高韧性低收缩率聚酰胺纱线 相关申请的交叉引用
本专利申请要求 2007 年 11 月 9 日提交的美国临时专利申请 No.60/986,671 的优 先权的权益。本申请因此引入将美国临时申请 No.60/986,671 的全部内容引入这里供参 考。
本发明的领域
本发明涉及高韧性、 低收缩率聚酰胺 ( 例如尼龙 ) 纱线的制备方法。尤其， 物理性 能的结合是通过在联合的 (coupled) 纺拉成形法中将熔化尼龙聚合物挤出来实现的， 该方 法包括在卷绕之前的后续的张力松弛和控制步骤。 这样的纱线能够用于机织和针织织物的 制造中， 其中此类纱线和机织织物尤其可用于工业应用如汽车安全气囊中。
本发明的背景
聚酰胺纱线常常用于需要高强度的工业纱线和织物应用中。为了产生最大强度， 通过引起分子定向排列的纺丝和拉伸过程来制造尼龙纱线。所实现的取向度越高， 韧性越 大和可达到的纱线伸长率就越低。 使用由聚酰胺制备的高韧性纱线生产织物的基本方面涉 及到纱线的固有收缩率。 归因于聚合物在纺丝和拉伸过程中经历高度的分子定向排列的事 实， 此类纱线具有自然收缩的趋势。收缩的速率和程度与拉伸度 ( 其中更高的拉伸导致更 大的收缩率 )， 纱线加热到的温度， 和纱线在温度下保持的时间长度相关。 因此， 通常在热水 中洗涤织物和然后在热空气中干燥以促进收缩率和引起织物变得尺寸稳定。 纤维的收缩率 因为所机织的织物的利用率下降而影响织物的生产效率， 因为在机织后处理过程中遇到的 织物缩水率会提高。
制造完全拉伸的尼龙纱线的已知方法包括以下步骤 ： 将熔化聚合物经由喷丝板挤 出形成长丝， 骤冷该熔化长丝， 结合这些长丝形成复丝纱和然后拉伸该纱以提高分子取向， 降低可实现的伸长率并产生增大的韧性。 拉伸是通过让已纺丝的纱线从送料辊行进到拉伸 辊来实现的， 其中拉伸辊是在比送料辊更高的速度下旋转。 拉伸的程度越高， 纱线收缩率越 高。这一类型的方法， 其中纺丝和拉伸步骤集成到连续生产方法中， 被称作 “纺 - 拉” 工艺。
有可能通过使用缓慢的 “两阶段” 工艺生产极低收缩率聚酰胺纱线， 其中拉伸是在 已纺丝形成的纱线被卷绕之后的单独步骤中进行的， 因此拉伸和松驰阶段与纺丝分开。然 而， 发现该产品在拉伸之前有太高的结晶性从而在没有发生纱线断裂的情况下允许有非常 高的拉伸度。因此， 该 “两阶段” 工艺不适合于高于约 80cN/tex 的非常高韧性纱线的高生 产率制造。
由纺拉成形法生产的高度拉伸、 高收缩率纱线能够引起后续加工问题， 这归因于 由拉伸步骤中在纱线中诱导的张力。 即使没有减轻， 张力会是足够的高， 从而引起已卷绕了 纱线卷装的硬纸管芯发生变形。另外， 从高度拉伸导致的低伸长率能够导致不可接受次数 的纱线断裂。这一问题在经济性高速度生产所需要的高丝条速度下变得更严重。
为了减轻卷装变形和丝条断裂的问题， 已知的是在卷绕之前在拉伸之后引入 一个松弛步骤以便降低纱线张力， 通常趁加热。一种此类工艺已经公开在美国专利 5,750,215( 授权于 Jaegge 等人 )， 它的教导被引入这里供参考。美国专利 5,750,215
使用松弛步骤以便生产包括尼龙 6， 6 纱线的纱线卷装， 该纱线体现特征于约 22 ％到约 60 ％的伸长率， 约 3 ％到约 10 ％的退浆收缩率 (boil-off shrinkage)， 约 3- 约 7 克 / 旦 (32.7-76.5cN/tex) 的韧性以及不足以破碎该纱线管芯 ( 纱线卷装卷绕在它之上 ) 的纱线 管压缩力。
在由美国专利 5,750,215 描述的尼龙纱线制造方法中观察到的限制是操作限制 条件， 后者影响在拉伸区段和松弛区段之间张力所能够减少的程度。如果张力减少到太低 的水平， 则该纱线完全地变得不稳定， 导致单丝化 ( 或单根长丝的散开 ) 或丝条断裂。这一 张力衰减变得足够的大而诱导丝条不稳定性的点是根据公式 1 的大于约 9％的松弛比率。
松弛比率 (％ ) ＝ ((RD-RR)/RD)x100， [1]
其中
RD 是最末阶段拉伸辊的圆周速度， 和
RR 是松弛辊的圆周速度。
对于许多高强度织物应用， 用于此类应用中的高强度纱线固有的高收缩率转化 成高的织物收缩率。对于安全气囊应用， 织物要求同时显示出高强度和低透气性， 而该强 度特别强调织物耐撕裂和爆裂的能力 ( 当展开时 )。适合于安全气囊织物的纱线显示出 在 60-85cN/tex 范围内的韧性和 5-15％的热风收缩率 ( 根据 ASTM D 4974 下 177℃下测 量 )。通过将低渗透性涂料施涂于织物的至少一侧上或通过用非常致密机织物生产织物或 通过这两种措施的一些结合能够实现低透气性。 高强度是预期用于这一应用的织物的主要 特征， 因为安全气囊必须能够承受住爆炸式吹胀的初始冲击和紧接着之后乘客投向它的撞 击。它必须承受这些力但没有爆裂， 撕裂或显著的拉伸。
在大多数情况下织物必须冲洗以除去在纱线纺丝过程中施涂的整理油以及在机 织工艺之前施涂的润滑剂或粘结涂料。 因此， 该机织织物典型地经历洗涤步骤， 之后是在干 燥空气中的加热。响应于洗涤和干燥步骤由织物所显示出的高收缩率能够有利地使用， 以 便获得较致密的机织和相应较低的透气性。美国专利 5,581,856 教导了由具有 6-15％的 160℃热风收缩率 ( 根据 ASTM D4974) 的聚酰胺纱线组成的织物的制造。已机织的织物随 后在含水浴中在 60℃到 140℃的温度范围内进行处理。这些条件导致收缩， 从而引起早已 致密机织的织物的密度进一步提高。 理想的结果是织物孔隙的相当大程度的闭合以及随之 发生的改进的抗气体渗透性。 在为了热保护或基本上零透气性而需要附加涂层的织物的其 它加工中， 该织物通常在洗涤之后需要 “热定形” 。 在这一工艺中， 洗涤过的织物在接近或高 于该涂层将经历的那些温度的并且典型地在 170℃ -225℃范围内的温度下干燥。将纱线中 的固有收缩率减到最少允许在接近该温度范围的下限值的温度下干燥并且最大程度减少 对纱线的热损伤的风险， 通常以织物变色的形式本身表现出来的影响。
“透气性” 指空气流过一种材料的速率并且能够进一步定义为在跨越该织物的恒 定差压下的 “静态透气性” ， 或在将一定体积的空气引入到在织物上方的有限空间中以产生 初始差压之后所测量的 “动态透气性” 。为在整个本申请中讨论的目的， 透气性将是静态型 2 的， 它被定义为在 500Pa 的差压下空气穿过 100cm 的面积的体积速率并且以 l/dm2/ 分钟表 达。这一性能参数是根据 ISO 9237 测量的。
预期用于车辆安全气囊的织物已经通过各种普通的机织方法来机织， 其中包括剑 杆机织、 片梭机织、 喷气投纬机织和喷水机织法。历史上， 许多此类织物已经通过使用普通的剑杆织机来形成， 其中该纬纱以机械方式被拉伸跨越该经纱。此类机织实践已经成功地 生产出织物所需要的高机织密度 (weave density)， 该织物必须显示出低透气性并且表明 具有结构稳定性以便当遇到事故而展开安全气囊时承受吹胀和碰撞力。然而， 剑杆织机能 够比其它技术如喷水机织法显著更慢并且由于在纱线和织机零件之间以及在经纱与纬纱 之间的摩擦力也能够对纱线造成损害。
在喷水机织法中， 该纬纱借助于水流被拉伸通过经纱的梭口。这一机织方法代表 了快得多的纬纱插入的方法。 喷水机织法能够省去了对施胶化合物在纱线的施涂以及单独 的洗涤或冲洗操作两者的需要。然而， 喷水机织法历史上已经提供了比剑杆织机更低密度 的机织结构。为了补偿， 常常使用具有高断裂韧性的纱线以便在最终织物中提供改进的强 度， 尽管有通过喷水机织法可获得的低密度机织结构。美国专利 5,421,378( 引入在这里供 参考 ) 已经公开了通过未施胶纱线的喷水机织法制造安全气囊织物的方法， 它能够获得与 剑杆机织法相当的机织密度。
尽管高的织物收缩率可以有利地使用以便获得更高的机织密度和低的空气渗透 性， 但它也能够导致制造效率不高。在一件机织的侧帘式安全气囊织物的生产中， 例如， 生 产厂家希望使能够从一件织物上切下的安全气囊的数目最大化。收缩率越高， 在从给定宽 度的机织织物坯布上裁切的件数上生产厂家更受限制。 侧帘式安全气囊 (side-curtain airbag) 一般具有矩形形状和能够因此以跨越织 布机宽度的邻接行 (row) 制造。可充气结构的两端能够切成一件式单元， 它随后对半折叠 以形成可膨胀的安全气囊。 另外地， 与在提花织机的情况下一样， 各个此类安全气囊能够在 一个集成件中制备。 织物的宽度首先受到机织织布机的可利用宽度限制和其次受到提花头 的可操控复杂性限制。不常见找到能够机织大于 2.9m 宽度的织物的设备。该织物必须然 后收缩以便使之尺寸稳定， 并且在现有技术的情况下， 约 8％的收缩率是常见的。 因此， 该安 全气囊制造商在最低浪费情况下制造跨越 (2.9-8％ )m 或 2.67m 的宽度的整数的侧帘式安 全气囊时受限制。因此， 每一个 0.89m 宽的 3 只安全气囊是最佳的， 或每一个 0.668m 宽的 4 只或每一个 0.534m 宽的 5 只或每一个 0.445m 宽的 6 只等等。
需要侧帘式安全气囊来填充在汽车的车顶线条与在门中的窗的底部之间的缝隙， 并且这一距离很少地低于 0.4m 或高于 0.6m。优选的是在纬线方向中织物的收缩率减到最 少以便制造出最大数量的安全气囊。
侧帘式安全气囊经过工程设计可以保持膨胀较长时间以便在车辆翻滚多次的事 故中保护乘客防止在汽车内多次和反复撞击。与前端碰撞 ( 其中前端汽车乘坐者同时受益 于大型能量吸收折皱区和前面安全气囊 ) 不同， 在侧撞中没有为侧帘和侧边安全气囊所辅 助的重要保护。因此， 侧帘式安全气囊被设计以高的内压力操作以维持在乘坐者和穿透危 险物之间的隔离， 并且在较高的拉伸状态下操作以便沿着它们的长度来将乘坐者留住在车 辆内。要求这些条件最早在充气过程中达到并且在整个长时间翻滚事件中保持。因此， 在 遇到碰撞时让该帘定位的短时间会导致高的惯性和压力荷载兼有轴向张力， 这使得高强度 纱线变得更加重要。
侧帘式安全气囊的技术要求强调对于具有在空气中于 177℃下测量的低于 5％的 收缩率和具有等于或大于 80cN/tex 的韧性且具有适合用于安全气囊或类似织物中的质量 水平的高质量纱线的需要。
考虑到制备和获得高韧性聚酰胺纱线和从该纱线制备的织物的相关现有技术公 开内容， 和进一步假定在从不是典型以收缩率为特征的纱线所制备的此类高韧性织物的 生产中遇到的制造低效率， 有利的和令人想望的是确定高效生产复丝聚酰胺纱线的改进方 法， 该纱线具有等于或大于 80cN/tex 的韧性和低于 5％的热风收缩率 ( 根据 ASTM D 4974)。 此类织物对于包括安全气囊在内的工业应用是尤其令人想望的。
本发明的概述
根据本发明， 提供低于 940 分特的复丝聚酰胺纱线， 它显示出等于或大于 80cN/ tex 的韧性， 以及在 177℃下测量的低于 5％的收缩率。本发明进一步涉及从此类纱线制造 的织物， 尤其用于工业用纺织品， 其中需要以高强度和尺寸稳定性为特征的织物。 属于本发 明的一个主题的纱线和织物特别适合于汽车安全气囊应用。
在一个实施方案中本发明的复丝纱是由多根的具有在 1 至 9 分特 / 每长丝 (dpf) 范围内的线性密度的单根聚酰胺长丝组成， 使得所得到的纱线具有在 110 至 940 分特之间 的线性密度。
本发明的纱线包括选自于聚酰胺均聚物、 共聚物和它们的混合物中的可熔纺的聚 酰胺， 它主要是脂肪族的， 即， 少于 85 ％的聚合物的酰胺连接键连接于两个芳族环上。根 据本发明能够使用广泛使用的聚酰胺聚合物如聚 ( 己二酰己二胺 )( 它是尼龙 6， 6) 和聚 (ε- 己酰胺 )( 它是尼龙 6)， 和它们的共聚物和混合物。在一个实施方案中该聚酰胺是尼 龙 6， 6。 根据本发明的又一个实施方案， 机织或针织织物， 例如， 无涂层的机织织物或其它 制品可以从本发明的尼龙复丝纱制造， 并且在一个特定的实施方案中所生产的织物的透气 2 性显示出在 500Pa 下低于 100l/dm / 分钟的静态透气性 ( 根据 ISO 9237 测量 )， 例如， 在 2 2 1-30l/dm / 分钟的范围内， 或在 1-10l/dm / 分钟的范围内。 根据本发明的又一个实施方案， 涂层机织织物或其它制品可以从本发明的尼龙复丝纱制造， 和在一个特定的实施方案中所 生产的具有合适涂层的织物的透气性显示出在 0.01-3.0l/dm2/ 分钟范围的静态透气性， 该 涂层包括选自于聚硅氧烷， 聚氨酯， 和它们的混合物和反应产物中的聚合物。 在这里使用的 “聚硅氧烷和聚氨酯” 是指分别包括各自的共聚物。根据本发明这一方面制备的织物特别适 合于汽车安全气囊应用。
在本申请中完成的本发明公开内容也设想由包括织物和膜的层压结构组成的复 合织物， 其中膜具有 5-130g/m2 的密度范围和其中该膜选自聚硅氧烷， 聚氨酯以及它们的混 合物和反应产物。
在其它实施方案中， 从本发明的纱线制造的机织织物是以对称或非对称的机织结 构为特征。 因此， 织物可以经过构造使得这些复丝纱被机织到经向和纬向， 或使得这些纱线 仅仅用于经向或仅仅用于纬向。后一种、 不对称类型的结构可用于其中特别地在纬向上织 物收缩率的最小化是所希望的那些应用中。
本发明进一步包括用于制造复丝聚酰胺纱线的纺拉成形法。该方法包括以下步 骤： (a) 将熔化尼龙在约 40- 约 85 的甲酸相对粘度下经由多毛细孔纺丝板挤出成多根的长 丝， 然后被引导通过骤冷区段 ； (b) 将这些长丝结合成复丝纱， 然后将润滑用纺丝整理剂施 涂到纱线上 ； (c) 借助于至少一个送料辊将该纱线引导至由至少两对的驱动拉伸辊组成的 拉伸区段中， 每一对中的每一个辊在相同的圆周速度下旋转， 并且每一对在比它之前的一
对更高的圆周速度下旋转 ； (d) 引起该纱线形成环绕每一对的这些拉伸辊的至少两个环绕 圈； (e) 当纱线在第二和任选的附加对的拉伸辊上通过时， 通过用热、 干燥空气加热围绕这 些对的辊的即时区段 (immiediate zone) 或通过加热这些辊或通过两者的结合， 将纱线维 持在约 160℃至约 245℃的温度下 ； (f) 控制在每一对的拉伸辊和相邻对的拉伸辊之间辊的 相对圆周速度， 和当纱线在第二和任选的附加对的拉伸辊上通过时控制纱线的温度， 以便 当纱线穿过每一对的拉伸辊时使纱线具有提高的拉伸率并且最终获得约 4.2 到约 5.8 的总 纱线拉伸比 ； (g) 将该纱线引导至由第一个驱动的张力松弛辊和第二个驱动的张力控制辊 组成的张力松弛和控制区段， 其中第一个张力松弛辊在相对于最末对的拉伸辊 ( 纱线刚刚 离开 ) 而言更低的圆周速度下旋转并且在比第二个张力控制辊更低的速率下旋转， 使得在 张力松弛和控制区段中第二个辊与第一个辊的圆周速度的比率是约 1.01 到约 1.07， 1.01 到 1.04， 或甚至 1.02 到 1.034， 并且因此维持稳定的纱线张力， 该张力高于当该纱线离开拉 伸区段时该纱线所经历的张力。(h) 引导该纱线通过交缠喷嘴 (interlacing jet) ； 和 (i) 引导该纱线至在比张力松弛和控制区段中的第二个辊相对更高的圆周速度下旋转的卷绕 辊上， 以便在卷绕过程中保持稳定的纱线张力， 并且使得横穿该张力松弛和控制区段的纱 线处于比离开最末一对的拉伸辊的纱线更高的张力和处于比卷绕在卷绕辊上的纱线更低 的张力下。
附图的简述 本发明能够从与简要描述如下的附图相结合的本发明以下详细说明来更完全地理解。 图 1 是对于具有不同的拉伸强度和收缩率的两种纱线而言在织物收缩率和最终 织物机织密度之间的关系的图示， 各机织物是在 (over) 初始机织密度的范围内。
图 2 是用于纺丝 - 拉伸聚酰胺纤维的装置的示意图， 其中该装置采用了根据本发 明的张力松弛和控制区。
图 3 是用于纺丝拉伸聚酰胺纤维的现有技术装置的示意图， 其中该装置采用了包 括在相同速度下运行的两个张力松弛辊的单个张力松弛区段。
在下列详细说明中， 在全部的附图中类似的字符指类似的元件。
本发明的详细说明
本发明涉及高强度、 低收缩率聚酰胺复丝纱和从它制造的织物， 以用于工业和其 它所需应用中。本发明进一步涉及制造此类纱线的方法。
取决于特定的最终使用的应用， 本发明的高强度工业纱线能够以在 110-940 分特 范围内的线性密度制造。 本发明的纱线特别适合的最终用途的应用的一个例子是汽车安全 气囊的制造。预期用于安全气囊织物生产的本发明的高强度纱线能够以约 235 到约 940 分 特， 更典型地约 235-470 分特的范围内的线性密度制造， 该成分单丝典型地具有 9dpf 或更 小的线密度。 可以使用任何合理的分特。 较低旦尼尔纱线提供质轻和薄度， 但是获得较低强 度并且使用起来更昂贵， 因为需要更多的机织来提供相同的覆盖率。当该纱线的线密度小 于约 235 分特时， 该织物的拉伸强度和撕裂强度典型地不足以满足安全气囊规格要求。更 高旦尼尔纱线 ( 例如大于约 470 分特 ) 倾向于生产更重和更厚的织物， 该织物在折叠时显 得较硬并且影响到设备的压实性。 本领域中观察者会清楚知道， 对于全部的上述原因， 更高 韧性纱线代表了一个优点。
适合用于本发明的方法和纱线中并且能够满足安全气囊和其它高强度工业应用 的要求的聚合物包括了选自于聚酰胺均聚物、 共聚物和它们的混合物中的可熔纺的聚合 物， 这些聚合物主要是脂族的， 即少于 85％的聚合物的酰胺 - 连接键连接到两个芳族环上。 根据本发明能够使用广泛使用的聚酰胺聚合物如聚 ( 己二酰己二胺 )( 它是尼龙 6， 6) 和聚 (ε- 己酰胺 )( 它是尼龙 6)， 和它们的共聚物和混合物。
尽管汽车安全气囊被确定为本发明的纱线和织物的特别合适的应用， 但是应该认 识到， 从它们制造的这些纱线和织物的高强度和低收缩率属性使得它们适合于许多其它工 业应用， 其中包括但不限于， 缝纫线， 水包布带 (cure wrapping tape)， 剥离层 (peel ply) 织物， 工业用的有涂层和无涂层的织物， 以及需要类似属性的其它应用。
织物在加热处理、 在水浴中处理或两者的结合处理之后所显示出的收缩度与该纱 线的固有收缩率和机织密度相关。图 1 举例说明了对于两种纱线所测量的数据。该数据 显示了在织物收缩率 ( 它通过在 “织物坯 (greige)” 状态下的平行于纬纱的织物尺寸与在 洗涤和干燥之后的同一尺寸之间的差异所定义 ) 和就平行于纬线方向所测量的经纱根数 (ends)/cm 而言的最终织物密度之间的相互关系。上曲线表示了具有 84cN/tex 的韧性和 6.6％的 177℃下的热风收缩率的典型的现有技术状况安全气囊质量级织物。该织物的纱 线是通过联合的纺丝 - 拉伸方法来制造的。沿着曲线的各个数据点 - 代表逐渐减少的织物 收缩率和增大的机织密度 - 是在越来越高的初始机织密度 ( 即在收缩之前 ) 的织物上测量 的。下曲线是具有 71cN/tex 的韧性和 2.2％的 177℃下热风收缩率的织物的数据的相似表 示。该纱线的织物是从分开的纺丝和拉伸方法或 “两阶段” 方法制造的。因为可以预期， 机 织到较高机织密度的织物能够比相对组织更稀松织物 (open fabric) 较少地收缩。从数据 也清楚地看出， 降低纱线的收缩率对于安全气囊制造商能够生产出从单个织物坯上裁切的 更多侧帘或相同数量的更宽的侧帘有着积极影响作用。
本发明的纱线显示出 80cN/tex 的最低韧性， 以及低于 5％、 例如在 2.5-4.9％范围 内的热风收缩率 ( 根据 ASTM D 4974 在 177℃下测量 )。属性的这一结合已发现对于安全 气囊应用是特别理想的， 和更具体地说， 归因于在机织后洗涤和干燥操作过程中安全气囊 的构造中所使用的织物坯的较低收缩率， 可以获得侧帘保护设备， 其中 (1) 可膨胀缓冲垫 必须在充气过程的早期承受更高的张力和在展开 (deployment) 之后更高和更长时间的张 力， 和 (2) 更高的织物利用率。
参考图 2， 描述了用于制造高强度、 低收缩率聚酰胺纱线的根据本发明的方法。处 于在 40-85 范围内的甲酸相对粘度 ( 根据 ASTM D 789 测量 ) 下并且由本领域中的那些技 术人员公知的方法制备的熔融尼龙通过使用普通挤出机 ( 未显示 ) 提供到装有多毛细孔纺 丝板的纺丝过滤组合件 10 中。该熔融聚合物然后经由毛细孔纺丝成多根长丝， 该长丝在骤 冷区段 20 中冷却和随后在润滑用纺丝整理剂施涂器 (applicator)30( 在这里施涂净油整 理剂 ) 中结合成复丝纱 35。该纱然后被至少一个送料辊 40 引导至第一对的驱动拉伸导丝 辊 (godet roll)50。该纱许多次绕拉伸辊对 50 环绕， 它们各自在相同的圆周速度下旋转， 使得各环绕 (wrap) 沿着旋转轴侧向移动。
拉伸的纱线 35 然后通过让纱线行进到驱动拉伸导丝辊对 70 而进一步被拉伸， 纱 线绕辊环绕许多次， 使得各次环绕沿着旋转轴作侧向移动。两个导丝辊 70 在相同速度下旋 转但是维持在比辊 50 更高的圆周速度下。在由导丝辊 70 之间的区域表示的拉伸区段中的纱线被加热至 160℃ -245℃， 例如 205℃ -215℃。加热可以通过用干燥热空气加热该拉伸 区段和 / 或加热该辊来进行。任选地为由在导丝辊 50 之间的区域代表的拉伸区段的第一 阶段提供类似的加热。纱线的拉伸可以以任何数量的阶段进行。因此， 可以在至少一个送 料辊 40 和导丝辊 50 之间插入附加组的辊， 各组的辊产生稍微更高的拉伸度， 直至对于离开 由导丝辊 70 代表的最末拉伸区的纱线达到所希望的拉伸比为止。约 4.2 到约 5.8， 例如约 4.7 到约 5.4 的拉伸比已发现适合于生产具有 80cN/tex 或更高的韧性的尼龙 6， 6 纱线。
该纱线从拉伸导丝辊 70 前进到由在驱动辊 90 和 100 之间的区域所代表的未加热 的张力松弛和控制区段。这些驱动辊 90 和 100 两者具有相关联的分离辊 91 和 92。该丝条 (threadline) 环绕这些驱动辊中的每一个和然后行进到相关联的有角度的分离辊， 在这里 该丝条被引起前进因此该丝条不与在驱动的辊上的前一次环绕圈 (wrap) 发生重叠。驱动 分离辊的纱线摩擦作用也通过提供足够的张力来稳定该纱线。在本发明的一个方法中， 张 力松弛和控制区段的张力释放辊 (let-down roll)90 在比拉伸辊 70 更低的圆周速度下旋 转。以这种方法， 随着纱线在辊 70 和 90 之间穿过， 在最终拉伸阶段中所保留的高纱线张力 被松驰掉并且因此释放掉收缩， 使得该纱线获得了为特殊的最终用途要求所需要的收缩率 ( 低于 5％ )。 张力控制辊 100 和它的相关联的分离辊 92 是在比张力释放辊 90 和它的相关联的 分离辊 91 更高的圆周速度下旋转。 通过以这种方式控制辊 90 和 100 的相对圆周速度， 在张 力松弛和控制区中的纱线张力被维持在比最终拉伸阶段中的纱线的张力更高的水平， 因此 确保丝条稳定性。辊 100 与辊 90 的圆周速度的比率是在约 1.01 到约 1.07， 更优选约 1.01 到约 1.04， 最优选约 1.02 到约 1.034 的范围内。重要的是第一个张力释放辊 90 具有纱线 环绕它的一个或不足一个的环绕圈。如果将附加的环绕圈置于该辊上， 则伴随着 ( 通过在 该辊上增大的停留时间所引起的 ) 过度冷却的增大的纱线伸长可导致不稳定的丝条， 其因 此导致裂丝 (filamentation)， 或长丝的张开 (splaying)， 或丝条断裂。
在松弛和张力控制之后， 该纱线被引导通过交织空气喷射器 105。
该纱线， 在通过变向辊 110 适当地定位之后， 然后被引导至在比辊 100 更高的圆周 速度下旋转的卷取辊 120。
在本发明的一个实施方案中为了实现低于 5％的收缩率， 典型地需要降低离开最 末拉伸阶段 ( 辊 70) 的纱线的张力， 以便实现约 9-16.5％的松弛比率。松弛比率的精确值 取决于拉伸区段的温度。 最末阶段拉伸区段的温度越高， 可允许的张力越高， 并且因此在最 终拉伸阶段与张力释放辊 90 之间该纱线的松弛率越高。在一个实施方案中， 约 210℃的最 终拉伸阶段温度对应于约 12 到约 13％的松弛比率。松弛比率是由式 2 定义的 ：
松弛比率 (％ ) ＝ ((R70-R90)/R70)x100， [2]
式中， R70 是辊 70 的圆周速度， 和
R90 是辊 90 的圆周速度。
这是通过控制拉伸辊 70 和第一个张力释放辊 90 的相对圆周速度来实现的。为了 提供良好的纱线卷装形成， 在纱线离开辊 90 时在纱线上的张力应该低于在卷取辊 120 上的 纱线张力。 这是通过控制张力控制辊 100 和卷取辊 120 的相对于圆周速度来实现的。 因此， 该松弛和张力控制区段经过构型设计可以将该松弛和控制张力区段 ( 在辊 90 和 100 之间 ) 与最末阶段拉伸区段 ( 辊 70) 和卷取区段 ( 辊 120) 分开， 并将纱线张力维持在高于最后阶
段拉伸区段 ( 辊 70) 中纱线的张力和低于纱线被卷绕到卷取辊 120 时纱线的张力的恒定水 平。
根据本发明的方法， 提供全取向纱线， 它能够同时满足等于或大于 80cN/tex 的韧 性要求以及低于 5％的收缩率要求。
各种添加剂可以引入在该长丝 / 纱线之内或局部地被添加到该长丝 / 纱线中， 以 便改进该纱线纺丝和其它后处理过程的可加工性以及赋予某些其它令人想望的属性。 此类 添加剂可包括， 但不限于， 例如 ： 抗氧化剂， 热稳定剂， 光滑剂， 抗静电剂和阻燃剂。
从刚刚描述的方法制造的纱线来机织或针织本发明的织物能够通过完全普通的 方法来进行。从本发明的纱线形成机织织物能够在织机上通过使用喷气、 喷水或机械法 ( 如片梭或剑杆织机 ) 在多根经纱之间插入纬纱来进行。
本领域中那些技术人员会认识到， 称为施胶化合物的化合物可以在机织之前被施 涂于纱线上， 以便限制摩擦力引起的损伤量、 热积聚和在机织过程中由纱线与运动部件和 与其它纱线的接触所引起的磨损。此类施胶化合物能够用作润滑剂和 / 或保护涂层以便维 持该纱线的完整性。可以使用施胶化合物如聚丙烯酸， 聚乙烯醇， 聚苯乙烯， 聚乙酸酯， 淀 粉， 凝胶， 油或蜡。 本发明的机织织物能够进行水性处理， 该处理需要实现两个目的 ： (1) 来自纤维 纺丝过程的纺丝整理剂和来自机织过程的施胶化合物两者的除去， 和 (2) 在纱线中任何潜 在收缩的松弛。加工助剂从纱线中的除去对于避免在 ( 在安全气囊展开一旦成为必要之前 该织物典型地所经历的 ) 长的贮存时间中任何细菌繁殖， 以及对于除去任何残留表面材料 ( 它与不透气涂层的后续、 任选的应用不相容并干扰该应用 ) 是重要的。 潜在收缩的松弛对 于实现织物的尺寸稳定性以及与织物结构的紧固相关的较低气体渗透性是重要的。
当剑杆、 片梭或喷气机织法用于本发明织物的制造时， 水性处理是在维持于 60℃ -100℃， 例如 90℃ -95℃下的水浴中进行的。 所使用的湿处理时间和任何浴添加剂 ( 例 如洗涤剂 ) 取决于所要除去的施胶剂 / 纺丝整理剂并且可由本领域中的那些技术人员确 定。在水性处理之后， 聚酰胺织物在热空气中在 140℃ -160℃、 例如 140℃ -150℃范围内的 较高温度下干燥， 以达到 4-6％的残留含水量。希望维持热风干燥温度在 160℃或更低以获 得低的透气性。在过高的温度下加热或加热较长时间可降低水分含量至较低值， 这会导致 水分的再吸附以及机织结构的伴发性不稳定。然而， 如果织物需要涂覆， 则在 170℃ -225℃ 范围内的更高温度下的干燥是所希望的。
本发明的聚酰胺织物的喷水机织法的使用是特别理想的， 因为通过在机织织布机 本身中水的使用排除了为除去纺丝整理剂和施胶化合物所需要的单独的水性处理步骤。 事 实上， 当使用喷水机织法时， 施胶化合物的使用能够完全地避免。然而， 因为织物收缩和稳 定化的需要， 常常仍然存在着对热的水性处理的需要。 与在本发明的纱线和织物中一样， 如 果收缩率足够地低则该收缩率能够另外受到热棒、 红外装置或其它辐射加热方式的使用所 影响。
预期用于安全气囊织物中的根据本发明的织物可显示出在 500Pa 下在 1-30l/dm2/ 分钟， 例如 1-10dm2/l 范围内的低气体渗透率。通过使用本领域中的那些技术人员所了解 的无涂层的织物可实现该渗透率值。 如果需要接近零的渗透率， 则涂层是需要的， 这是本领 域中的那些技术人员已知的。
非常致密组织是实现低气体渗透率的一种途径。 因为在本发明范围内纱线的低收 缩率 ( 低于 5％ )， 较低织物收缩率可以用来对最终机织密度 ( 在水性处理之后 ) 作出贡献， 因此， 起始组织结构必须按比例更高。实现该构造的方法对于机械和流体喷射型织机两者 是已知的， 并且实现所需气体渗透率水平的现有技术中已知的这些方法或类似方法中的任 何一种都可以适宜地采用。
用非常致密的或较低密实机织织物实现低气体渗透性的另一个途径是以 5-130g/ 2 m 范围内的载量将不透气涂料施涂到该织物的至少一个表面上。 织物可以通过使用刀， 辊， 浸涂， 挤出和其它涂覆法来涂覆。 用于该目的的涂料包括选自聚硅氧烷、 聚氨酯和它们的混 合物和反应产物中的聚合物。
在这里使用的 “聚硅氧烷和聚氨酯” 是指分别包括各自的共聚物。该列表没有限 制意义， 并且发挥相同功能和不损害安全气囊织物的所需性能或性能参数的其它涂料都可 以使用。
用非常致密的或较低密实机织织物实现低气体渗透性的再另一个途径是提供织 物和膜的层压结构， 其中由该膜提供的覆盖率是由 5-130g/m2 的范围表征的。用于该目的 的膜包括选自聚硅氧烷、 聚氨酯和它们的混合物和反应产物中的聚合物。该列表没有限制 意义， 并且发挥相同功能和不损害安全气囊织物的所需性能或性能参数的其它膜都可以使 用。 用于安全气囊织物的聚酰胺纱线一般是从具有 5-15％的热风收缩率 ( 于 177℃下 测量 ) 的纱线制造的。该接触织物所需要的低渗透性需要致密的织物， 并且通过在湿处理 过程中提供该纱线的松弛， 这些较高收缩程度有助于实现该目的。
本发明的机织织物典型地在 60℃到 100℃， 例如 90℃ -95℃的水浴中进行处理， 任 选之后进行干燥， 以便松驰该织物和使之变得更致密。该湿处理也有助于除去在机织之前 所施涂的任何施胶剂。这是有利的， 以便在 ( 在安全气囊展开一旦变成必要之前该织物典 型地经历的 ) 长的存储时间中避免细菌侵害。该水浴也用于除去在来自纤维纺丝过程的纱 线上的任何纺丝整理剂。该水浴处理优选后面接着进行在更高温度下的热风干燥。如果低 的透气性是所希望的， 则热气加热过程应该维持在 160℃或更低。 在过高的温度下加热能够 随着延长织物存储时间导致水分的再吸附， 引起该组织结构的不稳定。 如果需要涂层， 则使 用更高的温度， 典型地在 170℃ -225℃范围内。
所使用的湿处理时间和任何浴添加剂取决于所要除去的施胶剂 / 丝整理剂并且 可由本领域中的那些技术人员确定。 湿处理可导致为实现预期透气性所需要的足够的松弛 度和因此织物密度。
从本发明的纱线形成机织织物能够在织机上通过使用流体喷射或机械法在多根 经纱之间插入纬纱来进行。可以使用完全普通的机织设备， 其中包括喷水， 喷气， 片梭或剑 杆织机。
本领域中的那些技术人员会知道， 更高韧性的纱线需要称作施胶化合物的化合物 的局部施用以增强在机织过程中纱线的机械完整性。可以使用的施胶化合物典型地是聚 丙烯酸， 虽然其它聚合物如聚乙烯醇、 聚苯乙烯和聚乙酸酯可以同样地使用。尽管施胶化 合物典型地有效增强高韧性纱线的机械完整性， 但该施胶剂倾向于包围纱线涂覆油 (yarn oil)， 后者与在织物形成为安全气囊结构之前用于涂覆织物的聚合物不相容。 因此， 推荐的
作法是通过在任何涂覆操作之前冲洗和干燥该织物来除去该施胶化合物以及被包围的纱 线涂覆油。
特别有用的益处是提供织物， 该织物可用于安全气囊或其它工业织物并且它是在 喷水织机上机织的。 采用这一方法的机织可以减少或避免了将施胶化合物施涂到纱线上的 选择。另外不再需要单独的冲洗步骤， 因为在纺丝过程中施涂的纱线涂覆油可在机织过程 本身中被除去。
相反， 用在其上没有施胶化合物的纱线使用剑杆或喷气织机， 可导致因为热积聚 以及在机织过程中由经纱与插入梭口中的活动部件的接触所引起的磨损造成的不可接受 的纱线损伤。喷水机织法的使用可避免由于热积聚和磨损所引起的纱线损伤， 因为在填充 纱线插入棱口中的过程中经纱不与活动部件接触。
虽然喷水机织法典型地导致比剑杆机织法更低密度的机织， 但是在美国专利 5,421,378 中公开的方法能够用于喷水式机织未施涂施胶化合物的纱线， 以生产具有与用 剑杆机织法所达到的机织密度相当的机织密度和不需要冲洗的织物。
对于本发明的织物能够使用普通的后处理。具体地说， 当以 20-40 克 / 每平方米 使用织物涂料如聚硅氧烷橡胶时， 该涂层能够改变织物的静态透气性以达到在 0.01-3.0l/ 2 dm / 分钟范围内的接近零的透气性。 完全普通的涂料和施涂该涂料的方法都适合于本发明 的织物。
各种添加剂可以引入在该长丝 / 纱线之内或局部地被添加到该长丝 / 纱线中， 以 便改进该纱线纺丝和其它后处理过程的可加工性以及赋予某些其它令人想望的属性。 此类 添加剂可包括， 但不限于， 例如 ： 抗氧化剂， 热稳定剂， 光滑剂， 抗静电剂和阻燃剂。 此类添加 剂的引入决不减少本发明的优点。
以上实施方案和描述在下面实施例部分中的那些实施方案仅仅作为例子来给出。 落入在所附权利要求的范围内的本发明的许多其它实施方案对于本领域中熟练技术人员 来说是显而易见的。
试验方法
下列试验方法用于下面的实施例中 ：
分特 (ASTM D 1907) 是纤维的线密度， 表达为 10 千米的纱线或长丝的重量 ( 克 )。 通过测定从采用环绕轮的卷装上退绕的一绞的纱线的重量来测定分特 ( 通常称为 dtex)。
通过使用从 Instron of Canton， Mass 商购的恒定伸长速率 (CRE) 拉伸试验机， 测 定含有 120 圈 / 每米的捻度的纱线的断裂力来测量纱线断裂力 (ASTM D 885)。 纱线计量长 度是 250mm 和伸长速率是 300mm/ 分钟。断裂力以牛顿为单位报道。
纱线断裂韧性和断裂伸长率是根据 ASTM D 885 测量的。断裂韧性是纱线的最高 断裂力除以分特， 并且通常以单位 cN/tex 报道。
织物断裂强度是根据 ISO 13934-1 测量的。
纱 线 热 风 收 缩 率 是 根 据 ASTM D 4974， 通 过 让 松 弛 的 纱 线 承 受 0.44cN/ tex+/-0.088cN/tex 的规定拉伸负荷， 在 177℃下干热环境中经过 2 分钟的时间测量的。
下列实施例举例说明本发明但是不限制本发明。 与不具有本发明的区别特征的对 比实施例对比， 可以看出本发明的特别有利的特征。实施例 在下面实施例中表征的全部纱线具有圆形横截面并且从均聚物尼龙 6， 6 熔纺而 成。热稳定剂添加剂配料存在于聚合物中。通过使用具有联合拉伸和卷取阶段的普通熔融 纺丝过程来制造纱线。该纱线按照纱线的 1wt％的标称负载量来涂油。
实施例 1
举例说明本发明的样品 1 是通过使用在图 2 中所示的具有附加张力松弛和控制步 骤的纺拉方法制备的。 剩下的实施例是对比样品， 各自以具有字母前缀的编号表示， 并且各 自通过图 3 来说明。( 在图 3 中， 复丝纱 35 由进料辊 40 和 45 输送到拉伸辊， 各辊具有相关 联的分离辊 41 和 46) 对比样品各自与样品 1 同样地纺丝和拉伸， 只是如图 3 中所示， 张力 松弛步骤是用联合的松弛和张力释放辊对 100 来进行的， 各自在相同的速度下但在低于拉 伸辊 70 的速度下旋转。所释放的张力的量和因此最低可到达的收缩率是通过观察在能够 维持稳定丝条的这一张力松弛区段中的最低张力来测定的。
表1
样品 1 A-2 B-3 C-4 D-5 E-6 F-7 G-8
分特 470 471 483 927 702 470 480 350长丝支数 140 68 136 140 105 68 140 96断裂力 (N) 39.5 34.2 36 72.5 58.4 39.5 29 25韧性 (cN/tex) 84 72.6 74.5 78.2 83.2 84 60.4 71.4伸长率 (％ ) 25 24.5 23.8 22.5 23 19.9 21.3 22收缩率 (％ ) 4 5.6 6 6.2 6.4 6.6 6.6 8.8从表 1 中的数据可以清楚地看出， 仅仅样品 1， 根据本发明生产的纱线， 满足了至 少 80cN/tex 的在收缩前的所需韧性参数以及低于 5％的热风收缩率。
实施例 2
在这一实施例中， 概括在表 2 中， 机织织物是通过使用本发明纱线或对比纱线在 喷水织机上构造的。在全部情况下纱线是具有 140 长丝支数的 470 分特。本发明的纱线用 数字标记， 和对比样品是通过带有字母前缀的编号来鉴别。本发明的纱线是通过与在实施 例 1 中对于举例说明本发明的纱线所述的相同的方法来制造的。对比纱线是通过与在实施 例 1 中对于对比纱线所述的相同方法来制造， 只是纱线拉伸和松弛的程度加以改变， 以便 得到具有不同韧性和收缩率值的纱线。全部结果是针对无涂层的织物获得的。
很明显， 与具有类似韧性的预先可获得的高韧性纱线相比， 本发明的纱线的使用允许生产出具有降低的织物收缩率的较低透气性织物。也明显的是， 可以生产与先前可获 得的低收缩率纱线相比更低透气性的更高韧性织物。
表2
纱线样 品韧性 (cN/tex)纱线收缩率 ％织物收缩率 ％织物断裂强度 (N)透气性 (l/dm2/ 分钟 )1 2 H-3 J-4 K-5
84 84 83 73 724 3.5 6.6 8.8 2.23.2 2.8 5.2 6.3 2.03715 3667 3655 3274 32135.5 5.5 4.0 3.0 8.0实施例 3
在本实施例中， 概括在表 3 中， 机织织物是在 One-Piece-Woven(OPW) 喷气织机上 构造的。本发明的织物用数字标记， 和对比织物是通过带有字母前缀的编号来鉴别。用于 制造描述在表 3 中的织物的本发明纱线和对比纱线是通过与在实施例 2 中所述相同的方法 来制造的。
很明显， 与从以前可获得的高韧性纱线制造的织物相比， 本发明的纱线可用于生 产具有更大宽度和类似强度的非常高韧性气囊缓冲垫 ( 四个 / 每个织机宽度 )。 因此， 织物 制造效率被最大化。
表3
样品 1 2 H-3 K-5韧性 84 84 83 72纱线收缩率％ 4 3.5 6.6 2.2缓冲垫宽度 (cm) 67.7 67.8 66.5 68.3织物断裂强度 (N) 3357 3315 3200 2890