CN100415574C - 充气袋用聚酯纤丝机织织物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚酯平织织物构造，其中所述织物具有在150到300g/m2之间的织物单位重量和等于或比相同构造和重量的尼龙充气袋更好的舌形试样撕破强度。本发明涉及涂覆和未涂覆的聚酯纤丝机织织物。未涂覆的织物可用于工业用途，其中当织物单位重量在150到300g/m2之间时，该织物具有至少为0.75N/g/m2的经纱舌形试样撕破强度。优选的未涂覆聚酯纤丝纱线具有在约200到约800分特之间的线密度、至少为65cN/特的韧度、至少为350的拉伸指数。可以用氯丁二烯、氯丁橡胶、聚氨酯、硅氧烷或其它有机涂料涂覆所述织物，以降低透气性。本发明的织物还可以用纵横比在1.2和6之间的经纱和/或纬纱构成。

Description

充气袋用聚酯纤丝机织织物
技术领域
本发明涉及一种未涂覆的充气袋用聚酯纤丝机织织物。更具体而言，本发明涉及一种具有和尼龙丝机织充气袋织物的撕破强度可比的或者超过其的撕破强度的未涂覆的聚酯机织织物。这种织物具有至少为0.75N/g/m2的经纱舌形抗扯强度。这些织物还可以任选用降低织物透气性的涂料加以进一步改进。此外，可以用直丝型纱线(卵形或矩形截面)来制造这些织物，所述直丝型纱线同样降低织物的透气性。
背景技术
聚酯工业长丝纱具有高强度(大于70cN/特)、高模数(大于170cN/特)、低伸长率(10-15％)和优异的尺寸稳定性。这些纱线主要用于诸如轮胎和传送带及v形带中的橡胶强化。更高伸长率的工业长丝纱可以通过松弛拉伸的纱线以牺牲韧度和模量为代价而获得。例如，对于诸如要求高强度和伸长率的充气袋之类的应用而言，聚酯工业长丝纱是欠缺的，而使用的是聚酰胺(尼龙)纱。对失败的聚酯充气袋分析显示：失败的主要方式是织物的撕破。撕破发生在充气步骤的早期，随着高压气体首次进入折叠的袋子并且在袋子完全膨胀之前而发生。因此，需要开发具有和尼龙可比的舌形试样撕破强度的聚酯织物。
Nishimura等的美国专利5,540,965公开了一种通过收缩-定形处理获得的机织聚酯充气袋。该专利公开了优选的断裂拉伸伸长率在9和18％之间。所述专利公开了，如果断裂拉伸伸长率小于9％，即使在进行收缩-定形过程之后，所得到的机织织物的拉伸韧性也不令人满意。该专利还陈述了，如果断裂拉伸伸长率大于18％，则机织织物可能表现出干收缩不足，并且难以控制织物的透气性。
Thornton等的美国专利4,977,016、5,010,633和5,073,418公开了一种具有特定织物性质的轧光聚酯充气袋织物，但是没有公开聚酯纱线的性质。他们确实公开了一种断裂伸长率大于25％且梯形试样抗扯强度大于40磅(178N)的织物，其中每平方码的织物不超过8.25盎司(280g/m2)。这些多种织物(而不是纱线)性质可以通过特殊的机织技术等而获得。不可能断定织物的性质是否为纱线或者织物处理的直接结果，或者它们如何和尼龙织物比较。
Hisao等的日本未审查专利公开2000-27028和27029公开了获得坚韧聚酯纱线的多种方法，但却没有给出织物性质。这些出版物确实公开了12％或更高的松弛率。拉伸比和拉伸阶段所采用的各种辊的温度对于获得所公开的发明的纱线性质很重要。
Masataka等的日本未审查专利公开8-269818公开了用于能量吸收安全带的坚韧聚酯纤维，这些聚酯纤维拉伸为8克/旦尼尔(71cN/特)或更大，断裂伸长率为30％或更高。最后，该参考文献公开了10％或以上的松弛比。这篇参考文献没有给出机织织物撕破信息。
Hideharu等的日本未审查专利公开7-11512公开了一种其中含有二氧化硅微粒的聚酯纤维。其中还结合了一种添加剂以降低玻璃化转变温度，所有这些的目的都是为了改善挠曲疲劳性质。该文献没有织物撕破强度数据，也没有和尼龙织物进行对比。
Yoshihiko的日本专利2289115公开了一种韧度至少为10克/旦尼尔(88.2cN/特)且断裂伸长率至少为15％的聚酯纤维。所报道的最高伸长率为18.8％。没有公开织物性质。
Kozauro等的日本申请7-186858公开了由韧度为9g/旦尼尔(79.4cN/特)且断裂伸长率为15％的聚酯长丝纱织成的轻型聚酯充气袋织物。
Swoboda等的欧洲专利0 442 373公开了一种使用低旦尼尔纱线的聚酯充气袋织物。其纱线韧度为66cN/特，断裂伸长率为19％，并且在200℃下的热风收缩率为4.7％。26×26线/cml/l平织织物的断裂强度为255×265daN，伸长率为34％×26％(×的两侧显示的数值表示以经纱×纬纱形式表示的性质)。没有报道织物撕破性质。
Swoboda等的美国专利5,236,775公开了一种未轧光、未涂覆的聚酯充气袋织物。没有给出织物撕破数据，也没有和尼龙充气袋织物的比较。
Figure C0382646300061
的美国专利5,637,114公开了一种未涂覆的聚酯充气袋织物。以使用22/22线/cm的防破裂结构(5mm)机织470分特、100长丝纱。纱线的韧度为66.8cN/特，断裂伸长率为21.5％，且200℃下的热风收缩率为7.4％。该织物在洗涤和干燥前的织物单位重量为229g/m2，经纱和纬纱方向的断裂强度/伸长率分别为297daN/32％和325daN/24％，并且经纱和纬纱方向的撕破强度分别为25/24daN。防破裂织物的撕破强度高于平纹织物是众所周知的。
Swoboda等的美国专利5,902,672公开了一种使用改良的浮松布或绉纹织物的未涂覆的聚酯充气袋织物。由315分特、100长丝纱机织的具有28线/cm的防破裂织物的织物单位重量为197g/m2，经纱和纬纱方向的舌形试样撕破都为14daN。没有和尼龙织物进行对比。
Nibo等的日本申请7-90747公开了将尼龙和聚酯织物在热定形和轧光后机织，以制造一种未涂覆的充气袋织物。该织物的撕破强度是按照JISK63285.3.6测量的。进行了用467分特、216纤丝聚酯和尼龙纱机织的直接织物对照。该文献显示：以66×66经纱/英寸(26×26经纱/cm)机织的聚酯织物具有和以55×55经纱/英寸(21.7×21.7经纱/cm)机织的尼龙织物可比的拉伸强度和伸长率，但是与尼龙织物的42×40kg撕破强度相比，其撕破强度较差，为38×36kg。这种织物的织物单位重量没有公开(×的两侧显示的数值表示以经纱×纬纱形式表示的性质)。
Fasteneau等的美国专利6,037,047和6,147,017公开了具有非圆形截面的工业纤维，该工业纤维使织物具有改良的密满(cover)。纤丝的非圆形截面是由纵横比确定的。这些专利公开的纵横比在2-6范围内。
Tomomichi等的日本申请2002-309462公开了一种由扁平截面纱线机织而得到的尼龙充气袋织物，这种尼龙充气袋织物具有较低的透气性。没有给出和聚酯充气袋的比较。
现有技术文献都没有教导如何去获得未涂覆织物所需的性质平衡，所述未涂覆织物具有本发明范围内的，即和尼龙可比的或者更好的舌形试样抗扯强度和梯形试样抗扯强度。事实上，日本申请7-90747举例说明了聚酯织物与尼龙织物相比，具有较差的织物撕破强度。而且，现有文献都没有公开如下内容：用涂料或者采用具有扁平型截面(与标准的圆截面纤维相比)，能够改善具有和尼龙可比的或更好的抗扯强度的未涂覆织物(透气性降低)。
发明内容
本发明是对本领域已知的聚酯纤丝织物的改良，改良之处在于这些聚酯机织织物具有相当于或者优于尼龙机织织物的梯形试样抗扯强度和舌形试样抗扯强度。
在最广义上，本发明包括一种由具有至少为0.75N/g/m2的经纱舌形试样抗扯强度的聚酯均聚物构成的平织织物。
本发明的最广范围同样包括纱线性质的平衡，其中所述纱线具有至少为65cN/特的韧度和至少为350的拉伸指数。
在最广义上，本发明包括含有未涂覆聚酯机织织物的织物，所述聚酯机织织物具有和尼龙纤丝机织充气袋织物可比的或者超过其的撕破强度。
本发明的最广范围包括一种由聚酯纱线机织而成的改良的未涂覆聚酯纤丝平织织物，所述聚酯纱线具有约200到约800的分特，至少约65cN/特的韧度和至少约350的拉伸指数。
在最广义上，本发明包括一种平织织物，所述平织织物的撕破强度相当于或超过具有相同构造或类似织物构造和重量的尼龙纤丝平织充气袋的撕破强度，其中所述聚酯和尼龙都使用的经纱和/或纬纱纤丝具有非圆形的截面(它们的纵横比大于1.2)。
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)均聚物是通过两种方法，即：1)酯交换方法和2)直接酯化方法，其中之一制备的。在酯交换方法中，将对苯二甲酸二甲酯(DMT)和1，2-亚乙基二醇反应(酯交换)，得到双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯(单体)和少量的其它反应产物(低聚物)，以及甲醇。由于反应是可逆的，必须除去甲醇以使原料完全转化成单体。已知在酯交换反应中使用镁和/或钴和/或锌。然后在酯交换反应结束时，通过引入磷，例如以多磷酸(PPA)形式引入磷，消除催化剂活性。再对单体进行缩合处理(缩聚)，将单体聚合成PET。当单体进行缩聚时，最常采用的催化剂是锑。如果不用磷螯合酯交换反应中采用的催化剂，所得到的聚合物容易降解(热降解)，并且具有非常难以接受的黄色。
制造PET的第二种方法是将对苯二甲酸(TA)和1，2-亚乙基二醇通过直接酯化反应得到双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯，低聚物和水。这个反应也是可逆的，因而可以通过在反应过程中除去水而使反应进行完全。直接酯化步骤不要求有催化剂，而且按惯例也不采用催化剂。如在DMT方法中那样，将单体进行缩聚生成PET。缩聚反应典型地使用锑作为催化剂，但是，钛化合物形式的钛也是值得考虑的典型催化剂。
如DeBenedictis等的美国专利6,471,906中所述的，将本发明的聚酯均聚物纺丝，拉伸，松弛，并且缠绕在筒管上。该专利通过引用结合在此，从而描述用于制造本发明纤维的合适方法。其它已知的用于松弛纤维的方法，只要该方法能够得到最低8％的松弛率，就可以被本发明所采用。
本发明预期使用聚酯均聚物。但是，还可能存在少量的其它成分，通常包含的其它成分含量不超过聚酯均聚物重量的2％，如加工助剂，例如TiO2、永久性纱线涂料，所述处理助剂将例如减小其摩擦系数，或者增加其和诸如橡胶的其它物质的粘附力，或者使其对UV更加稳定，并且不易破碎。
为了实现权利要求所述的织物的性质，重要的是需要注意：如果纱线韧度太低，则织物强度也将太低。纱线的最小韧度为约65cN/特。重要的是对聚酯纱线进行处理，使其拉伸指数大于约350。聚酯纱线的热风收缩率通常小于约6％，本发明不依赖高的织物收缩率以获得高抗扯强度。
为了使充气袋织物的透气性最小化，平面、1×1织法是优选的。根据所需的充气袋种类，使用线密度约200到约800分特的纱线。与用于侧帘(side curtain)的较低分特的纱线相比，对于更大的乘客充气袋，机织更高分特的纱线。织物用纱线中的纤丝可以是非圆形的、扁平型纤丝。典型地，纤丝的平直度是通过纵横比确定的。所述纵横比是纤丝长度和宽度的比率(圆形截面的纵横比为1.0)。纵横比越大，纱线越扁平。优选的纵横比在1.2和6之间。扁平型纤丝使得织物更加不透气。但是存在实际限制，在于：纵横比超过约6的纤丝不产生任何显著改善，并且更加难以机织。纵横比小于约1.2的纤丝相对于圆形纤丝没有任何显著改善。
可以用氯丁橡胶、氯丁二烯、聚氨酯、硅氧烷或其它有机涂料来涂覆织物，以降低透气性，并且作为绝缘罩，特别是在驾驶员侧的充气袋中。
具体实施方式
测试方法
纱线物理性质
ASTM D885-02：韧度和伸长率，使用254cm计量长度和120％应变速率。在177℃下测量自由收缩率(无负荷)30分钟。线密度(分特)是使用测试方法D1907的选项1测量的。
拉伸指数是韧度和断裂伸长率平方根的乘积。
织物条物理性质
ASTM D5035-95
织物抓样性质
ASTM D5034-95
织物舌形试样撕破
ASTM D2261-96
织物梯形试样撕破
ASTMD5587-96
织物透气性
静态透气性是按照ASTM D737-96，使用125Pa压差测量的。动态透气性是按照ASTM D6476-02测量的。
纱线特性粘度(IV)
3％聚酯的邻氯苯酚溶液的相对粘度(RV)是用乌氏粘度计在25℃下测量的。特性粘度(IV)由如下关系式计算：
RV＝1+IV×C+0.305×IV2×C2+1.85×10-5×exp(4.5*IV)×C4
其中C是gm/100ml形式的溶液浓度。
实施例1-3
将含有0.08％TiO2的聚酯聚合物通过常规的纺丝拉伸机纺丝并拉伸，得到IV为0.89的纱线。处理条件列于表1中。
表1
  实施例   拉伸速度(米/分钟)   拉伸比   松弛比(％)
  1   3705   5.56   93
  2   3000   6.18   12.0
  3   3000   6.18   15.5
这些实施例以及商用聚酯纱线(KoSa T781)和两种商用尼龙纱线(DuPont T725和T743)的纱线的物理性质列于表2中。
表2
样品 分特   韧度(cN/特)   伸长率(％) 拉伸指数   热风收缩(％)
  聚酯T781   493   78.6   13.2   285   7.25
  实施例1   489   69.8   18.8   303   4.25
  实施例2   493   71.9   23.6   349   3.00
  实施例3   487   67.5   28.4   360   2.75
  尼龙T725   463   76.8   23.0   368   5.35
  尼龙T743   467   84.7   20.0   379   5.50
这些纱线是以48×43经纱/英寸(18.9×16.9经纱/cm)和织物重量为176g/m2的平织方式机织的。T743的织物重量略高一些，为183g/m2。将织物擦洗，并且测量它们的物理性质，结果列于表3中。
表3
样品 方向   布条强度(N)   布条伸长率(％)   抓样强度(N)   抓样伸长率(％)   梯形试样撕破力(N)   舌形试样撕破力(N)
  聚酯T781   经纱纬纱   14111263   29.625.7   15981573   29.526.7   391387   116119
  实施例1   经纱纬纱   11741161   30.730.8   15921618   34.134.6   456418   135130
  实施例2   经纱纬纱   11871245   36.837.3   16171733   41.842.0   553545   152131
  实施例3   经纱纬纱   11561116   45.743.4   17071642   48.949.4   589518   151139
  尼龙T725   经纱纬纱   13381210   42.637.6   18631686   46.342.9   560464   119123
  尼龙T743   经纱纬纱   17301536   37.532.3   22821890   43.034.2   423329   143138
尽管实施例的纱线韧度减小了(表2)，但是织物抓样强度(表3)却高于商用T781聚酯织物。更加惊奇的是如下事实，关键撕破性质(梯形试样和舌形试样强度)和尼龙对照物匹配，并且在实施例3的情况下，超过了尼龙对照物。
标准化至织物单位重量的撕破性质列于表4中。
表4
  样品   方向   梯形试样撕破(N/g/m<sup>2</sup>)   舌形试样撕破(N/g/m<sup>2</sup>)
  聚酯T781   经纱纬纱   2.222.20   0.660.68
  实施例1   经纱纬纱   2.592.37   0.770.74
  实施例2   经纱纬纱   3.143.10   0.860.75
  实施例3   经纱纬纱   3.352.94   0.860.79
  尼龙T725   经纱纬纱   3.182.64   0.670.70
  尼龙T743   经纱纬纱   2.321.80   0.780.75
将聚酯T781、实施例3和尼龙T743织物涂覆上硅氧橡胶(40g/m2)。涂覆织物的物理性质列于表5中。
表5
样品   重量(g/m<sup>2</sup>) 方向   抓样强度(N)   抓样伸长率(％)   舌形试样撕破力(N)   舌形试样撕破(N/g/m<sup>2</sup>)
  聚酯T781 221   经纱纬纱   19292058   27.332.1   251259   1.131.17
实施例3 210   经纱纬纱   18901792   32.038.0   293316   1.391.50
  尼龙T743 214   经纱纬纱   22412116   33.749.2   263227   1.231.06
即使在涂覆之后，本发明实施例3的织物也显示出优于尼龙和现有聚酯织物的撕破性质。
实施例4-7
如实施例1-3那样制造具有不同纤丝数和截面的更高分特的纱线(720分特)。纵横比是纤丝长度和宽度的比率(圆形截面的纵横比为1.0)。通过使用矩形喷丝头获得卵形截面。处理条件列于表6中。
表6
实施例 纤丝数 纵横比   拉伸速度(米/分钟) 拉伸比   松弛比(％)
  4   140   1.0   3000   5.95   12.5
  5   192   1.0   3650   5.62   12.75
  6   200   1.8   3218   5.55   13.0
  7   200   1.8   4265   4.80   13.0
物理性质列于表7中。
表7
实施例 分特   韧度(cN/特)   伸长率(％) 拉伸指数   热风收缩(％)
  4   720   69.9   28.1   371   2.5
  5   728   69.9   26.6   360   3.0
  6   722   74.0   27.5   388   3.5
  7   720   68.1   22.9   325   4.0
将这些纱线以平织方式机织成商用充气袋织物。织物4、5和6使用实施例4的纱线作为经纱，使用实施例4、5和6的纱线作为纬纱。织物7的经纱和纬纱均使用实施例7的纱线。织物性质、与已制定的尼龙织物规格的比较列于表8中。
表8
测试 单位   尼龙最小/最大 织物4 织物5 织物6 织物7
  构造：经纱纬纱   实施例4实施例4   实施例4实施例5   实施例4实施例6   实施例7实施例7
  织物单位重量   g/m<sup>2</sup>   220/270   238   241   246   262
  构造：经纱纬纱   线/dm   152/168152/168   165157   161157   164161   165161
拉伸条强度：经纱纬纱 N   22242224   38123432   38143411   37683464   23352482
  拉伸条伸长率：经纱纬纱 ％   25/5525/55   3041   3037   3235.5   3243.5
  抓样拉伸强度：经纱纬纱 N   22242224   27902860   27442526   27362655   --
抓样伸长率：经纱纬纱 ％   25/5525/55   3850   4047   3951   --
舌形试样撕破强力：经纱纬纱 N   200200   219217   230237   230216   228231
  舌形试样撕破强度：经纱纬纱   N/g/m<sup>2</sup>   0.740.74   0.920.91   0.950.98   0.930.88   0.870.88
  静态透气率   l/dm<sup>2</sup>/分钟   0/10   30   22.5   10   5.7
  动态透气率   mm/秒   300/700   1490   1310   670   515
这些织物实施例显示：根据本发明制造的聚酯纱线通常满足为尼龙织物而制定的充气袋规格。用更高分特/纤丝纬纱(实施例5)以及用卵形截面纬纱(实施例6)和720分特140纤丝经纱制成的织物都保持了它们的优良的舌形试样撕破强度，同时降低了织物的透气性。由均为较低拉伸指数(325)卵形截面纱线的经纱和纬纱制成的织物(实施例7)不仅满足了撕破强度规定，而且满足静态和动态透气性规定。
实施例8
如实施例1-3那样制造较低分特、圆形截面纱线(380分特，70纤丝)，并且与KoSa的商用聚酯工业纱线T787及T781比较。在侧帘充气袋中使用较低分特纱线。处理条件列于表9中。
表9
实施例   拉伸速度(米/分钟) 拉伸比 松弛比(％)
  8   2000   6.2   20
  781型聚酯   3500   5.2   2.5
  787型聚酯   3750   5.4   13
物理性质列于表10中。
表10
实施例 分特   韧度(cN/特)   伸长率(％) 拉伸指数   热风收缩(％)
  8   378   66.2   32.5   377   2.2
  781型聚酯   378   77.7   16.1   312   6.0
  787型聚酯   378   71.5   22.6   340   3.0
将该纱线以平织法机织成商用充气袋织物。其织物性质列于下表11中。
表11
  测试   单位   实施例8   聚酯T781   聚酯T787
  织物重量   g/m<sup>2</sup>   170   160   166
  构造：经纱纬纱   线/cm   5745   5446   5951
  拉伸条强度：经纱纬纱 N   22201978   27672055   23962124
  拉伸条伸长率：经纱纬纱   ％   58.848.0   30.022.2   38.530.8
  抓样拉伸强度：经纱纬纱 N   18521650   18551243   17741427
  抓样伸长率：经纱纬纱   ％   57.543.1   31.520.6   39.529.0
  舌形试样撕破强力：经纱纬纱   N   136121   116108   109104
  舌形试样撕破强度：经纱纬纱   N/g/m<sup>2</sup>   0.800.71   0.730.68   0.660.63
  梯形试样撕破强力：经纱纬纱 N   390462   392274   407366
  梯形试样撕破强度：经纱纬纱   N/g/m<sup>2</sup>   2.292.72   2.451.71   2.452.20
实施例7的更高的拉伸指数(参见表10)再次使聚酯织物具有优于现有聚酯织物的拉伸撕破性质。
因此，很显然依照本发明，提供了完全满足上述目的、目标和优点的纱线、制造该纱线的方法以及用该纱线制成的织物。尽管本发明已经结合其具体的实施方案进行了描述，但是很显然，根据上述描述，许多替代、修改和变化对于本领域技术人员而言都是显而易见的。因此，本发明旨在将所有这样的替代、修改和变化包括在本发明的精神和宽的范围内。

Claims (18)

1. 一种改良的未涂覆聚酯纤丝平织织物，该织物由拉伸指数至少350的聚酯纱线机织而成，所述织物具有至少为0.75N/g/m2的经纱和/或纬纱舌形试样撕破强度。
2. 权利要求1所述的织物，其中所述纱线具有至少65cN/特的韧度。
3. 权利要求1所述的织物，其中所述织物具有在150到300g/m2之间的织物单位重量。
4. 权利要求1所述的织物，其中所述聚酯纱线具有在200到800分特之间的线密度。
5. 一种改良的聚酯纤丝平织织物，该织物由聚酯纱线机织而成，所述聚酯纱线具有在150到300g/m2之间的织物单位重量以及等于或比相同构造和重量的尼龙织物更好的舌形试样撕破强度。
6. 权利要求5所述的织物，其中所述织物的经纱和/或纬纱纤丝具有大于1.2的纵横比。
7. 权利要求6所述的织物，其中所述纵横比在1.2和6之间。
8. 权利要求5所述的织物，其中所述织物的纬纱截面是圆形的。
9. 权利要求5所述的织物，其中所述织物是涂覆的。
10. 权利要求9所述的织物，其中所述涂料选自氯丁二烯、氯丁橡胶、聚氨酯、硅氧烷或其它有机涂料，以降低透气性。
11. 权利要求9所述的织物，其中所述织物的所述经纱和/或纬纱纤丝具有大于1.2的纵横比。
12. 权利要求11所述的织物，其中所述织物的所述纬纱的截面是圆形的。
13. 一种改良的聚酯纤丝平织织物，该织物由聚酯纱线机织而成，所述聚酯纱线具有在150到300g/m2之间的织物单位重量以及至少为0.75N/g/m2的舌形试样撕破强度，其中所述织物的经纱和/或纬纱纤丝具有1.2和6之间的纵横比。
14. 权利要求13所述的织物，其中所述织物是涂覆的。
15. 权利要求14所述的织物，其中所述涂料选自氯丁二烯、氯丁橡胶、聚氨酯、硅氧烷或其它有机涂料，以降低透气性。
16. 一种改良的未涂覆的聚酯纤丝平织织物，该织物由拉伸指数至少350的聚酯纱线机织而成，所述织物具有至少为0.7N/g/m2的经纱和纬纱舌形试样撕破强度。
17. 权利要求16所述的机织织物，其中所述织物具有在150到300g/m2之间的织物单位重量。
18. 权利要求16所述的机织织物，其中所述聚酯纱线具有200到800分特之间的线密度。
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