JP2013540906A - ポリエステル原糸およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、エアバッグ用布に使用可能なポリエステル原糸に関するものであって、特に、185℃で2分間熱処理後、1.0g/dの引張強度に達した時、伸度が1.65%〜2.5%であり、引張強度8.0g/dから最高引張強度まで伸度が0.5%〜5%の範囲で追加伸張するポリエステル原糸およびその製造方法、これより製造されたエアバッグ用布に関するものである。本発明のポリエステル原糸は、低い初期モジュラスと共に、優れた機械的物性を確保することにより、エアバッグ用布としての使用時、優れた収納性、形態安定性と共に、優れた空気遮断効果を提供し、これと同時に、乗客に加えられる衝撃を最少化して搭乗者を安全に保護することができる。

Description

本発明は、エアバッグ用布に使用可能なポリエステル原糸に関するものであって、より詳細には、優れた機械的物性、柔軟性、形態安定性などを有する高強力高伸率低モジュラスのポリエステル原糸およびその製造方法、これを用いたエアバッグ用布に関するものである。
一般に、エアバッグ(air bag)とは、走行中の車両が約40km/h以上の速度で正面衝突時、車両に加えられる衝突衝撃を衝撃感知センサで感知した後、火薬を爆発させてエアバッグクッションの内部にガスを供給して膨張させることにより、運転者および乗客を保護する装置をいう。
エアバッグ用布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および破裂を防止するための高強力、高耐熱性、および乗客に加えられる衝撃を低減するための柔軟性などがある。
特に、自動車に用いられるエアバッグは、一定の形態で製造された後、その体積を最少化するために、折り畳まれた状態で自動車のハンドルや自動車の側面ガラス窓または側面構造物などに装着されて折り畳まれた状態を維持し、インフレータなどの作動時にエアバッグが膨張して展開できるようにする。
したがって、自動車への装着時、エアバッグのフォールディング性およびパッケージ性を効果的に維持し、エアバッグ自体の損傷および破裂を防止し、優れたエアバッグクッションの展開性能を発揮し、乗客に加えられる衝撃を最少化するためには、エアバッグ布の優れた機械的物性と共に、フォールディング性および乗客に加えられる衝撃を低減するための柔軟性が極めて重要である。しかし、乗客の安全のために優れた空気遮断効果および柔軟性を同時に維持し、エアバッグが受ける衝撃に十分に耐え、自動車内に効果的に装着されて使用可能なエアバッグ用布は提案されていないのが現状である。
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ていた。しかし、ナイロン66は、耐衝撃性に優れているが、ポリエステル繊維に比べて耐湿熱性、耐光性、形態安定性の面で劣り、原料費用も高いという欠点があった。
一方、特許文献1には、このような欠点が軽減されるポリエステル繊維の使用が提案されている。しかし、このように既存のポリエステル原糸を用いてエアバッグを製造する場合には、高い剛軟度(stiffness)によって自動車内への装着時に狭い空間に収納しにくく、高弾性率と低伸率によって高温の熱処理などで過度の熱収縮が発生し、高温高湿の苛酷条件下で十分な機械的物性および展開性能を維持するのに限界があった。
したがって、車両用エアバッグ用布としての使用に適するように優れた機械的物性および空気遮断効果を維持し、乗客に加えられる衝撃を低減するための柔軟性、収納性、および高温高湿の苛酷条件下で優れた機械的物性を維持する繊維原糸の開発に関する研究が必要である。
特開平04−214437号公報
本発明は、エアバッグ用布に使用可能に優れた機械的物性、柔軟性、形態安定性を確保し、高温高湿の苛酷条件下で十分な性能を維持するポリエステル原糸を提供しようとする。
本発明はまた、前記ポリエステル原糸を製造する方法を提供しようとする。
本発明はさらに、前記ポリエステル原糸を用いて製造されるエアバッグ用布を提供しようとする。
本発明は、185℃で2分間熱処理後、1.0g/dの引張強度に達した時、伸度が1.65%〜2.5%であり、引張強度8.0g/dから最高引張強度まで伸度が0.5%〜5%の範囲で追加伸張するポリエステル原糸を提供する。
本発明はまた、固有粘度が1.2dl/g以上のポリエステル重合体を270〜320℃で溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造するステップと、前記ポリエステル未延伸糸を延伸するステップとを含む前記ポリエステル原糸の製造方法を提供する。
本発明はさらに、前記ポリエステル原糸を用いて製造されるエアバッグ用布を提供しようとする。
以下、発明の具体的な実施形態にかかるポリエステル原糸、その製造方法、およびこれより製造されるエアバッグ用布についてより詳細に説明する。ただし、これは、発明に対する一例として提示されるものであって、これによって発明の権利範囲が限定されるものではなく、発明の権利範囲内で実施形態に対する多様な変形が可能であることは当業者にとって自明である。
追加的に、本明細書全体において特別な言及がない限り、「含む」または「含有する」とは、ある構成要素(または構成成分)を特別な制限なく含むことを表し、他の構成要素(または構成成分)の付加を除外すると解釈されない。
ポリエステルエアバッグ用布は、ポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」とする)を含む重合体を溶融紡糸して未延伸糸を製造し、これを延伸して延伸糸を得た後に、かかる工程を通じて得られたポリエステル原糸を製織加工して製造できる。したがって、前記ポリエステル原糸の特性がポリエステルエアバッグ用布の物性に直接/間接的に反映される。
ただし、従来のナイロン66などのポリアミド繊維の代わりに、ポリエステルをエアバッグ用原糸に適用するためには、既存の、ポリエステル原糸の高いモジュラスと剛軟度などによるフォールディング性の低下および低い溶融熱容量に起因した高温高湿の苛酷条件下で物性の低下、これに伴う展開性能の低下を克服できなければならない。
特に、エアバッグ用布に適用されるためには、ナイロン原糸のように高強力、高伸度、高乾熱収縮率の物性を保持しなければならないが、既存のポリエステル原糸は、このような強力、伸度、乾熱収縮率の優れた物性を同時に満たすことができなかった。このように既存のPET原糸を製造する場合、ナイロンに比べて要求される物性が異なるため、布製造時に熱処理工程を行う場合、布の強度および伸度が低いのはもちろん、エアバッグ布の気密性も低下して優れた空気遮断効果を提供しにくい。また、既存のポリエステル原糸は、強い分子鎖を持っているため、エアバッグ用布として用いて自動車に装着する場合、収納性(packing)が顕著に低下してしまう。さらに、ポリエステル分子鎖内のカルボキシル末端基(Carboxyl End Group、以下、「CEG」とする)は、高温高湿条件でエステル基(ester bond)を攻撃して分子鎖の切断をもたらし、エージング後の物性を低下させる原因となる。
これにより、本発明は、ポリエステル原糸において、エアバッグ用布の製造時のような熱処理工程を適用する時、強度、伸率、収縮率、初期モジュラスなどの物性範囲を優れた程度に最適化することにより、剛軟度を顕著に低下させながらも、強靭性(toughness)などの優れた機械的物性および空気遮断性能などを維持することができ、エアバッグ用布に効果的に適用することができる。
特に、本発明者らの実験の結果、所定の特性を有するポリエステル原糸からエアバッグ用布を製造することにより、より向上したフォールディング性、形態安定性、耐久性、および空気遮断効果を示し、エアバッグ用布としての使用時、自動車への装着などにおいてより優れた収納性(packing)、および高温高湿の苛酷条件下においても優れた機械的物性、空気漏れ防止、気密性などを維持できることが明らかになった。
そこで、発明の一実施形態にかかり、本発明は、所定の特性を有するポリエステル原糸が提供される。このようなポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理後、1.0g/dの引張強度に達した時、伸度が1.65%〜2.50%であり、引張強度8.0g/dから最高引張強度まで伸度が0.5%〜5%の範囲で追加伸張するものとなり得る。
このようなポリエステル原糸は、ポリエチレンテレフタレート(PET)を主成分として含むことが好ましい。この時、前記PETは、その製造ステップで様々な添加剤が添加できるものであって、エアバッグ用布に適した物性を示すためには、少なくとも70モル%以上、より好ましくは90モル%以上を含む原糸であり得る。以下、PETという用語は、特別な説明なしにPET高分子が70モル%以上の場合を意味する。
前記発明の一実施形態にかかるポリエステル原糸は、後述する溶融紡糸および延伸条件下で製造され、185℃で2分間熱処理後、1.0g/dの引張強度に達した時、伸度が1.65%〜2.50%であり、引張強度8.0g/dから最高引張強度まで伸度が0.5%〜5%の範囲で追加伸張する特性を示すようになったものである。
前述のように、一般的なポリエステルの分子構造上の特性により、布への製造時に熱処理工程を行うと、ナイロンなどに比べてエアバッグ布の気密性が低下して優れた空気遮断効果を提供しにくい。また、ポリエステルは、強い分子鎖を持ち、剛軟性(stiffness)が高い構造を有するもので、これにより、高いモジュラスの特性を示し、エアバッグ用布としての使用時、フォールディング性およびパッキング性(packing)が顕著に低下し、自動車の狭い空間への収納が難しくなる。しかし、高粘度チップを用いて調整された溶融紡糸および延伸工程を通じて得られた本発明のポリエステル原糸は、高強力低モジュラスの特性を示し、以前に知られたポリエステル産業用原糸より低い初期モジュラスを示す。特に、本発明のポリエステル原糸は、低い初期モジュラスと共に、延伸が最小化された特徴を有する。
つまり、前記ポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理工程を行った後、1.0g/dの引張強度に達した時、原糸の伸度が1.65%〜2.5%、好ましくは1.7%〜2.45%に伸張し、8.0g/dの引張強度に達した時、原糸の伸度から最高引張強度に達した時、原糸の伸度が0.5%〜5%、好ましくは0.7%〜4%程度追加的に伸張したものであり得る。前記ポリエステル原糸はまた、185℃で2分間熱処理後、5.0g/dの引張強度に達した時、原糸の伸度が16%〜22%、好ましくは16.5%〜21%に伸張するものとなり得る。特に、前記ポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理後、原糸の伸度20%で引張強度が4.5g/d以上または4.5〜7.0g/dとなり得る。このような低い初期モジュラスと低延伸特性により、前記高強力高伸率低モジュラスのポリエステル原糸から製造されたエアバッグ用布が既存のPET布の高い剛軟度(stiffness)問題などを解決し、優れたフォールディング性、柔軟性、および収納性を示すことができる。
本発明では、エアバッグ作動時に瞬間的に発生する衝撃エネルギーを吸収するためには、原糸の強伸度曲線を最適範囲に調整することにより、最終織物の機械的物性およびフォールディング性などを共に高めることができる。エアバッグ内部の火薬の爆発で発生する排出ガスの瞬間的な衝撃エネルギーを初期に織物が安全に吸収し、これと同時に、効果的な展開がなされるように優れた気密性およびフォールディング性を有するためには、高強力高伸率の低い初期モジュラスが必要である。特に、布製造時に熱処理工程などを行うことを考えると、本発明において、特定条件の熱処理後、原糸の強伸度曲線は、前述のような強度条件対比の伸度範囲を満たすことが必要である。
一方、前記ポリエステル原糸は、別の熱処理なしに常温(25℃)で1.0g/dの引張強度に達した時、0.8%〜2.0%、好ましくは0.85%〜1.5%に伸張し、8.8g/dの引張強度から最高引張強度まで1.5%〜5%、好ましくは1.7%〜4.7%程度追加的に伸張するものとなり得る。前記ポリエステル原糸はまた、常温で5.0g/dの引張強度に達した時、伸度が6.5%〜16.5%、好ましくは7.2%〜14.0%に伸張するものとなり得る。
前記ポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理後測定した原糸の伸度が、常温で測定した原糸の伸度に対して105%以上または105%〜160%、好ましくは108%以上または108%〜150%、より好ましくは112%以上または112%〜140%となり得る。また、前記ポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理後測定した原糸の引張強度が、常温で測定した原糸の引張強度に対して90%以上または90%〜100%、好ましくは91.5%以上または91.5%〜100%となり得る。このように、本発明のポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理後も原糸の強度および伸度の低下を最少化することにより、特に、強度の低下なく伸度はむしろ増加することにより、エアバッグ用布への加工時、優れた機械的物性と高い形態安定性、フォールディング性を確保できると同時に、向上した空気遮断効果を提供することができる。
また、本発明のポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理後測定した前記強伸度曲線において、原糸に加えられる引張力によって原糸が切れる切断点での最高強度が8.1g/d〜9.5g/dとなり得、好ましくは8.3g/d〜9.3g/d、より好ましくは8.4g/d〜9.0g/dとなり得る。前記ポリエステル原糸の、185℃で2分間熱処理後測定した最大伸度は20%〜35%、好ましくは21%〜32%、より好ましくは22%〜28%を示すことができる。さらに、前記ポリエステル原糸は、常温(25℃)で測定した前記強伸度曲線において、原糸に加えられる引張力によって原糸が切れる切断点での最高強度が8.9g/d〜11.0g/dとなり得、好ましくは9.0g/d〜10g/d、好ましくは9.1g/d〜9.8g/dとなり得る。前記ポリエステル原糸の、常温(25℃)で測定した最大伸度は15%〜30%、好ましくは16%〜26%、より好ましくは17%〜25%を示すことができる。
一方、本発明のポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理後、米国材料試験協会規格ASTMD885の方法で測定した原糸のモジュラス(Young’s modulus)が、伸度1%で、つまり、1%伸張した地点で55〜70g/de、好ましくは58〜67g/deであり、伸度2%で、つまり、2%伸張した地点で35〜52g/de、好ましくは38〜48g/deとなり得る。また、前記ポリエステル原糸は、常温で米国材料試験協会規格ASTMD885の方法で測定した原糸のモジュラス(Young’s modulus)が、伸度1%で、つまり、1%伸張した地点で60〜110g/de、好ましくは75〜105g/deであり、伸度2%で、つまり、2%伸張した地点で50〜87g/de、好ましくは55〜85g/deとなり得る。既存の一般産業用糸としてポリエステル原糸の場合、前述のような熱処理後および常温で測定した1%伸張した地点でのモジュラス(Young’s modulus)がそれぞれ72g/de以上および115g/de以上であり、2%伸張した地点でのモジュラスがそれぞれ53g/de以上および90g/de以上であるのと比較すると、本発明のポリエステル原糸は、常温だけでなく、熱処理後も顕著に低いモジュラスを有するものとなり得る。
この時、前記ポリエステル原糸のモジュラスは、引張試験時に得られる応力−変形度線図の弾性区間の傾きから得られる弾性係数の物性値で、物体を両側から引っ張る時、物体の伸びる程度と変形する程度を示す弾性率に相当する値である。前記繊維のモジュラスが高ければ、弾性は良いものの、布の剛軟度(stiffness)が劣化することがあり、モジュラスが低過ぎる場合、布の剛軟度は良いものの、弾性回復力が低くなって布の強靭性が劣化することがある。このように、常温だけでなく、熱処理後においても、既存に比べて低い範囲の初期モジュラスを有するポリエステル原糸から製造されたエアバッグ用布は、既存のポリエステル布の高い剛軟度(stiffness)問題などを解決し、優れたフォールディング性、柔軟性、および収納性を示すことができる。
これと同時に、前記ポリエステル原糸は、以前に知られたポリエステル原糸に比べてより向上した固有粘度、つまり、0.8dl/g以上または0.8〜1.2dl/g、好ましくは0.85dl/g以上または0.85〜1.15dl/g、より好ましくは0.9dl/g以上または0.9〜1.1dl/gの固有粘度を示すことができる。固有粘度は、前記ポリエステル原糸をエアバッグ用途に適用する時、コーティング工程などで熱的変形が生じないようにするために、前記範囲に確保されることが好ましい。
前記原糸の固有粘度は、0.8dl/g以上になってはじめて低延伸で高強力を発揮し、エアバッグ原糸の要求強力を満たすことができて好ましく、そうでない場合、高延伸で物性を発現するしかなくなる。このように高延伸を適用する場合、繊維の配向度が上昇して高いモジュラスの物性が現れるため、布の優れたフォールディング性などを達成しにくい。したがって、前記原糸の固有粘度を0.8dl/g以上に維持し、低延伸を適用して低モジュラスの発現を可能にすることが好ましい。また、原糸の粘度が1.2dl/g以上であれば、延伸時に延伸張力が上昇して工程上の問題を発生させることがあるため、1.2dl/g以下がより好ましい。特に、本発明のポリエステル原糸は、このように高い程度の固有粘度を維持することにより、低延伸で低い剛軟度を提供すると同時に、エアバッグ用布に十分な機械的物性および耐衝撃性、強靭性(toughness)などを提供できる高強力特性がさらに付与可能である。
したがって、このような低い初期モジュラスおよび高い伸率、好ましくは、高い固有粘度を示すポリエステル原糸を用い、優れた機械的物性および収納性、形態安定性、耐衝撃性、空気遮断効果を同時に示すエアバッグ用布を製造することが可能になる。そのため、前記ポリエステル原糸を用いると、より低い剛軟度およびフォールディング性、柔軟性、収納性を示しながらも、優れた耐衝撃性、形態安定性、機械的物性、気密性を示すエアバッグ用布が得られる。このようなエアバッグ用ポリエステル布は、優れた機械的物性、形態安定性、空気遮断効果を示しながらも、自動車の狭い空間への装着時、優れたフォールディング性、収納性を提供すると同時に、優れた柔軟性で乗客に加えられる衝撃を最少化して搭乗者を安全に保護できるため、エアバッグ用布などに好適に適用可能である。
また、本発明のポリエステル原糸は、後述する溶融紡糸および延伸条件下で製造され、以前に知られたポリエステル原糸に比べて大きく減少したカルボキシル末端基(CEG)含有量、つまり、45meq/kg以下、好ましくは40meq/kg以下、より好ましくは35meq/kg以下のカルボキシル末端基(CEG)含有量を示すことができる。ポリエステル分子鎖内のカルボキシル末端基(CEG)は、高温高湿条件でエステル基(ester bond)を攻撃して分子鎖の切断をもたらし、これにより、エージング(aging)後の物性を低下させる。特に、前記CEG含有量が45meq/kgを超えると、エアバッグ用途への適用時、高い湿度条件下でCEGによってエステル結合が切断されて物性の低下がもたらされるため、前記CEG含有量は45meq/kg以下になることが好ましい。
一方、前記発明の一実施形態にかかるポリエステル原糸は、前述のように、185℃で2分間熱処理後測定した原糸の引張強度が8.1g/d〜9.5g/dとなり得、好ましくは8.3g/d〜9.3g/d、より好ましくは8.4g/d〜9.0g/dを示すことができ、切断伸度が20%〜35%、好ましくは21%〜32%、より好ましくは22%〜28%を示すことができる。また、別の熱処理なしに常温で原糸の引張強度は8.9g/d〜11.0g/dとなり得、好ましくは9.0g/d〜10g/d、好ましくは9.1g/d〜9.8g/dを示すことができ、切断伸度は15%〜30%、好ましくは16%〜26%、より好ましくは17%〜25%を示すことができる。
前記ポリエステル原糸は、下記計算式1で定義される原糸の強靭性(Toughness)が70〜120J/mを示すことができる。
[計算式1]
前記計算式1において、
Fは、ポリエステル原糸の長さがdlだけ伸びる時に加えられる荷重を示し、
dlは、ポリエステル原糸の長さが伸びた長さを示す。
前記ポリエステル原糸は、既存のポリエステル原糸に比べて高い水準の強靭性(Toughness、破断仕事)を有することにより、高温−高圧ガスのエネルギーを効果的に吸収して耐えることができる。特に、前記ポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理後測定した原糸の強伸度曲線から、前記計算式1に従って算測した原糸の強靭性(Toughness)が70J/m〜120J/m、好ましくは75J/m〜110J/mを示すことができ、常温で測定した原糸の強靭性(Toughness)も70J/m〜120J/mを示すことができ、好ましくは85J/m〜115J/mとなり得る。本発明のポリエステル原糸は、高強力高伸率の低い初期モジュラス特性を有することにより、185℃で2分間熱処理後も引張強度の低下を最少化して向上した伸率を確保することにより、常温で測定した強靭性(Toughness、破断仕事)と同一の範囲で優れた強靭性(Toughness、破断仕事)を確保することができる。ただし、場合によっては、前記ポリエステル原糸は、185℃で2分間熱処理後測定した原糸の強靭性が、常温で測定した原糸の強靭性に対して90%以上、好ましくは93%以上、より好ましくは95%以上となり得る。本発明のポリエステル原糸は、このように常温および熱処理後においていずれも高い水準の強靭性(Toughness、破断仕事)を示すことにより、高温−高圧ガスのエネルギーを効果的に吸収して耐えることができ、エアバッグ用原糸として非常に効果的に使用可能である。
この時、強靭性とは、前記計算式1に示すように、繊維(ここで、繊維とは、原糸または布を包括する;以下、同一である)が引張力によって切れるまで消費されるエネルギーであって、急激な衝撃に対する繊維の抵抗性を意味する。ある繊維が、荷重Fにおいてその長さがlからl+dlに伸びる場合、この時の1仕事(work)はF・dlとなるので、繊維を切断するのに必要な強靭性は、前記計算式1のとおりである。つまり、このような強靭性は、原糸および布の強−伸度曲線の断面積を示すものであって(図2参照)、布に使用される原糸の強度および伸度値が高いほど、布で発現する強靭性は高い値を有するようになる。特に、エアバッグ用布の強靭性が低くなると、エアバッグ展開時に高温−高圧を有するインフレータの瞬間的な展開衝撃を十分に吸収できる布の抵抗性が低くなるため、エアバッグ用布が破れやすい結果を招く。したがって、本発明において、エアバッグ用ポリエステル原糸の強靭性が、例えば、70kJ/m未満になる場合には、エアバッグ用布として使用しにくいこともある。
すでに詳述したように、固有粘度および初期モジュラス、伸率範囲を最適範囲に確保することにより、本発明のポリエステル原糸は、優れた程度に強度および物性を確保できるだけでなく、エアバッグ用布への製造時に優れた性能を発揮することができる。
特に、前記発明の一実施形態にかかるポリエステル原糸は、別の熱処理なしに常温で測定した乾熱収縮率が1.0%以上または1.0%〜10%、好ましくは1.5%以上または1.5%〜8.0%、より好ましくは2.0%以上または2.0%〜6.0%を示すことができる。このようにポリエステル原糸の乾熱収縮率を最適範囲に維持することにより、高強度高伸率の低モジュラス特性で優れた強度および柔軟性を確保すると同時に、優れた収縮率特性を通じて布の空気透過度を効果的に制御し、滑脱抵抗力などの機械的物性を向上させることができる。
前記ポリエステル原糸は、原糸の一般的なコーティング織物のラミネートコーティング温度に相当する150℃での収縮応力が0.005〜0.075g/dであることが好ましく、一般的なコーティング織物のゾルコーティング温度に相当する200℃での収縮応力が0.005〜0.075g/dであることが好ましい。つまり、前記150℃および200℃での収縮応力がそれぞれ0.005g/d以上になってはじめてコーティング工程中の熱による布の垂れ下がり現象を防止することができ、0.075g/d以下になってはじめてコーティング工程を経て常温で冷却される時、弛緩応力を緩和させることができる。前記収縮応力は、0.10g/dの固定荷重下で測定した値を基準とする。
以上のように、コーティングなどの熱処理工程で変形を防止するためには、前記ポリエステル原糸はさらに、結晶化度が40%〜55%であり、好ましくは41%〜52%、より好ましくは41%〜50%となり得る。このような前記原糸の結晶化度は、エアバッグ用布への適用時、熱的形態安定性の維持などのために40%以上にならなければならず、前記結晶化度が55%を超える場合に非結晶領域が減少するため、衝撃吸収性能が低下する問題が発生することがあって、55%以下になることが好ましい。
また、前記ポリエステル原糸は、単糸繊度が2.5〜6.8DPF、好ましくは2.92〜4.55DPFのものとなり得る。前記原糸がエアバッグ用布に効果的に使用されるためには、クッションのフォールディング性能とエアバッグ展開時に高温−高圧の展開エネルギーを吸収できる吸収性能の面で低繊度高強力で維持しなければならないため、適用可能な原糸の総繊度は400〜650デニールとなり得る。前記原糸のフィラメント数は多いほどソフトな触感を与えることができるが、多過ぎる場合には紡糸性が良くないことがあるため、フィラメント数は96〜160となり得る。
一方、前述のような発明の一実施形態にかかるポリエステル原糸は、PETを溶融紡糸して未延伸糸を製造し、前記未延伸糸を延伸する方法で製造可能であり、前記のように、これら各ステップの具体的な条件や進行方法がポリエステル原糸の物性に直接/間接的に反映され、前述した物性を有するポリエステル原糸が製造可能である。
特に、このような工程の最適化を通じて、185℃で2分間熱処理後、1.0g/dの引張強度に達した時、伸度が1.65%〜2.50%であり、引張強度8.0g/dから最高引張強度まで伸度が0.5%〜5%の範囲で追加伸張するエアバッグ用ポリエステル原糸を確保できることが明らかになった。また、本発明において、このような溶融紡糸および延伸工程の最適化を通じて、高い湿度条件下で酸として存在し、ポリエステル原糸の基本分子鎖の切断を誘発させるカルボキシル末端基(CEG、Carboxyl End Group)を最小化できることが明らかになった。したがって、このようなポリエステル原糸は、低い初期モジュラスおよび高い伸率範囲を同時に示し、優れた機械的物性および収納性、形態安定性、耐衝撃性、空気遮断効果を有するエアバッグ用布に好適に適用可能である。
以下、このようなポリエステル原糸の製造方法を各ステップごとにより具体的に説明する。
前記エアバッグ用ポリエステル原糸の製造方法は、固有粘度が1.2dl/g以上の重合体を270℃〜320℃で溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造するステップと、前記ポリエステル未延伸糸を延伸するステップとを含む。
まず、添付した図面を参考にして、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の溶融紡糸および延伸工程の実施形態を簡略に説明することができる。
図1は、本発明の一実施形態にかかり、前記溶融紡糸および延伸ステップを含むポリエステル原糸の製造工程を模式的に示す工程図である。図1に示すように、本発明のエアバッグ用ポリエステル原糸の製造方式は、前述のような方式で製造されたポリエステルチップを溶融させ、口金を介して紡糸された溶融高分子を急冷空気(quenching−air)で冷却させ、油剤ロール(またはオイルジェット)120を用いて未延伸糸に油剤を付与し、前集束器(pre−interlacer)130を用いて一定の空気圧力で未延伸糸に付与された油剤を原糸の表面に均一に分散させることができる。以降、多段の延伸装置141〜146を介して延伸過程を経た後、最終的に第2集束器(2nd Interlacer)150で一定の圧力で原糸をインターミングル(intermingle)させ、巻取機160で巻取って原糸を生産することができる。
一方、本発明の製造方法は、まず、ポリエチレンテレフタレートを含む高粘度の重合体を溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造する。
この時、低い初期モジュラスおよび高い伸率範囲を満たすポリエステル未延伸糸を得るためには、前記溶融紡糸工程は、PET重合体の熱分解を最少化できるように低い温度範囲で行うことが好ましい。特に、高粘度のPET重合体の固有粘度およびCEG含有量などに対して工程に伴う物性の低下を最少化できるように、つまり、PET重合体の高粘度および低いCEG含有量を維持できるように低温紡糸、例えば、270〜320℃、好ましくは273〜315℃、より好ましくは275〜310℃、さらに好ましくは280〜300℃の温度で行うことができる。ここで、紡糸温度とは、射出機(Extruder)の温度を称するもので、前記溶融紡糸工程を320℃を超えて行う場合には、PET重合体の熱分解が多量発生し、固有粘度の低下で分子量の減少およびCEG含有量の増加が大きくなり得、原糸の表面損傷で全般的な物性の低下をもたらすことがあって好ましくない。これに対し、前記溶融紡糸工程を270℃未満で進行する場合には、PET重合体の溶融が難しいことがあり、N/Z表面の冷却で紡糸性が低下することもあり、前記温度範囲内で溶融紡糸工程を行うことが好ましい。
実験の結果、このような低い温度範囲でPETの溶融紡糸工程を進行するにつれ、PETの分解反応を最少化して高い固有粘度を維持して高い分子量を確保することにより、後続する延伸工程で高い延伸比率を適用しなくても高強力の原糸を得ることができ、このように低延伸工程を行えることによってモジュラスを効果的に低下させることができ、前述した物性を満たすポリエステル原糸が得られることが明らかになった。
また、前記溶融紡糸工程は、PET重合体の分解反応を最少化する面で、より低い紡糸張力下で進行できるように、つまり、紡糸張力を最少化できるように、例えば、前記PETを溶融紡糸する速度を300m/min〜1,000m/minの低速に調整することができ、好ましくは350〜700m/minに調整することができる。このように選択的に低い紡糸張力および低い紡糸速度下にPETの溶融紡糸工程を進行するにつれ、PETの分解反応をさらに最少化することができる。
一方、このような溶融紡糸工程を経て得られた未延伸糸は0.8dl/g以上または0.8〜1.2dl/g、好ましくは0.85dl/g以上または0.85〜1.15dl/g、より好ましくは0.9dl/g以上または0.9〜1.1dl/gの固有粘度を示すことができる。また、このように低温紡糸を通じて得られた未延伸糸の分子内のCEG含有量が45meq/kg以下、好ましくは40meq/kg以下、より好ましくは35meq/kg以下となり得る。このような未延伸糸の分子内のCEG含有量は、後続の延伸工程を行った延伸糸、つまり、ポリエステル原糸においても同一の水準に維持できる。
特に、前述のように、高強力低モジュラスのポリエステル原糸を製造するためには、未延伸糸製造工程で高粘度のPET重合体、例えば、固有粘度が1.2dl/g以上または1.2〜2.0dl/g、好ましくは1.25dl/g以上または1.25〜1.85dl/gのPET重合体を用い、溶融紡糸および延伸工程を通じてこのような高粘度範囲を最大限維持して低延伸で高強力を発揮することができ、モジュラスを効果的に低くすることが好ましい。ただし、前記PET重合体の溶融温度の上昇による分子鎖の切断と紡糸パックからの吐出量による圧力の増加を防止するためには、固有粘度が2.0dl/g以下であることがさらに好ましい。
一方、製造されたポリエステル原糸がエアバッグ用布に適用される時、高温高湿条件下においても優れた物性を維持できるようにするためには、前記PET重合体の分子内のCEG含有量は30meq/kg以下が好ましい。ここで、前記PET重合体のCEG含有量は、溶融紡糸および延伸工程を進行した後も最大限低い範囲に維持され、最終製造されたポリエステル原糸が高強力および優れた形態安定性、機械的物性、苛酷条件下で優れた物性発現特性を確保できるようにすることが好ましい。このような面で、前記PETチップのCEG含有量が30meq/kgを超えると、溶融紡糸および延伸工程を通じて最終製造されたポリエステル原糸の分子内のCEG含有量が過量で、例えば、30meq/kg〜45meq/kgを超える程度に増加し、高い湿度条件下でCEGによってエステル結合が切断され、原糸自体およびこれより製造された布の物性低下が生じることがある。
特に、このような高粘度および低いCEG含有量のPET重合体は、前述のような低温条件下で溶融紡糸を行ってPET重合体の熱分解などを最大限抑制することにより、PET重合体とポリエステル原糸との固有粘度およびCEG含有量の差を最少化することができる。例えば、PET重合体とポリエステル原糸との固有粘度の差は0.7dl/g以下または0〜0.7dl/g、好ましくは0.5dl/g以下または0.1〜0.5dl/gとなるように溶融紡糸および以降の工程を行うことができる。また、PET重合体とポリエステル原糸との分子内のCEG含有量の差は20meq/kg以下または0〜20meq/kg、好ましくは15meq/kg以下または3〜15meq/kgとなるように工程を行うことができる。
本発明は、このようにPET重合体の固有粘度の低下およびCEG含有量の増加を最大限抑制することにより、ポリエステル原糸の優れた機械的物性を維持しながら、同時に優れた伸率を確保することができ、エアバッグ用布に適した高強力低モジュラスの原糸を製造することができる。
そして、前記PETチップは、モノフィラメントの繊度が2.5〜6.8DPF、好ましくは2.92〜4.55DPFとなるように工夫された口金を介して紡糸されることが好ましい。つまり、紡糸中の糸切れの発生および冷却時に互いの干渉によって糸切れが発生する可能性を低減するためには、モノフィラメントのデニールが2.5DPF以上にならなければならず、冷却効率を高めるためには、モノフィラメントの繊度が6.8DPF以下であることが好ましい。
また、前記PETを溶融紡糸した後には、冷却工程を付加して前記PET未延伸糸を製造することができる。このような冷却工程は、15〜60℃の冷却風を加える方法で進行することが好ましく、それぞれの冷却風温度条件において冷却風量を0.4〜1.5m/sに調整することが好ましい。これにより、発明の一実施形態にかかる諸物性を示すPET未延伸糸をより容易に製造することができる。
一方、このような紡糸ステップを通じてポリエステル未延伸糸を製造した後には、このような未延伸糸を延伸して延伸糸を製造する。この時、前記延伸工程は、5.0〜6.5、好ましくは5.0〜6.2の総延伸比条件下で延伸工程を行うことができる。前記ポリエステル未延伸糸は、溶融紡糸工程を最適化して高い固有粘度と低い初期モジュラスを維持し、分子内のCEG含有量も最小化した状態である。したがって、6.5を超える高い延伸比条件下で前記延伸工程を進行すると、過延伸水準となり、前記延伸糸に切糸または毛羽などが発生することがあり、高い繊維配向度によって低伸率高モジュラスの原糸が製造できる。特に、このように高い延伸比条件下で原糸の伸率が低下し、モジュラスが増加する場合、エアバッグ用布への適用時にフォールディング性、収納性が良くないことがある。反面、比較的低い延伸比下で延伸工程を進行すると、繊維配向度が低く、これより製造されたポリエステル原糸の強度が一部低くなり得る。ただし、物性の面で5.0以上の延伸比下で延伸工程を行うと、例えば、エアバッグ用布などへの適用に適した高強力低モジュラスのポリエステル原糸の製造が可能であるため、前記延伸工程は、5.0〜6.5の延伸比条件下で進行することが好ましい。
本発明の他の適切な実施形態によれば、直接紡糸延伸工程で高強度および低収縮の性質を同時に満たしながら、低いモジュラスのポリエステル原糸を製造するために、高粘度のポリエチレンテレフタレート重合チップを用いて溶融紡糸した後、ワインダに巻取るまで多段ゴデットローラを経て、延伸、熱固定、弛緩、巻取る工程を含むことができる。
前記延伸工程は、前記未延伸糸をオイルピックアップ量0.2%〜2.0%の条件下でゴデットローラを通過させた後に行うことができる。
前記弛緩過程において、弛緩率は14%以下または1%〜14%となり得、好ましくは10%以下または1%〜10%、より好ましくは7%以下または1.1%〜7%となり得る。前記弛緩率は、原糸に十分な収縮率を発現できるようにする範囲で下限値を選定することができ、例えば、1%以上となり得る。場合によっては、前記弛緩率が小さ過ぎると、例えば、1%未満になる場合には、高い延伸比条件下と同様に、高い繊維配向度の形成によって高伸率低モジュラスの繊維の製造が困難になることがある。また、前記弛緩率が14%を超える場合には、ゴデットローラ上で糸振れが激しくなって作業性を確保しにくいことがある。
一方、前記延伸工程では、前記未延伸糸を略170〜250℃の温度下で熱処理する熱固定工程を追加的に行うことができ、好ましくは、前記延伸工程の適切な進行のために172〜245℃、より好ましくは175〜220℃の温度で熱処理することができる。ここで、温度が170℃未満の場合には、熱的効果が十分でなく、弛緩効率が低下して収縮率の達成が難しく、250℃を超える場合には、熱分解による原糸の強度低下およびローラ上のタールの発生が増加して作業性が低下することがある。特に、前記熱固定工程は、より低い温度範囲で行って弛緩効率を最適範囲に制御すると、エアバッグ布への製造時、最適化された収縮率特性による優れた気密性を確保することができる。
この時、巻取速度は2,000〜4,000m/min、好ましくは2,500〜3,700m/minで行うことができる。
そこで、発明のさらに他の実施形態にかかり、前述したポリエステル原糸を含むエアバッグ用ポリエステル布が提供される。
本発明において、エアバッグ(airbag)用布とは、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うもので、前記のように工程を通じて製造されたポリエステル原糸を用いて製造されることを特徴とする。
特に、本発明は、既存の高強度−低伸度および高いモジュラスを有するポリエステル繊維ではない、高強度−高伸度の低いモジュラスを有するポリエステル繊維を用いることにより、エアバッグ膨張時のエネルギー吸収能力に優れるだけでなく、優れた形態安定性と空気遮断性、および優れたフォールディング性、柔軟性、収納性を有するエアバッグ用ポリエステル布を提供することができる。また、前記ポリエステル布は、常温物性に優れるだけでなく、高温および高湿の苛酷条件下でエージング(aging)後も優れた機械的物性および気密性などを維持することができる。
より具体的には、本発明のポリエステル布は、米国材料試験協会規格ASTMD5034方法によって常温で測定した引張強度が200〜370kgf/inchであり、好ましくは210〜340kgf/inch程度の範囲となり得る。前記引張強度の場合、既存のエアバッグ要求物性の面で200kgf/inch以上になることが好ましく、現実的に物性発現の面で370kgf/inch以下になることが好ましい。
前記ポリエステル布は、米国材料試験協会規格ASTMD5034方法によって常温で測定した切断伸度が20%〜60%であり、好ましくは30%〜50%程度の範囲となり得る。前記切断伸度の場合、既存のエアバッグの要求物性の面で20%以上になることが好ましく、現実的に物性発現の面で60%以下になることが好ましい。
前記ポリエステル布は、下記計算式2で定義される布の強靭性(Toughness)が3.5〜6.0kJ/mのものとなり得る。
[計算式2]
前記計算式2において、
Fは、ポリエステル布の長さがdlだけ伸びる時に加えられる荷重を示し、
dlは、ポリエステル布の長さが伸びた長さを示す。
前記ポリエステル布は、既存のポリエステル布に比べて高い水準の強靭性(Toughness、破断仕事)を有することにより、高温−高圧ガスのエネルギーを効果的に吸収して耐えることができる。特に、エアバッグ用ポリエステル布の強靭性が3.5kJ/m〜6.0kJ/m、好ましくは3.8kJ/m〜5.7kJ/mを示すことにより、高温−高圧ガスのエネルギーを効果的に吸収して耐えることができ、エアバッグ用原糸および布として非常に効果的に使用可能である。エアバッグ用布の強靭性が低くなると、エアバッグ展開時に高温−高圧を有するインフレータの瞬間的な展開衝撃を十分に吸収できる布の抵抗性が低くなるため、エアバッグ用布が破れやすい結果を招く。したがって、本発明において、布の強靭性が、例えば、3.5kJ/m未満になる場合には、エアバッグ用布への適用が困難になることがある。
また、前記ポリエステル布は、高温−高圧のガスによって急速に膨張するため、優れた引裂強度水準が要求されるが、前記エアバッグ用布の破裂強度を示す引裂強度は、非コーティング布に対して米国材料試験協会規格ASTMD2261TONGUE方法で測定した時、18〜30kgfとなり得、コーティング布に対する引裂強度は、米国材料試験協会規格ASTMD2261TONGUE方法で測定した時、30〜60kgfとなり得る。ここで、エアバッグ用布の引裂強度が非コーティング布およびコーティング布それぞれにおいて、前記下限値、つまり、それぞれ18kgfおよび30kgf未満の場合には、エアバッグ展開時にエアバッグの破裂が発生することにより、エアバッグの機能に大きな危険をもたらすこともある。反面、エアバッグ用布の引裂強度が非コーティング布およびコーティング布それぞれにおいて、前記上限値、つまり、それぞれ30kgfおよび60kgfを超える場合には、布の滑脱抵抗力(Edge Comb Resistance)が低くなり、エアバッグ展開時に空気遮断性が急激に劣化することによって好ましくないことがある。
前記ポリエステル布は、前述のように、高強力高伸率の低モジュラスで優れた収縮率特性を有する原糸を用いることにより、優れた滑脱抵抗力(Edge Comb Resistance)を確保し、最終織物の機械的物性、高温高圧ガスに対するエネルギー吸収性能、およびフォールディング性などを同時に向上させることができる。特に、本発明にかかるポリエステル布は、米国材料試験協会規格ASTMD6479方法によって常温(25℃)で測定した滑脱抵抗力が350N以上または350〜1000N、好ましくは380N以上または380〜970Nとなり得る。また、前記ポリエステル布は、90℃で測定した滑脱抵抗力が300N以上または300〜970N、好ましくは320N以上または320〜950Nとなり得る。この時、前記ポリエステル布の滑脱抵抗力は、常温(25℃)および90℃で測定する時、それぞれ350N未満および300N未満の場合には、エアバッグ展開時にエアバッグクッション縫製部位の布強度が急激に劣化することにより、実際のエアバッグ展開時、布でのピンホール(pin hole)の発生と縫い目滑り現象による布破れ現象が発生して好ましくないことがある。
また、前記ポリエステル布における気密性のためには、高圧の空気などによる引張力に耐えて伸張が最小限になり、これと同時に、エアバッグ作動時に十分な機械的物性を確保するためには、高温高圧ガスの排出においてエネルギー吸収性能が最大限になることが極めて重要である。これにより、前記布は、下記計算式3により、布のカバーファクターが1,800〜2,460、好ましくは1,880〜2,360に最適化されて製織することにより、エアバッグ展開時の気密性およびエネルギー吸収性能をより良くすることができる。
[計算式3]
ここで、前記布のカバーファクターが1,800未満の時は、空気膨張時に空気が外部に排出されやすい問題が発生することがあり、前記布のカバーファクターが2,460を超える場合、エアバッグ装着時にエアバッグクッションの収納性およびフォールディング性が顕著に低下することがある。
本発明にかかるポリエステル布は、米国材料試験協会規格ASTMD1776の方法で測定した経糸方向および緯糸方向の布収縮率がそれぞれ1.0%以下、好ましくは0.8%以下となり得、前記エージングを実施した後に、経糸方向および緯糸方向の布収縮率がそれぞれ1.0%以下、好ましくは0.8%以下となり得る。ここで、布の形態安定性の面では、経糸方向および緯糸方向の布収縮率が1.0%を超えないことが最も好ましい。
前記ポリエステル布は、前述のように、高強力低モジュラスの特性を有するポリエステル原糸を用いて布の強靭性および引裂強度を維持すると同時に、布の剛軟度(stiffness)を顕著に低下させることができる。前記エアバッグ用布は、米国材料試験協会規格ASTMD4032方法による剛軟度が1.5kgf以下または0.3〜1.5kgf、好ましくは1.2kgf以下または0.3〜1.2kgf、より好ましくは0.8kgf以下または0.3〜0.8kgfを示すことができる。このように既存のポリエステル布に比べて布の剛軟度(stiffness)を顕著に低下させることにより、本発明のエアバッグ用布は、優れたフォールディング性と柔軟性、およびエアバッグ装着時の向上した収納性を示すことができる。
本発明の布は、エアバッグ用として使用するためには、前記剛軟度範囲を維持することが好ましく、剛軟度が低過ぎる場合には、エアバッグの膨張展開時に十分な保護支持機能を果たさないこともあり、車両への装着時にも形態維持性能が低下して収納性が低下することがある。また、過度に硬い状態になって折り畳みにくくなることによって収納性が低下するのを防止するためには、前記剛軟度は1.5kgf以下が好ましく、特に460デニール未満の場合には0.8kgf以下が好ましく、550デニール以上の場合にも1.5kgf以下になることが良い。
前記ポリエステル布の米国材料試験協会規格ASTMD737方法による静的空気透過度は、非コーティング布に対し、△Pが125paの時、10.0cfm以下または0.3〜10.0cfm、好ましくは8.0cfm以下または0.3〜8.0cfm、より好ましくは5.0cfm以下または0.3〜5.0cfmとなり得、△Pが500paの時、14cfm以下または4〜14cfm、好ましくは12cfm以下または4〜12cfmとなり得る。また、米国材料試験協会規格ASTMD6476方法による動的空気透過度は1,700mm/s以下、好ましくは1,600mm/s以下または200〜1,600mm/s、より好ましくは1,400mm/s以下または400〜1,400mm/sとなり得る。この時、静的空気透過度とは、エアバッグ用布に一定の圧力を付与する時に布に透過する空気量を意味するもので、原糸の単繊度(Denier per Filament)が小さく、布の密度が高いほど低い値を有することができる。さらに、動的空気透過度とは、30〜70kPaの平均瞬間差等圧力を付与する場合の布への空気透過程度を意味するもので、静的空気透過度と同様に、原糸の単繊度が小さく、布の密度が高いほど低い値を有することができる。
特に、前記ポリエステル布の空気透過度は、布にゴム成分のコーティング層を含めることによって顕著に低下させることができ、略0cfmに近い値の空気透過度を確保することもできる。ただし、このようにゴム成分のコーティングを行った場合に、本発明のエアバッグ用コーティング布は、米国材料試験協会規格ASTMD737方法による静的空気透過度が、△Pが125paの時、0.1cfm以下または0〜0.1cfm、好ましくは0.05cfm以下または0〜0.05cfmとなり得、△Pが500paの時、0.3cfm以下または0〜0.3cfm、好ましくは0.1cfm以下または0〜0.1cfmとなり得る。
ここで、本発明のポリエステル布は、非コーティング布およびコーティング布に対し、それぞれ前記静的空気透過度範囲の上限値を超えるか、または動的空気透過度範囲の上限値を超える場合には、エアバッグ用布の気密性を維持する面では好ましくないことがある。
また、本発明のさらに他の実施形態にかかり、ポリエステル原糸を用いたエアバッグ用布の製造方法が提供される。本発明にかかるポリエステル布の製造方法は、前記ポリエステル原糸を用いてエアバッグ用生地を製織するステップと、前記製織されたエアバッグ用生地を精練するステップと、前記精練された織物をテンターリングするステップとを含む。
本発明において、前記ポリエステル原糸は、通常の製織方法と、精練およびテンターリング工程を経て、最終的なエアバッグ用布として製造できる。この時、布の製織形態は、特定の形態に限定されず、平織タイプとOPW(One Piece Woven)タイプの製織形態がいずれも好ましい。
特に、本発明にかかるポリエステル布は、前記ポリエステル原糸を緯糸および経糸として用い、ビーミング(beaming)、製織、精練、およびテンターリング工程を経て製造できる。前記布は、通常の製織機を用いて製造することができ、ある特定の織機を用いることに限定されない。ただし、平織形態の布は、レピア織機(Rapier Loom)や、エアジェット織機(Air Jet Loom)またはウォータージェット織機(Water Jet Loom)などを用いて製造することができ、OPW形態の布は、ジャカード織機(Jacquard Loom)を用いて製造することができる。
また、本発明のポリエステル布は、表面にコーティングまたはラミネートされたシリコーン樹脂、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ことが好ましく、コーティング樹脂の種類は前記言及された物質にのみ限定されない。前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することができるが、これも前記言及された方法にのみ限定されない。
前記樹脂コーティング層の単位面積あたりのコーティング量は20〜200g/m、好ましくは20g/m〜100g/mとなるように使用することができる。特に、OPW(One Piece Woven)タイプのサイドカーテンエアバッグ用布の場合においては、前記コーティング量が30g/m〜95g/mが好ましく、エアバッグ用平織布の場合は、前記コーティング量が20g/m〜50g/mの水準が好ましい。
このようにコーティングされたポリエステル布は、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の形態で製造される。前記エアバッグは、特別な形態に限定されず、一般的な形態で製造できる。
一方、本発明のさらに他の実施形態にかかり、前記エアバッグを含むエアバッグシステムが提供される。前記エアバッグシステムは、関連業者にとって周知の通常の装置を備えることができる。前記エアバッグは、大きく、フロンタルエアバッグ(Frontal Airbag)と、サイドカーテンエアバッグ(Side Curtain Airbag)とに区分可能である。前記フロンタル用エアバッグには、運転席用、助手席用、側面保護用、膝保護用、足首保護用、歩行者保護用エアバッグなどがあり、サイドカーテンタイプのエアバッグは、自動車の側面衝突や転覆事故時に乗客を保護するようになる。したがって、本発明のエアバッグは、フロンタル用エアバッグとサイドカーテンエアバッグをすべて含む。
本発明において、前記記載された内容以外の事項は必要に応じて加減可能なものであるため、本発明では特に限定しない。
本発明によれば、所定の範囲で初期モジュラス、伸率、収縮率、強度などが最適化され、優れた機械的物性と共に、柔軟性およびフォールディング性に優れたエアバッグ用布を製造できるエアバッグ用ポリエステル原糸が提供される。
このようなエアバッグ用ポリエステル原糸は、低いモジュラス、高強力、高伸率で最適化されることにより、エアバッグ用布としての使用時、優れた形態安定性、機械的物性、空気遮断効果が得られるだけでなく、これと同時に、優れたフォールディング性および柔軟性を確保することができ、自動車への装着時、収納性を顕著に改善し、同時に乗客に加えられる衝撃を最少化して搭乗者を安全に保護することができる。
したがって、本発明のポリエステル原糸およびこれを用いたポリエステル布は、車両用エアバッグの製造などに非常に好適に使用可能である。
本発明の一実施形態にかかるエアバッグ用ポリエステル原糸の製造工程を模式的に示す工程図である。 一般的な繊維の強−伸度曲線の例を示すもので、このような強−伸度曲線の面積が強靭性(Toughness;破断仕事、J/m)で定義できる。 本発明の実施例5によるポリエステル原糸の、185℃で2分間熱処理後測定した強−伸度曲線を示すものである。 本発明の実施例5によるポリエステル原糸の、常温で測定した強−伸度曲線を示すものである。 本発明の比較例5によるポリエステル原糸の、185℃で2分間熱処理後測定した強−伸度曲線を示すものである。 本発明の比較例5によるポリエステル原糸の、常温で測定した強−伸度曲線を示すものである。
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を例示するものであって、本発明の範囲が下記の実施例に限定されるものではない。
実施例1〜5
所定の固有粘度およびCEG含有量を有するPET重合体を溶融紡糸して冷却する方法でポリエステル未延伸糸を製造した後に、前記未延伸糸を所定の延伸比で延伸し、熱処理を行ってポリエステル原糸を製造した。この時、PET重合体の固有粘度と分子内のCEG含有量、溶融紡糸工程時の紡糸速度および紡糸張力、紡糸温度条件、延伸比、熱処理温度は、下記の表1に示されたとおりであり、残りの条件は、ポリエステル原糸の製造のための通常の条件に従った。

前記実施例1〜5によって製造されたポリエステル原糸に対して次の方法によって常温での物性を測定し、測定された物性は、下記表2にまとめた。
1)引張強度および切断伸度
米国材料試験規格ASTMD2256の方法で万能材料試験機(Instron)を用いてポリエステル原糸の引張強度および切断伸度を測定し、試料長(gauge length)は250mm、引張速度は300mm/minとし、初期ロードは0.05g/dに設定し、ラバーグリップ(rubber faced grip)を用いて測定した。
また、このように測定した引張強度および伸度に応じた強伸度曲線において、各引張強度(1.0g/d、5.0g/d、8.8g/d)に相当する伸率値(%)を確認し、さらに、原糸の最高強度地点での強度(g/d)および最大伸度(%)を確認した。
2)乾熱収縮率
英国テストライト(Testrite)社のTestrite MK−V装備を用い、180℃の温度および超張力(30g)で乾熱収縮率を2分間測定した。
3)モジュラス(Young’s modulus)
米国材料試験協会規格ASTMD885の方法でモジュラス(Young’s modulus)および強伸度を測定し、それぞれ伸度1%および2%で、つまり、1%および2%伸張した地点でのモジュラスを、下記表2に示した。
4)原糸の強靭性(Toughness)
下記計算式1によって原糸の強靭性(Toughness、J/m)値を計算した。
[計算式1]
前記計算式1において、
Fは、ポリエステル原糸の長さがdlだけ伸びる時に加えられる荷重を示し、
dlは、ポリエステル原糸の長さが伸びた長さを示す。
5)結晶化度
ポリエステル原糸の密度ρは、n−ヘプタンと四塩化炭素を用いた密度勾配管法によって25℃で測定し、結晶化度は、下記計算式4に従って計算した。
[計算式4]
式中、ρは、原糸の密度、ρは、結晶の密度(PETの場合は1.457g/cm)、およびρは、非結晶の密度(PETの場合は1.336g/cm)である。
6)固有粘度
四塩化炭素を用いて試料から油剤を抽出し、160±2℃でOCP(Ortho Chloro Phenol)に溶かした後、25℃の条件で自動粘度測定器(Skyvis−4000)を用いて粘度管での試料の粘度を測定し、下記計算式5に従ってポリエステル原糸の固有粘性度(intrinsic viscosity、IV)を求めた。
[計算式5]
7)CEG含有量
ポリエステル原糸のカルボキシル末端基(CEG、Carboxyl End Group)は、ASTMD664およびD4094の規定により、試料0.2gを50mLの三角フラスコに入れた後、ベンジルアルコール20mLを加え、ホットプレート(hot plate)を用いて180℃まで上げて5分間維持させ、試料を完全に溶解した後、160℃で冷却させて135℃に到達する時、フェノールフタレイン5〜6滴を加え、0.02NのKOHで滴定し、無色から桃色に変化する滴定点で、下記計算式6によってCEG含有量(COOH million equiv./試料kg)を計算した。
[計算式6]
CEG=(A−B)×20×1/W
式中、Aは、試料の滴定に消費されたKOHの量(mL)であり、Bは、供試料の滴定に消費されたKOHの量(mL)であり、Wは、試料の重量(g)である。
8)単糸繊度
単糸繊度は、糸巻きを用いて原糸を9,000mだけ採取し、その重量を測定して原糸の総繊度(Denier)を求めた後、フィラメント数で割る方法で測定した。
また、前記実施例1〜5によって製造されたポリエステル原糸に対し、185℃で2分間熱処理後、前述した方法と同様に物性を測定し、測定された物性は、下記表3にまとめた。
ただし、強伸度曲線において、8.8g/dの引張強度に達した時の伸率値(%)を確認する代わりに、8.0g/dの引張強度に相当する伸率値(%)を確認し、伸率20%での引張強度測定値(g/d)を確認した。

比較例1〜5
下記表4に記載された条件を除いては、実施例1〜5と同様の方法によって比較例1〜5のポリエステル原糸を製造した。

前記比較例1〜5によって製造されたポリエステル原糸に対し、実施例1〜5と同様の方法で別の熱処理なしに常温での原糸の物性を測定し、測定された物性は、下記表5にまとめた。

また、前記比較例1〜5によって製造されたポリエステル原糸に対し、185℃で2分間熱処理後、実施例1〜5と同様の方法で熱処理後原糸の物性を測定し、測定された物性は、下記表6にまとめた。
さらに、前記実施例5によるポリエステル原糸の、185℃で2分間熱処理後測定した強−伸度曲線および常温で測定した強−伸度曲線をそれぞれ図3および図4に示した。前記比較例5によるポリエステル原糸の、185℃で2分間熱処理後測定した強−伸度曲線および常温で測定した強−伸度曲線をそれぞれ図5および図6に示した。
前記実施例5によるエアバッグ用原糸は、図3および図4に示すように、常温対比185℃で2分間熱処理後の原糸の引張強度は、若干の低下があるものの、8.81g/dと優れた範囲を維持し、PET高分子の分子配向の再配列によって伸率が顕著に向上することにより、最終的な原糸の強靭性は、常温に比べて大きく低下しないことが分かる。したがって、前記実施例5によるポリエステル原糸は、高強力高伸率低モジュラスの優れた特性を有することにより、車両用エアバッグ布への適用時に優れた機械的物性および空気遮断効果を確保することができる。
反面、前記比較例5によるエアバッグ用原糸は、図5および図6に示すように、常温対比185℃で2分間熱処理後の原糸の引張強度が大きく低下して約5.3g/d程度となり、エアバッグ用布に適用されるには問題があることが分かる。このように、前記比較例5によるポリエステル原糸は、低い強靭性と高い初期モジュラスを示すことにより、エアバッグ用布への適用時に強度が顕著に低下し、高温−高圧のインフレータのガスエネルギーを吸収できる能力が低下するだけでなく、エアバッグクッションの気密性(packaging)の性能部分も劣化し、エアバッグ用布としての使用に適しないことが分かる。
製造例1〜5
実施例1〜5によって製造されたポリエステル原糸を用い、レピア織機によってエアバッグ用布生地を製織し、精練およびテンターリング工程を経てエアバッグ用布を製造し、前記布に液状シリコーンゴム(LSR)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、シリコーンコーティングされた布を製造した。
この時、布の経糸および緯糸の製織密度、製織形態、樹脂コーティング量は、下記表7に示したとおりであり、残りの条件は、エアバッグ用ポリエステル布の製造のための通常の条件に従った。
前記実施例1〜5によって製造されたポリエステル原糸を用いて製造されたそれぞれのエアバッグ用ポリエステル布に対して次の方法で物性を測定し、測定された物性は、下記表8にまとめた。
(a)布の強靭性(Toughness)
下記計算式2によって布の強靭性(Toughness、J/m)値を計算した。
[計算式2]
前記計算式2において、
Fは、ポリエステル布の長さがdlだけ伸びる時に加えられる荷重を示し、
dlは、ポリエステル布の長さが伸びた長さを示す。
この時、布の強靭性は、コーティング処理前の非コーティング布で測定した。
(b)引裂強度
米国材料試験協会規格ASTMD2261TONGUEによって非コーティング布に対する引裂強度を測定した。
まず、コーティング処理前の非コーティング布を用い、それぞれの試験片で横75mm×縦200mmを裁断した後、前記試験片の上方と下方それぞれを米国材料試験協会規格ASTMD2261TONGUEによる装置において、上端および下端の挟み装置面(jaw face)の左右空間の間に位置させた。その後、前記挟み装置面(jaw face)の間隔は76mmを基準とし、それぞれ反対方向に、つまり、上端の挟み装置は上部側に、下端の挟み装置は下部側に300mm/minの速度で移動させながら、布が破裂する時の強度を測定した。
(c)引張強度および切断伸度
コーティング処理前の非コーティング布で試験片を裁断し、米国材料試験協会規格ASTMD5034による引張強度測定装置の下部クランプに固定させ、上部クランプを上方に移動させながら、エアバッグ布試験片が破断する時の強度および伸度を測定した。
(d)滑脱抵抗力
コーティング処理前の非コーティング布を用い、米国材料試験協会規格ASTMD6479による方法で常温(25℃)および90℃で布の滑脱抵抗力をそれぞれ測定した。
(e)カバーファクター(CF)
下記計算式3によって非コーティング布に対するカバーファクター値を計算した。
[計算式3]
(f)経糸および緯糸方向の布収縮率
米国材料試験協会規格ASTMD1776によって経糸/緯糸方向の布収縮率を測定した。まず、コーティング処理前の非コーティング布で試験片を裁断した後、経糸および緯糸方向に収縮前の長さの20cmずつを表示し、149℃で1時間チャンバで熱処理した試験片の収縮した長さを測定し、経糸方向および緯糸方向の布収縮率{(収縮前の長さ−収縮後の長さ)/収縮前の長さ×100%}を測定した。
(g)剛軟度
コーティング処理前の非コーティング布に対し、米国材料試験協会規格ASTMD4032による剛軟度測定装置を用い、サーキュラーベンド(Circular Bend)法で布の剛軟度を測定した。また、剛軟度測定法としてカンチレバー法を適用することができ、布に曲げを与えるために一定角度の傾斜を与えた試験台のカンチレバー測定機器を用い、布の曲げ長さの測定を通じて剛軟度を測定することができる。
(h)厚度
米国材料試験協会規格ASTMD1777によってコーティング処理前の非コーティング布の厚度を測定した。
(i)空気透過度
米国材料試験協会規格ASTMD737によってコーティング処理前の非コーティング布を20℃、65%RH下で1日以上放置した後、△Pがそれぞれ125paおよび500paの圧力の空気が38cmの円形断面を通過する量を測定して静的空気透過度として示した。
また、ASTMD6476によって動的空気透過度試験器(TEXTEST FX 3350 Dynamic Air Permeability Tester)を用い、前記非コーティング布の動的空気透過度を測定して示した。
比較製造例1〜5
実施例1〜5によって製造されたポリエステル原糸の代わりに、比較例1〜5のポリエステル原糸を用いたことを除いては、製造例1〜5と同様の方法によって比較製造例1〜5のエアバッグ用ポリエステル布を製造し、これに対する物性を測定し、下記表9にまとめた。
前記表8から明らかなように、熱処理後に測定時、低い初期モジュラスと共に、引張強度および伸度範囲を最適化した実施例1〜5のポリエステル原糸を用いた製造例1〜5のエアバッグ用布は、強靭性が3.75〜5.6kJ/mであり、非コーティング布の引裂強度が19〜26kgfであり、引張強度が227〜305kgf/inchであり、布収縮率が経糸方向および緯糸方向でそれぞれ0.4%〜0.5%および0.3〜0.4%と非常に優れた特性を有することが分かる。これと同時に、前記製造例1〜5のエアバッグ用ポリエステル布は、剛軟度が0.35〜1.0kgfと優れた最適範囲を有することにより、優れた形態安定性、機械的物性と共に、優れたフォールディング性、収納性を有することを確認することができる。
特に、製造例1〜5のエアバッグ用布は、高強力高切伸の低モジュラスの原糸を用い、非コーティング布の静的空気透過度(△P=125pa)は0.6〜1.0cfmの水準であり、静的空気透過度(△P=500pa)は5.4〜9.5cfmの水準であるため、優れた気密性の結果を得ることができる。また、布のカバーファクター値は、比較製造例1〜5に比べて低い数値であるにもかかわらず、25℃および90℃での滑脱抵抗力値がそれぞれ430〜535Nおよび380〜495Nと非常に優れた値を示すことにより、エアバッグクッション展開時、クッションの外郭縫い代(seam)部位での縫い目滑り現象が大きく向上することができる。
反面、前記表9から明らかなように、比較例1〜5のポリエステル原糸を用いた比較製造例1〜5のエアバッグ用布は、経糸方向および緯糸方向の収縮率が0.9%〜1.3%であり、引張強度が182〜198kgf/inchであり、非コーティング布の引裂強度が13〜20kgfに顕著に低下することが分かる。このように引張強度および引裂強度などの機械的物性が顕著に低下する布がエアバッグ装置に使用される場合、エアバッグ展開時にエアバッグが破裂するなどの機械的物性の低下による問題が発生することがある。
また、前記比較製造例1〜5による非コーティング布の静的空気透過度(△P=125pa)は2.1〜2.4cfmの水準であり、静的空気透過度(△P=500pa)は12.5〜13.5cfmの水準と大きく増加して気密性が低下することが分かり、このように空気透過度が増加した場合には、エアバッグ展開時、エアが抜けやすく、エアバッグの役割を十分に果たせない問題が発生することがある。そして、布のカバーファクター値は、製造例1〜5に比べて高い数値であるにもかかわらず、25℃および90℃での滑脱抵抗力値がそれぞれ270〜327Nおよび255〜298Nと顕著に低下することにより、エアバッグクッション展開時、クッションの外郭縫い代(seam)部位での縫い目滑り現象が大きく発生することにより、顧客の安全に大きな問題となり得る。
実験例1
前記製造例1〜5および比較製造例1〜5でコーティング工程を行わないエアバッグ用ポリエステルの非コーティング布を用いてエアバッグクッションを製造し、それぞれ下記表10に示すように、DAB(driver airbag)クッションアセンブリまたはPAB(passenger airbag)クッションアセンブリで車両用エアバッグを製作した。
このように完成した車両用エアバッグに対し、3つの熱処理条件(常温:25℃×4hrオーブン放置、Hot:85℃×4hrオーブン放置、Cold:−30℃×4hrオーブン放置)下で展開テスト(static test)を実施した。前記展開テスト(static test)の結果、布破れ、ピンホール(pin hole)の発生、および布の炭化現象が発生しない場合に「Pass」と評価し、布破れ、縫製部のピンホール(pin hole)の発生、または布の炭化現象のうちのいずれか1つでも発生した場合には「Fail」と評価した。
前記製造例1〜5および比較製造例1〜5のエアバッグ用ポリエステルの非コーティング布を用いて製造されたエアバッグクッションに対する展開テスト(static test)の評価結果を、下記表10に示した。
前記表10から明らかなように、本発明にかかり、熱処理後に測定時、低い初期モジュラスと共に、引張強度および伸度範囲を最適化した実施例1〜5のポリエステル原糸を用いた製造例1〜5のエアバッグ用布を含む車両用エアバッグに対し、それぞれ3つの熱処理温度条件下でオーブンに放置した後、展開テストを進行した結果、布破れ、縫製部のピンホール(pin hole)の発生、および布の炭化現象などが発生せず、すべて車両用エアバッグとして優れた性能を有することが分かる。
反面、比較例1〜5のポリエステル原糸を用いた比較製造例1〜5のエアバッグ用布を含む車両用エアバッグに対する展開テストの結果では、エアバッグ展開時、布破れ、縫製部のピンホール(pin hole)の発生、布の炭化現象などによって各クッションのすべてが「Fail」と平価され、実際にエアバッグとしての使用が不可能であることが分かる。特に、比較製造例1、2、3の布を含むDAB(driver airbag)クッションアセンブリに対する展開テストでは、クッションの外郭縫い代部で布破れが発生し、比較製造例4の場合には、インフレータの入口部で布破れが発生し、比較製造例5の場合には、メインパネルの縫い代部で布破れが発生した。また、このような比較製造例1〜5の布を含む車両用エアバッグに対する展開テストにおいて、布破れは、縫製部のピンホール(pin hole)の発生および布の炭化現象などに起因して共に発生したことを確認することができた。したがって、比較製造例1〜5のエアバッグ用布は、実際の車両用エアバッグクッションへの適用時、エアバッグの破裂などでエアバッグの機能に大きな危険をもたらすことがある。

Claims (22)

  1. 185℃で2分間熱処理後、1.0g/dの引張強度に達した時、伸度が1.65%〜2.5%であり、引張強度8.0g/dから最高引張強度まで伸度が0.5%〜5%の範囲で追加伸張することを特徴とする、ポリエステル原糸。
  2. 185℃で2分間熱処理後、5.0g/dの引張強度に達した時、伸度が16%〜22%であることを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
  3. 常温で1.0g/dの引張強度に達した時、伸度が0.8%〜2.0%であり、引張強度8.8g/dから最高引張強度まで伸度が1.5%〜5%の範囲で追加伸張することを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
  4. 常温で5.0g/dの引張強度に達した時、伸度が6.5%〜13.5%であることを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
  5. 185℃で2分間熱処理後、伸度20%で引張強度が4.5g/d以上であることを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
  6. 185℃で2分間熱処理後測定した原糸の伸度が、常温で測定した原糸の伸度に比べて105%以上であることを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
  7. 185℃で2分間熱処理後測定した原糸の引張強度が、常温で測定した原糸の引張強度の90%以上であることを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
  8. 米国材料試験協会規格ASTMD885の方法で測定したモジュラス(Young’s modulus)が、伸度1%で55〜70g/deであり、伸度2%で35〜52g/deであることを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
  9. 下記計算式1で定義される強靭性(Toughness)が70J/m〜120J/mであることを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
    [計算式1]
    前記計算式1において、Fは、ポリエステル原糸の長さがdlだけ伸びる時に加えられる荷重を示す。
  10. 総繊度が400〜650デニールであることを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
  11. 単糸繊度が2.5〜6.8DPFであり、96〜160本のフィラメントを含むことを特徴とする、請求項1記載のポリエステル原糸。
  12. 結晶化度が40%〜55%であることを特徴とする、請求項1記載のエアバッグ用ポリエステル原糸。
  13. 固有粘度が1.2dl/g以上のポリエステル重合体を270〜320℃で溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造するステップと、
    前記ポリエステル未延伸糸を延伸するステップとを含むことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項記載のポリエステル原糸の製造方法。
  14. 前記ポリエチレンテレフタレート重合体とポリエステル原糸の固有粘度の差が0.7dl/g以下であることを特徴とする、請求項13記載のポリエステル原糸の製造方法。
  15. 前記延伸工程を総延伸比5.0〜6.5となるように行うことを特徴とする、請求項13記載のポリエステル原糸の製造方法。
  16. 前記未延伸糸を延伸した後に、170〜250℃の温度下で熱固定工程を追加的に含むことを特徴とする、請求項13記載のポリエステル原糸の製造方法。
  17. 前記未延伸糸を延伸した後に、弛緩率14%以下の弛緩工程を追加的に含むことを特徴とする、請求項13記載のポリエステル原糸の製造方法。
  18. 請求項1〜12のいずれか1項記載のポリエステル原糸を含むことを特徴とする、ポリエステル布。
  19. 米国材料試験協会規格ASTMD4032方法による剛軟度が1.5kgf以下であることを特徴とする、請求項18記載のポリエステル布。
  20. 米国材料試験協会規格ASTMD737方法による静的空気透過度は、△Pが125paの時、10.0cfm以下であり、△Pが500paの時、14cfm以下であることを特徴とする、請求項18記載のポリエステル布。
  21. 米国材料試験協会規格ASTMD6476方法による動的空気透過度は1,700mm/s以下であることを特徴とする、請求項18記載のポリエステル布。
  22. 米国材料試験協会規格ASTMD6479方法により、常温で測定した滑脱抵抗力が350N以上であり、90℃で測定した滑脱抵抗力が300N以上であることを特徴とする、請求項18記載のポリエステル布。
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