CN104499147A - 聚酯织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气囊用织物及其制备方法。更具体地，本发明涉及一种包括具有高强度、高伸长率和低模量的聚酯纱线的聚酯织物、该聚酯织物的制备方法以及包括该聚酯织物的汽车用气囊，所述的聚酯织物在高湿度下经过长期的热处理后显示出优异的韧度和能量吸收性能。

Description

聚酯织物及其制备方法
本申请是分案申请，原申请的申请号是“201280027055.0”，申请日是“2012年03月30日”，发明名称为“聚酯织物及其制备方法”。
技术领域
本发明涉及一种气囊用织物及其制备方法。更特别地，本发明涉及一种包括高强度、高伸长率和低模量的聚酯纱线的聚酯织物、该聚酯织物的制备方法以及包括该聚酯织物的汽车用气囊，在高温和高湿度下经过长时间的热处理后所述的聚酯织物显示出优异的韧性和能量吸收性能。
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，其中，当行驶的汽车以大约40km/h或高于40km/h的速度正面碰撞时，通过碰撞检测传感器检测到碰撞冲击，从而使火药爆炸而向气囊垫供给气体，使气囊膨胀。
气囊用织物必须具有低透气性以在碰撞时展开、高强度以防止自身被损坏和破裂、高耐热性、高挠性以降低施加给乘坐者的冲击等。
特别是，为了使其体积最小化，用于汽车的气囊被设计成以折叠的状态安装在汽车的方向盘、窗玻璃或侧面结构中，并当气体发生器等工作时能膨胀并展开。
因此，为了有效地保持气囊安装在汽车内时气囊的折叠和封装性能、防止气囊本身被损坏和破裂、显示出气囊垫优异的展开性能、并使施加给乘坐者的冲击最小化，重要的是气囊用织物具有优异的机械性能、优异的折叠性和高挠性以减小施加给乘坐者的冲击。然而，还没有提出过为了乘坐者的安全能保持优异的阻气效果和挠性、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用织物。
通常，已经将聚酰胺纤维例如尼龙66等用作用于气囊的纱线的原料。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.Hei 04-214437提出了使用聚酯纤维用于减少上述缺陷。然而，当使用现有的聚酯纱线制备气囊时，由于硬挺度高难以将气囊放入汽车内的狭窄空间中，由于弹性高和伸长率低，气囊在高温热处理期间过度热收缩，以及在高温的苛刻条件下气囊很难保持足够的机械性能和展开性能。
因此，需要开发一种气囊用织物，该织物保持优异的机械性质和阻气效果从而适用于汽车气囊的织物，具有挠性以降低向乘坐者施加的冲击，耐储性，并在高温和高湿度的苛刻条件下长期保持优异的机械性能，这是因为气囊垫要长时间储存在汽车内。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种聚酯织物，所述的聚酯织物具有优异的机械性能、挠性和耐储性，从而用于气囊用织物，并且所述的聚酯织物在高温和高湿度的苛刻条件下能长期保持足够的性能。
本发明的另一目的是提供一种制备所述聚酯织物的方法。
本发明的又一个目的是提供一种包括所述聚酯织物的汽车用气囊。
技术方案
本发明提供一种聚酯织物，所述聚酯织物包括细度为300到700旦尼尔的聚酯纱线，所述织物具有300到700旦尼尔的细度和由下面公式1所定义的3.2kJ/m3以上的韧度：
[公式1]
其中，F表示当聚酯织物的长度增加dl时所施加的载荷。
进一步的，本发明提供了一种制备气囊用聚酯织物的方法，包括如下步骤：编织细度为300至700旦尼尔的聚酯纱线以形成气囊用坯布；精炼(scouring)所编织的气囊用坯布；和对精炼后的坯布进行拉幅。
进一步的，本发明提供了一种汽车用气囊，包括所述的气囊用聚酯织物。
在下文中，将更详细地描述根据本发明的具体实施方案的聚酯织物、其制备方法、以及包括所述聚酯织物的汽车用气囊。然而，列出这些实施方案是用于举例说明本发明，本发明的范围并不局限于此。对于本领域技术人员显而易见的是在本发明的范围内可以进行各种改变和变化。
此外，在整个说明书中只要没有特别描述，“包括”或“包含”意指包括任意组分(或成分)而没有特别限制，并且不排除加入其它组分(或成分)。
在本发明中，术语“气囊用织物”是指在制备汽车用气囊中使用的织物或无纺布。通常使用的气囊用织物包括用剑杆织机或喷气织机织造的尼龙66的平纺布或尼龙66的无纺布。然而，在本发明的气囊用织物中使用一种聚酯纱线，并且该聚酯纱线具有基本性能如形状稳定性、韧度、透气性、硬挺度等优异的特征。
然而，为了使用聚酯纱线作为气囊用纱线以取代聚酰胺纤维如尼龙66等，需要克服由于聚酯纱线具有高模量和硬挺度使其折叠性变差，由于聚酯纱线的熔融热容低在长时间高温和高湿度的热处理条件下其物理性能变差，以及由此使展开性能变差的问题。
与尼龙相比，由于聚酯特定的分子结构使其显示出更高的硬挺度并由此具有高模量的特征。因此，在折叠到汽车内的气囊用织物中使用聚酯纱线导致封装性能急剧恶化。而且，在高温和高湿度的条件下，聚酯分子链中的羧端基(下文中，称作“CEG”)进攻酯键使分子链断开，随着老化的进程各种性能变差。
因此，通过使用高强度、高伸长率、低模量的聚酯纱线，本发明可以改善气囊用织物的物理性能，使其物理性能例如纱线的细度和织物的抗撕强度和接缝强度都最优化，由此显著地降低了硬挺度并保持了良好的机械性能和气密性。
根据一系列的试验结果，本发明人已经发现当将具有确定特征的聚酯织物用于制备气囊垫时，折叠性、形状稳定性和气密效果都得到提高，因此，当被用作气囊用织物并被封装到汽车中时，该聚酯织物的优异的封装性能得到保持，在高温和高湿度的苛刻条件下优异的机械性能、阻气效果、气密性等也都可以得到保持。
根据本发明的一个实施方案，本发明提供了一种具有确定特征的聚酯织物。该聚酯织物，即气囊用聚酯织物可以包括一种细度为300到700旦尼尔的聚酯纱线，所述织物可以具有优异的韧度。
本发明人的试验结果表明比常规的聚酯纱线具有更高的强度、更高的伸长率和更低模量的聚酯纱线用于优化织物的抗撕强度和接缝强度，因而提供了一种能够有效吸收并承受高温和高压气体的能量的气囊用织物。特别是，本发明的织物可以包括具有低细度和高强度的聚酯纱线，并且该聚酯纱线的细度可以是300至700旦尼尔。
为了有效吸收气囊展开时瞬时产生的冲击能量，本发明同时将构成织物的纱线的细度、抗撕强度和接缝强度都控制在最佳范围内，由此提高了最终织造的织物的机械性能和折叠性。优化抗撕强度和接缝强度是必要的以便于织物在初期就能安全吸收气囊内化学物质一旦爆炸瞬时喷射出的气体的冲击能量，轻易地展开并确保良好的折叠性。
此处，由于高温和高压气体使之快速膨胀，因此本发明的聚酯织物需要具有优异的抗撕强度。虽然优选织物的抗撕强度保持尽可能高，但是，当织物的抗撕强度过度增加时，织物的耐边缘梳化性(edge comb resistance)变低，并且其阻气效果快速变差。
同样的，当织物的抗撕强度保持在20kgf或大于20kgf，同时织物的接缝强度保持在670N或大于670N时，也就是说，当织物具有较高的抗撕强度和较高的接缝强度同时具有较高的韧度时，气囊用聚酯织物能够在气囊展开时确保充分的能量吸收性能。当织物的抗撕强度和接缝强度都没有保持在上述最小值之上时，在实际汽车碰撞中当气囊展开时，聚酯织物被撕裂并且缝合处的接缝拉紧，这样不能有效保护乘坐者，因此会严重伤害乘坐者。
特别是，本发明的气囊用聚酯织物可以具有3.2kJ/m3或多于3.2kJ/m3，或3.2kJ/m3至6.5kJ/m3的韧度，由下列公式1定义：
[公式1]
其中，F表示当聚酯织物的长度增加dl时所施加的载荷，以及
dl表示聚酯织物增加的长度。
本发明的聚酯织物比常规的织物具有更高的韧度(断裂功)，因此能够有效地吸收并承受高温和高压气体的能量。在这一点上，将术语“韧度”定义为在拉力下织物在断裂前能够吸收的能量的量，如在上述公式1中所定义的，并意味着该织物对瞬时冲击的抗性。当织物的长度在F载荷下从1增加到1+dl时，所做的功是F·dl，断裂织物所需要的韧度通过上述公式1给出。换句话说，所述韧度通过纱线和织物的强度-伸长率曲线下方的面积给出(参见图1)。随着织物中所使用的纱线的强度和伸长率的增加，织物显示出更高的韧度。特别是，具有较低韧度的气囊用织物易于断裂，这是因为在气囊展开过程中，韧度低导致织物对来自高温和高压条件下的气体发生器的瞬间展开冲击的抗性变低。因此，例如，韧度低于3.2kJ/m3的本发明的织物不适于用作气囊用织物。
如上所述，高强度、高伸长率和低模量的纱线用于确保优异的耐边缘梳化性，从而同时提高最终织物的机械性能、在高温和高压气体下的能量吸收性能、折叠性。特别是，根据本发明的聚酯织物的耐边缘梳化性可以是280N或多于280N，或280N至1,100N，这是按照ASTM D 6479(美国材料与试验协会的标准)的方法在室温下(25℃)测量的。进一步的，根据本发明的聚酯织物的耐边缘梳化性可以是240N或多于240N，或240N至1,000N，这是在90℃测量的。在这一点上，如果在室温(25℃)和90℃测量的聚酯织物的耐边缘梳化性分别少于280N和少于240N，则在气囊展开过程中会发生沿着气囊垫的接缝线的强度突然变差，在气囊展开中由于出现针孔和线缝皱缩使得织物易于发生不希望的断裂。
在这种情况下，本发明的聚酯织物的经线密度和纬线密度，即，本发明的聚酯织物的经线编织密度和纬线编织密度都可以是36至65。就使气囊用聚酯织物确保韧度和耐边缘梳化性而言，聚酯织物的经线密度和纬线密度都可以是36或多于36，而就提高织物的折叠性并降低其抗撕强度而言，聚酯织物的经线密度和纬线密度都可以是65或少于65。
同时，非常重要的是使聚酯织物对由高压气体产生的张力的伸长最小化以提高聚酯织物的气密性，并使聚酯织物对高温和高压废气的能量吸收性能最大化以便在气囊工作时确保气囊足够的机械性能。因此，将织物织造并加工成具有1,800到2,460范围内的由下面公式2表示的覆盖系数(CF)，由此提高气囊展开时聚酯织物的气密性和能量吸收性能。
[公式2]
覆盖系数(CF)
这里，当织物的覆盖系数(CF)少于1,800时，问题在于空气膨胀期间易于使空气排放到外面，而当其覆盖系数(CF)多于2,460时，问题在于当气囊安装在汽车内时，气囊垫的耐储性和折叠性都可能显著变差。
按照ASTM D 1776(美国材料与试验协会的标准)的方法测量的本发明的聚酯织物的经向收缩率和纬向收缩率都可以是1.0％或少于1.0％，优选0.8％或少于0.8％。这里，就织物的形状稳定性而言，最优选的是聚酯织物的经向收缩率和纬向收缩率分别不能超过1.0％。
如上所述，当聚酯织物是由具有高强度和低模量的聚酯纱线制得时，织物的韧度和抗撕强度能够得到保持，同时其硬挺度可以显著降低。按照ASTMD 4032(美国材料与试验协会的标准)的方法测量的气囊用织物的硬挺度可以是2.0kgf或少于2.0kgf，或0.3至2.0kgf。同样的，由于与常规的聚酯织物的硬挺度相比，本发明的织物的硬挺度显著降低，因此当将气囊安装到汽车内时，本发明的气囊用织物可以显示出优异的折叠性、挠性和耐储性。
为了将该聚酯织物用于气囊，优选将本发明的聚酯织物的硬挺度保持在上述范围内。当其硬挺度过低时，在气囊膨胀和展开时，气囊不能表现出足够的保护和支撑功能，甚至当气囊安装在汽车内时，气囊的形状稳定性变差从而使其耐储性变差。进一步的，当聚酯织物变得过硬时，气囊不能容易地折叠起来。因此，为了防止气囊的耐储性变差并防止聚酯织物变色，优选其硬挺度是2.0kgf或少于2.0kgf。特别是，优选当聚酯纱线的细度是460旦尼尔或少于460旦尼尔时，其硬挺度是0.8kgf或少于0.8kgf，而当聚酯纱线的细度是550旦尼尔或多于550旦尼尔时，其硬挺度是2.0kgf或少于2.0kgf。
当△P是125Pa时，按照ASTM D 737方法(美国材料与试验协会的标准)测量的聚酯织物(未涂层织物)的静态空气渗透率可以是10.0cfm或少于10.0cfm，或0.3至10.0cfm，优选8.0cfm或少于8.0cfm，或0.3至8.0cfm，并且更优选5.0cfm或少于5.0cfm，或0.3至5.0cfm，而当△P是500Pa时可以是14cfm或少于14cfm，或4至14cfm，并且优选12cfm或少于12cfm，或4至12cfm。进一步的，按照ASTM D 6476方法(美国材料与试验协会的标准)测量的动态空气渗透率可以是1,700mm/s或少于1,700mm/s，优选1,600mm/s或少于1,600mm/s，或200至1,600mm/s，并且更优选1,400mm/s或少于1,400mm/s，或400至1,400mm/s。在这种情况下，术语“静态空气渗透率”是指当对织物施加预先设定的压力时渗透进入气囊用织物的空气的量。当纱线的单丝细度(每根单丝的旦尼尔数)小并且织物的密度低时，聚酯织物的静态空气渗透率可能变低。进一步的，术语“动态空气渗透率”是指当对织物施加30-70kPa的平均瞬时压差时，渗透进入织物的空气的量。如同静态空气渗透率，当纱线的单丝细度小并且织物的密度高时，织物的动态空气渗透率可能变低。
特别地，通过将橡胶涂层涂布到聚酯织物上能够显著降低聚酯织物的空气渗透率，在这种情况下，其空气渗透率大约是0cfm。但是，当将本发明的气囊用涂层织物用橡胶涂布了时，当△P是125Pa时，按照ASTM D 737方法(美国材料与试验协会的标准)测量的其静态空气渗透率可以是0.1cfm或少于0.1cmf，或0至0.1cfm，并且优选0.05cfm或少于0.05cfm，或0至0.05cfm，而当△P是500Pa时，其静态空气渗透率可以是0.3cfm或少于0.3cfm，或0至0.3cfm，优选0.1cfm或少于0.1cmf或0至0.1cfm。
这里，就保持气囊用织物的气密性而言，本发明的未涂层或涂层聚酯织物的静态空气渗透率超过上述静态空气渗透率范围的上限或其动态空气渗透率超过上述动态空气渗透率范围的上限都不是优选的。
优选，聚酯织物可以进一步包括涂布或层合到其表面上的橡胶涂层。橡胶可以是选自粉状硅氧烷、液体硅氧烷、聚氨酯、氯丁二烯、氯丁橡胶和乳化硅氧烷中的至少一种，并且橡胶的种类不限于此。然而，就环保和机械特征而言，优选使用液体硅氧烷涂布聚酯织物。
将橡胶涂层以每单位面积的聚酯织物上20到200g/m2，并优选20到100g/m2的用量涂布到聚酯织物上。特别是，在聚酯织物用于一片式编织(OPW)型的侧帘式气囊的情况下，涂布到其上的橡胶的用量可以是30g/m2到95g/m2，而在平纺聚酯织物用于气囊的情况下，涂布到其上的橡胶的用量可以是20g/m2至50g/m2。
进一步的，根据ISO 5981(国际标准化组织的标准)测量的本发明的聚酯织物的耐擦洗性数目可以是600次或多于600次，或600至2,500次。特别是，如果气囊用织物没有足够的耐擦洗性，当气囊垫在高温和高湿度的环境条件下储存在汽车模块里的时候，在由于实际的汽车碰撞气囊展开时，涂层容易脱落，因此气囊垫不能承受高温和高压气体发生器气体的压力。本发明的聚酯织物优选不使用尼龙66所用的常规的液体硅氧烷涂料试剂，而是使用适于气囊用聚酯织物的液体硅氧烷涂料试剂，由此满足优异的耐擦洗性。
可用于本发明的聚酯织物中的液体硅氧烷涂料试剂还可以包括助粘剂和交联剂以便于控制基底硅氧烷聚合物的粘度并增强聚酯织物和硅氧烷试剂之间的粘合。在这方面，基于100重量份的总的涂料试剂，可以包括约0.2至8.0重量份，优选0.5至7.5重量份的助粘剂。可以包括约0.2至8.0重量份，优选0.5至7.5重量份的交联剂。作为助粘剂，可以使用1,3,5-三(三甲氧基甲硅烷基丙基)异氰酸酯或3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷等。作为交联剂，可以使用具有两个或更多个反应性硅烷(silicon hydride)的硅氧烷交联剂。进一步的，液体硅氧烷涂料试剂的粘度可以是30,000到350,000mPa·s，优选35,000到330,000mPa·s，这是在室温下(25℃)测得的。
涂层织物需要足够的耐擦洗性以便在将该聚酯织物应用到气囊垫上时确保优异的耐储性和折叠性，并承受气囊垫展开时高温和高压气体发生器气体和发生的剧烈摩擦。特别是，在气囊垫长时间储存在汽车中时，如果随着时间流逝涂层易于从气囊垫的表面上脱落，织物会被严重损坏，因而无法确保汽车乘坐者的安全。
同时，根据本发明的另一个实施方案，本发明提供了通过使用具有限定特征的聚酯纱线制备的聚酯织物。在气囊用聚酯织物中使用的聚酯纱线应当保持低细度和高强度，并因此可具有300至700旦尼尔的细度。
特别是，在本发明中，可以将其它的封端剂、抗氧化剂或抗水解剂等应用到聚酯聚合物切片上，以开发具有高强度、高伸长率和低模量特征并在长时间的高温和高湿度的条件下物理性能不变差仍保持优异物理性能的聚酯纱线，而不是常规的具有高强度、低伸长率和高模量的聚酯纱线。同样地，可以使用进一步包括其它的封端剂、抗氧化剂和抗水解剂的聚酯纱线。当将这样的聚酯纱线应用于气囊产品(垫/织物)时，本发明可以提供一种气囊用聚酯织物，在实际的汽车碰撞过程中当气囊展开时，该聚酯织物具有优异的吸收高温和高压气体发生器气体能量的性能，并且当气囊垫长时间储存在高温和高湿度的条件下时，该聚酯织物具有优异的形状稳定性和韧度并且织物的物理性能没有变差。
可以将比现有已知的聚酯纱线具有更高的特性粘度，例如0.8dl/g或多于0.8dl/g，或0.8dl/g至1.3dl/g的纱线用于本发明的织物中。优选使用具有上述范围内特性粘度的聚酯纱线，使得气囊用织物在长时间的高温热处理条件下保持优异的物理性能。
当纱线的特性粘度是0.8dl/g或多于0.8dl/g时，由于特性粘度高，因此聚酯聚合物的分子量增大从而即使在低拉伸比下也能获得高强度的气囊用纱线，因此满足了气囊用织物所需要的高强度，否则，高强度的物理性能应当在高拉伸比下获得。同样的，当应用高拉伸比时，其取向度增加使得纱线可以具有高模量，由此难以获得优异的织物折叠性。因此，优选将纱线的特性粘度保持在0.8dl/g或多于0.8dl/g以在低拉伸比下实现低模量。进一步的，当纱线的特性粘度多于1.3dl/g时，在伸长过程中张力增加，由此造成加工问题，因此更优选其粘度是1.3dl/g或少于1.3dl/g。当本发明的聚酯纱线保持如此高的特性粘度时，向气囊用织物提供低拉伸比下的低硬挺度，并提供优良的机械性能，例如足够的抗冲击性、韧度、抗撕强度和接缝强度。
同时，与已知的聚酯聚合物的生产方法不同，为了防止甚至在长时间的高温热处理后物理性能如抗撕强度或接缝强度等变差，可以进一步包括封端剂、抗水解剂或抗氧化剂等，以防止由于长时间的高温热处理造成的聚酯聚合物的主链断裂。在这方面，基于100重量份的全部的聚酯聚合物，可以包括0.1至2.0重量份，优选0.3至1.7重量份的封端剂、抗水解剂或抗氧化剂等。例如，聚酯聚合物可以包括酚醛胺类抗氧化剂，用量为200至1,500ppm的N,N′-己烷-1,6-二基双(3-(3,5-二-叔-丁基-4-羟基苯基-丙酰胺)作为主抗氧化剂，用量为0.2至1.0wt％的N,N’-三亚甲基双-(3-3,5-二-叔-丁基-4-羟基苯基)丙酰胺)作为次抗氧化剂。进一步的，可以包括用量为0.1至0.7wt％的碳二亚胺类的抗水解剂。封端剂可以是选自由下面化学式1表示的化合物中的一种或更多种，并且基于交联剂中羟基的当量，封端剂的用量是0.5至5当量。
[化学式1]
其中，X是氢、具有1-6个碳原子的脂肪族烃基、烷氧基、芳氧基或卤原子。
当聚酯纱线的伸长率是1％时，即在该点聚酯纱线延伸了1％，按照ASTMD 885(美国材料与试验协会的标准)在室温下测量的该聚酯纱线的模量(杨氏模量)可以是60至115g/de，并优选75至105g/de，而当其伸长率是2％时，即在该点聚酯纱线延伸了2％，该聚酯纱线的模量可以是50至90g/de，并优选55至88g/de。相比之下，对常规的工业用聚酯纱线，当其伸长率是1％时，在室温下测量的模量(杨氏模量)是115g/de或多于115g/de，而当其伸长率是2％时，该聚酯纱线的模量(杨氏模量)是90g/de。因此，由此可知本发明的聚酯纱线比常规的工业用聚酯纱线具有更低的模量。
在这种情况下，聚酯纱线的模量是从拉伸试验时得到的应力-形变线的弹性区域的斜率所得到的弹性系数，当拉伸聚酯纱线的两侧时，聚酯纱线的模量是与聚酯纱线的伸长-形变比对应的值。当织物的模量高时，其弹性可能变高，但是其硬挺度可能变差。当模量过低时，织物的硬挺度良好，但是其弹性回复率变低，因而使其韧性变差。同样的，由在热处理后以及在室温下具有比常规的聚酯纱线更低的初始模量的聚酯纱线制成的气囊用织物，可以克服常规聚酯织物具有高硬挺度的问题，并显示出优异的折叠性、挠性和耐储性。
在上述公式1中可以使用聚酯纱线而不是聚酯织物来确定聚酯纱线的韧度。在室温下测量的纱线的韧度可以是60至130J/m3。在本发明中，相对于常规的聚酯纤维具有高水平韧度(断裂功)的特定的聚酯纱线用于提供能够有效吸收和承受高温和高压气体的能量的气囊用织物。
因此，使用具有低初始模量和高伸长率、并优选高特性粘度的聚酯纱线可以制备一种显示出优异的机械性能、耐储性、形状稳定性、抗冲击性和阻气效果的气囊用织物。因此，当将这种聚酯纱线用于本发明的聚酯织物中时，能够获得具有优异的抗冲击性能、形状稳定性、机械性能和气密性以及低硬挺度和高折叠性、挠性和耐储性的气囊用织物。这样的聚酯织物显示出优异的机械性能、形状稳定性和阻气效果，当气囊安装在汽车中的狭窄空间时提供给气囊优异的折叠性和耐储性，并使得气囊具有高挠性以使向乘坐者施加的冲击最小化，从而安全地保护乘坐者。因此，该聚酯织物优选应用于气囊用织物等。
优选地，聚酯纱线在150℃至200℃下的收缩应力是0.005至0.075g/d，该温度与普通涂层织物的层叠涂布温度(laminate coating temperature)相对应。换句话说，当收缩应力在150℃和200℃都是0.005g/d或多于0.005g/d时，可以防止织物在涂层工艺中由于热量变得松弛，而当收缩应力都是0.075g/d或少于0.075g/d时，在涂层工艺后当在室温下冷却织物时织物的松弛应力降低。收缩应力是基于0.10g/d的固定载荷下所测量的值。
特别是，聚酯纱线在室温下测量的的干燥收缩率可以是1.0％或多于1.0％，或1.0％至10％，优选1.5％或多于1.5％，或1.5％至8.0％，更优选2.0％或多于2.0％，或2.0％至6.0％。如上所述，通过优化聚酯纱线的干燥收缩率，由于聚酯纱线具有高强度、高伸长率和低模量，因此优异的强度和挠性可以得到保证，由于具有优异的收缩率，因此能够有效控制织物的透气性，并且可以提高机械性能例如耐边缘梳化性。
同样的，为了防止聚酯纱线在热处理工艺如涂层工艺等中发生形变，聚酯纱线的结晶度可以是40％至55％，优选41％至52％，更优选41％至50％。当将聚酯纱线应用于气囊用织物时，聚酯纱线的结晶度必须是40％或大于40％以保持织物的热形状稳定性。当其结晶度高于55％时，由于聚酯纱线的非结晶区减少，具有织物的冲击吸收性能变差的问题。因此，优选聚酯纱线的结晶度是55％或少于55％。
进一步的，在室温下，聚酯纱线的拉伸强度可以是8.5g/d至11.0g/d，优选8.7g/d至10g/d，并且更优选9.0g/d至9.8g/d，以及断裂伸长率可以是15％至30％，优选16％至26％，并且更优选17％至25％。
在通用聚酯中，聚酯纱线优选是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纱线，并更优选是含有至少90摩尔％PET的PET纱线。特别是，在本发明的织物中可以使用特性粘度为1.05dl/g或大于1.05dl/g，或1.05至2.0dl/g的聚酯聚合物，即，用PET切片制得的聚酯纱线。优选通过使用特性粘度为1.05dl/g或多于1.05dl/g的聚酯聚合物制备聚酯纱线，以便于在室温下以及甚至在高温下经过长期的热处理后还能保持气囊用织物的优异的物理性能。进一步的，由于在纱线的制备过程中分子链的切断，因此，为了确保聚合物的热稳定性并使羧端基的量增加的最少化，使用特性粘度为2.0dl/g或少于2.0dl/g的聚酯聚合物。为了防止由于高温下长时间热处理导致的聚酯聚合物的主链被切断，可以使用包含封端剂、抗水解剂或抗氧化剂等的聚酯纱线。
在这方面，通过使用具有低羧端基(CEG)含量，优选30meq/kg或少于30meq/kg的高粘度PET聚合物来制备聚酯纱线以使其具有高强度和高伸长率的特征。
进一步的，聚酯纱线的单丝细度可以是2.5至6.8DPF。优选的，就气囊用织物的编织性能和纱线的纺纱性能而言，纱线的单丝细度是2.5DPF或多于2.5DPF，就气囊用织物的阻气效果和耐储性而言，纱线的单丝细度是6.8DPF或少于6.8DPF。当纱线的单丝数目很大时，聚酯纱线的触感变得柔软，但是当其单丝数目过大时，其可纺性变差。因此，优选其单丝的数目是96至160。
如上所述，因为本发明的聚酯织物是通过使用特性粘度、耐热性、初始模量和伸长率都在最佳范围内的聚酯纱线制备的，因此在被制成气囊用织物时，本发明的聚酯织物显示出优异的性能。
在制备本发明的织物中使用的聚酯纱线可以通过如下方法来制备：包括对PET聚合物进行熔融纺丝以制备未拉伸的纱线和拉伸该未拉伸的纱线的步骤。在制备纱线的工艺中，各个步骤的具体条件或过程都直接和间接反映在聚酯纱线的物理性能中，因此，能够制备可以有效用于本发明的气囊用织物的聚酯纱线。
根据一个更优选的实施方案，具有高强度、高伸长率和低模量的聚酯纱线可以通过包括下列步骤的方法得到制备：在270至320℃的低温下对含有90mol％或多于90mol％的聚对苯二甲酸乙二酯且特性粘度为1.05dl/g或多于1.05dl/g的高粘度聚合物进行熔融纺丝以形成聚酯未拉伸纱线；和以4.8至6.7的拉伸比拉伸该未拉伸的聚酯纱线。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，其中所述的熔融纺丝工艺最大程度地抑制了特性粘度的降低和纤维中CEG含量的增大，从而保持纱线的良好的机械性能并确保高伸长率。而且，随后的拉伸工艺，涉及以4.8至6.7的最佳拉伸比进行拉伸，可以最大程度地抑制伸长率的降低，由此制备具有高强度、高伸长率和低模量的聚酯纱线，该纱线能够有效用于气囊用织物的制备。
在这方面，在熔融纺丝工艺中更高的温度例如高于320℃会不理想地导致PET聚合物较大程度地热降解，加剧特性粘度的降低和CEG含量的升高，增加分子取向从而加速了伸长率的降低和模量的增加，并导致纱线表面损坏从而使纱线的整体性能变差。在拉伸工艺中拉伸比过高例如大于6.7导致过度拉伸，因而伴有拉伸纱线断裂或割断，因此得到的聚酯纱线没有满意的性能以便用于气囊用织物。进一步的，在拉伸工艺中相对低的拉伸比导致织物的取向度低并因此部分降低了所得到的聚酯纱线的强度。因此，拉伸工艺优选以4.8或多于4.8的拉伸比进行，制备适于使用在气囊用织物中的具有高强度、高伸长率和低模量的聚酯纱线。
同时，为了以高拉伸比制备具有高强度、高伸长率和低模量的聚酯纱线，可以在优化的如松弛率等的条件下进行随后的工艺。在这方面，松弛率可以是16％或少于16％，或1％至16％，优选10％或少于10％，或1％至10％，并且更加优选7％或少于7％，或1.1％至7％。其松弛率的下限可以在聚酯纱线的收缩可以得到充分显示的范围内进行选择。例如，其下限可以是1％或多于1％。在这种情况下，当其松弛率过小时，例如小于1％，由于形成了高纤维取向，与高拉伸比条件的情况相似，因此难以制备高伸长率和低模量的聚酯纱线。进一步的，当其松弛率多于16％时，由于纱线在导丝辊上剧烈摇晃，因此很难确保加工性。
这样的工艺优化导致制备的气囊用聚酯纱线具有低初始模量、高强度和高伸长率。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，其中在高湿度下CEG作为酸使聚酯纱线的分子链断开。得到的聚酯纱线具有低初始模量和高伸长率，因此，可以优选用于在机械性能、耐储性、形状稳定性、韧度、抗冲击性和阻气效果方面都优异的气囊用织物。
根据本发明的另一个实施方案，本发明提供了使用所述聚酯纱线制备气囊用织物的方法。根据本发明的制备气囊用织物的方法可以包括下列步骤：编织细度为300至700旦尼尔的聚酯纱线以形成气囊用坯布；精炼所述气囊用坯布；并热固定所精炼的坯布。
在本发明中，通过常规的编织、精炼和拉幅工艺可以使聚酯纱线形成最终的气囊用织物。在这种情况下，对织物的编织形状没有特别限制。优选的，聚酯织物可以是平纺型织物或一片式编织(OPW)型织物。
特别是，可以使用聚酯纱线作为经线和纬线通过进行整经、编织、精炼以及热固定工艺制备本发明的气囊用织物。所述织物可以使用通用的织造机制备，并且不限制所述织造机的种类。然而，可以使用剑杆织机、喷气织机或喷水织布机等制备平纺型织物，而使用提花织机制备OPW型织物。
然而，在本发明中，使用比常规聚酯纱线具有更高强度、更高伸长率和更低收缩率的聚酯纱线，以便热处理工艺可以在高于常规聚酯纱线的温度下进行。也就是说，在本发明中，使织造的坯布进行精炼和热固定工艺。为了使气囊用织物具有优异的物理性能，并且，即使在高温下经过长时间热处理后仍能保持织物的物理性能，优选在热固定工艺中使销式设备的超喂(OF)保持在1.5-6.0％，并且使热固定工艺连续进行两次或三次。使用橡胶组分对该热固定的织物进行涂布、干燥、然后在140至210℃的硫化温度下固化。就保持织物的机械性能如抗撕强度而言，硫化温度必须是140℃或高于140℃，而就硬挺度而言，硫化温度是210℃或低于210℃。特别地，即使在高温下经过长时间热处理后，热处理工艺可以通过多个步骤进行以保持优异的物理性能。例如，在150至170℃下进行第一热处理，在170至190℃下进行第二热处理，然后在190至210℃下进行第三热处理。
同样地，当本发明的聚酯织物是通过高温热处理来制备时，由于聚酯纱线本身优化的收缩率，使得该织物的形状稳定性、阻气效果、硬挺度和抗撕强度都改善了很多。
进一步的，在上述硫化温度下，固化工艺可以进行30至120秒，优选35至100秒，并且最优选40至90秒。这里，当固化时间少于30秒时，问题在于由于橡胶使涂层不能有效固化，使得织物的机械性能变差，并导致涂层从织物上脱落。进一步的，当固化时间多于120秒时，问题在于最终制备的织物的硬挺度和厚度都增加，因而使得其折叠性变差。
如上所述，本发明的气囊用织物的一面或两面都可以用橡胶涂布，并且可以通过刮涂法(knife coating method)、刮刀法(doctor blade method)或喷涂法形成橡胶涂层。但是，涂布方法不局限到此。
以这种方式涂布的气囊用织物可以通过切割和缝制工艺形成气囊垫。对气囊的形状没有特别限制并可以制成任何正常的形状。
同时，本发明的另一个实施方案提供了一种汽车用气囊，该气囊包括上述聚酯织物。进一步的，本发明提供了一种包括所述气囊的气囊系统。该气囊系统可以配有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或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，对除了上述的内容外其他事项没有特别的限制，因为可以根据情况进行增加或删减。
有益效果
根据本发明，提供了一种在气囊展开时显示出优异能量吸收性能等的聚酯织物，和使用该聚酯织物得到的汽车用气囊。
所述的聚酯织物通过使用具有低模量、高强度和高伸长率的聚酯纱线得到制备，因此(即使在经过高温热处理后)使得该织物的热收缩最小化，并且该织物可以显示出优异的折叠性和挠性以及优异的形状稳定性、机械性能和阻气效果。当安装在汽车中时，可以显著提高耐储性并且使施加给乘坐者的冲击最小化，由此安全保护乘坐者。
特别是，即使在高温和高湿度下经过长时间热处理后，上述气囊用织物和由此制备的气囊垫还能够将机械性能，如抗撕强度或接缝强度等保持在优异的水平。因此，优越性在于在汽车碰撞中当气囊垫展开时，实际储存在高温和高湿度的苛刻条件下的气囊能够安全保护乘坐者。
因此，本发明的聚酯织物能够优选用于制备汽车用气囊。
附图说明
图1显示了普通织物的强度-伸长率曲线的一个实例，其中将强度-伸长率曲线下方的面积定义为韧度(断裂功J/m3)；和
图2是显示根据国际标准化组织ISO5981的耐擦洗性测量装置的示意图。
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，并且本发明不受下列实施例的限制。
实施例1-5
在306-312℃的纺丝温度下以6.10的拉伸比，通过熔融纺丝机将特性粘度为1.18-1.83dl/g的PET切片一步加工成聚酯纱线。通过剑杆织机将该纱线编织成气囊用坯布，并对该坯布进行精炼。然后，在约4.5％的OF下连续进行三次热处理过程以制备气囊用织物。通过辊衬刀涂法(knife over-roll coating method)使用液体硅橡胶(LSR)树脂涂布所得到的织物以制备硅橡胶涂布的织物。
液体硅氧烷涂料试剂在室温(25℃)下测定的粘度为55,000mPa·s，并且基于100重量份的总的涂料试剂，总的涂料试剂连同硅橡胶(LSR)树脂包括0.65wt％的1,3,5-三(三甲氧基甲硅烷基丙基)异氰酸酯作为助粘剂和0.65wt％的具有两个或更多个反应性硅烷的硅氧烷交联剂作为交联剂。
在这点上，在下面的表1中给出了所述聚酯纱线的物理性能，例如特性粘度、韧度、在1％和2％伸长率下的模量、拉伸强度、断裂伸长率或干燥收缩率等。纱线的物理性能是在室温下(25℃x65％RH)测量的。
下面表1中也给出了经线和纬线编织密度、编织类型、热处理温度、橡胶组分和树脂涂布量，其他的条件与制备气囊用聚酯织物的通用条件一致。
[表1]
通过使用实施例5的聚酯织物，尽管将气囊垫长时间储存在汽车中，但是在汽车碰撞中展开时，气囊垫缝合处的接缝没有拉紧并且织物不会撕裂，因此能够安全保护乘坐者免于撞击。
同时，当使用比较例5的聚酯织物制备的气囊垫长时间储存在汽车内，然后在汽车碰撞中展开时，由于高温和高压气体发生器气体，织物易撕裂并且缝合处断裂，因此不能安全地保护乘坐者。
进一步的，按照下面的方法测量了实施例1-5中制备的聚酯织物的各种物理性能，并下面的表2中给出所测量的物理性能。
(a)拉伸强度和拉伸伸长率
将涂层和未涂层聚酯织物切成测试样品，根据ISO 13934-1方法(国际标准化组织的标准)，将该测试样品夹在拉伸强度测量仪的下夹钳中，而将上夹钳向上移动，以测量气囊织物样品断裂时的拉伸强度和拉伸伸长率。
(b)织物的韧度
按照下面公式1计算韧度(J/m3)：
[公式1]
其中，F表示当所述聚酯织物的长度增加了dl时所施加的载荷，以及
dl表示所述聚酯织物增加的长度。
在这种情况下，在涂布工艺前测量未涂层织物的织物韧度。
(c)耐边缘梳化性
按照ASTM D 6479方法(美国材料与试验协会的标准)，在涂布工艺前在室温(25℃)和90℃下测量未涂层织物的耐边缘梳化性。
(d)覆盖系数(CF)
按照下面公式2计算未涂层织物的覆盖系数：
[公式2]
覆盖系数(CF)
(e)织物的收缩率
根据ASTM D 1776(美国材料与试验协会的标准)，测量织物经向和纬向的收缩率。首先，将涂布工艺前的未涂层织物进行切割以制备经向和纬向上的长度都为20cm的试样(收缩前的长度)，然后在149℃的腔室中热处理1小时，然后测量其长度。基于所测量的长度，计算织物的经向和纬向的收缩率{(收缩前的长度－收缩后的长度)/收缩前的长度x 100％}。
(f)硬挺度
使用硬挺度测量仪，根据ASTM D 4032的步骤(循环弯曲试验方法)，评估涂布工艺前的未涂层织物的硬挺度。采用悬臂式法测量硬挺度，并且可以使用悬臂仪通过测量弯曲的聚酯织物的长度测量硬挺度，悬臂仪是以预先设定的角度倾斜以使织物弯曲的测量仪。
(g)厚度
根据ASTM D 1777(美国材料与试验协会的标准)，测量涂布工艺前的未涂层聚酯织物的厚度。
(h)耐擦洗性
根据ISO 5981(国际标准化组织的标准)，使用耐擦洗测量仪评估织物的耐擦洗性，如图2所示。
首先，切割涂层织物形成样品，将该织物测试样品压在擦洗测量仪中，对试样的两面反复擦洗进行擦洗测试。测量测试样品在涂层脱落之前的擦洗次数。
对此，通过测量在10N的压力下刷子往复的总次数评估织物的耐擦洗性。当刷子往复50次后涂层没有脱落时，表示“合格”，然后继续刷子的往复，而当涂层脱落时，表示“不合格”，然后停止刷子的往复。测量涂层脱落时刷子往复的次数。
当以这种方式测量的刷子的往复次数是600或多于600时，评价为“好”，而当其往复次数少于600时,评价为“差”。
[表2]
比较例1-5
除了下面表3中给出的条件外，以实施例1-5中的相同方式制备比较例1-5的气囊用聚酯织物。
[表3]
因此，问题在于：当使用比较例1-5的聚酯织物制造的气囊垫在高温的环境条件下长期放置在气囊模块里时，由于实际的汽车碰撞导致气囊展开时，汽车内的乘坐者的安全无法得到保证。
进一步的，比较例1-5中制备的聚酯织物的各种物理性能总结在下面的表4中。
[表4]
如表1-2所示，使用本发明的具有高强度、高伸长率和低模量的聚酯纱线制备以优化相关性质的实施例1-5的聚酯织物具有3.90至5.95kJ/m3的韧度并因此在气囊展开时显示出足以承受高温和高压气体发生器气体的优异的机械性能。进一步的，可以看到该织物在经向和纬向分别显示出0.3％至0.5％和0.3％至0.5％的非常优异的收缩率。同时，实施例1-5的聚酯织物具有0.63至1.22kgf最佳范围内的优异的硬挺度，表明它们在形状稳定性、折叠性和耐储性方面都是优异的。
特别是，因为实施例1-5的聚酯织物是使用具有高强度、高伸长率和低模量的纱线制备的，所以它们具有2,081至2,226的优异的覆盖系数，并在25℃和90℃下具有495N至630N和472N至610N的优异的耐边缘梳化性，因而极大地改善了气囊垫展开时气囊垫外接缝被拉紧的现象，以及气囊垫的气密性和能量吸收性能。
相反，如表3-4所示，使用工业用的低粘度聚酯纱线制备的比较例1-5的聚酯织物不能满足这些特征。特别是，比较例1-5的聚酯织物显示2.1至2.7kJ/m3的非常低的韧度，并且在经向和纬向分别为1.2％至1.4％和1.0％至1.2％的非常低的收缩率。当将这些具有很差机械性能的织物用于气囊中时，当气囊展开时会破裂，导致由于机械性能变差出现的问题。
进一步的，比较例1-5的织物的覆盖系数与实施例1-5的相同，但是它们在25℃和90℃分别具有215N至250N和198N至230N的非常低的耐边缘梳化性。因此，在气囊垫展开时会发生气囊垫的外接缝被拉紧的现象，造成乘坐者的安全问题。
实验实施例1
使用实施例1-5和比较例1-5中的未进行过涂层工艺的未涂层聚酯织物和进行过涂层工艺的涂层聚酯织物制备气囊垫，然后分别制备DAB(驾驶员气囊)垫组件和PAB(乘客气囊)垫组件作为汽车用气囊，如下面表5所示。在三种热处理条件下(室温：25℃x4小时，置于烘箱中；热：85℃x4小时，置于烘箱中；冷：-30℃x4小时，置于烘箱中)进行所制备的汽车用气囊的静态试验。
作为静态试验的结果，当织物没有撕裂、没有形成针孔并且织物没被碳化时，将其评定为“合格”，而当发生织物撕裂、形成针孔和织物被碳化中的至少一种情况时，将其评定为“不合格”。这里，当静态试验结果是“合格”时，能够用作气囊垫。然而，当静态试验结果是“不合格”时，不能用作气囊垫。
在下面的表5中给出了使用实施例1-5和比较例1-5的未涂层聚酯织物制备的气囊垫的静态试验结果。
[表5]
实验实施例2
针对实验实施例1的静态试验中评定为“合格”的、使用实施例1-5的未涂层聚酯织物制备的气囊垫，进一步进行上限试验。
如下面表6中所示，除了改变垫组件的类型和气体发生器压力外，以实验实施例1中的相同方式使用正面气囊进行上限试验。下面表6中给出评定结果。
[表6]
如表5和6所示，作为汽车用气囊的静态试验和上限试验的结果(所述的汽车用气囊包括使用本发明的具有特定细度的聚酯纱线制备、并且其相关性质都进行了优化的实施例1-5的聚酯织物)，其中，将每一个气囊在三种热处理条件下放置在烘箱中后，进行了静态试验，因为它们的织物都没有被撕裂，没有形成针孔，并且他们的织物没被碳化，因此可以看出所有的气囊都具有作为汽车用气囊的优异性能。
这里，静态试验是最基本的气囊展开试验，用于在最初阶段评估所设计的气囊垫，其中仅仅评估了安装在模块里的气囊垫，并且是在正常的气体发生器温度和展开压力下进行评估的。当正常完成静态试验时，随后进行上限试验。由于上限试验是在最高的气体发生器温度和展开压力下进行的，也就是说，在最苛刻的条件下(高温和高压)进行的，其中很多不能满足试验中的性能。当静态试验和上限试验都评定为“合格”时，它们能够用作气囊垫。
相反，从包括比较例1-5的聚酯织物的汽车用气囊的静态试验结果可以看出，由于在气囊展开时织物被撕裂，由于摩擦和形成针孔导致织物破裂，并且织物被碳化，所以所有的气囊垫都被评定为“不合格”。因此，在进行上限试验之前，即可以评定包括比较例1-5的聚酯织物的汽车用气囊实际上不能用作气囊。特别是，在包括比较例1、2和3的织物的DAB(驾驶员气囊)垫组件的静态试验中，每个垫子的外接缝和系带处的织物都撕裂。在比较例4和5的情况下，气体发生器入口处的织物撕裂，外接缝也被拉紧。
进一步的，从包括比较例1-5的织物的汽车用气囊的静态实验结果可以看出，织物的撕裂一般是由聚酯纱线和织物本身较低的物理性能造成的，是形成针孔、缺乏耐擦洗性以及织物碳化的原因。因此，当比较例1-5的气囊用织物实际用于汽车用气囊垫时，气囊破裂，从而使气囊的功能严重劣化。而且，由于在室温下、高温下和低温下短时间热处理后织物不能满足作为气囊垫的性能，因此当气囊垫在高温下长期保存时，在发生汽车碰撞时，无法保证乘坐者的安全。

Claims (12)

1.一种聚酯织物，包括细度为300到700旦尼尔的聚酯纱线，所述织物具有如下面公式1所定义的3.2kJ/m3以上的韧度：
[公式1]
其中，F表示当聚酯织物的长度增加dl时所施加的载荷。
2.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，根据美国材料与试验协会的标准ASTM D4032的方法测量的，所述聚酯织物的硬挺度为2.0kgf或少于2.0kgf。
3.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，根据美国材料与试验协会的标准ASTM D 6479的方法在室温下和在90℃下测量的，所述聚酯织物的抗边缘梳化性分别为300N或大于300N和280N或大于280N。
4.根据权利要求1所述的聚酯织物，所述聚酯织物包括在室温下测量的拉伸强度为8.5g/d至11.0g/d和断裂伸长率为15％至30％的聚酯纱线。
5.根据权利要求1所述的聚酯织物，所述聚酯织物包括在1％伸长率下杨氏模量为60至110g/de和在2％伸长率下杨氏模量为50至87g/de的聚酯纱线，所述杨氏模量是根据美国材料与试验协会的标准ASTM D 885的方法在室温下测量的。
6.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物的覆盖系数(CF)为1,800至2,460，所述覆盖系数由下列公式2定义：
[公式2]
7.根据权利要求1所述的聚酯织物，其中，所述聚酯织物用选自粉状硅氧烷、液体硅氧烷、聚氨酯、氯丁二烯、氯丁橡胶和乳化硅氧烷树脂中的一种或多种橡胶组分涂布。
8.根据权利要求7所述的聚酯织物，其中，每单位面积所述橡胶组分的涂布量是20至200g/m2。
9.一种制备权利要求1至8中任一项所述的聚酯织物的方法，包括下列步骤：
编织细度为300至700旦尼尔的聚酯纱线以形成气囊用坯布；
精炼所编织的气囊用坯布；和
对精炼后的坯布进行拉幅。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述拉幅步骤中热处理温度是140至210℃。
11.一种汽车用气囊，包括权利要求1至8中任一项所述的聚酯织物。
12.根据权利要求11所述的汽车用气囊，其中，所述气囊是正面气囊或侧面窗帘式气囊。
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