，其它条件按照制备聚酯纤维的常规条件。[表 I]
权利要求
1.ー种用于气囊的聚酯纤维，在室温下，该聚酯纤维在I. Og/d应カ下的伸长率为0. 4%或小于0. 4%，在4. Og/d应カ下的伸长率为4. 0%或小于4. 0%，在7. Og/d应カ下的伸长率为7. 0%或小于7. 0%，初始模量为105 130g/d。
2.根据权利要求I所述的聚酯纤维，其中，特性粘度是0.8dl/g或大于0. 8dl/g。
3.根据权利要求I所述的聚酯纤维，其中，羧端基(CEG)的含量为50meq/kg或小于50meq/kgo
4.根据权利要求I所述的聚酯纤维，其中，结晶度是409^55%。
5.根据权利要求I所述的聚酯纤维，其中，抗拉强度是7.5g/d或大于7. 5g/d，断裂伸长率是13%或大于13%。
6.根据权利要求I所述的聚酯纤维，其中，干热收缩率是5.0%或大于5. 0%，韧度是25 X KTWd 或大于 25X lO'/d。
7.根据权利要求I所述的聚酯纤维，其中，单丝细度是0.5^20旦尼尔。
8.根据权利要求I所述的聚酯纤维，其中，总细度是20(T1000旦尼尔。
9.根据权利要求I所述的聚酯纤维，其中，丝的数目是5(T240根。
10.ー种根据权利要求广9中任ー项所述的聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤 在27(T305°C下对特性粘度为0. 85dl/g或大于0. 85dl/g的聚酯聚合物进行熔融纺丝，以制备聚酯未拉伸纤维；和 对上述聚酯未拉伸纤维进行拉伸。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述聚酯聚合物包含70mol%或大于70mol%的聚对苯ニ甲酸こニ醇酷。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述聚酯聚合物和所述纤维之间的特性粘度的差是0. 5dl/g或小于0. 5dl/g。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述聚酯聚合物的羧端基(CEG)的含量为30meq/kg 或小于 30meq/kg。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述聚酯聚合物的CEG含量与所述纤维的CEG含量之间的差为20meq/kg或小于20meq/kg。
15.根据权利要求10所述的方法,其中,所述熔融纺丝エ序以300m/mirTl000m/min的纺丝速度进行。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述拉伸エ序以5.(Te. 5的总拉伸比进行。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，在使所述未拉伸纤维以0.29T2. 0%的上油率单位(OPU)的条件通过导丝辊之后，进行所述拉伸エ序。
18.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括在对所述未拉伸纤维进行拉伸之后在170 225°C温度下的热定型エ序。
19.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括在对所述未拉伸纤维进行拉伸之后的松弛エ序，其中松弛率是1% 7%。
20.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括在对所述未拉伸纤维进行拉伸之后的卷绕エ序，其中卷绕速度是200(T4000m/min。
21.一种用于气囊的聚酯织物，包括权利要求广9中任一项所述的聚酯纤維。
22.根据权利要求21所述的聚酯织物，根据ASTMD 5034法测量的该聚酯织物的抗拉强度是 220kgf/inch 或大于 220kgf/inch。
23.根据权利要求21所述的聚酯织物，根据ASTMD 2261法测量的该聚酯织物的抗撕强度是22kgf或大于22kgf。
24.根据权利要求21所述的聚酯织物，其中，根据ASTMD 1776法测量的在经纱和纬纱方向上的收缩率分别是4. 0%或小于4. 0%。
25.根据权利要求21所述的聚酯织物，其中，根据ASTMD 4032法测量的硬挺度是.0. 2kgf 或大于 0. 2kgf。
26.根据权利要求21所述的聚酯织物，其中，根据ASTMD 737法测量的透气性是 .10. Ocfm 或小于 10. Ocfnio
全文摘要
本发明涉及一种可以应用于气囊织物的聚酯纤维，具体而言，涉及一种聚酯纤维，该聚酯纤维在1.0g/d应力下的伸长率为0.4%或小于0.4%，在4.0g/d应力下的伸长率为4.0%或小于4.0%，在7.0g/d应力下的伸长率为7.0%或小于7.0%，初始模量为105~130g/d，本发明还涉及上述聚酯纤维的制备方法和由该聚酯纤维制备的用于气囊的织物。由于本发明的聚酯纤维具有高强度、高伸长率和高收缩性而显著降低硬挺度且保证优异的机械性能，因此当该聚酯纤维用于气囊织物时，可以提供优异的封装性、尺寸稳定性和气密效果，并且通过使施加到乘员的冲击最小化而可以安全地保护乘员。
文档编号D03D1/02GK102656299SQ201080057553
公开日2012年9月5日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月18日
发明者李相牧, 李英洙, 金宁照, 金起定 申请人:可隆工业株式会社