KR100245073B1 - 에어백 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 자동차 충돌 등의 사고 발생시 운전자 및 탑승자를 보호하는 자동차용 에어백 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

벤트홀이 없음에도 불구하고 에어백에 주입된 고압가스가 백 패널 또는 사이드 패널로 배출되므로서 운전자 및 승객의 화상 위험을 방지할 수 있는 비코팅형 원단의 에어백을 제공한다. 또한 동일한 밀도로 제직된 비코팅형 원단에 상이한 공기 투과도를 부여한 다음 이들 원단으로 상기 에어백을 제조하는 방법을 제공한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

폴리아미드 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 동일한 밀도를 제직한 원단을 180℃ 이하의 온도에서 열고정시켜 저통기성 원단을 제조한다.

한편 상기와 같이 제직한 원단을 190~220℃의 온도에서 열고정시켜 고통기성 원단을 제조한 후, 저통기성 원단을 프론트 패널 위치(3)에 고통기성 원단을 백 패널 또는 사이드 패널 위치(2)에 오도록 봉합하여 인장강도가 181Kg/인치 이상이고 백 패널 또는 사이드 패널과 프론트 패널 부분의 공기투과도가 상이한 에어백을 제조한다.

4. 발명의 중요한 용도

자동차 충돌 등의 사고 발생시 운전자 및 탑승자를 보호하는 자동차용 에어백으로 사용된다.

Description

에어백 및 그의 제조방법

본 발명은 에어백의 백 패널 또는 사이드 패널과 프론트 패널의 평균 공기 투과도가 상이한 에어백 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

최근 각종의 교통수단 특히 자동차에는 충돌시 그 충격으로부터 승객을 보호하기 위한 에어백 시스템이 실용화되고 있는 추세이다. 이러한 에어백은 통상 자동차의 핸들, 대시보드내에 보관하게 되므로 에어백의 부피가 작을 수록 좋다. 그리고 에어백은 장시간 동안 고온의 열과 자동차에 의한 진동을 반복적으로 받으므로 우수한 내열성과 내마모성을 가져야 한다.

에어백은 운전자측 부분인 프론트 패널과 인플레이트측 부분인 백 패널 또는 사이드 패널로 구성된다. 백 패널 또는 사이드 패널에는 인플레이트 부착홀이 형성되어 있으며, 벤트홀도 선택적으로 형성된다. 인플레이트 부착홀은 고압가스를 에어백내에 주입시키기 위한 구멍이고, 벤트홀은 운전자 및 탑승자의 충격완화 및 질식예방을 위해 에어백내 고압가스를 배출하기 위한 구멍이다.

자동차 사고발생시 승객의 머리와 몸통부분을 보호하기 위한 에어백은 기밀성, 강도, 유연성 및 경량성 등의 특성이 요구된다. 사고발생시 인플레이트에서 나온 고온고압의 가스는 승객보호를 위해서 에어백을 부풀리게 된다.

이때 인플레이트에서 발생한 고온고압의 가스는 에어백 재료인 원단과 직접 접촉하여 에어백이 팽창하게 된다. 만약 에어백용 원단의 기밀성이 낮은 경우 고온 고압의 가스는 원단의 표면으로 빠져나와 승객의 인체와 직접 접촉하게 되어 질식사 등의 유해한 결과를 초래하게 된다.

에어백용 원단의 기밀성은 실제 에어백 전개시 원단에 미치는 압력과 유사한 50kPa의 압력차에서 측정한 공기투과도가 250ft³/ft·분(이하 CFM이라고 한다.) 이하가 되는 것이 바람직하다.

또한 에어백용 원단은 고온고압 가스에 의해 급속하게 팽창되므로 우수한 인장강도를 구비하여야 한다. 바람직하기로는 인장강도가 ASTM D 5034 방법으로 측정시 181Kg/인치 이상이 되어야 한다. 또한 에어백용 원단은 에어백 모듈내 수납성을 향상시키고, 자동차 경량화를 위해서 유연성 및 경량성을 구비하여야 한다.

바람직하기로는 두께가 0.04cm 이하이고 무게가 250g/㎡ 이하가 되어야 한다.

이와 같이 에어백용 원단에 요구되는 각종 특성을 만족시키기 위한 종래의 에어백용 원단의 제조방법을 설명한다.

먼저, 일본 공개특허 소 64-41438호에는 단사섬도가 3 데니어 이하이고 원사섬도가 420 데니어인 합성섬유 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경위사 밀도가 인치당 24 본이 되도록 제직한 후, 기밀성 향상을 위하여 제직된 원단에 고무를 도포하여 에어백용 원단을 제조하는 방법이 게재되어 있다. 이와 같이 제직된 원단 표면에 클로로프렌, 네오프렌 및 실리콘 고무 등으로 코팅하는 방법은 원단의 기밀성 및 열풍차단 효과를 향상시키지만 공정이 복잡하고, 제조원가가 상승되며, 에어백용 원단의 재활용이 곤란한 문제가 있다. 또한 원단의 기밀성이 너무 높아서 운전자 및 탑승자의 충격을 완화시키고 질식예방을 위해서 에어백내 주입된 고압가스를 배출시키기 위한 벤트홀을 백 패널에 형성해야 하는 번거로움이 있다.

이와 같은 코팅에 따른 여러 문제점을 극복하기 위해서 일본 공개특허 평 6-306728호에서는 단사섬도가 0.6~0.3 데니어이고, 1 미터당 20개 이상의 교락부를 갖는 합성섬유 필라멘트를 경위사로 사용하여 에어백용 원단을 제직하는 방법이 게재되어 있다.

이때 합성섬유 필라멘트에 교락을 부여한 이유는 고밀도 제직시 경사에 모우가 발생되는 것을 방지하기 위해서이다. 이와 같은 방법은 원단의 기밀성이 저하되는 문제가 발생한다.

미국 특허 5508073호에서는 단사섬도가 3.5~4.5 dtex이고 교락부를 갖지 않는 합성섬유 필라멘트를 경위사로 사용하여 고밀도의 원단을 제조하는 방법이 게재되어 있다.

이와 같은 방법은 에어백용 원단의 기밀성을 향상시킬 수는 있으나 제직시 경사에 모우가 발생하여 사실상 고밀도 제직이 불가능하다.

또한 교락부를 갖지 않는 합성섬유 필라멘트를 경위사로 사용시 경사에 모우가 발생하는 상기 문제점을 극복하기 위해서 제직전에 경사에 호부를 하는 방법도 제시되고 있지만 이와 같은 방법은 제직 후 수세공정에서 탈호가 제대로 이루어지지 않을 경우 연소성이 증가되고 장기보관시 잔여호부로 인해서 원단에 세균이 번식되어 각종 물성을 저하시키는 문제를 유발하기로 한다.

경사를 호부 처리시 발생되는 상기 문제점들을 해결하기 위해서 경사를 호부 처리하는 대신에 위사보다 단사섬도가 굵은 원사를 경사로 사용하는 방법도 제안되어 있다.

이상에서 설명한 방법들로 제조한 비코팅형 원단으로 에어백을 제조하면 백패널 또는 사이드 패널부분과 프론트 패널의 공기투과도가 동일하게 된다. 만약 에어백의 백 패널 또는 사이드 패널에 에어백내 주입된 고압가스를 배출시키기 위한 벤트홀을 형성하지 않는 경우에는 에어백내 주입된 고압가스가 백 패널 또는 사이드 패널과 프론트 패널 부분으로 동일하게 배출되므로 운전자 또는 탑승자가 화상을 입을 우려가 있다. 따라서 동일한 공기투과도를 갖는 비코팅형 원단으로 에어백의 백 패널 또는 사이드 패널과 프론트패널을 제조하는 경우에는 백 패널 또는 사이드 패널에 벤트홀을 형성해야 하는 번거로움이 발생된다.

이와 같이 비코팅형 원단으로 에어백을 제조하는 경우 백 패널 또는 사이드 패널에 벤트홀을 형성해야 하는 번거로움을 방지하기 위하여 일본 공개특허 평 4-281038호에서는 자카드 등을 이용하여 밀도가 다양한 직물을 제조하고, 이들중 저밀도 부분을 에어백 제조시 백 패널 부분 또는 사이드 패널에 오도록 하고 고밀도 부분을 프론트 패널 부분에 오도록 봉제하는 방법을 게재하고 있다. 이와 같은 방법은 직물상에서 저밀도 부분을 표시해야 하는 번거로움과 백 패널 또는 사이드 패널부에 사용되는 저밀도 직물이 에어백에서 요구하는 강도를 만족시킬 수 없는 문제가 있다.

또한 일본 공개특허 평 3-27146 및 동 3-27147호에서는 2중직의 직물을 제조한 후 백 패널 또는 사이드 패널부분에는 제직된 직물을 그대로 사용하고, 프론트 패널부분에는 제직된 직물을 카렌다링 처리한 후 사용함으로서 백 패널 또는 사이드 패널부분의 공기투과도에 비해 프론트 패널 부분의 공기투과도를 낮게 하는 방법을 게재하고 있다. 이와 같은 방법은 2중직(Tubular Weave)으로 제직해야 하고 카렌다링 처리를 해야함으로 공정이 복잡해지는 문제가 있다.

또한 한국 공고특허 97-1740호에서는 동일한 밀도로 제직한 원단 2매를 150~200℃에서 열처리한 후, 그 중 한 개의 원단은 백 패널 또는 사이드 패널용 원단으로 사용하고, 나머지 한 개의 원단은 다시 150~200℃에서 60~80톤으로 가열압착(카렌더링)하여 프론트 페널용 원단으로 사용하여 에어백을 제조하는 방법을 게재하고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 먼저 카렌더링 처리에 의해 프론트 패널용 원단의 강연도(Stiffness)가 높아지는 문제가 있다. 아울러 백 페널 또는 사이드 패널용 원단의 열처리 온도가 너무 낮아서 백페널 또는 사이드 패널용 원단의 공기 투과도가 250 CFM 이하 수준에 불과하여 인플레이트를 통해 에어백으로 주입된 고압가스를 효율적으로 배출하지 못하는 문제가 있다. 원단의 열처리 온도가 원단의 공기투과도에 미치는 영향을 알아보기 위해 수분에 의한 섬유의 팽윤과 원단의 공기투과도와의 관계를 살펴본 후 열처리 온도에 따른 섬유 구조 및 팽윤 현상 변화를 살펴보기로 한다.

먼저 수분에 의한 섬유의 팽윤과 원단의 공기투과도와의 관계를 살펴본다. 자동차 에어백으로 사용되는 폴리아미드계 섬유는 주쇄에 -NH-기가 있어 흡습성이 합성 섬유중에서는 가장 큰 수준으로 공정 수분율이 약 4.5%이다.

폴리아미드계 섬유가 수분을 흡수하면 그 부피가 증가하여 섬유의 길이 또는 지름 방향으로 치수가 증가하는데 이러한 현상을 팽윤(Swelling)이라고 한다.

이러한 팽윤 현상은 원단의 공기투과도와 밀접한 관계를 갖는다.

섬유의 팽윤 정도는 부피 팽윤으로 표시할 수 있다.

섬유의 부피 팽윤도 (Sv)는 다음 식에 의해 측정한다.

섬유의 부피 팽윤도

상기 식에서, Po는 건조한 섬유의 밀도이고, Ps는 습윤한 섬유의 밀도이고, r은 섬유의 수분율이다.

그런데 폴리아미드계의 건조한 섬유의 밀도(Po)와 65% RH에서 습윤한 섬유의 밀도(Ps)는 모두 1.14로 거의 동일하기 때문에 폴리아미드계 섬유의 부피 팽윤도(Sv)는 수분율(r)과 거의 같다.

따라서 폴리아미드계 섬유의 부피 팽윤도(Sv)와 수분율(r)이 같다는 가정하에서 수분율에 대한 공기투과도의 변화를 살펴본다.

비교적 단위 면적당 부피가 큰 듀폰사 제품인 630데니어/105 필라멘트의 폴리아미드 66의 원사로 제직된 원단을 통상의 방법으로 정련 및 건조한 다음 195℃에서 53초간 열고정하여 경위사 밀도가 40×40본/인치 인 원단을 제조한다.

이들 원단을 20℃, 65% RH 조건에서 일정시간 간격으로 방치하면서 50 kPa의 압력차에서 측정한 원단의 공기투과도(ft³/ft²·분)와 부피 팽윤도 변화를 측정한 결과는 제2도의 그래프와 같다.

이때 부피 팽윤도의 변화는 상술한 바와 같이 수분율(%)로 나타내었다.

위 실험에서 알 수 있는 바와 같이 방치 시간이 길어질수록 원사의 수분율이 증가하여 부피 팽윤도가 비례적으로 증가한다. 이에 따라 원사는 3차원적으로 팽윤하게 되며 단사간의 공극을 줄여준다. 이러한 효과는 원단의 공기 투과도에 직접적으로 영향을 미치며 기밀성을 증가시키게 된 원인이 된다.

다음으로는 원단의 열처리 온도에 따른 섬유 구조의 변화 및 팽윤 현상의 변화와 그에 따른 원단의 공기투과도와의 관계를 살펴보기로 한다.

일반적으로 원단의 열처리(열고정)은 후가공 공정에 대한 열적 안정성 및 장기간 보관시의 치수 안정성 등을 확보하기 위해 실시한다.

이와 같은 열처리시 섬유 분자는 열운동에 의해 분자축 방향의 2차 결합 대부분이 절단되어 열고정시 받는 힘의 방향으로 분자가 미끄러져 내부응력이 감소된다. 따라서 이전의 공정에서 받은 잔류 응력은 소멸되어 냉각시 그 위치에서 새로운 2차 결합이 발생하여 안정된 형태를 유지하게 된다.

열처리 온도가 높을수록 섬유내 분자간의 형태가 고정됨과 동시에 섬유의 내부 구조중의 비정영역의 분자 사슬이 조밀하게 되며, 결정화도 역시 다소 증가하게 됨에 따라 섬유의 팽윤 현상을 일으키는 물분자의 결합이 더욱 어렵게 되어 원단의 공기투과도는 증가한다.

열고정 온도가 공기투과도에 미치는 영향을 알아보기 위해 듀폰사 제품인 630데니어/105필라멘트의 폴리아미드66 원사로 제직된 원단을 통상의 조건으로 정련 및 건조하고 여러 가지 온도조건에서 53초 동안 열고정 한후 밀도가 40×40본/인치인 가공지를 제조한다. 이를 20℃, 65% RH·24시간 방치후 열처리 온도 변화에 따른 공기투과도(ft³/ft²·분) 및 부피 팽윤도의 변화를 측정한 결과는 제3도의 그래프와 같다. 이때 공기투과도는 50kPa의 압력차에서 측정한 것이다. 이들 측정 결과를 분석해 보면 180℃ 이하의 열처리 온도로 처리된 원단은 해당온도 범위내에서는 공기투과도의 변화가 거의 없으나, 열처리 온도가 180℃를 초과한 경우에는 섬유내 물 분자의 결합이 어렵게 되고, 그 결과 섬유의 팽윤이 감소함에 따라 원단의 공기투과도는 급격히 증가하는 것을 알 수 있다.

백 패널 또는 사이드 패널에 벤트홀이 없음에도 불구하고 에어백에 주입된 고압가스가 백 패널 또는 사이드 패널측으로 배출되고 프론트패널 측으로는 배출되지 않아 운전자와 탑승자의 화상 위험을 방지할 수 있는 비코팅형 원단의 에어백을 제공한다. 또한 동일한 밀도로 제직된 비코팅형 원단에 상이한 공기투과도를 부여하는 방법을 제공한다. 아울러 백 패널 또는 사이드 패널측에는 공기투과도가 높은 비코팅형 원단을 사용하고 프론트 패널 측에는 공기투과도가 낮은 비코팅형 원단을 사용하여 백 패널 또는 사이드 패널측과 프론트 패널 측의 공기투과도가 상이한 비코팅형 원단으로 제조된 에어백을 제공한다.

제1도 (a)는 운전석 위치(Driver Side)에 부착되는 에어백 장치의 개략도이고, (b)는 승객석 위치(Passenger Side)에 부착되는 에어백 장치의 개략도이다.

제2도는 방치시간에 따른 원단의 공기투과도 및 부피 팽윤도 변화를 나타내는 그래프이다.

제3도는 열처리온도 변화에 따른 원단의 공기투과도 및 부피 팽윤도 변화를 나타내는 그래프이다.

제4도는 원단의 원사 충진율(CF) 변화에 따른 원단의 공기투과도 변화를 나타내는 그래프이다.

제1도에 있어서, 1은 인플레이트, 2는 백 패널 또는 사이드 패널부분의 고통기성 원다, 3은 프론트 패널 부분의 저통기성 에어백 원단이다.

본 발명은 자동차의 충돌시 운전자 및 탑승자를 보호하기 위한 에어백 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

구체적으로는 폴리아미드 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 동일한 밀도로 제직한 원단을 각각 상이한 온도에서 열처리하여 고통기성 원단과 저통기성 원단을 제조한 후 저통기성 원단을 에어백의 프론트 패널 측에 오도록 하고, 고통기성 원단을 에어백의 백 패널 또는 사이드 패널측에 오도록 봉합시키므로서 벤트홀을 형성시킬 필요가 없는 에어백 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 충돌 등 사고발생시 인플레이트(1)에서 나온 고온고압의 가스는 승객의 보호를 위해 에어백을 팽창시킨다. 이때 팽창된 에어백의 팽창압이 너무 높아서 승객이 충격을 받거나 질식사 하는 것을 방지하기 위해서 에어백의 백 패널 또는 사이드 패널에 주입된 고온고압 가스의 배출을 위한 벤트홀을 형성해 오고 있으나 본 발명의 에어백은 백 패널 또는 사이드 패널을 구성하는 원단의 통기성을 프론트 패널의 원단보다 높게 하므로서 벤트홀을 형성할 필요가 없다.

본 발명의 에어백 제조방법을 보다 구체적으로 설명한다.

먼저 플리아미드 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 제직한 원단을 190~220℃ 온도에서 열고정시켜 고통기성 원단을 제조한다. 이들 고통기성 원단은 향후 에어백 제조시 백패널 또는 사이드 패널(2)을 구성하게 된다.

열처리 온도가 본 발명의 범위보다 낮으면 통기성이 낮아지고 본 발명의 범위보다 높으면 원단의 강도가 저하된다.

이때 사용되는 폴리아미드 섬유는 폴리아미드 66, 폴리아미드 6 및 폴리아미드 46 중에서 선택된 1종 이상의 섬유이며, 이들 원사의 섬도는 210~840 데니어가 바람직하나 특별히 섬도가 제한되는 것은 아니다. 이들 원사들은 평직, 바스켓직 및 능직으로 제직한다.

에어백용 원단의 공기투과도에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 원단의 원사 충진율(Cover Factor:이하 CF라고 한다)로서 원단의 공기투과도는 CF에 반비례한다.

원단의 원사 충진율(CF)은 다음식에 의해 산출한다.

CF=[경사 밀도 (본/인치) + 위사 밀도 (본/인치) ×

따라서 경위사의 밀도 및 섬도가 높을 경우 원단의 원사 충진율 (CF)은 증가한다. 원단의 원사 충진율이 증가하면 원단의 공기투과도는 감소한다. 원단의 밀도가 공기투과도에 미치는 영향을 알아보기 위해 사이징하지 않은 420데니어/68 필라멘트의 폴리아미드 66의 원사를 경사 및 위사로 사용하여 여러 종류의 CF 값을 갖는 원단을 제직한 후 이들을 통상의 방법으로 정련 및 건조하고, 180℃에서 53초 동안 열고정후 20℃ 65% RH에서 24시간 방치한 다음 압력차를 50 kPa로 설정하여 원단의 CF에 따른 공기투과량(ft³/ft²·분) 변화를 측정한 결과는 제4도의 그래프와 같다.

상기 그래프에서 알 수 있듯이 원단의 CF가 증가함에 따라 기밀성이 향상되지만 어느 한계에 도달하면 더 이상 원단의 CF 향상이 원단의 기밀성 향상에 기여하지 못한다. 예를 들면 또한 CF가 2000 미만인 경우에는 기밀성이 낮아 저통기성의 원단으로는 부적합하다.

고통기성 원단들은 에어백의 백 패널 또는 사이드 패널제조에 사용되어 인플레이트(1)에서 발생한 고온고압 가스들과 직접 접촉하게 되고 에어백이 팽창하게 되면 에어백내 가스들이 이들 원단을 통해 배출된다. 이때 고통기성 원단은 고온고압의 가스를 냉각시키고 인플레이트(1) 폭발시 발생한 분말 등을 여과시켜서 차량의 내부로 고온의 가스 및 폭발 잔여물이 나오는 것을 방지한다.

본 발명의 고통기성 원단은 이와 같은 성능을 충분히 발휘할 수 있도록 190~220℃의 높은 온도에서 열처리 되어 50kPa의 시험 압력으로 측정한 공기 투과도가 300 ft³/ft²·분(이하 CFM이라고 한다) 이상이다.

이와 같이 본 발명의 고통기성 원단의 공기투과도가 높은 이유는 다음과 같다. 본 발명의 고통기성 원단 즉 백 패널 또는 사이드 패널용 원단은 높은 온도에서 열처리 되기 때문에 섬유 분자간의 형태가 고정됨과 동시에 섬유 내부 구조중의 비정형 영역의 분자 사슬이 조밀하게 되고, 결정화도 역시 다소 증가하게 되어 섬유의 팽윤 현상을 일으키는 물분자가 섬유에 결합되기 어렵게 된다. 이와 같이 원단상에 물분자의 결합이 어렵게 되면 원단의 팽윤 현상은 감소하게 되고 그 결과 원단의 기밀성이 저하되기 때문에 원단의 공기투과도는 증가하게 된다. 본 발명의 고통기성 원단의 강연도는 1200mg·cm 이하이다.

또한 고온고압 가스로 인해 에어백의 원단이 파열되는 것을 방지하기 위해서는 고통기성 원단의 인장강도는 181Kg/인치 이상이어야 한다. 또한 유연성 및 경량성 등을 위하여 고통기성 원단의 두께는 0.04cm 이하, 무게는 250g/㎡ 이하가 바람직하다.

다음으로는 폴리아미드 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 고통기성 원단과 동일한 밀도로 제직한 원단을 180℃ 이하의 온도에서 열고정시켜 저통기성 원단을 제조한다. 열처리 온도가 본 발명의 범위보다 높으면 통기성이 높아지고 원단의 강도가 저하된다. 이들 저통기성 원단은 향후 에어백 제조시 프론트 패널을 구성하게 된다.

이때 사용되는 폴리아미드 섬유는 폴리아미드 66, 폴리아미드 6 및 폴리아미드 46 중에서 선택된 1종 이상의 섬유이며, 이들 원사의 섬도는 210~840 데니어가 바람직하나 특별히 섬도가 제한되는 것은 아니다.

이들 원사들은 평직, 바스켓직 및 능직으로 제직한다.

또한 제직시 단사섬도가 6 데니어 이상인 원사를 경사로 사용하고, 단사섬도가 6 데니어 미만인 원사를 위사로 사용하면 원단의 기밀성을 보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 경사에 호부처리를 하지 않아도 제직성이 향상된다.

그 결과 정련공정에서의 정련온도를 낮추어도 되고 정련약제의 투입량을 감소시킬 수 있고 정련시간도 단축시킬 수 있다.

이들 저통기성 원단들은 에어백의 프론트 패널 제조에 사용되어 인플레이트(1)에서 나온 고온고압 가스가 에어백내에 주입되었을 때 운전자 및 승객의 화상 및 질식예방을 위해 고온고압 가스가 프론트 패널 방향으로 새어 나오는 것을 방지해야 한다.

본 발명의 저통기성 원단은 이와 같은 성능을 충분히 발휘할 수 있도록 180℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 열처리 되어 50 kPa의 시험 압력으로 측정한 공기투과도가 250 CFM 이하이다.

이와 같이 본 발명의 저통기성 원단의 공기투과도가 낮은 이유는 다음과 같다. 본 발명의 저통기성 원단, 즉 프론트 패널용 원단은 상대적으로 낮은 온도에서 열처리 되기 때문에 섬유 분자간의 형태가 고정되지 않고, 섬유 내부 구조중의 비정형 영역의 분자사슬이 느슨하며, 결정화도 역시 다소 감소하게 된다. 그 결과 섬유(원단)의 팽윤 현상을 일으키는 물분자가 섬유에 결합되기 용이해진다. 이와 같이 원단상에 물분자의 결합이 용이하게 되면 원단이 팽윤 현상이 증가하고, 그 결과 원단의 기밀성이 높아지기 때문에 원단의 공기투과도는 낮아지게 된다.

또한 고온고압 가스로 인해 에어백의 원단이 파열되는 것을 방지하기 위해서는 저통기성 원단의 인장강도는 181 Kg/인치 이상이어야 한다.

또한 유연성 및 경량성 등을 위하여 저통기성 원단의 두께는 0.04cm 이하, 무게는 250g/㎡ 이하가 바람직하다.

이상에서 설명한 방법에 의해 각각 제조된 고통기성 원단과 저통기성 원단을 이용하여 본 발명의 에어백을 제조한다.

저통기성 원단을 프론트 패널 측에, 고통기성 원단을 백 패널 또는 사이드 패널측에 오도록 이들 원단을 봉합시켜서 에어백을 제조한다.

본 발명의 에어백은 압력차 (△P) 50 kPa의 측정조건에서 공기투과도가 상이한 2개의 열가소성 섬유의 원단으로 구성되며 프론트 패널 부분을 구성하는 저통기성 원단의 공기투과도가 250 CFM 이하이고, 백 패널 또는 사이드 패널부분을 구성하는 고통기성 원단의 공기투과도가 300 CFM 이상이고, 이들의 인장강도가 181Kg/인치 이상이다. 또한 백 패널 또는 사이드 패널부분을 구성하는 고통기성 원단의 강연도는 1200mg·cm 이하이다.

공기투과도는 자동차용 에어백 원단의 가장 중요한 물성중 하나이다.

공기투과도는 원단의 양쪽에 주어진 압력차를 이용하여 원단의 공기를 통과시킬 때 원단을 통과하는 공기의 속도로 측정한다.

현재 통용되는 시험 표준의 압력차는 98~2,500 Pa이다. 그러나 실제 에어백이 팽창될 때 원단에 작용하는 압력은 약 40~60 kPa이다. 원단의 공기투과도는 측정압력차 변화에 따라 향상 정비례 하는 것은 아니므로 현재 통용되는 시험 압력차에서 비슷한 공기투과도를 보이는 원단이라도 실제 에어백 팽창시에는 상당한 공기투과도의 차이를 나타낼 수 있다. 따라서 본 발명에서는 실제로 에어백이 팽창되는 조건에서 원단에 작용하는 압력인 40~60 kPa의 중간값인 50 kPa 압력차에서의 공기투과도를 기준으로 한다.

본 발명에 있어서 인장강도는 ASTM D 5034 방법으로 측정하며 강연도는 ASTM D 1388 방법으로 측정한다.

본 발명의 에어백은 백 패널 또는 사이드 패널용 원단의 통기성이 높으므로 벤트홀을 형성할 필요가 없고, 프론트 패널용 원단의 통기성이 낮아서 승객 및 탑승자의 화상이나 질식 등의 위험을 예방할 수 있다. 또한 공정이 복잡하고, 비용이 비싸고, 재활용이 곤란하고, 벤트홀을 형성시켜야 하는 코팅형 에어백의 문제점을 해결함과 동시에, 원단의 기밀성이 너무 높은 경우 벤트홀을 형성시켜야 하거나 기밀성이 너무 낮은 경우 운전자 등이 화상을 입을 우려가 있는 종래 비코팅형 에어백의 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명을 실시예 및 비교실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.

그러나 본 발명이 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

단사섬도가 6 데니어 이고, 원사 전체섬도가 420 데니어인 폴리아미드 66의 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 50 본×50 본/인치이 되도록 평직으로 제직한다. 먼저 제직된 원단을 195℃에서 열처리하여 경사×위도 밀도가 52 본×52 본/인치 인 고통기성 원단(CF:2131)을 제조한다.

한편 상기의 제직된 원단을 170℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 52 본×52 본/인치 인 저통기성 원단(CF:2131)을 제조한다.

제조된 고통기성 원단을 에어백의 백 패널 측에 오도록 하고 제조된 저통기성 원단을 에어백의 프론트 패널측에 오도록 봉합하여 에어백을 제조한다. 제조된 에어백의 통기성 및 인장강도 등의 물성은 표 1과 같다.

[실시예 2]

단사섬도가 6 데니어 이고, 원사 전체섬도가 420 데니어인 폴리아미드 66의 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 50 본×50 본/인치이 되도록 평직으로 제직한다. 먼저 제직된 원단을 195℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 52 본×52 본/인치 인 고통기성 원단(CF:2131)을 제조한다.

한편 단사섬도가 6.2 데니어이고 원사 전체섬도가 420 데니어인 폴리아미드 66의 필라멘트를 경사로 사용하고 단사섬도가 3.1 데니어이고 원사 전체섬도가 420 데니어인 폴리아미드 66의 필라멘트를 위사로 사용하여 경사×위사밀도가 50 본×50 본/인치 이 되도록 평직으로 제직한다. 제직된 원단을 170℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 52 본×52 본/인치 인 저통기성 원단(CF:2131)을 제조한다.

제조된 고통기성 원단을 에어백의 백 패널 측에 오도록 하고 제조된 저통기성 원단을 에어백의 프론트 패널 측에 오도록 봉합하여 에어백을 제조한다. 제조된 에어백의 통기성 및 인장강도 등의 물성은 표 1과 같다.

[실시예 3]

단사섬도가 6 데니어 이고, 원사 전체섬도가 630 데니어인 폴리아미드 66의 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 39 본×39 본/인치이 되도록 평직으로 제직한다. 먼저 제직된 원단을 195℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 41 본×41 본/인치 인 고통기성 원단(CF:2108)을 제조한다.

한편 상기의 제직된 원단을 170℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 41 본×41 본/인치 인 저통기성 원단(CF:2108)을 제조한다.

제조된 고통기성 원단을 에어백의 사이드 패널 측에 오도록 하고 제조된 저통기성 원단을 에어백의 프론트 패널 측에 오도록 봉합하여 에어백을 제조한다.

제조된 에어백의 통기성 및 인장강도 등의 물성은 표 1과 같다.

[비교실시예 1]

단사섬도가 6 데니어 이고, 원사 전체섬도가 420 데니어인 폴리아미드 66의 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 54 본×54 본/인치이 되도록 평직으로 제직하여 저통기성 원단(CF:2213)을 제조한다.

한편 상기 원사를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 41 본×41 본/인치이 되도록 평직으로 제직하여 고통기성 원단(CF:1680)을 제조한다.

제조된 고통기성 원단을 에어백의 백 패널 측에 오도록 하고 제조된 저통기성 원단을 에어백의 프론트 패널 측에 오도록 봉합하여 에어백을 제조한다. 제조된 에어백의 통기성 및 인장강도 등의 물성은 표 1과 같다.

[비교실시예 2]

단사섬도가 6 데니어 이고, 원사 전체섬도가 420 데니어인 폴리아미드 66의 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 50 본×50 본/인치이 되도록 평직으로 제직된다. 먼저 제직된 원단을 230℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 52 본×52 본/인치 인 고통기성 원단(CF:2131)을 제조한다.

한편 상기의 제직된 원단을 182℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 52 본×52 본/인치 인 저통기성 원단(CF:2131)을 제조한다.

제조된 고통기성 원단을 에어백의 백 패널측에 오도록 하고 제조된 저통기성 원단을 에어백의 프론트 패널 측에 오도록 봉합하여 에어백을 제조한다. 제조된 에어백의 통기성 및 인장강도 등의 물성은 표 1과 같다.

[비교실시예 3]

단사 섬도가 6 데니어이고, 원사 전체 섬도가 630 데니어인 폴리아미드 66의 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 50 본×50 본/인치이 되도록 평직으로 제직한다. 제직된 원단을 180℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 50본×50본/인치인 고통기성 원단(CF:2090)을 제조한다.

한편 열처리된 상기 고통기성 원단을 180℃에서 70톤의 압력으로 카렌더링하여 저통기성 원단(CF:2090)을 제조한다.

제조된 고통기성 원단을 에어백의 백 패널 측에 오도록 하고 제조된 저통기성 원단을 에어백의 프론트 패널 측에 오도록 봉합하여 에어백을 제조한다. 제조된 에어백의 통기성 및 인장강도 등의 물성은 표 1과 같다.

[비교실시예 4]

단사섬도가 6 데니어이고, 원사 전체섬도가 420 데니어인 폴리아미드 66의 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 49본×49본/인치이 되도록 평직으로 제직한다. 먼저 제직된 원단을 195℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 41본×41본/인치 인 고통기성 원단(CF:2008)을 제조한다.

한편 상기의 제직된 원단을 180℃에서 열처리하여 경사×위사 밀도가 41본×41본/인치 인 저통기성 원단(CF:2008)을 제조한다.

제조된 고통기성 원단을 에어백의 사이드 패널 측에 오도록 하고 제조된 저통기성 원단을 에어백의 프론트 패널 측에 오도록 봉합하여 에어백을 제조한다. 제조된 에어백의 고통기성 및 인장강도 등의 물성은 표 1과 같다.

<표 1>

실시예 1~실시예 3의 경우 백 패널 또는 사이드 패널을 구성하는 고통기성 원단과 프론트 패널을 구성하는 저통기성 원단의 밀도 및 인장강도가 동일한 수준이나 공기투과도 차이로 기밀성과 배기효과를 동시에 얻을 수 있고, 고통기성 원단의 경우 강연도가 낮아져서 모듈 수납성도 우수하다. 비교실시예 1의 경우 백 패널을 구성하는 고통기성 원단의 밀도가 낮아서 배기효과는 우수하나 강도가 현저히 저하되어 에어백 성능이 저하된다. 또한 비교실시예 2에서는 고통기성 원단을 제조하기 위한 열처리 온도가 너무 높아서 원단의 강도가 저하된다. 비교실시예 3에서는 고통기성 공기 투과도가 낮아서 통기성 원단으로 사용할 수 없고, 카렌더링 공정에 의해 저통기성 원단의 강연도가 높아져 모듈 수납성이 나빠진다.

본 발명의 에어백은 비코팅형의 고통기성 원단으로 백 패널 또는 사이드 패널을 구성하고 비코팅형의 저통기성 원단으로 프론트 패널을 구성하므로서 에어백내 주입가스를 백 패널 또는 사이드 패널측으로 용이하게 배출시킬 수 있어 벤트홀을 형성할 필요가 없으며, 프론트 패널 측으로 주입 가스가 배출되는 것을 방지할 수 있어 운전자 및 탑승자가 화상을 입거나 질식될 위험을 예방할 수 있다. 또한 본 발명의 에어백은 비코팅형 원단으로 제조되므로 공정이 간단하고, 비용이 저렴하며, 사용후 에어백의 재활용이 가능하다.

Claims (6)

1. 폴리아미드 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 제직한 원단을 180℃ 이하의 온도에서 열고정시켜 저통기성의 원단을 제조하고 상기와 같이 제직한 원단을 190℃~220℃의 온도에서 열고정시켜 고통기성의 원단을 제조하고, 저통기성 원단을 프론트 패널 또는 사이드 패널 위치에 또한 고통기성 원단을 백 패널 위치에 오도록 이들 원단을 봉합시킴을 특징으로 하는 에어백 제조 방법.
2. 1항에 있어서, 폴리아미드 필라멘트의 섬도가 210~840 데니어인 것을 특징으로 하는 에어백의 제조 방법.
3. 1항에 있어서, 폴리아미드 필라멘트가 나일론 6, 나일론 66 및 나일론 46으로 구성된 그룹중에서 선택된 1종 이상의 수지인 것을 특징으로 하는 에어백의 제조 방법.
4. 1항에 있어서, 저통기성의 원단은 위사의 단사 섬도가 경사의 단사 섬도보다 작은 것을 특징으로 하는 에어백의 제조 방법.
5. 압력차 (△P) 50 kPa의 조건하에서 측정한 공기투과도가 서로 상이한 2종의 폴리아미드 섬유의 원단으로 구성되며, 프론트 패널 부분을 구성하는 저통기성 원단과 백 패널 또는 사이드 패널 부분을 구성하는 고통기성 원단의 물성이 아래 조건을 만족하는 에어백.

   ① 프론트 패널 (저통기성 원단)

   -공기투과도 [압력차가 50kPa인 조건에서 측정]:250 CFM 이하

   -인장 강도 (ASTM D 5034):181Kg/인치 이상

   -강연도 (ASTM D 1388):1200mg·cm 이하

   ② 백 패널 또는 사이드 패널(고통기성)

   -공기투과도 [압력차가 50kPa인 조건에서 측정]:300 CFM 이상

   -인장 강도 (ASTM D 5034):181Kg/인치 이상

   -강연도 (ASTM D 1388):1200mg·cm 이하
6. 5항에 있어서, 에어백을 구성하는 저통기성 원단 및 고통기성 원단의 원사 충진율(CF)이 각각 2,000 이상인 에어백.

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