CN103890249A - 聚酯纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可以用作气囊用织物的聚酯纤维。具体而言，本发明涉及一种聚酯纤维的制备方法、通过该制备方法制备的气囊用纤维以及包括该纤维的气囊用织物，所述制备方法包括使二羧酸组合物与二醇以预定的比例进行酯化反应；使通过酯化反应制备的低聚物进行缩聚反应；使通过缩聚反应制备的聚合物进行固态聚合；以及对通过固态聚合制备的聚酯切片进行熔融纺丝和拉伸。根据本发明制备的聚酯纤维具有低模量、高强度和高收缩。并且，本发明的聚酯纤维可以显著降低硬挺度并获得优异的机械性能，因而当用作气囊用织物时可以提供优异的封装性能、形状稳定性和阻气效应。

Description

聚酯纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及可以用作气囊用织物的聚酯纤维。更具体而言，本发明涉及可以用作气囊用织物的聚酯纤维、聚酯纤维的制备方法、以及纤维和由该纤维制备的气囊用织物，所述聚酯纤维具有优异的封装性能、挠性、形状稳定性以及当气囊展开时改善的阻气性能。
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，在该装置中，当行驶的汽车以大约40km/h以上的速度正面碰撞时，通过冲击检测传感器检测到碰撞冲击，因而火药***而向气囊垫供给气体，以使气囊膨胀。图1中绘出了气囊***的通用结构。
如图1所示，常规气囊***包括：气体发生器121，其通过点燃***122产生气体；气囊模块100，其包括气囊124并安装在方向盘101中，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，当汽车发生碰撞时其发出冲击信号；以及电子控制模块110，其根据上述冲击信号点燃气体发生器121的***122。在这样的气囊***中，当汽车发生正面碰撞时，冲击传感器130检测到冲击并将信号发送到电子控制模块110。此时，接收到上述信号的电子控制模块110点燃***122并使气体发生器121中的气体产生剂燃烧。燃烧的气体产生剂迅速产生气体使气囊124膨胀。膨胀的气囊124与驾驶员的前上部身体接触并部分吸收由碰撞引起的冲击载荷，当驾驶员的头部和胸部由于惯性向前并撞击到气囊124时，气囊124通过在气囊124上形成的排出孔而快速地从气囊124中排出气体来进一步吸收对驾驶员的撞击。因此，气囊有效地吸收了碰撞时传递到驾驶员上的撞击，并降低二次伤害。
如上所述，汽车内使用的气囊被制备成一定的形状并以折叠的形式安装在汽车的方向盘、门边车顶纵梁或边柱上以使其体积最小化，当气体发生器121工作时，气囊膨胀并展开。
因此，为了在安装在汽车内时有效保持气囊的折叠和封装性能、防止气囊本身损坏和破裂、提供给气囊垫优异的展开性能、并使施加给乘坐者的冲击最小化，重要的是除了织物的良好机械性能外，气囊具有折叠性和挠性以减小对乘坐者的撞击。然而，还没有提出过为了乘坐者的安全能保持优异的气密性和挠性、还能充分承受施加到气囊的冲击、并能有效安装在汽车内的气囊织物。
之前，已经将聚酰胺纤维例如尼龙66等用作气囊用纤维的原料。然而，尼龙66虽具有优异的抗冲击性，但是尼龙66的缺点在于耐湿和耐热性、耐光性和形状稳定性方面都不如聚酯纤维，并且价格昂贵。
同时，日本专利公开No.Hei04-214437提出了使用聚酯纤维以减少上述缺陷。然而，当使用现有的聚酯纤维制备气囊时，由于其高硬挺度和低挠性因而折叠性下降，因此难以将气囊安装在汽车内的狭窄空间中，并且当气囊垫展开时可能施加给乘客明显的冲击。而且，由于水分或热量等产生明显分解的聚酯的性能，因此在高温和高湿的苛刻条件下，在保持足够的机械性能和展开性能方面存在局限性，因此，很难在商业中使用。
因此，需要开发一种纤维纱线，该纤维纱线可以保持优异的形状稳定性和阻气效应从而适于用作气囊用织物，并且还可以保持用于降低施加给乘坐者冲击的挠性、封装性能、以及在高温和高湿的苛刻条件下的优异的机械性能。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种聚酯纤维的制备方法，所述聚酯纤维显示优化为气囊用纤维的挠性和机械性能，因而可以提供显示更加改善的折叠性和展开性能同时使展开时对于乘坐者的冲击最小化的气囊垫。
本发明的另一目的是提供一种根据上述方法制备的聚酯纤维。
本发明的又一个目的是提供一种使用上述聚酯纤维制备的气囊用织物。
技术方案
本发明提供一种聚酯纤维的制备方法，包括如下步骤：使包含至少两种二羧酸化合物的二羧酸组合物与二醇进行酯化反应；使通过酯化反应生成的低聚物进行缩聚反应；使通过缩聚反应生成的聚合物进行固态聚合；以及对通过固态聚合生成的聚酯切片进行熔融纺丝和拉伸，其中所述二羧酸组合物包含C6-24的芳香族二羧酸和C2-24的脂肪族二羧酸，并且所述芳香族二羧酸和所述脂肪族二羧酸的摩尔比是1:0.01至1:0.15；或者，所述二羧酸组合物包含对苯二甲酸和选自间苯二甲酸和邻苯二甲酸中的至少一种对苯二甲酸的异构体，并且对苯二甲酸和所述异构体的摩尔比是1:0.01至1:0.12，以及所述二羧酸化合物的总量和所述二醇的摩尔比是1:1至1:1.5。
而且，本发明提供由上述方法制备的聚酯纤维。
此外，本发明还提供使用上述聚酯纤维制备的气囊用织物。
下文中，将更加详细地描述根据本发明的具体实施方案的聚酯纤维、其制备方法以及由其制备的气囊用织物。然而，列出这些实施方案用于说明本发明，而本发明的范围不限于此。对于本领域技术人员来说显而易见的是在本发明的范围内可以进行各种改进和变化。
此外，在整个说明书中只要没有特别描述，“包括”或“包含”指任意的组分(或成分)而没有特别限制，并且不排除加入其它组分(或成分)。
气囊用聚酯织物可以通过如下方法制备：对包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(下文中，称作“PET”)的聚合物进行熔融纺丝以制备未拉伸纤维，对该未拉伸纤维进行拉伸以制备拉伸纤维(即，纤维)，以及对该聚酯纤维进行编织。因此，该聚酯纤维的特性直接或间接反映在气囊用聚酯织物的物理性能中。
特别是，为了将该聚酯应用于气囊用纤维而取代现有的聚酰胺纤维如尼龙66等，必须克服现有聚酯纤维的缺点，例如由于其高的模量和硬挺度而折叠性能较低，由于其低的熔融热容而在高温和高湿的苛刻条件下物理性能降低，以及展开性能下降。
就分子结构而言，聚酯具有比尼龙更刚性的分子结构，因此具有高模量的特征。因此，当将其用于气囊用织物并安装在汽车中时，封装性能显著变差。此外，在高温和高湿的条件下聚酯分子链中的羧端基(下文中，称作“文中，称作攻击酯键导致断链，使得老化后的物理性能变差。
因此，在本发明中，通过在制备聚酯纤维的过程中使用最佳比例的特定的二羧酸组合物和二醇(即二羟醇)，所制备的聚酯纤维可以具有显著降低的硬挺度，同时具有优异的韧性、抗撕强度和耐边缘梳化性(edge comb resistance)等，并保持高阻气性能，因此，可以有效用于气囊用织物。
特别地，作为实验结果，发现当使用优化的组成比例和工艺条件所制备的聚酯纤维用于气囊用织物时，可以获得更加改善的折叠性、形状稳定性和阻气效果，因此，当将气囊安装在汽车等中时，可以获得优异的封装性能，并且即使在高温和高湿的苛刻条件下也可以保持优异的机械性能、防止空气泄漏以及气密性等。
因此，根据本发明的一个实施方案，提供一种聚酯纤维的制备方法。制备聚酯的方法可以包括如下步骤：使含有至少两种二羧酸化合物的二羧酸组合物与二醇进行酯化反应；使通过酯化反应生成的低聚物进行缩聚反应；使通过缩聚反应生成的聚合物进行固态聚合；以及对固态聚合生成的聚酯切片进行熔融纺丝和拉伸。在酯化反应步骤中，二羧酸组合物可以包含具有6至24个碳原子数的芳香族二羧酸和具有2至24个碳原子数的脂肪族二羧酸，并且所述芳香族二羧酸和脂肪族二羧酸的摩尔比可以是1:0.01至1:0.15；或者，所述二羧酸组合物可以包含对苯二甲酸和选自间苯二甲酸和邻苯二甲酸中的至少一种对苯二甲酸的异构体，并且对苯二甲酸和所述异构体的摩尔比可以是1:0.01至1:0.12。而且，在酯化反应步骤中，所述二羧酸和二醇可以以二羧酸(包含芳香族二羧酸和脂肪族二羧酸等)的总量和二醇的摩尔比，或者对苯二甲酸和其异构体(即间苯二甲酸或邻苯二甲酸)的总量与二醇的摩尔比为1:1至1:1.5进行反应。
下文中，将针对每一步骤更加详细地描述聚酯纤维的制备方法。
首先，将参考附图简要描述根据本发明的熔融纺丝和拉伸工序以使本领域技术人员可以容易地实施。
图2是显示根据本发明的一个实施方案的聚酯纤维的制备方法的示意图，包括熔融纺丝和拉伸步骤。如图2所示，在本发明的气囊用聚酯纤维的制备方法中，将以上述方式制备的聚酯聚合物熔化，通过纺丝嘴对熔化的聚合物进行纺丝并通过骤冷空气冷却，使用乳化辊(或喷油孔)220将乳剂提供给未拉伸纤维，然后使用预交织机(pre-interlacer)230以预定的压力均匀分散提供给未拉伸纤维的乳剂。接下来，通过多步拉伸辊241至246拉伸未拉伸纤维，通过第二交织机250以预定的压力使拉伸纤维交络在一起，然后，通过卷绕辊260卷绕交络的拉伸纤维，从而制得纤维。
同时，根据本发明的方法，为了制备可以有效用作气囊用织物的高强度、低模量和高收缩的聚酯纤维，可以首先制备并使用具有高粘度的聚酯聚合物。特别是，可以通过包含至少两种二羧酸化合物的二羧酸组合物与二醇的酯化反应制备聚酯聚合物。更具体地，可以通过C6-24的芳香族二羧酸和C2-24的脂肪族二羧酸与二醇的酯化反应，或者通过对苯二甲酸和其异构体与二醇的酯化反应来制备聚酯聚合物。所制备的聚酯聚合物具有高特性粘度和低羧端基(CEG)含量，因此，当将其加工成聚酯纤维时，即使在高温和高湿的苛刻条件下，该纤维也可以保持优异的机械性能和防漏气性以及气密性等，并可以有效用于气囊用织物。
特别是，上述聚酯聚合物可以通过包括如下步骤的方法制备：使C6-24的芳香族二羧酸和C2-24的脂肪族二羧酸与二醇进行酯化反应；使通过酯化反应生成的低聚物进行缩聚反应；使通过缩聚反应生成的聚合物进行固态聚合；以及对通过固态聚合生成的聚酯切片进行熔融纺丝和拉伸。或者，上述聚酯聚合物可以通过包括如下步骤的方法制备：使对苯二甲酸和选自间苯二甲酸和邻苯二甲酸中的至少一种对苯二甲酸的异构体与二醇进行酯化反应；使通过酯化反应生成的低聚物进行缩聚反应；使通过缩聚反应生成的聚合物进行固态聚合；以及对通过固态聚合生成的聚酯切片进行熔融纺丝和拉伸。
酯化反应使用包含至少两种二羧酸化合物的二羧酸组合物进行。二羧酸组合物可以包含C6-24的芳香族二羧酸和C2-24的脂肪族二羧酸，或者可以包含对苯二甲酸和选自间苯二甲酸和邻苯二甲酸中的至少一种对苯二甲酸的异构体。
在C6-24芳香族二羧酸和C2-24脂肪族二羧酸一起用作二羧酸组合物的情况下，C6-24芳香族二羧酸可以包括选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、二苯基醚二甲酸、联苯二甲酸、1,4-萘二甲酸、1,5-萘二甲酸以及它们形成酯的衍生物中的至少一种。其中，考虑到最终产品的经济效益和性能等，可以优选使用对苯二甲酸。
而且，与芳香族二羧酸一起使用与二醇进行酯化反应的C2-24脂肪族二羧酸可以包括选自乙二酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸以及它们形成酯的衍生物中的至少一种。其中，考虑到最终产品的经济效益和性能，可以优选己二酸与对苯二甲酸一起使用。
同时，在对苯二甲酸和至少一种对苯二甲酸的异构体一起用作二羧酸组合物的情况下，考虑到最终产品的经济效益和性能等，优选一起使用间苯二甲酸和对苯二甲酸。
在本发明中，可以用于与二羧酸组合物(即二羧酸成分)进行酯化反应的二醇可以包括选自C2-16脂肪族二醇、C6-24脂环族二醇、C6-24芳香族二醇以及它们的环氧乙烷或环氧丙烷加合物中的至少一种。更具体而言，可以用于制备本发明的聚酯的二醇可以是具有2-16个碳原子的链烷二醇，如乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、1,12-十二烷二醇、二乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、三甘醇、四甘醇、四甲基乙二醇、五甘醇、六甘醇、八甘醇、二丙二醇和三丙二醇等；具有6-24个碳原子的脂环族二醇，例如，环己二醇、环己烷二甲醇、环己烷二乙醇、环己烷二丙醇、环己烷二丁醇、环己烷二戊醇、环丁烷二甲醇和环戊烷二甲醇等；具有6-24个碳原子的芳香二醇，如双酚A和双酚S等；以及它们的环氧乙烷或环氧丙烷加合物。
如上所述，本发明的聚酯聚合物可以通过使用包括二羧酸和二羟醇即二醇的酯化的对苯二甲酸(TPA)方法来制备。常规的聚酯TPA方法是二羧酸和二醇的直接反应，在酯化反应中无需使用其它催化剂的自身酸催化的反应。例如，通过对苯二甲酸和乙二醇的酯化反应可以直接制备聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，如下面反应流程1所示：
[反应流程1]
在该TPA反应中，由于二羧酸的不溶性和低反应活性而需要保持高温。在高真空条件下加入催化剂时，通过上述方法制备的低聚物可以在高温下进行缩聚反应而聚合成具有特定粘度的聚合物。所制备的聚合物通过使用齿轮泵或高压惰性气体(N2)通过喷嘴排出。所排出的聚合物在冷水中固化并被切成适当的尺寸。
在通过常规TPA方法制备聚酯时，因为在高温下的酯化和缩聚反应导致热降解并产生羧端基并且使用具有羧端基的二羧酸作为原料，因此所制备的最终的聚酯聚合物具有大量的羧端基。而且，当具有大量羧端基的聚酯纤维用于气囊用织物时，如上所述，在高温和高湿度条件下作为酸存在的羧端基导致分子链断裂并使织物的性能变差。在这一点上，在本发明中，缩聚和固态聚合是在低温且温和的条件下进行的，因而使羧端基的含量最小化，而末端羧基和羟基通过额外的固态聚合结合，从而增加聚合物的分子量并降低CEG的含量。
同时，在根据常规TPA方法使用二羧酸和乙二醇制备聚酯并将其加工成织物的情况下，与尼龙相比，该织物的强度由于低收缩率而可能下降，因此空气渗透性可能显著下降，在接缝处织物可能松开，抗撕强度也可能下降。而且，如果使用这样的织物制备气囊，当展开气囊时，气囊由于高压可能被破坏，因而不能具有现有的气囊保护乘客的功能。
因此，在本发明中，在制备聚酯聚合物时，将包含至少两种特定的二羧酸化合物的二羧酸组合物和二醇以预定的比例加在一起，进行酯化反应和缩聚，由此制备具有高强度低模量的高收缩纤维。具体而言，通过在酯化反应中联合使用至少两种特定的二羧酸化合物与二醇，即，通过将脂肪族二羧酸与芳香族二羧酸一起加入，或将间苯二甲酸和邻苯二甲酸等与对苯二甲酸一起加入作为二羧酸组合物，可以将线性结构引入分子链中代替苯环，或者可以将分子链的线性结构变成螺旋结构，可以去除分子链的刚性以减小分子间的吸引。因此，可以获得分子自身的自由移动状态，从而可以获得受热易于变形的结构，即受热易于收缩的结构。而且，根据本发明，使用高粘度切片进行低温纺丝可以使在延迟冷却部分的纺丝张力最小化，可以获得高粘度单丝，从而制备具有低拉伸比的高强度高收缩纤维。
而且，通过二醇和至少两种特定的二羧酸化合物的反应制备的聚酯纤维具有高收缩以及低模量和高强度。如果使用这种纤维制备气囊织物，当气囊展开时可以防止由于内部压力导致的织物的撕裂，可以提高空气渗透性，因此气囊可以具有保护乘客免受冲击的功能。
同时，可以根据称为TPA方法的常规方法进行二羧酸和二醇的酯化反应，并且不特别限于特定的工艺条件。
然而，根据本发明的优选实施方案，在酯化反应步骤中，二羧酸和二醇的摩尔比，即芳香族二羧酸和脂肪族二羧酸的总量和二醇的摩尔比，或包含对苯二甲酸和间苯二甲酸、邻苯二甲酸等的二羧酸的总量和二醇的摩尔比可以是1：1至1:5，优选是1:1.1至1:1.45，更优选是1:1.1至1:1.4。就聚合的工艺效率的改进而言，二羧酸和二醇的摩尔比可以是1:1或高于1:1，而就所制备的包含CEG和DEG等的聚合物的性能的改进而言，二羧酸和二醇的摩尔比可以是1:1.5或低于1:1.5。
而且，在与二醇反应的二羧酸组合物中，所述至少两种二羧酸化合物可以保持预定的摩尔比范围。更具体而言，在该二羧酸组合物中，芳香族二羧酸和脂肪族二羧酸的摩尔比可以是1:0.01至1:0.15，优选是1:0.01至1:0.14，更优选是1:0.01至1:0.13。为了在加工气囊用织物时显示优异的性能，脂肪族二醇和脂环族二醇的摩尔比可以是1:0.01或高于1:0.01，为了改进纤维生产工艺的效率，脂肪族二醇和脂环族二醇的摩尔比可以是1:0.15或低于1:0.15。同时，在该二羧酸组合物中，对苯二甲酸和其异构体如间苯二甲酸和苯二甲酸等的摩尔比可以是1:0.01至1:0.12，优选是1:0.01至1:0.11，更优选是1:0.01至1:0.1。为了在加工气囊用织物时显示优异的性能，对苯二甲酸和其异构体如间苯二甲酸和苯二甲酸等的摩尔比可以是1:0.01或高于1:0.01，为了改进纤维生产工艺的效率，对苯二甲酸和其异构体如间苯二甲酸和邻苯二甲酸等的摩尔比可以是可以是1:0.12或低于1:0.12。
酯化反应可以在230至300℃，优选250至290℃或250至280℃的温度下进行，反应时间可以是2至7小时，优选是3至5小时。此时，考虑到聚合物的性能和生产率的改进，可以控制反应时间和反应温度。
而且，缩聚反应可以在250至290℃，优选270至285℃的温度下，在2托或低于2托，优选1托或低于1托的压力下进行。此时，反应时间可以为2至5小时，优选是3至4小时。考虑到聚合物的性能和生产率的改进，可以控制反应时间和反应温度。
具体而言，缩聚反应通过低温聚合可以控制熔融聚合物的粘度和CEG，通过缩聚反应制备的聚合物的特性粘度可以控制到0.25dl/g或高于0.25dl/g，或0.25dl/g至0.80dl/g，优选0.4dl/g或高于0.4dl/g，更优选0.5dl/g或高于0.5dl/g，以使聚合物的末端羧酸基最小化。
通过缩聚制备的聚合物可以以最小的切片尺寸来使用，即具有增加的比表面积，以使内部/外部反应差异最小化并在随后的固态聚合步骤中增加反应速度。而且，为了增加通过缩聚制备的聚合物的比表面积，可以将切片切成1.0g/100ea至3.0g/100ea，更优选1.5g/100ea至2.5g/100ea的尺寸，并可以进行固态聚合。
聚合物切片可以制成球形以防止进行固态聚合时发生粘连。例如球或珠的球形聚合物切片可以通过水下切割制备而成。例如，通过在水中使用旋转刀切割聚合物形成颗粒来制备聚合物切片。特别是，由于水下切割的聚合物颗粒在被切割后立即被水包围，因此颗粒之间的粘合最小化，并且颗粒可以变成近似球形直到冷却下来。具体而言，由于聚合物具有弹性体特征，因此可以卷起来，并且切片可以制备成椭圆形或近似球形。球形聚合物切片可以具有圆形或椭圆形的横截面。而且，为了防止进行固态聚合时发生粘连，可以通过在切片表面上形成刮痕等来制备表面粗糙度(Rmax)为1以上的聚合物切片。
可以在170至240℃，例如170至225℃或200至240℃，优选180至220℃或205至235℃的温度下，并在2托或低于2托，优选1托或低于1托的压力下，进行固态聚合反应。反应时间可以为10小时或更长，或10至40小时。考虑到最终粘度和纺丝性的改进，可以控制反应时间和反应温度。
在本发明中，在低温的更加温和条件下进行熔融聚合的缩聚反应，同时作为进一步反应进行固态聚合，使得产生的羧端基(CEG)与羟基结合以降低CEG含量并增加聚合物的分子量。
通过固态聚合制备的聚酯聚合物(切片)的特性粘度可以为0.7dl/g或高于0.7dl/g，或0.7至2.0dl/g，优选为0.85dl/g或高于0.85dl/g，更优选为0.90dl/g或高于0.90dl/g，就纤维的物理性能和纺丝性的改进而言这是优选的。当切片的特性粘度是0.7dl/g或高于0.7dl/g时，可以制备具有高强度和高断裂伸长率的优选特征的纤维。然而，如上所述，为了制备具有高强度和低模量的聚酯纤维，优选在制备未拉伸纤维的过程中，使用高粘度的聚酯聚合物，例如特性粘度为0.85dl/g或高于0.85dl/g的聚酯聚合物以保持高粘度，从而在低拉伸比下有效显示高强度，因而有效降低模量。此外，为了防止由于提高聚酯聚合物的熔融温度而导致聚酯聚合物的分子链断裂，并防止由于从纺丝机器中排出的聚酯聚合物的量而导致的纺丝压力增加，更优选使用特性粘度为2.0dl/g或小于2.0dl/g的聚酯聚合物。
此外，当制备聚酯纤维并将其用于气囊用织物中时，为了即使在高温和高湿的条件下也能保持优异的物理性能，优选聚酯聚合物分子中的CEG含量在30meq/kg或低于30meq/kg的范围内。这里，当聚酯聚合物的CEG含量即使在熔融纺丝和拉伸过程后仍保持在低范围时，最终制备的聚酯纤维在苛刻的条件下能更好地显示优异的物理性能，如高强度、优异的形状稳定性和机械性能。在这方面，当聚酯聚合物的CEG含量高于30meq/kg时，通过熔融纺丝和拉伸过程最终制备的聚酯纤维分子中的CEG含量过度增加到高于30至50meq/kg的程度，并且在高湿度条件下CEG切割酯键，从而导致纤维本身以及由其制备的织物的物理性能变差。
优选地，聚酯聚合物包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为主要成分，并可以优选包含70mol%或多于70mol%，更优选90mol%或多于90mol%的聚对苯二甲酸乙二醇酯，以确保作为气囊用纤维的机械性能。
同时，在本发明的聚酯纤维的制备方法中，对具有高特性粘度和低CEG含量的聚酯聚合物进行熔融纺丝以制备未拉伸聚酯纤维。
在这种情况下，为了获得具有低起始模量和高伸长率的未拉伸聚酯纤维，可以优选在低温下进行熔融纺丝工艺以使聚酯聚合物的热分解最小化。特别是，为了使高粘度的聚酯聚合物的物理性能如特性粘度和CEG含量的劣化最小化，即，为了保持聚酯聚合物的高粘度和低CEG含量，可以在例如260至300℃，例如260至290℃，或270至300℃的低温下进行纺丝工艺。为了进行有效的纺丝工艺，可以优选在270℃或高于270℃，更优选275℃或高于275℃，还更优选280℃或高于280℃的温度下进行纺丝工艺。这里，纺丝温度表示挤出机的温度。当在高于290℃或300℃下进行熔融纺丝工艺时，大量的聚酯聚合物被热分解，因此其特性粘度变低，导致其分子量下降和CEG含量增加。遗憾的是，纤维的物理性能由于纤维表面的损坏而变差。相反，当在低于260℃或270℃下进行熔融纺丝工艺时，聚酯聚合物难以熔化，由于N/Z表面冷却可以使纺丝性变差。因此，优选在上述温度范围内进行熔融纺丝工艺。
从实验结果发现，当聚酯聚合物的熔融纺丝工艺在这样低的温度下进行时，聚酯聚合物的分解被最小化，从而保持高粘度和高分子量，因而在后续拉伸工艺中在不应用高拉伸比的情况下可以获得高强度的聚酯纤维，因此，通过低拉伸工艺可以有效降低其模量，从而获得满足上述物理性能的聚酯纤维。
此外，在熔融纺丝工艺中，就使聚酯聚合物的分解最小化而言，例如可以在300至1,000m/min，优选350至700m/min的范围内调节聚酯聚合物的纺丝速率以在低纺丝张力下进行熔融纺丝，即，使纺丝张力最小化。这样，在低纺丝张力和低纺丝速率下选择性进行熔融纺丝聚酯聚合物的工艺，使得聚酯聚合物的分解可以被进一步最小化。
同时，通过这种熔融纺丝工艺获得的未拉伸纤维的特性粘度可以为0.8dl/g或高于0.8dl/g，或0.8至1.2dl/g，优选为0.85dl/g或高于0.85dl/g，更优选为0.90dl/g或高于0.90dl/g。而且，通过低温纺丝获得的未拉伸纤维分子中的CEG含量可以是50meq/kg或低于50meq/kg，优选是40meq/kg或低于40meq/kg，更优选是30meq/kg或低于30meq/kg。未拉伸纤维分子中的CEG含量可以保持在进行后续拉伸工艺获得的拉伸纤维分子中(即，聚酯纤维分子中)的CEG含量的同等水平。
具体而言，如上所述，当具有高粘度和低CEG含量的聚酯聚合物的热分解由于低温条件下熔融纺丝聚酯聚合物而受到抑制时，聚酯聚合物和聚酯纤维之间的特性粘度的差异以及二者之间CEG含量的差异可以被最小化。例如，可以进行熔融纺丝和后续工艺以使聚酯聚合物和聚酯纤维之间的特性粘度差值为0.5dl/g或低于0.5dl/g，或0至0.5dl/g，优选为0.4dl/g或低于0.4dl/g，而在实际工艺中，特性粘度的差值可以为0.1dl/g或高于0.1dl/g。而且，可以进行熔融纺丝和后续工艺以使聚酯聚合物和聚酯纤维之间的分子的CEG含量的差值是20meq/kg或小于20meq/kg，或0至20meq/kg，优选是15meq/kg或小于15meq/kg，而在实际工艺中，CEG含量的差值可以为3meq/kg或大于3meq/kg。
因此，在本发明中，当聚酯聚合物的特性粘度的减小和其CEG含量的增加被抑制到最高程度时，可以保持聚酯纤维的优异机械性能，同时可以确保其高伸长率，从而制备适于气囊用织物的高强度低模量的聚酯纤维。
优选聚酯聚合物例如PET切片通过设计成单丝细度为0.5至20旦尼尔，且优选为1至15旦尼尔的纺丝嘴进行纺丝。即，优选单丝细度必须为1.5旦尼尔或高于1.5旦尼尔以降低纺丝期间单丝被切断的可能性以及在冷却期间由于干扰单丝被切断的可能性，并优选单丝细度必须为15旦尼尔或低于15旦尼尔以提高冷却效率。
另外，在对聚酯聚合物进行熔融纺丝后，进行冷却工艺以制备未拉伸聚酯纤维。冷却工艺可以优选通过施加15至60℃的冷却空气进行，在每一冷却空气温度下，冷却空气的流速可以优选调节到0.4至1.5m/s。通过这种方式，可以更容易制备具有根据本发明的实施方案的物理性能的未拉伸纤维。
同时，通过纺丝步骤制备未拉伸聚酯纤维后，对所制备的未拉伸纤维进行拉伸以制备拉伸纤维。在这种情况下，拉伸工艺可以在拉伸比为5.0至6.5，优选位5.0至6.2或6.0，更优选为5.0至5.8的条件下进行。具体而言，在拉伸工艺中，在未拉伸聚酯纤维通过GR1和GR2后，可以在GR2和GR3之间以3.0至5.0，优选3.2至4.8的拉伸比进行第一阶段拉伸，并且可以在GR3和GR4之间以1.0至2.0，优选1.2至1.8的拉伸比进行拉伸。
未拉伸聚酯纤维以如下状态存在：通过优化熔融纺丝工艺使其高特性粘度和低初始模量得以保持并使其分子中的CEG含量最小化。因此，当以高于6.5的高拉伸比进行拉伸工艺时，未拉伸聚酯纤维被过度拉伸，由于高纤维取向使得所制备的拉伸纤维可被切断或割断并且可具有低伸长率和高模量。特别是，在如此高的拉伸比下，纤维的伸长率下降并且其模量增加，在这种情况下，当将该聚酯纤维用于气囊用织物时，折叠和封装性能可能变差。相反，在以较低的拉伸比进行拉伸工艺时，由于低的纤维取向，所制备的聚酯纤维的强度可能部分下降。然而，就物理性能而言，当以5.0或高于5.0的拉伸比进行拉伸工艺时，可以制备气囊用织物适用的高强度低模量聚酯纤维。因此，优选以5.0至6.5的拉伸比进行拉伸工艺。
根据本发明的另一个适当的实施方案，制备聚酯纤维的方法从高粘度聚酯聚合物切片的熔融纺丝工序到通过卷绕机的卷绕工序可以包括通过多部导丝辊的拉伸、热固定、松弛以及卷绕工序，以通过直接纺丝和拉伸工序制备满足高强度和低收缩且具有低模量的聚酯纤维。
在未拉伸聚酯纤维通过上油量为0.2%至2.0%的导丝辊后，可以进行拉伸工序。
在松弛工序中，松弛率可以优选为1%至10%。如果松弛率小于1%，可能无法得到收缩率，由于像在高拉伸比条件下一样形成了高取向度的纤维，因此可能难以制备高伸长率低模量的纤维，而如果松弛率高于10％，在导丝辊上纤维的振动变得严重，因而无法保证加工性。
同时，在拉伸工序中，可以在130至250℃，例如130至220℃或170至250℃的温度下，对热处理未拉伸纤维额外进行热固定工序。优选地，为了进行适当的拉伸工序，可以在140至245℃，例如140至215℃或175至245℃的温度下热处理未拉伸聚酯纤维。当温度低于130℃时，热效应不足，松弛效率变低，因此难以实现适当的收缩率。当温度高于250℃时，由于热分解使纤维的强度变差，并在辊上形成焦油，因而使加工性变差。
在这种情况下，卷绕速度可以为2,000至4,000m/min，优选为2,500至3,700m/min。
同时，根据另一个实施方案，提供由上述方法制备的聚酯纤维。如上所述，该聚酯纤维可以通过对聚酯聚合物例如PET切片进行熔融纺丝制备未拉伸纤维和对该未拉伸纤维进行拉伸来制备，每一步的具体条件或进行方法都可以直接或间接反映在纤维的性能上，从而制备具有特定性能的聚酯纤维。
具体而言，通过工艺优化而制备的聚酯纤维具有高收缩以及低模量和高强度。因此，如果使用该聚酯纤维制备气囊用织物，当展开气囊时可以防止由于内部压力导致的织物的滑移和撕裂，可以显著改善空气渗透性，同时可以使施加给乘客的冲击最小化。
发现根据本发明制备的聚酯纤维的初始模量可以为40至100g/d，室温下在1.0g/d的应力下的伸长率为0.5%或高于0.5%，在4.0g/d的应力下的伸长率为4.3%或高于4.3%，在7.0g/d应力下的伸长率为7.5%或高于7.5%。还发现通过优化熔融纺丝和拉伸工序，可以使在高水分条件下作为酸存在而引起纤维基本分子链断裂的CEG(羧端基)含量最小化。因此，由于聚酯纤维同时显示低初始模量和高伸长率，因此，它可以优选用于具有优异的机械性能、封装性能、形状稳定性、抗冲击性和阻气效应的气囊用织物。
聚酯由于其分子结构一般具有高于尼龙的硬挺度，并显示高模量特征。因此，当将聚酯用于气囊用织物时，由于折叠和封装性能显著下降，难以将气囊安装在汽车的狭小空间内。然而，通过控制熔融纺丝和拉伸工序所获得的聚酯纤维显示高强度和低模量的特征，并显示40至100g/d、优选50至100g/d、更优选55至95g/d的较低的初始模量，低于现在已知的工业聚酯纤维的初始模量。
在这方面，聚酯纤维的模量是指弹性系数值，该弹性系数值是由拉伸试验所获得的应力-应变曲线的线性弹性区的斜率获得的，并与拉伸纤维两端时表示伸长程度和变形程度的弹性值对应。而且，纤维的初始模量是指在应力-应变曲线中“0”点后的弹性范围的近似起始点处的弹性系数值。当纤维的初始模量高时，弹性良好但织物的硬挺度变差。当起始模量太低时，织物的硬挺度良好但是弹性回复性变低，织物的韧性可能变差。本发明的聚酯纤维的初始模量被优化到比现有的工业应用的聚酯纤维的初始模量更低的范围。这样，由于气囊用织物是由比现有纤维的初始模量更低的聚酯纤维制备的，因此，该织物可以解决现有聚酯织物的高硬挺度的问题，进而能显示优异的折叠性、挠性和封装性能。
除了低初始模量之外，本发明的聚酯纤维的特征在于其被最小程度地拉伸。在室温下，该聚酯纤维的伸长率在1.0g/d的应力下可以是0.5%或高于0.5%，或者0.5%至1.5%，优选是0.7%至1.2%；在4.0g/d的应力下是4.3%或高于4.3%，或者4.3%至20%，优选是4.3%至15%；以及在7.0g/d的应力下是7.5%或高于7.5%，或者7.5%至25%，优选是7.5%至20%。由于这些特征，由该聚酯纤维制备的气囊用织物可以解决现有聚酯织物的高硬挺度的问题，并具有优异的折叠性、挠性和封装性能。
本发明的聚酯纤维可以优选包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为主要成分。在PET的制备中，可以加入各种添加剂，该纤维可以含有70mol%或高于70mol%，更优选90mol%或高于90mol%的PET以获得气囊用织物适用的性能。下文中，除非另有声明，术语PET是指含有70mol%或高于70mol%的PET聚合物的聚合物。
同时，与以前已知的聚酯纤维的特性粘度相比，本发明的聚酯纤维可以具有提高的特性粘度。也就是说，该聚酯纤维的特性粘度可以为0.8dl/g或高于0.8dl/g，或者0.8至1.2dl/g，优选为0.85至1.15dl/g，更优选为0.90dl/g至1.10dl/g。优选地，在聚酯纤维形成气囊的涂布过程中，聚酯纤维的特性粘度可以保持在聚酯纤维不会发生热变形的范围内。
只有当聚酯纤维的特性粘度为0.8dl/g或高于0.8dl/g时，聚酯纤维的伸长率变低，因而满足气囊用织物所要求的高强度，否则，其伸长率变高，因而不显示所述的物理性能。像这样，当聚酯纤维的伸长率高时，其取向度增加使得纤维可具有高模量。因此，优选纤维的特性粘度保持在0.8dl/g或高于0.8dl/g以使其伸长率变低，从而实现具有低模量的织物。此外，当纤维的粘度高于1.2dl/g时，在伸长期间张力增加，从而造成加工问题，因此更优选其粘度为1.2dl/g或低于1.2dl/g。具体而言，当本发明的聚酯纤维保持高特性粘度时，其伸长率变低，使得气囊用织物具有高强度特征如足够的机械性能、抗冲击性和韧性以及具有低硬挺度。
因此，通过使用具有低初始模量和高伸长率且优选显示高特性粘度的聚酯纤维可以制备同时显示优异的机械性能、封装性能、形状稳定性、抗冲击强度和阻气效应的气囊用织物。因此，当使用该聚酯纤维时，可以获得具有优异的抗冲击性、形状稳定性、机械性能、气密性以及较低硬挺度、折叠性、挠性、封装性能的气囊用织物。这种气囊用聚酯织物显示优异的机械性能、形状稳定性和阻气效应，当将气囊安装在汽车的狭小空间中时同时将优异的折叠性和封装性提供给气囊，使得气囊具有高挠性以使施加给乘客的冲击最小化，从而安全保护乘客。因此，该聚酯纤维可以优选用于气囊用织物等。
而且，由于本发明的聚酯纤维是在上述的熔融纺丝和拉伸条件下制备的，因此与以前已知的聚酯纤维相比，本发明的聚酯纤维可以显示显著降低的羧端基(CEG)含量。具体而言，该聚酯纤维可以显示50meq/kg或低于50meq/kg，优选40meq/kg或低于40meq/kg，更优选30meq/kg或低于30meq/kg的CEG含量。聚酯分子链中的羧端基(CEG)在高温高湿度条件下可以攻击酯键使分子链断裂，因此，在老化后性能降低。具体而言，如果CEG含量高于50meq/kg，当将纤维用于气囊时，在高湿度条件下酯键可被CEG切断，可造成性能下降，因此，优选CEG含量是50meq/kg或低于50meq/kg。
同时，根据本发明的一个实施方案的聚酯纤维的拉伸强度可以是7.5g/d或高于7.5g/d，或者7.5g/d至11.0g/d，优选为8.0g/d或高于8.0g/d，或者8.0g/d至10.0g/d，断裂伸长率是13%或高于13％，或者13%至35%，优选是14%或高于14%，或者14%至25%。该纤维的干燥收缩率是3.5%或高于3.5%，或者3.5%至12.0%，优选是4.0%或高于4.0%，更优选是4.5%或高于4.5%。如上所述，通过优化特性粘度、初始模量和伸长率的范围，该聚酯纤维可以显示优异的强度和性能，并且当被制备成气囊用织物时可以显示优异的性能。具体而言，通过将聚酯纤维的干燥收缩率优化并保持在高水平，通过高收缩可以同时有效控制织物的形状稳定性、空气渗透性和耐梳化边缘性等。
优选地，本发明的聚酯纤维在150℃(该温度与常规涂布织物的层叠涂布温度相对应)的收缩应力可以为0.005至0.075g/d，在200℃(该温度与常规涂布织物的溶胶涂布温度相对应)的收缩应力为0.005至0.075g/d。也就是说，当在150℃和200℃下收缩应力都是0.005g/d或高于0.005g/d时，在涂布工序中可以防止织物受热变松弛，而当在150℃和200℃下收缩应力都是0.075g/d或低于0.075g/d时，当在涂布工序后在室温下冷却织物时，织物的松弛应力可以降低。收缩应力是基于0.10g/d的固定载荷下所测量的值。
因此，为了在热处理工序如涂布工序等期间防止变形，聚酯纤维的结晶度可以为35%至60%，优选为36%至50%或40%至53%，更优选为37%至48%或41%至50%。当该纤维用于气囊用织物时，纤维的结晶度必须为35％或高于35%以保持织物的热的形状稳定性。当其结晶度高于60%时，问题在于，由于非晶区减小使得织物的冲击吸收性能变差。因此，优选聚酯纤维的结晶度为60%或低于60%。
此外，聚酯纤维的单丝细度可以是0.5至20旦尼尔，优选是2.0至10.5旦尼尔。就封装性能能而言，聚酯纤维必须保持低细度和高强度，以使聚酯纤维有效用于气囊用织物。因此，纤维的总细度可以是200至1000旦尼尔，优选是220至840旦尼尔，更优选是250至600旦尼尔。此外，由于纤维的单丝数目较大可以赋予较柔软的触感但是过多的单丝对于纺丝性不好，因此优选纤维的单丝数目可以是50至240，优选是55至220，更优选是60至200。
本发明的另一个实施方案提供包含上述聚酯纤维的气囊用聚酯织物。
在本发明中，术语“气囊用织物”是指用于制备汽车用气囊的“织物或无纺布”，特征在于它是使用通过上述方法制得的聚酯纤维制备的。
具体而言，在本发明中，通过使用具有高强度-高伸长率和低模量的高收缩聚酯纤维代替现有的具有高强度-低伸长率和高模量的聚酯纤维，可以制备气囊用聚酯织物，该气囊用聚酯织物在气囊被充气时具有高能量吸收能力，优异的形状稳定性能、阻气效应、折叠性能、挠性和封装性能。此外，该气囊用织物在室温下具有优异的物理性能，并且即使在老化后在高温和高湿度的苛刻条件下该气囊用织物仍可以保持优异的机械性能和气密性。
更具体而言，根据ASTM D5034方法(美国材料与试验协会的标准)，在室温下测量的本发明的气囊用织物的拉伸强度可以是220kgf/英寸或高于220kgf/英寸，或者220至350kgf/英寸，优选是230kgf/英寸或高于230kgf/英寸。对于现有气囊所要求的性能而言，优选拉伸强度是220kgf/英寸或高于220kgf/英寸。就实际性能表现而言，还优选拉伸强度是350kgf/英寸或低于350kgf/英寸。
根据ASTM D5034方法(美国材料与试验协会的标准)在室温下测量的气囊用织物的断裂伸长率可以为20%或高于20%，或20%至60%，优选为30%或高于30%。对于现有气囊所要求的性能而言，优选断裂伸长率为20%或高于20%。就实际性能表现而言，还优选断裂伸长率为60%或低于60%。此外，由于气囊用涂布织物被高温高压气体快速充气，因此需要优异的抗撕强度。因此，当根据ASTM D2261方法(美国材料与试验协会的标准)在室温下测量时，表示气囊用涂布织物的爆裂强度的抗撕强度可以是20kgf或高于20kgf，或者20至60kgf，优选是23kgf或高于23kgf，或25kgf或高于25kgf。如果在室温下，涂布织物的抗撕强度低于最下限，即低于20kgf，当气囊展开时可能爆裂，可能对气囊功能造成巨大危险。
根据ASTM D5034方法(美国材料与试验协会的标准)，在室温下(25℃)测量的气囊用织物的耐边缘梳化性可以是360N或高于360N，或者360至1,000N，优选是380N或高于380N，更优选是400N或高于400N，还更优选是420N或高于420N。而且，在90℃测量的聚酯织物的耐边缘梳化性可以是300N或高于300N，或300至970N，优选是310N或高于310N，更优选是320N或高于320N。如果在室温(25℃)和90℃下测量的聚酯织物的耐边缘梳化性分别低于360N和低于300N，当气囊展开时气囊垫的接缝部分的织物强度可能迅速下降，因而，当气囊实际展开时由于产生针孔和接缝滑移，织物可能被撕裂。
根据ASTM D1776方法测量的根据本发明的气囊用织物的经向和纬向收缩率可以分别是4.0%或低于4.0%，优选是2.0%或低于2.0%。就确保织物优异的形状稳定性而言，最优选经向和纬向收缩率不超过1.0%。
根据ASTM D737方法(美国材料与试验协会的标准)在室温下测量的织物的空气渗透率可以是10.0cfm或低于10.0cfm，或0至10.0cfm。更具体而言，气囊用织物的空气渗透率通过在织物上形成橡胶材料的涂层而明显下降，可以将空气渗透率降低到接近0cfm。然而，如果不在其上涂布橡胶材料，根据ASTM D737方法(美国材料与试验协会的标准)在室温下测量的本发明的非涂布织物的空气渗透率可以是10.0cfm或低于10.0cfm，或0至10.0cfm，优选是3.5cfm或低于3.5cfm，或0.1至3.5cfm，更优选是1.5cfm或低于1.5cfm，或1.0cfm或低于1.0cfm。如果空气渗透率高于10.0cfm，或高于3.5cfm，就保持气囊用织物的气密性而言是不希望的。
而且，根据ASTM D4032方法(美国材料与试验协会的标准)在室温下测量的本发明的气囊用织物的硬挺度可以是1.2kgf或低于1.2kgf，或0.2至1.2kgf，优选是1.0kgf或低于1.0kgf。具体而言，当纤维是530旦尼尔或高于530旦尼尔时，所述硬挺度可以是1.2kgf或低于1.2kgf，而当纤维低于460旦尼尔时，所述硬挺度可以是1.0kgf或少于1.0kgf或者是0.8kgf或低于0.8kgf。
为了有效用于气囊，优选本发明的织物保持上述范围内的硬挺度。如果硬挺度太低，如低于0.2kgf，当气囊充气时不能起到充分保护支撑的作用，当安装在汽车中时，由于形状稳定性变差因而封装性能也变差。而且，为了防止织物变得太硬无法折叠，为了防止封装性能变差，以及为了防止织物变色，硬挺度可以优选为1.2kgf或低于1.2kgf。更具体而言，在460旦尼尔或低于460旦尼尔的情况下，硬挺度可以优选为1.0kgf或低于1.0kgf，而在530旦尼尔或高于530旦尼尔的情况下，硬挺度可以为1.2kgf或低于1.2kgf。
本发明的又一个实施方案提供一种通过使用本发明的聚酯纤维制备气囊用织物的方法。本发明的气囊用织物的制备方法包括如下步骤：使用本发明的聚酯纤维编织气囊用原料织物，精炼所编织的气囊用原料织物以及对精炼过的织物进行拉幅。
在本发明中，聚酯纤维通过典型的编织、精炼和拉幅工序可以形成为最终的气囊用织物。在这种情况下，聚酯织物的编织形状没有特别限制。优选地，聚酯织物可以是平织型织物或一片式编织(OPW)型织物。
具体而言，本发明的气囊用织物可以通过使用本发明的聚酯纤维作为经线和纬线通过进行整经、编织、精炼和拉幅工序来制备。所述织物可以使用通用的织造机制备，并且不限制织造机的种类。优选，可以使用剑杆织机、喷气织机或喷水织机制备平织型织物，使用提花织机制备OPW型织物。
所制备的气囊用织物通过切割和缝制工序制造成特定形状的气囊垫。气囊的形状没有具体的限制，可以制备成常规的形状。
同时，本发明的又一个实施方案提供一种包括所述气囊的气囊***。
上述气囊***可以配备本领域技术人员熟知的通用设备。气囊大致可分类为正面气囊和侧面窗帘式气囊。正面气囊包括为司机座位而设的气囊、为乘客座位而设的气囊、为侧面保护所设的气囊、为膝盖保护所设的气囊、为脚踝保护而设的气囊和为保护行人所设的气囊等。侧面窗帘式气囊用于在汽车发生侧面碰撞和翻车时保护乘客。因此，本发明的气囊可以是正面气囊或侧面窗帘式气囊。
在本发明中，对除了上述内容外的其它事项没有特别限制，因为可以根据情况进行添加或省略。
有益效果
根据本发明，通过使最佳组成比的特定的二羧酸组合物和二醇进行反应，提供了一种适于气囊用织物的聚酯纤维的制备方法，该气囊用织物具有优异的机械性能、挠性和折叠性等。
由于所制备的纤维同时显示高强度、低模量和高收缩，因此可以获得优异的形状稳定性、机械性能和阻气效应，当该织物用于气囊用织物中时可以同时确保优异的折叠性和挠性，因此当将气囊安装在汽车中时可以显著改善封装性能，以及使施加给乘客的冲击最小化从而安全保护乘客。特别是，如果使用根据本发明的聚酯纤维，当气囊展开时可以防止由于内部压力导致的织物的滑移和撕裂，同时显著改善空气渗透性，因而在汽车发生碰撞时保护乘客免受冲击。
因此，根据本发明所制备的聚酯纤维以及使用该聚酯纤维的聚酯织物可以优选用于制备汽车用气囊等。
附图说明
图1显示通用的气囊***。
图2是示意性显示根据本发明的一个实施方案的聚酯纤维的制备方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，为了更好地理解本发明提供了优选实施例。然而，下列实施例仅用于举例说明的目的，本发明不受下列实施例的限制。
实施例1-5
在下面表1中所述的条件下，以己二酸(AA)和对苯二甲酸(TPA)的摩尔比(AA/TPA)为0.02至0.12，且乙二醇(EG)和二羧酸组分的摩尔比[EG/(TPA+AA)]为1.3在285至292℃下进行酯化反应4小时。在酯化反应后，将所制备的低聚物在284至290℃下缩聚3小时30分钟，制得聚合物。
使用水下切刀在水中对通过缩聚制备的聚酯聚合物(切片)进行切割，制备成球形颗粒形式如珠。
由于所制备的聚酯聚合物(切片)被制备成球形，当进行固态聚合时不会发生粘连，因此，与现有的共聚物的固态聚合相比，固态聚合温度可以提高，这里，在235℃下额外进行22至24小时的固态聚合反应，制得固态聚合的聚酯切片，其特性粘度(IV)为1.3dl/g。
通过图2所示的熔融纺丝和拉伸，固态聚合的聚酯切片被制备成气囊用聚酯纤维。
具体而言，在290至294℃的温度下对固态聚合的聚酯切片进行熔融纺丝，通过纺丝嘴排出熔融的聚酯，使被排出的熔融聚酯通过由罩式加热器(hood-heater)和隔热板构成的延时冷却区进行延时冷却。
对于经过延时冷却的聚酯纤维，使用供油装置加乳剂。其中，基于100重量份的纤维，乳剂的用量是0.8重量份，而作为乳剂，可以使用包含环氧乙烷/环氧丙烷加成二醇酯(30重量份)、环氧乙烷加成二醇酯(15重量份)、甘油三酯(10重量份)、三甲基丙烷三酯(10重量份)和少量抗静电剂的纺丝油。
使加了乳剂的纤维通过预交织机，并使用导丝辊进行拉伸。
在拉伸后，使用第二预交织机对拉伸过的聚酯纤维进行交络，并使用卷绕机进行卷绕，制得聚酯纤维。
其中，在下面表1中显示了工艺条件，这些工艺条件包括各组分的摩尔比、酯化反应、缩聚反应和固态聚合反应的条件、PET聚合物的特性粘度、熔融纺丝、拉伸比和热处理等，而其它的条件根据制备聚酯纤维的通用条件。
[表1]
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
AA/TPA摩尔比 0.12 0.9 0.07 0.04 0.02
EG/(TPA+AA)摩尔比 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
酯化反应温度(℃) 285 285 290 290 292
酯化反应时间(hr) 4 4 4 4 4
缩聚反应温度(℃) 284 284 288 290 290
缩聚反应时间(hr) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
原料切片IV(dl/g) 0.64 0.65 0.66 0.67 0.67
固态缩聚反应温度(℃) 235 235 235 235 235
固态缩聚反应时间(hr) 24 24 22 23 24
固态缩聚后的IV(dl/g) 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
切片尺寸(g/100ea) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
纺丝温度(℃) 290 290 292 292 294
卷绕速度(m/min) 3,000 3,000 3,000 3,000 3,000
总拉伸比 5.91 5.82 5.80 5.75 5.72
热处理温度(℃) 220 222 222 224 227
松弛率(%) 3.4 3.8 4.3 4.5 5.0
实施例6至10
在下面表2中所述的条件下，以间苯二甲酸和对苯二甲酸(TPA)的摩尔比(iso-PA/TPA)为0.02至0.08，乙二醇(EG)和二羧酸组分的摩尔比[EG/(TPA++iso-PA)]为1.3在282至288℃下进行酯化反应4小时。在酯化反应后，将所制备的低聚物在288至292℃下缩聚3.5小时，制得聚合物。
然后，使通过缩聚制备的聚酯聚合物(切片)在217℃至220℃下额外进行24至28小时的固态聚合反应，制得固态聚合的聚酯切片，其特性粘度(IV)为1.2dl/g。
通过图2所示的熔融纺丝和拉伸，将固态聚合的聚酯切片制备成气囊用聚酯纤维。
具体而言，在288℃的温度下对固态聚合的聚酯切片进行熔融纺丝，通过纺丝嘴排出熔融的聚酯，使被排出的熔融聚酯通过由罩式加热器和隔热板构成的延时冷却区进行延时冷却。
对于经过延时冷却的聚酯纤维，使用供油装置加乳剂。其中，基于100重量份的纤维，乳剂的用量是0.8重量份，而作为乳剂，可以使用包含环氧乙烷/环氧丙烷加成二醇酯(30重量份)、环氧乙烷加成二醇酯(15重量份)、甘油三酯(10重量份)、三甲基丙烷三酯和少量抗静电剂的纺丝油。
使加了乳剂的纤维通过预交织机，并使用导丝辊进行拉伸。
在拉伸后，使用第二预交织机对拉伸过的纤维进行交络，并使用卷绕机卷绕，制得聚酯纤维。
其中，在下面表2中显示了工艺条件，这些工艺条件包括各组分的摩尔比、酯化反应、缩聚反应和固态聚合的条件、PET聚合物的特性粘度、熔融纺丝、拉伸比和热处理等，而其它的条件根据制备聚酯纤维的通用条件。
[表2]
实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10
iso-PA/TPA摩尔比 0.08 0.06 0.04 0.03 0.02
EG/(TPA+iso-PA)摩尔比 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
酯化反应温度(℃) 282 286 286 288 288
酯化反应时间(hr) 4 4 4 4 4
缩聚反应温度(℃) 288 288 290 290 292
缩聚反应时间(hr) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
原料切片IV(dl/g) 0.66 0.65 0.66 0.65 0.67
固态聚合反应温度(℃) 217 217 219 220 220
固态聚合反应时间(hr) 28 26 24 25 24
固态聚合后的IV(dl/g) 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
切片尺寸(g/100ea) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
纺丝温度(℃) 288 288 288 288 288
卷绕速度(m/min) 3,000 3,000 3,000 3,000 3,000
总拉伸比 5.90 5.80 5.70 5.65 5.60
热处理温度(℃) 200 205 208 210 215
松弛率(%) 3.1 4.5 4.8 5.1 5.2
根据实施例1至10制备的聚酯纤维的性能测量如下，并且所测量的性能总结在下面表3和4中。
1)结晶度
使用正庚烷和四氯化碳，通过密度梯度管法在25℃下测量聚酯纤维的密度(ρ)，并通过下面计算式1计算结晶度：
[计算式1]
其中，ρ是纤维密度，ρc是晶体密度(在PET的情况下，1.457g/cm3)，ρa是非晶体密度(在PET的情况下，1.336g/cm3)。
2)特性粘度
使用四氯化碳从样品中萃取乳剂，在160±2℃下用OCP(邻氯苯酚)熔化样品，然后使用自动粘度计(Skyvis-4000)在25℃测量粘度管中的样品。聚酯纤维的特性粘度(IV)通过下面计算式2计算：
[计算式2]
特性粘度(IV)={(0.0242×Rel)+0.2634}×F
其中
Rel=(溶液的秒数×溶液的比重×粘度系数)/(OCP粘度)
F=(标准切片的IV)/(以标准操作由标准切片测量的3个IV的平均值)
3)CEG含量
根据ASTM D664和D4094测量聚酯纤维的CEG(羧端基)含量，其中将0.2g的样品放入50mL三角烧瓶中，将20mL苯甲醇加入到样品中，使用加热板将温度提高到180℃，然后在该温度下放置5分钟以使样品完全溶解。然后，将溶液冷却到160℃，当温度到达135℃时将5至6滴酚酞加入到溶液中，然后使用0.02N KOH滴定溶液使无色溶液变为粉色溶液。在此滴定点，通过下面计算式3计算CEG含量(-COOH，毫当量/样品kg)：
[计算式3]
CEG=(A-B)×20×1/W
其中A是在样品滴定中消耗的KOH的量(mL)，B是空白样品中消耗的KOH的量(mL)，W是样品的重量(g)。
4)初始模量
根据ASTM D885方法(美国材料与试验协会的标准)，初始模量通过由应力-应变曲线的线性弹性区的斜率计算弹性系数值测定，应力-应变曲线是通过拉伸试验获得的。
5)拉伸强度和断裂伸长率
使用万能材料测试机(Instron)，在250mm的标距、300mm/min的拉伸速率和0.05g/d的初始载荷的条件下测量聚酯纤维的拉伸强度和断裂伸长率。
6)干燥收缩率
使用Testrite MK-V(由英国Testrite Corporation制造)，在180℃温度和初始载荷(0.05g/d)下测量2分钟的干燥收缩率。
7)单丝细度
单丝细度根据如下方法测量：使用卷轴取9,000m的纤维，对该纤维称重获得该纤维的总细度(旦尼尔)，将该总细度除以单丝的数目。
8)伸长率
以测量拉伸强度和断裂伸长率的相同方式进行测量，并在S-S曲线中确定与每一载荷对应的伸长率的值。
[表3]
Figure BDA0000492788030000251
[表4]
Figure BDA0000492788030000252
比较例1至5
除了使用下面表5中所述的条件，以及用条束法(strand method)而不是水下切割来制备和使用圆柱形聚合物切片外，通过与实施例1相同的方法制备比较例1至5的聚酯纤维。
具体而言，在比较例1和2中，除了仅使用对苯二甲酸作为二羧酸而没有使用己二酸外，通过与实施例1相同的方法进行酯化反应。
[表5]
比较例1 比较例2 比较例3 比较例4 比较例5
AA/TPA摩尔比 - - 0.17 0.22 0.28
EG/(TPA+AA)摩尔比 1.3 1.2 1.3 1.3 1.3
酯化反应温度(℃) 290 295 285 283 280
酯化反应时间(hr) 4 4 4 4 4
缩聚反应温度(℃) 295 300 295 295 295
缩聚反应时间(hr) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
原料切片IV(dl/g) 0.66 0.67 0.63 0.63 0.64
固态聚合温度(℃) 240 240 225 220 215
固态聚合时间(hr) 26 26 28 32 35
固态聚合后的IV(dl/g) 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
切片尺寸(g/100ea) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
纺丝温度(℃) 305 305 302 302 302
卷绕速度(m/min) 3,000 3,000 3,000 3,000 3,000
拉伸比 6.15 6.12 6.25 6.35 6.47
热处理温度(℃) 240 240 215 210 203
松弛率(%) 3.5 4.2 3.5 2.6 2.2
在比较例1-5中制备的聚酯纤维的性能总结在下面表6中。
[表6]
Figure BDA0000492788030000271
比较例6至10
除了使用下面表7中所述的条件外，通过与实施例6相同的方法制备比较例6至10的聚酯纤维。
具体而言，在比较例6和7中，除了仅使用对苯二甲酸作为二羧酸而没有使用间苯二甲酸外，通过与实施例6相同的方法进行酯化反应。
[表7]
比较例6 比较例7 比较例8 比较例9 比较例10
iso-PA/TPA摩尔比 - - 0.14 0.22 0.3
EG/(TPA+iso-PA)摩尔比 1.3 1.2 1.3 1.3 1.3
酯化反应温度(℃) 292 295 290 288 285
酯化反应时间(hr) 4 4 4 4 4
缩聚反应温度(℃) 295 295 290 290 288
缩聚反应时间(hr) 3.5 4.0 3.5 3.5 3.5
原料切片IV(dl/g) 0.67 0.67 0.66 0.65 0.64
固态聚合反应温度(℃) 240 240 218 215 210
固态聚合反应时间(hr) 24 26 28 29 34
固态聚合后的IV(dl/g) 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
切片尺寸(g/100ea) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
纺丝温度(℃) 305 303 295 295 295
卷绕速度(m/min) 3,000 3,000 3,000 3,000 3,000
总拉伸比 6.05 6.02 6.15 6.25 6.32
热处理温度(℃) 240 244 226 155 150
松弛率(%) 4.0 5.0 3.2 11.2 12.0
根据比较例6-10制备的聚酯纤维的性能总结在下面表8中。
[表8]
Figure BDA0000492788030000281
Figure BDA0000492788030000291
制备例1至10
使用剑杆织机(经线×纬线：41剑杆织至49剑杆织)由根据实施例1至10制备的聚酯纤维编织气囊用原料织物，并通过精炼和拉幅工序制备成气囊用织物。然后，使用辊衬刮刀辊涂法以20g/m2的涂布量将聚氯乙烯(PVC)树脂涂布在织物上以获得PVC涂布的织物。
其它的条件根据制备聚酯织物的常规条件。
所制备的气囊用聚酯织物的物理性能使用下面方法测量，其结果总结在下面表9和10中。
(a)拉伸强度和断裂伸长率
根据ASTM D5034(美国材料与试验协会的标准)，从气囊用织物上切取织物样品，并将其固定在测量拉伸强度的设备的下钳夹上。之后，将上钳夹向上移动时，测量该织物样品断裂时的拉伸强度和伸长率。
(b)抗撕强度
根据ASTM D2261(美国材料与试验协会的标准)测量气囊用织物的抗撕强度。
(c)经向和纬向收缩率
根据ASTM D1776(美国材料与试验协会的标准)测量聚酯织物的经向和纬向收缩率。首先，从气囊用织物上切下长度为20cm的样品，该长度是在经向和纬向收缩前的长度，然后将其在149℃的室中热处理1小时，然后测量其长度。在所测量的长度的基础上，测量经向和纬向收缩率{(收缩前的长度－收缩后的长度)/收缩前的长度x100%}。
(d)硬挺度
根据ASTM D4032(美国材料与试验协会的标准)，使用硬挺度测量仪通过圆形弯曲法测量织物的硬挺度。而且，采用悬臂法测量其硬挺度。可以通过使用悬臂仪测量弯曲织物的长度来测量其硬挺度，悬臂仪是以预先设定的角度倾斜以使织物弯曲的测量仪。
(e)厚度
根据ASTM D1777(美国材料与试验协会的标准)测量气囊用织物的厚度。
(f)空气渗透率
根据ASTM D737(美国材料与试验协会的标准)，在将织物放置在20℃和65%RH的条件下1天以上后，测量透过气囊用织物的圆形部分(面积：38cm2)的空气的量。
(g)耐边缘梳化性
根据ASTM D6479方法(美国材料与试验协会的标准)，在室温(25℃)下测量涂布处理前的未涂布织物的耐边缘梳化性。
[表9]
[表10]
Figure BDA0000492788030000302
Figure BDA0000492788030000311
比较制备例1至10
除了使用在比较例1至10中制备的聚酯纤维外，以制备例1中的相同方式制备气囊用聚酯织物，并测量其物理性能，其结果显示在下面表11和12中。
[表11]
Figure BDA0000492788030000312
[表12]
Figure BDA0000492788030000313
Figure BDA0000492788030000321
如表9所示，可以证实使用实施例1至5的聚酯纤维的制备例1至5的气囊用织物可以显示显著改善的硬挺度和高耐边缘梳化性，实施例1至5的聚酯纤维是通过使优化比例的二醇与芳香族二羧酸和脂肪族二羧酸反应制备的。具体而言，制备例1至5的气囊用织物的拉伸强度和空气渗透率分别是237至255kgf/英寸和0.43至0.55cfm，因而可以看出它们显示优异的机械性能和展开性能。而且，制备例1至5的气囊用织物可以获得分别为0.36至0.42kgf和480至590N的显著改善的硬挺度和耐边缘梳化性，因此能够看出可以同时获得优异的封装性能、形状稳定性和阻气效应。
而且，如表10所示，使用实施例6至10的聚酯纤维的制备例6至10的气囊用织物可以显示显著改善的硬挺度和高耐边缘梳化性，实施例6至10的聚酯纤维是通过使优化比例的对苯二甲酸和间苯二甲酸与二醇反应制备的。具体而言，制备例6至10的气囊用织物的拉伸强度和空气渗透率分别是236至253kgf/英寸和0.42至0.53cfm，因此能够看出它们可以显示优异的机械性能和展开性能。此外，制备例6至10的气囊用织物也可以显示分别为0.33至0.42kgf和496至570N的显著改善的硬挺度和耐边缘梳化性，因此，能够看出可以同时获得优异的封装性能、形状稳定性和阻气效应。
相反，如表11所示，使用比较例1至5的聚酯纤维的比较制备例1至5的聚酯织物具有显著下降的机械性能和气密性，不能满足气囊用织物要求的性能。具体而言，硬挺度和空气渗透率分别显著增加到1.65至1.77kgf和1.44至1.67cfm，因此，可以看出当安装气囊时气密性显著降低。并且，拉伸强度和耐边缘梳化性分别显著下降到165至224kgf/英寸和213至360N。因此，如果耐边缘梳化性和拉伸强度显著低，可能不能满足气囊用织物要求的性能，因此当气囊展开时，气囊可能破裂。
并且，如表12所示，使用比较例6至10的聚酯纤维的比较制备例6至10的聚酯织物具有显著降低的机械性能和气密性，不能满足气囊用织物要求的性能。具体而言，硬挺度和空气渗透率显著增加到1.5至1.7kgf和1.42至1.55cfm，因此可以看出当安装气囊时气密性显著下降。此外，拉伸强度和耐边缘梳化性显著下降到196至224kgf/英寸和223至350N。因此，如果耐边缘梳化性和拉伸强度明显低，气囊用织物要求的性能可能无法满足，因此，当展开气囊时，气囊可能破裂。

Claims (25)

1.一种聚酯纤维的制备方法，包括如下步骤：
使包含至少两种二羧酸化合物的二羧酸组合物与二醇进行酯化反应；
使通过酯化反应生成的低聚物进行缩聚反应；
使通过缩聚反应生成的聚合物进行固态聚合；以及
对通过固态聚合生成的聚酯切片进行熔融纺丝和拉伸，
其中，所述二羧酸组合物包含具有6至24个碳原子数的芳香族二羧酸和具有2至24个碳原子数的脂肪族二羧酸，并且所述芳香族二羧酸和所述脂肪族二羧酸的摩尔比是1:0.01至1:0.15；或者，所述二羧酸组合物包含对苯二甲酸和选自间苯二甲酸和邻苯二甲酸中的至少一种对苯二甲酸的异构体，并且对苯二甲酸和所述异构体的摩尔比是1:0.01至1:0.12，以及
所述二羧酸化合物的总量与所述二醇的摩尔比是1:1至1:1.5。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述缩聚反应在250至290℃的温度下进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固态聚合在170至240℃的温度下进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述芳香族二羧酸是选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、二苯基醚二甲酸、联苯二甲酸、1,4-萘二甲酸、1,5-萘二甲酸以及它们形成酯的衍生物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脂肪族二羧酸是选自乙二酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸以及它们形成酯的衍生物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述二醇是选自具有2至16个碳原子数的脂肪族二醇、具有6至24个碳原子数的脂环族二醇、具有6至24个碳原子数的芳香族二醇以及它们的环氧乙烷或环氧丙烷加合物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过缩聚反应生成的聚合物的特性粘度为0.25dl/g或高于0.25dl/g。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过缩聚反应生成的聚合物被切成1.0g/100ea至3.0g/100ea的切片尺寸，然后进行固态聚合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固态聚合进行10小时或长于10小时。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，通过固态聚合生成的聚酯切片包含70mol%或高于70mol%的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，通过固态聚合生成的聚酯切片的特性粘度为0.7dl/g或高于0.7dl/g。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，在260至300℃下对通过固态聚合生成的聚酯切片进行熔融纺丝。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，以300至1,000m/min的纺丝速度对通过固态聚合生成的聚酯切片进行熔融纺丝。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，对通过固态聚合生成的聚酯切片进行熔融纺丝并拉伸至总拉伸比为5.0至6.5。
15.根据权利要求1所述的方法，在所述拉伸步骤后，还包括在130至250℃的温度下进行热固定。
16.根据权利要求1所述的方法，在所述拉伸步骤后，还包括以1%至10%的松弛率进行松弛的步骤。
17.由权利要求1至16中的任一项所述的方法制备的聚酯纤维。
18.根据权利要求17所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维的结晶度为35%至60%。
19.根据权利要求17所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维的拉伸强度为7.5g/d或高于7.5g/d，且断裂伸长率为13%或高于13%。
20.根据权利要求17所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维具有在室温下测量的，在1.0g/d的应力下为0.5%或高于0.5%的伸长率，在4.0g/d的应力下为4.3%或高于4.3%的伸长率，以及在7.0g/d的应力下为7.5%或高于7.5%的伸长率。
21.根据权利要求17所述的聚酯纤维，其中，所述聚酯纤维的初始模量是40至100g/d。
22.包括权利要求17所述的聚酯纤维的聚酯织物。
23.根据权利要求22所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物根据ASTM D2261方法测量的抗撕强度为23kgf或高于23kgf。
24.根据权利要求22所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物根据ASTM D6479方法在室温(25℃)下测量的耐边缘梳化性为360N或高于360N。
25.根据权利要求22所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物根据ASTM D4032方法测量的硬挺度为1.2kgf或低于1.2kgf。
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