JP2012502194A - エアバッグ用織物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明はエアバッグ用織物に関し、エアバッグ用原糸として、繊維の断面が扁平な形態のポリエステル繊維を使用することにより、エアバッグの膨張時に空気遮断の効果が非常に優れており、織物の厚さが円形断面の原糸に比べて薄くて、表面屈曲性及び空隙率も低く、コーティング織物におけるコーティング樹脂の使用量を減少させて、製品の軽量化が可能であり、モジュールシステムで収納性及びフォールディング性に優れたエアバッグ用織物及びその製造方法に関する。
【選択図】図1
Description
エアバッグ用織物として要求される項目は、衝突時に円滑に展開されるための低通気性、エアバッグ自体の損傷及び破裂を防止するための高強力、高耐熱性、及び乗客に加えられる衝撃を軽減させるための柔軟性などがある。
従来は、ナイロン66などのポリアミド繊維がエアバッグ用原糸の材料として使用されたことがある。しかし、ナイロン66は耐衝撃性が優れているが、ポリエステル繊維に比べて耐湿熱性、耐光性の側面で劣り、かつ原料費用も高い。
したがって、エアバッグ用織物として使用するのに適するように、優れた空気遮断の効果を維持し、乗客に加えられる衝撃を減らすための柔軟性、及び優れた機械的強度を有する織物の材料の開発に対する研究が必要である。
また、本発明の他の目的は、上記エアバッグ用織物の製造方法を提供することにある。
本発明において、エアバッグ用織物とは、自動車用エアバッグの製造に使用される織物または不織布などをいい、一般的なエアバッグ用織物としては、レピア織機で製織されたナイロン66またはナイロン6からなる平織物や不織布を使用しているが、本発明ではポリエステルフィラメント糸を使用することを特徴とする。
本発明におけるポリエステル繊維は、従来の産業用ポリエステル繊維の製造方法と比較して見れば、口金のキャピラリー(Capillary)構造をスリット形に採択して、原糸の断面の形態を円形でなく扁平に形成させることにより、製織時に織物の厚さを減らし、表面屈曲性及び空隙率を低くすることができる。
図1は、本発明のエアバッグ用織物に使用されるポリエステル繊維の一例を示す断面模式図である。図1に示したように、上記ポリエステル繊維は長軸の長さ(W1〜W2)/短軸の長さ(D1〜D2)と定義される扁平度が1.3乃至3.0であるのが好ましい。
また、上記断面において、R1/H1、R2/H2、R3/H3、及びR4/H4と定義される長さ比の平均値が0.2乃至0.9であるのが好ましい。上記長さ比の平均値が大きいほど原糸の肩部分が厚い形態を有し、上記長さ比の平均値が小さいほど原糸の肩部分が薄くなって、楕円形または菱形の断面を有するようになる。
上記ポリエステル繊維は、通常のポリエステルの中でもポリエチレンテレフタレート(PET)原糸であるのが好ましく、さらに好ましくは、PETを90モル%以上含むPET原糸である。
また、本発明の上記ポリエステル繊維は、製造工程において紡糸工程の前集束機にポリエステル繊維を通過時、集束エアーを付与することにより、次の物性を発現することができる。
また、本発明のエアバッグ用織物は、表面にコーティングまたはラミネートされたシリコン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂などの1種以上からなるコーティング層をさらに含むのが好ましく、コーティング樹脂の種類は上述した物質に限定されない。上記樹脂コーティング層は、ナイフコート法、ドクターブレード法、または噴霧コーティング法で適用できるが、これも上述した方法に限定されない。
本発明のエアバッグ用織物は、上記ポリエステル繊維を緯糸及び縦糸で利用して、ビーミング(beaming)、製織、精練、及びテンター工程を経て製造することができる。上記織物は通常の製織機を使用して製造でき、ある特定織機の使用に限られない。但し、平織形態の織物は、レピア織機(Rapier Loom)やエアージェット織機(Air Jet Loom)またはウォータージェット織機(Water Jet Loom)などを使用して製造でき、OPW形態の織物は、ジャカード織機(Jacquard Loom)を使用して製造できる。
特に、図4のスリット形態において、スリットの長軸の長さ(W)と短軸の長さ(D)の比を変更させることによって原糸の扁平度を調整することができるが、ここで、「W/D」の比を口金の扁平度といい、この値が1.2以上、さらに好ましくは2.0以上である場合にのみ、平面断面の特性が現われ、延伸性及び高強力特性を確保するためには、上記扁平度が10以下であるのが好ましい。
本発明に使用された紡糸パック装置では、分散板44での高分子溶融物の流動時に、高分子流動通路50が分散面44’の中央頂点から最も離れた距離に位置する代わりに、分散面44’の傾斜角度によって分散面44’の端部から分散板44の底面44’’までの長さが最も短い。
したがって、高分子流動通路50を通じて分配板48に到達する高分子溶融物の滞留時間と、高分子流通孔40を通じて分配板48に到達する高分子溶融物の滞留時間が均一になり、全体的な滞留時間が減少できる。
本発明の分散板44は、また、必要に応じて外周縁の周りに形成された少なくとも1つ以上の凹入溝を具備でき、上記前記凹入溝は、等間隔で配列されるのが好ましい。上記凹入溝は、高分子溶融物の流出をより容易にする。
口金から吐出されたポリマーは、紡糸張力を低くして、熱履歴を緩和させるために、Hood−Heater(H/H)及び断熱板の組み合わせによって構成された遅延冷却区間を経て急冷(Quenching)される。この時、上記フードヒーター(Hood−Heater: H/H)の温度は200乃至350℃であるのが好ましくて、長さは100乃至400mmであるのが好ましく、断熱板の長さは70乃至400mmであるのが好ましい。上記吐出されたポリマーが上記遅延冷却区間に滞留する時間は0.01乃至0.1秒であるのが好ましく、0.02乃至0.08秒であるのがさらに好ましい。
この時、本発明の紡糸工程では、前集束機にポリエステル繊維をそのまま通過させたり、または、選択的に前集束機に特定の範囲の風向きの集束エアー(interlacing air)を付与することができる。
上記前集束機に集束エアーを付与する方法は、図8のように、上記前集束機で原糸の走行方向に対して垂直方向に集束エアーを付与したり、または、図9のように、集束エアーを原糸の走行方向に対して斜線方向に付与することができる。しかし、未延伸糸の断面の形態が扁平なので、エアーによる未延伸糸の渦流現象を防止するために、図9のように、繊維の進行方向に対して斜線方向にエアーを付与するのがさらに好ましく、上記集束エアーの風向きは、前記繊維の進行方向に垂直な面から0゜乃至80゜の角度であるのが最も好ましい。
上記紡糸工程において、上記紡糸速度が400m/min未満である場合には、糸乱の発生によって原糸の品質が低下し、900m/minを超える場合には、毛羽の発生などによって操業性が低下する。
上記多段延伸装置144乃至146で行われる延伸工程の弛緩率が4%未満の場合には、過度な張力によって原糸の断面が変形され、13%を超える場合には、ゴデットローラ上で過度な糸乱の発生によって操業が難しいので、4%乃至13%であるのが好ましく、弛緩温度は150乃至245℃であるのが好ましい。
上記第2集速機(2nd Interlacer)は、空気圧力を利用してポリエステル繊維にインターミングル(intermingle)を付与する。上記第2集速機(2nd Interlacer)は、従来の集束機の空気圧力の低下による集束性の低下を改善して、原糸の長さ方向(原糸の走行方向)に対して均一なインターミングルを付与する役割を果たす。
また、上記ポリエステル繊維の製造方法において、上記原糸の帯電防止性及び集束性の向上を通して後工程性を向上させるために、上記第2集速機(2nd Interlacer)と巻取機の間にアフターオイル付与(after−oiling)装置を設置して、アフターオイル(after−oil)を付与する工程を追加的に含むことができる。
本発明において、上記ポリエステル繊維は、通常の製織方法と、精練、テンダリング工程、及びシリコン樹脂のコーティング工程を経て最終的なエアバッグ用織物に製造される。このようにコーティングされたエアバッグ用織物は、裁断と縫製工程を経て一定の形態を有するエアバッグクッション形態に製造される。上記エアバッグは特別な形態に限定されず、一般的な形態に製造することができる。
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例に限定されることではない。
(1)ポリエステル繊維の製造
固有粘度0.85g/dLのポリエステル固体重合チップを285℃の温度で溶融して、スリット形紡糸口金を通して溶融ポリエステルを吐出した。
上記吐出された溶融ポリエステルをフードヒーター及び断熱板から構成された遅延冷却区間に通過させて、遅延急冷(delayed quenching)した。
上記延伸後に、第2集速機(2nd Interlacer)を利用して上記延伸されたポリエステル繊維にインターミングルを付与した後、巻取機で巻取ってポリエステル繊維を製造した。
上記のように製造されたそれぞれのポリエステル繊維原糸を使用して、レピア織機によってエアバッグ用織物生地を製造した。この時に要求される空気透過度を達成するために、緯糸と縦糸の本数を同一にして平織に製織し、この時の繊維の総繊度、フィラメント数、及び製織密度は下記表1に表したように行った。
上記織機で製織されたエアバッグ用生地を、前記準備された薬品槽に1次通過させた後、2つの水洗槽に連続的に通過させ、さらに薬品槽と2つの水洗槽に2次通過させた。
また、下記表1に表したようなコーティング量となるように、上記織物にポリ塩化ビニル(PVC)樹脂をナイフコーティング(knife over ro1lcoating)方法でコーティングして、PVCコーティングされた織物を製造した。
下記表1の諸般条件によってポリエステル繊維を製造したことを除いては、上記実施例1と同様の方法でエアバッグ用織物を製造した。
上記実施例1〜7及び比較例1によって製造されたポリエステル繊維に対して、下記の方法によって扁平度、収縮応力、収縮率、固有粘度、引張強度、切断伸度、及び原糸の断面形態指数(R1、H1、R1/H1、CV%)、後工程収率、及び工程操業性(F/D)を測定し、上記ポリエステル繊維を利用して製造されたエアバッグ用織物に対して、下記の方法によって厚度、引張強度、引裂強度、及び空気透過度を測定した。
(1)扁平度
繊維断面の扁平な程度を示す値で、銅板を利用して繊維断面を切断し、これを光学顕微鏡で拡大撮影して、繊維断面の長軸の長さ(W)と繊維断面の短軸の長さ(D)を測定し、これを通じて下記の計算式1によってそれぞれのフィラメントに対する扁平度を計算し、全体フィラメントの平均値を求めて、ポリエステル繊維の扁平度を求めた。
個別フィラメントの扁平度(Fi)=W/D、
原糸の扁平度=(個別フィラメントの扁平度の合計)/(フィラメント数)
(2)R1、R2、R3及びR4の変動係数(CV%)
上記光学顕微鏡で拡大撮影した繊維断面から、図1に示したようにそれぞれのフィラメントに対するR1、R2、R3及びR4を測定して、計算式2によって全体フィラメントのR1、R2、R3及びR4の平均値及び標準偏差を計算して、下記の計算式3によって変動係数(CV%)を求めた。
平均(R)=フィラメント全体の(R1+R2+R3+R4)合計/(4×n)
上記式において、nは、測定されたフィラメントの全体数であり、Rは、全体フィラメントのR1、R2、R3及びR4の平均値である。
[計算式3]
変動係数(CV%)=標準偏差(σ)/平均(R)×100(%)
(3)R1/H1、R2/H2、R3/H3、及びR4/H4の平均値及び標準偏差
上記光学顕微鏡で拡大撮影した繊維断面から、図1のR1、R2、R3及びR4とH1、H2、H3及びH4を測定して、計算式4によって全体フィラメントのR1/H1、R2/H2、R3/H3及びR4/H4の平均値及び標準偏差を計算して、計算式3によって変動係数(CV%)を求めた。
平均(R/H)=フィラメント全体の(R1/H1+R2/H2+R3/H3+R4/H4)合計/(4×n)
上記式において、nは、測定されたフィラメントの全体数であり、R/Hは全体フィラメントのR1/H1、R2/H2、R3/H3及びR4/H4の平均値である。
カネボ(Kanebo)社の熱応力測定機を利用して、初期荷重0.1g/d下で昇温速度2.5℃/secに昇温しながら150℃と200℃でそれぞれの応力値を測定した。試料はループ(Loop)形態に結び目を結んで準備する。
[計算式5]
熱応力(g/d)=熱応力測定値(g)/測定原糸繊度×2
(5)収縮率(%)
収縮率は、特定温度で熱による試料の長さ変化を百分率に示す値で、下記の計算式6によって定義される。
収縮率(%)={(L0−L1)/L0}×100
上記式において、L0は、熱収縮前の試料の長さであり、L1は熱収縮後の試料の長さである。
上記収縮率は、テスライト(TesRite)社の収縮動き試験器(Testrite MKV)を利用して、0.01g/dの一定の荷重下で原糸を固定させた後、収縮率を測定し、測定条件は、190℃で0.01g/dの荷重を加えた状態で15分経過した状態を基準にした。
四塩化炭素を利用して試料で油剤を抽出し、160±2℃でOCP(Ortho Chloro Phenol)で溶解した後、25℃の条件で自動粘度測定器(Skyvis−4000)を利用して粘度管での試料粘度を測定して、下記の計算式7によってポリエステル繊維の固有粘性度(intrinsic viscosity、IV)を求めた。
固有粘性度(IV)={(0.0242×Rel)+0.2634}×F
上記式において、
Rel=(溶液秒数×溶液比重×粘度係数)/(OCP粘度)、
F=Standard ChipのIV/ Standard Chipを標準動作で測定した3つの平均IV
(7)引張強度(g/d)、切断伸度(%)
ポリエステル繊維の引張強度及び切断伸度を万能材料試験器(Instron)を使用して測定し、試料長は250mmであり、引張速度は300mm/minとし、初期ロードは0.05g/dに設定した。
ポリエステル繊維の生産性を示す指標として、全体ドッフィング(Doffing)数に対する完全チーズドッフィング(Full−Cheese Doffing)数の分率を下記の計算式8で計算した。
[計算式8]
F/D(%)=完全チーズドッフィング数/完全チーズドッフィング数+部分チーズドッフィング(Partial Cheese Doffing)数×100
(9)整経毛羽数
毛羽感知機(fluff−detector)のチェック回数を106mに換算して計算した。
全体投入されたポリエステル繊維に対する正常製品の百分率値を下記の計算式9によって計算した。
[計算式9]
後工程収率=正常製品数量/全体投入原糸量×100
(11)コーティング織物の厚度
実施例1乃至7及び比較例1によって製造されたコーティングされたエアバッグ用織物に対して厚さを測定し、実施例1乃至7によって製造されたポリエステル繊維で製造された織物の厚さ(T)を比較例1によって製造された織物の厚さ(t)で割って、百分率に計算した。
織物の厚度(%、相対値)=T/t×100
(12)引張強度
エアバッグ用織物から試片を裁って、米国材料試験協会規格(ASTM)D5034による引張強度測定装置の下部クランプに固定させ、上部クランプを上に移動させながらエアバッグクッション試片が破断する時の強度を測定した。
エアバッグ用織物で試片を裁った後、緯糸または縦糸方向に7cmを切開して、米国材料試験協会規格(ASTM)D2261による引裂強度測定装置のクランプに上記切開部の左右織物を挟んで装着した。上記織物が装着された状態でそれぞれのクランプを上、下に交差移動させながら織物を破裂させて強度を測定した。
米国材料試験協会規格(ASTM)D1338により、エアバッグ用織物を20℃、65%RH下で1日以上放置した後、125Paの圧力の空気が38cm2の円形断面を通過する量を測定した。
(1)ポリエステル繊維の製造
固有粘度0.85g/dLのポリエステル固体重合チップを285℃の温度で溶融して、スリット形紡糸口金を通じて溶融ポリエステルを吐出した。
上記吐出された溶融ポリエステルをフードヒーター及び断熱板から構成された遅延冷却区間に通過させて遅延急冷(delayed quenching)した。
上記延伸後に、図9の第2集速機(2nd Interlacer)を利用して、上記延伸されたポリエステル繊維にインターミングルを付与した。
上記集束機を通過したポリエステル繊維にジェットガイド形態のオイル付与装置を利用してアフターオイル(after−oil)を付与した。この時、上記アフターオイルの量は原糸100重量部に対して0.7重量部であり、使用されたアフターオイルは、ポリオール−ポリアルキレート(70重量部)、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(20重量部)、酸化防止剤(2重量部)、及び帯電防止剤(2重量部)を混合したオイルである。
本発明の実施例において、紡糸口金のキャピラリーの形態及び扁平度、フードヒーターの温度及び長さ、断熱板の長さ、遅延冷却区間の滞留時間、前集束機の風向き及び風圧、紡糸速度、延伸比(予備延伸比、全体延伸比に対する1段延伸倍率)、弛緩率、熱処理温度、第2集速機(2nd Interlacer)の個数、風向き、及び風圧、油剤、及びアフターオイル付与などの条件をそれぞれ上記表3に表した。
(2)エアバッグ用織物の製造
上記のように製造されたそれぞれのポリエステル繊維原糸を使用して、レピア織機によってエアバッグ用織物生地を製造した。この時に要求される空気透過度を達成するために、緯糸と縦糸の本数を同一にして平織で製織し、この時の繊維の総繊度、フィラメント数、及び製織密度は、下記表3に表したように行った。
上記織機で製織されたエアバッグ用生地を、上記準備された薬品槽に1次通過させた後、2つの水洗槽に連続的に通過させ、さらに薬品槽と2つの水洗槽に2次通過させた。
また、下記表3に表したようなコーティング量となるように、上記織物にポリ塩化ビニル(PVC)樹脂をナイフコーティング(knife over ro1l coating)方法でコーティングして、PVCコーティングされた織物を製造した。
上記実施例8乃至14及び比較例2によって製造されたポリエステル繊維に対し、上記と同様の方法で扁平度、収縮応力、収縮率、固有粘度、引張強度、切断伸度、工程操業性、及び整経毛羽数を測定し、前記ポリエステル繊維を利用して製造されたエアバッグ用織物に対し、上記と同様の方法で厚度、引張強度、引裂強度、及び空気透過度を測定した。また、ポリエステル繊維に対して下記の方法で結晶化度を測定した。
以降、それぞれの物性測定結果を下記表4に表し、実施例8によって製造された扁平断面糸の断面写真は図11と同一に得られた。
(15)結晶化度(%)
ポリエステル繊維原糸の密度ρは、n−ヘプタンと四塩化炭素を利用した密度勾配管法によって25℃で測定し、結晶化度は下記の計算式11によって計算した。
Xc(結晶化度)=ρc(ρ−ρa)/ ρ( ρc− ρa )
上記計算式11において、ρは、原糸の密度、ρcは、結晶の密度(PETの場合は1.457g/cm3)、ρaは、非結晶の密度(PETの場合は1.336g/cm3)である。
特に、実施例8乃至14によって製造されたエアバッグ用織物は、繊維の断面を扁平な形態に効果的に製造して、断面の形態を均一化させることにより、表面平滑性を極大化させ、全体的な製造工程で操業性を向上させ、原糸及びこれから製造される織物の品質(毛羽水準)に優れているだけでなく、後工程収率も高くて経済的な効果を得ることができる。
Claims (22)
- 繊維断面の扁平度が1.3乃至3.0であり、前記断面の最長軸両端点をW1及びW2と定義し、前記最長軸の中央点Oから垂直方向への最短軸両端点をD1及びD2と定義し、前記W1とD1とを連結する斜線をL1、D1とW2とを連結する斜線をL2、W1とD2とを連結する斜線をL3、W2とD2とを連結する斜線をL4と定義し、L1、L2、L3及びL4から断面の外側に最も遠い周縁までの距離をそれぞれR1、R2、R3及びR4と定義し、前記L1、L2、L3及びL4から中央点Oまでの距離をそれぞれH1、H2、H3、及びH4と定義すると、
全体フィラメントのR1乃至R4の変動係数(CV%)が20%以下であるポリエステル繊維を含むエアバッグ用織物。 - 前記ポリエステル繊維は、全体フィラメントに対するR1/H1、R2/H2、R3/H3及びR4/H4の平均値が0.2乃至0.9である、請求項1に記載のエアバッグ用織物。
- 前記ポリエステル繊維は、全体フィラメントのR1/H1、R2/H2、R3/H3及びR4/H4の変動係数(CV%)が20%以下である、請求項1に記載のエアバッグ用織物。
- 前記ポリエステル繊維は、150℃での収縮応力(@0.1g/d、2.5℃/sec)が0.005乃至0.1g/dであり、200℃での収縮応力(@0.1g/d、2.5℃/sec)が0.005乃至0.1g/dであり、収縮率(@190℃、15分、0.01g/d)が1.5%乃至10.0%である、請求項1に記載のエアバッグ用織物。
- 前記ポリエステル繊維は、ポリエチレンテレフタレートを90モル%以上含む、請求項1に記載のエアバッグ用織物。
- 前記ポリエステル繊維は、固有粘度が0.7乃至1.2dl/gである、請求項5に記載のエアバッグ用織物。
- 前記ポリエステル繊維は、引張強度が7.0乃至10.0g/dであり、切断伸度が12%乃至30%である、請求項1に記載のエアバッグ用織物。
- ポリエステル繊維は、単糸繊度が2.1de乃至11.0deである、請求項1に記載のエアバッグ用織物。
- 扁平度が1.3乃至3.0であり、150℃での収縮応力(@0.1g/d、2.5℃/sec)が0.005乃至0.1g/dであり、200℃での収縮応力(@0.1g/d、2.5℃/sec)が0.005乃至0.1g/dであり、収縮率(@190℃、15分、0.01g/d)が1.5%乃至10.0%であるポリエステル繊維を含むエアバッグ用織物。
- 前記ポリエステル繊維は、ポリエチレンテレフタレートを90モル%以上含む、請求項9に記載のエアバッグ用織物。
- 前記ポリエステル繊維は、固有粘度が0.7乃至1.2dl/gである、請求項9に記載のエアバッグ用織物。
- 前記ポリエステル繊維は、結晶化度が35%乃至52%である、請求項9に記載のエアバッグ用織物。
- 前記ポリエステル繊維は、引張強度が7.0乃至10.0g/dであり、切断伸度が12%乃至30%である、請求項9に記載のエアバッグ用織物。
- 前記織物の表面にコーティングまたはラミネートされた樹脂コーティング層を追加的に含む、請求項1に記載のエアバッグ用織物。
- 前記樹脂コーティング層は、シリコン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、及びポリウレタン樹脂からなる群より選択した1種以上を含む、請求項14に記載のエアバッグ用織物。
- 前記樹脂コーティング層の単位面積当たりコーティング量が20乃至200g/m2である、請求項14に記載のエアバッグ用織物。
- 前記織物は、米国材料試験協会規格(ASTM D 737)方法で測定した空気透過度が0乃至10.0cfmである、請求項1に記載のエアバッグ用織物。
- ポリエステル固体重合チップをスリット形態の口金を通じて溶融紡糸して延伸し、断面の扁平度が1.3乃至3.0であるポリエステル繊維を製造する段階と、
前記ポリエステル繊維を利用してエアバッグ用生地を製織する段階と、
前記製織されたエアバッグ用生地を精練する段階と、
前記精練された織物をテンダリングする段階と、
を含むエアバッグ用織物の製造方法。 - 前記口金の扁平度は1.2乃至10である、請求項18に記載のエアバッグ用織物の製造方法。
- 前記ポリエステル固体重合チップの固有粘度が0.7乃至1.2dl/gである、請求項18に記載のエアバッグ用織物の製造方法。
- 前記織物の表面に樹脂コーティング層をコーティングまたはラミネートする段階を追加的に含む、請求項18に記載のエアバッグ用織物の製造方法。
- 前記紡糸工程は270乃至310℃で行う、請求項18に記載のエアバッグ用織物の製造方法。
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