CN100507111C - 一种制造气囊用无涂层织物的方法 - Google Patents

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Abstract

经过如下步骤制造以提供拉伸强度和撕裂强度高，且品质优异的气囊用无涂层织物：(A)用干热收缩率(190℃，15分钟)为3～6%的低收缩聚酰胺纤维织造气囊用原料的步骤；(B)将所述原料连续通过依次升高5～20℃的3～10个水浴进行热收缩的步骤；(C)将来自水浴的所述织物通过蒸汽加热机进行再次热收缩的步骤；(D)将来自蒸汽加热机的所述织物通过热风干燥机进行干燥的步骤。

Description

一种制造气囊用无涂层织物的方法
技术领域
本发明涉及适于用作气囊织物原纱的低收缩聚酰胺纤维及使用该纤维的气囊用无涂层织物，还涉及特征为经过如下步骤制造的气囊用无涂层织物：
(A)用干热收缩率(190℃，15分钟)为3～6％的低收缩聚酰胺纤维织造气囊用原料；
(B)将所述原料连续通过依次升高5～20℃的3～10个水浴进行热收缩；
(C)将来自水浴的所述织物通过蒸汽加热机进行再次热收缩；
(D)将来自蒸汽加热机的所述织物通过热风干燥机进行干燥骤。
本发明的利用低收缩聚酰胺纤维的织物的拉伸强度和撕裂强度高，织物品质优异，可以有效的作为气囊用无涂层织物使用。
背景技术
近年气囊成为了车辆乘员不可缺少的保护安全装置，在车辆上的安装率逐步上升。
作为对气囊用织物的要求，要求其具备冲击时平稳膨胀的低透气性和防止气囊自身损伤和破裂的高强度，还必须具备防止膨胀时擦伤乘员面部的柔软性等。近来改善气囊织物自身的折叠性和保存性以及降低成本等也成为重要的要求事项。
气囊用织物大致分为纺织制造后在织物表面覆盖树脂的所谓涂层织物和纺织制造后不在织物表面覆盖树脂直接使用的无涂层织物。作为气囊，为了维持所述低透气性，通常优选使用涂层织物。
以往已经报道了很多关于实现不损伤强度和具有低透气性、优异的折叠性和收藏体积小的气囊的技术。例如，特开平1-41438公报报道了通过制造由强度大于等于8.5克力/旦(g/d)，并且单丝细度小于等于3旦尼尔的纤维纱线来构成气囊用织物，从而达到上述目的。所述公报中没有提到涂层织物和无涂层织物的差异，该公开的气囊用织物实际上是在织物表面涂布了氯丁橡胶等弹性体的所谓涂层织物。因此，当该技术用于无涂层织物时，能充分满足强度和收藏性，但不能很好的维持低透气性。
另外，特开平4-201650公报报道了利用单丝细度为1.0～12旦尼尔、单丝变形度为1.5～7.0的有异形断面的多根单丝形成的聚酰胺多丝纤维，得到强度和折叠性优异的气囊用织物的技术。但是，该公开的气囊用织物的制造技术也是满足适用涂层织物的气囊用织物的要求特性的技术，用于无涂层织物时，存在透气性，特别是缝制部分透气性的问题。
作为涉及无涂层织物的技术有特开平7-252740号公报所述的方法。所述公报报道了利用扁平度大于等于1.5的扁平端面丝的具有低透气性、优异折叠性和收藏性的气囊用无涂层织物。但是，该公开的气囊用无涂层织物在低压(124Pa)下的通气量大于等于0.3cc/cm2/sec，不能充分满足近年来要求的低透气性。
另外，对应2000年修改的美国FMVSS208法规，用两级充气机进行了研究。由于该充气机以2阶段的方式实施充气，第2阶段的气体输出比以往的充气机的气体输出大。因此即使在高压下，与以往相比也要求具有低透气性，另外，要求减小构成气囊的缝制部分的缝制线和织物之间的滑动(以下称作“缝制部分的滑动”)。
从这点来看，虽然特许2950954号公报报道了利用总细度为300～400dtex的纱的无涂层用织物，但该公开中的缝制部分的滑动不足够小。
另外，特开平8-2359号公报报道了布面的经纬覆盖系数都在900～1400的气囊用织物，该织物具有一定附着量的残留油剂和滑动抵抗力，但该公开也不能充分满足缝制部分的滑动要求。
美国专利5,073,418号报道了为了通过轧光机加工降低透气率，进而提高气密性，在用小于等于500旦尼尔的原纱制布后，进行轧光机加工的方法，但该专利的方法存在降低布撕裂强度的问题。
欧洲专利416483报道了气囊制造用热收缩性或热收缩后的无涂层织物，所述织物由实质上对称结构的、细度在300～400dtex的合成纤维纱形成。但该专利方法存在在热收缩步骤急剧地降低了合成纤维纱的强度，从而降低布撕裂强度的问题。
欧洲专利436950报道了制造具有致密纹理的不需要涂层处理的工业用织物的方法，其包括在60～140℃水浴中处理织物的步骤，所述织物是由160℃的热收缩率为6～15％，织物结构至少基本对称的聚酰胺纤维纱形成的。该专利方法中合成纤维纱在高温水浴中发生剧烈的热收缩，因此存在降低织物品质，降低布撕裂强度的问题。
专利文献1：特开平1-41438公报
专利文献2：特开平4-201650公报
专利文献3：特开平7-252740号公报
专利文献4：特许2950954号公报
专利文献5：特开平8-2359号公报
专利文献6：美国专利5,073,418号
专利文献7：欧洲专利416483号
专利文献8：欧洲专利436950号
发明内容
为了解决以往技术中的问题，本发明提供经如下步骤制造的气囊用无涂层织物：(A)用干热收缩率(190℃，15分钟)为3～6％的低收缩聚酰胺纤维织造气囊用原料；(B)将所述原料连续通过依次升高5～20℃的3～10个水浴进行热收缩；(C)将来自水浴的所述织物通过蒸汽加热机进行再次热收缩；(D)将来自蒸汽加热机的所述织物通过热风干燥机进行干燥。
本发明的另一个目的是通过用低收缩聚酰胺纤维制造气囊用无涂层原料，从而提供拉伸强度和撕裂强度高、织物品质优异的气囊用无涂层织物，所述低收缩聚酰胺纤维是通过控制拉伸丝具有更稳定的结晶结构并具有干热收缩率(190℃、15分钟)为3～6％，得到的低收缩聚酰胺纤维。
为了完成上述目的，本发明的低收缩聚酰胺纤维的特征是，其是经过如下步骤制造的低收缩聚酰胺纤维：(A)在270～320℃通过喷丝头熔融挤出聚已二酰己二胺聚合物的步骤，该聚已二酰己二胺聚合物含有大于等于85摩尔％的已二酰己二胺重复单元，相对粘度为2.5～4.0；(B)利用冷却气体在喷丝头下冷却固化挤出的聚合物以形成未拉伸丝，并以200～1000米/分钟(mpm)的纺丝速度抽取未拉伸丝的步骤；(C)对所述未拉伸丝进行总拉伸比大于等于4.0倍的多阶段拉伸、热处理和松弛处理以形成拉伸丝，然后卷取拉伸丝的步骤。
本发明的聚酰胺纤维满足如下物理性质；
(1)干热收缩率(190℃、15分钟)为3～6％；
(2)强度大于等于9.0g/d；
(3)伸长率大于等于20％；
(4)双折射率小于等于0.065；
(5)细度为200～1000旦尼尔。
本发明中，优选所述聚酰胺纤维的总细度为630旦尼尔。
本发明中，优选所述聚酰胺纤维的总细度为420旦尼尔。
本发明中，优选所述聚酰胺纤维的总细度为210旦尼尔。
本发明的制造低收缩聚酰胺纤维的方法中，优选所述(C)步骤中松弛温度为200～260℃，松弛率为2～7％。
本发明中，优选所述聚酰胺纤维的单丝细度为3～7旦尼尔。
本发明使用的聚已二酰己二胺聚合物具有至少85摩尔％的已二酰己二胺的重复单元，优选只由已二酰己二胺构成。
本发明中，可以有选择的用聚酰胺均聚物和共聚物代替所述聚已二酰己二胺聚合物。所述聚酰胺主要是脂肪族聚酰胺。优选使用聚(已二酰己二胺)(尼龙66)、聚(ε-己酰胺)(尼龙6)以及其共聚物等普通尼龙聚合物。其中最优选尼龙66。作为优选使用的其他尼龙聚合物有尼龙12、尼龙46、尼龙6/10和尼龙6/12等。
为了提高热稳定性，本发明的聚已二酰己二胺聚合物优选在最终聚合物中添加Cu金属，使其残存量为20～50ppm。最终聚合物中的Cu金属的残存量不足20ppm时，由于降低了纺丝时的热稳定性而引起热分解。而超过50ppm时，多余的Cu金属作为异物，对纺丝产生不良影响。
通过本发明可以提供经过如下步骤制造的气囊用无涂层织物：(A)用干热收缩率(190℃，15分钟)为3～6％的低收缩聚酰胺纤维织造气囊用原料的步骤；(B)将所述原料连续通过依次升高5～20℃的3～10个水浴进行热收缩的步骤；(C)将来自水浴的所述织物通过蒸汽加热机进行再次热收缩的步骤；(D)将来自蒸汽加热机的所述织物通过热风干燥机进行干燥的步骤。
另外，本发明通过用低收缩聚酰胺纤维制造气囊用无涂层原料，从而提供拉伸强度和撕裂强度高，品质优异的气囊用无涂层织物，所述低收缩聚酰胺纤维是通过控制拉伸丝具有更稳定的结晶结构并具有干热收缩率(190℃、15分钟)为3～6％得到的低收缩聚酰胺纤维。
附图说明
图1是表示本发明的低收缩聚酰胺纤维的纺丝流程的流程示意图。
符号説明
1：纺丝组件
2：喷嘴
3：冷却区域
4：熔融纺丝
5：上油装置
6、7、8、9、10：拉伸滚筒
11：拉伸丝
具体实施方式
利用本发明的制造方法使所述聚已二酰己二胺聚合物纤维化，图1是本发明的一个实施方式的简略制造流程图。
本发明的低收缩聚酰胺纤维的制造方法中，在(A)步骤使聚已二酰己二胺聚合物通过纺丝组件1和喷嘴2，优选通过在相对低的270～320℃的纺丝温度，以20～200的纺丝拉伸比(最初缠绕在滚筒上线速度/喷嘴的线速度)溶融纺丝，以防止因热分解引起的聚合物粘度下降。纺丝拉伸比不足20时，细丝断面的均一性降低，拉伸的操作性显著下降。而超过200时，纺丝中产生细丝的破损，很难生产正常的原丝。
另外，本发明优选控制聚合物在纺丝组件内的过滤滞留时间在3～30秒。纺丝组件内的过滤滞留时间不足3秒时，异物的过滤效果不充分；超过30秒时，纺丝组件的压力上升过高，发生过度的热分解。
另外，本发明优选挤出机螺杆的L/D(长/直径)为10～40。螺杆的L/D不足10时，聚合物不易均匀熔化；超过40时，由于过度的剪切应力使分子量急剧下降，导致物理性质下降。
本发明的低收缩聚酰胺纤维的制造方法中，在(B)步骤将所述(A)步骤形成的熔融纺出丝4通过冷却区域3进行冷却固化。
在冷却区域3，通过吹送冷却空气的方法可以使用开放式冷却法(open quenching)、循环密闭式冷却法(circular closed quenching)和纺丝型排出式冷却法(radial outflow quenching)等，其中优选开放式冷却法。
然后，可以利用上油装置，以0.5～1.0重量％对通过冷却区域3时固化的纺出丝4进行涂油。
本发明的低收缩聚酰胺纤维的制造方法中，优选设置在(C)步骤的未拉伸丝的纺丝速度为200～1000米/分钟。
本发明的低收缩聚酰胺纤维的制造方法中，在(D)步骤，利用纺丝拉伸法，将通过第1拉伸滚筒6的线通过一系列的拉伸滚筒7，8，9和10，使其总拉伸比大于等于4.0倍，优选拉伸比为4.5～6.5倍，得到最后的拉伸丝11。
本发明的低收缩聚酰胺纤维的制造方法中，技术构成的核心是使聚酰胺纤维的干热收缩率(190℃、15分钟)为3～6％。纤维的收缩率根据测定温度而变化。例如在190℃、15分钟的干热收缩率比在160℃、30分的收缩率高1％。即本发明制造的低收缩纤维在160℃、30分的收缩率为2～5％左右。这样低收缩率的纤维可以通过2阶段拉伸步骤后进行的热处理步骤使拉伸丝的结晶结构稳定来获得。本发明的多阶段拉伸步骤包括在低拉伸温度、高拉伸比下进行的第1阶段拉伸步骤和在高拉伸温度、较低拉伸比下进行的第2阶段拉伸步骤。
本发明的第1阶段拉伸步骤主要进行结晶取向。所述结晶的取向是控制织物清洗步骤的热收缩的要素。本发明的第1阶段拉伸步骤优选拉伸温度为20～50℃，拉伸比大于等于3.0倍。如果拉伸温度低于20℃，则在步骤中需要在牵引滚筒上添加冷却装置，这样是不经济的；而拉伸温度超过50℃时，拉伸丝可能发生热结晶。另外拉伸倍率不足3.0倍时，不能达到充分的结晶取向。
本发明的第2阶段拉伸步骤中，拉伸丝在高温下进行热结晶。所述高温下的热结晶对清洗后进行的利用热风干燥机的干燥步骤的织物的热收缩有影响。本发明的第2阶段拉伸步骤中，优选拉伸温度为200～250℃，拉伸比小于等于2.0倍。拉伸温度不足200℃时，拉伸丝不能充分地进行热结晶；拉伸温度超过250℃时，可能对拉伸丝造成损伤。另外，拉伸倍率超过2.0倍时，拉伸丝的伸长率急剧减少。
本发明的低收缩聚酰胺纤维的制造方法中，技术构成的另一个核心在于为了使拉伸丝的结晶结构稳定而使松弛温度为200～260℃，松弛率为2～7％。即松弛温度不足200℃时，热量很难充分稳定拉伸丝的结晶结构；超过260℃时，热量可能损伤拉伸丝。另外，松弛率不足2％时，拉伸丝的收缩率增加，纺织制造后在收缩步骤，拉伸丝的强度急剧下降；松弛率大于7％时，拉伸步骤的拉伸丝的抖动激烈。本发明制造的纤维因其低收缩特性，可以防止气囊用原料在清洗和干燥步骤的剧烈热收缩，所以可保持优异的织物品质，并可减少纤维强度的降低。
通过本发明的制造方法制造的低收缩聚酰胺纤维具有(1)3～6％的干燥热收缩率(190℃、15分钟)，(2)大于等于9.0g/d的强度，(3)大于等于20的伸长率，(4)小于等于0.065的双折射率，(5)200～1000旦尼尔的细度。
通过本发明的制造方法制造的低收缩聚酰胺纤维利用剑杆织机或喷水织机纺织制造，为了达到所需低的透气率，采用210旦尼尔的聚酰胺纱时，织成典型的经纱和纬纱数一共27～30/cm的平织结构；采用420旦尼尔时，织成经纱和纬纱数一共16～22/cm的平织结构；采用630旦尼尔时，织成经纱和纬纱数一共13～18/cm的平织结构。
利用本发明的制造方法制造的低收缩聚酰胺织造织物时，优选织造的结构是对称的平织结构，可替换地，为了得到有魅力的织物，还可以使用具有更小的线密度的纱线织造对称结构的2/2巴拿马式织物。
本发明的气囊用无涂层织物的特征为，其是经过如下步骤制造的：
(A)用干热收缩率(190℃，15分钟)为3～6％的低收缩聚酰胺纤维织造气囊用原料；
(B)将所述原料连续通过依次升高5～20℃的3～10个水浴进行热收缩；
(C)将来自水浴的所述织物通过蒸汽加热机进行再次热收缩；
(D)将来自蒸汽加热机的所述织物通过热风干燥机进行干燥。
本发明的气囊用无涂层织物制造方法中，优选所述(B)步骤中，将气囊用原料通过50℃的水浴后，连续通过依次升高10℃的5个水浴。
本发明的气囊用无涂层织物的制造方法中，优选所述(C)步骤中，蒸汽加热机的温度是150～220℃。
本发明的气囊用无涂层织物的制造方法中，优选所述(D)步骤中，热风干燥机的织物的入口温度是140～160℃，设定织物的出口温度比入口温度高30～70℃左右。
本发明的气囊用无涂层织物的制造方法制造的气囊用无涂层织物具有如下物理性质：拉伸强度为200～300kg，撕裂强度为25～40kg，透气率小于等于1.0cm3/cm2/sec。
本发明的气囊用无涂层织物制造方法的特征是具有用清洗、蒸汽加热机和热风干燥机将干热收缩率(190℃、15分钟)为3～6％的低收缩聚酰胺纤维织造的气囊用原料进行多阶段热收缩的步骤。
本发明的气囊用无涂层织物制造方法中，所述(B)步骤的清洗步骤中，将气囊用原料第1次通过50℃的水浴，然后连续通过温度依次上升10～20℃的3个～10个水浴，此时，最终的水浴温度为100℃。
本发明的气囊用无涂层织物制造方法的其他特征为，清洗步骤后，将进行了热收缩的织物连续地通过150～220℃的蒸汽加热机，进行再次热收缩。进行再次热收缩的原因是，如果本发明制造的低收缩聚酰胺纤维只在清洗和干燥步骤进行织物收缩，很难确保气囊具有充分低的透气率。此时，优选利用蒸汽加热机使织物热收缩率为整个织物的10～40％左右。
如上所述，本发明中，以低收缩聚酰胺纤维作为气囊用无涂层织物，，可以防止在清洗步骤和热风干燥机中因织物的剧烈收缩损伤织物的品质，并可减少织物强度的降低。
以下基于实施例对本发明进行更详细的说明。但下述实施例只是为了举例而已，不能限定本发明。本发明的实施例和比较例制造的丝和织物的各种物理性质的评价按下述方法进行。
(1)相对粘度(R.V.)
用90％的硫酸将0.1g样品稀释成浓度为0.4g/100ml，溶解90分钟后放入乌氏(Ubbelohde)粘度计中，于30℃恒温槽保温10分钟，用粘度计和吸气器测定溶液的落下时间(秒)。用相同方法测定溶剂的落下时间(秒)后，按下式计算R.V。
R.V.＝样品的落下时间(秒)/溶剂的落下时间(秒)
(2)拉伸强度和伸长率
用Instron5565(Instron公司制，美国)，按ASTM D 885的标准，在标准状态(20℃、相对湿度65％)放置24小时以后，在样品长为250mm、拉伸速度为300mm/min和20turns/m(捻回/米)的条件下测定拉伸强度和伸长率。
(3)沸水收缩率
将样品于20℃，相对湿度65％的标准状态放置24小时后，测定在0.1g/d的载荷下的长度(L0)，在无张力状态下，于100℃的沸水中处理30分钟，然后取出，放置4小时以后，测定在0.1g/d的载荷下的长度(L)，通过下式算出收缩率。
ΔS(％)＝(L0-L)/L0×100
(4)干热收缩率
将样品于20℃，相对湿度65％的标准状态放置24小时后，测定在0.1g/d的载荷下的长度(L0)，在无张力状态下，用烘箱在190℃处理15分钟，然后取出，放置4小时以后，测定在0.1g/d的载荷下的长度(L)，通过下式算出收缩率。
ΔS(％)＝(L0-L)/L0×100
(5)织物的拉伸强度
用Instron 4465(Instron公司制，美国)，按ASTM D 5034的标准，在标准状态(20℃、相对湿度65％)放置24小时以后，测定宽10cm、长15cm的织物的拉伸强度。
(6)织物的撕裂强度
用Instron 4465(Instron公司制，美国)，按ASTM D 2261的标准，在标准状态(20℃、相对湿度65％)放置24小时以上后，测定织物的撕裂强度。
(7)织物的透气率
用弗雷泽(Frazier)透气率测定器，按ASTM737标准，在125Pa压力下测定织物的透气率。
(8)双折射率
用配有贝瑞克补偿板(Berek compensator)的偏光显微镜测定。
实施例1
在296℃，用挤出机将含有40ppmCu金属且相对粘度(RV)为3.4的聚已二酰己二胺聚合物以40倍的纺丝拉伸比熔融纺丝。此时，在纺丝组件内的过滤滞留时间为17秒，使用的挤出机螺杆的L/D为35，在纺丝组件的聚合物导管内设置具有2个混合单元的静止混合器，将熔化的纺丝聚合物均匀混合。然后，使纺出丝通过长为600mm的冷却区域(开放式冷却仓，以0.6m/sec的风速通入20℃的冷却空气)，进行固化，然后将固化的纺丝上油，并以470m/min的纺丝速度卷取该未拉伸丝，然后进行第2阶段拉伸。第1阶段拉伸在30℃，拉伸比3.5倍，第2阶段拉伸在223℃，拉伸比1.6倍，在235℃进行热定形(松弛温度)，松弛6％后进行卷取，得到细度为630d/136f的最终拉伸丝。
评价如上所述制造的拉伸丝的物理性质，结果如表1所示。
实施例2～4和比较例1～4
如下述表1所示，改变细度、纺丝温度、拉伸条件，采用与上述实施例1相同的方法进行实验，制造拉伸丝。
评价如上所述制造的拉伸丝的物理性质，结果如表1所示。
表1
实施例5
用剑杆织机将实施例1制造的丝平织成每英寸41×41的织物，得到气囊用原料。将所述原料在清洗步骤第1次通过50℃的水浴，然后连续通过温度依次上升10℃的5个水浴。此时最终水浴温度为100℃。清洗步骤后，连续将织物通过蒸汽加热机，进行再次热收缩。此时，蒸汽加热机的温度为180℃。用热风干燥机在180℃干燥所述通过蒸汽加热机的织物。
评价如上所述制造的织物的物理性质，结果如表2所示。
比较例5
用剑杆织机将比较例1制造的丝平织成每英寸41×41的织物，得到气囊用原料。将所述原料在清洗步骤第1次通过50℃的水浴，然后连续通过温度依次上升10℃的5个水浴。此时最终水浴温度为100℃。清洗步骤后，连续将织物通过蒸汽加热机，进行再次热收缩。此时，蒸汽加热机的温度为190℃。用热风干燥机在180℃干燥所述通过蒸汽加热机的织物。
评价如上所述制造的织物的物理性质，结果如表2所示。
比较例6
用剑杆织机将比较例1制造的丝平织成每英寸41×41的织物，得到气囊用原料。将所述原料通过95℃的水浴使原料急剧热收缩，然后，用热风干燥机，在180℃进行干燥。
评价如上所述制造的织物的物理性质，结果如表2所示。
比较例7
用剑杆织机将实施例1制造的丝平织成每英寸41×41的织物，得到气囊用原料。利用轧光装置，在180℃、483kPa压力的条件下，使所述原料热收缩，制造织物。
评价所述制造的织物的物理性质，结果如表2所示。
表2
 
丝的细度 织物密度(股/英寸)      拉伸强度(kg) 撕裂强度(kg)             厚(mm)     透气率(cm<sup>3</sup>/cm<sup>2</sup>/sec)        重量(g/m<sup>2</sup>)      
实施例5      630d/136f        41×41         249×231       31.5×273        0.36     0.9                  235         
比较例5      630d/136f        41×41         231×213       235×20.3        0.39     0.6                  238         
比较例6      630d/136f        41×41         221×201       19.5×18.3       0.36     1.9                  236         
比较例7      630d/136f        41×41         205×198       18.5×18.1       0.38     2.4                  236         

Claims (3)

1.一种制造气囊用无涂层织物的方法，其特征为，所述方法包括如下步骤：
(A)用在190℃、15分钟条件下的干热收缩率为3～6％的低收缩聚酰胺纤维织造气囊用原料；
(B)将所述原料连续通过依次升高5～20℃的3～10个水浴进行热收缩；
(C)将来自水浴的所述织物通过蒸汽加热机进行再次热收缩，所述蒸汽加热机的温度是150～220℃；
(D)将来自蒸汽加热机的所述织物通过热风干燥机进行干燥。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为，所述(B)步骤中，将气囊用原料首先通过50℃的水浴，然后连续通过依次升高10℃的5个水浴。
3.如权利要求1所述的方法，其特征为，所述(D)步骤中，热风干燥机的织物的入口温度是140～160℃，设定所述热风干燥机的织物的出口温度比所述入口温度高30～70℃。
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