KR101130265B1 - 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 이용한 에어백용 직물 - Google Patents

폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 이용한 에어백용 직물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 이용한 에어백용 직물에 관한 것으로서, 구체적으로는 기존의 나일론66 소재의 원사를 사용한 에어백 직물을 대체할 수 있도록 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 강도 및 신도를 조절하여 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조하고 이를 이용하여 열저항성 및 강성이 개선된 에어백용 직물에 관한 것이다. 본 발명은 에어백 쿠션 전개 시험에서 변부 봉재부분의 터짐 현상이 개선되고, 에어백 직물의 접힘성 및 수납성이 개선된 폴리에틸렌테레프탈레이트 에어백용 직물을 제공한다. 또한 본 발명은 고유점도가 0.8~1.3인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물로서, 상기 에어백용 직물은 450℃에서의 열저항성이 0.45 내지 0.65초 이고, 강성이 5.0 내지 15.0 N인 것을 특징으로 하는 에어백용 직물을 제공한다.

Description

폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 이용한 에어백용 직물{Airbag Fabrics Using Polyethyleneterephtalate Yarn}
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 이용한 에어백용 직물에 관한 것으로서, 구체적으로는 기존의 나일론66 소재의 원사를 사용한 에어백 직물을 대체할 수 있도록 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 강도 및 신도를 조절하여 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조하고 이를 이용하여 제조된 에어백용 직물에 관한 것이다. 본 발명의 에어백용 직물은 에어백 쿠션 전개 시험에서 변부 봉재부분의 터짐 현상이 개선되고, 에어백 직물의 접힘성 및 수납성이 개선된다.
에어백은 충돌시에 원활하게 전개하기 위하여 저통기성이 요구되며, 에어백 자체의 손상 및 파열을 방지하기 위하여 높은 에너지 흡수 능력이 요구된다. 또한 수납성 향상을 위하여 직물 자체의 접힘성 등에 대한 특성이 요구된다. 에어백 직물에서 요구되는 이러한 특성에 적합한 섬유로서 나일론 66 소재가 주로 사용되어 왔다. 하지만, 최근에는 비용절감을 위하여 나일론 66 이외의 섬유 소재에 대한 관심이 높아지고 있다.
에어백으로 사용될 수 있는 섬유로써 폴리에틸렌테레프탈레이트를 들 수 있다. 폴리에틸렌테레프탈레이트가 에어백용 원사로 사용되는 경우 에어백 쿠션 모듈 실험에서 솔기가 찢어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 에어백의 에너지 흡수 능력이 낮아지지 않는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용하는 것이 중요하다. 또한 에어백용 직물로 제조시 직물의 접힘성 및 수납성이 저하되는 문제점을 해결할 수 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용할 필요가 있다.
본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 에너지 흡수능력이 우수하여 에어백 쿠션 전개실험에서 변부 봉재부분의 터짐현상이 개선되고, 에어백 직물의 수납성을 개선할 수 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 이용한 에어백 직물을 제조하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 고유점도가 0.8~1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 있어서, 상기 에어백용 직물은 아래의 식으로 계산되는 450℃에서의 열저항성이 0.45 내지 0.65초이고, 강성이 5.0 내지 15.0 N인 것을 특징으로 하는 에어백용 직물을 제공한다.
[식 1]
직물의 열저항성(초)=T1-T2
상기 식에서 T1은 직물 상부 10cm 높이에서 450℃로 가열된 강철막대가 직물을 통과하여 떨어지는 시간이고, T2는 동일한 강철막대가 동일높이에서 떨어지는 시간이다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 상온에서의 강도가 8.0 내지 11.0g/d이고, 신도가 15 내지 30%인 것을 특징으로 하는 에어백용 직물에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 단사섬도가 4.5데니어 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 직물을 제공한다.
본 발명에서 제조되는 폴리에틸렌테레프탈레트 에어백용 직물은 종래 에어백 직물의 단점인 뻣뻣함과 낮은 열저항성을 개선하였다. 그 결과 에어백용 직물을 이용한 에어백 모듈을 제조할 때, 수납성이 개선되고 에어백 전개시험에서 터지지 않는 에어백용 직물을 제공할 수 있다.
본 발명은 고유점도가 0.8～1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 강도 및 신도를 조절하여 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조하고 이를 이용하여 열저항성 및 강성이 개선된 에어백용 직물을 제조함으로써, 에어백 쿠션 전개 시험에서 변부 봉재부분의 터짐 현상이 개선되고, 에어백 직물의 접힘성 및 수납성이 개선된 폴리에틸렌테레프탈레이트 에어백용 직물을 제공한다.
본 발명에서는, 에어백 내부의 화약 폭발로 발생하는 배출가스의 순간적인 충격에너지를 에어백 직물이 안전하게 흡수하기 위해서 고유점도(IV)가 0.8～1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 얻은 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 사용하는 것이 바람직하다. 수지의 고유 점도가 0.8 dl/g 미만의 고유점도를 갖는 폴리에스테르 원사는 에어백으로 사용되기에 충분한 인성을 갖지 않기 때문에 적당하지 않다.
에어백용 합성섬유 멀티 필라멘트를 생성하기 위한 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌-1,2-비스(페녹시)에탄-4,4'-디카르복실레이트, 폴리(1,4-시클로헥실렌-디메틸렌 테레프탈레이트) 및 상기 중합체의 1 종 이상의 반복 단위를 포함하는 공중합체, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트/이소프탈레이트 코폴리에스테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/나프탈레이트 코폴리에스테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/데칸디카르복실레이트 코폴리에스테르, 및 상기 중합체 및 공중합체 중 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 이들 중에서, 본 발명에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지가 기계적 성질 및 섬유 형성 측면에서 특히 바람직하다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 상온에서의 강도가 8.0 내지 11.0g/d 이고, 신도가 15% 내지 30%인 것이 바람직하다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 강도가 8.0g/d 미만인 경우에는 제직된 에어백 직물의 인장강도와 인열강도가 낮아서 적합하지 않게 된다.
또한 섬유의 신도는 15% 미만이면 에어백 쿠션이 급팽창 할 때 에너지 흡수 능력이 떨어져서 쿠션이 터지게 되어 적합하지 않게 되고 섬유의 신도가 30%를 초과하게 원사를 제조하려면 원사 제조공정 특성상 충분한 강도 발현이 어려워 적용이 곤란하게 된다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 단사 섬도는 4.5 데니어 이하인 것이 바람직하고, 3 데니어 이하인 것이 보다 바람직하다. 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 4.5 데니어를 초과하는 경우에는 직물의 접힘성 및 수납성이 저하되고 저통기성이 악화되므로 에어백 직물로서 충분한 기능을 발휘하지 못한다.
정련축소 가공후 직물의 경위사 밀도가 각각 인치당 50개인 코팅하지 않은 상태의 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물의 강성(stiffness)은 Circular bend 측정법으로 평가시 5.0~15.0N 수준이 적합하고 보다 바람직하게는 6.0~9.0N 수준이 적합하다. 강성(stiffness)이 15.0N을 초과하게 되면 직물이 뻣뻣하게 되어 에어백 모듈 제조시 수납성이 나빠지게 되고 에어백 쿠션 전개성능도 저하하게 된다.
정련축소 가공후 직물의 경위사 밀도가 각각 인치당 50개인 코팅하지 않은 상태의 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물에 대하여 450℃로 가열한 스틸막대를 사용한 측정한 열저항성(Hot rod test)은 0.45 내지 0.65초인 것이 바람직하다. 450℃에서 측정한 열저항성이 0.45초 미만이면 에어백용 직물의 내열성이 너무 낮아지게 되어 에어백 쿠션 전개시 고온의 가스에 견디지 못하고 변부의 봉제부분 등이 잘 터지게 된다. 450℃에서 측정한 열저항성이 0.65초를 초과하는 경우는 보다 높은 섬도의 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용해야 하기 때문에 직물의 강성이 높아져서 에어백 직물의 모듈 수납성이 나빠지는 단점이 발생하게 된다.
본 발명에서 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유로 직물을 제직할 때에는, 대칭구조를 갖는 평직으로 제직하는 것이 바람직하지만, 선택적으로 보다 양호한 물성을 가진 직물을 얻기 위해서 보다 가는 선밀도를 갖는 사를 이용하여 대칭구조의 2/2 파나마직으로 제직할 수도 있다.
제직된 직물은 에어백 직물에 적합한 저통기성을 확보하기 위하여 실리콘계, 폴리우레탄계, 아크릴계, 네오프렌계, 클로로프렌계 중에서 선택되어진 코팅제를 사용하여 15~60g/m2 중량으로 코팅하여 사용할 수 있다.
실시예 및 비교예의 물성 평가는 아래와 같이 측정 또는 평가하였다.
1) 고유점도(I.V.)
페놀과 1,1,2,2-테트라클로로 에탄올 6:4(무게비)로 혼합한 시약(90℃)에 시료 0.1g을 90분간 용해시킨 후 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨 담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 애스피레이터(Aspirator)를 이용하여 용액의 낙하초수를 구한다. 솔벤트의 낙하초수도 상기와 같은 방법으로 구한 아래의 수학식에 의해 R.V.값 및 I.V. 값을 계산하였다.
R.V. = 시료의 낙하초수/솔벤트 낙하초수
I.V. = 1/4 × [(R.V.- 1)/C] + 3/4 × (In R.V./C)
상기 식에서 C는 용액중의 시료의 농도(g/100㎖)를 나타낸다.
2) 직물의 강성(Stiffness) 측정
ASTM D4032 규격에 따라서 Circular bend 측정법으로 직물의 강성을 측정한다. 이때 경사, 위사 방향 각각에 대하여 측정하고 경, 위사 방향 평균치를 뉴우튼(N) 단위로 표시한다.
3) 직물의 열저항성 측정방법(Hot rod test)
무게가 50g이고 직경이 10mm인 원기둥 모양의 스틸(steel)소재 막대를 450℃로 가열하여 에어백 원단 상부 10cm 높이에서 수직으로 낙하시켰을 때 가열된 막대(rod)가 원단을 뚫고 밑으로 떨어지는 시간 T1을 측정하고 원단이 없는 상태에서 막대가 떨어지는 시간 T2를 측정하여, 아래의 계산식으로 열저항성을 측정한다. 이때 에어백 원단은 접지 않고 1겹에 대해서 측정한다.
[식 1]
직물의 열저항성(sec.) = T1-T2
4) 원사의 강신도 측정방법
원사를 표준상태인 조건, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%인 상태인 항온 항습실에서 24시간 방치한 후, ASTM 2256 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정한다.
5) 직물의 제직과 코팅
필라멘트 원사를 경사 방향 및 위사 방향 둘 모두에서 인치당 50×50개의 원사 밀도로 평직으로 제직한다. 생지를 연속정련기에서 50℃에서 95℃까지 단계적으로 설정한 수성욕에서 정련 및 수축시키고, 200 ℃에서 2 분 동안 열 고정한다. 그리고 실리콘계 코팅제를 사용하여 25g/m2 중량으로 코팅하였다.
9) 에어백 쿠션의 전개 시험
에어백 원단으로 모듈을 제작하여 85℃에서 4시간 방치 후 3분 이내 전개 테스트를 진행하여 터짐 여부를 관찰하여 PASS와 FAIL을 평가하였다
이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 아래 실시예와 비교예에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
아래 표 1에 기재된 특성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사로 레피어 직기로 경사방향 및 위사방향 둘 모두에서 직물밀도가 인치 당 50×50개 직물이 되도록 평직하여 에어백용 생지를 제조하였다.
실시예 2
아래 표 1에 기재된 특성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사로 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 생지를 제조하였다.
실시예 3
아래 표 1에 기재된 특성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사로 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 생지를 제조하였다.
비교예 1
아래 표 1에 기재된 특성을 갖는 나일론66 원사를 이용하여 레피어 직기로 경사방향 및 위사방향 둘 모두에서 직물밀도가 인치 당 50×50개 직물이 되도록 평직하여 에어백용 생지를 제조하였다.
비교예 2
아래 표 1에 기재된 특성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사로 비교예 1과 동일한 방법으로 에어백용 생지를 제조하였다.
실시예 4
실시예 1에서 제조된 생지를 연속정련기에서 50℃에서 95℃까지 단계적으로 설정한 수성욕에서 정련 및 수축시키고, 200 ℃에서 2 분 동안 열 고정하여 처리한 코팅하지 않은 상태에서 직물의 강성 및 450℃에서의 열저항성을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
또한 제조된 직물에 실리콘계 코팅제를 25g/m2 중량으로 코팅후 180 ℃에서 2분 열처리한 코팅 직물로 에어백 쿠션을 만들어 평가한 에어백 쿠션 전개시험 결과와 모듈수납성을 표 2에 나타내었다.
실시예 5
실시예 2에서 제조된 생지를 실시예 4와 동일한 방법으로 처리하였다. 제조된 직물의 물성과 에어백 쿠션 전개시험 결과와 모듈수납성은 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 6
실시예 3에서 제조된 생지를 실시예 4와 동일한 방법으로 처리하였다. 제조된 직물의 물성과 에어백 쿠션 전개시험 결과와 모듈수납성은 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 3
비교예 1에서 제조된 생지를 연속정련기에서 50℃에서 95℃까지 단계적으로 설정한 수성욕에서 정련 및 수축시키고, 200 ℃에서 2 분 동안 열 고정하여 처리한 코팅하지 않은 상태에서 직물의 강성 및 450℃에서의 열저항성을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다
또한 제조된 직물에 실리콘계 코팅제를 25g/m2 중량으로 코팅후 180 ℃에서 2분 열처리한 코팅 직물로 에어백 쿠션을 만들어 평가한 에어백 쿠션 전개시험 결과와 모듈수납성을 표 2에 나타내었다.
비교예 4
비교예 2에서 제조된 생지를 비교예 3과 동일한 방법으로 처리하였다. 제조된 직물의 물성과 에어백 쿠션 전개시험 결과와 모듈수납성은 하기 표 2에 나타내었다.
구분 소재 사종 고유점도
(dl/g)		 단사섬도
(den)		 강도(g/den) 신도
(%)
실시예1 폴리에틸렌테레프탈레이트 500d/182f 1.06 2.7 8.4 25.0
실시예2 폴리에틸렌테레프탈레이트 500d/182f 1.06 2.7 11.0 18.0
실시예3 폴리에틸렌테레프탈레이트 500d/120f 1.06 4.2 9.0 22.6
비교예1 나일론66 420d/68f - 6.2 9.7 22.0
비교예2 폴리에틸렌테레프탈레이트 500d/96f 1.06 5.2 7.5 12.0
구분 직물의 강성
(N) 		450℃ 열저항성
(sec.)		 에어백 쿠션
전개 시험		 에어백 직물
모듈 수납성
실시예4 7.4 0.56 PASS 우수
실시예5 7.6 0.62 PASS 우수
실시예6 13.7 0.50 PASS 보통
비교예3 6.9 0.46 PASS 우수
비교예4 17.5 0.42 FAIL 나쁨

Claims (3)

  1. 고유점도가 0.8~1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 있어서,
    상기 에어백용 직물은 아래의 식으로 계산되는 450℃에서의 열저항성이 0.45 내지 0.65초이고, 강성이 5.0 내지 15.0 N인 것을 특징으로 하는 에어백용 직물.
    [식 1]
    직물의 열저항성(초)=T1-T2
    (상기 식에서 T1은 직물 상부 10cm 높이에서 450℃로 가열된 강철막대가 직물을 통과하여 떨어지는 시간이고, T2는 동일한 강철막대가 동일높이에서 떨어지는 시간이다.)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 상온에서의 강도가 8.0g/d 내지 11.0g/d 이고, 신도가 15% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 에어백용 직물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 단사섬도가 4.5데니어 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 직물.
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