KR101032792B1

KR101032792B1 - 에어백용 폴리에스테르 원단 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101032792B1
Application number: KR1020100040306A
Authority: KR
Inventors: 김기정; 김재형; 이상목; 곽동진; 윤정훈; 김희준; 이상길
Original assignee: 주식회사 코오롱
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2011-05-06
Also published as: KR20100119519A

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 원단에 관한 것으로, 특히, 원단 자체 수축율(S_f, %)이 150±5 ℃의 온도에서 1.0% 이하인 에어백용 폴리에스테르 원단 에어백용 폴리에스테르 원단 및 그의 제조 방법, 이를 포함하는 차량용 에어백에 관한 것이다.
본 발명의 에어백용 원단은 낮은 열수축 응력 및 낮은 모듈러스의 고강력 고신율 폴리에스테르 원사를 사용하여 고온에서 열수축 거동을 최소화하며 내열성과 기계적 물성이 우수함과 동시에, 우수한 수납성 및 형태안정성, 공기 차단 효과를 제공하며 승객에게 가해지는 충격을 최소화하여 탑승자를 안전하게 보호할 수 있다.

Description

에어백용 폴리에스테르 원단 및 그의 제조 방법 {POLYESTER FABRICS FOR AIRBAG AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 에어백용 원단 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강력 고신율의 폴리에스테르 원사를 포함하여 내열성, 형태안정성, 기계적 물성이 우수한 에어백용 폴리에스테르 원단 및 그의 제조 방법, 이를 포함하는 차량용 에어백에 관한 것이다.

일반적으로 에어백(air bag)은, 주행중인 차량이 약 40 km/h 이상의 속도에서 정면의 충돌시, 차량에 가해지는 충돌충격을 충격감지센서에서 감지한 후, 화약을 폭발시켜 에어백 쿠션 내부로 가스를 공급하여 팽창시킴으로써, 운전자 및 승객을 보호하는 장치를 말한다.

에어백용 원단으로서 요구되는 항목은 충돌시에 원활하게 전개되기 위한 저통기성, 에어백 자체의 손상 및 파열을 막기 위한 고강력, 고내열성 및 승객에게 가해지는 충격을 줄이기 위한 유연성 등이 있다.

특히, 자동차에 사용되는 에어백은 일정한 형태로 제조된 후, 그 부피를 최소화하기 위하여 접힌 상태로 자동차의 핸들이나 자동차 측면 유리창 또는 측면 구조물 등에 장착되어 접힌 상태를 유지하였다가 인플레이터 등이 작동시 에어백이 팽창되어 전개될 수 있도록 한다.

따라서, 자동차 장착시 에어백의 폴딩성 및 패키지성을 효과적으로 유지하며, 에어백 자체의 손상 및 파열을 막고 우수한 에어백 쿠션 전개 성능을 발휘하고, 승객에게 가해지는 충격을 최소화하기 위해서는, 에어백 원단의 우수한 기계적 물성과 함께 폴딩성 및 승객에게 가해지는 충격을 줄이기 위한 유연성이 매우 중요하다. 그렇지만, 승객의 안전을 위하여 우수한 공기 차단효과 및 유연성을 동시에 유지하며, 에어백이 받는 충격에 충분히 견디고 자동차 내에 효과적으로 장착되어 사용할 수 에어백용 원단은 제안되어 있지 않은 상황이다.

종래에는 나일론 66 등의 폴리아미드 섬유가 에어백용 원사의 재료로 사용된 바 있다. 그러나, 나일론 66은 내충격성이 우수하지만 폴리에스테르 섬유에 비해 내습열성, 내광성, 형태안정성의 측면에서 뒤떨어지고 원료 비용도 높은 단점이 있다.

한편, 일본특허공개공보 평04-214437호에는 이러한 결점이 경감되는 폴리에스테르 섬유의 사용이 제안되어 있다. 그러나, 이같이 기존의 폴리에스테르 원사를 사용하여 에어백을 제조하는 경우에는 높은 강연도(stiffness)로 인해 자동차내에 장착시 좁은 공간에 수납하기 어렵고, 고탄성율과 저신율로 인해 고온의 열처리 등에서 과도한 열수축 발생하며, 고온 고습의 가혹 조건 하에서 충분한 기계적 물성 및 전개 성능을 유지하는 데 한계가 있어 왔다.

또한, 차량용 에어백에 사용되는 원단에 잔류하는 열응력이 해소됨에 따라 원단의 수축이 발생하게 되며, 이러한 수축 변형 특성에 따라 원단 고유의 제직 밀도 변형에 의한 공기투과도 성능 저하 및 치수안정성 저하, 최종 쿠션 제품의 부피 변형, 후도 변형 등의 문제가 발생하게 된다.

따라서, 차량용 에어백 원단으로 사용하기에 적합하게 우수한 기계적 물성 및 공기차단 효과를 유지하며, 여러 가혹 환경 조건 하에서도 형태변형 거동을 최소화하여 에어백 작동시 우수한 형태안정성 및 전개 성능을 확보하고, 승객에게 가해지는 충격을 줄이기 위한 유연성, 수납성, 및 고온 고습의 가혹 조건 하에서 우수한 물성 유지 특성을 갖는 섬유 원단 개발에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 에어백용 원단에 사용 가능하도록 우수한 기계적 물성, 유연성, 수납성을 확보하며, 고온의 환경 하에서도 우수한 내열성 및 형태 안정성을 유지하며 에어백 작동시 우수한 전개 성능이 발휘되는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한, 상기 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한, 상기 에어백용 폴리에스테르 원단을 포함하는 차량용 에어백을 제공하고자 한다.

본 발명은 하기 계산식 1로 정의되는 원단 자체 수축율(S_f, %)이 150±5 ℃의 온도에서 1.0% 이하인 에어백용 폴리에스테르 원단을 제공한다.

[계산식 1]

S_f(%) = {(L_i - L_a)/L_i}×100

상기 식에서 L_i은 열수축 전의 시료의 길이이고, L_a은 열수축 후의 시료의 길이를 나타낸다.

본 발명은 또한, 최대 열수축 응력값이 0.5 g/d 이하인 폴리에스테르 원사를 이용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계, 상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계, 및 상기 정련된 직물을 150 내지 210 ℃의 열처리 온도에서 텐터링하는 단계를 포함하는 상기 에어백용 원단의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 에어백용 폴리에스테르 원단을 포함하는 차량용 에어백을 제공한다.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 에어백용 폴리에스테르 원단, 그의 제조 방법, 및 이를 포함하는 차량용 에어백에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명에 대한 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다.

추가적으로, 본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함" 또는 "함유"라 함은 어떤 구성 요소(또는 구성 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소(또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.

한편, 본 발명에서 에어백용 원단이라 함은 자동차용 에어백의 제조에 사용되는 직물 또는 부직포 등을 말하는 것으로, 일반적인 에어백용 원단으로는 래피어 직기로 제직된 나일론 66 평직물 또는 나일론 66 부직포를 사용하고 있으나, 본 발명의 에어백용 원단은 고강력 폴리에스테르 원사를 사용하여 고온 환경 하에서도 우수한 열수축 거동 특성을 나타내며 강인성 및 인열강도 등의 기계적 물성이 우수한 특징을 갖는다.

특히, 종래의 나일론 66 등 폴리아미드 섬유 대신에 폴리에스테르를 에어백용 원사로 적용하기 위해서는, 기존에 폴리에스테르 원사의 높은 모듈러스와 강연도 등에 따른 폴딩성 저하 및 낮은 용융 열용량으로부터 기인한 고온 고습의 가혹 조건 하에서 물성 저하, 이에 따른 전개 성능 저하의 문제점을 극복할 수 있어야 한다.

폴리에스테르는 분자구조상 나일론 등에 비해 강연도(stiffness)가 높은 구조를 가지게 되어 높은 모듈러스(high modulus)의 특성을 갖게 된다. 이로 인해, 에어백용 원단으로 사용하여 자동차에 장착할 경우 수납성(packing)이 현저히 떨어지게 된다. 또한, 폴리에스테르 분자쇄내의 카르복실 말단기(Carboxyl End Group, 이하, "CEG"라 함)은 고온 고습 조건에서 에스테르기(ester bond)를 공격하여 분자쇄 절단을 가져와 에이징후 물성을 저하시키는 원인이 된다.

또한, 차량용 에어백에 사용되는 원단의 경우, 원단 자체가 고온의 환경에서도 안정적인 형태를 보유하여야 하는데, 이는 제조 공정에서 폴리에스테르 원사의 열응력 및 원단의 열처리 정도에 따라 달라질 수 있다. 특히, 원단을 구성하는 섬유의 내부 구조상 수축 거동이 높은 비결정 영역에서의 배향도가 높을 경우, 고온의 불안정한 환경 하에서 잔류 열응력이 해소됨에 따라 섬유의 분자 구조내 불안정한 배향 비결정 영역의 변형에 의해 수축 불균일 현상이 쉽게 발생하게 된다. 이러한 수축 불균일 현상은 원단 고유의 제직 밀도 변형에 의한 공기투과도 저하 및 최종 제품의 부피 변형 문제를 발생시켜 에어백 전개 성능에 큰 문제가 된다.

이에 따라, 본 발명은 낮은 열수축 응력 및 낮은 모듈러스의 고강도 고신율 폴리에스테르 원사를 사용하여 원단 자체 수축율의 물성 범위를 최적화함으로써, 고온 환경 하에서의 열수축 거동을 최소화하여 에어백 전개시 우수한 형태안정성을 확보할 수 있다. 또한, 이와 동시에 본 발명은 원단의 강연도를 현저히 낮추면서도 우수한 기계적 물성 및 공기 차단 성능 등을 유지할 수 있어 에어백용 원단으로서 향상된 물성 개선 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명자들의 실험 결과, 소정의 특성을 갖는 폴리에스테르 원사로 에어백용 원단을 제조함에 따라, 보다 향상된 형태안정성은 물론 폴딩성, 내열성, 및 공기 차단 효과를 나타내어 에어백용 원단으로 사용시 자동차 장착 등에서 보다 우수한 수납성(packing) 및 고온 고습의 가혹 조건 하에서도 우수한 기계적 물성, 공기 유출 방지, 기밀성 등을 유지할 수 있음이 밝혀졌다.

이에 발명의 일 구현예에 따라, 소정의 특성을 갖는 폴리에스테르 원단이 제공된다. 이러한 폴리에스테르 원단, 즉, 에어백용 폴리에스테르 원단은 하기 계산식 1로 정의되는 원단 자체 수축율(S_f)이 150±5 ℃의 온도에서 1.0% 이하인 것이 될 수 있다.

[계산식 1]

S_f(%) = {(L_i - L_a)/L_i}×100

또한, 상기 특정 폴리에스테르 원사를 사용하여 제조된 에어백용 폴리에스테르 원단의 상기 수축율(S_f)이 1.0% 이하인 것을 특징으로 함에 따라, 에어백 작동시 고온-고압의 가스에 대한 열수축 거동을 최소화하여 우수한 형태안정성, 치수안정성, 전개 성능을 확보할 수 있으며, 이러한 고온 고압의 에너지를 효과적으로 흡수하고 견딜 수 있는 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있어, 에어백용 원단으로 매우 효과적으로 사용될 수 있음이 확인되었다.

이때, 원단 자체 수축율(S_f)이라 함은 상기 계산식 1에 나타낸 바와 같이 고온에 대한 원단의 치수안정성을 나타내는 것으로서, 최종 제품의 형태 안정성 및 성능 유지 정도를 의미한다. 상기 원단의 수축율은 무장력 하에서 고온 환경에 방치하여 열처리 전후의 길이 변화를 수축율로 환산하여 평가할 수 있다. 상기 에어백용 원단으로서 그 수축율이 1.0% 이하가 되어야 바람직하며, 만일 에어백용 원단이 높은 수축 특성을 가지게 될 경우에는 고온 혹은 저온의 환경에 장기간 방치 시, 높은 수축 특성에 의해 치수변형이 쉽게 유발된다. 또한, 이러한 높은 수축 특성에 의해 원단의 제직 밀도 변화를 유도하고, 공기투과도 성능의 불안정화를 야기하게 된다. 이 경우, 더 나아가 원단의 과도한 수축에 의해 원단 후도 상승과 함께 강연도 특성이 저하되어 쿠션의 수납성에도 영향을 주게 된다. 특히, 형태 안정성이 좋지 못하므로, 가혹한 온도 조건 하에서 쿠션의 부피 변화가 발생하게 되기 때문에, 에어백의 안정적인 전개가 어렵게 되는 결과를 초래하게 된다. 상기 원단의 수축율이, 예를 들어, 상기 원단 자체 수축율의 1.0%를 초과하는 경우에는 에어백용 원단으로 적용이 어렵게 될 수 있다. 특히, 본 발명에서 상기 원단 자체 수축율은 경사 방향 및 위사 방향으로 각각 1.0% 이하인 것이 될 수 있다.

또한, 본 발명의 에어백용 원단이 우수한 형태안정성을 확보할 수 있도록, 원단을 제조하는 데 사용되는 폴리에스테르 원사는 최대 열수축 응력값이 0.5 g/d 이하가 될 수 있다. 이같이 본 발명의 에어백용 원단은 낮은 열응력 및 낮은 모듈러스를 갖는 고강력 고신율의 폴리에스테르 원사를 사용함으로써, 고온의 환경에서도 형태안정성이 우수하며 고온 및 고압 가스에 대한 열수축 거동을 최소함은 물론, 안정적인 전개 성능 등의 효과를 확보할 수 있다.

이와 동시에, 본 발명의 에어백용 원단은 에어백 전개시 충분한 내압성능을 보유하여야 한다. 이 때, 상기 에어백용 원단의 공기내압성을 나타내는 공기투과도는 원단에 고무성분 코팅층이 포함시킴으로써 현저히 낮출 수 있으며, 거의 0 cfm에 근사한 값의 공기투과도를 확보할 수도 있다. 다만, 이러한 고무성분 코팅을 수행하지 않는 경우, 즉, 본 발명의 비코팅 원단의 경우에 미국재료시험협회규격 ASTM D 737 방법에 따른 정적 공기투과도가 △P가 125 pa일 때 2.0 cfm 이하 또는 0.3 내지 2.0 cfm, 바람직하게는 1.8 cfm 이하 또는 0.3 내지 1.8 cfm, 좀더 바람직하게는 바람직하게는 1.2 cfm 이하 또는 0.3 내지 1.2 cfm으로 될 수 있으며, △P가 500 pa일 때 12.0 cfm 이하 또는 4.0 내지 12.0 cfm, 바람직하게는 10.0 cfm 이하 또는 4.0 내지 10.0 cfm으로 될 수 있다.

또한, 본 발명의 비코팅 원단에 대하여 미국재료시험협회규격 ASTM D 6476 방법에 따른 동적 공기투과도는 1,000 mm/s 이하 또는 50 내지 1,000 mm/s, 바람직하게는 800 mm/s 이하 또는 50 내지 800 mm/s, 보다 바람직하게는 600 mm/s 이하 또는 50 내지 600 mm/s로 될 수 있다.

이때, 정적 공기투과도라 함은 에어백용 원단에 일정한 압력 부여시 원단으로 투과하는 공기량을 의미하는 것으로, 원사의 단섬도(Denier per Filament)가 작고 원단의 밀도가 높을수록 낮은 값을 가질 수 있다. 또한, 동적 공기투과도라 함은 30~70 kPa의 평균 순간 차등 압력을 부여할 경우 원단으로의 평균 공기투과 속도를 의미하는 것으로, 정적 공기투과도처럼 원사의 단섬도가 작고 원단의 밀도가 높을수록 낮은 값을 가질 수 있다. 여기서, 상기 비코팅 원단의 정적 공기투과도가 2.0 cfm를 초과하거나 또는 동적 공기투과도가 1,000 mm/s를 초과하는 경우에는 에어백용 원단의 기밀성을 유지하는 측면에서는 바람직하지 않을 수 있다.

본 발명의 에어백용 원단은 미국재료시험협회규격 ASTM D 1776의 방법으로 측정하여 계산식 2로 정의되는 경사방향 및 위사방향의 밀도 변형율이 각각 2.0% 이하, 바람직하게는 1.5% 이하, 좀더 바람직하게는 1.0% 이하로 될 수 있다. 여기서, 원단의 형태안정성 측면에서는 경사방향 및 위사방향의 밀도 변형율이 2.0%를 초과하지 않는 것이 가장 바람직하다.

[계산식 2]

밀도 변형율(%) = {(초기 밀도-고온방치후 밀도)/초기 밀도}×100

상기 식에서 밀도 변형율은 초기 샘플과 고온 방치 후 밀도의 변화값을 나타낸 값을 기준으로 한 것이며, 상기 밀도값은 150±5 ℃의 온도에서 1 시간 동안 열 챔버 내에 무장력 하에서 방치 후, 밀도계로 측정한 값을 기준으로 한 것이다. 이때, 상기 밀도 변형율이라 함은 원단의 치수 변형에 따른 밀도 변화를 말하는 것이다. 상기 밀도 변형율은 우수한 기계적 물성 확보 및 에어백의 안정적인 전개 성능 확보 측면에서 2.0% 이하가 되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 에어백용 폴리에스테르 원단은 하기 계산식 3으로 정의되는 원단의 강인성(Toughness)이 2 kJ 이상 또는 2 kJ 내지 7 kJ인 것이 될 수 있다.

[계산식 3]

상기 계산식에서, F는 폴리에스테르 원사 또는 원단의 길이가 dl만큼 늘어날 때에 가해지는 하중을 나타낸다.

여기서, 상기 에어백용 폴리에스테르 원단의 강인성이 2 kJ 이상 또는 2 kJ 내지 7 kJ, 바람직하게는 3.5 kJ 이상 또는 3.5 kJ 내지 7 kJ를 나타냄에 따라, 에어백 작동시 고온-고압의 가스의 에너지를 효과적으로 흡수하고 견딜 수 있어 바람직하다.

이때, 강인성이라 함은 상기 계산식 3에 나타낸 바와 같이 섬유(원사 또는 원단을 포괄함; 이하 같음)가 인장력에 의하여 끊어질 때까지 소비되는 에너지로서, 급격한 충격에 대한 섬유의 저항성을 의미한다. 어떤 섬유가 하중 F에서 그 길이가 l에서 l+dl로 늘어날 경우 이 때 한일은 F·dl이 되므로 섬유를 절단하는 데 필요한 강인성은 상기 계산식 3과 같이 표현된다. 즉, 강인성은 에어백용 원사 및 원단의 강-신도 곡선의 단면적을 나타내는 것으로서, 원단에 사용되는 원사의 강도 및 신도 값이 높을수록 원단에서 발현되는 강인성은 높은 값을 가지게 된다. 일반적으로는 원단의 강인성이 낮아지면 에어백 전개시 고온-고압을 갖는 인플레이터의 순간적인 전개 충격을 충분히 흡수할 수 있는 원단의 저항성이 낮아지기 때문에, 에어백용 원단이 쉽게 찢어지는 결과를 초래할 수도 있다. 상기 원단의 강인성이, 예를 들어, 2 kJ 미만이 될 경우에는 에어백용 원단으로 적용이 어렵게 될 수도 있다.

또한, 상기 에어백용 원단은 에어백 전개시 고온-고압 가스의 순간적인 큰 힘으로 급속하게 팽창될 경우 응력 집중에 따라 우수한 인열강도 수준이 요구될 수 있다. 이 때, 상기 에어백용 코팅 원단의 파열 강도를 나타내는 인열강도는 미국재료시험협회규격 ASTM D 2261-Toungue법으로 측정하였을 때, 5 kgf 내지 55 kgf, 바람직하게는 10 kgf 내지 50 kgf, 좀더 바람직하게는 15 kgf 내지 45 kgf로 될 수 있다. 여기서, 상기 코팅 원단의 인열강도가 5 kgf 미만인 경우에는 에어백의 전개시 에어백의 파열이 발생함으로써 에어백 기능에 커다란 위험을 초래할 수도 있다. 반면에, 상기 코팅 원단의 인열강도가 55 kgf를 초과하는 경우에는 원단의 활탈 저항력(Edge Comb Resistance)이 낮아지며 에어백 전개시 공기차단성이 급격히 나빠짐으로써 바람직하지 못할 수 있다.

한편, 일반적으로 폴리에스테르는 분자 구조상 나일론 등에 비해 강연도(stiffness)가 높은 구조를 갖는 것으로, 이로 인해 높은 모듈러스의 특성을 나타내며 에어백용 원단으로 사용시 폴딩성 및 패킹성(packing)이 현저히 떨어져, 자동차의 좁은 공간에 수납이 어렵게 된다. 이에 따라, 본 발명은 고강력 저모듈러스의 특성 갖는 폴리에스테르 원사를 사용하여, 원단의 강인성 및 인열강도를 유지함과 동시에, 원단의 강연도(stiffness)를 현저히 낮출 수 있으며, 예를 들어 미국재료시험협회규격 ASTM D 4032 방법에 따른 강연도가 1.2 kgf 이하 또는 0.4 내지 1.0 kgf, 바람직하게는 0.5 내지 0.8 kgf을 나타낼 수 있다. 이같이 기존의 폴리에스테르 원단에 비해 원단의 강연도(stiffness)를 현저히 낮추게 됨에 따라, 본 발명의 에어백용 원단은 우수한 폴딩성, 유연성, 및 수납성을 나타낼 수 있다.

본 발명의 원단은 에어백용으로 사용하기 위해서는 상기 강연도 범위를 유지하는 것이 바람직하고, 강연도가 너무 낮은 경우에는 에어백 팽창 전개시 충분한 보호 지지 기능을 하지 못할 수도 있으며, 차량 장착시에도 형태 유지 성능이 떨어져 수납성이 저하될 수 있다. 또한, 너무 딱딱한 상태가 되어 접기 어렵게 됨으로써 수납성이 저하되는 것을 방지하고, 원단의 변색 현상을 방지하기 위해서는, 상기 강연도는 1.2 kgf 이하가 바람직하고, 특히 460 데니어 미만인 경우에는 0.8 kgf 이하가 바람직하며, 530 데니어 이상인 경우에도 1.2 kgf 이하가 되는 것이 좋다.

본 발명에 따른 에어백용 원단은 미국재료시험협회규격 ASTM D 5034 방법으로 상온에서 측정한 절단 신도가 25% 내지 60%, 바람직하게는 30% 내지 50%로 될 수 있다. 여기서, 원단의 강인성 측면에서는 상기 절단 신도가 25% 이상이 바람직하고, 활탈 저항력 측면에서는 상기 절단 신도가 60%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 에어백용 원단으로서 우수한 성능을 확보할 수 있도록 하기 위하여, 다양한 에이징을 수행하여 향상된 물성이 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 에이징으로는 고온 에이징(Heat aging), 사이클 에이징(Cycle aging), 및 고습 에이징(Humidity aging)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 수행할 수 있으며, 바람직하게는 상기 3가지 에이징을 수행한 후에도 우수한 정도로 강도 및 물성이 유지되도록 할 수 있다.

여기서, 상기 고온 에이징(Heat aging)은 원단을 고온에서 열처리하는 것으로 이뤄지며, 바람직하게는 온도 110 내지 130 ℃에서 300 시간 이상 또는 300 내지 500 시간 동안 열처리하는 것으로 이뤄질 수 있다. 또한, 사이클 에이징(Cycle aging)은 원단에 대하여 고온 에이징, 고습 에이징, 저온 에이징을 반복 수행하는 것으로 이뤄지며, 바람직하게는 온도 30 내지 45 ℃, 상대습도 93 내지 97 %RH에서 12 내지 48 시간 동안 에이징한 후에, 70 내지 120 ℃에서 12 내지 48 시간 동안 에이징하고, -10 내지 -45 ℃에서 12 내지 48 시간 동안 에이징하는 공정을 2회 내지 5회 반복 실시하는 것으로 이뤄질 수 있다. 고습 에이징(Humidity aging)은 원단을 고온 다습 조건 하에서 에이징하는 것으로 이뤄지며, 바람직하게는 온도 60 내지 90 ℃ 및 상대습도 93 내지 97 %RH에서 300 시간 이상 또는 300 내지 500 시간 동안 에이징하는 것으로 이뤄질 수 있다.

특히, 본 발명의 에어백용 원단은 상기 조건으로 에이징후에 강력을 상온에서 측정한 강력에 대하여 %로 계산한 강력유지율이 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상, 좀더 바람직하게는 90% 이상이 될 수 있다. 이같이 고온 및 고습의 가혹 조건 하에서 장시간 에이징 후에도 원단의 강도 및 강력유지율이 우수한 범위로 유지됨으로써, 에어백용 원단으로서 우수한 성능을 발휘할 수 있다.

한편, 발명의 다른 구현예에 따라, 소정의 특성을 갖는 폴리에스테르 원사로 제조된 폴리에스테르 원단이 제공된다. 이러한 폴리에스테르 원단은 단사섬도 1.3 DPF 내지 4 DPF이고, 적용되는 원사 필라멘트가 110 가닥 이상으로 형성된 폴리에스테르 원사를 포함하는 것이 될 수 있다.

특히, 본 발명은 기존에 고강력 저신율의 높은 모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사가 아닌 고강력 고신율의 낮은 모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사를 사용함으로써, 에어백 팽창시의 에너지 흡수 능력이 우수할 뿐만 아니라, 우수한 형태안정성과 공기 차단성을 갖는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제공할 수 있다.

본 발명의 원단에는 고유점도가 1.05 내지 1.40 dl/g, 바람직하게는 1.10 내지 1.35 dl/g, 좀더 바람직하게는 1.15 내지 1.35 dl/g인 폴리에스테르 칩으로 제조된 폴리에스테르 원사를 사용할 수 있다. 상기 에어백용 원단이 상온 및 고온, 고습의 가혹 조건 하에서 에이징 후에도 우수한 물성을 유지하기 위해서는, 폴리에스테르 원사를 고유점도 1.05 dl/g 이상인 폴리에스테르 칩으로 제조하는 것이 바람직하다. 원단에서의 우수한 형태안정성을 보유하기 위해서는 원사 자체의 낮은 수축 거동을 발현하기 위하여 고유점도 1.40 dl/g 이하, 바람직하게는 1.35 dl/g 이하인 폴리에스테르 칩으로 제조된 폴리에스테르 원사를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 에어백용 폴리에스테르 원단의 우수한 치수안정성을 확보하기 위해서, 원단을 구성하는 폴리에스테르 원사는 원사 자체가 보유하고 있는 열수축 응력이 낮을수록 유리하다. 만일 원단을 구성하는 원사의 열수축 응력이 높을 경우, 고온의 환경에 노출되었을 경우 불균일한 수축 특성을 가지게 된다.

본 발명에서 원사 자체가 보유한 열응력 값은 최대 열수축 응력값이 0.5 g/d 이하 또는 0.03 내지 0.5 g/d, 바람직하게는 0.45 g/d 이하 또는 0.1 내지 0.45 g/d가 될 수 있다. 그러나, 원사의 열수축 응력이 너무 낮을 경우, 원단의 열처리공정에서 요구되는 수준의 수축을 부여할 수 없게 되어 결과적으로 원단의 직밀도 조절이 용이하지 못할 뿐만 아니라, 텐터링 장치 내에서의 텐터링 핀 빠짐 현상 발생 등 작업성에 매우 불리하게 작용하게 되고, 반대로 수축 응력이 매우 높을 경우에는 과도한 수축 장력에 의한 과수축 현상, 원단 직밀도 불량, 과도한 수축에 의한 텐터링 핀 파손 등을 초래할 수 있다. 또한, 원단을 제조하고 난 후에도 잔존 열응력에 의해 이후에도 원단의 형태 변형이 지속적으로 발생할 가능성이 있다.

이같이 우수한 형태안정성을 보유한 본 발명의 에어백용 원단을 제조함에 있어서, 사용되는 특정 폴리에스테르 원사의 열응력은 0.10 g/d의 초기 하중 하에서 열응력 시험기를 이용, 시험기 내 챔버 온도를 150 ℃/min의 가열속도로 가열하면서, 온도 변화에 따른 응력을 측정한 값이며 열수축 응력값은 각 특정 온도 범위에서의 응력을 측정한 원사의 섬도값으로 나눔으로써 계산되어진다.

본 발명자들의 실험 결과, 기존의 폴리에스테르 원사에 비해 낮은 열수축 응력을 보유하면서 낮은 모듈러스의 고강력 고신율을 갖는 특정 폴리에스테르 원사를 사용함에 따라, 고온의 환경에서도 충분한 치수 안정성을 보유한 에어백용 원사 및 원단이 제공될 수 있음이 밝혀졌다. 특히, 본 발명에 사용되는 에어백용 폴리에스테르 원사의 열수축 응력이 150 내지 200 ℃ 부근에서 0.2 내지 0.3 g/d의 수축응력을 가질 수 있으며, 최대 열수축 응력이 0.5 g/d 이하 또는 0.03 내지 0.5 g/d인 것을 특징으로 함에 따라 고온의 환경에서도 형태안정성이 우수하며 고온 및 고압 가스에 대한 열수축 거동을 최소함은 물론, 제직 밀도 변형에 의한 공기투과도 저하 방지, 안정적인 전개 성능 등의 효과를 확보할 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 원사는 코팅공정 중 열처리시 일정 수준 이상의 장력을 주어 제직형태를 유지하여 결과적으로 에어백용 원단의 형태 변형을 방지하기 위해 150±5 ℃에서의 수축율이 1% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서 정의하는 상기 수축응력은 0.10 g/d의 고정 하중 하에서 측정한 값을 기준으로 하며, 수축율은 0.01 g/d의 고정 하중 하에서 측정한 값을 기준으로 한다.

상기 폴리에스테르 원사는 통상의 폴리에스테르 중에서도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 원사인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 PET를 70 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상 포함하는 PET 원사인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 에어백용 원단에 사용되는 폴리에스테르 원사는 저섬도 고강력으로 유지해야 하므로, 섬도가 200 내지 840 데니어로 될 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 원사의 필라멘트수는 많을수록 소프트한 촉감을 줄 수 있으나, 너무 많은 경우에는 방사성이 좋지 않을 수 있으므로, 필라멘트수는 110 내지 210, 바람직하게는 130 내지 180으로 될 수 있다.

특히, 본 발명의 에어백용 원단은 이전에 알려진 폴리에스테르 원사(통상, 초기 모듈러스 120 g/de 이상임)보다 낮은 초기 모듈러스, 즉, 45 내지 100 g/d, 바람직하게는 50 내지 90 g/d, 좀더 바람직하게는 55 내지 85 g/d의 초기 모듈러스가 되는 폴리에스테르 원사를 사용하여 제조될 수 있다. 이 때, 상기 폴리에스테르 원사의 모듈러스는 인장시험시 얻어지는 응력-변형도 선도의 탄성 구간 기울기로부터 얻어지는 탄성계수의 물성값으로, 상기 섬유의 모듈러스가 높으면 탄성은 좋으나 원단의 강연도(stiffness)가 나빠질 수 있으며, 모듈러스가 너무 낮을 경우 원단의 강연도는 좋으나 탄성회복력이 낮아져서 원단의 강인성이 나빠질 수 있다. 이같이, 기존에 비해 낮은 범위의 초기 모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사로부터 제조된 에어백용 원단은 기존의 PET 원단의 높은 강연도(stiffness) 문제 등을 해결하고, 우수한 폴딩성, 유연성, 및 수납성을 나타낼 수 있다.

한편, 상기 폴리에스테르 원사는 인장강도가 8.0 g/d 이상, 바람직하게는 8.0 내지 10.0 g/d, 보다 바람직하게는 8.3 g/d 내지 9.5 g/d이고, 절단신도가 15% 내지 27%, 바람직하게는 18% 내지 24%를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 원사는 건열수축율이 1.0% 내지 5.0%, 바람직하게는 1.2% 내지 3.5%을 나타낼 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 고유점도 및 초기 모듈러스, 신율 범위를 최적 범위로 갖는 폴리에스테르 원사를 사용하여, 에어백용 원단으로 제조시 우수한 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 원사는 에어백용 원사에 사용 가능한 것으로 알려진 구리 화합물이나 인 화합물 등을 추가로 포함할 수도 있다.

상기 폴리에스테르 원사는 PET 중합체를 용융 방사하여 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 연신하는 방법으로 제조될 수 있고, 이들 각 단계의 구체적 조건이나 진행 방법이 폴리에스테르 원사의 물성에 직/간접적으로 반영되어 본 발명의 에어백용 원단에 효과적으로 사용할 수 있는 폴리에스테르 원사가 제조될 수 있다.

특히, 좀더 바람직한 일 구현예에서, 상기 고강력 고신율 저모듈러스 폴리에스테르 원사는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 70 몰% 이상 포함하고 고유점도가 1.05 dl/g 이상인 고점도 중합체를 사용하여 200 내지 300 ℃의 저온에서 용융 방사하여 폴리에스테르 미연신사를 제조하는 단계, 및 상기 폴리에스테르 미연신사를 5.0 내지 6.0의 연신비 조건 하에서 연신하는 단계를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다. 이 때, 카르복실 말단기(CEG) 함량이 낮은, 바람직하게는 30 meq/kg 이하의 고점도 PET 중합체를 사용하여 저온 조건 하에서, 더욱 바람직하게는 저온/저속 조건 하에서 용융 방사함으로써, 원사의 고유점도 저하 및 CEG 함량 증가를 최대한으로 억제하고, 원사의 우수한 기계적 물성을 유지하면서 동시에 고신율 특성을 확보할 수 있다. 더욱이, 후속의 연신 공정에서 5.0 내지 6.0의 최적화된 연신비 조건 하에서 연신을 수행함으로써, 원사의 신율 저하를 최대한 억제함으로써, 고강도 고신율의 저모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사를 제조하여 에어백용 원단에 효과적으로 적용할 수 있다.

여기서, 상기 용융 방사 공정을 고온으로 수행할 경우, 예컨대, 300 ℃를 초과하여 수행할 경우에는 PET 중합체의 열분해가 다량으로 발생하여 고유점도 저하 및 CEG 함량의 증가가 커질 수 있으며, 고온에서 분자내 배향성 증가로 신율의 저하 및 모듈러스 증가가 커질 수 있고, 원사의 표면 손상으로 전반적인 물성 저하를 초래할 수 있어 바람직하지 않다. 또한, 너무 높은 연신비, 예컨대 6.0을 초과하는 연신비 조건 하에서 상기 연신 공정을 진행하면, 과연신 수준이 되어 상기 연신사에 절사 또는 모우 등이 발생할 수 있어 위 제조 방법을 통해 제조된 폴리에스테르 원사 역시 에어백용 원단으로 사용하기에 바람직한 물성을 나타내기 어렵다. 그리고, 비교적 낮은 연신비 하에서 연신 공정을 진행하면, 섬유 배향도가 낮아 이로부터 제조된 폴리에스테르 원사의 강도가 일부 낮아질 수 있으므로, 바람직하게는 5.0 이상의 연신비 하에서 연신 공정을 수행하는 것이 에어백용 원단 등에 적용되기에 적합한 고강력 고신율 저모듈러스의 폴리에스테르 원사의 제조가 가능하다.

한편, 이같이 높은 연신비 조건 하에서 고강력이면서도 저모듈러스의 고신율인 폴리에스테르 원사를 제조하는 측면에서, 후속 공정의 제반 조건, 예를 들어, 이완율 등을 적절한 범위로, 바람직하게는 11% 내지 14%로 조절하여 수행할 수 있다.

상기와 같은 공정 최적화를 통해 낮은 초기 모듈러스를 갖고 고강력 고신율의 에어백용 폴리에스테르 원사를 확보할 수 있다. 또한, 이러한 용융 방사 및 연신 공정의 최적화를 통해, 높은 습도 조건 하에서 산으로 존재하여 폴리에스테르 원사의 기본 분자쇄 절단을 유발시키는 카르복실 말단기(CEG, Carboxyl End Group)를 최소화할 수 있다. 따라서, 이러한 폴리에스테르 원사는 낮은 초기 모듈러스 및 높은 신율 범위를 동시에 나타내어 우수한 기계적 물성 및 수납성, 형태안정성, 내충격성, 공기 차단 효과를 갖는 에어백용 원단에 바람직하게 적용될 수 있다.

한편, 발명의 또다른 구현예에 따라, 본 발명의 에어백용 원단은 바람직하게는 표면에 코팅 또는 라미네이트된 고무 성분 코팅층을 더욱 포함할 수 있다. 상기 고무성분으로는 분말(powder)형 실리콘, 액상(liquid)형 실리콘, 폴리우레탄, 클로로프로렌, 네오프렌 고무, 및 에멀젼형 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으며, 코팅 고무 성분의 종류는 상기 언급된 물질에만 한정되지는 않는다. 다만, 친환경 및 기계적 특성 측면에서 실리콘 코팅이 바람직하다.

상기 고무성분 코팅층의 단위면적당 코팅량은 20 내지 200 g/m², 바람직하게는 20 내지 100 g/m²가 되도록 사용할 수 있다. 특히, OPW(One Piece Woven) 타입의 사이드 커튼 에어백용 원단의 경우에 있어서는 상기 코팅량이 30 g/m² 내지 95 g/m²가 바람직하고, 에어백용 평직원단의 경우는 상기 코팅량이 20 g/m² 내지 50 g/m² 수준이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따라, 폴리에스테르 원사를 사용한 에어백용 원단의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 에어백용 원단 제조방법은 최대 열수축 응력값이 0.5 g/d 이하인 폴리에스테르 원사를 이용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계, 상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계, 및 상기 정련된 직물을 150 내지 210 ℃의 열처리 온도에서 텐터링하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 에어백용 원단의 제조 방법은 상술한 바와 같은 폴리에스테르 원사를 사용할 수 있으며, 특히 원사 자체가 보유한 최대 열수축 응력값이 0.5 g/d 이하 또는 0.03 내지 0.5 g/d인 것이 제조 공정상에서 효율적인 작업성을 유지하며 우수한 원단의 형태 안정성을 확보하는 측면에서 바람직하다.

상기 폴리에스테르 원사는 통상적인 제직 방법과, 정련 및 텐터링 공정을 거쳐서 최종적인 에어백용 원단으로 제조될 수 있다. 이때, 원단의 제직형태는 특정 형태에 국한되지 않으며 평직 타입과 OPW(One Piece Woven) 타입의 제직형태 모두가 바람직하다.

특히, 본 발명의 에어백용 원단은 상기 폴리에스테르 원사를 위사 및 경사로 이용하여 비밍(beaming), 제직, 정련, 및 텐터링 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 상기 원단은 통상적인 제직기를 사용하여 제조할 수 있으며, 어느 특정 직기를 사용하는 것에 한정되지 않는다. 다만, 평직형태의 원단은 레피어 직기(Rapier Loom)나 에어제트 직기(Air Jet Loom) 또는 워터제트 직기(Water Jet Loom) 등을 사용하여 제조할 수 있으며, OPW 형태의 원단은 자카드 직기(Jacquard Loom)를 사용하여 제조할 수 있다.

다만, 본 발명은 기존에 비해 고강력 고신율의 낮은 수축율을 갖는 폴리에스테르 원사를 사용함에 따라, 기존에 비해 좀더 높은 온도에서 열처리 공정을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 상기 제직된 생지를 정련 및 텐터링하는 공정을 거쳐, 텐터링된 직물에 고무성분으로 코팅하고 건조한 후에 가황온도 150 내지 210 ℃, 바람직하게는 160 내지 200 ℃, 및 가장 바람직하게는 175 내지 195 ℃에서 경화시키는 과정을 수행하며, 상기 가황온도는 원단의 우수한 인열강도 등 기계적 물성 유지 측면에서 150 ℃ 이상이 되어야 하며, 우수한 형태안정성 및 강연도 확보 측면에서 210 ℃ 이하가 되어야 한다. 특히, 상기 열처리 공정은 다단계로 수행할 수 있으며, 예를 들어 150 내지 170 ℃에서 1차 열처리 공정을 수행한 후에, 170 내지 190 ℃에서 2차 열처리 공정을 수행한 후에, 190 내지 210 ℃에서 3차 열처리 공정을 수행할 수 있다.

이같이 본 발명의 폴리에스테르 원단을 고온 열처리 공정을 통해 제조하는 경우에, 폴리에스테르 원사 자체의 고강력 고신율 낮은 모듈러스 특성으로 제질 밀도 등을 향상시킴으로써, 우수한 형태안정성 및 공기 차단 효과, 강연성 향상 및 기계적 물성 개선 효과를 더욱 크게 부여할 수 있다.

또한, 상기 가황온도에서 경화 시간은 30 내지 120 초, 바람직하게는 35 내지 100 초, 및 가장 바람직하게는 40 내지 90 초 범위에서 수행할 수 있다. 여기서, 상기 경화시간이 30 초 미만인 경우에 고무성분에 의한 코팅층의 경화 작업이 효과적으로 이뤄지지 않아 원단의 기계적 물성이 저하되어 코팅이 벗겨지는 등의 문제가 있으며, 상기 경화 시간이 120 초를 초과하는 경우에 최종 제조된 원단의 강연도 및 후도가 증가하여 폴딩성이 떨어지는 문제가 발생한다.

상기 특정 폴리에스테르 원사를 사용하여 에어백용 원단을 제조함에 있어 텐터링 공정에서의 과공급율(overfeed)은 -1.0% 내지 5.0%, 바람직하게는 1.0% 내지 3.0%가 될 수 있다. 이때, 상기 원단의 과공급율(overfeed)이라 함은 텐터링 공정에서의 정련된 직물 원단이 챔버내로 투입될 때의 공급 정도를 말하는 것이다. 상기 과공급율이 5.0%를 초과하여 챔버내로 공급될 경우, 챔버 내에서 열풍에 의한 핀빠짐 현상 및 균일한 열처리가 불가능하며 위사밀도가 과도하게 부여될 수 있다. 반면에, 상기 과공급율이 -1.0% 미만일 경우에는 과도한 장력에 의한 원단 손상 및 위사 밀도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 텐터링 공정에서 정련된 직물 원단의 투입 속도는 10 m/min 내지 30 m/min가 될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 15 m/min 내지 20 m/min가 될 수 있다. 상기 직물 원단의 투입 속도는 원단의 열처리 공정에 있어 챔버내 체류 시간과 밀접한 관계가 있다. 특히, 상기 투입 속도가 10 m/min 미만인 경우에는 열 챔버 내에서 과도한 체류 시간으로 인한 원단의 유연성(softness) 저하 및 열손상을 가할 수 있다. 반면에, 상기 투입 속도가 30 m/min를 초과하여 너무 빠르게 텐터링 공정을 수행하는 경우에는 챔버내 원단 체류 시간이 너무 적어 원단에 충분한 열처리가 이뤄질 수 없으며, 이로 인하여 불균일한 원단 수축 현상이 발생할 수 있다.

본 발명의 에어백용 원단은 직물의 일면 또는 양면에 전술한 바와 같은 고무성분에 의한 코팅을 실시할 수 있으며, 상기 고무성분의 코팅층은 나이프 코트법, 닥터블레이드법, 또는 분무코팅법으로 적용할 수 있지만, 이 또한 상기 언급된 방법에만 한정되지는 않는다.

이렇게 코팅된 에어백용 원단은 재단과 봉제공정을 거치면서 일정한 형태를 갖는 에어백 쿠션 형태로 제조될 수 있다. 상기 에어백은 특별한 형태에 국한되지 아니하며 일반적인 형태로 제조될 수 있다.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따라, 상술한 폴리에스테르 원단을 포함하는 차량용 에어백이 제공된다. 또한, 상기의 에어백을 포함하는 에어백 시스템이 제공되며, 상기 에어백 시스템은 관련 업자들에게 잘 알려진 통상의 장치를 구비할 수 있다.

상기 에어백은 크게 프론탈 에어백(Frontal Airbag)과 사이드 커튼 에어백(Side Curtain Airbag)으로 구분될 수 있다. 상기 프론탈용 에어백에는 운전석용, 조수석용, 측면보호용, 무릎보호용, 발목보호용, 보행자 보호용 에어백 등이 있으며, 사이드 커튼 타입 에어백은 자동차 측면충돌이나 전복사고시 승객을 보호하게 된다. 따라서, 본 발명의 에어백은 프론탈용 에어백과 사이드 커튼 에어백을 모두 포함한다.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.

본 발명에 따르면, 낮은 열수축 거동으로 고온-고압 가스 전개시 형태안정성, 내열성, 및 기계적 물성이 우수한 에어백용 폴리에스테르 원단 및 이를 이용해 얻어지는 차량용 에어백이 제공된다.

이러한 에어백용 원단은 낮은 열수축 응력을 보유하면서 고강력 고신율의 낮은 모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사를 사용하여 고온의 열처리 공정을 통해서도 열수축을 최소화하며 우수한 형태안정성, 기계적 물성, 및 공기 차단 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 이와 동시에 우수한 폴딩성 및 유연성을 확보할 수 있어 자동차 장착시 수납성을 현저히 개선하고 동시에 승객에게 가해지는 충격을 최소화하여 탑승자를 안전하게 보호할 수 있다.

따라서, 본 발명의 폴리에스테르 원단은 차량용 에어백 제조 등에 매우 바람직하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~8

소정의 고유점도를 갖는 PET 칩을 용융 방사기를 통해 1 step으로 폴리에스테르 원사를 제조한 후에, 상기 원사를 사용하여 래피어직기를 통해 에어백용 원단 생지를 제직하고, 정련 및 텐터링 공정을 거쳐 에어백용 원단을 제조하였다. 이때, 사용된 PET 원사의 섬도, 최대 열수축 응력값, 및 원단의 경사/위사 제직밀도, 제직형태, 열처리 온도는 하기 표 1에 나타낸 바와 같으며, 나머지 조건은 에어백용 폴리에스테르 원단 제조를 위한 통상적인 조건에 따랐다.

구 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7	실시예 8
PET 원사 규격	460/105	460/105	460/144	460/144	500/96	500/96	500/144	500/144
PET 원사 최대 열수축 응력값	0.38	0.38	0.40	0.40	0.45	0.45	0.49	0.49
제직밀도 (경사X위사)	49x49	53x53	49x49	53x53	49X49	53x53	49x49	53x53
열처리 가황온도 (℃)	185	185	185	185	185	185	185	185
과공급율(%)	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5

상기 실시예 1~8에 따라 제조된 폴리에스테르 원단에 대하여 다음의 방법으로 물성을 측정하였으며, 측정된 물성은 하기 표 2에 정리하였다.

(a) 원단 자체 수축율(S_f, %)

원단 자체 수축율(S_f)은 특정 온도에서 열에 의한 시료의 길이 변화를 백분율로 나타낸 값으로서, 하기 계산식 1에 따라 정의된다.

[계산식 1]

S_f(%) = {(L_i - L_a)/L_i}×100

상기 식에서 L_i은 열수축 전의 시료의 길이이고, L_a은 열수축 후의 시료의 길이이다.

상기 수축율은 200mm X 200mm 사이즈의 원단 시편에 경/위사 방향으로 각각 150 mm 선을 마킹한 후, 150 ℃의 고온 챔버내에 1 시간 방치한 후, 변화된 길이를 상기 계산식 1에 의거하여 정리한 값을 기준으로 하였다.

(b) 공기투과도

미국재료시험협회규격 ASTM D 737에 따라 상기 에어백용 원단을 실리콘 코팅을 수행하기 이전의 비코팅 원단 상태에서 △P가 각각 125 pa 및 500 pa의 압력의 공기가 38 cm²의 원형단면을 통과하는 양을 측정하여 정적 공기투과도로 나타내었다.

또한, ASTM D 6476에 따라 비코팅 원단 상태에서 공기 투과율 테스터(TEXTEST FX 3350Dynamic Air Permeability Tester)를 사용하여 에어백용 원단의 평균 동적 공기투과도를 측정하여 나타내었다.

(c) 경사 및 위사 방향 밀도변형율

미국재료시험협회규격 ASTM D 1776에 따라 경/위사 방향의 밀도변형율을 측정하였다. 먼저, 평직용 에어백 원단에서 시편을 재단한 후, 경사 및 위사 방향으로 수축 전의 밀도를 밀도계(density meter)를 이용하여 단위 인치당 경/위사 갯수로 확인하고, 150 ℃에서 1 시간 동안 챔버에서 열처리한 시편에 대하여 동일한 방법으로 밀도를 확인 한 후, 하기 계산식 2에 따라 밀도변형율을 측정하였다.

[계산식 2]

이때, 상기 계산식 2에서 초기 밀도는 열수축전 단위 인치당 경/위사 개수에 해당하는 것이며, 고온방치후 밀도는 열수축후 단위 인치당 경/위사 개수에 해당하는 것이다.

(d) 인장 강도 및 신율

에어백 원단에서 시편을 재단하여 미국재료시험협회규격 ASTM D 5034에 따른 인장강도 측정장치의 하부 클램프에 고정시키고, 상부 클램프를 위로 이동시키면서 에어백 원단 시편이 파단될 때의 강도 및 신율을 측정하였다.

(e) 인열 강도

미국재료시험협회규격 ASTM D 2261-Toungue법에 따라 에어백용 원단의 인열강도를 측정하였다. 먼저, 에어백 원단에서 시편을 재단한 후, 위사 또는 경사방향으로 7 cm를 절개하고, 인열강도 측정장치의 클램프에 상기 절개부의 좌우 원단을 물려 장착하였다. 상기 원단이 장착된 상태에서 각각의 클램프를 위, 아래로 교차 이동시키면서 원단을 파열시켜 강도를 측정하였다.

(f) 강연도

미국재료시험협회규격 ASTM D 4032에 따른 강연도 측정장치를 이용하여 써큘라벤드법(Circular Bend)법으로 원단의 강연도를 측정하였다.

(g) 후도

미국재료시험협회규격 ASTM D 1777 에 따라 에어백용 원단의 후도를 측정하였다. 이때, 후도라 함은 원단의 두께를 나타내는 것으로, 후도측정기를 이용하여 원단의 두께를 측정하였다.

(h) 작업성

상기 에어백용 원단의 제조 공정에서, 핀 빠짐 등에 의한 원단의 오염이나 텐터링 핀 파손 등이 발생하는 경우에 작업성 불량으로 평가하고, 이러한 파손이나 원단의 오염이 없는 경우에 작업성 양호로 평가하였다.

구 분		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	실시예8
원단 자체 수축율(%)	경사	0.2	0.5	0.5	0.3	0.4	0.6	0.4	0.5
원단 자체 수축율(%)	위사	0.3	0.5	0.3	0.2	0.3	0.4	0.3	0.4
인장강도 (kgf/inch)	경사	235	252	249	261	253	278	262	289
인장강도 (kgf/inch)	위사	220	248	247	274	251	278	254	287
신율 (%)	경사	41	40	41	44	43	46	42	47
신율 (%)	위사	28	31	31	35	29	33	30	35
인열강도 (kgf)	경사	20	18	21	19	21	20	21	19
인열강도 (kgf)	위사	20	18	21	20	22	21	21	19
밀도변형율 (%)	경사	0.4	0.3	0.2	0.3	0.2	0.3	0.4	0.3
밀도변형율 (%)	위사	0.3	0.2	0.2	0.4	0.2	0.2	0.2	0.2
강연도(kgf)		0.40	0.85	0.60	0.72	0.40	0.82	0.40	0.72
후도(mm)		0.29	0.32	0.30	0.32	0.28	0.32	0.28	0.33
정적 공기투과도 (cfm)	△P = 125pa	1.1	0.7	1.2	0.8	1.1	0.8	1.2	0.7
정적 공기투과도 (cfm)	△P = 500 pa	10.2	6.9	10.0	6.4	10.4	7.1	8.1	5.7
동적 공기투과도 (mm/s)		471	405	487	395	540	405	546	411
작업성		양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호

비교예 1~3

하기 표 3에 기재된 조건을 제외하고는 실시예 1~8과 동일한 방법에 따라 비교예 1~3의 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조하였다.

구 분	비교예 1	비교예 2	비교예 3
PET 원사 규격	460/144	460/144	460/144
PET원사 최대 열수축 응력값	0.69	0.69	0.69
제직밀도(경사X위사)	49x49	49x49	49X49
열처리 가황온도(℃)	140	185	185
과공급율(%)	3.5	3.5	6.0
투입속도(m/min)	15	35	15

상기 비교예 1~3에 따라 제조된 폴리에스테르 원단에 대하여 상기 실시예 1~8과 동일한 방법으로 물성을 평가하고, 그의 측정 결과를 하기 표 4에 정리하였다.

구 분		비교예1	비교예2	비교예3
원단 자체 수축율 (%)	경사	2.2	1.9	1.1
원단 자체 수축율 (%)	위사	2.3	1.8	1.2
인장강도 (kgf/inch)	경사	204	232	253
인장강도 (kgf/inch)	위사	202	228	243
신율 (%)	경사	49	43	42
신율 (%)	위사	32	33	32
인열강도 (kgf)	경사	16	18	21
인열강도 (kgf)	위사	18	18	21
밀도변형율 (%)	경사	2.3	2.1	1.4
밀도변형율 (%)	위사	2.3	2.2	1.5
강연도(kgf)		0.40	0.42	1.9
후도(mm)		0.27	0.29	0.36
정적 공기투과도 (cfm)	△P = 125 pa	2.2	1.5	1.2
정적 공기투과도 (cfm)	△P = 500 pa	13.2	11.2	10.1
동적 공기투과도(mm/s)		654	485	482
작업성		핀빠짐	양호	핀빠짐

상기 표 2에서 보는 것과 같이, 본 발명에 따라 낮은 열응력을 갖는 다양한 섬도의 고강력 폴리에스테르 섬유로 제조하여 원단 자체 수축율이 0.2% 내지 0.6%인 실시예 1~8의 에어백용 폴리에스테르 원단은 밀도 변형율 또한 0.2% 내지 0.4% 정도로 최소화되어 매우 우수한 형태 안정성을 갖는 것을 알 수 있다. 이와 동시에, 상기 실시예 1~8의 에어백용 폴리에스테르 원단은 공기투과도에 대한 정적 테스트에서 △P가 125 Pa일 때 0.7 cfm 내지 1.2 cfm 수준이며, △P가 500 Pa일 때 5.7 cfm 내지 10.4 cfm 수준으로서, 우수한 형태안정성은 물론 내압 유지 성능 및 기계적 물성, 폴딩성, 수납성 등에서도 우수한 성능을 갖는 것임을 확인할 수 있다.

반면에, 상기 표 4에서 보는 것과 같이, 최대 열응력값이 0.5 g/d를 초과하는 원사를 사용하여 충분한 열처리 조건이 행해지지 않은 비교예 1~3의 경우, 원단 자체 수축율이 1.1% 내지 2.3% 수준으로 매우 불안정하여 형태안정성이 현저히 떨어짐을 알 수 있다. 이는, 원사자체가 보유하고 있는 높은 열응력에 기인하며 또한 충분한 열처리가 이루어지지 않아 잔존 열응력이 해소되지 않으므로 고온의 환경에서 쉽게 형태 변형이 발생함을 확인할 수 있다. 특히, 비교예 2에서는 비록 185 ℃의 충분한 온도에서 열처리를 실시하였다 하더라도 30 m/min 이상의 투입속도에서는 충분한 열고정이 이루어지지 않아 원사 자체가 보유한 높은 열응력이 완전히 해소되지 않으므로 이후 고온의 환경에서 원단이 형태 변형이 쉽게 발생됨을 알 수 있다. 비교예 3에서는 안정적인 열처리를 행하였음에도 불구하고 여전히 원사 자체가 보유한 내부 잔존 열응력으로 인하여 다소 불안정한 형태 안정성을 나타냄을 확인할 수 있으며, 또한 과공급율이 5.0%를 초과하는 경우에는 텐터링 장치 내부에서 고온 열풍에 의한 핀빠짐 현상이 쉽게 발생하여 작업성이 현저히 떨어지게 되는 단점이 있다.

또한, 비교예 1~3의 에어백용 원단은 상기 표 3에서와 같이 원단을 구성하는 폴리에스테르 원사 자체의 최대 열수축 응력값이 각각 0.69 g/d으로 매우 높아서, 고온의 챔버 내에서 원단 수축율을 측정하였을 때, 열에 의한 원사 내부에 잔존하는 불안정한 비결정 영역의 배향 사슬이 수축되면서 형태안정성이 저하되는 특성을 나타내었다. 또한, 텐터링 공정에서 150 ℃ 미만의 온도 조건이나 30 m/min을 초과하는 투입속도에서는 원단에 충분하지 못한 열처리로 인하여 원단 열고정이 불안정하며, 이후 고온의 환경하에서 원단의 잔류 열응력에 의하여 형태안정성이 현저히 떨어짐을 알 수 있다.

이와 같이, 상기 비교예 1~3과 같이 높은 열응력을 보유한 PET 원사를 이용하여 충분한 열고정을 시켜주지 못하였을 경우에는, 실시예 1~8에 비해 수축율 및 밀도변형률이 높아 그 형태 안정성이 매우 불안함은 물론 제조 공정에서의 핀빠짐, 원단오염발생, 제조설비 마모 등 작업성이 현저히 낮게 나타나게 되므로, 실제 에어백용 원단으로 적용하기에는 문제점이 많은 것으로 확인되었다.

Claims

하기 계산식 1로 정의되는 원단 자체 수축율(S_f, %)이 150±5 ℃의 온도에서 1.0% 이하인 에어백용 폴리에스테르 원단:
[계산식 1]
S_f(%) = {(L_i - L_a)/L_i}×100
상기 식에서 L_i은 열수축 전의 시료의 길이이고, L_a은 열수축 후의 시료의 길이임.
제1항에 있어서,
미국재료시험협회규격 ASTM D 1776에 따른 하기 계산식 2의 밀도 변형률이 2.0% 이하인 에어백용 폴리에스테르 원단.
[계산식 2]
밀도 변형율(%) = {(초기 밀도-고온방치 후 밀도)/초기 밀도}×100
제1항에 있어서,
미국재료시험협회규격 ASTM D 737 방법에 따른 정적 공기투과도는 △P가 125 pa일 때 2.0 cfm 이하이며, △P가 500 pa일 때 12 cfm 이하인 에어백용 폴리에스테르 원단.
제1항에 있어서,
미국재료시험협회규격 ASTM D 6476 방법에 따른 동적 공기투과도는 1,000 mm/s 이하인 에어백용 폴리에스테르 원단.
제1항에 있어서,
상기 원단은 단사섬도 1.3 DPF 내지 4.0 DPF이고, 적용되는 원사 필라멘트가 110 가닥 이상으로 형성된 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단.
제1항에 있어서,
상기 원단은 인장강도 8.0 g/de 이상, 절신 15% 내지 27%, 및 건열수축율 1.0% 내지 5.0%인 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단.
제1항에 있어서,
상기 원단은 초기 모듈러스가 45 내지 100 g/de인 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단.
제1항에 있어서,
상기 원단은 최대 열수축 응력값이 0.5 g/d 이하인 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단.
제1항에 있어서,
상기 원단은 고유점도가 1.05 내지 1.40 dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩으로부터 제조된 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단.
제1항에 있어서,
상기 원단은 분말(powder)형 실리콘, 액상(liquid)형 실리콘, 폴리우레탄, 클로로프로렌, 네오프렌 고무, 및 에멀젼형 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무성분으로 코팅되어 있는 에어백용 폴리에스테르 원단.
제10항에 있어서,
상기 고무성분의 단위면적당 코팅량이 20 내지 200 g/m²인 에어백용 폴리에스테르 원단.
최대 열수축 응력값이 0.5 g/d 이하인 폴리에스테르 원사를 이용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계;
상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계; 및
상기 정련된 직물을 150 내지 210 ℃의 열처리 온도에서 텐터링하는 단계
를 포함하는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 에어백용 원단의 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 텐터링 공정에서 직물의 과공급율이 -1.0% 내지 5.0%인 에어백용 원단의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 텐터링 공정에서 직물의 투입 속도가 10 m/min 내지 30 m/min인 에어백용 원단의 제조방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 에어백용 원단을 포함하는 차량용 에어백.
제15항에 있어서,
상기 에어백은 프론탈용 에어백 또는 사이드 커튼형 에어백인 차량용 에어백.