CN102933756B - 用于气囊的聚酯织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含聚酯纤维的气囊织物,具体涉及一种聚酯织物、其制备方法和包括该聚酯织物的汽车气囊,其中所述聚酯织物根据美国测试与材料协会(ASTM)标准D 5034测得的拉伸强度(T1)为95kgf/in或更大,根据ASTM标准D 2261 TONGUE测得的抗撕强度(T2)为6.5kgf或更大,且拉伸强度T1和抗撕强度T2的比例为4.0~16.5。本发明的气囊织物通过使用具有高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维提供良好的机械性能,例如高韧度和高抗撕强度,以及优异的封装性能、形状稳定性和气密性,并且使施加到乘员身上的冲击最小,由此安全地保护乘员。

Description

用于气囊的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,更具体地涉及一种聚酯织物、其制备方法、以及包括该聚酯织物的车辆气囊,其中所述聚酯织物包含具有高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维以赋予高韧度和高能量吸收性能。
背景技术
一般而言,气囊是指在车辆以大约40km/h以上的冲击速度正面碰撞过程中,在碰撞冲击传感器检测到碰撞后通过利用***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车辆安全装置。
对气囊织物的要求是:低空气渗透率以方便气囊展开,高强度和高耐热性以保护气囊免遭损坏或断裂,以及高柔性以减小给乘员造成的冲击。
特别地,以规定尺寸制成的汽车气囊可以折叠到车辆的方向盘、车门板等内以将其体积减小至最小,然后当充气机工作时膨胀展开。
因此,为了在气囊装在车辆内的同时有效地保持气囊折叠和封装性质、防止气囊损坏或断裂、获得高的气囊垫展开性能并使对乘员的冲击最小,十分重要的是气囊织物要确保良好的机械性、良好的折叠性和高柔性以减小对乘员的冲击。实际上,还从未有提出能够对乘员安全保持优异的气密效果和柔性、充分承受作用到气囊上的冲击且有效装在车辆内的气囊织物。
通常地,聚酰胺纤维例如尼龙66已经用作用于气囊织物的材料。尽管尼龙66具有高抗冲击性,但是就耐湿和耐热性、耐光性和尺寸稳定性而言其比聚酯纤维差,并且价格更昂贵。
日本专利特许公开No.Hei 04-214437公开使用聚酯纤维来克服这些问题。然而,在气囊制备中使用常规聚酯纤维由于其极高的刚度导致难以将气囊装在车辆的狭小空间内,由于其高弹性和低伸长率导致在高温下热处理过程中过度热收缩,以及在高温和高湿度的苛刻条件下保持良好的机械性能和展开性能受限。
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车辆气囊,并且提供优异的柔性以减小对乘员的冲击、封装性,以及在高温和高压的苛刻条件下保持良好性能的能力。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种适合用于气囊的聚酯织物,该聚酯织物确保优异的机械性能、柔性和封装性,并且在高温和高湿度的苛刻条件下保持高性能。
本发明的另一目的是提供一种制备该聚酯织物的方法。
本发明的又一目的是提供一种包括该聚酯织物的车辆气囊。
为了实现本发明的目的,提供如下的聚酯织物:根据ASTM D 5034法测得的拉伸强度T1至少为95kgf/in,根据ASTM D 2261TONGUE法测得的抗撕强度T2至少为6.5kgf,其中,拉伸强度T1和抗撕强度T2的比例T1/T2由下面计算公式1限定:
[计算公式1]
4.0≤T1/T2≤16.5。
在上式中,T1是该聚酯织物的经向拉伸强度(kgf/in),T2是该聚酯织物的经向抗撕强度(kgf)。
本发明还提供一种制备上述聚酯织物的方法,包括:将细度为200~395旦尼尔的聚酯纤维织成用于气囊的原坯织物;洗涤该用于气囊的原坯织物;和对经洗涤的织物进行拉幅。
另外,本发明提供一种包括该聚酯织物的车辆气囊。
在下文中,将对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车辆气囊给出详细说明,这些具体实施方案仅以举例说明的方式给出,并非意在限制本发明的范围。对本领域技术人员显然的是在本发明的范围内这些实施方案可以进行各种改变和修改。
除非另有说明,否则本文所用术语“包含”和/或“包括”具体是指存在所记载的要素(或组分)在而不受任何特别限制,但不排除其它要素(或组分)的加入。
本文所用术语“气囊织物”是指用于制备车辆气囊的织造物或非织造织物。通常使用的气囊织物包括用Rapier纺纱机织造的尼龙6平纹织物,或尼 龙6的非织造织物。但是,本发明的气囊织物使用聚酯纤维,因此特征在于具有优异的性能,例如尺寸稳定性、空气渗透率和刚度。
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)用作用于气囊的纤维,需要克服和使用该聚酯纤维相关的问题,包括由聚酯纤维的高模量和高刚度引起的折叠性变差,由于低熔融热容引起在高温和高湿度的苛刻条件下性能变差和展开性能随之变差。
相比尼龙,聚酯纤维显示与其特定分子结构相关的更高刚度,因此特征在于具有更高的杨氏模量。因此,在折叠于车辆内的气囊织物中使用聚酯纤维导致封装性显著变差。此外,聚酯分子链上的羧端基(在下文中称作“CEG”)在高温和高湿度的苛刻条件下攻击酯键并使分子链断裂,从而使得随着老化发展性能变差。
因此,本发明可以通过使用具有高强度和高伸长率的低细度聚酯纤维,由此优化织物的性能(例如拉伸强度和抗撕强度)范围,以显著降低刚度并保持良好的机械性能和气密性,从而改善作为气囊织物的性能。
从一系列实验的结果中本发明的发明人已发现:使用具有规定特性的聚酯织物作为气囊织物可以提高折叠性、尺寸稳定性和气密效果,从而在高温和高湿度的苛刻条件下保持当装入车辆时的良好封装性、良好的机械性能、高的防漏气性和高的包装性能。
根据本发明的一个实施方案,提供一种具有规定特性的聚酯织物。这样的聚酯织物根据ASTM D 5034法测得的拉伸强度T1至少为95kgf/in,且根据ASTM D 2261 TONGUE法测得的抗撕强度T2至少为6.5kgf,其中,该拉伸强度T1和该抗撕强度T2的比例T1/T2由下面计算公式1限定:
[计算公式1]
4.0≤T1/T2≤16.5
在上式中,T1是该聚酯织物的经向拉伸强度(kgf/in);和T2是该聚酯织物的经向抗撕强度(kgf)。
从一系列实验的结果中本发明的发明人还已发现:相对于常规聚酯纤维,具有高强度和高伸长率的低模数聚酯纤维可以用于制备气囊织物,该织物的拉伸强度和抗撕强度得到优化,从而能够有效地吸收并承受高温高压气体的能量。对于用于气囊的聚酯织物,根据ASTM D 5034法测得的拉伸强度T1 是95kgf/in或大于95kgf/in,或者是95~230kgf/in,优选100kgf/in或大于100kgf/in,或者是100~225kgf/in;当根据ASTM D 2261 TONGUE法测量未经涂布的织物时,抗撕强度T2是6.5~22kgf,优选7.0~19kgf,当根据ASTMD 2261 TONGUE法测量经涂布的织物时,抗撕强度T2是22~45kgf,优选22~40kgf。
如从计算公式1可以看到的,拉伸强度T1对抗撕强度T2的比例T1/T2是4.0~16.5,优选4.30~15.0。更具体而言,当测量未经涂布的织物时,拉伸强度T1对抗撕强度T2的比例T1/T2是9.5~16.5,优选10.0~15.0;当测量经涂布的织物时,所述比例T1/T2是4.0~9.5,优选4.30~9.0。拉伸强度和抗撕强度的优化使得气囊织物在韧度和能量吸收性能方面得以增强,并克服了常规PET织物有关高刚度的问题,所以该气囊织物可以在折叠性、柔性和封装性方面表现优异。
为了有效地吸收在气囊作用后瞬间产生的冲击能量,本发明将所述织物的拉伸强度和抗撕强度控制在最优范围内,从而提高最终织造织物的机械性能和折叠性。为了使该织物安全地吸收早期在气囊内的化学物质***后瞬间发出的气体冲击能量,易于展开并确保良好的折叠性,对拉伸强度和抗撕强度的优化是必须的。就这点而言,本发明的织物要求具有在上述范围内的拉伸强度和抗撕强度。
具体而言,本发明保持计算公式1中的T1表示的聚酯织物的拉伸强度,即经向拉伸强度是95kgf/in以上,由T2表示的聚酯织物的抗撕强度,即经向抗撕强度是6.5kgf以上,所以当该气囊展开时所述聚酯织物可以确保高韧度和高能量吸收性能。在不能将拉伸强度和抗撕强度保持在规定范围的下限以上时,所述织物在气囊展开时易于断裂,因此不能有效地保护乘员免受伤害。
为了使气囊织物在高温和高压条件下吸收充气机的压力以保护乘员,拉伸强度对抗撕强度的比例T1/T2优选4.0或大于4.0;并且考虑到气囊垫组件的封装性,所述比例T1/T2是16.5或小于16.5。拉伸强度对抗撕强度的比例T1/T2在规定范围外会导致极低的拉伸强度和极高的抗撕强度,或极高的拉伸强度和极低的抗撕强度。更具体而言,拉伸强度对抗撕强度的比例T1/T2小于4.0导致极低的拉伸强度和极高的抗撕强度,降低织物密度并使气密性和耐边缘梳化性变差,所以该织物不能吸收来自气囊展开时放出的高温高压气体的能 量。另一方面,拉伸强度对抗撕强度的比例T1/T2大于16.5赋予极高的拉伸强度和极低的抗撕强度,增加织物密度、气密性和耐边缘梳化性,但是使得该织物具有极高的刚度和重量而当气囊装入车辆内时使得封装性和折叠性变差,所以该织物不适合在气囊垫中使用。
另外,所述聚酯织物可以包含细度为200~395旦尼尔,优选210~395旦尼尔,更优选230~390旦尼尔的低细度聚酯纤维。就这点而言,为了保持良好的机械性能以获得良好的吸收性能,从而吸收气囊展开时在高温高压下的展开能,所述聚酯织物可以包含细度为200旦尼尔或大于200旦尼尔的聚酯纤维。为了适合更有效地用于气囊织物,所述聚酯织物可以包含细度为395旦尼尔或小于395旦尼尔的纤维,以增强气囊垫的折叠性和改善气囊垫的重量。
根据本发明的一个实施方案,该聚酯织物根据ASTM D 6479法在室温下测得的经向耐边缘梳化性E1至少为200N,纬向耐边缘梳化性E2至少为200N,其中经向耐边缘梳化性E1和纬向耐边缘梳化性E2的总和由下面计算公式2限定:
[计算公式2]
400≤E1+E2≤900。
在上述计算公式中,E1是该聚酯织物的经向耐边缘梳化性(N);和E2是该聚酯织物的纬向耐边缘梳化性(N)。
本发明的聚酯织物可以将在经向和纬向的耐边缘梳化性E1和E2优化在规定的范围内,以改善最终织物产品的机械性能、在高温和高压条件下的能量吸收性能、折叠性等。更具体而言,该聚酯织物可以具有的经向耐边缘梳化性E1(在室温下)是200N或大于200N,或者是200~450N,优选250N或大于250N,或者是250~450N;纬向耐边缘梳化性E2(在室温下)为200N或大于200N,或者是200~450N,优选250N或大于250N,或者是250~400N。如从计算公式2中可看出的,经向耐边缘梳化性和纬向耐边缘梳化性的总和在400~900N,优选500~800N的范围内。就这点而言,经向或纬向耐边缘梳化性小于200N令人不期望地导致在气囊展开时沿着气囊垫缝合线方向的强度突然变差,所以该织物由于在气囊展开过程中针孔出现和缝合处起褶而易于断裂。而且,经向耐边缘梳化性E1和纬向耐边缘梳化性E2的总和可以优 选地保持在规定的范围内,以使沿着缝合线的缝合起褶最小,并充分减小气囊当在膨胀过程中气囊限制乘员时的内部压力。
另外,非常重要的是考虑到封装性,聚酯织物可以承受高压空气的张力以使伸长率最小,并且为了在气囊工作时确保良好的机械性能,使吸收高温高压废气能量的能量吸收性能最大。因此,如下面计算公式3给出,所述织物织造成覆盖系数优化在1,800~2,300,优选1,820~2,250的范围内,由此增强封装性和在气囊展开时的能量吸收性能。
[计算公式3]
所述织物的覆盖系数小于1,800导致在气体膨胀过程中漏气;而覆盖系数大于2,300会使当气囊装至车辆内时气囊垫的封装性和折叠性变差。
根据本发明用于气囊的聚酯织物的韧度是1.5kJ/m3或大于1.5kJ/m3,或者是1.5~3.5kJ/m3,优选1.8kJ/m3或大于1.8kJ/m3,或者是1.8~3.2kJ/m3,其中所述韧度由下面计算公式4所定义:
[计算公式4]
在计算公式4中,F表示当所述聚酯织物的长度增加dl时施加的载荷;以及dl是所述聚酯织物的长度增量。
相比于常规织物,所述聚酯织物具有更高水平的韧度(断裂功),因此更有效地吸收高温高压气体的能量。本文所用术语“韧度”定义成所述织物在张力下断裂前可以吸收的能量,还定义成对瞬间冲击的抗力。当在载荷F下纤维的长度从l增加至l+dl时,所述功为F·dl,使该纤维破裂所需的韧度由计算公式4给出。换言之,韧度由纤维和织物的强度-伸长率曲线(见图1)下方的面积给出。随着用于形成织物的纤维的强度和伸长率增加,织物显示出更高的韧度。特别地,因为低韧度导致在气囊展开时在高温高压条件下对来自充气机的瞬间展开冲击的抗力低,所以低韧度的气囊织物易于断裂。因此,韧度例如低于1.5kJ/m3的本发明的织物不适合用作气囊织物。
一般而言,聚酯纤维具有这样的分子结构以赋予比尼龙纤维等高的刚度,由此具有更高的杨氏模量,所以使用聚酯纤维用于气囊织物可以导致折叠性和封装性变差,并使得气囊织物难以放入车辆狭小的空间内。因此,本发明使用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刚度。本发明的气囊织物的刚度是1.2kgf或小于1.2kgf,或者是0.3~1.2kgf,优先1.0kgf或小于1.0kgf,或者是0.3~1.0kgf,更优选0.9kgf或小于0.9kgf,或者是0.3~0.9kgf,其中所述韧度根据ASTM D 4032法测量。本发明的气囊织物相对于常规聚酯织物具有显著低的刚度,当所述气囊安装至车辆内时可以获得良好的折叠性、高柔性和提高的封装性。
为了用于气囊,本发明的织物优选具有保持在规定范围内的刚度。当所述气囊膨胀而展开时,该织物极低的刚度不能确保支持和保护功能;而当所述气囊被安装至车辆内时,该织物极高的刚度可以降低尺寸稳定性,由此使封装性变差。另外,为了防止由于难以折叠极高刚性的织物而使封装性变差,并避免所述织物变色,所述织物的刚度合意地是1.2kgf或小于1.2kgf。
通过使用具有高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维中的低细度纤维,所述气囊织物不仅可以将机械性能和尺寸稳定性保持在增强的范围内,而且可以大幅减小织物厚度。对于本发明的气囊织物,根据ASTM D 1777法测得未经涂布的织物的厚度是290mm或小于290mm,或者是50~290mm,优选287mm或小于287mm,或者是55~287mm,更优选285mm或小于285mm,或者是60~285mm。本发明的气囊织物可以确保低水平的厚度,这导致当所述气囊安装至车辆内时具有良好的折叠性、高柔性和增强的封装性。
对于本发明的气囊织物,根据ASTM D 737法对未经涂布的织物进行测量,当ΔP为125pa时静态空气渗透率是1.5cfm或小于1.5cfm,或者是0.0~1.5cfm,优选1.2cfm或小于1.2cfm,或者是0.15~1.2cfm,更优选1.0cfm或小于1.0cfm,或者是0.15~1.0cfm;当ΔP为500Pa时,所述静态空气渗透率是10cfm或小于10cfm,或者是2~8cfm,优选8cfm或小于8cfm,或者是1.5~8cfm。本文所用术语“静态空气渗透率”是指在预定压力下穿透气囊织物的空气的量。由于该织物具有较低的单丝细度(每根丝的旦数)和较高的织物密度,所述静态空气渗透率变得较低。
通过包括橡胶涂层,所述气囊织物可以具有大幅降低的空气渗透率,几 乎约为0cfm。使用橡胶涂层时,根据本发明的经涂布的气囊织物的静态空气渗透率(根据ASTM D 373法测得)在ΔP为125Pa时是0.1cfm或小于0.1cfm,或0~0.1cfm,优选0.05cfm或小于0.05cfm,或者是0~0.05cfm;在ΔP为500Pa时,所述静态空气渗透率是0.3cfm或小于0.3cfm,或者是0~0.3cfm,优选0.1cfm或小于0.1cfm,或者是0~0.1cfm。
当未经涂布或经涂布的气囊织物的静态空气渗透率大于规定范围的上限时,就保持封装性而言,本发明的气囊织物是令人不期望的。
所述气囊织物根据ASTM D 5034法在室温下测得的断裂伸长率可以在23~50%,优选约25~45%的范围内。优选的是,考虑到常规气囊要求的性能,所述断裂伸长率是23%或大于23%,并且就实际实现这些性能而言,所述断裂伸长率是50%或小于50%。
另外,所述织物的经向或纬向收缩率根据ASTM D 1776法测得是1.0%或小于1.0%,优选0.8%或小于0.8%。考虑到尺寸稳定性,最优选经向或纬向收缩率不大于1.0%。
优选的是,为确保作为气囊织物的良好性能,本发明可以在以不同方式进行的整个老化工艺中保持增强的性能。所述老化工艺可以包括选自热老化、循环老化和湿老化中的至少一种。优选地,气囊织物在这三种老化工艺的整个过程中保持高水平的强度或其它性能。
就这点而言,热老化包括在高温下,优选在110~130℃(摄氏度)的范围内对织物进行热处理300小时或多于300小时,或者是300~500小时。循环老化包括循环进行热老化、湿老化和冷老化。优选地,循环老化包括重复进行下面的老化步骤2~5次:在30~45℃和93~97%的相对湿度(RH)下进行12~48小时的第一老化,在70~120℃下进行12~48小时的第二老化,和在-10~-45℃下进行12~48小时的第三老化。湿老化包括在高温和高湿度的条件下,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,本发明的气囊织物的强度保持率至少是80%,优选至少是85%,更优选至少是90%,其中所述织物的强度保持率是通过计算在规定条件下老化后的强度相对于在室温下测得强度的百分数(%)来确定的。像这样,本发明在高温和高湿度的苛刻条件下在长时间老化的整个过程中可以保持高水平的 强度和强度保持率,从而获得作为气囊织物的高性能。
如上所述,本发明的聚酯织物包含具有规定特性的聚酯纤维,更具体而言为保持低细度和高强度,包含细度为200~395旦尼尔的聚酯纤维。
不使用高强度和低伸长率的常规高模量聚酯纤维,本发明使用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,所述聚酯织物具有优异的尺寸稳定性、气密性和折叠性,以及在气囊膨胀过程中的能量吸收性能。
所述聚酯织物可以使用特性粘度是1.05~2.0dl/g,优选是1.10~1.90dl/g的聚酯切片制成的聚酯纤维。为了在室温下和在高温和高湿度的苛刻条件下在整个老化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的聚酯切片而制得。为了获得低收缩率,期望的是所述聚酯织物包含由特性粘度是2.0dl/g或小于2.0dl/g,优选1.9dl/g或小于1.9dl/g的聚酯切片制成的聚酯纤维。
优选的是,所述聚酯纤维在150℃下的收缩应力为0.005~0.075g/d,该温度对应于一般经涂布织物的层合涂布温度(laminate coating temperature);在200℃下为0.005~0.075g/d,该温度对应于一般经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防止织物在涂布工艺过程中在热作用下而垂挂,而且收缩应力为0.075g/d或小于0.075g/d降低在涂布工艺后冷却至室温过程中的应力松弛(relaxation stress)。
在涂布工艺中的热处理过程中至少预定水平的张力作用在所述聚酯纤维上以保持纤维的织造形状,因此为了防止气囊织物变形,在177℃下的收缩率优选是6.5%或小于6.5%。
本文定义的收缩应力基于在0.10g/d的固定载荷下的测量值,收缩率基于在0.01g/d的固定载荷下的测量值。
所述聚酯纤维优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维,更优选包含至少90mol%PET的PET纤维。
另外,所述聚合物纤维的单丝细度是2.6~5.5DPF(每根单丝的旦数),优选是2.8~4.4DPF。为了有效用在气囊织物中,所述纤维优选具有保持在规定范围内的细度以赋予低细度和高强度。更高的单丝数导致更软的聚酯纤维, 但极高的单丝数导致低可纺性。因此,单丝数是60~144,优选65~125,更优选72~105。
另外,所述聚酯纤维在1%的伸长率时的杨氏模量M1在75~95g/de,优选80~92g/de的范围内;在2%的伸长率时的杨氏模量M2在25~55g/de,优选27~50g/de的范围内,其中所述杨氏模量根据ASTM D 885法测定。对于工业用的常规聚酯纤维,在1%的伸长率时的杨氏模量至少是110g/de,在2%的伸长率时的杨氏模量至少是80g/de。相比于现有技术中使用工业纤维的情形,本发明使用杨氏模量低得多的聚酯纤维制备气囊织物。
所述聚酯纤维的杨氏模量是定义为在拉伸测试得到的应力-应变曲线的弹性部分中的斜率的弹性模量,并且对应于描述当物体被双向拉伸时伸长和变形多少的弹性模量。高杨氏模量的纤维具有良好的弹性,但是导致织物的刚度变差;而极低杨氏模量的纤维具有良好的刚度,但低的弹性恢复性使得纤维的韧度变差。就这点而言,由具有相对低的初始杨氏模量的聚酯纤维制得的气囊织物克服了常规聚酯织物有关高刚度的问题,并确保了优异的折叠性、封装性及柔性。
根据计算公式4,使用聚酯纤维而不是聚酯织物可以测定所述聚酯纤维的韧度。韧度的测量值是65kJ/m3或大于65kJ/m3,或者是65~90J/m3,优选的是70kJ/m3或大于70kJ/m3,或者是70~88J/m3。具体而言,本发明使用相对于常规聚酯纤维具有高水平韧度(断裂功)的特定聚酯纤维,以提供能够有效吸收和承受高温高压气体能量的气囊织物。
所述聚酯纤维具有8.6g/d或大于8.6g/d,优选的是8.6~9.6g/d,更优选的是8.8~9.3g/d的拉伸强度;14%或者是大于14%,或者是14~23%,优选的是16.5%或大于16.5%,或者是16.5~21%的断裂伸长率;和1.0%或大于1.0%,或者是1.0~6.5%,优选的是1.5%或大于1.5%,或者是1.5~5.7%的干收缩率。
如上所述,本发明的聚酯织物使用特性粘度、初始杨氏模量和伸长率在最佳范围内的低细度聚酯纤维制得,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的纤维,然后对该未拉伸纤维进行拉伸而制得。以上各步骤的具体条件或程序直接或间接地影响聚酯纤维的性能,从而影响生产适合用于本发明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,对特性粘度至少为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以形成未拉伸的聚酯纤维;和以5.0~6.0的拉伸比对该未拉伸的聚酯纤维进行拉伸。在该方法中,CEG(羧端基)含量低的(优选30meq/kg或少于30meq/kg)高粘度PET聚合物在低温下,更优选在低温和低纺丝速率下经历熔融纺丝,其中该熔融纺丝工艺最大程度地抑制纤维的特性粘度降低和CEG含量增加,从而保持纤维的良好机械性能且确保高伸长率。此外,包括以5.0~6.0的优化拉伸比进行拉伸的后续拉伸工艺可最大程度地抑制伸长率降低,从而制得具有高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维,其可以有效地用于制备气囊织物。
就这点而言,熔融纺丝工艺中较高的温度(例如超过300℃)导致PET聚合物较大程度地热降解,从而加剧特性粘度下降和CEG含量增加,增加分子取向从而加快伸长率下降和杨氏模量增加,并对纤维表面造成损坏从而使该纤维的总体性能变差。拉伸过程中极高的拉伸比例如大于6.0导致过度拉伸,结果拉伸纤维会断裂或不规则,所以所得聚酯纤维不能具有期望用于气囊织物的性能。另外,拉伸过程中相对低的拉伸比导致纤维的低取向程度,从而部分降低所得聚酯纤维的强度。因此,拉伸过程中的拉伸比优选至少是5.0,以制备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,后续工艺可以在优化的条件下进行。例如,松弛可以控制在合适的范围内,优选是11%~14%。
这样的工艺优化能够制备具有低初始杨氏模量、高强度和高伸长率的用于气囊的聚酯纤维。熔融纺丝和拉伸工艺的优化有助于CEG (羧端基)含量的最小化,其中该CEG在高湿度下起到酸的作用以使该聚酯纤维的分子链断裂。所得的聚酯纤维具有低初始杨氏模量和高伸长率,因此可以优选地用于机械性能、封装性、尺寸稳定性、抗冲击性和气密效果优异的气囊织物。
根据本发明的另一实施方案,本发明的气囊织物可以还包括通过涂布或层压施加在表面上的橡胶涂层。本文所用的橡胶组分包括选自粉末硅橡胶、液体硅橡胶、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。用于涂层的橡胶组分的类型并不特别限于上面列举的那些物质,但考虑到生态友好和机械性能优选硅氧烷涂层。
每单位面积橡胶组分涂层的涂布重量是20~200g/m2,优选是20~100g/m2。更具体而言,对于OPW(一片式织造(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,对于平纹织造气囊织物,所述涂布重量优选是20g/m2~50g/m2
根据本发明的再一实施方案,提供一种使用聚酯纤维制备气囊织物的方法。该制备用于气囊的聚酯织物的方法包括:将细度为200~395旦尼尔的聚酯纤维织造成用于气囊的原坯织物;洗涤该用于气囊的原坯织物;和对经洗涤的织物进行拉幅。
在本发明中,所述聚酯纤维可以通过已知的织造、洗涤和拉幅方法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、洗涤和拉幅而制备。所述织物可以通过已知的编织机来织造,所述编织机没有特别限制但包括用于平纹织造织物的rapier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,本发明包括通过使用具有更高强度、更高伸长率和更低收缩率的聚酯纤维在更高温度下的热处理工艺。换句话说,对织造的原坯织物进行洗涤和拉幅,用橡胶组分涂布经拉幅的织物,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),硫化温度可以是140℃或高于140℃;考虑到刚度,硫化温度可以是210℃或低于210℃。特别地,所述热处理可以按例如下述顺序多步进行:在150~170℃下进行的第一热处理,在170~190℃下进行的第二热处理,和在190~210℃下进行的第三热处理。
于是本发明的聚酯织物在通过高温下的热处理制备时,与该聚酯纤维的低收缩率特性有关的织造密度可以提高,从而获得高的尺寸稳定性和良好的气密效果、增强的刚度和改善的抗撕强度。
此外,所述固化工艺可以在上述硫化温度下进行30~120秒,优选35~100秒,最优选40~90秒。短于30秒的固化时间导致不能固化橡胶涂层,由 此织物的机械性能变差,造成涂层剥离。长于120秒的固化时间导致最终织物产品的刚度和厚度增加,由此折叠性变差。
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组分进行涂布。所述橡胶涂层可以通过任何已知的涂布方法施涂,所述涂布方法包括但不特别限于辊衬刀(knife-over-roll)涂、刮刀涂布或喷涂。
经涂布的气囊织物可以通过裁剪和缝纫工艺加工成规定形状的气囊垫。所述气囊垫的形状没有特别限制,可以以任何通常形状形成。
根据本发明的另一实施方案,提供一种包括上述聚酯织物的车辆气囊,和包括该气囊的气囊***,其中该气囊***可以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。所述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、脚踝气囊和用于保护行人的气囊等等。侧面帘式气囊在车辆发生侧向碰撞或翻车时保护乘员。因此,本发明的气囊包括正面气囊和侧面帘式气囊。
除了本文所述的要素或组分,本发明在必要时不排除添加或省略这些要素或组分,这没有特别限制。
本发明提供一种在气囊展开时具有优异能量吸收性能的用于气囊的聚酯织物,和使用该用于气囊的聚酯织物制得的车辆气囊。
所述气囊织物使用具有高强度、高伸长率和低细度的低模量聚酯纤维,以使在高温下的整个热处理过程的热收缩最小,提供优异的尺寸稳定性、机械性能和气密性,并确保良好的折叠性和柔性,由此当所述气囊安装至车辆内时显著改善气囊的封装性,并且还使施加到乘员身上的碰撞冲击最小以安全地保护乘员。
因此,本发明的聚酯织物优选适用于车辆气囊的制备。
附图说明
图1显示通常纤维的强度-伸长率曲线的一个实例,其中强度-伸长率曲线下方的面积定义为韧度(断裂功,J/m3)。
图2显示根据本发明的实施例5的聚酯织物的强度-伸长率曲线。
图3显示根据本发明的对比例5的聚酯织物的强度-伸长率曲线。
具体实施方式
在下文中,将参照优选的实施例详细说明本发明,所给出的这些实施例仅用于举例说明本发明,并非意在限制本发明的范围。
实施例1~5
将具有规定特性粘度的PET切片通过熔融纺丝机一步加工成聚酯纤维。将所述聚酯纤维通过rapier织机织造成用于气囊的原坯织物,并经过洗涤和拉幅以制得气囊织物。将由此制得的气囊织物通过辊衬刀涂法用液体硅橡胶(LSR)树脂涂布以制备经硅氧烷涂布的织物。
就这点而言,表1显示PET切片的特性粘度、CEG含量、熔融纺丝温度和拉伸比,纤维的性能如特性粘度、韧度、在1%伸长率时的杨氏模量、在2%伸长率时的杨氏模量、拉伸强度等,经向和纬向的织造密度、织造类型、热处理温度、橡胶组分和对织物的涂布重量。其它条件在与用于气囊的聚酯织物的制备相关的现有技术中是已知的。
[表1]
根据下面方法测量实施例1~5中制备的聚酯织物的性能。测量结果示于表2中。
(a)拉伸强度和断裂伸长率
将在涂布工艺前的未经涂布的织物切成测试样品,并根据ASTM D 5034法将其夹在拉伸试验机的下固定夹具上,而上夹具向上移动以测量当气囊织物样品断裂时的拉伸强度T1和断裂伸长率。
(b)抗撕强度
从涂布工艺前的未经涂布的织物上切下尺寸为75mm×200mm的测试样品。在根据ASTM D2261TONGUE程序将样品的上端和下端分别夹于测试机的上下颚板面(jaw faces)的左右空间之间。基于颚板面间的距离,该颚板面以300毫米/分的撕裂速率移开,并且颚板面之间的间隙以76毫米/分增加,以测量该未经涂布的织物的抗撕强度T2
(c)耐边缘梳化性
根据ASTM D 6479法在室温(25°C)下测量涂布工艺前未经涂布的织物的耐边缘梳化性E1和E2(分别是经向和纬向)。
(d)覆盖系数
未经涂布的织物的覆盖系数(CF)根据下面计算公式3测定:
[计算公式3]
(d)韧度
所述织物的韧度(J/m3)根据下面计算公式4测定:
[计算公式4]
在计算公式4中,F表示当所述聚酯织物的长度增加dl时施加的载荷;dl是所述聚酯织物的长度增量。
测量在涂布工艺之前“未经涂布的”织物的韧度。
(f)经向和纬向收缩率
根据ASTM D 1776法测量织物经向和纬向的收缩率。在该程序中,将涂布工艺前的未经涂布的织物切成测试样品。在收缩之前在样品织物的经向和纬向标示20cm长的标线。在149℃的室中热处理1小时之后,测量收缩样品织物的标线长度以如下测定经向和纬向的收缩率:
(g)刚度
根据ASTM D 4032程序(圆形弯曲测试法)使用刚度测试机评价涂布工艺前未经涂布的织物的刚度。刚度测试采用悬臂法,其中刚度测试机使用以预定角度倾斜的测试台用以使织物弯曲,从而测量弯曲后该织物的长度。
(h)厚度
根据ASTM D 1777法评价涂布工艺前未经涂布的织物的厚度。
(i)空气渗透率
根据ASTM D 737法,将涂布工艺前未经涂布的织物保持在20℃和65%RH的条件下1小时或长于1小时。静态空气渗透率测定为通过尺寸为38cm2的圆形横截面的空气体积定,其中空气压ΔP是125pa或500pa。
[表2]
对比例1~5
除了聚酯织物在下面表3中给出的条件下制得之外,以与实施例1~5中描述的相同方式进行这些程序。
[表3]
对比例1~5中制得的聚酯织物的性能测量值示于下面表4中。
[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1~5的聚酯织物,实施例1~5使用高强度和高伸长率的低模量聚酯纤维以优化拉伸强度和抗撕强度比例的聚酯织物具有良好的机械性能和增强的性能,例如收缩率、刚度和空气渗透率。
参照表2,实施例1~5的聚酯织物显示优化的性能,包括103~225kgf/in的拉伸强度T1、未经涂布织物为6.9~20kgf的抗撕强度T2和经涂布织物为22~33kgf的抗撕强度T2,在4.7~14.9范围内的拉伸强度T1与抗撕强度T2的比例(T1/T2),由此获得良好的特性,例如1.83~3.40kJ/m3的刚度、265~340N的经向/纬向耐边缘梳化性、2,053~2,183的覆盖系数、0.4~0.5%的收缩率。此外,实施例1~5的聚酯织物的刚度在0.65~0.88kgf的优化范围内导致良好的性能,例如高尺寸稳定性、良好的机械性能和良好的折叠性能和封装性能。另 外,实施例1~5的聚酯织物使用高强度和高伸长率的低模量、低细度纤维,由此表现出0.3~1.4cfm(ΔP=125pa)或7.3~9.5cfm(ΔP=500pa)的静态空气渗透率,从而获得良好的包装性能。
相反,如表4所示,使用低强度和低伸长率的高模量聚酯纤维的对比例1~5的聚酯织物在实现这些良好性能方面不能令人满意。更具体而言,对比例1~5的聚酯织物的性能显著变差,例如1.4~1.46kJ/m3的刚度、175~197N的经向/纬向耐边缘梳化性和1.1~1.3%的收缩率。使用机械性能(例如拉伸强度和耐边缘梳化性)显著变差的织物可以导致在展开过程中气囊断裂。另外,对比例1~5的未经涂布的织物显示出大幅增至1.60~2.16cfm的空气渗透率,因此包装性变差,在此情形中,气囊在展开过程中易于漏气并不能应用。
图2和图3分别显示根据实施例5和对比例5的聚酯织物的强度-伸长率曲线。如从图2的强度-伸长率曲线中可以看出的,实施例5的聚酯织物具有高的刚度和低的杨氏模量。相反,如图3的强度-伸长率曲线所示,对比例5的聚酯织物具有低的刚度和高的杨氏模量。
因此,实施例5的聚酯织物在气囊垫的包装性和在气囊展开时吸收充气机发出的高温高压气体能量的能力均优异。相反,对比例5的聚酯织物吸收在气囊展开时瞬间发出的气体冲击能的能力不能令人满意,并且气密效果变差,所以认为不适合用作气囊织物。

Claims (14)

1.一种聚酯织物,所述聚酯织物根据ASTM D 5034法测得的拉伸强度T1至少为95kgf/in,根据ASTM D 2261 TONGUE法测得的抗撕强度T2至少为6.5kgf,其中,该拉伸强度T1和该抗撕强度T2的比例T1/T2由下面计算公式1定义:
[计算公式1]
4.0≤T1/T2≤16.5
其中,T1是所述聚酯织物的经向拉伸强度kgf/in;T2是所述聚酯织物的经向抗撕强度kgf;所述聚酯织物包含细度为200~395旦尼尔的聚酯纤维;并且
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,对特性粘度至少为1.05dl/g、羧端基含量为30meq/kg或少于30meq/kg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,以形成未拉伸的聚酯纤维;和以5.0~6.0的拉伸比对该未拉伸的聚酯纤维进行拉伸。
2.根据权利要求1所述的聚酯织物,其中,所述聚酯织物根据ASTM D6479法在室温下测得的经向耐边缘梳化性E1至少为200N,根据ASTM D6479法在室温下测得的纬向耐边缘梳化性E2至少为200N,其中,所述经向耐边缘梳化性E1和纬向耐边缘梳化性E2的总和由下面计算公式2定义:
[计算公式2]
400≤E1+E2≤900
其中,E1是所述聚酯织物的经向耐边缘梳化性N;E2是所述聚酯织物的纬向耐边缘梳化性N。
3.根据权利要求1所述的聚酯织物,其中,所述聚酯织物由下面计算公式3定义的覆盖系数是1,800~2,300:
[计算公式3]
所述经向密度和纬向密度的单位是线/英寸。
4.根据权利要求1所述的聚酯织物,其中,所述聚酯织物的刚度根据ASTM D 4032法测得是1.2kgf或小于1.2kgf。
5.根据权利要求1所述的聚酯织物,其中,如根据ASTM D 737法测得的,所述聚酯织物的静态空气渗透率在ΔP为125pa时是2.5cfm或小于2.5cfm,在ΔP为500pa时是10cfm或小于10cfm。
6.根据权利要求1所述的聚酯织物,其中,所述聚酯织物包含断裂伸长率是14~23%和干收缩率是1.0~6.5%的聚酯纤维。
7.根据权利要求1所述的聚酯织物,其中,所述聚酯织物包含在1%的伸长率时的杨氏模量在75~95g/de范围内,和在2%的伸长率时的杨氏模量在25~55g/de范围内的聚酯纤维,其中,所述杨氏模量根据ASTM D 885法测量。
8.根据权利要求1所述的聚酯织物,其中,所述聚酯织物包含由特性粘度为1.05~2.0dl/g的聚酯切片制备的聚酯纤维。
9.根据权利要求1所述的聚酯织物,其中,所述聚酯织物涂布有选自粉末硅橡胶、液体硅橡胶、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橡胶组分。
10.根据权利要求9所述的聚酯织物,其中,每单位面积的所述橡胶组分的涂布重量是20~200g/m2
11.一种制备根据权利要求1~10中任一项所述的聚酯织物的方法,包括:
将细度为200~395旦尼尔的聚酯纤维织造成用于气囊的原坯织物;
洗涤所述用于气囊的原坯织物;和
对经洗涤的织物进行拉幅;并且
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,对特性粘度至少为1.05dl/g、羧端基含量为30meq/kg或少于30meq/kg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,以形成未拉伸的聚酯纤维;和以5.0~6.0的拉伸比对该未拉伸的聚酯纤维进行拉伸。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述拉幅步骤是在140~210℃的热处理温度下进行。
13.一种车辆气囊,包括根据权利要求1~10中任一项所述的聚酯织物。
14.根据权利要求13所述的车辆气囊,其中,所述气囊是正面气囊或侧面帘式气囊。
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