CN1134358C - 负荷平衡纱线和织物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了包括经纱的负荷平衡和冲击能量吸收织物。如果将所述织物用于安全带，当发生撞车时，该织物能提供大约450磅(约2000牛顿)-大约1800磅(约8000牛顿)的负荷平衡能力。所述经纱包括若干纤维，所述所有的经纱都具有大体上相同的力-位移曲线，所述纤维是由玻璃化温度为大约-40℃至大约+70℃的聚合物制成，而不是由聚对苯二甲酸丁二醇酯同聚物制成。

Description

负荷平衡纱线和织物
本发明背景
典型的车用安全带系统被设计成当车辆经历突然的、急剧减速时，能限制乘员相对该乘员在车内的乘座位置的运动。参见共同转让的US3,322,163。一个典型的安全带系统具有三个主要部分：伸缩带、躯干带、和膝带，而每一个安全带可以力-位移或应力-应变曲线为特征。位于所述力-位移或应力-应变曲线下面的部分被视为由所述安全限制所吸收的能量。
现有的车辆安全带是由充分拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)纤维制成，这种纤维可部分放松(2.7％)，其韧度为至少7.5克/旦，断裂伸长量为14％。不过，现有的PET纤维安全带存在着问题。撞车研究表明，在起始的车辆碰撞发生之后，例如(速度大约为35英里/小时)，乘员偏向于由其乘座的位置向前移动，直到所系的安全带上产生约束力。如图1所示，由PET纤维制成的刚性较大的安全带，能在乘员身上产生至少2000磅(大约9000牛顿)的负荷，从而在所述安全带的躯干部位对乘员的胸部和胸廓产生伤害，而且，当乘员被重捆绑并且碰撞到座位装置的背部结构时，还会造成颈部和背部的伤害。
美国政府的规定，要求安全带必须能承受高达6000磅的负荷。当汽车以35英里/小时的速度撞车时，车中普通体型的人所受到的由躯干带产生的冲击能量至少为500焦耳。尽管现有的PET纤维能够吸收所述冲击能量，但由于不希望的力-位移或应力-应变曲线仍然会对车辆乘员造成伤害。如图1所示，在70毫秒时间内，普通体型的乘客会经历高达2000磅(大约9000牛顿)的大力。
为了吸收所述冲击能量，并降低作用于车辆乘员的安全带负荷，美国专利US3,550,957披露了一种安全肩带，该肩带具有由所述织物制成的缝合的两部分，这两部分被设置在乘员的肩部，以便所述线迹容许所述织物在预定约束力的影响下以控制的速度由原始长度向最终长度拉伸。不过，所述缝合部分不能产生所需要量的能量吸收，不能提供均匀的反应，并且不能再利用。同样参见US4,138,157。
US3,530,904披露了一种纺织物，它是通过将具有不同物理特性和能量吸收能力的两种纱线交织在一起而制成的.美国专利US3,296,062；US3,464,459；US3,756,288；US3,823,748；US3,872,895；US3,926,227；US4,228,829；US5,376,440；和日本专利4-257336还披露了由多种具有不同韧度和断裂伸长量的经纱制成的织物.该织物具有多级松弛和冲击吸收特性.本技术领域的技术人员业已认识到使用至少两种不同类型纱线的缺陷，正如前面的参考文献所披露的.US4,710,423和昭开298209(1989年12月1日公开)(“公开298209”)披露，当使用至少两种不同类型的纱线时，能量吸收以阶梯方式进行，因此，该织物不能连续而又平滑的吸收能量。因此，在一种类型的经纱吸收一部分冲击能量之后，在另一种类型的经纱吸收另一部分冲击能量之前，人体会受到不希望的冲击。另外，这种类型的安全带不能重新利用。
US3,486,791披露了诸如卷绕装置的能量吸收装置，该装置通过夹紧装置将安全带的缓冲部分与拉紧身体的限制部分分开，所述夹紧装置在预定约束力的作用下逐渐放出所述缓冲部分，以使所述拉紧部分伸长，使得受到约束的身体以控制的速度移动。该参考文献还披露了一种装置，该装置通过一个与安全带连接的固定件将安全带固定在车辆上，并且被埋入固体塑料能量吸收器中.这种类型的机械装置昂贵而且不能再利用，产生很小的能量吸收作用，并且难于控制。在普通转让的US5,547,143中披露了对上述装置的改进，该专利披露了一种负荷吸收伸缩器，它包括：一个旋转卷筒或卷轴，安全带织物就固定在该卷轴上。以及至少一个可移动的套环，该套环可相应在出现撞车时产生的负荷而运动，使所述卷轴的一部分发生变形，并在这一过程中消散一定量的能量。
US4,710,423和昭开298209披露了由PET纱线组成的织物，所述纱线的韧度至少为4克/旦，最大拉伸量为50％-80％。由于PET纱线所固有的物理特性，这些例子表明当伸长量为50％，负荷就已达到700kg(大约1500磅以上)。安全带对乘员的伤害仍然存在，因此，需要对安全带作进一步的改进。以上两件专利中的例子还表明，如果PET纱线过分松弛，其韧度会下降到2.3克/旦。
于1995年4月4日公开的昭开90717披露了基于高强度聚对苯二甲酸丁二醇酯同聚物(“PBT”)纤维的能量吸收织物。这种纤维的韧度超过5.8克/旦，断裂伸长量超过18.0％，而在10％伸长量时的张力低于3.0g/d。不过，该参考文献未能披露PBT纤维具有起始张力要求，该张力能结合安全带以保护乘员，并且没有披露控制所述起始张力保护的方法。
需要提供一种改进的能量吸收安全带，该安全带与用已知的缝合织物制成的安全带或至少两种不同纤维的已知用途相比具有更平滑的性能，而且与已知的夹紧方法不同，可以再利用，并具有控制起始保护张力和冲击能量吸收能力。
本发明概述
我们业已开发出了针对本领域的上述需要的织物。该织物如果用于安全带，会在撞车时表现出从大约450磅(约2000牛顿)至大约1800磅(约8000牛顿)的不同负荷平衡能力。为了满足以上要求，构成该织物的经纱具有一定的应力-应变(力-位移)曲线，其特征为：(a)当所述纱线受到大约0.2克/旦至小于或等于大约1.4克/旦的起始保护应力时，纱线的伸长量低于3％，而起始模量的范围为大约20克/旦至大约150克/旦；(b)当所述纱线受到大于所述起始保护应力而小于或等于1.8克/旦的力时，该纱线会进一步伸长至少大约10％，而由0到伸长量为1.8克/旦时所吸收的能量至少是0.0008焦耳/旦·米；和(c)当所述纱线承受大于1.8克/旦的应力时，所述模量急剧增加，而所述纱线进一步伸长，直到该纱线在抗拉强度至少为大约5克/旦时断裂，其中，所述纱线包括若干纤维，所述所有经纱都具有大体上相同的应力-应变(力-位移)曲线，由玻璃化温度为大约-40℃至大约+70℃的聚合物制成，而不是由聚对苯二甲酸丁二醇酯同聚物制成。
本文所说的“模量”一词是指所述应力-应变(力-位移)曲线的斜率。
图2表示本发明纱线和织物之一的应力-应变(力-位移)曲线。所述起始保护应力在图2中用IBS表示。本发明织物的优点在于，与现有的缝合织物方法或已知的至少两种不同纤维的用途相比，它具有更好的冲击能量吸收和更平滑的性能，它与已知的夹紧方法不同，可以再利用，并且，还具有控制起始保护应力和冲击能量吸收的能力。
通过阅读下面的说明书、附图、和所附权利要求书，可以了解本发明的其它优点。
附图的简要说明
图1表示位于躯干部位的已知PET安全带的性能。
图2表示本发明纱线和织物之一的应力-应变(力-位移)曲线。
图3表示本发明例3纱线的应力-应变(力-位移)曲线。
图4表示本发明例4纱线的应力-应变(力-位移)曲线。
图5表示本发明例5纱线的应力-应变(力-位移)曲线。
图6表示本发明例6的0.5英寸的织物在进行高速Instron拉力测试时的应力-应变-能量(力--位移-能量)曲线。
图6表示本发明例7的0.5英寸的织物在进行高速Instron拉力测试时的应力-应变-能量(力--位移-能量)曲线。
图8表示位于躯干部位的本发明例8的织物的性能。
图9表示位于躯干部位的本发明例9的织物的性能。
优选实施方案的详细说明
本发明的纱线具有以下应力-应变或相应的力-位移特性。
(a)当所述纱线受到大约0.2克/旦至小于或等于大约1.4克/旦的起始保护应力时，纱线的伸长量低于3％，而起始模量为大约20克/旦至大约150克/旦。需要高的起始模量，以接合所述安全带，而所述起始保护应力的高度能确保所有的乘员碰撞能量会在随后的力-位移曲线的负荷平衡部分的下部被吸收。
(b)当所述纱线受到大于所述起始保护应力而小于或等于1.8克/旦的力时，该纱线会进一步伸长至少大约10％，而所吸收的能量由0提高到伸长量为1.8克/旦时的至少0.0008焦耳/旦·米。所述力-位移曲线的这一部分是纤维负荷平衡部分，它能避免乘员经历过大的负荷。
(c)当所述纱线承受大于1.8克/旦的应力时，所述模量急剧增加，而所述纱线进一步伸长，一直到该纱线抗拉强度至少为大约5克/旦时断裂。在包括上述纱线的安全带组件中，即使撞车速度为35英里/小时，乘员躯干部位的负荷也可以降低到450磅(大约2000牛顿)。力的减弱可以减轻或消除乘员的潜在危害。
所述纱线是由一种聚合物制成，该聚合物的玻璃化温度为大约-40℃-大约+70℃，优选大约-20℃-大约+60℃，更优选大约-10℃-大约+40℃。所述聚合物可以是同聚物、无规共聚物、二嵌段共聚物、三嵌段共聚物、或嵌段共聚物。优选同聚物的例子包括聚对苯二甲酸亚丙基酯；聚对苯二甲酸异丁基酯；和长链聚对苯二酸亚烃酯和萘二酸亚烃酯聚合物。
优选无规共聚多酯的例子包括这样的共聚多酯，它除了对苯二酸乙二醇酯之外，该含有己二酸乙酯、癸二酸乙酯、或其它长链对苯二酸亚烃酯单位的成分。该成分的含量优选大于10％。
优选嵌段共聚物的例子包括二嵌段、三嵌段、和嵌段结构。嵌段共聚物包括至少一种硬的结晶芳族聚酯嵌段和至少一种软的非晶形脂族聚酯嵌段。所述晶形芳族聚酯包括同聚物(如聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚对苯二甲酸亚丙基酯；聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚对苯二甲酸异丁基酯；聚(2，2-二甲基对苯二甲酸丙二醇酯)；聚[二-(羟甲基)对苯二甲酸环己基酯]；聚萘二酸乙二醇酯；聚萘二酸丁二醇酯；聚[二-(羟甲基)萘二酸环己基酯]；其它聚萘二酸亚烃或环亚烃酯和混合的聚酯，该聚酯除了所述对苯二甲酸乙二醇酯之外，还含有诸如间苯二酸乙二醇酯；己二酸乙二醇酯，癸二酸乙二醇酯；1，4-环己基对苯二甲酸二甲酯；或其它长链对苯二甲酸亚烃酯单位的成分。还可以使用芳族聚酯的混合物。更优选的芳族聚酯包括PET和PEN。对于非晶形芳族聚酯嵌段来说，它是由内酯单体制成，ε-己内酯是最优选的。另外，还可以使用丙醇酸内酯、丁内酯、戊内酯、高级环内酯，以及两种或两种以上类型的内酯。在使用PBT时，所述非晶形脂族聚酯嵌段的用量大于10％。
申请日为1997年1月22日的普通转让的待批专利申请流水号08/788,895(题为二嵌段聚酯共聚物及其生产方法)和申请日为1997年3月18日(与本申请的申请日相同)的普通转让的部分后续待批专利申请流水号-----(题为二嵌段聚酯共聚物及其生产方法)所披露的内容被收作本文的参考文献。
优选的二嵌段共聚物的例子包括这样的共聚物，它包括(a)由聚酯组成的第一种嵌段，其中所述第一种嵌段是由芳族聚酯组成，和(b)由聚酯组成的第二种嵌段，其中所述第二种嵌段是由内酯单体组成。更优选地，所述芳族聚酯具有：(i)用重量比为60/40的苯酚和四氯乙烷混合物测定的内在稠度为至少大约0.6分升/克，和(ii)在280℃下的牛顿熔化稠度至少大约为7000泊。优选芳族聚酯的例子包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)；聚萘二酸乙二醇酯(“PEN”)；聚对苯二甲酸丁二醇酯(“PBT”)；聚萘二酸丁二醇酯；聚[二-(羟甲基)对苯二甲酸环己基酯]；聚[二-(羟甲基)萘二酸环己基酯]；聚对苯二甲酸亚丙基酯；聚对苯二甲酸异丁基酯；聚(2，2-二甲基对苯二甲酸丙二醇酯)；其它聚萘二酸亚烃或环亚烃酯和混合的聚酯，该混合聚酯除了对苯二甲酸乙二醇酯单位之外，还含有诸如间苯二酸乙二醇酯；己二酸乙二醇酯，癸二酸乙二醇酯；1，4-环己基对苯二甲酸二甲酯；或其它长链对苯二甲酸亚烃酯单位的成分。还可以使用芳族聚酯的混合物。还可以使用市售芳族聚酯。更优选的芳族聚酯包括PET和PEN。用重量比为60/40的苯酚和四氯乙烷混合物测定的优选芳族聚酯的内在稠度对PET来说大约为0.8，而对于PEN来说大约为0.6。对于PET的更优选IV来说是0.9，而对于PEN来说是0.7。优选的内酯包括ε-己内酯，丙醇酸内酯，丁内酯，戊内酯，和高级环内酯。可以同时使用两种或两种以上类型的内酯。
为了用于负荷平衡安全带，所述PET-聚己内酯二嵌段共聚物的聚己内酯的浓度优选为大约10％-大约45％，更优选大约20％-大约30％的重量百分比。在二嵌段共聚物中，所述聚己内酯的浓度可以改变，以便获得需要的起始保护应力和冲击能量吸收，并具有负荷平衡性能。
用于内酯聚合的催化剂可用于所述二嵌段的共聚化。优选的催化剂是基于以下金属的有机金属，如锂、钠、钾、铷、铯、镁，无机酸盐，氧化有机酸盐和钙、钡、锶、锌、锂、钛、钴、锗、锡、铅、锑、砷、铈、硼、镉和锰的醇盐；及其有机金属复合物。更优选的催化剂是锡、铝和钛的有机酸盐和有机金属化合物。最优选的催化剂是二酰化锡、四酰化锡、氧化二丁基锡、二丁基二月桂酸锡、辛酸锡、四乙酸锡、三异丁基锂、四丁基钛、二氧化锗、三氧化锑，这些金属的卟啉和酞菁复合物。可以同时使用两种或两种以上类型的催化剂。有用的催化剂可以通过商业渠道获得。
优选地，所使用的催化剂的用量占芳族聚酯和内酯单体组合重量的百分比为大约0.01％-大约0.2％。
将所述芳族聚酯加入压出机。可以将所述芳族聚酯熔化然后再加入所述压出机，或者先将芳族聚酯加入所述压出机，然后再在压出机中熔化。我们已发现优选的压出机是双螺杆压出机，因此，使得该聚合熔融物与具有很大稠度差别的材料的混合和反应变得较容易。有用的双螺杆压出机可以通过商业渠道获得。
优选的双螺杆压出机是反转双螺杆压出机，它具有一个反向的模，因此，与其它压出机相比，它具有良好的分散混合，紧凑的驻留时间分布，和有效的脱挥发分作用。该螺杆的特征被设计成能输入聚酯颗粒、聚酯颗粒熔化、内酯单体注射，混合、反应、脱挥发分作用、和最终的丸化或纺丝。所述压出机的设计还能输送所述原始芳族聚酯熔融物。最有效的分散和分布混合必须发生在所述内酯单体注入该聚酯熔融物的部位。
起始的压出温度超过所使用的芳族聚酯的熔点(该熔点是通过在20℃下用Perkin-Elmer示差量热计(DSC)扫描2mg样品每分钟所产生的最大吸热值测定的)。优选芳族聚酯PET的熔点为250℃，而PEN的熔点为266℃。优选的起始压出区间温度至少比所述芳族聚酯熔点高出大约30℃。因此，PET的优选起始压出温度至少为大约280℃，而PEN的优选起始压出温度至少为大约296℃。为了促进二嵌段共聚物的形成并减少酯基转移作用的发生，驻留时间和压出温度曲线是很重要的。
在所述芳族聚酯熔化之后，由于与注入的内酯单体和催化剂的混合而使其熔化温度下降优选至少大约20℃，更优选至少大约50℃。优选地，将催化剂加入室温下的ε-己内酯单体中，并将该ε-己内酯单体/催化剂混合物注入熔化的芳族聚酯中。因此，PET的反应压出温度优选为大约260℃，更优选为大约230-大约260℃，而PEN的反应压出温度优选为大约276℃，更优选为大约246-大约276℃。
本文所说的压出机上的“驻留时间”是指压出机的体积除以输出速度。所述芳族聚酯和内酯是以低于大约30分钟的驻留时间，并在足于形成二嵌段共聚物的温度下压出的。优选的驻留时间低于大约15分钟。更优选的驻留时间低于大约10分钟，最优选驻留时间低于大约5分钟。短的驻留时间可减少酯基转移作用，同时能确保充分的聚合化，所述聚合化是指将ε-己内酯单体嫁接到PET链的末端形成嵌段，并充分消耗注入的ε-己内酯单体。将涡流器用于提高压出机体积，而又不会损害其通过量，并能控制驻留反应时间。为了确定驻留分布，我们加入了有色颗粒，这些颗粒起着所述聚酯颗粒的标记物作用。“分布时间”一词是指从颜色出现开始到颜色消失结束的时间。正如本领域技术人员所了解的，随着分布时间的减少，产品的均匀性提高。因此，优选的分布时间低于大约10分钟。分布时间更优选低于大约2分钟，最优选低于大约1分钟。
通过直接从双螺杆压出机中纺丝或分别从单螺杆压出机中纺丝实现纤维的形成。以上两种方法均包括压出、纺丝、拉伸和放松步骤。在双螺旋压出机中，可以由适当的螺杆形状和加工条件在聚合物熔融物中进行反应和化合。在单螺杆压出机中，所述聚合物颗粒可以用适当的螺杆设计和加工条件输入并熔化。然后将均相熔融物输入纺丝箱，该纺丝箱包括一个过滤网组件和一个喷丝板。压出的长丝通过一个加热的套管，由环境空气冷却，并由导丝辊卷绕。然后将纺成的纱线充分拉伸到其最大拉伸比例，以获得最大强度。所述松弛步骤可以使所述纱线收缩，并产生一种具有需要的应力-应变曲线的纱线。纤维松弛可以影响乘员在撞车时所经历的最大负荷。例如，使用PET/25％聚己内酯二嵌段共聚物，当完全拉伸的纤维从5％放松到15％时，乘员所经历的负荷由大约1500磅变成大约900磅。
根据本发明织物的预期用途，可将诸如UV稳定剂的添加剂用于所述纤维中。
本文所说的“若干纤维”是指对于安全带来说至少具有纱线的两个末端，优选至少大约342个末端。
安全带通常是用大约1000-1500旦而断裂强度至少为大约5克/旦的经纱和旦尼尔数大约为500-900而断裂强度至少为大约5克/旦的纬纱交织而成。选择交织条件，以便安全带能保留所述纱线的应力/应变特性，并保持所述织物的强度。我们的结果表明，用于能量吸收的最佳交织方式是2×2斜纹织物。
本发明的织物能在缺少诸如由US3,486,791披露的夹紧装置、由US3,550,957披露的线迹、和诸如由普通转让的美国专利US5,547,143披露的恒定力伸缩器的机械能量吸收装置的情况下，提供需要的负荷平衡特性。本发明的织物和纱线能提供所需要的负荷平衡特性，并且是由不同于公开90717披露的PBT同聚物的材料制成。本发明的织物通过使用具有大体上相同的力-位移曲线的经纱代替由US3,756,288、3,823,748、3,872,895、4,288,829、和5,376,440所披露的若干经纱力-位移曲线，提供所需要的负荷平衡特性。本发明的纱线具有所需要的负荷平衡特性，并且是由不同于US4,710,423和公开298209披露的PET同聚物的聚合物制成。
本发明的织物可用于安全带，降落伞背带和绳，肩部安全带、货物装卸、安全网、蹦床、用于高空作业工人的安全带或吊带、用于飞机减速的军用阻拦带、滑雪牵引索、并用于诸如游艇用系留索或井架系留索的索具用途。
测试程序：
韧度是在一台Instron拉力仪上测定的，该仪器上装有两个夹爪，所述夹爪以10英寸的计示长度固定纱线。然后以10英寸/分钟的应变速度拉伸该纱线，由一个负荷仪记录数据，并获得应力-应变曲线。韧度为断裂强度(以克计)除以纱线的旦数。
以下实施例是说明性的而不是限定性的。
本发明实施例1：
以12磅/小时的速度将干燥的PET颗粒(IV＝0.9；在280℃下MV＝15,000泊)输入反向转动的双螺杆压出机(直径＝27mm，长度＝1404mm)。一个区间的长度大约为所述螺杆直径的4倍。所述颗粒开始熔化，并由一个泵送元件向前推进。在PET熔化之后，用活塞泵以4磅/小时的速度将预先混合的ε-己内酯和催化剂(辛酸锡，0.09wt％的PET-己内酯)注入所述压出机中的熔融物中。将一个正向混合器安装在所述注入点的下部。通过分布和分散混合器使注入的液体与PET熔融物快速混合。然后将PET和ε-己内酯的混合物向前推进到反应区，并用3.7分钟的驻留时间完成反应。在聚合结束时，通过抽真空将该熔融物脱挥发。压出条件如表I所示。然后将聚合物熔融物(PET(75％)-聚己内酯(25％))输入包括一个纺丝板的纺丝箱，以制成纤维，或通过三孔模压出，在水中冷却，并切割成颗粒。熔点为231℃，IV＝0.98的二嵌段共聚物被证实为PET与ε-己内酯的共聚物。
                                表I区间1    区间2   区间3   区间4   区间5   区间6     区间7  区间8  区间9  区间10  区间11  区间12  区间13(℃)     (℃)    (℃)    (℃)    (℃)    (℃)      (℃)    (℃)  (℃)    (℃)    (℃)    (℃)    (℃)1  292      290     255     255     245      240       240    235    235    235      235    235      2352  292      290     260     250     250      245       245    240    240    240      252    242      240螺杆速度(RPM)    扭矩    熔点(℃)      熔融物      真空度     通过量     驻留时间    驻留时间
                                   压力(泊)    (毫巴)   (磅//小时)    (分钟)    分布(分钟)
150          48        256            60        -1000       16         3.7         1
150          55        264            90        -750        5          12         未测定区间温度具有可忽略的相对设定点的偏差
                           表II
本发明实施例 ε-己内酯(％) 未反应的ε-己内酯(％) 二嵌段共聚物内在的稠度(dl/g) 二嵌段共聚物中的酯基转移作用(％)
    1     25     0     0.98     5
    2     15     0     0.94     6
本发明实施例2：
以4.26磅/小时的速度将干燥的PET颗粒(IV＝0.9；在280℃下MV＝15,000泊)输入反向转动的双螺杆压出机(直径＝27mm，长度＝1404mm)。所述颗粒开始熔化，并由一个泵送元件向前推进。
在PET熔化之后，用活塞泵以0.75磅/小时的速度将预先混合的ε-己内酯和催化剂(辛酸锡，0.03wt％的PET-己内酯)注入所述压出机中的熔融物中。ε-己内酯在PET中的量占重量的15％。通过安装在所述注入口下部的分布和分散混合器将注入的液体与PET熔融物快速向后和向前混合。ε-己内酯能溶解所述PET熔融物，并将PET的熔点降低到225℃。
将PET和ε-己内酯的混合物正向推进到反应区。位于该反应区的湍流器占湍流器和桶之间的压出体积的61％。压出的总体积和通过速度(5.01/小时)表明驻留时间大约为12分钟。在聚合过程中，所述熔融物处于交叉的湍流器的连续搅拌之下，并被匀化。
在聚合结束时，将PET-聚己内酯共聚物熔融物输入处于真空(-750毫巴)的脱挥发区。压出条件如表I所示。然后通过三孔模将聚合物(PET(85％)-聚己内酯(15％)压出，在水中冷却，并切割成颗粒。熔点为227℃，和IV＝0.94的二嵌段共聚物被证实为PET与ε-己内酯的共聚物。
对于下面的每一个实施例来说，PET/聚己内酯纤维的形成是通过用单一的螺杆压出机纺丝而实现的。该方法包括压出、纺丝、拉伸、和松弛步骤。将所述聚合物颗粒输入1英寸的MPM单螺杆压出机(L/D＝30∶1)，该压出机装配有一个长的计量区的螺杆，以稳定该压出机末端的熔融物压力。选择一个反向温度曲线，其目的是为了在第一和第二区充分熔化所述颗粒，降低熔化温度，并提高熔融物被泵送到纺丝箱中之前的稠度。该纺丝箱包括一个过滤网组件和一个带有25个圆形孔(0.024英寸×0.072英寸)的纺丝板。压出的长丝通过一个加热的套管，并由环境空气冷却成5米长的堆积层。然后在纺丝管中用纺丝涂饰剂涂敷所述纱线，并用一个导纱盘以一定速度卷绕成一个包装。然后在不同的条件下将纺成的纱线充分拉伸到其最大拉伸比。然后在高温下让充分拉伸的纱线松弛，以产生具有需要的应力-应变曲线的纤维。
本发明实施例3：
干燥所述聚合物颗粒(本发明实施例1，PET/25％聚己内酯)，并以46RPM的螺杆速度将其输送到具有表III所示温度曲线的压出机中。压出条件为分别能产生1200泊和500泊的桶内压力和纺丝箱压力。所纺成的纱线具有25根长丝和1650旦尼尔，在表IV所示条件下进行拉伸，并具有7.8克/旦的韧度。充分拉伸的纱线为200旦，其熔点为224℃。然后以300米/分钟的速度将充分拉伸的纱线输送到处于室温下的第一辊上，转移到135℃下的第二辊上，有1秒钟的接触时间，并收缩15％，在一个室温辊上冷却，并输送到一个卷绕器。松弛的纱线为230旦。
所述纱线(PET/25％聚己内酯)的应力-应变曲线如图III所示。当该纱线所遇到的起始保护应力为0.6克/旦时，纱线的伸长量低于2％，而起始模量为52克/旦。当作用于该纱线的应力由0.6克/旦改变成1.8克/旦时，纱线的伸长量由2％提高到20％，而能量的吸收由0提高到20％，为0.00174焦耳/旦·米。当所述纱线遇到大于1.8克/旦的应力时，所述模量急剧提高，而所述纱线的伸长量由20％提高到31％，直到该纱线断裂，断裂时的抗拉强度为5.8克/旦。
本发明实施例4：
干燥所述聚合物颗粒(本发明实施例2，PET/15％聚己内酯)，并以40RPM的螺杆速度将其输送到具有表III所示温度曲线的压出机中。压出条件为分别能产生800泊和400泊的桶内压力和纺丝箱压力。在表IV所示条件b下拉伸所纺成的纱线，得到韧度为6.5克/旦的纤维。充分拉伸的纱线为259旦，其熔点为220℃。以300米/分钟的速度将上述充分拉伸的纱线输送到处于室温下的第一辊上，转移到150℃下的第二辊上，有1秒钟的接触时间，并收缩10％，在室温辊上冷却，并输送到一个卷绕器。
参见图4中的纱线(PET/15％聚己内酯)的应力-应变曲线。图4表示需要的起始保护应力。如果所述纤维进一步松弛总计达15％，则可以获得其它希望的本发明纤维特性。
本发明实施例5：
用上述类似方法制备一种二嵌段聚合物(PET(70％)-聚己内酯(30％))。干燥所述聚合物颗粒(PET/30％聚己内酯)，并以42RPM的螺杆速度将其输送到具有表III所示温度曲线的压出机中。压出条件为分别能产生900泊和500泊的桶内压力和纺丝箱压力。然后在表IV所示条件c下拉伸纺成的纱线，产生韧度为5.9克/旦的纤维。充分拉伸的纱线为271旦，其熔点为220℃。以300米/分钟的速度将充分拉伸的纱线输送到处于室温下的第一辊上，转移到150℃下的第二辊上，有1秒钟的接触时间，并收缩10％，在一个室温辊上冷却，并输送到一个卷绕器。
在图5中示出了该纱线(PET/30％聚己内酯)的应力-应变曲线。当该纱线遇到0.2克/旦的起始保护应力时，纱线的伸长量低于2％，而起始模量为20克/旦。当纱线所承受的应力从0.2克/旦提高到低于或等于1.8克/旦时，纱线的伸长量由2％提高到14％，能量吸收由0提高到14％，为0.00096焦耳/旦·米。当所述纱线遇到大于1.8克/旦的应力时，所述模量急剧提高，而所述纱线的伸长量由14％提高到26％，直到该纱线断裂，断裂时的抗拉强度为5克/旦。
                             表III例    区间1   区间2    区间3    区间4  嵌段温度  纺丝温度    通过量      套管温    卷绕速度
 (℃)     (℃)     (℃)    (℃)     (℃)     (℃)       (g/分钟/孔)  度(℃)    (米/分钟)3    277     277      277      270     260       260         2            185       2804    304     293      293      288     271       271         1.6          200       1805    260     260      260      254     260       260         1.6          200       180
                             表IV
例    第一辊      经纱     导纱板      第二辊     经纱     拉伸比
     温度(℃)     (℃)     温度(℃)     温度
a      40          7       140           140       10       8.4
b      40          7       150           90        10       7.7
c      30          7       160           160       10       7.4
本发明实施例6：
根据2×2斜纹编织图案的选择，将来自本发明实施例3的1400旦的91头PET/25％聚己内酯经纱与840旦的PET/25％聚己内酯纬纱编织成1/2英寸的布条。在一台高速Instron仪上测试该样品，加载速度为2200英寸/分钟，计示长度为3英寸。这相当于汽车以35英里/小时的速度撞车。图6表明在高达250磅的负荷下，所述织物拉伸到应变的20％，所吸收的能量为11.4焦耳。这相当于在作用于乘员身体上的负荷提高到1000磅之前有663焦耳的能量被躯干安全带(50英寸长，2英寸宽)吸收。
本发明实施例7：
将安装在一个支架上的来自本发明实施例6的一个12英寸长的PET/25％聚己内酯织物(1/2英寸宽)放在红色浴液中浸泡10分钟。该织物的湿重量增加30％，然后在110℃下预干燥3分钟，并在120℃下再干燥3分钟。最后，将染色过的织物冷却到室温。在光学显微镜下分析从所述织物的经纱和纬纱中抽出的纤维。可以清楚的看出，经纱和纬纱纤维均被均匀地、深深地染色。发现了相对原始尺寸的最低收缩量(＜2％)。对染色织物的高速Instron拉力测试如图7所示，并与未染色的样品进行比较。结果表明，所述负荷平衡能力在该染色过程中得到保留。
在滑动试验中，将完整尺寸的织物安全带(2英寸宽)组装成具有安全带卷绕和锁定功能的盒。然后，将该组件安装到车内，并安装一个负荷测定仪，以测定作用在该安全带上的力。
比较实施例A：
为了建立在35英里/小时下进行的测试的基线，用2英寸宽的PET安全带捆住一个假人(混合百分比为50)。在滑动测试的模拟事故出现时，在发生撞车之后70毫秒，作用在安全带上的负荷达到最大值。如图1所示，记录到的作用在躯干部位的最大力为9200N(2070磅)。
本发明实施例8：
将来自本发明实施例3的1500旦的342头PET/25％聚己内酯经纱与来自本发明实施例3的500旦的PET/25％聚己内酯纬纱以2×2的斜纹图案交织成2英寸宽的安全带。用一个假人(混合百分比为50)试验该安全带。在35英里/小时的速度下，所述力达到最大值的时间推迟到撞车之后100毫秒。测定到的作用于躯干部位的最大力为5700N(1280磅)。如图8所示，这种新型织物在5,700N的力下表现良好，并具有负荷平衡能力，这与图1中比较实施例A的不理想的性能形成了鲜明的对照。
本发明实施例9：
将来自本发明实施例3的1500旦的342头PET/25％聚己内酯经纱与来自本发明实施例3的500旦的PET/25％聚己内酯纬纱以2×2的斜纹图案交织成2英寸宽的安全带。将这种新型织物裁剪成具有伸缩器和躯干长度，并与PET膝带缝合在一起。然后捆绑一个超大型的假人(混合百分比为95)进行滑动试验。在35英里/小时的速度下，作用在躯干部位的力达到最大值的时间推迟到撞车之后100毫秒。测定到的作用于躯干部位的最大力为6800N(1530磅)。如图9所示，这种新型织物在6,800N的力下表现良好，并具有负荷平衡能力，这与图1中比较实施例A的不理想的性能形成了鲜明的对照。

Claims (10)

1.一种纱线，具有一种力-位移曲线，从而：
(a)当所述纱线受到大约0.2克/旦至小于或等于大约1.4克/旦的起始保护应力时，纱线的伸长量低于3％，而起始模量的范围为大约20克/旦至大约150克/旦；
(b)当所述纱线受到大于所述起始保护应力而小于或等于1.8克/旦的力时，该纱线会进一步伸长至少大约10％，而由0到伸长量为1.8克/旦时所吸收的能量至少是0.0008焦耳/旦·米；
(c)当所述纱线承受大于1.8克/旦的应力时，所述模量急剧增加，而所述纱线进一步伸长，一直到该纱线在抗拉强度至少为大约5克/旦时断裂，其中，所述纱线包括若干纤维，所述所有纤维都具有大体上相同的力-位移曲线；由玻璃化温度为大约-40℃至大约+70℃的聚合物制成，而不是由聚对苯二甲酸丁二醇酯同聚物制成。
2.如权利要求1的纱线，其特征在于部分(a)中所述纱线的伸长量低于大约2％。
3.如权利要求1的纱线，其特征在于所述纱线是由同聚物、无规共聚物、二嵌段共聚物、三嵌段共聚物、和嵌段共聚物制成。
4.如权利要求1的纱线，其特征在于所述纱线是由二嵌段共聚物、三嵌段共聚物、或嵌段共聚物制成，包括：
(a)至少一种由聚酯组成的第一嵌段，其中，所述第一嵌段是由芳族聚酯组成，和
(b)至少一种由聚酯组成的第二嵌段，其中，所述第二嵌段是由内酯单体组成。
5.如权利要求4的纱线，其特征在于所述芳族聚酯选自下列一组：聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚萘二酸乙二醇酯；聚萘二酸亚烃酯；聚萘二酸环亚烃酯；聚对苯二甲酸丁二醇酯；和聚对苯二甲酸亚丙基酯。
6.如权利要求4的纱线，其特征在于所述内酯聚合物是由选自下列一组的单体制成：ε-己内酯、丙醇酸内酯、丁内酯、和戊内酯。
7.如权利要求4的纱线，其特征在于所述内酯聚合物的用量在大约10-大约45重量百分比的范围内选择，以获得具有负荷平衡性能的希望的起始保护应力和冲击能量吸收。
8.一种包括经纱的织物，所述经纱包括权利要求1的纱线。
9.一种包括权利要求8的织物的安全带。
10.一种在撞车时约束车辆乘员的方法，包括以下步骤：
使用一种冲击能量吸收和负荷平衡织物，该织物能以大约450磅(约2000牛顿)至大约1800磅(约8000牛顿)的力约束所述车辆乘员，并包括权利要求8所述的织物。
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