ТЕКСТИЛЬНАЯ ТКАНЬ ИЗ СЛОЖНОГО ПОЛИЭФИРА ДЛЯ ПОДУШЕК БЕЗОПАСНОСТИ

Настоящее изобретение относится к текстильной ткани из сложного полиэфира, которая формирует подушку безопасности с уменьшенным растрепыванием кромок. Более конкретно, настоящее изобретение относится к текстильной ткани, включающей полиэфирные филоментные нити, которые имеют низкую ползучесть при повышенных температурах, и подушкам безопасности из этих текстильных тканей.

Текстильные ткани из полиамидных филоментных нитей преимущественно употребляются в производстве подушек безопасности благодаря высокой способности нитей поглощать энергию. Эта способность поглощать энергию обычно проще всего определяется как площадь под кривой зависимости между нагрузкой и растяжением, и наиболее часто характеризуется показателем растяжимости нити (определяемым как прочность нити на разрыв (cN/tex, кН/текс), умноженная на квадратный корень из величины удлинения при разрыве (%)). Способность поглощать энергию в особенности важна ввиду динамической природы акта срабатывания подушки безопасности, и предыдущая работа была ориентирована на максимизацию поглощения энергии полиэфирными нитями для того, чтобы приблизить их по свойствам к полиамидам.

Проблема улучшения энергопоглощающей способности полиэфирных подушек безопасности была разрешена путем повышения показателя растяжимости полиэфирных филоментных нитей, используемых для изготовления тканей, которые применяются в подушках безопасности. Были раскрыты условия процесса, используемого для изготовления этих более прочных нитей, с применением высокого коэффициента релаксации после вытяжки высокопрочной нити для увеличения удлинения нити и, тем самым, вязкости.

Текстильные ткани для подушек безопасности из таких полиэфирных филоментных нитей оказались неудовлетворительными в модельных условиях срабатывания. Когда модули подушек безопасности, содержащие такие текстильные ткани из полиэфирных нитей, были предварительно нагреты до температуры около 80°С или более и затем раздуты, швы подушек безопасности разрывались, обусловливая неконтролируемую утечку раздувающего газа, каковое явление известно как растрепывание швов или растрепывание кромок ткани. Эти дефекты не наблюдались в подушках безопасности, включающих текстильные ткани из полиамидных филоментных нитей.

Несмотря на попытки разрешить проблемы растрепывания швов, полиэфирные подушки безопасности все еще могут не сработать во время разворачивания из горячего модуля. В других испытаниях разворачивания из горячего модуля модуль подушки безопасности, который включает раздувающий газ и свернутую подушку безопасности, нагревали до температуры 90°С в течение примерно 4 часов перед разворачиванием, и при срабатывании подушка безопасности разрывалась. Всесторонний анализ механизма разрушения в этих испытаниях показал, что отказ был обусловлен растрепыванием швов. Объединенные воздействия раздувающей силы, горячего раздувающего газа и условий горячего предварительного кондиционирования заставляли полиэфирные нити тканевого шва вытягиваться и образовывать просветы, через которые газ уходил с неконтролируемой скоростью.

Поэтому существует потребность в текстильной ткани из сложного полиэфира, которая снижает степень растрепывания швов в подушках безопасности и которая проявляет характеристики, сходные с полиамидными нитями, будучи подвергнутой предварительному кондиционированию при температуре вплоть до 100°С, и раздутой при условиях быстрого нагревания и развития нагрузки.

В соответствии с настоящим изобретением теперь было обнаружено, что текстильная ткань из полиэфирной филоментной нити может снизить степень растрепывания швов во время разворачивания из горячего модуля. Настоящее изобретение раскрывает текстильную ткань, содержащую полиэфирную филоментную нить, в которой полиэфирная филоментная нить имеет удельную разрывную прочность около 65 кн/текс или более, и мгновенную температурную ползучесть (ITC) при температуре 100°С на уровне около 0,5% или менее. Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения включают текстильную ткань, имеющую индекс горячего растрепывания шва (HSCI) около 2 или менее, и подушку безопасности, изготовленную из любой из этих текстильных тканей.

Фиг. 1 иллюстрирует картину прошивки для швов, используемых для измерения индекса горячего растрепывания шва (HSCI).

Фиг. 2 иллюстрирует часть испытательного образца ткани, использованного для измерения индекса горячего растрепывания шва (HSCI).

В общем, настоящее изобретение может быть охарактеризовано текстильной тканью, включающей полиэфирную филоментную нить, в которой полиэфирная филоментная нить имеет удельную разрывную прочность около 65 кН/текс или более и мгновенную температурную ползучесть (ITC) при температуре 100°С около 0,5% или менее. Дополнительные варианты исполнения настоящего изобретения включают текстильную ткань, имеющую индекс горячего растрепывания шва (HSCI) около 2 или менее, и подушку безопасности, изготовленную из любой из этих текстильных тканей.

Полиэфирные филоментные нити, используемые в текстильной ткани согласно настоящему изобретению, могут иметь мгновенную температурную ползучесть (ITC) при температуре 100°С около 0,5% или менее, например, от около 0,01% до около 0,5%. Если мгновенная температурную ползучесть (ITC) полиэфирных нитей составляет больше, чем 0,5%, то при разворачивании пластическая деформация нити в шве подушек безопасности, вытканных с этой полиэфирной нитью, будет больше, чем таковая, наблюдаемая в шве сравнимых подушек безопасности, вытканных из полиамидных филоментных нитей.

Полиэфирные филоментные нити, используемые в текстильных тканях согласно настоящему изобретению, могут иметь удельную разрывную прочность около 65 кН/текс или больше, например, удельную разрывную прочность от около 65 кН/текс до около 100 кН/текс; удельную разрывную прочность около 75 кН/текс или более, например, удельную разрывную прочность от около 75 кН/текс до около 100 кН/текс; или удельную разрывную прочность около 85 кН/текс или более, например, удельную разрывную прочность от около 85 кН/текс до около 100 кН/текс. Нити с более низкой удельной разрывной прочностью требуют применения более высоких значений денье для достижения прочности на разрыв под действием внутреннего давления, необходимой для подушек безопасности из текстильных тканей, что имеет результатом более толстые ткани, которые трудно сворачивать. Удлинение полиэфирных филоментных нитей, применяемых в текстильной ткани согласно настоящему изобретению, может составлять около 12% или более, например, от около 12% до около 20%, или от около 12% до около 15%. Показатель растяжимости нитей может быть около 240 или более, например, от около 240 до около 450, или от около 240 до около 350. Более высокое удлинение нити будет улучшать энергопоглощающую способность текстильной ткани для подушки безопасности. Однако процессы, при которых формируются филоментные нити с более высокими значениями удлинения, рассчитаны на получение нити с Мгновенной Термической Ползучестью (ITC) при температуре 100°С на уровне около 0,5% или менее. Величина усадки в горячем воздухе при температуре 177°С полиэфирной филоментной нити может варьировать в типичном интервале от 3 до 20% для полиэфирных промышленных нитей.

Характеристическая вязкость (IV) сложного полиэфирного полимера, употребляемого для изготовления полиэфирных филоментных нитей, которые применяются в текстильных тканях согласно настоящему изобретению, может быть около 0,8 дл/г или более. Полиэфирные нити с характеристической вязкостью (IV), меньшей чем 0,8 дл/г, не дают нитей с достаточной прочностью.

Линейные плотности нитей могут составлять от около 250 дтекс до около 700 дтекс, в зависимости от того, какой тип подушки безопасности требуется. Из нитей с более высокой величиной линейной плотности (в дтекс) изготавливают ткани для более крупных пассажирских подушек безопасности, по сравнению с нитями, имеющими более низкие значения линейной плотности (в дтекс) для боковых шторочных подушек безопасности. Волокно в нитях для ткани может быть некруглым волокном уплощенного типа. Обычно уплощенность волокна определяется соотношением геометрических размеров. Соотношение геометрических размеров представляет собой соотношение длины к ширине волокна (круглое поперечное сечение имеет соотношение геометрических размеров, равное 1,0). Подходящие соотношения геометрических размеров варьируют в диапазоне от около 1 до около 6. Волокна уплощенного типа делают ткань менее проницаемой для воздуха. Однако есть практическое ограничение в том, что волокна с соотношением геометрических размеров, выходящим за пределы примерно 6, не обеспечивают никакого существенного улучшения и создают проблемы при ткании.

Величина линейной плотности (в децитекс) индивидуального волокна обычно варьируется в диапазоне от 2 до 7. Если линейная плотность волокна (в децитекс) составляет менее, чем около 2, контроль пучка волокон при изготовлении становится более затруднительным. Если линейная плотность волокна (в децитекс) составляет более, чем около 7, ткань подушки безопасности склонна становиться жесткой, и ее трудно сворачивать.

Сложный полиэфирный полимер для формирования полиэфирных мультифиломентных нитей может быть выбран из группы, состоящей из полиэтилентерефталата, полибутилентерефталата, полиэтиленнафталата, полибутиленнафталата, полиэтилен-1,2-бис(фенокси)этан-4,4'-дикарбоксилата, поли(1,4-циклогексилендиметилен)терефталата и сополимеров, включающих, по меньшей мере, один тип периодически повторяющихся структурных единиц вышеупомянутых полимеров, например, сополимерные сложные полиэфиры из полиэтилентерефталата и полиэтиленизофталата, сополимерные сложные полиэфиры из полибутилентерефталата и полибутиленнафталата, сополимерные сложные полиэфиры из полибутилентерефталата и полибутилендекандикарбоксилата, и смеси двух или более из вышеупомянутых полимеров и сополимеров. Среди них полиэтилентерефталатный полимер в особенности подходит для целей настоящего изобретения, поскольку этот полимер хорошо сбалансирован по механическим свойствам и характеристикам формирования волокна.

Сложный полиэфирный полимер может быть получен стандартными способами, известными квалифицированным специалистам в этой области технологии. Например, способом полимеризации в расплаве, дающим аморфный сложный полиэфир с характеристической вязкостью (IV) около 0,6, с последующим процессом полимеризации в твердом состоянии до полимера с требуемой величиной характеристической вязкости (IV). Могут присутствовать также небольшие количества других ингредиентов, в общем составляющие не более, чем 2% по весу, в расчете на вес сложного полиэфирного гомополимера, такие как технологические добавки типа диоксида титана (TiO₂), перманентные волоконные покрытия, которые, например, должны снижать его коэффициент трения, или, например, повышать его адгезию к другим материалам, таким как каучуки, или делать его более стабильным к ультрафиолетовому (UV) излучению и менее хрупким.

Процессы производства для получения полиэфирных филоментных нитей согласно настоящему изобретению могут включать непрерывный прядильно-вытяжной процесс. Например, в непрерывном прядильно-вытяжном процессе расплавленные волокна из фильеры охлаждаются воздухом, смазываются и обматываются вокруг подающего ролика. Пряжа затем проходит через первую и вторую зоны вытяжки и релаксационный валик и, наконец, попадает на мотальную машину. Ниже фильеры перед зоной охлаждения может быть применена зона нагрева, и скорость подающего ролика может быть установлена в интервале от 400 до 1000 метров/минуту. Эту малоориентированную и аморфную пряжу затем вытягивают по меньшей мере в пять раз для максимизации прочности перед проведением релаксации. Подающий и вытяжной ролики являются нагретыми, и релаксационный валик может быть необязательно нагрет. Было обнаружено, что температура пряжи в зоне релаксации между вторым вытяжным роликом и релаксационным валиком, и степень релаксации в этой зоне оказывают большое влияние на мгновенную температурную ползучесть (ITC) конечной полиэфирной филоментной нити. Точные характеристики процесса производства полиэфирных филоментных нитей согласно настоящему изобретению будут зависеть от характеристической вязкости (IV) полимера, конкретных условий прядения, скоростей подающего ролика, степеней вытяжки и т.д.

Модули подушек безопасности обычно включают корпус, а свернутая подушка безопасности располагается в корпусе и приготовлена к раздуванию с помощью газа из инфлятора. Корпус имеет отверстие для разворачивания подушки безопасности.

Чтобы смоделировать условия во время разворачивания текстильной подушки безопасности, был разработан тест горячего шва. Он был предназначен для исследования поведения шва текстильной ткани, когда ее нагревали под нагрузкой. Напряжение на волокнах в типичной текстильной подушке безопасности (нити с линейной плотностью 470 дтекс, сотканные с тканевой нитью в количестве 20 на см) при максимальном давлении раздува подушки безопасности в 100 Н на линейный сантиметр было рассчитано на уровне около 10 кн/текс.

Два куска текстильной ткани с соответственно совпадающими нитями основы и утка наложили друг на друга и прострочили два параллельных шва (5 стежков/см) вдоль открытых (неподрубленных) кромок. Первый шов отстоял на 12,5 мм от открытых кромок, и второй располагался на расстоянии 19 мм от тех же кромок. Фиг. 1 иллюстрирует картину прострочки. Использовали стекловолоконную швейную нить (3300 дтекс), чтобы можно было наблюдать деформацию только горячей ткани.

В то время как сшитые ткани все еще располагались одна на другой, на открытую кромку сшитых тканей наложили шаблон, и, разметив испытательную ленту, отрезали ее согласно следующим размерам: начиная от открытой кромки, по длине 59 мм (в направлении нити утка) с шириной 75 мм; ширину ленты затем сузили от 75 мм до 50 мм на протяжении следующих 10 мм, и, наконец, ширина ленты составляла 50 мм для последних 150 мм длины. Отрезанную ткань затем развернули. Фиг. 2 иллюстрирует вид спереди (200) и сбоку (201) текстильных тканей, которые были сшиты воедино, маркированы через шаблон, разрезаны для получения испытательного образца и затем развернуты.

Верхний конец сшитой ленты закрепили в фиксированной траверсе, и к нижнему концу приложили нагрузку соответственно величине напряжения в филоментной нити на уровне 10 кн/текс. В шве разместили термопару. Промышленный фен, подающий горячий воздух при рабочей температуре, поворачивали на расстоянии 10 см от шва. Шов нагрели до температуры 100°С в течение 20 секунд, за каковое время фен горячего воздуха поворачивали вокруг шва, и ткань оставили остывать до комнатной температуры.

До и после испытания сделали микрофотографии шва и проанализировали их. Из этих микрофотографий, выполненных до и после испытания, измерили среднее расстояние между швом и вторыми горизонтальными нитями на каждой стороне шва. Индекс горячего растрепывания шва (HSCI) определяется как среднее расстояние между швом и вторыми нитями после испытания, деленное на среднее расстояние между швом и вторыми нитями до испытания.

Две ткани были вытканы с использованием промышленного волокна из нейлона-66 INVISTA (Уилмингтон, Делавэр, США) Т749 с линейной плотностью 470 дтекс в качестве основы, одна ткань из той же пряжи Т749 из нейлона-66 в качестве утка, и другая из промышленной пряжи из полиэфирного волокна INVISTA Т791 с линейной плотностью 490 дтекс в качестве утка. Обе филоментных нити, как нейлоновая, так и полиэфирная, имеются на рынке в продаже для применения в подушках безопасности. При использовании вышеописанной методики испытания значение индекса горячего растрепывания шва (HSCI) для ткани, содержащей нейлоновую филоментную нить Т749, составило 1,7, и таковое для ткани, содержащей уток из сложного полиэфира Т791, было 3,3.

В дополнение, были выдернуты волокна из области гребня шва и нижней части сшитой ленты, которая не была подвергнута нагреванию. Измерили средний диаметр этих волокон. Диаметр волокон в нейлоновой ткани слегка уменьшился в области нагретого шва (с 20,1 до 19,7 мкм) по сравнению с гораздо большим утоньшением в полиэфирной ткани (с 16,3 до 14,0 мкм). Поэтому было ясно, что разрушение полиэфирных подушек безопасности было обусловлено горячим растяжением (крипом, ползучестью) полиэфирных нитей в швах.

Филоментные нити были охарактеризованы по их мгновенной температурной ползучести (ITC). Величину мгновенной температурной ползучести (ITC) нитей определяли таким образом, чтобы моделировать нагревание и напряжение, возникающие во время разворачивания из горячего модуля. Для регистрации размерных изменений длины волокон при контролируемой скорости нагревания использовали термомеханический анализатор (фирма TA Instruments, модель 2940). Ряд волокон был выбран случайным образом из филоментной нити и соединен в пучок с величиной линейной плотности около 65 децитекс. Этот пучок нитей поместили в прибор, используя образец длиной около 10 мм, и нагружали с созданием напряжения в пучке нитей на уровне 8,83 кН/текс. Пучок нагрели до температуры 100°С со скоростью 133,3°С/мин. Увеличение длины пучка регистрировали, когда температура достигала 100°С, и значение Мгновенной Температурной Ползучести (ITC) определяется как увеличение длины в процентах от первоначальной длины.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ

1. Физические свойства пряжи

Стандарт ASTM D885-02: удельная прочность на разрыв и удлинение с использованием измерительного прибора длиной 254 см и скоростью деформации 120%. Свободную усадку (нагрузка 0,05 грамма на денье) измеряли при температуре 177°С в течение 30 минут.

Линейную плотность (дтекс) измеряли с использованием варианта 1 испытательного метода D1907.

2. Характеристическая вязкость пряжи (IV)

Относительную вязкость (RV) 3%-ного раствора сложного полиэфира в орто-хлорфеноле измеряли при температуре 25°С с использованием вискозиметра Уббелоде (Ubbelhode). Характеристическую вязкость (IV) рассчитывали по следующему соотношению:

RV=1+IV× C+0,305×IV²×C²+1,83×10^-5×exp^(4,5*IV)×C⁴,

где С представляет собой концентрацию раствора в граммах/100 мл.

3. Строение текстильной ткани

Если не оговорено нечто иное, филоментные нити были сотканы без скручивания в миткалевом переплетении при одинаковой плотности пряжи в обоих направлениях как основы, так и утка, с плотностью около 18,5 нитей/см. Суровую неокрашенную ткань промывали при температуре 80°С в течение 40 минут в роликовой машине и прогревали при температуре 185°С в течение 2 минут. Полученную таким образом ткань с характеристиками, типичными для других процессов, использовали в общепринятом изготовлении тканей для подушек безопасности.

ПРИМЕРЫ

Сравнительный пример 1

Ткани приготовили с использованием нейлоновой филоментной нити INVISTA Т749 с линейной плотностью 470 дтекс в направлении основы и из разнообразных промышленных полиэфирных филоментных нитей, разработанных для специальных целей применения, и нейлоновых нитей, предназначенных для промышленных тканей, в направлении утка. Измеряли значение мгновенной температурной ползучести (ITC) образцов филоментных нитей и индекса горячего растрепывания шва (HSCI) ткани, содержащей образцы нитей. Общая область употребления (эти нити в настоящее время используются в данных вариантах промышленного применения) и физические свойства нитей изложены в Таблице 1. Соответствующие значения Мгновенной термической ползучести (ITC) нити и индекса горячего растрепывания шва (HSCI) ткани приведены в Таблице 2.

Неприемлемая степень растрепывания шва была очевидна в полиэфирных тканях по сравнению с нейлоновыми тканями.

Пример 2

Серию полиэфирных филоментных нитей с номинальным значением линейной плотности волокон 550 и 100 дтекс и соотношением геометрических размеров 1,0 приготовили согласно условиям процесса, изложенным ниже в Таблице 3. Между экспериментальными прогонами варьировали только температуру второго вытяжного ролика и коэффициент релаксации. Физические свойства пряжи из этих нитей (значение характеристической вязкости (IV) 0,90) также приведены в Таблице 3.

Пример 2 показывает, что значение мгновенной температурной ползучести (ITC) полиэфирных филоментных нитей весьма зависит от условий процесса. Условия процесса для Экспериментального прогона № 1 и Экспериментального прогона № 3 дали полиэфирные филоментные нити, имеющие значение Мгновенной термической ползучести (ITC) при температуре 100°С около 0,5% или менее. Пряжа из Экспериментального прогона № 1, имеющая значение Мгновенной термической ползучести (ITC) 0,31%, сравнима с филоментной нитью из нейлона-66 Type 725, которая формирует текстильную ткань с низкой величиной индекса горячего растрепывания шва (HSCI) (Таблица 2). Неожиданный аспект нитей согласно настоящему изобретению, имеющих значение Мгновенной термической ползучести (ITC) менее, чем около 0,5%, состоит в том, что они не являются продуктами с самой высокой энергопоглощающей способностью (показателем растяжимости).

Пример 3

Полиэфирную нить с линейной плотностью 490 дтекс приготовили согласно процессу Примера 2. Условия процесса и физические свойства пряжи изложены в Таблице 4.

Эти филоментные нити были сотканы без скручивания в миткалевом переплетении при одинаковой плотности пряжи в обоих направлениях как основы, так и утка, с плотностью 20 нитей/см. Суровую неокрашенную ткань промывали при температуре 80°С в течение 40 минут в роликовой машине и прогревали при температуре 185°С в течение 2 минут. Свойства полиэфирной ткани и промышленной ткани из нейлона-66 (INVISTA Type 725, линейная плотность 467 дтекс) приведены в Таблице 5.

Полиэфирная ткань была покрыта с обеих сторон силиконовым эластомером в виде базового покрытия с плотностью 40 граммов на квадратный метр и верхнего покрова с плотностью 20 граммов на квадратный метр. Базовое покрытие представляло собой материал General Electric SLE 5401, и покровным слоем был материал Dow Corning 3714. Покрытия были отверждены при температуре приблизительно 190°С. После нанесения покрытия вырезали образец ткани и измерили значение индекса горячего растрепывания шва (HSCI), которое составило 1,1. Шов не проявил признаков искажения, которые могли бы привести к утечке газа.

В то время как изобретение было описано в связи с конкретными вариантами осуществления такового, очевидно, что многие альтернативы, модификации и вариации станут ясными квалифицированным специалистам в этой области технологии по прочтении вышеприведенного описания. Соответственно этому, изобретение охватывает все такие альтернативы, модификации и вариации в рамках формулы изобретения.