KR100530704B1 - 비피복 에어백용 폴리아미드 편평사 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모노필라멘트의 섬도 및 힘-변형곡선을 조절하고 방사구금의 모양을 조절하여 사의 단면형태가 1.5∼8.0의 편평률을 갖고 단면형상에 있어 축방향의 표면 평탄률이 0.8 이상 되게 한 것으로서, 상온에서 측정된 폴리아미드 모노 필라멘트가 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 5% 미만 신장하고, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12% 미만 신장하며, 최소 8.0g/d의 인장강도로부터 섬유가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고 섬도가 5데니어 이하인 폴리아미드 모노필라멘트로 이루어진 고강력 폴리아미드섬유에 관한 것으로, 저통기성이 우수하여 에어백 작동시 순간적으로 발생하는 충격에너지를 흡수하는 에어백용 비피복 직물을 만드는 데 사용되는 편평사를 제공한다

Description

비피복 에어백용 폴리아미드 편평사 {Polyamide flat yarn for noncoated airbag}

본 발명은 모노필라멘트의 섬도 및 힘-변형곡선을 조절하고 방사구금의 모양을 조절하여 사의 단면형태를 편평하게 한 것으로서, 상온에서 측정된 폴리아미드 모노 필라멘트가 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 5% 미만 신장하고, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12% 미만 신장하며, 최소 8.0g/d의 인장강도로부터 섬유가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고 섬도가 5데니어 이하인 폴리아미드 모노필라멘트로 이루어진 고강력 폴리아미드 섬유에 관한 것으로, 본 발명은 저통기성이 우수하여 에어백 작동시 순간적으로 발생하는 충격에너지를 흡수하는 에어백용 비피복 직물을 만드는 데 사용되는 편평사를 제공한다.

근래, 에어백은 차량에 탑승한 승객의 안전을 확보하기 위한 장치로서 없어서는 안 되는 것이 되어, 차량에의 장착률이 점차 높아지고 있다.

에어백에 대한 요구 항목으로는, 충돌 시에 원활하게 전개하기 위한 저통기성 및 백 자체의 손상·파열을 막기 위한 고강력, 나아가서는 전개시에 승객의 안면 찰상 방지를 위한 유연성 등 여러 가지를 들 수 있다．또, 근래에는 에어백 직물 자체의 접힘성이나 수납성의 향상, 나아가서는 비용절감과 같은 점도 중요한 요구 사항이 되고 있다.

에어백의 형태에 관해서는, 제직 후의 직물 표면에 수지를 도포한 이른바 피복 직물과 제직 후의 직물을 그대로 사용하는 비피복 직물로 대별된다. 에어백으로서 상술한 저통기성을 유지하기 위해서는, 일반적으로 피복 직물이 유리하다．

이제까지, 에어백으로서 적합한 강력 및 저통기성을 손상시키지 않고, 접힘성이 우수하며, 수납 용적이 작은 에어백을 실현시키는 기술이 많이 개시되어 있다. 예를 들면, 일본 특개평 1-41438 공보에는, 강도 8.5 g/d이상, 단사 섬도가 3데니어 이하의 섬유로 이루어지는 사조(絲條)로 에어백용 직물을 제조함으로써, 상기의 목적이 달성된다고 개시하고 있다. 상기 공보에는 피복 직물 및 비피복 직물의 차이에 관하여 전혀 언급되어 있지 않지만, 상기 공보에 개시된 에어백용 직물은 실질적으로는 직물의 표면에 클로로프렌고무 등의 엘라스토머를 도포한 이른바 피복 직물로서, 비피복 직물에 당해 기술을 적용한 경우에는 강력 및 수납성은 확실히 만족시키나, 저통기성의 유지라는 점은 충분히 만족시킬 수 없었다.

특허공보 2002-0041450호에는 단사 섬도가 10dtex이하의 섬유로 이루어지는 사조로 제조되는 에어백용 직물을 기술하고 있으나 수납성이 미흡한 단점이 있었다.

또, 일본 특개평 4-201650호 공보에는, 단사 섬도 1.0∼12데니어, 단사 변형도 1.5∼7.0인 이형 단면을 가지는 복수개의 단사로 이루어지는 폴리아미드 멀티필라멘트를 이용함으로써, 강력 및 접힘성이 우수한 에어백용 직물을 얻는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 공보의 에어백용 직물의 제조기술도 피복 직물에 적용한 경우에는 에어백용 직물로서의 요구특성을 만족시키지만, 비피복 직물에 적용시에는 통기성, 특히 봉제부에서의 통기성에 해결해야 할 과제가 남는 것이었다.

비피복 직물에 관한 기술로서는 일본 특개평 7-252740호 공보 기재의 방법이 있다. 상기 공보에는 편평율 1.5이상의 편평 단면사를 이용함으로써, 저통기성, 접힘성 및 수납성이 우수한 비피복 에어백용 직물이 얻어진다고 개시되어 있다. 그러나, 상기 공보의 비피복 에어백용 직물은 저압（124Pa)하에서의 통기도가 0.3cc/㎠/sec 이상으로, 근래 요구되는 저통기성을 충분히 만족하는 것은 아니었다.

한편, 2000년에 개정된 미국 법규 FMVSS208에 대응하기 위해서, 인플레이터의 듀얼화가 검토되고 있다. 이 인플레이터는 2단계 전개방식이 되기 때문에, 2단계째의 가스 출력이 종래의 인플레이터의 출력보다도 커진다. 그로 인해, 고압하에서도 종래보다도 저통기성인 것, 또한 에어백을 구성하는 봉제부분의 봉제사와 직물의 그물코 어긋남(이하 '봉제부 그물코 어긋남')을 작게 하는 것이 요구되게 되었다．

이 점에서 보면, 일본 특허 제 2950954호 공보에 개시된 총 섬도 300∼400dtex의 실을 이용한 비피복 직물은, 봉제부분의 그물코 어긋남이 충분히 작다고 하기 어렵다. 또, 일본 특개평 8-2359호 공보에는, 경위(經緯)의 커버 팩터가 모두 900∼1400인 직물에 있어서, 이 직물의 잔류유제 부착량 및 활탈 저항력을 규정한 에어백용 직물이 개시되어 있는데, 상기 공보에 개시된 에어백용 직물도 봉제부분의 그물코 어긋남을 만족시키기에 충분하다고는 할 수 없다．

미국특허 제 5,073,418호에는 칼렌더링에 의하여 공기투과도를 낮추어 기밀성 향상의 효과를 나타내기 위해 500데니어 이하의 원사로 원단을 제조한 후 칼렌더링하는 방법을 개시하고 있으나, 이와 같은 방법은 원단의 인열강도가 하락되는 문제가 있다.

유럽특허 공보 제 416483호에는 실질적으로 대칭적 구조를 갖고, 데니어가 300∼400dtex인 합성 필라멘트사를 이용한 에어백 제조용 열수축성 또는 열수축된 비피복 직물을 개시하고 있으나, 이와 같은 방법은 합성 필라멘트사가 열수축공정에서 급격히 강력이 저하되어, 원단의 인열강도가 하락되는 문제가 있다.

유럽특허 공보 제 436950호에는 160℃에서의 열풍 수축률이 6∼15%이고 직물 구조가 적어도 거의 대칭인 폴리아미드 필라멘트사로 이루어진 직물을 수성욕 중에서 60∼140℃의 온도에서 처리하는 것을 포함하는, 조밀한 조직을 갖는 피복처리를 요하지 않는 공업용 직물의 제조방법을 개시하고 있으나, 이와 같은 방법은 합성 필라멘트사가 고온의 수성욕에서 열수축이 급격히 진행되어 직물의 품위가 떨어지고, 원단의 인열강도가 하락되는 문제가 있다.

본 발명에서는 에어백 작동시 순간적으로 발생하는 충격에너지를 흡수하는 에어백용 직물을 만들기 위해서는 연신사의 섬도와 힘-변형곡선을 조절하고 사의 단면을 편평하게 함으로써 최종 직물의 인열강도 및 저통기성을 향상시킬 수 있었다.

또한, 본 발명은 폴리아미드 필라멘트의 단사 섬도를 낮추고, 연신사의 배향도에 대한 균일성 및 결정과 결정을 연결해주는 타이체인(tie chain)의 형성을 증가시켜 고강력 및 고수납성을 갖는 비피복 에어백용 직물을 제공한다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같이, 모노필라멘트의 섬도 및 힘-변형곡선를 조절하고 사의 단면을 편평하게 함으로써 에어백 작동시 순간적으로 발생하는 충격에너지를 흡수하기 위한 폴리아미드 섬유로서, 상온에서 측정된 폴리아미드 모노 필라멘트가 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 5%미만 신장하며, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12%미만 신장하며, 최소 8.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 단사 섬도가 5데니어 이하, 단면의 편평률이 1.5∼8.0, 단사의 단면형상에 있어 장축방향의 표면 평탄률이 0.8 이상, 최대 단축길이가 15㎛ 이하인 폴리아미드 모노필라멘트로 이루어진 에어백용 고강력 폴리아미드 섬유를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 고강력 폴리아미드 섬유를 이용한 직물은 인장강도 및 인열강도가 높고 저통기성이 우수하여 에어백용 비피복 직물로 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명은 (a) 상온에서 측정된 폴리아미드 모노 필라멘트가 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 5% 미만 신장하며, (b) 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12% 미만 신장하며, (c) 최소 8.0g/d의 인장강도로부터 섬유가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, (d) 단사 섬도가 5데니어 이하, (e) 단면의 편평률이 1.5∼8.0, (f) 단면형상에 있어 축방향의 표면 평탄률이 0.8 이상, (g) 최대 단축길이가 15㎛ 이하인 폴리아미드 모노필라멘트를 제공한다.

또한, 상기 폴리아미드 모노필라멘트는 절단시 인장강도 값이 8.0 내지 11g/d인 것이 바람직하고 섬도는 3 내지 4.5데니어인 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 폴리아미드 모노필라멘트가 50개 내지 100개의 집합체로 이루어진 폴리아미드 멀티 필라멘트를 제공한다.

또한, 상기 폴리아미드 멀티 필라멘트의 전체섬도가 150 내지 1000데니어인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 에어백용 섬유는, 다음의 (h), (i)의 조건을 적용함으로써, 더욱 우수한 효과의 취득을 기대할 수가 있다.

(h) 장력 처리후의 엉킴수가 15개/ｍ이하인 것.

(i) 합성섬유 멀티 필라멘트가, 황산 상대점도 3.0이상의 폴리아미드인 것.

본 발명에 사용되는 폴리헥사메틸렌아디프아미드 중합체는 최소한 85몰%의 헥사메틸렌아디프아미드 반복단위를 함유하며, 바람직하게는 헥사메틸렌아디프아미드 반복단위만으로 구성된다.

본 발명에서는, 선택적으로 상기 폴리헥사메틸렌아디프아미드 중합체 대신에 임의의 폴리아미드 단독중합체 및 공중합체가 사용될 수 있으며 중합체 중에는 색조, 내후성, 내산화성 등을 개선하는 목적에서 산화티탄, 산화규소, 탄산칼슘 등의 무기물이나 내후제, 내산화제 등의 약제가 포함되어 있어도 좋다. 본 발명의 에어백용 섬유의 성분은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에어백용 섬유에 적합한 고강도, 유연성을 달성하기 위해 황산 상대점도가 3.0이상인 폴리아미드인 것이 바람직하다. 이러한 폴리아미드 중합체는 주로 지방족이다. 바람직하게는, 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드)(나일론 66), 폴리(e-카프로아미드)(나일론 6), 및 그들의 공중합체 등 일반적으로 사용되는 나일론 중합체가 사용될 수 있다. 이들 중 나일론 66이 가장 바람직하다. 유리하게 사용될 수 있는 기타 나일론 중합체로는 나일론 12, 나일론 46, 나일론 6·10 및 나일론 6·12를 들 수 있다.

본 발명에 따른 폴리헥사메틸렌아디프아미드 중합체는, 열안정성 향상을 위하여 최종 중합체중의 구리금속 잔존량이 10∼80ppm이 되도록 하는 양으로 첨가하는 것이 바람직하다. 최종 중합체 중의 구리금속의 잔존량이 10ppm 미만이면 방사시 열안정성이 떨어져서 열분해가 일어나고, 80ppm을 초과하면 필요 이상의 구리금속이 이물질로 작용하여 방사시 문제가 되므로 바람직하지 않다.

상기 폴리헥사메틸렌아디프아미드 중합체를 본 발명의 제조방법에 따라 섬유화하는데, 도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 제조공정을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 고강력 폴리아미드 섬유의 제조방법 중 폴리헥사메틸렌아디프아미드 중합체를 방사팩(1) 및 노즐(2)을 통해 바람직하게는 270∼320℃의 방사온도에서, 20∼200의 방사 드래프트비(최초 권취롤러 위에서의 선속도/노즐에서의 선속도)로 저온 용융방사함으로써 열분해에 의한 중합체의 점도 저하를 방지할 수 있다. 방사 드래프트비가 20 미만이면 필라멘트 단면의 균일성이 나빠져서 연신작업성이 현저히 떨어지고, 200을 초과하면 방사 중 필라멘트의 파손이 발생하여 정상적인 원사를 생산하기 어려워지므로 바람직하지 않다.

또한 방사팩내의 여과 체류시간을 3∼30초로 조정하는 것이 바람직하다. 만일 방사팩내의 여과 체류시간이 3초 미만이면 이물질의 여과 효과가 불충분하고, 30초 이상이면 과도한 방사팩압 증가로 인하여 열분해가 과도하여 바람직하지 않다.

또한 본 발명에서는 압출기 스크류의 L/D(길이/직경)를 10∼40으로 하는 것이 바람직한데, 이는 스크류의 L/D가 10 미만이면 균일한 용융이 어렵고, 40을 초과하면 과도한 전단응력에 의한 분자량 저하가 심하여 물성이 떨어지기 때문이다.

본 발명에서는 용융방출사(4)를 냉각구역(3)을 통과시켜 냉각고화시킨다. 냉각구역(3)에서는 냉각공기를 불어주는 방법에 따라 오픈 냉각(open quenching)법, 원형 밀폐 냉각(circular closed quenching)법 및 방사형 아웃플로우 냉각(radial outflow quenching)법 등을 적용할 수 있으며, 이중 오픈 냉각(open quenching)법이 바람직하다.

이어, 냉각구역(3)을 통과하면서 고화된 방출사(4)를 유제 부여장치(5)에 의해 0.5∼3.0%로 오일링할 수 있다.

본 발명의 고강력 폴리아미드 섬유의 제조방법에 있어서, 미연신사의 바람직한 방사속도는 200∼1,000m/분이다.

미연신사의 단사섬도를 5 내지 20 데니어로 종래보다 가늘게 조절하는 것이 바람직하다. 종래 기술은 주로 미연신사의 단사섬도가 20 데니어를 초과하는데 이러한 경우에는 미연신사가 섬도가 너무 굵어서 균일한 냉각이 어렵다. 즉 미연신사의 표면과 내부의 냉각차이로 인하여 고배율 연신시 사의 손상을 초래한다. 또한 미연신사의 단사섬도를 5 데니어 이하로 하는 것은 미연신사의 필라멘트의 수가 지나치게 증가하여 방사시 공정 안정성이 떨어진다.

본 발명의 고강력 폴리아미드 섬유는 첫번째 연신 롤러(6)를 통과한 사를 스핀드로(spin draw) 공법으로 일련의 연신 롤러(7, 8 및 9)를 통과시키면서 총 연신비 4.0배 이상, 바람직하게는 4.5∼6.5로 연신시킴으로써 최종 연신사(11)를 얻는다.

본 발명의 다단 연신공정은 낮은 연신온도에서 진행되는 1단 연신공정 및 2단 연신공정과, 높은 온도에서 비교적 낮은 연신배율로 진행되는 3단 연신공정으로 이루어진다. 이러한 본 발명의 3단 연신공정에 의하여 제조된 폴리아미드 모노 필라멘트는 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 5% 미만 신장하며, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12% 미만 신장하며, 최소 8.0g/d의 인장강도로부터 섬유가 절단될 때까지 3%이상 신장하는, 힘-변형 곡선을 갖는다.

본 발명의 1단 연신공정 및 2단 연신공정에서는 주로 배향에 의한 결정화가 진행된다. 본 발명의 1단 연신공정에서 바람직한 연신온도는 20∼50℃이고, 연신배율은 1.05 내지 1.5배 인데, 연신온도가 20℃ 미만이면 공정상 추가적인 냉각장치를 연신 롤러에 설치하지 않고는 연신온도를 20℃ 미만으로 관리하기가 어려우므로 경제적으로 불리하고, 연신온도가 50℃를 초과하면 열에 의한 결정화가 진행되어 바람직하지 않다. 또한 연신배율이 1.5배를 초과하면 사에 과도한 연신 장력이 발생한다.

본 발명의 2단 연신공정에서 바람직한 연신온도는 폴리아미드의 유리전이온도로 50∼90℃이고, 연신배율은 2.5 내지 3.5배 인데, 연신온도가 50℃ 미만이면 연신성이 떨어지고, 연신온도가 90℃를 초과하면 열에 의한 결정화가 진행되어 바람직하지 않다.

본 발명의 3단 연신공정에서는 고온에서 열에 의한 결정화가 진행된다. 본 발명의 3단 연신공정에서의 바람직한 연신온도는 200∼250℃이고, 연신배율은 2.0배 이하인데, 연신온도가 200℃ 미만이면 열에 의한 충분한 결정화가 진행되지 않고, 연신온도가 250℃를 초과하면 사에 손상을 초래하여 바람직하지 않다. 또한 연신 배율이 2.0배를 초과하면 사의 신도가 급격히 감소한다.

또한 본 발명에서는 연신 롤러(7, 8 및 9)의 표면조도를 2 내지 3㎛로 조절함으로써 롤러와의 마찰에 의한 사의 손상를 최소화할 수 있다.

본 발명에서는 폴리아미드 섬유의 건열수축률(190℃, 15분)이 3∼8%이며, 이러한 비교적 낮은 사의 수축률은 연신사의 결정구조를 안정화시키는 이완 공정(10)에 의해 달성된다. 이완공정은 3단 연신공정 후 연속해서 이루어지며, 이완공정에서 이완온도는 200∼260℃, 이완률은 2∼7%이다. 즉 이완온도가 200℃ 미만이면 열에 의한 충분한 결정구조의 안정화가 어렵고, 또한 260℃ 초과하면 열에 의해 사에 손상을 초래하여 바람직하지 않다. 또한 이완률이 2% 미만이면 사의 수축률이 높아 제직 후 수축공정에서 사의 강력 저하가 심하며, 이완률이 7% 이상이면 연신공정에서 사의 떨림이 심하게 된다.

본 발명에서는 선택적으로 규제가이드(13, 13') 및 엉킴장치(12)를 거쳐서 엉킴부여된 후, 권취기(11)에 의해 권취된다. 이완처리는 얻어지는 섬유의 수축특성을 결정하는 데 있어서 중요하고, 에어백 섬유로서 적합한 수축율을 얻기 위해서는 통상 3∼15％의 이완처리가 실시된다. 또, 장력 처리후의 섬유에 15개/ｍ이하의 엉킴을 실시하기 위해서, 엉킴장치에는 0.05∼0.4MPa의 공기압을 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 선택적으로 고배율의 열연신공정에 의해서 제조되는 폴리아미드 섬유는 강도 및 탄성률이 높기 때문에 집속성이 떨어지므로 이를 개선하기 위하여 3단연신 후 이완공정 전후에서 인터레이스 노즐을 통과하게 된다. 이때 인터레이스 효과를 높이기 위하여 여러 형태의 인터레이스 노즐이 사용 가능하다. 이때, 인터레이스 노즐 전후의 사의 장력과 양쪽 홀을 통해 공급되는 공기압 등이 사의 품질을 결정하는 중요한 인자가 되며, 본 발명에서는 이완장력을 최소로 고정하고, 각 인터레이스 노즐의 공기 압력을 0.5∼4kg/㎠로 공급하였다. 공기압력이 0.5kg/㎠ 이하에서는 폴리아미드 섬유에 충분한 교락이 들어가지 않고, 4kg/㎠ 이상에서는 폴리아미드 섬유에 과도한 장력 및 꼬임이 부여되어 강력 저하가 발생된다. 또한 유제처리 후에 인터레이스 노즐을 통과시키면 유제분산 효과도 가져온다.

본 발명에서 핵심적인 기술사항으로서, 에어백 작동시 순간적으로 발생하는 충격에너지를 흡수하기 위한 방법으로, 폴리아미드 모노 필라멘트의 힘-변형곡선을 조절하고, 단면형상이 편평하게 되도록 하는 것이다. 이 때 상온에서 측정된 폴리아미드 모노 필라멘트의 힘-변형곡선은 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 5% 미만 신장하며, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12% 미만 신장하며, 최소 8.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 것이 바람직하다. 폴리아미드 모노 필라멘트는 단사 섬도가 5데니어 이하, 그 단면형상은 편평률이 1.5∼8.0, 단면형상에 있어 축방향의 표면 평탄률이 0.8 이상, 최대 단축길이가 15㎛ 이하인 것이 바람직하다.

에어백 내부의 화약 폭발로 발생하는 배출가스의 순간적인 충격에너지를 초기에 직물이 안전하게 흡수하기 위해서는 사의 높은 초기 모듈러스가 필요하다. 이때 본 발명에서 사의 힘-변형곡선은 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 5% 미만 신장하는 것이 바람직한데, 만약 사가 1.0g/d의 초기 응력에 5% 이상 신장하면 직물의 급격한 변형으로 초기에 직물의 손상을 초래한다.

또한, 본 발명에서, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 사가 12% 미만 신장하는 것이 바람직한데 이는 사가 4.5g/d의 중기 응력에 12% 이상 신장하면 직물의 통기도가 급격히 증가하여 배출가스에 의한 인체에 화상을 초래한다.

또한, 본 발명에서 직물의 인장강력 및 인열강도를 향상시켜, 직물의 두께를 최소화하여 수납성을 향상시키기 위해서는 최소 8.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 것이 바람직한데, 이는 최소 8.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 3%미만 신장하면 사의 최대 인장하중 흡수력이 부족하여 낮은 중량의 직물로 제직할 경우 인장강도 및 인열강도가 부족하다.

본 발명의 비피복 에어백용 직물을 구성하는 합성섬유 멀티 필라멘트의 총 섬도는 150∼1000데니어인 것이 필수이고, 더욱 바람직하게는 200∼700데니어이다. 총 섬도가 150데니어 미만의 경우, 합성섬유 멀티 필라멘트로 구성되는 에어백용 직물은 수납성의 점에서는 만족하지만, 강력이 부족하여 전개시 및 전개후의 승객 충돌시에 백이 파열될 우려가 있어 바람직하지 않다. 반대로 총 섬도가 1000데니어를 넘으면, 에어백으로서 충분한 강력이 얻어져 안전성의 면에서는 만족할 수 있지만, 본 발명의 목적의 하나인 우수한 수납성을 유지할 수 없게 된다.

여기서, 에어백은 탑재되는 차종이나 부위에 따라 설계가 다르고, 에어백용 직물을 구성하는 합성섬유 멀티 필라멘트의 총 섬도도 적절히 선택된다. 예를 들면 통상의 승용차의 경우, 운전석 및 조수석용의 에어백은 총 섬도 270∼460 데니어의 합성섬유 멀티 필라멘트로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 총 섬도 범위는, 충돌시에 승객을 조기에 구속하기 위한 높은 인플레이터 출력에 견딜 수 있기 위한 고강력과 운전석에서는 핸들 내, 조수석에서는 앞면의 대시보드내와 같은 비교적 좁은 공간에 탑재하기 위한 백의 우수한 수납성을 겸비한 것이다.

또, 운전석 및 조수석의 양단에 설치되는 사이드용 에어백에 관해서는 측면 충돌에 의한 충격으로부터 승객을 조기에 구속하기 위한 높은 인플레이터 출력 설정에 견딜 수 있기 위해 고강력이 요구되고, 에어백용 직물을 구성하는 합성섬유 멀티 필라멘트의 총 섬도는 200∼700데니어인 것이 바람직하다.

또한, 인플레이터블 커튼용의 직물에 관해서는, 좁은 공간에의 탑재가 요구되기 때문에, 총 섬도 200∼500데니어인 것이 바람직하다.

비피복 에어백용 직물을 구성하는 합성섬유 멀티 필라멘트의 단사 섬도에 관해서는 5데니어 이하인 것이 필수이고, 바람직하게는 4.7데니어 이하, 더욱 바람직하게는 4.5데니어 이하이다. 통상, 단사 섬도가 작은 섬유를 이용할수록, 얻어지는 직물은 유연하여 접힘성이 우수하고 수납성이 양호해진다. 또, 단사 섬도가 작아짐과 동시에 커버링성이 향상하고, 그 결과, 직물의 통기성을 억제할 수가 있다. 단사 섬도가 5데니어를 넘으면 직물의 접힘성 및 수납성의 저하, 또한 저통기성의 악화를 수반하여 에어백 직물로서 충분한 기능을 발휘하지 못하므로 바람직하지 않다.

또, 구금의 형상은, 도 3(A)에 도시한 바와 같이 서로 겹치지 않는 두 개의 둥근 구멍을 슬릿으로 연결한 형태이다. 구멍의 직경은 0.15∼0.25mm, 슬릿의 길이(d)와 폭(e)은 각각 0.10∼0.20mm인 것이 바람직하다. 도 3(C)와 같은 토출구멍형상에서는 장축방향의 표면 평탄율이 악화되는 경향이 있고, 얻어진 섬유를 이용하여 이루어지는 에어백 직물의 통기성의 점에서 문제가 발생하기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.

또, 단사의 단면형상은, 이른바 타원단면, 마름모꼴 단면과는 다른 도 3(B)에 도시한 바와 같은 전체적으로 편평한 아령형의 단면이고, 최대 장축길이(a)와 최대 단축길이(b)의 비 (a/b)로 표시되는 편평률이 1.5∼8.0인 것이 필수이고, 바람직하게는 2.0∼6.0이다. 이러한 범위의 편평 단면형상을 가지는 합성섬유 멀티 필라멘트를 사용하여 직물에 제직하면, 제직시의 섬유 전체에 관한 일반적인 장력에 의해서, 각 단사의 장축이 직물의 수평방향으로 배열하게 된다. 그 결과, 직물의 단위 면적당의 간격이 감소하여, 동 섬도의 둥근 단면섬유를 사용한 경우에 비하여, 직물의 통기성을 낮게 억제할 수 있게 된다. 또, 둥근 단면섬유와 동등한 통기성을 확보하는 것을 고려한 경우에 편평 단면섬유의 필요량은 적어진다. 즉, 이러한 범위의 편평 단면섬유를 사용함으로써, 저통기성과 수납성을 겸비한 에어백용 직물을 얻는 것이 가능해진다. 편평률이 1.5미만이 되면, 통상의 둥근 단면섬유와의 차가 작아서 편평 단면섬유를 이용하는 효과가 충분히 발휘되지 않는다. 한편, 편평률이 8.0을 넘으면 편평단면 섬유로서의 효과가 포화될 뿐만 아니라, 에어백용 섬유에 요하는 고강도섬유, 구체적으로는 6.0g/d 이상의 강도를 가지는 섬유를, 양호한 품위로 얻는 것이 곤란해지고, 더 나아가서는 제직 공정에 있어서의 공정 통과성을 현저히 악화시키기 때문에 바람직하지 않다.

단사의 단면형상에 관해서는 최대 단축길이(b)와 최소 단축길이(c)의 비(c/b)로 표시되는 장축방향의 표면 평탄율이 0.8이상인 것이 필수이고, 바람직하게는 0.85이상이다. 표면 평탄율을 이러한 범위로 함으로써, 단사끼리의 마찰이 증대하고, 그 섬유를 사용한 에어백 직물에 있어서 양호한 통기성을 확보할 수 있다．표면 평탄율이 0.8에 못 미치는 섬유를 이용한 에어백 직물에서는 통기성, 특히 봉제부에서의 통기성이 억제되지 않아, 본 발명의 목적으로 하는 에어백용 섬유로서 적합하지 않다．

또한, 최대 단축길이(b)가 15㎛이하인 것, 단사 섬도가 5 데니어 이하인　것이 필수이다. 최대 단축길이(b) 및 단사 섬도를 이러한 범위로 함으로써, 본 발명이 목적으로 하는 비피복 에어백용 직물을 얻기 위한 에어백용 섬유로서 적합하게 이용할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 고강력 폴리아미드 모노필라멘트의 섬도 및 힘-변형곡선을 조절하고 사의 단면형태를 편평하게 함으로써 직물 자체 및 봉제부에서의 저통기성을 유지하고, 접힘성 및 수납성이 우수하여 에어백 작동시 순간적으로 발생하는 충격에너지를 흡수할 수 있는 에어백용 폴리아미드 직물을 만들 수 있는 편평사를 제공한다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않으며, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 사 및 처리 코드의 각종 물성 평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다.

(1) 섬도

JIS L-1013에 준하여 측정하였다.

(2) 상대점도(I.V.)

황산(90%)에 시료 0.1g을 농도가 0.4g/100ml 되도록 90분간 용해시킨 후, 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨 담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 흡인장치(aspirator)를 이용하여 용액의 낙하 초수를 구했다. 용매의 낙하 초수도 동일한 방법으로 구한 다음, 하기 수학식에 의해 R.V.값을 계산하였다.

(3) 강신도

인스트론(Instron) 5565(인스트론사제, 미국)를 이용하여, ASTM D 885의 규정에 따라 표준상태(20℃, 65% 상대습도) 하에서 24시간 이상 방치한 후, 250mm의 시료 길이, 300mm/분의 인장속도 및 20turns/m의 조건으로 강신도를 측정하였다.

(4) 편평율

광학 현미경을 이용하여 200배로 확대한 단사단면의 사진을 촬영하여, 장축방향의 최대 장축길이(a) 및 단축방향의 최대 단축길이(b)를 측정하고, 각각 10개의 평균치로써 다음의 식에 따라서 산출하였다．

편평율=ａ/ｂ

(5) 건열수축률

시료를 20℃, 65% 상대습도의 표준상태 하에서 24시간 이상 방치한 후, 0.1g/d에 상당하는 중량을 달아 길이(L₀)를 측정하고, 무장력상태 하에서 드라이 오븐을 이용하여 190℃하에서 15분간 처리한 다음, 꺼내어 4시간 이상 방치한 후 하중을 달아 길이(L)를 측정하여 하기 수학식에 의해 수축률을 계산하였다.

(6) 교락수

교락도 측정기를 통하여 필라멘트사를 주행시킨 후, 예리한 핀을 주행사의 중간에 투입하여 사측방향의 단위길이당 교락의 수를 측정하였으며, 이 때 단위는 미터당 교락수로 표시된다.

[실시예 1]

구리금속을 각각 40ppm 포함하는 상대점도(RV) 3.3인 폴리헥사메틸렌아디프아미드 중합체를 압출기를 사용하여 292℃의 온도에서 42의 방사 드래프트비로 용융방사하였다. 이때 방사팩내 여과 체류시간은 10초이고, 사용된 압출기의 스쿠류는 L/D를 28로 조정하였고, 2개의 유니트를 갖는 스태틱 믹서를 방사팩의 중합체 도관 내에 설치하여 용융방사되는 중합체를 고르게 혼합시켰다. 이어, 팩내에 용융된 중합체를 아령형 방사 구금을 통과시켜 제조한 방출사를 길이 700mm의 냉각구역(오픈냉각챔버, 20℃, 0.6m/초의 풍속을 갖는 냉각공기 취입)을 통과시켜 고화시킨 다음 방사 유제로 오일링하였다. 이 미연신사를 460m/분의 방사속도로 권취하고, 3단 연신시켰다. 제 1단계 연신은 40℃에서 1.2배로, 제 2단계 연신은 72℃에서 3.0배로, 제 3단계 연신은 212℃에서 1.7배로 수행하고, 230℃에서 열고정(이완온도)하고 4% 이완시킨 다음 권취하여 315d/136f데니어의 최종 연신사를 제조하였다. 하기 표 1에 방사 및 연신조건을 나타내었다. 이와 같이 제조된 연신사의 물성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.

[실시예 2∼4 및 비교예 1∼4]

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 섬도, 방사온도, 연신조건을 변화시키면서 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 연신사를 제조하였다. 하기 표 1에 방사 및 연신조건을 나타내었다. 이와 같이 제조된 연신사의 물성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.

[표 1]

구분	규격	칩상대점도	방사온도(℃)	미연신사단사섬도(데니어)	연신비1단/2단/3단	연신온도(℃)1단/2단/3단
실시예1	315d/136f	3.3	292	13.7	1.2/3.0/1.7	40℃/72℃/212℃
실시예2	420d/136f	3.3	292	18.2	1.2/3.0/1.7	40℃/72℃/212℃
실시예3	630d/200f	3.3	292	18.6	1.2/3.0/1.7	40℃/72℃/212℃
실시예4	210d/68f	3.3	292	18.2	1.2/3.0/1.7	40℃/72℃/212℃
실시예5	315d/100f	3.3	292	18.6	1.2/3.0/1.7	40℃/72℃/212℃
비교예1	630d/136f	3.3	292	27.8	1.0/2.0/3.1	25℃/100℃/225℃
비교예2	630d/100f	3.3	292	37.8	1.0/2.0/3.1	25℃/100℃/225℃
비교예3	420d/68f	3.3	292	37.1	1.0/2.0/3.1	25℃/100℃/225℃
비교예4	210d/34f	3.3	292	37.1	1.0/2.0/3.1	25℃/100℃/225℃

[표 2]

구분	연신사
	단사섬도(데니어)	건열수축률(%)(190℃×15min)	강도	신도	편평도	단축길이(㎛)	표면 평탄율	교락수	모노 필라멘트사
									1.0g/d에서신도(%)	4.5g/d에서 신도(%)	8.0g/d에서 절단시까지의 신도(%)
실시예1	2.3	7.0	9.3	26.8	2.5	13	0.95	12	3.2	11.7	4.3
실시예2	3.1	6.4	9.4	26.0	2.5	13	0.95	12	3.4	11.6	4.3
실시예3	3.2	6.2	9.5	26.6	2.5	13	0.95	12	3.1	11.4	4.4
실시예4	3.1	7.4	9.6	28.4	2.5	13	0.95	12	3.1	11.3	4.5
실시예5	3.2	7.4	9.6	27.4	2.5	13	0.95	12	3.0	11.4	4.4
비교예1	4.6	9.1	9.1	22.8	1.2	20	0.98	12	5.7	13.3	2.7
비교예2	6.3	8.8	9.2	21.1	1.2	20	0.98	12	5.5	13.0	2.8
비교예3	6.2	9.4	9.2	21.6	1.2	20	0.98	20	5.5	13.1	2.9
비교예4	6.2	8.2	9.6	23.4	1.2	20	0.98	20	4.7	12.7	2.6

[실시예 5]

실시예 2에서 제조된 원사를 래피어 직기로 인치 당 49×49의 직물이 되도록 평직하여 에어백용 생지를 제조하였다. 상기 생지를 정련공정에서는 50℃인 수성욕을 1차 통과시키고, 10℃씩 순차적으로 온도가 상승하는 5개의 수성욕을 연속적으로 통과시켰다. 이때 최종 수성욕의 온도는 100℃이다. 정련공정 후 연속적으로 직물을 스팀가열기에 통과시킴으로써 추가적인 열수축을 진행시켰다. 이때 스팀가열기의 온도는 140℃이다. 상기 스팀가열기를 통과시킨 직물을 180℃의 열풍건조기에서 건조했다.

이와 같이 제조된 직물의 물성을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

[비교예 5]

비교예 3에서 제조된 원사를 래피어 직기로 인치 당 49×49의 직물이 되도록 평직하여 에어백용 생지를 제조하였다. 상기 생지를 정련공정에서는 50℃인 수성욕을 1차 통과시키고 10℃씩 순차적으로 온도가 상승하는 5개의 수성욕을 연속적으로 통과시켰다. 이때 최종 수성욕의 온도는 100℃이다. 정련 공정 후 직물을 스팀가열기에 통과시킴으로써 추가적인 열수축을 진행시켰다. 이때 스팀가열기의 온도는 190℃이다. 상기 스팀가열기를 통과한 직물을 180℃의 열풍건조기에서 건조했다.

이와 같이 제조된 직물의 물성을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

[비교예 6]

실시예 2에서 제조된 원사를 래피어 직기로 인치 당 49×49의 직물이 되도록 평직하여 에어백용 생지를 제조하였다. 상기 생지를 95℃인 수성욕을 통과시켜 생지를 급격히 열수축시킨 다음, 180℃의 열풍건조기에서 건조했다.

이와 같이 제조된 직물의 물성을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

[비교예 7]

실시예 2에서 제조된 원사를 래피어 직기로 인치 당 49×49의 직물이 되도록 평직하여 에어백용 생지를 제조하였다. 상기 생지를 캐린더링 장치를 이용하여 175℃, 480킬로파스칼의 압력으로 열수축시켜 직물을 제조하였다.

이와 같이 제조된 직물의 물성을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

구 분	원사 섬도	직물밀도(본/인치)	인장강도(㎏)	인열강도(㎏)	두께(㎜)	공기투과도(㎤/㎠/sec)	중량(g/㎡)
실시예5	420d/136f	49×49	249×231	31.5×27.3	0.37	0.7	235
비교예5	420d/68f	49×49	201×193	20.5×18.1	0.42	1.5	241
비교예6	420d/136f	49×49	191×181	16.5×15.3	0.41	1.8	239
비교예7	420d/136f	49×49	185×168	15.5×15.1	0.40	2.3	239

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 에어백 작동시 순간적으로 발생하는 충격에너지를 흡수하기 위한 힘-변형 곡선을 갖고, 단사 섬도가 5데니어 이하이며 단면형상의 편평도 1.5∼8.0인 폴리아미드 모노필라멘트로 이루어진 고강력 폴리아미드 편평사가 제공된다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 에어백용 폴리아미드 편평사의 제조방법을 나타낸 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 폴리아미드 모노 필라멘트의 힘-변형 곡선이다.

도 3은 본 발명에 따른 에어백용 폴리아미드 편평사를 제조하기 위한 구금의 모양(A), 편평사의 단면형상(B), 바람직하지 않은 구금의 모양(C)을 각각 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 방사팩 2 : 노즐

3 : 냉각구역 4 : 용융방출사

5 : 유제 부여장치 6 ∼ 9 : 연신롤러

10 : 이완 공정 11 : 권취기

12 : 엉킴 장치 13, 13' : 규제 가이드

Claims (9)

1. (a) 상온에서 측정된 폴리아미드 모노 필라멘트가 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 5% 미만 신장하고,

   (b) 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12% 미만 신장하고,

   (c) 최소 8.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고,

   (d) 단사 섬도가 5데니어 이하,

   (e) 단사의 단면형상이 편평율 1.5∼8.0,

   (f) 단면형상에 있어 축방향의 표면 평탄률이 0.8 이상,

   (g) 최대 단축길이가 15㎛ 이하인 비피복 에어백용 폴리아미드 모노필라멘트.
2. 제 1 항에 있어서,

   절단시 인장강도 값이 8.0 내지 11g/d인 것을 특징으로 하는 비피복 에어백용 폴리아미드 모노 필라멘트.
3. 제 1 항에 있어서,

   섬도가 3 내지 4.5데니어인 것을 특징으로 하는 비피복 에어백용 폴리아미드 모노 필라멘트.
4. 제 1 항의 폴리아미드 모노필라멘트의 집합체로 이루어진 비피복 에어백용 폴리아미드 편평사.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 폴리아미드 모노필라멘트가 50개 내지 100개의 집합체로 이루어진 비피복 에어백용 폴리아미드 편평사.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 폴리아미드 모노필라멘트가 68개의 집합체로 이루어진 비피복 에어백용 폴리아미드 편평사.
7. 제 4항에 있어서, 상기 폴리아미드 편평사의 전체섬도가 200 내지 700데니어인 것을 특징으로 하는 비피복 에어백용 폴리아미드 편평사.
8. 상기 제 1항에 있어서, 장력 처리 후의 엉킴수가 15개/m이하인 것을 특징으로 하는 비피복 에어백용 폴리아미드 편평사.
9. 상기 제 1항 또는 제 8항에 있어서, 합성섬유 모노 필라멘트가 황산 상대점도 3.0 이상의 폴리아미드인 것을 특징으로 하는 비피복 에어백용 폴리아미드 편평사.