KR100614621B1 - 고온 및 저온 환경 하에서 강도가 우수한 에어백용 원단및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온 및 저온 환경 조건에서도 강도저하가 거의 없는 에어백용 원단 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 폴리아미드 섬유로 구성된 원단을 경사방향의 과공급율이 5% 미만인 조건 하에서 위사방향의 수축율이 5% 미만이 되도록 150~210℃의 온도로 30~120초 동안 열처리하여, -30℃~80℃의 환경 하에서 ASTM D 5034 그랩(GRAB)법으로 측정한 원단 강도가 상온에서 동일 방법으로 측정한 원단 강도의 90% 이상인 에어백용 원단을 제조함을 특징으로 한다. 본 발명의 에어백용 원단은 심한 기후(온도) 변화에도 일정 수준의 원단 강도를 유지 할 수 있어서 탑승자를 보다 안전하게 보호 할 수 있다.

에어백용 원단, 폴리아미드, 원단 강도, 저온 환경, 고온 환경, 자동차, 그랩법, 경사방향, 위사방향

Description

고온 및 저온 환경 하에서 강도가 우수한 에어백용 원단 및 그의 제조방법 {An excellent strength airbag at high and low temperature, and a process of preparing for the same}

본 발명은 고온 및 저온 환경 하에서도 일정 강도 수준을 유지 할 수 있는 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 작을수록 좋다. 그리고 에어백은 장시간 동안 고온 또는 저온 환경 하에서 자동차 진동을 반복적으로 받으므로 우수한 내열성과 내마모성을 가져야 한다.

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 50kPa의 압력차에서 측정한 공기투과도가 250ft³/ ft²ㆍ분(이하 CFM이라고 한다.) 이하가 되는 것이 바람직하다. 또한 에어백용 원단은 고온고압 가스에 의해 급속하게 팽창되므로 원단이 파역되는 것을 방지하기 위해서는 우수한 인장 강도를 구비하여야 한다. 바람직하기로는 인장강도가 ASTM D 5034 방법으로 측정시 181kg/인치 이상이 되어야 하고, ASTM D 2261법에 의한 텅법 인열강도가 적어도 14kg 이상 되어야 한다.

또한 에어백용 원단은 에어백 모듈내 수납성을 향상시키고, 자동차 경량화를 위해서 유연성 및 경량성을 구비하여야 한다. 바람직하기로는 두께가 0.04㎝ 이하이고 무게가 250g/㎡ 이하가 되어야 한다.

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

먼저, 일본 공개특허 소 64-41438 호에는 단사섬도가 3 데니어 이하이고 원사섬도가 420 데니어인 합성섬유 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경위사 밀도가 인치당 24 본 이 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 질식예방 을 위해서 에어백내 주입된 고압가스를 배출시키기 위한 벤트홀을 백 패널에 형성해야 하는 번거로움이 있다.

미국 특허 5508073 호에서는 단사섬도가 3.5∼4.5 dtex 이고 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.

이와 같은 종래 방법들에 의해 제조된 에어백 또는 에어백용 원단들은 실제 사용중 처해지는 환경에 따라 열노화 등이 발생하여 에어백에 요구되는 강도 등의 물성을 발휘하지 못하는 경우가 많이 발생되고 있다.

실제 자동차 내 에어백이 처해지는 환경은 매우 다양하다. 예를 들면 극한 지방의 경우 -30℃까지 온도가 내려가고 더운 나라의 경우 온도가 80℃까지 상승 하기도 한다.

그 결과 종래의 에어백에 적용되는 원단들은 실제 자동차의 환경을 재현하여 각종 물성을 측정한 후 에어백으로 사용되어 질 수 있는지를 판단한 후 에어백에 적용되어 지고 있다. 구체적으로 상온, 각종 열노화, 고습도 및 규정된 온도 및 습도를 수회 반복하면서 저장한 후 상온에서 각종 강도를 측정 한다.

보다 구체적으로 미국특허 5,356,680호에서는 각종 열노화, 고습도, 고온고습 싸이클링처리를 행한 후 22℃ 65%RH인 표준상태에서 2주간 처리 후 원단의 공기 투과도를 측정한다. 그러나 합성섬유중 특히 에어백의 소재로 주로 사용되는 폴리아미드계의 재질은 온도, 습도 등의 외기 조건에 매우 민감하게 반응을 하므로 약 24시간 내에 원단이 갖는 고유물성이 외부조건에 따라 변하는 특성이 있다. 따라서 상기 특허에서 제시한 측정방법은 실제 자동차의 부품 중 에어백은 겪는 외부환경 조건과는 상당한 차이가 있다.

실제 에어백의 경우는 유사시 순간적으로 작동하므로 작동하는 순간의 온도 조건이 에어백의 성능에 미치는 매우 중요한 인자로 작용한다. 따라서 자동차가 겪을 수 있는 고온 및 저온 환경에서의 에어백 원단의 특성이 매우 중요하다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여, 자동차(에어백용 원단)가 실제 겪을 수 있는 고온 및 저온 환경에서도 일정 수준의 강도를 유지 할 수 있는, 다시 말해 강도 저하가 크지 않은 에어백용 원단 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.

이와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제조방법은, 폴리아미드 섬유로 구성된 원단을 경사방향의 과공급율이 5% 미만인 조건 하에서 위사방향의 수축율이 5% 미만이 되도록 150~210℃의 온도로 30~120초 동안 열처리 함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 에어백용 원단은 폴리아미드 섬유로 구성되며, -30℃~80℃의 환경 하에서 ASTM D 5034 그랩(GRAB)법으로 측정한 원단 강도가 상온에서 동일 방 법으로 측정한 원단 강도의 90% 이상인 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 고온 및 저온 환경에서도 에어백용 원단의 강도가 그대로 유지 될 수 있도록 폴리아미드 섬유로 구성된 에어백용 원단을 특정 장력 조건 하에서 열처리 한다. 에어백용 원단을 구성하는 상기 폴리아미드 섬유의 단사섬도는 3~8데니어 수준이다.

폴리아마이드 섬유는 분자의 내부구조를 볼 때 결정화도가 높을수록 열적 특성이 우수하며, 또한 고분자간의 배향이 잘되어 배향도가 높아 인접 분자쇄끼리의 결합력이 높아질 경우 열적 특성이 우수해져 고온 및 저온에서의 강도 유지율이 향상된다.

따라서 본 발명은 에어백용 포지에 이러한 특성을 부여하기 위하여 폴리아미드 섬유로 구성된 원단을 150~210℃에서, 더욱 바람직 하기로는 170~190℃에서 열처리 한다. 열처리 온도가 150℃ 미만인 경우에는 저온 및 고온에서의 원단 강도 유지율이 저하되며, 210℃를 초과하는 경우에는 원단이 황변하거나 분자 배향도가 과도하게 향상되어 원단의 통기도가 너무 높아져서 에어백용 원단으로는 부적합하게 된다.

열처리의 시간은 30초~120초, 더욱 바람직 하기로는 40~70초 처리하는 것이 좋다. 열처리 시간이 너무 길면 원단이 황변하거나 통기도가 너무 높아지게 되며, 열처리 시간이 너무 짧으면 분자 배향 효과가 낮아져 원단의 강도 유지율이 저하된다. 또한 열고정 중 분자의 배향도를 높이기 위해서는 열고정 중 포지에 장력을 가해주는 것이 바람직 한데, 이는 열고정 전후의 수축율을 열고정 폭 조절에 의하여 그 효과를 얻을 수가 있다.

충분한 장력의 효과를 얻기 위해서는 열고정 투입시 원단 경사방향의 과공급율이 5% 미만이 되어야 하며, 열고정 전후의 폭 수축(원단 위사방향 수축)은 최초 원단 폭 대비 5% 미만이 되어야 한다. 이를 초과하는 경우에는 열고정 중 원단에 과도한 장력이 가해져 충분한 분자 배향효과를 얻지 못하며, 극한 내지는 고온에서의 원단 강도 유지에 바람직한 결과를 얻을 수가 없다.

따라서 이렇게 제조된 에어백용 포지는 자동차가 접할 수 있는 저온 조건 및 고온 조건에서도 충분히 강도를 유지하여 이러한 기후 조건에서도 유사시 승객을 안전하게 보호 할 수 있는 에어백 제조가 가능하다.

구체적으로 본 발명의 에어백용 포지는 폴리아미드 섬유로 구성되며, -30~80℃ 환경 하에서 ASTM D 5034 그랩(GRAB)법으로 측정한 원단 강도가 상온 하에서 동일 방법으로 측정한 원단 강도의 90% 이상을 유지하게 된다.

이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명이 아래 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

420데니어의 폴리아미드 66 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 47본×47본/인치가 되도록 평직으로 제직한다. 제직된 원단을 100 ℃에서 정련한 후 경사방향 과공급율 2% 및 위사방향 수축율 3%의 조건으로 폭을 맞추어 180℃에서 60초간 열고정하여 경사×위사 밀도가 49본×49본/인치인 에어백용 원단을 제조한다. 제조한 에어백용 원단의 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

실시예 2

제직시의 경사 및 위사 섬도, 경위사 밀도 및 열고정 조건을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 에어백용 원단을 제조한다. 제조한 에어백용 원단의 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

실시예 3

420데니어의 폴리아미드 66 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사×위사 밀도가 45본×45본/인치가 되도록 평직으로 제직한다. 제직된 원단을 100℃에서 정련한 후 경사방향 과공급율 2% 및 위사방향 수축율 3%의 조건으로 폭을 맞추어 170℃에서 60초간 열고정하여 경사×위사 밀도가 46본×46본/인치인 가공지를 제조한 다음, 여기에 25g/㎡의 실리콘 고무를 도포하여 에어백용 원단을 제조한다. 제조한 에어백용 원단의 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

비교실시예 1 및 비교실시예 2

제직시의 경사 및 위사 섬도, 경위사 밀도 및 열고정 조건을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 에어백용 원단을 제조한다. 제조한 에어백용 원단의 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

제조조건

구분	경위사 섬도 (데니어)	가공지 상 경사×위사 밀도(본/인치)	열고정 조건
			온도 (℃)	시간(초)	경사방향 과공급율(%)	위사방향 수축율(%)
실시예 1	420	49×49	180	60	2	3
실시예 2	630	41×41	195	60	2	3
실시예 3	420	46×46	170	60	2	3
비교실시예 1	420	49×49	130	60	2	3
비교실시예 2	420	49×49	180	60	6	6

원단물성

구분	상온에서의 인장강도(kg/인치) [경사방향× 위사방향]	-30℃에서의 물성		80℃에서의 물성
		인장강도(kg/인치) [경사방향× 위사방향]	강도 유지율 (%)	인장강도(kg/인치) [경사방향× 위사방향]	강도 유지율 (%)
실시예 1	225×220	220×220	98.9	210×208	93.9
실시예 2	286×288	285×285	99.3	276×278	96.5
실시예 3	218×212	220×210	100	200×198	92.6
비교실시예 1	220×222	190×189	85.7	180×181	81.7
비교실시예 2	225×220	184×180	81.8	182×179	81.1

※ 강도유지율 =

×100

본 발명은 경위사방향으로 특정 범위 내의 장력을 부여한 상태에서 에어백용 원단을 150~210℃의 온도에서 30~120초 동안 열처리하여 분자 배향 효과를 극대화 시킨다. 그 결과 실제 자동차(에어백용 원단)이 처할 수 있는 저온 내지 고온 환경에서도 에어백에 요구되는 강도 수준을 유지 할 수 있다. 그 결과 탑승자를 보다 안전하게 보호 할 수 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 폴리아미드 섬유로 구성된 원단을 경사방향의 과공급율이 5% 미만인 조건 하에서 위사방향의 수축율이 5% 미만이 되도록 150~210℃의 온도로 30~120초 동안 열처리 함을 특징으로 하는 고온 및 저온 환경 하에서 강도가 우수한 에어백용 원단의 제조방법.
3. 2항에 있어서, 열처리를 170~190℃의 온도로 40~70초 동안 실시함을 특징으로 하는 고온 및 저온 환경 하에서 강도가 우수한 에어백용 원단의 제조방법.
4. 2항에 있어서, 폴리아미드 섬유의 섬도가 420~630데니어인 것을 특징으로 하는 고온 및 저온 환경 하에서 강도가 우수한 에어백용 원단의 제조방법.
5. 2항에 있어서, 에어백용 원단은 -30℃~80℃의 환경 하에서 ASTM D 5034 그랩(GRAB)법으로 측정한 원단 강도가 상온에서 동일 방법으로 측정한 원단 강도의 90% 이상인 것을 특징으로 하는 고온 및 저온 환경 하에서 강도가 우수한 에어백용 원단의 제조방법.