专利名称：聚酯纤维及其制备方法
技术领域：
本发明涉及可用于气囊织物的聚酯纤维，具体说，涉及具有优异的机械性能、柔韧性、尺寸稳定性等的高强度、高伸长率和低杨氏模量聚酯纤维、该聚酯纤维的制备方法、以及使用该聚酯纤维的气囊织物。
背景技术：
一般而言，气囊是指这样一种装置，它通过检测以大约40km/h以上的速度行驶的汽车在正面碰撞时作用到车上的碰撞冲击、然后使火药爆炸以向气囊提供气体从而使气囊膨胀来保护驾驶员和乘客。气囊织物所要求的特性包括低透气性(以便在碰撞时平稳展开)、高强度、高耐热性(以防止气囊自身损坏和爆裂)、以及柔韧性(以减小对乘客的冲击)。特别地，将汽车中使用的气囊制成特定的形状，然后，为了使体积最小化，将其以折叠状态安装在汽车把手、侧玻璃窗或侧面结构等上并维持该折叠状态，当充气装置工作时，使其可以膨胀并展开。因此，为了有效地保持气囊在装入汽车中时的折叠性和封装性、防止气囊自身的损坏或爆裂、呈现优异的气囊垫展开性能、以及使作用在乘客上的冲击最小化，非常重要的是，气囊织物必须有优异的机械特性和折叠性以及用于减小对乘客冲击的柔韧性。然而，可以维持优异的气密效果和柔韧性以确保乘客安全、可以充分承受作用到气囊上的冲击、以及可以有效地装在汽车内的气囊织物还没有出现。在现有技术中，使用聚酰胺纤维(例如尼龙66等)作为气囊纱线的原料。尽管尼龙66具有优异的抗冲击性，但其在耐湿热性、耐光性和尺寸稳定性上比聚酯纤维差，并且原始成本昂贵。同时，日本专利公告N0.04-214437提出使用聚酯纤维以减小上述缺陷。然而，如果使用现有的聚酯纤维制造气囊，那么，在装入汽车中时由于硬挺度高而难以封装在小的空间中，由于弹性大以及伸长率低使得高温热处理会产生过度的热收缩，以及在高温高湿的苛刻条件下保持充分的机械特性和展开性能受到限制。因此，需要开发一种纤维，该纤维可以保持优异的机械特性和气密效果以适合用作气囊织物，并可以保持柔韧性以减小对乘客的冲击、保持封装性以及在高温和高湿的苛刻条件下保持优异的机械特性。
发明内容
本发明的一个方面是，提供一种聚酯纤维，该聚酯纤维可以呈现优异的尺寸稳定性、机械特性和柔韧性，并且可以在高温高湿的苛刻条件下保持充分的性能，使得该聚酯纤维能够用作气囊织物。本发明的另一方面是，提供所述聚酯纤维的一种制备方法。本发明的再一方面是，提供使用上述聚酯纤维制备的气囊织物。
本发明提供一种聚酯纤维，该聚酯纤维在185°C下热处理2分钟后在施加1.0g/d的拉伸强度时的伸长率为1.65% 2.5%，并且拉伸强度从8.0g/d到最大拉伸强度时附加伸长的伸长率在0.5%到5%的范围内。本发明还提供一种制备所述聚酯纤维的方法，该方法包括的步骤有:在270 320°C对特性粘度为1.2dl/g或大于1.2dl/g的聚酯聚合物进行熔体纺丝以制得未拉伸的聚酯纤维，以及对该未拉伸的聚酯纤维进行拉伸。本发明还提供使用上述聚酯纤维制得的气囊织物。
图1是过程图，示意性地示出了本发明一个实施例所述的用于气囊的聚酯纤维的制备过程；图2示出了普通纤维的强度-伸长率曲线的一个例子，可以将该强度-伸长率曲线下的面积定义为韧度(断裂功，J/m3)；图3示出了例5所述的聚酯纤维的强度-伸长率曲线，该曲线是在185°C下热处理2分钟后测得的；图4示出了例5所述的聚酯纤维的强度-伸长率曲线，该曲线是在室温下测得的；图5示出了对比例5所述的聚酯纤维的强度-伸长率曲线，该曲线是在185°C下热处理2分钟后测得的；图6示出了对比例5所述的聚酯纤维的强度-伸长率曲线，该曲线是在室温下测得的。
具体实施例方式在下文中将详细说明具体实施例所述的聚酯纤维、该聚酯纤维的制备方法以及由该聚酯纤维制得的气囊织物。然而，这些作为例子示出，本发明的范围不限于此，而且对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在本发明的范围内可以做出各种变型。这里，除非另有说明，否则，术语“包含”或“包括”是指包含任何组分(或成分)而没有具体限制，而且不应解释为排除其它组分(或成分)的添加。用于气囊的聚酯织物可以通过下述步骤来制备:对包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(在下文中，称为“PET”)的聚合物进行熔体纺丝以制备未拉伸纤维、对该未拉伸纤维进行拉伸以获得拉伸过的纤维，然后对所获得的聚酯纤维进行织造。因此，所述聚酯纤维的特性直接或间接地反映在用于气囊的聚酯织物的性能上。然而，为了在气囊织物上应用聚酯纤维以代替现有的聚酰胺纤维(例如尼龙66等)，必须克服现有聚酯纤维的由高杨氏模量和高硬挺度等引起的折叠性的降低、由低熔融热容量引起的高温和高湿苛刻条件下的物理特性的劣化、以及随之而来的展开性能的劣化。具体说，聚酯纤维必须具有高强度、高伸长率和高干热收缩率的特性，以便用于气囊织物，但现有的聚酯纤维不能同时满足强度、伸长率和干热收缩率上的这些优异特性。同样，在使用现有PET纤维的情形中，与尼龙相比，所要求的特性是不同的，因此，如果在织物制备中进行热处理，则织物的强度和伸长率会变低，而且由于气囊织物的气密性降低难以提供优异的气密效果。另外，由于现有的聚酯纤维具有刚性分子链，如果使用其作为气囊织物并安装在汽车中，则封装性会显著降低。此外，所述聚酯分子链中的羧端基(在下文中，称作“CEG”)在高温高湿条件下会攻击酯键从而使分子链断裂，于是，老化后使物理性能劣化。因此，本发明优化了在例如气囊织物制备期间实施热处理时的聚酯纤维的物理特性(例如强度、伸长率、收缩率、初始杨氏模量等)的范围，从而显著地降低了硬挺度，同时保持了优异的机械特性(例如韧度、气密性能等)，从而使其能够有效地用于气囊织物。具体地，本发明人的实验结果显示，由具有特定特性的聚酯纤维制造气囊织物，则可以呈现出更加提高了的折叠性、尺寸稳定性、耐久性和气密效果，因此，当用作气囊织物时，可以保持更优异的用于汽车安装的封装性、优异的机械特性(甚至在高温高湿的苛刻条件下)、以及防漏气性、气密性等。因此，根据本发明的一个实施例，提供一种具有特定特性的聚酯纤维。该聚酯纤维在185°C热处理2分钟后在施加1.0g/d的拉伸强度时的伸长率可以为1.65% 2.5%。另夕卜，该聚酯纤维在拉伸强度从8.0g/d到最大拉伸强度时附加伸长的伸长率可以在0.5%到5%的范围内。所述聚酯纤维可以优选包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为主要成分。在制备过程中可以添加各种添加剂，而且为了呈现适用于气囊织物的合适特性，所述聚酯纤维可以包含至少70mol%、更优选地至少90mol%的PET。在下文中，不加特别说明，PET是指PET聚合物含量为70mol%或大于70mol%的情形。本发明的一个实施例所述的聚酯纤维在下面述及的熔体纺丝和拉伸条件下制得，并且在185°C热处理2分钟后在施加1.0g/d的拉伸强度时呈现出1.65% 2.5%的伸长率，以及在拉伸强度从8.0g/d到最大拉伸强度时附加伸长的伸长率在0.5%到5%的范围内。如上所述，由于常规聚酯的分子结构特性之故，如果它在制备织物时进行热处理，那么，与尼龙等相比，气囊织物的气密性会降低，因此难以提供优异的气密效果。由于聚酯具有刚性分子链和硬挺度高的结构，因此，它呈现出高的杨氏模量，而且在用作气囊织物时，封装性和折叠性显著降低，使其难以保存在汽车的狭窄空间内。然而，本发明所述的使用高粘度切片通过受控熔体纺丝和拉伸过程获得的聚酯纤维呈现出高的强度和低的杨氏模量，并且与已知的工业聚酯纤维相比呈现出较低的初始杨氏模量。具体说，本发明所述的聚酯纤维同时具有低的初始杨氏模量和最小化的伸长率。就是说，所述聚酯纤维在185°C热处理2分钟后在施加1.0g/d的拉伸强度时可以具有1.65% 2.5%、优选为1.7% 2.45%的伸长率，以及在拉伸强度从8.0g/d到最大拉伸强度时附加伸长的伸长率可以在0.5%到5%、优选为0.7% 4%的范围内。所述聚酯纤维在185°C热处理2分钟后在施加5.0g/d的拉伸强度时可以具有16 22%、优选为16.5 21%的伸长率。具体说，所述聚酯纤维在185°C热处理2分钟后在20%的伸长率下可以具有4.5g/d或大于4.5g/d、或者4.5 7.0g/d的抗拉强度。由于低初始杨氏模量和低伸长率特性之故，由所述高强度、高伸长率、低杨氏模量聚酯纤维制备的气囊织物可以克服现有PET织物的高硬挺度等问题，并呈现出优异的折叠性、柔韧性和封装性。根据本发明，通过将强度-伸长率曲线控制在最佳范围内以便吸收气囊工作时瞬间产生的冲击能量，可以提高所述最终织物的机械特性和折叠性等。为了提供优异的气密性和折叠性，使得织物初始可以安全地吸收气囊内的爆炸所产生的释放气体的瞬间冲击能量并且同时可以有效地展开，高强度、高伸长率和低初始杨氏模量是必要的。具体说，考虑到在制备织物时进行热处理，在特定条件下进行热处理之后，所述纤维的强度-伸长率曲线必须满足所述强度条件下的上述伸长率范围。同时，在没有热处理的情况下所述聚酯纤维在室温(25°C)下在施加1.0g/d的拉伸强度时可以伸长0.8 2.0%，优选为0.85 1.5%，而且在拉伸强度从8.8g/d到最大拉伸强度时附加伸长的伸长率在1.5%到5%、优选为1.7% 4.7%的范围内。此外，所述聚酯纤维在室温下在施加5.0g/d的拉伸强度时可以伸长6.5 16.5%,优选为7.2 14.0%。所述聚酯纤维在185°C下热处理2分钟之后测得的伸长率可以为所述纤维在室温下测得的伸长率的105%或大于105%，或者说105% 160%，优选为108%或大于108%，或者说108% 150%，更优选为112%或大于112%，或者说112% 140%。所述聚酯纤维在185°C下热处理2分钟之后测得的抗拉强度可以为所述纤维在室温下测得的抗拉强度的90%或大于90%，或者说90% 100%，优选为91.5%或大于91.5%,或者说91.5% 100%。同样，本发明的聚酯纤维可以使纤维的强度和伸长率的降低最小化，甚至在185°C热处理2分钟之后也是如此，而且具体说，在没有降低强度的情况下却增加了伸长率，由此在制成气囊织物时提供了优异的机械特性和高的尺寸稳定性和折叠性，同时气密效果提高。在185°C热处理2分钟之后测得的强度-伸长率曲线上，所述聚酯纤维在断裂点(纤维在施加到其上的张力作用下发生断裂之处)的最大抗拉强度可以为8.lg/d到9.5g/d，优选为8.3g/d到9.3g/d，更优选为8.4g/d到9.0g/d。在185°C处理2分钟之后测得的所述聚酯纤维的最大伸长率可以为20%到35%，优选为21%到32%，更优选为22%到28%。在室温(25°C)下测得的强度-伸长率曲线上，所述聚酯纤维在断裂点(纤维在施加到其上的张力作用下发生断裂之处)的最大强度可以为8.9g/d到11.0g/d，优选为9.0g/d到10g/d，更优选为9.lg/d到9.8g/d。在室温(25°C)下测得的所述聚酯纤维的最大伸长率可以为15%到30%，优选为16%到26%，更优选为17%到25%。同时，热处理之后通过美国材料试验协会(ASTM) D885测得，本发明所述的聚酯纤维的杨氏模量在1%的伸长率下(即，在该纤维伸长1%的点处)可以为55 70g/de，优选为58 67g/de，在2%的伸长率下(即，在该纤维伸长2%的点处)可以为35 52g/de，优选为38 48g/de。室温下通过ASTM D885测得，所述聚酯纤维的杨氏模量在1%的伸长率下(即，在该纤维伸长1%的点处)可以为60 110g/de，优选为75 105g/de，在2%的伸长率下(即，在该纤维伸长2%的点处)可以为50 87g/de，优选为55 85g/de。普通的工业聚酯纤维在热处理之后和在室温下测得的1%伸长率下的杨氏模量分别为72g/de或大于72g/de以及115g/de或大于115g/de。另外，普通的工业聚酯纤维在热处理之后和在室温下测得的2%伸长率下的杨氏模量分别为53g/de或大于53g/de以及90g/de或大于90g/de。因此,本发明所述的聚酯纤维具有显著低的杨氏模量，在室温下以及甚至在热处理之后都是如此。所述聚酯树脂的杨氏模量是在拉伸试验中所获的应力-应变图上从弹性段的斜率得到的弹性系数的特性值，它与物体从两端拉伸时显示出伸展和变形程度的弹性模量相对应。如果纤维的杨氏模量高，那么弹性好，但纤维的硬挺度会劣化，而如果纤维的杨氏模量太低，那么纤维的硬挺度好，但弹性恢复力会降低，因而韧度会劣化。同样，由在室温下甚至在热处理之后相对于现有聚酯纤维而言初始杨氏模量低的聚酯纤维制备的气囊织物可以克服现有聚酯纤维的高韧度问题等，并呈现出优异的折叠性、柔韧性和封装性。
所述聚酯纤维与现有的聚酯纤维相比可以呈现出更加提高了的特性粘度，具体说，特性粘度为0.8dl/g或大于0.8dl/g，或者说0.8dl/g到1.2dl/g，优选为，0.85dl/g或大于0.85dl/g，或者说0.85dl/g到1.15dl/g，更优选为0.9dl/g或大于0.9dl/g，或者说
0.9dl/g到1.ldl/g0当所述聚酯纤维用于气囊织物时，可以优选确保特性粘度在上述范围内，以便在涂布过程中不会产生热变形等。所述聚酯纤维优选具有0.8dl/g或大于0.8dl/g的特性粘度，以便在低拉伸比的情况下呈现高强度，从而满足气囊纤维所要求的强度。否则，它只能在高拉伸比的情况下呈现特性。如果使用高拉伸比，那么纤维的取向度会增加，从而呈现高的杨氏模量特性，因此难以使织物实现优异的折叠性。因此，优选将纤维的特性粘度维持为0.8dl/g或大于0.8dl/g，以便使用低拉伸比呈现低杨氏模量。如果所述纤维的粘度为1.2dl/g或大于
1.2dl/g，在拉伸时拉伸力会增加，从而引起过程问题，因此，优选取1.2dl/g或小于1.2dl/g。具体说，本发明所述的聚 酯纤维将特性粘度维持在这样高的程度上，从而在低拉伸比的情况下向气囊织物提供低硬挺度，同时向气囊织物提供足够的机械特性和高的强度特性(诸如抗冲击性、韧度等)。因此，使用具有低初始杨氏模量和高伸长率、优选具有高特性粘度的聚酯纤维，可以制备同时呈现出优异的机械特性、封装性、尺寸稳定性、抗冲击性和气密效果的气囊织物。因此，使用所述聚酯纤维，可以获得呈现优异的抗冲击性、尺寸稳定性、机械特性和气密性同时呈现较低硬挺度、以及折叠性和封装性的气囊织物。所述用于气囊的聚酯织物呈现出优异的机械特性、尺寸稳定性和气密效果，当装入汽车内的狭窄空间中时提供优异的折叠性和封装性，并因优异的柔韧性使施加到乘客上的冲击最小化，从而安全地保护乘客。因此，可以将其优选用于气囊织物等。此外，由于本发明所述的聚酯纤维在下文描述的熔体纺丝和拉伸条件下制得，因此，它可以比现有聚酯纤维呈现出显著降低的羧端基(CEG)含量。即，所述聚酯纤维可以呈现出的CEG含量为45meq/kg或小于45meq/kg,优选为40meq/kg或小于40meq/kg,更优选为35meq/kg或小于35meq/kg。聚酯分子链上的羧端基(CEG)在高温高湿条件下攻击酯键从而使分子链断裂，因此在老化后使特性劣化。具体说，如果所述聚酯纤维的CEG含量超过45meq/kg,那么，当所述纤维用于气囊时，CEG在高湿条件下使酯键断裂,从而引起特性劣化。所以，CEG含量可以优选为45meq/kg或小于45meq/kg。同时，如上所述，在185°C热处理2分钟后，本发明的一个实施例所述的聚酯纤维的抗拉强度可以为8.lg/d到9.5g/d，优选为8.3g/d到9.3g/d，更优选为8.4g/d到9.0g/d,断裂时的伸长率可以为20%到35%，优选为21%到32%，更优选为22%到28%。此外，在没有热处理在室温下时，所述纤维的抗拉强度可以为8.9g/d到11.0g/d，优选为9.0g/d到IOg/d,更优选为9.lg/d到9.8g/d，断裂时的伸长率可以为15%到30%,优选为16%到26%，更优选为17%到25%。所述聚酯纤维可以呈现70 120J/m3的韧度，韧度由下面的计算公式I定义。[计算公式I]
权利要求
1.一种聚酯纤维，该聚酯纤维在185°c热处理2分钟后在施加1.0g/d的拉伸强度时的伸长率为1.65% 2.5%，该聚酯纤维在拉伸强度从8.0g/d到最大强度时附加伸长的伸长率在0.5% 5%的范围内。
2.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维在185°C热处理2分钟后在施加5.0g/d的拉伸强度时的伸长率为16% 22%。
3.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维在室温下在施加1.0g/d的拉伸强度时的伸长率为0.8% 2.0%，并且在拉伸强度从8.8g/d到最大强度时附加伸长的伸长率在1.5% 5%的范围内。
4.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维在室温下在施加5.0g/d的拉伸强度时的伸长率为6.5% 13.5%。
5.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维在185°C热处理2分钟后在20%的伸长率下抗拉强度为4.5g/d或大于4.5g/d。
6.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，所述纤维在185°C热处理2分钟后测得的伸长率为所述纤维在室温下测得的伸长率的105%或大于105%。
7.根据权利要求1所 述的聚酯纤维，其中，所述纤维在185°C热处理2分钟后测得的抗拉强度为所述纤维在室温下测得的抗拉强度的90%或大于90%。
8.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维的杨氏模量根据ASTMD885测得为1%的伸长率下55 70g/de，2%的伸长率下35 52g/de。
9.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维的韧度为70J/m3 120J/m3，所述韧度由下面的计算公式I定义: [计算公式I]
10.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维的总细度为400 650旦尼尔。
11.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维具有2.5 6.8DPF的单纤维细度，并包括96 160股长丝。
12.根据权利要求1所述的用于气囊的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维的结晶度为40% 55%。
13.—种权利要求1 12中任何一项所述的聚酯纤维的制备方法，包括如下步骤: 在270 320°C对特性粘度为1.2dl/g或大于1.2dl/g的聚酯聚合物进行熔体纺丝以制得未拉伸的聚酯纤维；以及 对该未拉伸的聚酯纤维进行拉伸。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述聚酯聚合物和所述聚酯纤维之间的特性粘度之差为0.7dl/g或小于0.7dl/g。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，以5.0 6.5的总拉伸比进行所述拉伸过程。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括:热定形过程，用于在对所述未拉伸的纤维拉伸之后，在170 250°C对所述纤维进行热处理。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括:在对所述未拉伸的纤维拉伸之后，以14%或小于14%的松弛率对所述纤维进行松弛的步骤。
18.—种聚酯织物，所述聚酯织物包含权利要求1 12中任何一项所述的聚酯纤维。
19.根据权利要求18所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物的硬挺度根据ASTMD4032测得为1.5kgf或小于1.5kgf。
20.根据权利要求18所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物在ΛΡ为125pa时的静态透气率为10.0cfm或小于10.0cfm，在ΛΡ为500pa时的静态透气率为14cfm或小于14cfm，所述静态透气率根据ASTM D737测得。
21.根据权利要求18所 述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物的动态透气率根据ASTMD6476 测得为 1，700mm/s 或小于 1，700mm/s。
22.根据权利要求18所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物的边角耐精梳性在室温下为350N或大于350N，在90°C时为300N或大于300N，所述边角耐精梳性根据ASTM D6479测得。
全文摘要
本发明涉及一种可用于气囊织物的聚酯纤维。具体而言，本发明涉及一种聚酯纤维，该聚酯纤维在185℃热处理2分钟后在施加1.0g/d的拉伸强度时伸长率为1.65%～2.5%，并且在拉伸强度从8.0g/d到最大强度时附加伸长的伸长率在0.5%～5%的范围内。本发明还涉及所述聚酯纤维的制备方法以及由该聚酯纤维制成的气囊织物。本发明的聚酯纤维同时具有低初始杨氏模量和优异的机械特性，因此，它可以提供优异的封装性、尺寸稳定性和优异的气密效果，同时使作用到乘客上的冲击最小化，从而安全地保护乘客。
文档编号D01F6/62GK103109004SQ201180044921
公开日2013年5月15日 申请日期2011年9月16日 优先权日2010年9月17日
发明者金宰亨, 郭东震, 金起定, 金熙峻, 尹靖勋, 李相牧 申请人:可隆工业株式会社