JP5916701B2 - ポリエステル原糸及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、エアバッグ用織物に使用可能なポリエステル原糸に関し、より詳しくは、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・高伸び率の低モジュラスポリエステル原糸及びその製造方法、並びにこれを含むエアバッグ用織物に関する。
一般に、エアバッグ(air bag)とは、走行中にの車両が約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内部にガスを供給して膨張させることによって、運転者及び乗客を保護する装置をいう。
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に高強力、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。
特に、自動車に使用されるエアバッグは、一定の形態に製造された後、その体積を最小化するために、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、畳まれた状態を保持し、インフレータなどが作動時にエアバッグが膨張して展開されるようにする。
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及びパッケージ性を効果的に維持しながら、エアバッグ自らの損傷及び破裂を防止し、優れたエアバッグクッションの展開性能を発揮して、乗客に加えられる衝撃を最小化するためには、エアバッグ織物の優れた機械的物性と共に、フォールディング性、及び乗客に加えられる衝撃を軽減するための柔軟性が非常に重要である。しかし、乗客の安全のために優れた空気遮断効果及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ると同時に、自動車内に効果的に装着されて使用できるエアバッグ用織物は、提案されていない状況である。
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に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、形態安定性の側面で劣り、かつ原料費用も高い短所がある。
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使用してエアバッグを製造する場合には、高い剛柔度(stiffness)によって自動車内に装着時に狭い空間への収納が困難であり、高弾性率と低伸び率によって高温の熱処理などで過度な熱収縮が発生し、高温高湿の厳しい条件下で十分な機械的物性及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織物として使用するのに適するように、優れた機械的物性及び空気遮断効果を維持し、乗客に加えられる衝撃を軽減するための柔軟性、収納性、及び高温高湿の厳しい条件下で、優れた機械的物性を維持する繊維原糸の開発に対する研究が必要である。
特開平04−214437号
本発明の目的は、エアバッグ用織物に使用可能に、優れた機械的物性、柔軟性、及び形態安定性を確保し、高温高湿の厳しい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することにある。
また、本発明の他の目的は、前記ポリエステル原糸を製造する方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、前記ポリエステル原糸を使用して製造されるエアバッグ用織物を提供することにある。
本発明は、常温で1.0g/dの引張強度に置かれた時、伸度が0.8%乃至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%乃至5%範囲で追加的に伸び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1.05乃至2.0dl/gのポリエステル重合体を270乃至305℃で溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造する段階、及び前記ポリエステル未延伸糸を延伸する段階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、また、前記ポリエステル原糸を使用して製造されるエアバッグ用織物を提供しようとする。
本発明によれば、剛柔度を著しく低くし、かつ強靭性及び引裂強度などの機械的物性に優れたポリエステル原糸、及びこれを利用して製造されるエアバッグ用織物が提供される。
このようなポリエステル原糸は、高強力、高伸び率、及び低い初期モジュラスに最適化されることによって、エアバッグ用織物として使用時、優れた形態安定性、機械的物性、及び空気遮断の効果を得ることができると同時に、優れたフォールディング性及び柔軟性を確保することができて、自動車への装着時に収納性を著しく改善し、また、乗客に加えられる衝撃を最小化して搭乗者を安全に保護できる。
したがって、本発明のポリエステル原糸及びこれを利用したポリエステル織物は、車両用エアバッグの製造などに非常に好ましく使用することができる。
本発明の一具現例による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−伸度曲線の例を示し、このような強−伸度曲線の面積が強靭性(Toughness;破断仕事、J/m)と定義される。 本発明の実施例1によるポリエステル原糸の強−伸度曲線を示す。 本発明の比較例1によるポリエステル原糸の強−伸度曲線を示す。
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。
以下、発明の具体的な具現例によるポリエステル原糸、及びその製造方法、並びにこれから製造されるエアバッグ用織物について、より詳細に説明する。ただし、これは発明に対する一つの例示として提示されるもので、これによって発明の権利範囲が限定されることではなく、発明の権利範囲内で具現例に対する多様な変更が可能であることは当業者に自明である。
追加的に、本明細書の全体において特別な言及がない限り、「含む」または「含有」とは、ある構成要素(または構成成分)を特別な制限なしに含むことを称し、他の構成要素(または構成成分)の付加を除くことと解釈されない。
ポリエステルエアバッグ用織物は、ポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」という)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、このような工程を通して得られたポリエステル原糸を製織加工して製造することができる。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織物の物性に直・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、従来のポリエステル原糸の高いモジュラスと剛柔度などによるフォールディング性の低下、及び低い溶融熱容量から起因した高温高湿の厳しい条件下で物性の低下、これに伴う展開性能の低下を克服しなければならない。
ポリエステルはナイロンに比べて収縮率が低いため、織物製造時に熱処理工程を行えば、エアバッグ織物の気密性が劣って優れた空気遮断効果を提供するのが困難であり、剛直な分子鎖を有しているので、エアバッグ用織物として使用して自動車に装着する場合、収納性(packing)が著しく落ちるようになる。また、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」という)は、高温高湿の条件下でエステル基(ester bond)を攻撃して分子鎖の切断をもたらし、そのためエイジング後の物性を低下させる原因となる。
よって、本発明は、ポリエステル原糸における強度、伸び率、及び初期モジュラスなどの物性範囲を、優れた水準に最適化することによって、剛柔度を著しく低くしながらも、強靭性(toughness)と引裂強度などの優れた機械的物性及び空気遮断性能などを維持することができるので、エアバッグ用織物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織物を製造することにより、さらに向上したフォールディング性、形態安定性、及び空気遮断効果を示して、エアバッグ用織物として使用時に自動車への装着などでさらに優れた収納性(packing)と、高温高湿の厳しい条件下でも優れた機械的物性、空気流出防止、及び気密性などを維持できることが明らかになった。
よって、発明の一具現例により、本発明は所定の特性を有するポリエステル原糸を提供する。
このようなポリエステル原糸は、常温で1.0g/dの引張強度に置かれた時、伸度が0.8%乃至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%乃至5%範囲で追加的に伸びることができる。
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のが好ましい。この時、前記PETはその製造段階で種々の添加剤を添加することができ、エアバッグ用織物に適した物性を示すためには、少なくとも70モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上を含む原糸とすることができる。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%以上である場合を意味する。
前記発明の一具現例によるポリエステル原糸は、後述する溶融紡糸及び延伸条件下で製造されて、常温で1.0g/dの引張強度に置かれた時、伸度が0.8%乃至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%乃至5%範囲で追加的に伸びる特性を示すようになる。
一般に、ポリエステルは分子構造上、ナイロンなどに比べて剛軟性(stiffness)の高い構造を有するものであって、これによって高いモジュラス特性を示し、エアバッグ用織物として使用時にフォールディング性及びパッキング性(packing)が著しく劣って、自動車の狭い空間への収納が困難である。しかし、調節された溶融紡糸及び延伸工程を通して得られた前記ポリエステル原糸は、高強力・低モジュラスの特性を示して、以前に知られたポリエステル産業用原糸よりも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複数のポリエステルフィラメントを含み、常温でポリエステルフィラメントが1.0g/dの引張強度に置かれた時、0.8%乃至2.0%、好ましくは0.85%乃至1.2%に伸び、8.8g/dの引張強度から最高引張強度まで1.5%乃至5%、好ましくは1.7%乃至4.7%程度が追加的に伸びることができる。前記ポリエステル原糸は、また、常温でポリエステルフィラメントが5.0g/dの引張強度に置かれた時、伸度が6.5%乃至13.5%、好ましくは7.5%乃至12%に伸びることができる。このような低い初期モジュラスと低延伸の特性により、前記ポリエステル原糸から製造されたエアバッグ用織物が既存のPET織物の高い剛柔度(stiffness)問題などを解決して、優れたフォールディング性、柔軟性、及び収納性を示すことができる。
本発明では、エアバッグの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節することによって、最終織物の機械的物性及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 高伸び率 薬爆発によって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行われるように優れた気密性及びフォールディング性を有するためには、高強力・高伸び率の低い初期モジュラスが必要である。この時、本発明で原糸の強伸度曲線は、前述のような強度の条件対比伸度の範囲を充足することが必要である。
また、本発明のポリエステル原糸は、このような強伸度曲線で原糸に加えられる引張力によって原糸が切れる切断点における最高強度が、9.0g/d以上、または9.0g/d乃至10.0g/d、好ましくは9.2g/d以上、または9.2g/d乃至9.8g/dであり、最大伸度が14%以上、または14%乃至23%、好ましくは15%以上、または15%乃至22%を示すことができる。
特に、本発明では、エアバッグの作動時に瞬間的に発生する衝撃エネルギーを効果的に吸収するためには、前記ポリエステル原糸の切断伸度及び乾熱収縮率を同時に最適範囲に調節することによって、最終織物の機械的物性及びフォールディング性などを共に高めることができる。
エアバッグの展開時に優れた強靭性及び引裂強度と共に優れたフォールディング性を有するためには、高強力・高伸び率の低い乾熱収縮率が好ましい。この時、本発明のポリエステル原糸は、切断伸度(S)が14%以上、または14%乃至23%、好ましくは15%以上、または15%乃至22%であり、乾熱収縮率(S)が1.2%以上、または1.2%乃至6.5%、好ましくは1.5%以上、または1.5%乃至5.7%とすることができる。また、前記原糸の切断伸度(S)及び乾熱収縮率(S)の合計は、下記の計算式1で表すことができる。
[計算式1]
18≦S+S≦25
上記式において、
は、ポリエステル原糸の切断伸度(%)であり、
は、ポリエステル原糸の乾熱収縮率(%)である。
前記原糸の切断伸度(S)及び乾熱収縮率(S)の合計は、18%乃至25%、好ましくは20%乃至24%とすることができる。このような低延伸特性により、前記ポリエステル原糸から製造されたエアバッグ用織物が、既存のPET織物の高い剛柔度(stiffness)問題などを解決して、優れたフォールディング性、柔軟性、及び収納性を示すことができる。
特に、上記計算式1において、Sと表される原糸の切断伸度、つまり、伸び率の場合、その値が14%以上に維持されることによって、高い強靭性(toughness)と共に、低い初期モジュラス(Young's Modulus)を確保することができる。これによって、エアバッグ用織物に適用時、高温・高圧のガスエネルギーを十分に吸収できるだけでなく、自動車への装着時に優れた収納性及び展開性を与えるように、優れたフォールディング性の確保が可能である。このような原糸の切断伸度と共に、本発明では上記計算式1におけるSと表される原糸乾熱収縮率を1.2%以上に維持して、実際の製糸工程上の高い弛緩率あるいはゴデットローラの高い温度によって原糸震えによる糸切れを予防して、製糸性を向上させることができる。これと同時に、前記原糸の切断伸度及び乾熱収縮率は、上記計算式1に表したように、その合計が18%以上となるのが、エアバッグ用織物に適用時、織物の強靭性(Toughness)及び収納性の側面で好ましく、25%以下となるのがエアバッグ用原糸の紡糸性及び製糸性の側面で好ましい。
また、本発明のポリエステル原糸は、上述のように原糸の強伸度曲線を最適範囲に調節することによって、最終織物の機械的物性及びフォールディング性などを共に高めることができる。
特に、前記ポリエステル原糸は高強力、低モジュラスの特性を示して、以前に知られたポリエステル産業用原糸よりも低いモジュラス(Young’s modulus)を示すことができる。つまり、前記原糸は、米国材料試験協会規格(ASTM)D885方法によって伸度1%におけるモジュラス(M)が60乃至100g/de、好ましくは75乃至95g/deとなることができ、伸度2%におけるモジュラス(M)が20乃至60g/de、好ましくは22乃至55g/deとなることができる。既存の一般産業用糸としてのポリエステル原糸の場合、1%伸張した地点におけるモジュラス(Young’s modulus)が110g/de以上であり、2%伸張した地点におけるモジュラス(Young’s modulus)が80g/de以上であることと比較する時、本発明のポリエステル原糸は著しく低いモジュラスを有する。
前記ポリエステル原糸に対する初期モジュラスは、伸度1%におけるモジュラス(M)と伸度2%におけるモジュラス(M)との比(M/M)が、下記の計算式2の通り表すことができる。
[計算式2]
1.7≦M/M≦3.5
上記式において、
は、常温で測定された伸度1%でのポリエステル原糸のモジュラス(g/de)であり、
は、常温で測定された伸度2%でのポリエステル原糸のモジュラス(g/de)である。
上記計算式2に表したように、伸度1%におけるモジュラス(M)と伸度2%におけるモジュラス(M)との比(M/M)が1.7乃至3.5、好ましくは1.9乃至3.3となることができる。前記原糸をエアバッグ用織物に適用時、エアバッグ内部の火薬爆発によって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行われるように、優れた気密性及びフォールディング性を有するためには、上述のような低い初期モジュラスで特定の伸度の条件対比モジュラスの範囲を充足するのが必要である。
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あって、物体を両側から引っ張る時、物体の伸びる程度と変形される程度を示す弾性率に該当する値である。前記繊維のモジュラスが高ければ、弾性は良好であるが、織物の剛柔度(stiffness)が悪くなる可能性があり、モジュラスが低すぎる場合、織物の剛柔度は良好であるが、弾性回復力が低くなって、織物の強靭性など機械的物性が悪くなることがある。このように、従来に比べて低い範囲に初期モジュラスを最適化したポリエステル原糸から製造されたエアバッグ用織物は、既存のポリエステル織物の高い剛柔度(stiffness)問題などを解決して、優れたフォールディング性、柔軟性、及び収納性と共に、優れた機械的物性を示すことができる。
特に、上記計算式2において、Mとして伸度1%における原糸のモジュラスは、エアバッグ用原糸としての物性発現に要求される結晶構造及び配向度の側面で60g/de以上が好ましく、エアバッグ用クッションのフォールディング性の側面では100g/de以下が好ましい。
上記計算式2において、Mとして伸度2%における原糸のモジュラスは、エアバッグの展開時にエアバッグクッションの速い展開性能の側面では20g/de以上が好ましく、エアバッグ用クッションのフォールディング性の側面で60g/de以下が好ましい。また、前記伸度1%おけるモジュラス(M)と伸度2%おけるモジュラス(M)との比(M/M)は、エアバッグ用原糸の物性発現及びエアバッグクッションの展開性能の側面で1.7以上に維持するのが好ましく、エアバッグ用織物のフォールディング性の側面で3.5以下に維持するのが好ましい。
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、さらに向上した固有粘度、つまり、0.8dl/g以上、または0.8乃至1.2dl/g、好ましくは0.85dl/g以上、または0.85乃至1.15dl/g、さらに好ましくは0.9dl/g以上、または0.9乃至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へ適用時、コーティング工程などで熱的変形が起きないようにするために、前記範囲に確保するのが好ましい。
前記原糸の固有粘度は0.8dl/g以上になってこそ低延伸で高強力を発揮して、エアバッグ原糸の要求強力が満たされて好ましく、そうでない場合、高延伸で物性の発現ができなくなることがある。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ので、織物の優れたフォールディング性などを達成するのが難しい。したがって、前記原糸の固有粘度を0.8dl/g以上に維持して低延伸を適用することで、低モジュラス発現を可能にするのが好ましい。また、原糸粘度が1.2dl/gを超えれば、延伸時に延伸張力が上昇して、工程上問題を発生させることがあるので、1.2dl/g以下がさらに好ましい。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って、低延伸で低い剛柔度を提供すると同時に、エアバッグ用織物に十分な機械的物性及び耐衝撃性、強靭性(toughness) などを提供できる高強力特性がさらに与えられる。
したがって、このような低い初期モジュラス及び高い伸び率、好ましくは高い固有粘度を示すポリエステル原糸を利用して、優れた機械的物性、収納性、形態安定性、耐衝撃性、及び空気遮断効果を同時に表すエアバッグ用織物を製造するのが可能になる。したがって、前記ポリエステル原糸を利用すれば、さらに低い剛柔度、及びフォールディング性、柔軟性、収納性を表しながらも、優れた耐衝撃性、形態安定性、機械的物性、及び気密性を示すエアバッグ用織物が得られる。このようなエアバッグ用ポリエステル織物は、優れた機械的物性、形態安定性、空気遮断効果を表しながらも、自動車の狭い空間に装着時に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小化して、搭乗者を安全に保護できるので、エアバッグ用織物などとして好ましい適用できる。
また、本発明のポリエステル原糸は、後述する溶融紡糸及び延伸条件下で製造されて、以前に知られたポリエステル原糸に比べ、大きく低くなったカルボキシル末端基(CEG)含有量、つまり、50meq/kg以下、好ましくは40meq/kg以下、さらに好ましくは30meq/kg以下のCEG含有量を表すことができる。ポリエステル分子鎖内のカルボキシル末端基(CEG)は、高温高湿条件下でエステル基(ester bond)を攻撃して分子鎖の切断を招く、これによってエイジング(aging)後の物性を低下させる。特に、前記CEG含有量が50meq/kgを超えれば、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、物性の低下が引き起こされるので、前記CEG含有量は50meq/kg以下となるのが好ましい。
一方、前記発明の一具現例によるポリエステル原糸は、下記の計算式3と定義される原糸の強靭性(Toughness)が70乃至95J/mを示すことができる。既に上述したように、固有粘度、初期モジュラス、及び伸び率の範囲を最適範囲に確保することによって、本発明のポリエステル原糸は優れた水準の強度及び物性を確保することができるだけでなく、エアバッグ用織物に製造時、優れた性能を発揮することができる。
上記式において、
Fは、ポリエステル原糸または織物の長さがdlほど伸びる時に加えられる荷重を表し、
dlは、ポリエステル原糸または織物の伸びた長さを表す。
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、高い水準の強靭性(Toughness、破断仕事)を有することによって、高温・高圧の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、ポリエステル原糸の強靭性が、70J/m乃至95J/m、好ましくは75J/m乃至90J/mを示すことによって、高温・高圧のガスのエネルギーを効果的に吸収して耐えるので、エアバッグ用原糸に非常に効果的に使用することができる。
この時、強靭性とは、上記計算式3で表したように、繊維(原糸または織物を包括する;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でその長さがlからl+dlに伸びた場合、この時に行われた仕事(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、上記計算式3の通りである。つまり、このような強靭性は、原糸及び織物の強−伸度曲線の断面積を示すもので(図2参照)、織物に使用される原糸の強度及び伸度値が高いほど、織物で発現される強靭性は高い値を有するようになる。特に、エアバッグ用織物の強靭性が低くなれば、エアバッグの展開時に高温・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織物の抵抗性が低くなるため、エアバッグ用織物が簡単に破れる結果を招くようになる。したがって、本発明で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、エアバッグ用織物として使用するのが困難になることがある。
既に上述したように、固有粘度、初期モジュラス、及び伸び率の範囲を最適範囲に確保することによって、本発明のポリエステル原糸は、優れた水準の強度及び物性を確保できるだけでなく、エアバッグ用織物に製造時、優れた性能を発揮することができる。
前記ポリエステル原糸は、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℃における収縮応力が、0.005乃至0.075g/dであるのが好ましく、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℃における収縮応力が、0.005乃至0.075g/dであるのが好ましい。つまり、前記150℃と200℃における収縮応力が、それぞれ0.005g/d以上になってこそコーティング工程中の熱による織物の垂れ現象を防止することができ、0.075g/d以下になってこそコーティング工程をすぎて、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、また、結晶化度が40%乃至55%であり、好ましくは41%乃至52%、さらに好ましくは41%乃至50%がとすることができる。前記原糸の結晶化度は、エアバッグ用織物に適用時、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ことで、衝撃吸収性能が落ちる問題点が発生できて、55%以下となるのが好ましい。
また、前記ポリエステル原糸は、単糸繊度が2.5乃至6.8DPF、好ましくは2.92乃至4.55DPFであるものとすることができる。前記原糸がエアバッグ用織物として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の展開時に高温・高圧の展開エネルギーを吸収できる吸収性能の側面で低繊度、高強力に維持しなければならないので、適用可能な原糸の総繊度は400乃至650デニールとすることができる。前記原糸は、エネルギー吸収性能の側面で400デニール以上の繊度を有するのが好ましく、エアバッグクッションの優れたフォールディング性の確保の側面で650デニール以下の繊度を有するのが好ましく、これと同時に、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られるが、多過ぎる場合には紡糸性が良くないこともあるので、フィラメント数は96乃至160とすることができる。
一方、上述したような発明の一具現例によ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でき、前記のように、これら各段階の具体的条件や進行方法がポリエステル原糸の物性に直・間接的に反映されて、上述した物性を有するポリエステル原糸が製造される。
特に、このような工程最適化を通して、常温で1.0g/dの引張強度に置かれた時、伸度が0.8%乃至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%乃至5%範囲で追加的に伸び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及び延伸工程の最適化を通して、高い湿度条件下で酸として存在して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及び高い伸び率の範囲を同時に示して、優れた機械的物性、収納性、形態安定性、耐衝撃性、及び空気遮断の効果を有するエアバッグ用織物として好ましく適用できる。
このようなポリエステル原糸の製造方法について、各段階別にさらに具体的に説明する。
前記ポリエステル原糸の製造方法は、固有粘度が1.05乃至2.0dl/gのポリエステル重合体を270℃乃至305℃で溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造する段階、及び前記ポリエステル未延伸糸を延伸する段階を含む。
最初に、添付した図面を参照して、本発明が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、本発明の溶融紡糸及び延伸工程の実施形態について簡略に説明する。
図1は、本発明の一具現例により、前記溶融紡糸及び延伸段階を含むポリエステル原糸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、本発明のポリエステル原糸の製造方式は、前述した通りの方式によって製造されたポリエステルチップを溶融させて、口金を通して放射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を利用して未延伸糸に油剤を付与し、前−集束機(pre−interlacer)130を使っ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)を通じて延伸過程を経た後、最終的にセカンド集束期(2nd Interlacer)150で一定の圧力で原糸をイントミングル(intermingle)させ、巻取機160で巻き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、高粘度のポリエステル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。前記ポリエステル重合体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でき、好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)70モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上を含むことができる。
この時、低い初期モジュラス及び高い伸び率の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小化できるように低い温度範囲で行われるのが好ましい。特に、高粘度のPET重合体の固有粘度及びCEG含有量などに対して工程による物性の低下を最小化できるように、つまり、PET重合体の高粘度及び低いCEG含有量を維持できるように低温紡糸、例えば、270乃至305℃、好ましくは280乃至300℃、さらに好ましくは282乃至298℃温度で行える。ここで、紡糸温度とは、射出機(Extruder)の温度を称し、前記溶融紡糸工程を305℃を超えて行う時には、PET重合体の熱分解が多量で発生して、固有粘度の低下によって分子量の減少及びCEG含有量の増加が大きくなることがあり、原糸の表面損傷によって全般的な物性の低下を招くことで好ましくない。これに反し、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表面冷却で紡糸性が落ちることもあって、前記温度範囲内で溶融紡糸工程を行うのが好ましい。
実験結果、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ことによって、PETの分解反応を最小化して高い固有粘度を維持して高い分子量を確保し、これによって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が行えることによってモジュラスを効果的に下げられて、上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重合体分解反応を最小化する側面で、より低い紡糸張力下で行われるように、つまり、紡糸張力を最小化できるように、例えば、前記PETを溶融紡糸する速度を300m/min乃至1、000m/minの低速に調節することができ、好ましくは350乃至700m/minに調節することができる。このように選択的に低い紡糸張力及び低い紡糸速度下でPETの溶融紡糸工程を進行することによって、PETの分解反応をさらに最小化できる。
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0.8dl/g乃至1.2dl/g、好ましくは0.85dl/g以上、または0.85dl/g乃至1.15dl/g、さらに好ましくは0.9dl/g以上、または0.9dl/g乃至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して得られた未延伸糸の分子内CEG含有量が、50meq/kg以下、好ましくは40meq/kg以下、さらに好ましくは30meq/kg以下でありうる。このような未燃社の分子内CEG含有量は、後続する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される。
特に、上述のように、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PET重合体、例えば、固有粘度1.05dl/g以上のPET重合体を使用して、溶融紡糸及び延伸工程を通してこのような高粘度の範囲を最大限維持して、低延伸で高強力を発揮できるので、モジュラスを効果的に下げるのが好ましい。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における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以下であるのがさらに好ましい。
一方、製造されたポリエステル原糸がエアバッグ用織物へ適用時、高温高湿の条件下で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含有量は溶融紡糸及び延伸工程を進行した後にも最大限低い範囲に維持されて、最終製造されたポリエステル原糸が高強力、優れた形態安定性、機械的物性、及び厳しい条件下での優れた物性の発現の特性を確保するようにするのが好ましい。このようなの側面で、前記PETチップのCEG含有量が30meq/kgを超過するようになると、溶融紡糸及び延伸工程を通して最終製造されたポリエステル原糸の分子内CEG含有量が過剰で、例えば30meq/kg乃至50meq/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て原糸自体及びこれから製造された織物の物性の低下が引き起こされる。
特に、このような高粘度及び低い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えることによって、PET重合体とポリエステル原糸との固有粘度及びCEG含有量差を最小化できる。例えば、PET重合体とポリエステル原糸との固有粘度差は、0.8dl/g以下、または0乃至0.8dl/g、好ましくは0.7dl/g以下、または0.1乃至0.7dl/gとなるように溶融紡糸及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CEG含有量差は、20meq/kg以下、または0乃至20meq/kg、好ましくは15meq/kg以下、または3乃至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及びCEG含有量の増加を最大限抑えることによって、ポリエステル原糸の優れた機械的物性を維持すると同時に、優れた伸び率を確保することができ、エアバッグ用織物に適した高強力の低モジュラス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2.5DPF乃至6.8DPFとなるように考案された口金を通して紡糸されるのが好ましい。つまり、紡糸中の糸切れの発生及び冷却時に相互間の干渉によって糸切れが発生する可能性を低くするためには、モノフィラメントのデニールが2.5DPF以上とならなければならず、冷却効率を上げるためには、モノフィラメントの繊度が6.8DPF以下であるのが好ましい。
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乃至60℃の冷却風を加える方法で行うことが好ましく、それぞれの冷却風の温度条件において、冷却風量を0.4乃至1.5m/sに調節するのが好ましい。これによって、発明の一具現例による諸般物性を示すPET未延伸糸をより簡単に製造することができる。
一方、このような紡糸段階を通し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乃至6.5、好ましくは5.15乃至6.4の総延伸比の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を超えて高い延伸比の条件下で前記延伸工程を行えば、過延伸の水準になって、前記延伸糸に切糸または毛羽などが発生でき、高い繊維の配向度によって低伸び率・高モジュラスの原糸が製造されうる。特に、このように高い延伸比の条件下で原糸の伸び率が低下してモジュラスが増加する場合、エアバッグ用織物に適用する時、フォールディング性、収納性が良くないこともある。反面、比較的に低い延伸比下で延伸工程を行えば、繊維配向度が低くて、これから製造されたポリエステル原糸の強度が一部低くなりうる。ただし、物性の側面で5.0以上の延伸比下で延伸工程を行えば、例えば、エアバッグ用織物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なので、前記延伸工程は5.0乃至6.5の延伸比の条件下で行うのが好ましい。
本発明の他の適切な実施形態によれば、直接紡糸延伸工程によって高強度及び高伸び率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使って溶融紡糸した後、ワインダに巻き取るまで、多段ゴデットローラを経て延伸、熱固定、弛緩、及び巻取り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%乃至2.0%の条件下でゴデットローラを通過させた後に行える。
前記弛緩過程で弛緩率は1%乃至14%が好ましく、1%未満である場合には収縮率の発現が難しく、高い延伸比の条件下と同様に、高い繊維配向度の形成によって高伸び率・低モジュラス繊維製造が難しくなることがあり、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、作業性を確保できない。
また、前記延伸工程では前記未延伸糸をほぼ170乃至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175乃至240℃、さらに好ましくは180乃至245℃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て弛緩効率が劣っ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の低下及びローラ上タールの発生が増加して、作業性が低下できる。
この時、巻取り速度は、2、000乃至4、000m/min、好ましくは2、500乃至3、700m/minで行うことができる。
このことにより、発明のまた他の具現例によって、前述のようなポリエステル原糸を含むエアバッグ用織物が提供される。
本発明において、エアバッグ(airbag)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、前記のように工程を通して製造されたポリエステル原糸を使って製造されることを特徴とする。
特に、本発明は、従来の高強度・低伸度及び高いモジュラスを有するポリエステル繊維でない高強度・高伸度及び低いモジュラスを有するポリエステル繊維を使うことによって、エアバッグの膨張時のエネルギー吸収能力に優れているだけでなく、優れた形態安定性、空気遮断性、優れたフォールディング性、柔軟性、及び収納性を有するポリエステル織物を提供することができる。また、前記エアバッグ用織物は、常温の物性に優れているだけでなく、高温及び高湿の厳しい条件下でエイジング(aging)後にも優れた機械的物性及び気密性などを維持することができる。
さらに具体的に、本発明のエアバッグ用織物は、米国材料試験協会規格(ASTM)D5034方法によって常温で測定した引張強度が220乃至350kgf/inchであり、好ましくは230乃至300kgf/inch程度の範囲となりうる。前記引張強度の場合、既存のエアバッグの要求物性の側面で220kgf/inch以上となるのが好ましく、現実的に物性の発現の側面で350kgf/inch以下となるのが好ましい。
前記エアバッグ用織物は、米国材料試験協会規格(ASTM)D5034方法によって常温で測定した切断伸度が20%乃至60%であり、好ましくは30%乃至50%程度の範囲となりうる。前記切断伸度の場合、既存のエアバッグの要求物性の側面で20%以上となるのが好ましく、現実的に物性の発現の側面で60%以下となるのが好ましい。
前記ポリエステル織物は、下記の計算式3と定義される織物の強靭性(Toughness)が3.5乃至6.0kJ/mであるものとすることができる。
上記式において、
Fは、ポリエステル原糸または織物の長さが、dlほど伸びる時に加えられる荷重を表し、
dlは、ポリエステル原糸または織物の長さが伸びた長さを表す。
前記ポリエステル織物は、既存のポリエステル織物に比べ、高い水準の強靭性(Toughness、破断仕事)を有することによって、高温・高圧の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、ポリエステル織物の強靭性が3.5kJ/m乃至6.0kJ/m、好ましくは3.8kJ/m乃至5.7kJ/mを示すことによって、高温・高圧のガスのエネルギーを効果的に吸収して耐えて、エアバッグ用原糸及び織物として非常に効果的に用いることができる。エアバッグ用織物の強靭性が低くなれば、エアバッグの展開時に高温・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織物の抵抗性が低くなるため、エアバッグ用織物が簡単に破れる結果を招くようになる。したがって、本発明で織物の強靭性が、例えば、3.5kJ/m未満となる場合にはエアバッグ用織物への適用が難しくなりうる。
また、前記エアバッグ用織物は高温・高圧のガスによって急速に膨張するため、優れた引裂強度の水準が要求されるが、前記エアバッグ用織物の破裂強度を示す引裂強度は、非コーティング織物に対して米国材料試験協会規格(ASTM)D2261 TONGUE方法によって測定した時、18乃至30kgfとなりえ、コーティング織物に対する引裂強度は、米国材料試験協会規格(ASTM)D2261 TONGUE方法によって測定した時、30乃至60kgfとなりうる。ここで、エアバッグ用織物の引裂強度が非コーティング織物及びコーティング織物それぞれで前記下限値、つまり、それぞれ18kgf及び30kgf未満である場合には、エアバッグの展開時にエアバッグの破裂が発生することによって、エアバッグの機能に大きな危険を招く恐れがある。反面、エアバッグ用織物の引裂強度が非コーティング織物及びコーティング織物それぞれで前記上限値、つまり、それぞれ30kgf及び60kgfを超える場合には、織物の滑脱抵抗力(Edge Comb Resistance)が低くなり、エアバッグの展開時に空気遮断性が急激に悪くなることによって好ましくないこともある。
本発明によるエアバッグ用織物は、米国材料試験協会規格(ASTM)D1776の方法によって測定した経糸方向及び緯糸方向の織物収縮率がそれぞれ1.0%以下、好ましくは0.8%以下でありえ、前記エイジングを実施した後に経糸方向及び緯糸方向の織物収縮率がそれぞれ1.0%以下、好ましくは0.8%以下でありうる。ここで、織物の形態安定性の側面では経糸方向及び緯糸方向の織物収縮率が1.0%を超えないのが最も好ましい。
前記エアバッグ用織物は、前述のように、高強力・低モジュラスの特性有するポリエステル原糸を使って、織物の強靭性及び引裂強度を維持すると同時に、織物の剛柔度(stiffness)を著しく低くすることができる。前記エアバッグ用織物は、米国材料試験協会規格(ASTM)D4032方法による剛柔度が1.5kgf以下、または0.3乃至1.5kgf、好ましくは1.2kgf以下、または0.3乃至1.2kgf、さらに好ましくは0.8kgf以下、または0.3乃至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織物に比べ、織物の剛柔度(stiffness)を著しく低くすることによって、本発明のエアバッグ用織物は優れたフォールディング性と柔軟性、及びエアバッグの装着時に向上した収納性を示すことができる。
本発明の織物は、エアバッグ用として使用するためには、前記剛柔度の範囲を維持するのが好ましく、剛柔度が非常に低い場合には、エアバッグの膨張展開時に十分な保護支持機能をすることができないこともあり、車両への装着時にも形態維持性能が劣って収納性が低下できる。
また、非常に堅い状態になって畳みにくくなることによる収納性の低下を防止するためには、前記剛柔度は1.5kgf以下が好ましく、特に、460デニール未満である場合には0.8kgf以下が好ましく、550デニール以上である場合にも1.5kgf以下となるのが良い。
前記エアバッグ用織物の米国材料試験協会規格(ASTM)D737方法による静的空気透過度は、非コーティング織物に対してΔPが125paの時、10.0cfm以下、または0.3乃至10.0cfm、好ましくは8.0cfm以下、または0.3乃至8.0cfm、さらに好ましくは5.0cfm以下、または0.3乃至5.0cfmとなりえ、ΔPが500paの時、14cfm以下、または4乃至14cfm、好ましくは12cfm以下、または4乃至12cfmとなりうる。また、米国材料試験協会規格(ASTM)D6476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乃至1、600mm/s、より好ましくは1、400mm/s以下、または400乃至1、400mm/sとなりうる。この時、静的空気透過度とは、エアバッグ用織物に一定の圧力を加えた時に織物に透過する空気量を意味し、原糸の単繊度(Denier per Filament)が小さくて織物の密度が高いほど、低い値を有することができる。また、動的空気透過度とは、30〜70kPaの平均瞬間差等圧力を加えた場合、織物における空気透過の程度を意味し、静的空気透過度のように原糸の単繊度が小さくて織物の密度が高いほど、低い値を有することができる。
特に、エアバッグ用織物の空気透過度は、織物にゴム成分コーティング層を含ませることによって著しく低くすることができ、ほぼ0cfmに近い値の空気透過度を確保することも可能である。ただし、このようにゴム成分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織物は、米国材料試験協会規格(ASTM)D737方法による静的空気透過度が、ΔPが125paの時、0.1cfm以下、または0乃至0.1cfm、好ましくは0.05cfm以下、または0乃至0.05cfmとなりえ、ΔPが500paの時、0.3cfm以下、または0乃至0.3cfm、好ましくは0.1cfm以下、または0乃至0.1cfmとなりうる。
ここで、本発明のエアバッグ用織物は、非コーティング織物及びコーティング織物に対して、それぞれ前記静的空気透過度の範囲の上限値を超えるか、または動的空気透過度の範囲の上限値を超える場合には、エアバッグ用織物の気密性を維持する側面では好ましくないこともある。
また、本発明のまた他の具現例により、ポリエステル原糸を使用したエアバッグ用織物の製造方法が提供される。本発明のエアバッグ用織物製造方法は、前記ポリエステル原糸を使ってエアバッグ用生地を製織する段階、前記製織されたエアバッグ用生地を洗練する段階、及び前記精練された織物をテンタリングする段階を含む。
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、及びテンター工程を経て最終的なエアバッグ用織物に製造することができる。この時、織物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)タイプの製織形態いずれも好ましい。
特に、本発明によるエアバッグ用織物は、前記ポリエステル原糸を緯糸及び経糸として利用して、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。前記織物は、通常の製織機を使用して製造することができ、特定の織機を使用することに限られない。ただし、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のが好ましく、コーティング樹脂の種類は前記で言及された物質に限定されない。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によって適用できるが、これも前記で言及された方法に限定されることではない。
前記樹脂コーティング層の単位面積当りコーティング量は20乃至200g/m、好ましくは20乃至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織物の場合は、前記コーティング量が30g/m乃至95g/mが好ましく、エアバッグ用平織織物の場合は、前記コーティング量が20g/m乃至50g/m水準が好ましい。
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。前記エアバッグは特別な形態に限定されず、一般的な形態に製造することができる。
一方、本発明のまた他の具現例により、前記のエアバッグを含むエアバッグシステムを提供する。前記エアバッグシステムは関連業者らによく知られた通常の装置を備えてもよい。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)に区分される。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、及び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エアバッグは自動車の側面衝突や転覆事故時、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全て含む。
本発明において、上述の内容以外の事項は必要によって加減が可能であるので、本発明では特に限定しない。
(実施例1〜5)
所定の固有粘度及び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によって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て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CEG含有量、溶融紡糸工程時の紡糸速度、紡糸張力、紡糸温度条件、延伸比、及び熱処理温度は、下記表1に表した通りであり、それ以外の条件はポリエステル原糸を製造するための通常の条件に従った。
上記実施例1〜5により製造されたポリエステル原糸に対し、次の方法で物性を測定しており、測定された物性は下記の表2にまとめた。
1)引張強度及び切断伸度
ポリエステル原糸の引張強度及び切断伸度を万能材料試験器(Instron)を使って測定しており、試料長は250mmであり、引張速度は300mm/minであり、初期ロードは0.05g/dに設定した。
また、このように測定した引張強度及び伸度による強伸度曲線から、各引張強度(1.0g/d、5.0g/d、8.8g/d)に該当する伸び率値(%)を確認し、また、原糸の最高強度地点における強度(g/d)及び最大伸度(%)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装備を使って、180℃の温度及び初張力(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(ASTM)D885方法によってモジュラス(Young’s modulus)及び強伸度を測定し、それぞれ伸度1%及び2%で、つまり、1%及び2%伸張した地点でのモジュラスを下記表2に表した。
4)原糸の強靭性(Toughness)
下記の計算式3によって原糸の強靭性(Toughness、J/m)値を計算した。
上記式において、
Fは、ポリエステル原糸または織物の長さがdlほど伸びる時に加えられる荷重を表し、
dlは、ポリエステル原糸または織物の伸びた長さを表す。
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利用した密度勾配管法によって25℃で測定しており、結晶化度は下記の計算式4によって計算した。
[計算式4]
Xc( 結晶化度)= ρ(ρ− ρ)/ ρ(ρ− ρ
上記式において、ρは原糸の密度、ρは結晶の密度(PETの場合は、1.457g/cm)、及びρは非結晶の密度(PETの場合は、1.336g/cm)である。
6)固有粘度
四塩化炭素を利用して試料から油剤を抽出し、160±2℃でOCP(Ortho Chloro Phenol)で溶かした後、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5によ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]
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
であり、
F=Standard ChipのIV/ Standard Chipを標準動作で測定した3つの平均IV
である。
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、米国材料試験協会規格(ASTM)D664及び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)を利用して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℃に冷却させて135℃に到達した時にフェノルフタレン5〜6滴を加えて、0.02N KOHで適正して無色からピンク色に変わる適正点で、下記の計算式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
上記式において、Aは、試料の適正に消費されたKOHの量(mL)であり、Bは、空試料の適正に消費された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、糸枠を利用して原糸を9000mほど巻き取ってその重量を測って、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。
(比較例1〜5)
下記の表3に記載された条件を除いては、実施例1〜5と同様の方法により、比較例1〜5のポリエステル原糸を製造した。
上記比較例1〜5によって製造されたポリエステル原糸の物性を下記の表4にまとめた。
また、上記実施例1及び比較例1によるポリエステル原糸の強−伸度曲線をそれぞれ図3及び4に表した。
上記実施例1によるエアバッグ用原糸は、図3に示したように、強−伸度グラフで高い強度、つまり、9.1g/dの最高引張強度を示し、グラフの初期傾きも著しく小さくなって、低い初期モジュラスを示すことが分かる。したがって、上記実施例1によるポリエステル原糸は高強力・高伸び率・低モジュラスの優れた特性を有することによって、車両用エアバッグ用織物に適用する時、優れた機械的物性及び空気遮断の効果を確保することができる。
反面、上記比較例1によるエアバッグ用原糸は、図4に示したように、強−伸度グラフで切断時の最高強度が6.9g/dに過ぎず、グラフの初期傾きも大きく現れ、高い初期モジュラスを示すことが分かる。低い強靭性と高いモジュラスを示すことが分かる。このように、上記比較例1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って、エアバッグ用織物に適用する時、高温・高圧のインフレータガスエネルギーを吸収できる能力が落ちるだけでなく、エアバッグクッション気密性(packaging)性能部分も悪くなって、エアバッグ用織物として使用するの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使って、レピア織機によってエアバッグ用織物生地を製織し、精練及びテンター工程を経てエアバッグ用織物を製造して、前記織物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 rollcoating)方法でコーティングして、シリコーンコーティングされた織物を製造した。
この時、織物の経糸及び緯糸の製織密度、製織形態、樹脂コーティング量は、下記表5に表した通りであり、それ以外の条件はエアバッグ用ポリエステル織物製造のための通常の条件に従った。
上記実施例1〜5によって製造されたポリエステル原糸を使って製造されたそれぞれのポリエステル織物に対し、次の方法で物性を測定しており、測定された物性は下記の表6にまとめた。
(a)織物の強靭性(Toughness)
下記の計算式3によって、織物の強靭性(Toughness、J/m)値を計算した。
上記式において、
Fは、ポリエステル原糸または織物の長さがdlほど伸びる時に加えられる荷重を表し、
dlは、ポリエステル原糸または織物の伸びた長さを示す。
この時、織物の強靭性はコーティング処理前の非コーティングされた織物で測定した。
(b)引裂強度
コーティング処理前の非コーティングされた織物及びコーティング処理後のコーティングされた織物を使って、それぞれの試片で横75mm×縦200mmを裁った後、前記試片の上方と下方それぞれを米国材料試験協会規格(ASTM)D2261 TONGUEによる装置で上端及び下端の挟み装置面(jaw face)の左右空間の間に位置させて、前記挟み装置面(jaw face)の間隔は76mm/min基準で、300mm/min速度で非コーティング織物及びコーティング織物の引裂強度をそれぞれ測定した。
(c)引張強度及び切断伸度
コーティング処理前の非コーティングされた織物で試片を裁って、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織物試片が破断する時の強度及び伸度を測定した。
(d)経糸及び緯糸方向の織物収縮率
米国材料試験協会規格(ASTM)D1776によって経糸及び緯糸方向の織物収縮率を測定した。まず、コーティング処理前の非コーティングされた織物で試片を裁った後、経糸及び緯糸方向に収縮前の長さである20cmずつを表示し、149℃で1時間チェンバで熱処理した試片の収縮した長さを測定して、経糸方向及び緯糸方向の織物収縮率{(収縮前の長さ−収縮後の長さ)/収縮前の長さ×100%}を測定した。
(e)剛柔度
コーティング処理前の非コーティングされた織物に対し、米国材料試験協会規格(ASTM)D4032による剛柔度測定装置を利用して、サーキュラーベンド(Circular Bend)法で織物の剛柔度を測定した。また、剛柔度測定法としてカンチレバー法を適用でき、織物にベンディングを与えるために一定角度の傾斜を与えた試験台であるカンチレバー測定機器を利用して、織物ベンディング長さの測定を通して剛柔度を測定することができる。
(f)厚度
米国材料試験協会規格(ASTM)D1777によってコーティング処理前の非コーティングされた織物の厚度を測定した。
(g)空気透過度
米国材料試験協会規格(ASTM)D737によってコーティング処理前の非コーティングされた織物を20℃、65%RH下で1日以上放置した後、ΔPがそれぞれ125pa及び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、静的空気透過度に表した。
また、米国材料試験協会規格(ASTM)D6476によって動的空気透過度試験器(TEXTEST FX 3350 Dynamic Air Permeability Tester)を使って前記非コーティング織物の動的空気透過度を測定して表した。
(比較製造例1〜5)
比較例1〜5のポリエステル原糸を使ったことを除いては、それぞれ製造例1〜5と同様の方法により、比較製造例1〜5のポリエステル織物を製造し、これに対する物性を測定して、下記の表7にまとめた。
上記表6に表したように、低い初期モジュラスと共に引張強度及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使用した製造例1〜5のエアバッグ用織物は、引張強度が227乃至305kgf/inchであり、非コーティング織物の引裂強度が19乃至26kgfであり、織物収縮率が経糸方向及び緯糸方向でそれぞれ0.4%乃至0.5%及び0.3%乃至0.4%で、非常に優れた特性を有することが分かる。これと同時に、上記製造例1〜5のポリエステル織物は、剛柔度が0.35乃至1.0kgfで、優れた最適範囲を有することによって、著しく向上した形態安定性及び機械的物性と共に、優れたフォールディング性、収納性を有することが確認できる。
特に、製造例1〜5のエアバッグ用織物は、低い初期モジュラスと高強力・高伸び率の原糸を使用して、非コーティング織物の静的空気透過度(△P=125pa)は0.6乃至1.0cfm水準であり、静的空気透過度(△P=500pa)は5.4乃至9.5cfm水準なので、優れた気密性の効果が得られることが分かる。
反面、上記表7に表したように、比較例1〜5のポリエステル原糸を使用した比較製造例1〜5のエアバッグ用織物は、このような特性を満たさないことが確認された。特に、比較製造例1〜5のエアバッグ用織物は、経糸方向及び緯糸方向の収縮率が0.9%乃至1.3%であり、引張強度が187乃至200kgf/inchであり、非コーティング織物の引裂強度が13乃至20kgfで、著しく劣ることが分かる。このように引張強度及び引裂強度などの機械的物性が著しく劣る織物がエアバッグ装置に使用される場合、エアバッグの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しうる。
また、上記比較製造例1〜5による非コーティング織物の静的空気透過度(△P=125pa)は2.1乃至2.4cfm水準であり、静的空気透過度(△P=500pa)は12.5乃至13.5cfm水準に大きく増加して、気密性が劣ることが分かり、このように空気透過度が増加した場合には、エアバッグの展開時にエアーが簡単に抜け出て、エアバッグの役割を果たすことができない問題が発生しうる。

Claims (17)

  1. 常温で1.0g/dの引張強度に置かれた時、伸度が0.8%乃至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%乃至5%範囲で追加的に伸び、
    常温で5.0g/dの引張強度に置かれた時、伸度が6.5%乃至13.5%であり、
    米国材料試験協会規格(ASTM)D885方法によって測定したモジュラス(Young's modulus)が、伸度1%で60乃至100g/deであり、伸度2%で20乃至60g/deであり、
    切断伸度が15%乃至22%であり、
    切断伸度(S1)及び乾熱収縮率(S2)の合計が、下記の計算式1で表されるポリエステル原糸。
    [計算式1]
    18≦S1+S2≦25
    上記式において、
    1は、ポリエステル原糸の切断伸度(%)であり、
    2は、ポリエステル原糸の乾熱収縮率(%)である。
  2. 常温で5.0g/dの引張強度に置かれた時、伸度が7.5%乃至12%である請求項1に記載のポリエステル原糸。
  3. 熱収縮率が2.8%乃至5.3%である請求項1に記載のポリエステル原糸。
  4. 米国材料試験協会規格(ASTM)D885方法によって測定したモジュラス(Young's modulus)が、伸度1%で75乃至95g/deであり、伸度2%で22乃至55g/deである請求項1に記載のポリエステル原糸。
  5. 常温で測定した伸度1%におけるモジュラス(M1)及び伸度2%におけるモジュラス(M2)との比(M1/M2)が、下記の計算式2で表される請求項1に記載のポリエステル原糸。
    [計算式2]
    1.7≦M1/M2≦3.5
    上記式において、
    1は、米国材料試験協会規格(ASTM)D885方法によって常温で測定された伸度1%におけるポリエステル原糸のモジュラス(g/de)であり、
    2は、米国材料試験協会規格(ASTM)D885方法によって常温で測定された伸度2%におけるポリエステル原糸のモジュラス(g/de)である。
  6. 総繊度が400乃至650デニールである請求項1に記載のポリエステル原糸。
  7. 単糸繊度が2.5乃至6.8DPFであり、適用される原糸フィラメントが96乃至160本である請求項1に記載のポリエステル原糸。
  8. 固有粘度が1.25乃至1.88dl/gのポリエステルチップから製造される請求項1に記載のポリエステル原糸。
  9. カルボキシル末端基の含有量が50meq/kg以下である請求項1に記載のポリエステル原糸。
  10. 固有粘度が1.25乃至1.88dl/gのポリエステル重合体を293乃至295℃で溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造する段階、
    前記ポリエステル未延伸糸を総延伸比5.99乃至6.5となるように延伸する段階
    記延伸工程後に、235乃至250℃の温度下で熱固定工程を行う段階、および
    前記熱固定工程を行った後に、弛緩率5.6%乃至6.3%の弛緩工程を行う段階
    を含む請求項1乃至9のいずれか一項によるポリエステル原糸の製造方法。
  11. カルボキシル末端基の含有量が50meq/kg以下である請求項10に記載のポリエステル原糸の製造方法。
  12. 前記ポリエステル重合体と前記ポリエステル原糸との固有粘度差は0乃至0.8dl/gであり、前記ポリエステル重合体と前記ポリエステル原糸との分子内CEG含有量差は0乃至20meq/kgである請求項11に記載のポリエステル原糸の製造方法。
  13. 請求項1乃至9のいずれか一項によるポリエステル原糸を含むポリエステル織物。
  14. 米国材料試験協会規格(ASTM)D4032方法による剛柔度が1.5kgf以下である請求項13に記載のポリエステル織物。
  15. 米国材料試験協会規格(ASTM)D2261 TONGUE方法によって測定した引裂強度が18kgf以上である請求項13に記載のポリエステル織物。
  16. 米国材料試験協会規格(ASTM)D737方法による静的空気透過度は、△Pが125paの時に10.0cfm以下であり、△Pが500paの時に14cfm以下である請求項13に記載のポリエステル織物。
  17. 米国材料試験協会規格(ASTM)D6476方法による動的空気透過度は1、700mm/s以下である請求項13に記載のポリエステル織物。
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