CN102918188B

CN102918188B - 聚酯织物及其制备方法

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Publication number: CN102918188B
Application number: CN201180027005.8A
Authority: CN
Inventors: 金宰亨; 郭东震; 金起定; 金熙峻; 尹靖勋; 李相牧
Original assignee: Kolon Corp
Current assignee: Kolon Industries Inc; Kolon Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: EP2557211A4; CN102918188A; JP2013522489A; JP6040146B2; KR20110109951A; WO2011122801A3; EP2557211A2; KR101802476B1; US20130033027A1; EP2557211B1; WO2011122801A2

Abstract

本发明涉及一种包含聚酯纤维的气囊织物，且更具体地涉及一种在未涂布织物状态下耐热常数(X)是1.0～6.5的聚酯织物，该聚酯织物的制备方法和包括该聚酯织物的汽车气囊。本发明的气囊织物使用具有低杨氏模量、高强度和高伸长率的聚酯纤维，以赋予良好的机械性能，例如高强度和高耐热性，以及良好的折叠性、高尺寸稳定性和良好的气密效果，从而使对乘员的冲击最小化以安全地保护乘员。

Description

聚酯织物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种气囊织物及其制备方法，且更具体地涉及一种聚酯织物、其制备方法、包括该聚酯织物的用于汽车的气囊，其中所述聚酯织物使用具有低杨氏模量、高强度和高伸长率的聚酯纤维以赋予良好的机械性能(例如高强度和优异的耐热性)。

背景技术

一般而言，气囊是指在汽车以大约40km/h以上的冲击速率正面碰撞的过程中，在碰撞冲击传感器检测到冲击后通过采用***性化学物质而产生气体并使气囊垫膨胀来对乘员提供保护的汽车安全装置。常规气囊***的结构如图1图示说明。

如图1所示，常规气囊***包括：气囊模块100，其安装在方向盘中并包括气体发生器121和气囊124，气体发生器121用以在点燃***122时产生气体，气囊124被气体膨胀而朝向驾驶员展开；冲击传感器130，用以在发生碰撞时产生冲击信号；以及电子控制模块110，用以在接收上述冲击信号后点燃气体发生器121的***122。在发生正面碰撞时，在气囊***中的冲击传感器130检测碰撞冲击并向电子控制模块110发送冲击信号。在识别冲击信号后，电子控制模块110点燃***122以点燃气体发生器121中的气体发生器推进剂。该燃烧的气体发生器推进剂迅速产生气体并使气囊124膨胀。被膨胀至展开，气囊接触驾驶员的胸部以部分吸收由汽车碰撞引起的冲击负载。惯性导致驾驶员的头部和胸部向前移动而撞在气囊124上，其中气囊124的气体通过气囊124上形成的排出孔而快速地排出来以缓和驾驶员的头部和胸部的冲击。在此种方式中，上述气囊***有效地减轻正面碰撞时对驾驶员的冲击以减少二次伤害的风险。

因此，为了当气囊被安装在汽车内时有效地保持气囊的折叠性和封装性、防止气囊的损坏或破裂、获得优异的气囊垫展开性能并对乘员的冲击最小化，确保挠性以减小对乘员的冲击以及良好的机械性能(例如低透气性)以有助于气囊展开、高强度和高度耐热性以防止气囊的损坏或破裂、折叠性是十分重要的。实际上，还没有提出能够对于乘员安全保持气密效果和挠性、充分承受施加到气囊上的冲击，且有效地安装在汽车内的气囊织物。

通常地，聚酰胺纤维(例如尼龙66)已经被用作用于气囊织物的原料。尽管尼龙66具有高抗冲击性，但是其具有比聚酯纤维差的耐湿热性、耐光性和尺寸稳定性，并且其价格更昂贵。

日本专利公开No.Hei04-214437公开了使用聚酯纤维克服这些问题。然而，在气囊制备中现有聚酯纤维的使用，由于其极高的硬挺度导致了将气囊安装在汽车内的狭窄空间的难度，由于其高弹性和低伸长率导致了在高温热处理过程中过度的热收缩，以及在高温和高湿的苛刻条件下在保持良好的机械性能和展开性能方面具有局限性。

因此，需要开发一种织物，该织物能够保持良好的机械性能和气密效果，以适合用作汽车气囊并提供良好的性能，例如用以承受高温热处理的优异的耐热性，用以减小对乘员冲击的高挠性和良好的封装性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种聚酯织物，该聚酯织物具有良好的机械性能，例如高强度和高耐热性、高挠性和良好的封装性。

本发明的另一目的是提供一种制备上述聚酯织物的方法。

本发明的又一目的是提供一种包括上述聚酯织物的用于汽车的气囊。

为了实现本发明的目的，提供了一种聚酯织物，当所述聚酯织物未被涂布时，该聚酯织物由下面计算公式1定义的耐热常数(X)是1.0～6.5：

[计算公式1]

耐热常数(X)=(T×t)/(600×D)

在计算公式1中，T是热杆在350～750℃的范围内在自由落体过程中的温度；t是热杆从与所述聚酯织物的接触点起穿过该聚酯织物所用的时间(sec)；D是所述聚酯织物的厚度(mm)。

本发明还提供一种制备上述聚酯织物的方法，该方法包括如下步骤：将聚酯纤维织造成用于气囊的原坯织物(grey fabric)；洗涤上述用于气囊的原坯织物；和对上述经洗涤的织物进行拉幅。

另外，本发明提供了一种包括上述聚酯织物的用于汽车的气囊。

在下文中，对于根据本发明的具体实施方案的聚酯织物、其制备方法和包括该聚酯织物的用于汽车的气囊，将给出详细的说明，这些实施方案仅以举例说明的方式给出，而不是用来限制本发明的范围。将对于本领域的技术人员显而易见的是，可以在本发明的范围内对这些实施方案进行各种改变和修改。

除非另有说明，否则此处所用的术语“包含”、“含有”和/或“包括”是指所述组分(或成分)的存在而没有任何特别限制，而不排除其它组分(或成分)的加入。

此处所用的术语“气囊织物”是指用于制备汽车气囊的机织物或非织造织物。通常使用的气囊织物包括利用剑杆纺纱机织造的尼龙6平纹织物，或者包括尼龙6非织造织物。但是，本发明的气囊织物使用聚酯纤维，并因此表现出良好的机械性能的特征，例如高韧度、高抗撕强度等。

为了使用聚酯纤维代替现有技术中已经使用的聚酰胺纤维（例如尼龙66）用作气囊纤维，需要克服与使用聚酯纤维相关的问题，包括由聚酯纤维的高杨氏模量和高硬挺度引起的折叠性的劣化，由于低熔融热容(ΔH)而导致的机械性能的劣化以及随之发生的展开性能的下降。

与尼龙相比，聚酯纤维由于其特殊的分子结构而显示更高的硬挺度，并因此具有较更高杨氏模量的特征。因此，聚酯纤维用于折叠于汽车内的气囊织物导致了封装性的急剧劣化。此外，聚酯分子链上的羧端基(在下文中，称作“CEG”)在高温和高湿的苛刻条件下攻击酯键而使分子链断裂，使得性能随着老化的进行而劣化。

因此，本发明通过使用具有低杨氏模量、高强度和高伸长率的聚酯纤维并由此使聚酯纤维的耐热常数最优化，可以改善用作气囊织物时的性能，以确保良好的机械性能和气密性并显著降低硬挺度。

特别而言，由本发明的发明人完成的一系列实验显示出使用具有上述特性的聚酯织物来制备气囊织物使得气囊织物能够在高温和高湿的苛刻条件下保持良好的机械性能(例如高强度和高耐热性)、防漏气性、封装性能等以及能够增强折叠性、尺寸稳定性和气密效果，从而当用作气囊织物的织物装入汽车时确保了更加增强的封装性。

根据本发明的一个实施方案，提供了一种具有上述特性的聚酯织物。当所述聚酯织物未被涂布时，该聚酯织物由下面计算公式1定义的耐热常数(X)是1.0～6.5：

[计算公式1]

耐热常数(X)=(T×t)/(600×D)

在计算公式1中，T是热杆在350～750℃(摄氏度)的范围内在自由落体过程中的温度；t是热杆从与所述聚酯织物的接触点起穿过该聚酯织物所用的时间(sec)；D是所述聚酯织物的厚度(mm)。

从一系列实验的结果本发明的发明人已经发现，使用具有在限定范围内的优化的耐热常数的特定聚酯织物可以提供能够有效吸收和承受高温高压气体的能量的气囊织物。更具体而言，涂布工序之前的“未涂布”聚酯织物的耐热常数(X)是1.0～6.5，优选是1.1～5.8，从而可以非常有效地用作气囊织物。

如计算公式1所定义，此处所用的术语“耐热常数”是指基于所述聚酯织物的厚度热杆穿过该聚酯织物所用的保持时间(retention time)，并表示在高温条件下气囊织物的耐热指数。所述耐热常数是根据气囊织物的材料而变化的随机值，并用于模拟预测在气囊展开时气囊织物可以承受的由气体发生器排出的瞬间高温高压气体的程度。用于气囊的聚酯织物的熔融热容ΔH越高导致聚酯织物的耐热性越高。

特别而言，聚酯织物较低的耐热性劣化了该织物承受在气囊展开时由气体发生器排的高温高压气体的耐热性，所以使用该聚酯织物的气囊织物易于破裂或热粘合。因此，当在使用橡胶成分进行涂布工序之前未涂布织物的耐热常数低于1.0时，本发明的聚酯织物不能用作气囊织物。聚酯织物极高的耐热常数导致极高的结晶度，从而应力集中在晶体上，使得气囊织物的机械性能(例如抗张强度和抗撕强度)变差。因此，当在使用铜成分进行涂布工序之前未涂布聚酯织物的耐热常数大于6.5时，该聚酯织物几乎不能确保作为气囊织物的足够的机械性能。

对于未用橡胶成分涂布的本发明的聚酯织物，当热杆的温度T是450℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是1.20～3.5，优选是1.28～3.0；当热杆的温度T是600℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是1.0～2.0，优选是1.05～1.8。另外，当热杆的温度T是350℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是4.2～6.0，优选是4.4～5.7；当热杆的温度T是750℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是1.0～1.8，优选是1.1～1.5。

根据本发明的用于气囊的聚酯织物可以包括通过涂布或层压而施用在该聚酯织物的表面上的橡胶涂层。橡胶涂布的聚酯织物的耐热常数X可以是2.8～17.0，优选是3.0～16.5。

此处所用的橡胶成分包括选自粉末型硅橡胶、液体型硅橡胶、聚氨酯、氯丁二烯(chloroprene)、氯丁橡胶(neoprene rubber)和乳液型有机硅树脂中的至少一种。用于涂层的橡胶成分的类型不特别限于上面列举的这些物质，但考虑到环境友好和机械性能，有机硅涂层是合意的。

橡胶涂层的每单位面积涂布重量是20～200g/m²，优选是20～100g/m²。更特别而言，对于OPW(一片式编织(one piece woven))型侧面帘式气囊织物，所述涂布重量优选是30g/m²～95g/m²，以及对于平纹织造气囊织物，所述涂布重量优选是20g/m²～50g/m²。

对于包括橡胶涂层的聚酯织物，当热杆的温度T是450℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是3.3～10.0，优选是3.5～9.5；当热杆的温度T是600℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是3.0～7.0，优选是3.2～6.5。另外，当所述温度T是350℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是9.5～17.0，优选是10.0～16.5；当热杆的温度T是750℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是2.8～6.0，优选是3.0～5.8；

根据本发明优选的实施方案，所述耐热常数可以用图2所示的热杆测试仪进行测量。在热杆测试仪中，将热杆加热直至350～750℃，优选380～720℃，并使其从织物的上方落下。使热杆以自由落体的状态下落至聚酯织物。测量热杆从与聚酯织物的接触点起完全穿过该织物所用的时间，并应用于基于该聚酯织物的厚度的计算公式1，以计算该聚酯织物的耐热常数。

在本发明的一个优选的实施方案中，所述热杆可以置于聚酯织物的上方的距离“d”为约60～85mm。此处所用的热杆由导热系数为40～70W/m·K的金属或陶瓷材料制成且重量为35～65g。

考虑到当气囊安装至汽车时确保良好的封装和折叠性，以及良好的机械性能和良好的气密性，根据ASTM D1777法测得的所述聚酯织物的厚度是0.18～0.43mm，优选是0.25～0.38mm。另外，考虑到气囊垫的抗撕强度和气密性，所述聚酯织物的厚度可以是0.18mm或大于0.18mm；且考虑到气囊垫的折叠性，所述聚酯织物的厚度可以是0.43mm或小于0.43mm。

在本发明的气囊织物中，所述聚酯织物可以包含具有不同细度值的聚酯纤维。所述聚酯纤维的细度可以对用以确保使用该聚酯纤维的气囊织物的良好机械性能和高耐热性的耐热常数的最佳范围有影响。优选的是，所述聚酯织物可以包含细度为400～650旦尼尔的聚酯纤维。考虑到气垫的折叠性和吸收在气囊展开过程中产生的高温高压能量的吸收性，所述聚酯纤维的细度可以是400～650旦尼尔以保持低细度和高强度。优选的是，考虑到能量吸收性，该聚酯纤维具有的细度是400旦尼尔或大于400旦尼尔；且考虑到为所述气垫提供良好的折叠性，该聚酯纤维具有的细度是650旦尼尔或小于650旦尼尔。

根据本发明的用于气囊的聚酯织物具有的韧度是3.5～6.0kJ/m³，优选是3.8～5.7kJ/m³，其中所述韧度由下面计算公式2定义：

[计算公式2]

在计算公式2中，F表示当聚酯纤维或织物的长度增加dl时施加的载荷；dl是聚酯纤维或织物的长度增量。

与常规织物相比，所述聚酯织物具有更高水平的韧度(断裂功)，从而更有效地吸收高温高压气体的能量。此处所用的“韧度”被定义成所述织物在拉力下断裂前可以吸收的能量，且也被定义成对瞬间冲击的抗性。当在载荷F下纤维的长度从l增加至l+dl时，所做的功为F·dl，使该纤维断裂所需的韧度由计算公式2给出。换言之，上述韧度由纤维或织物的强度-伸长率曲线下的面积给出。随着用于形成织物的纤维的强度和伸长率增加，所述织物显示出更高的韧度。特别地，因为低韧度导致了在气囊展开时在高温高压条件下对来自气体发生器的瞬间展开冲击的低抗性，所以具有低韧度的气囊织物易于破裂。因此，韧度例如低于3.5kJ/m³的本发明的织物不适合用作气囊织物。

另外，当本发明的气囊织物在气囊展开过程中被来自高温和高压气体的瞬间强力所膨胀时，本发明的气囊织物使应力集中，从而显示了高水平的抗撕强度。抗撕强度表示使气囊织物断裂所需的力的大小并根据ASTM D2261TONGUE法进行测量。对于不包含单独橡胶涂层的未涂布织物的气囊织物的抗撕强度是18～30kgf，对于涂布织物的抗撕强度是30～60kgf。就这点而言，低于限定范围的下限的气囊织物的抗撕强度，即，对于未涂布织物的抗撕强度小于18kgf或对于涂布织物的抗撕强度小于30kgf，导致了在展开过程中所述气囊的断裂，随之有气囊故障的风险。另一方面，高于限定范围的上限的气囊织物的抗撕强度，即，对于未涂布织物的抗撕强度大于30kgf或对于涂布织物的抗撕强度大于60kgf，导致了织物较低的耐边缘梳化性(edge combresistance)，在气囊展开的过程中快速地劣化了气密性。

一般而言，聚酯纤维的分子结构使得具有比尼龙纤维等更高的硬挺度，从而具有更高的杨氏模量，所以聚酯纤维用于气囊织物导致了折叠性和封装性的大幅劣化，并使得该气囊织物难以装入汽车狭小的空间中。因此，本发明使用具有高强度和低杨氏模量的聚酯纤维以保持所述织物的韧度和抗撕强度，并显著降低所述织物的硬挺度。本发明的气囊织物具有的硬挺度是1.5kgf或小于1.5kgf，或0.2～1.5kgf，优选是0.3～1.2kgf，更优选是0.4～0.8kgf，其中所述硬挺度是根据ASTM D4032法测得。像这样，当被安装至汽车中时，与常规聚酯织物相比，具有明显低的硬挺度的本发明的气囊织物可以获得良好的折叠性、高挠性和增强的封装性。

为了用于气囊，本发明的织物优选具有保持在限定范围内的硬挺度。当气囊膨胀而展开时，织物极低的硬挺度不能确保支持和保护功能；而织物极高的硬挺度可以降低尺寸稳定性，并因此在气囊装至汽车中时使封装性变差。另外，考虑到防止由于折叠极高硬挺织物的难度引起的封装性劣化，并避免织物变色，所述织物合意的硬挺度是1.5kgf或小于1.5kgf，特别是，对于低于460旦尼尔的细度，硬挺度是0.8kgf或小于0.8kgf，而对于550旦尼尔或大于550旦尼尔的细度，硬挺度是1.5kgf或小于1.5kgf。

当ΔP为125pa时，本发明的未涂布气囊织物的静态透气性(根据ASTM D737法测得)是10.0cfm或小于10.0cfm，优选是0.3～8.0cfm，更优选是0.5～5.0cfm；而当ΔP为500pa时，本发明的未涂布气囊织物的静态透气性是14cfm或小于14cfm，优选是4～12cfm。另外，该未涂布气囊织物的动态透气性(根据ASTM D6476法测得)是1,700mm/s或小于1,700mm/s，优选是200～1,600mm/s，更优选的是400～1,400mm/s。此处所用的术语“静态透气性”是指在预定压力下穿透气囊织物的空气的量。静态透气性随着纤维的单丝细度(每根丝的旦尼尔)的减小和织物密度的增加而降低。此处所用的术语“动态透气性”是指在30～70kpa的平均瞬间压差下穿透气囊织物的空气的量。与静态透气性的方式相同，动态透气性随着纤维的单丝细度的减小和织物密度的增加而降低。

通过包含橡胶涂层，所述气囊织物的透气性可以显著下降，接近0cfm。由于橡胶涂层，当ΔP是125pa时，根据本发明的涂布气囊织物的静态透气性(根据ASTM D373法测得)是2.0cfm或小于2.0cfm，优选是0.3～1.7cfm，更优选是0.5～1.5cfm；当ΔP是500pa时，所述涂布气囊织物的静态透气性是12cfm或小于12cfm，优选是4～10cfm。该涂布织物的动态透气性(根据ASTM D6476法测得)是1,700mm/s或小于1,700mm/s，优选是200～1,600mm/s，更优选是400～1,400mm/s。

考虑到保持气囊织物的封装性，未涂布或涂布气囊织物的静态透气性或动态透气性超过如上所限定的相应透气性范围的上限可能是不合意的。

所述气囊织物根据ASTM D5034法在室温下测得的断裂伸长率可以为25～60%，优选为约30～50%。优选的是，考虑到织物的韧度，所述断裂伸长率是25%或大于25%，考虑到耐边缘梳化性，所述断裂伸长率是60%或小于60%。

另外，根据ASTM D1776法测得的在经向或纬向上所述织物的收缩率是1.0%或小于1.0%，优选是0.8%或小于0.8%。最优选的是，考虑到尺寸稳定性，在经向或纬向上的收缩率不大于1.0%。

优选的是，为了确保作为气囊织物的良好性能，本发明能够在以不同方式进行的整个老化过程中保持这种增强的性能。老化方法可以包括选自热老化、循环老化和湿老化中的至少一种方法。优选所述气囊织物在所有的三种老化过程中保持高水平的强度或其它性能。

就这点而言，所述热老化包括在高温下，优选在110～130℃的范围内对织物进行热处理300小时或多于300小时，或者300～500小时。所述循环老化包括循环进行热老化、湿老化和冷老化。优选地，所述循环老化包括重复进行下面的三步老化步骤2～5次：在30～45℃和93～97%相对湿度(RH)下进行12～48小时的第一步老化，在70～120℃下进行12～48小时的第二步老化，和在-10～-45℃下进行12～48小时的第三步老化。所述湿老化包括在高温和高湿的条件下，优选在60～90℃和93～97%RH的条件下进行老化300小时或多于300小时，或者300～500小时。

特别地，本发明的气囊织物具有的强度保持为至少80%，优选为至少85%，更优选为至少90%，其中所述织物的强度保持通过计算在限定条件下老化后的强度相对于在室温下测得的强度的百分数(%)来确定。像这样，本发明在高温和高湿的苛刻条件下长时间老化的过程中可以保持高水平的强度和强度保持，导致作为气囊织物的高性能。

根据本发明另一实施方案，提供了一种由具有限定特性的聚酯纤维制得的用于气囊的聚酯织物。该聚酯织物可以包括单丝细度为2.5～6.8DPF的聚酯纤维，每根纤维包含至少110根单丝。

本发明不是使用具有高强度和低伸长率的常规高模量聚酯纤维，而是使用具有高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维以提供用于气囊的聚酯织物，该聚酯织物的尺寸稳定性、气密性和折叠性，以及在气囊膨胀的过程中的能量吸收性优异。

根据本发明的用于气囊的聚酯织物可以包括具有不同细度值的聚酯纤维。聚酯纤维的细度可以影响用于确保使用该聚酯纤维的气囊织物的良好机械性能和高耐热性的耐热常数的最佳范围。优选的是，所述聚酯织物可以包含细度是400～650旦尼尔的聚酯纤维。考虑到气垫的折叠性和吸收在气囊展开过程中产生的高温高压能量的吸收性，所述聚酯纤维可以具有的细度是400～650旦尼尔以保持低细度和高强度。优选的是，考虑到能量吸收性，该聚酯纤维具有的细度是400旦尼尔或大于400旦尼尔；考虑到向气垫提供良好的折叠性，该聚酯纤维具有的细度是650旦尼尔或小于650旦尼尔。

所述聚酯织物可以使用由特性粘度是1.05～2.0dl/g，优选是1.10～1.90dl/g的聚酯切片制得的聚酯纤维。为了在室温下以及在高温和高湿的苛刻条件下老化的整个过程中保持良好的性能，所述聚酯纤维由特性粘度为1.05dl/g或大于1.05dl/g的聚酯切片来制备。为了获得低收缩率，所述聚酯织物优选包含由特性粘度是2.0dl/g或小于2.0dl/g的聚酯切片制得的聚酯纤维。

优选的是，所述聚酯纤维在150℃下具有的收缩应力是0.005～0.075g/d，该温度对应于普通涂布织物的层叠涂布温度（laminate coating temperature）；在200℃下所述收缩应力是0.005～0.075g/d，该温度对应于普通涂布织物的溶胶涂布温度。换言之，在150℃或200℃下的收缩应力为0.005g/d或大于0.005g/d防止了织物在涂布过程中的加热情况下流挂，且收缩应力为0.075g/d或小于0.075g/d降低了在涂布过程后冷却至室温的过程中的应力松弛（relaxing stress）。

考虑到防止所述气囊织物变形，在涂布过程中的热处理期间在所述聚酯纤维上施加至少预定水平的张力以保持纤维的织造形状，所以在177℃下的收缩率优选是6.5%或小于6.5%。

此处定义的收缩应力是基于在0.10g/d的固定载荷下的测量值，收缩率是基于在0.01g/d的固定载荷下的测量值。

所述聚酯纤维优选是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维，更优选是包含至少70mol%PET的PET纤维，最优选是包含至少90mol%PET的PET纤维。

较高的单丝数导致较软的聚酯纤维，但极高的单丝数导致低的可纺性。因此，所述单丝数优选是96～160根的范围内。

对于所述聚酯纤维，在1%的伸长率(即，在纤维的伸长率是1%的位置)时的杨氏模量在60～100gf/den，优选在75～95gf/den的范围内；在2%的伸长率(即，在纤维的伸长率是2%的位置)时的杨氏模量在20～60gf/den，优选在22～55gf/den的范围内，其中所述杨氏模量根据ASTM D885法测量。与杨氏模量在1%的伸长率时为至少110gf/den且在2%的伸长率时为至少80gf/den的常规聚酯纤维相比，本发明可以使用具有极低初始杨氏模量的聚酯纤维来制备新型气囊织物。

所述聚酯纤维的杨氏模量是由拉伸试验得到的应力-应变曲线的弹性部分中的斜率限定的弹性的模量，并对应于描述当物体被在两端拉伸时的伸长程度和变形程度的弹性模量。高杨氏模量的纤维具有良好的弹性，但是导致了织物硬挺度变差；而极低杨氏模量的纤维具有良好的硬挺度，但具有低的弹性回复，使纤维的韧度变差。就这点而言，由具有相对低的起始杨氏模量的聚酯纤维制得的气囊织物克服了与常规聚酯纤维的高硬挺度有关的问题，并确保了优异的折叠性和封装性及挠性。

所述聚酯纤维的抗张强度是8.8g/d或大于8.8g/d，优选是8.8～10.0g/d，更优选是9.2～9.8g/d;断裂伸长率是14～23%，优选是15～22%。另外，所述纤维的干收缩率是6.5%或小于6.5%，或1.0～6.5%，优选是2.0～5.6%；熔融热容ΔH是40～65J/g，优选是45～58J/g。

如上所述，本发明的聚酯织物通过使用具有在最佳范围内的特性粘度、起始杨氏模量和伸长率的聚酯纤维来制备，以赋予气囊织物良好的性能。

所述聚酯纤维可以通过将PET聚合物熔融纺丝成未拉伸纤维然后对该未拉伸纤维进行拉伸来制备。以上各步骤的具体的条件或规程都直接或间接地影响聚酯纤维的性能，因此有助于制备适合用于本发明的气囊织物的聚酯纤维。

根据本发明更优选的实施方案，具有高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维可以通过包括如下步骤的方法制备：在200～300℃的低温下，对特性粘度为至少1.05dl/g且包含至少70mol%的聚对苯二甲酸乙二醇酯的高粘度聚合物进行熔融纺丝，形成未拉伸聚酯纤维；和以5.0～6.0的拉伸比对上述未拉伸聚酯纤维进行拉伸。在该方法中，在低温下，更优选在低温和低纺丝速率下，对具有低CEG(羧端基)含量(优选30meq/kg或少于30meq/kg)的高粘度PET聚合物进行熔融纺丝，对上述高粘度PET聚合物进行熔融纺丝，在这种情况下该熔融纺丝方法最大程度地抑制特性粘度降低和CEG含量增加，保持纤维良好的机械性能并确保高伸长率。而且，包括以5.0～6.0的最优化拉伸比进行拉伸的后续拉伸步骤可以最大程度地抑制伸长率降低，由此制备可以有效地用于制备气囊织物的具有高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维。

就这点而言，在熔融纺丝过程中较高的温度(例如超过300℃)较大程度地导致PET聚合物的热降解，加剧了特性粘度的下降和CEG含量的增加，增加了分子取向从而促进伸长率的下降和杨氏模量的增加，并且导致纤维表面的损坏从而使纤维的总体性能变差。在拉伸过程中极高的拉伸比(例如，大于6.0)导致过度的拉伸，随之产生了拉伸纤维的断裂或不规则，所以由此制得的聚酯纤维不能具有适合用于气囊织物的性能。另外，在拉伸过程中相对较低的拉伸比导致纤维的取向程度低，从而部分降低了制得的聚酯纤维的强度。因此，在拉伸过程中的拉伸比优选为至少5.0，以制得适合用于气囊织物的具有高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维。

为了以高拉伸比制备具有高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维，后续工序可以在最优化的条件下进行。例如，在制备具有低杨氏模量以及高强度和低收缩率的聚酯纤维的直接纺丝拉伸工序中，该工序的条件可以通过以下步骤来有效地最优化：通过熔融纺丝对高粘度PET聚合物切片进行纺丝，并进行拉伸、热定型、松弛和经由多步导丝辊卷绕，直到所述纤维卷绕在卷绕单元上。

就这点而言，所述拉伸工序可以在未拉伸纤维以0.2%～2.0%的上油率(oilpick-up)通过导丝辊之后进行。

在松弛工序中，松弛率优选在1%～14%的范围内。低于1%的松弛率提供了一种不具有收缩性但具有类似于高拉伸比下的高度取向的聚酯纤维，导致难以制备具有高伸长率和低杨氏模量的聚酯纤维。超过14%的松弛率导致纤维在导丝辊上的严重颤动，从而劣化了加工性。

所述拉伸工序可以还包括通过在约210～250℃下对未拉伸纤维进行热处理的热定型工序。更优选的是，考虑到拉伸工序的适当进行，所述热处理可以在230～250℃的温度下进行以提高气囊纤维的熔融热容ΔH。就这点而言，低于210℃的热处理温度导致聚合物的结晶程度低和由于不充分的热效应而产生的松弛率降低，随之导致了差的收缩率；而高于250℃的热处理温度导致了强度变差以及由于热降解而在导丝辊上产生的焦油增多，从而劣化加工性。

拉伸纤维通过导丝辊的卷绕速度是2000～4000m/min，优选是2500～3700m/min。

这样的工艺优化使得能够制备具有低起始杨氏模量、高强度和高伸长率的用于气囊的聚酯纤维。另外，熔融纺丝工艺和拉伸工艺的优化有助于使CEG(羧端基)含量最小化，其中CEG在高湿度条件下起到酸的作用从而使聚酯纤维的分子链断裂。得到的聚酯纤维具有低起始杨氏模量和高伸长率，因此可以优选用于具有优异的机械性能、封装性、尺寸稳定性、抗冲击性和气密性的气囊织物。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种使用聚酯纤维制备气囊织物的方法。制备用于气囊的聚酯织物的方法包括如下步骤：将聚酯纤维织造成用于气囊的原坯织物；洗涤上述用于气囊的原坯织物；和对上述经洗涤的织物进行拉幅。

在本发明中，所述聚酯纤维通过已知的织造、洗涤和拉幅方法可以加工成最终的气囊织物。织物的织造类型没有特别限制，但优选包括平纹织造或OPW型织造。

特别地，本发明的气囊织物可以由用作经纱和纬纱的聚酯纤维通过整经、织造、洗涤和拉幅来制备。所述织物可以通过使用已知的织机来织造，所述织机没有特别限制，但包括用于平纹织物的剑杆织机、喷气织机(air jet loom)或喷水织机(Water Jet Loom)，以及用于OPW织物的提花织机。

与现有技术相比，本发明包括使用具有较高强度、较高伸长率和较低收缩率的聚酯纤维在较高温度下的热处理过程。换言之，对织造的原坯织物进行洗涤和拉幅，用橡胶成分涂布该拉幅织物，干燥并随后在140～210℃，优选160～200℃，最优选175～195℃的硫化温度下固化。考虑到织物的机械性能(例如抗撕强度等)，所述硫化温度可以是140℃或高于140℃；且考虑到硬挺度，所述硫化温度可以是210℃或低于210℃。特别地，所述热处理可以基于下述顺序的多步骤来进行，例如，在150～170℃下进行的第一步热处理，在170～190℃下进行的第二步热处理，和在190～210℃下进行的第三步热处理。

通过在高温下进行热处理来制备本发明的聚酯织物，由于聚酯纤维的低收缩率特征，可以提高所述聚酯织物的织造密度，导致高的尺寸稳定性和高的气密性、增强的硬挺度和改善的抗撕强度。

此外，所述固化步骤可以在上面限定的硫化温度下进行30～120秒，优选35～100秒，最优选40～90秒。短于30秒的固化时间导致固化橡胶涂层失败，由此使织物的机械性能变差，并导致涂层脱离。长于120秒的固化时间导致硬挺度和最终织物产品的厚度的增加，因此折叠性变差。

对于本发明的气囊织物，织造织物的一面或两面可以用上述橡胶成分进行涂布。橡胶涂层可以采用任何已知的涂布方法来施用，所述涂布方法包括但不特别限于辊衬刀（knife-over-roll）涂法，刮刀涂法或喷涂法。

所述涂布的气囊织物通过裁剪和缝纫过程可以加工成具有确定形状的气囊垫。所述气囊垫不特别限于任何形状，并且可以以任何普通形状来形成。

根据本发明的另一实施方案，提供了包括上述聚酯织物的用于汽车的气囊和包括该气囊的气囊***，其中该气囊***可以装配有本领域普通技术人员熟知的装置。

所述气囊分为正面气囊和侧面帘式气囊。正面气囊包括驾驶员面气囊、乘员面气囊、侧面保护气囊、膝盖气囊、脚踝气囊和行人气囊，等等。采用侧面帘式气囊在发生汽车的侧面冲击碰撞或翻转时保护乘员。因此，本发明的气囊包括正面气囊和侧面帘式气囊。

除了此处所述的必需元件或成分之外，本发明不排除其它元件或成分的添加或省略，而无特别限制。

本发明提供了具有良好机械性能(例如高强度和高耐热性)的聚酯织物，以及使用该聚酯织物制得的用于汽车的气囊。

所述聚酯织物使用具有低杨氏模量、高强度和高伸长率的聚酯纤维，以在高温下的整个热处理过程中使热收缩最小化，提供优异的耐热性、机械性能、尺寸稳定性和气密效果，并且还确保良好的折叠性和挠性，从而当气囊安装至汽车内时显著改善封装性，以及使施加到乘员身上的碰撞冲击最小化以安全地保护乘员。

因此，本发明的聚酯织物优选可用于制备汽车气囊。

附图说明

图1是常规气囊***的示图。

图2显示根据本发明的一个实施方案的热杆测试仪(用于测量耐热常数的仪器)的照片。

图3是绘制热杆穿过实施例1的未涂布聚酯织物所用的时间对热杆温度的图。

图4是绘制热杆穿过对比例1的未涂布聚酯织物所用的时间对热杆温度的图。

具体实施方式

在下文中，本发明将参照优选的实施例进行详细地说明，给出这些实施例仅用于举例说明本发明并不是用来限制本发明的范围。

实施例1-5

在一个步骤中通过熔融纺丝机将具有所限定的特性粘度的PET切片加工成聚酯纤维。通过剑杆织机将上述聚酯纤维织造成用于气囊的原坯织物，并进行洗涤和拉幅，制得气囊织物。

就这点而言，表1显示了PET切片的特性粘度、CEG含量、熔融纺丝温度、拉伸比和热处理温度；纤维的性能，例如韧度、抗撕强度、抗张强度和熔融热容(ΔH)；经纱和纬纱的织造密度、织造类型、热处理温度、橡胶成分和织物的涂布重量。其它条件如在与制备用于气囊的聚酯织物相关的现有技术中已知的。

[表1]

根据下面的方法测量实施例1～5中制得的聚酯织物的性能。测量结果示于表2中。

(a)厚度

根据ASTM D1777法测量涂布工序前的未涂布聚酯织物和橡胶涂布的聚酯织物的厚度。

(b)耐热常数

将橡胶涂布工序前的未涂布聚酯织物和橡胶涂布的聚酯织物切成尺寸为50mm×50mm的测试样品。将各个样品置于图2所示的热杆测试仪中。在热杆测试仪中，热杆(钢质，直径为10mm，长为82mm，重量为50g，导热系数：55W/m·K)以20℃/min的速度加热至450～600℃，并以约76mm的距离“d”置于样品的上方。从样品的上方，热杆以自由落体下落，测量热杆从与样品的接触点起完全穿过该样品所用的时间“t”(sec)。然后，按照下面计算公式1所定义的确定耐热常数。

图3是对于实施例1的未涂布聚酯织物，热杆从与样品的接触点起完全穿过该样品所用的保持时间“t”(sec)对热杆温度的图。以相同的方式，对于其它各个聚酯织物测量热杆在自由落体过程中的保持时间，以根据计算公式1计算耐热常数。

对每个聚酯织物的测量步骤重复进行10次以计算平均耐热常数，它们示于表2中。

[计算公式1]

耐热常数(X)=(T×t)/(600×D)

在计算公式1中，T是在350～750℃的范围内自由落体的过程中热杆的温度；t是热杆从与聚酯织物的接触点起穿过该聚酯织物所用的时间(sec)；D是聚酯织物的厚度(mm)，其中，对于涂布织物D是包含涂层的织物的厚度。

(c)韧度

所述织物的韧度(J/m³)根据下面计算公式2来确定：

[计算公式2]

对于未涂布织物，在涂布工序之前测量织物的韧度。

(d)抗撕强度

从涂布工序前的未涂布织物和涂布工序后的涂布织物上切下尺寸为75mm×200mm的测试样品。在根据ASTM D2261TONGUE法的试验机中，将各个样品的上端和下端分别夹于上下颚板面（jaw faces）的左右空间之间。基于颚板面间的距离，颚板面以300mm/min的撕裂速率向相反的方向移动，颚板面之间的间隔以76mm/min增加，测量气囊织物的抗撕强度。

(e)抗张强度和断裂伸长率

将涂布工序前的未涂布织物切成测试样品，根据ASTM D5034法将其夹在拉力试验机的下面的固定夹具上，在使上夹具向上移动的同时，测量当气囊织物样品断裂时的抗张强度T₁和断裂伸长率。

(f)经向和纬向收缩率

根据ASTM D1776法测量织物的经向和纬向收缩率。在该过程中，将涂布工序前的未涂布织物切成测试样品。在收缩之前的样品织物上在经向和纬向上标记20cm长的线。在149℃的箱中热处理1小时之后，测量收缩样品织物的标记线长度，如下确定经向和纬向收缩率：

(g)硬挺度

根据ASTM D4032的方法(圆形弯曲测试法)使用硬挺度试验机评价涂布工序前的未涂布织物的硬挺度。硬挺度测试采用悬臂法，其中硬挺度试验机使用以预定角度倾斜以折弯织物的试验台来测量折弯后织物的长度。

(h)透气性

根据ASTM D737法，将涂布工序前的未涂布织物在20℃和65%RH的条件下放置1小时或长于1小时。静态透气性由通过尺寸为38cm²的圆形横截面的气体的体积来确定，其中气压ΔP是125pa或500pa。

另外，所述未涂布织物的动态透气性根据ASTM D6476使用动态透气性测试仪(TEXTEST FX3350)进行测量。

[表2]

对比例1～3

除了由下面表3中给出的条件来制备聚酯织物之外，按照与实施例1～5中描述的相同的方式进行操作。

[表3]

在对比例1～3中制得的聚酯织物的性能示于下面表4中。就这点而言，图4显示了绘制热杆穿过对比例1的未涂布聚酯织物所用的时间对热杆温度的图。对比例1～3中的各个聚酯织物的耐热常数根据上述计算。

[表4]

如表2和表4所示，相对于使用常规聚酯纤维的对比例1～3的气囊织物，使用高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维以具有特定范围的耐热常数的实施例1～5的聚酯织物可以显示良好的机械性能和增强的性能，例如收缩率、硬挺度和透气性。

更具体而言，当热杆的实际温度是450℃时，实施例1～5的聚酯织物对于未涂布织物的耐热常数为1.3～2.69；当热杆的实际温度是600℃时，对于未涂布织物的耐热常数为1.11～1.53，从而获得非常良好的性能，例如，0.3～0.5%的收缩率、3.75～5.6kJ/m³的韧度、对于未涂布织物19～26kgf的抗撕强度，227～305kgf/inch的抗张强度和0.35～1.0kgf的硬挺度。因此得出结论，使用具有低杨氏模量的高强度、低伸长率聚酯纤维以获得特定范围的耐热常数的本发明的聚酯织物，可以具有适合于气囊织物的最佳范围内的性能，从而确保良好的折叠性和封装性以及高尺寸稳定性和良好的机械性能。

相反，当热杆的实际温度是450℃时，使用具有低强度、低伸长率和高单丝细度的常规高模量聚酯纤维的对比例1～3的气囊织物，对于未涂布织物的耐热常数为0.92～1.16；当热杆的实际温度是600℃时，对于未涂布织物的耐热常数为0.82～0.93，导致机械性能急剧下降，例如收缩率(0.9～1.3%)、抗张强度(187～200kgf/inch)和对于未涂布织物的抗撕强度(13～20kgf)。因此，认为在机械性能和尺寸稳定性上劣于实施例1～5的气囊织物的对比例的气囊织物不适合用作气囊织物。

Claims

1.一种聚酯织物，当该聚酯织物未被涂布时，该聚酯织物具有下面计算公式1定义的耐热常数(X)：

[计算公式1]

耐热常数(X)＝(T×t)/(600×D)

其中，T是热杆在350～750℃的范围内在自由落体过程中的温度；t是热杆从与所述聚酯织物的接触点起穿过该聚酯织物所用的时间；D是所述聚酯织物的厚度，

其中，所述聚酯织物由聚酯纤维制得，所述聚酯纤维通过包括如下步骤的方法制备：在200～300℃的低温下，对特性粘度为至少1.05dl/g且包含至少70mol％的聚对苯二甲酸乙二醇酯的高粘度聚合物进行熔融纺丝，形成未拉伸聚酯纤维；和以5.0～6.0的拉伸比对上述未拉伸聚酯纤维进行拉伸，

其中，所述热杆由导热系数为55W/m·K的金属或陶瓷材料制成，重量为50g，直径为10mm，长为82mm，所述热杆置于所述聚酯织物上方60～85mm的距离，

根据ASTM D 1777法测得的所述聚酯织物的厚度是0.18～0.43mm，以及

当所述热杆的温度T是450℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是1.20～3.5；当所述热杆的温度T是600℃时，由计算公式1定义的耐热常数X是1.0～2.0。

2.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，当所述热杆的温度(T)是450℃时，由计算公式1定义的耐热常数(X)是1.28～3.0；当所述热杆的温度(T)是600℃时，由计算公式1定义的耐热常数(X)是1.05～1.8。

3.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物包括形成于其上的橡胶成分的涂层，该涂布聚酯织物的耐热常数是2.8～17.0。

4.根据权利要求3所述的聚酯织物，其中，当所述热杆的温度(T)是450℃时，所述涂布聚酯织物的耐热常数是3.3～10.0；当所述热杆的温度(T)是600℃时，所述涂布聚酯织物的耐热常数是3.0～7.0。

5.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物包含细度是400～650旦尼尔的聚酯纤维。

6.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，该聚酯织物包含抗张强度至少是8.8g/d、断裂伸长率是14～23％、干收缩率是1.0～6.5％和熔融热容(ΔH)是40～65J/g的聚酯纤维。

7.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，该聚酯织物包含由特性粘度是1.05～2.0dl/g的聚酯切片制得的聚酯纤维。

8.根据权利要求3所述的聚酯织物，其中，所述橡胶成分包含选自粉末型硅橡胶、液体型硅橡胶、聚氨酯、氯丁二烯、氯丁橡胶和乳液型有机硅树脂中的至少一种。

9.根据权利要求3所述的聚酯织物，其中，每单位面积所述橡胶成分的涂布重量是20～200g/m²。

10.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，所述热杆以20℃/min的速度加热。

11.一种制备根据权利要求1～10中任何一项所述的聚酯织物的方法，包括：

将聚酯纤维织造成用于气囊的原坯织物；

洗涤上述用于气囊的原坯织物；和

对上述经洗涤的织物进行拉幅。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述拉幅步骤在140～210℃的硫化温度下进行。

13.一种包含根据权利要求1～10中任何一项所述的聚酯织物的用于汽车的气囊。

14.根据权利要求13所述的用于汽车的气囊，其中，所述气囊是正面气囊或侧面帘式气囊。