KR101295697B1 - 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 이를 이용한 직물 - Google Patents

에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 이를 이용한 직물

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Abstract

본 발명은 고유점도가 0.8∼1.3인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트에 관한 것으로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 에어백 직물의 에너지 흡수 성능을 개선하고자 폴리에틸렌테레프탈레이트의 섬유의 힘-변형곡선을 조절하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트가 상온에서 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4%미만 신장하고, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12%미만 신장하며, 최소 7.0g/d의 인장강도로부터 섬유가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 절단 신도가 15% 이상, 원사의 F/F 정마찰계수를 F/M 정마찰 계수로 나눈값이 1.5이상, 말단 카르복실기(CEG) 함량이 35mmol/kg 이하, 단사 섬도가 5데니어 이하인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하면 에어백 쿠션 전개시험에서 변부 터짐 현상이 개선된 에어백용 직물을 제조할 수 있다.
에어백, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 코팅 직물

Description

에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 이를 이용한 직물{Polyethyleneterephthalate Fiber for Air Bag and Fabric Using the Same}
본 발명은 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 이를 이용한 에어백용 직물에 관한 것으로서, 상세하게는 고유점도가 0.8∼1.3인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트의 힘-변형 곡선을 조절하여 에어백용 직물에 적용함으로써 에어백 쿠션 전개 시험에서 터지지 않도록 변부 봉재부분이 터짐 현상을 개선된 에어백용 직물을 제공한다.
에어백 직물은 충돌 시에 원활하게 전개하기 위한 저통기성, 에어백 자체의 손상·파열을 막기 위한 높은 에너지 흡수능력 및 수납성 향상을 위한 직물 자체의 접힘성 등 여러 가지 특성이 요구된다. 이러한 에어백 직물의 요구 특성에 적합한 섬유로는 나일론66 소재가 주로 사용되어 왔으나, 근래에는 비용절감 등 경제성을 이유로 나일론66 이외의 섬유 소재에 대한 관심이 높아지고 있다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 에어백에 사용하기 위해서는 에어백 쿠션 모듈 전개시험에서 터지는 문제를 해결해야 하는데, 폴리에틸렌테레프탈레이트 에어백의 에너지 흡수 성능을 개선하기 위한 노력과 에어백 가장자리 봉재 부분이 에 어백 팽창시 터지지 않도록 하기 위한 노력이 이루어지고 있다.
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용한 에어백용 직물이 에어백 쿠션 전개 시험에서 터지지 않도록 변부 봉재부분이 터짐 현상을 개선하는 것을 목적으로 하는데, 이를 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트의 힘-변형곡선을 조절하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트가 상온에서 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4%미만 신장하고, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12%미만 신장하며, 최소 7.0g/d의 인장강도로부터 섬유가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 절단 신도가 15% 이상, 원사의 F/F 정마찰계수를 F/M 정마찰 계수로 나눈 값이 1.5이상, 말단 카르복실기(CEG) 함량이 35mmol/kg 이하, 단사 섬도가 5데니어 이하인 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 제공하고, 이를 이용한 에어백용 직물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 고유점도가 0.8∼1.3인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트에 있어서, 상온에서 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4%미만 신장하고, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12%미만 신장하며, 최소 7.0g/d의 인장강도로부터 섬유가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 절단 신도가 15% 이상, 원사의 F/F 정마찰계수를 F/M 정마찰 계수로 나눈 값이 1.5이상, 단사 섬도가 5데니어 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트는 총섬도가 150 내지 1000 데니어인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트는 말단 카르복실기(CEG) 함량이 35mmol/kg 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 사용하여 제직된 에어백용 직물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 에어백용 직물에 실리콘계, 폴리우레탄계, 아크릴계, 네오프렌 및 클로로프렌계로 이루어진 군에서 선택된 1종의 코팅제를 사용하여 15~60g/m2 중량으로 코팅하여 제조되고, (1) 인장 강도 190 내지 300kgf, (2) 인열 강도 25 내지 40kgf, (3) 공기투과도 0.5 CFM(Cubic Feet per Minute) 이하인 에어백용 코팅 직물을 제공한다.
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트의 섬유의 힘-변형곡선을 조절하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트가 상온에서 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4%미만 신장하고, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12%미만 신장하며, 최소 7.0g/d의 인장강도로부터 섬유가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 절단 신도가 15% 이상, 원사의 F/F 정마찰계수를 F/M 정마찰 계수로 나눈 값이 1.5이상, 말단 카르복실기(CEG) 함량이 35mmol/kg 이하, 단사 섬도가 5데니어 이하인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트를 사용함으로써 에어백쿠션 전개시험에서 변부 봉재부분이 터짐 현상이 개선된 에어백용 직물을 제조할 수 있다.
본 발명은 고유점도가 0.8∼1.3인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트의 힘-변형 곡선을 조절하여 에어백용 직물에 적용함으로써 에어백 쿠션 전개 시험에서 터지지 않도록 변부 봉재부분이 터짐 현상을 개선된 에어백용 직물을 제공한다.
본 발명은 에어백 내부의 화약 폭발로 발생하는 배출가스의 순간적인 충격에너지를 에어백 직물이 안전하게 흡수하기 위해서 고유점도(IV)가 0.8∼1.3인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 얻은 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 사용한다. 수지의 고유 점도가 0.8 dl/g 미만인 폴리에스테르 원사는 충분한 인성을 갖는 원사를 제공하지 않아 적당하지 않다.
본 발명의 에어백용 멀티 필라멘트를 생성하기 위한 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트외에도 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, 폴 리부틸렌 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 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 말단 카르복실기(CEG) 함량은 35mmol/kg 이하인 것이 바람직하다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사의 말단 카르복실기(CEG) 함량이 35mmol/kg를 초과하면 원사의 내가수분해 성능이 저하되어 고온다습한 환경조건에서는 에어백 직물의 성능유지가 어렵게 된다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트로 적합한 섬유는 힘-변형곡선이 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4%미만 신장하는 것이 바람직한데, 만약 사가 1.0g/d의 초기 응력에 4%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 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용한 직물이 에어백 용도로써 적합한 인장강력 및 인열강도를 가지려면 최소 7.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 것이 바람직한데, 이는 최소 7.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 3%미만 신장하면 사의 최대 인장하중 흡수력이 부족하여 낮은 중량의 직물로 제직할 경우 인장강도 및 인열강도가 부족한 문제가 있 다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트의 절단 신도는 15% 이상이 적합한데 절단 신도가 15% 미만으로 작으면 에어백 쿠션이 급팽창 할 때의 에너지 흡수능력이 떨어져서 쿠션이 터지게 되어 적합하지 않게 된다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트의 총 섬도는 150∼1000데니어인 것이 적합하고, 더욱 바람직하게는 200∼700데니어이다. 총 섬도가 150데니어 미만의 원사를 사용할 경우 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 직물이 두꺼워져서 수납성이 나빠지게 된다.
에어백용 직물을 구성하는 멀티 필라멘트의 단사 섬도에 관해서는 5데니어 이하인 것이 바람직하고, 보다 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.
본 발명에서 F/F 마찰계수 상대비 값은 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사의 섬 유간 정마찰계수 F/F μs를 섬유와 금속간 정마찰계수 F/M μs로 나눈 값을 의미한다. F/F 마찰계수 상대비 값은 1.5이상인 것이 바람직하여, 더욱 바람직하게는 2.0이상인 특징을 나타내는 원사가 에어백용 직물로 적합하다. F/F 마찰계수 상대비 값이 1.5 미만이면 섬유간 마찰계수가 충분히 못하여 에어백 쿠션 전개시험에서 변부의 봉재 부분 터지는 현상이 증가하여 바람직하지 않다.
F/F 마찰계수 상대비 값을 1.5 이상으로 충분히 높이면서 양호한 방사작업성을 확보하기 위해서는 적절한 방사유제의 선정이 중요하다. 방사유제의 타입은 에멀젼 타입과 솔벤트 타입 중 어느 것도 사용할 수 있지만, F/M 마찰계수에 비해서 F/F 마찰계수가 상대적으로 높은 특성을 지닌 유제를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 에멀젼 타입의 방사유제 중에서 선정한 방사유제를 OPU 0.6% 부착량으로 방사하여 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 제조하였다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 에어제트 또는 워터제트룸 직기를 이용할 수 있지만, 직물의 잔류 유분이 0.1중량% 이하인 것이 바람직하기 때문에, 섬유에 부착되어 있는 유제의 탈락성을 고려하면 워터제트룸으로 제직하는 것이 바람직하다. 또한 제직 후, 정련처리 및 160∼190℃의 열세트처리를 하는 것이 바람직하다．
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유로 직물을 제직시에는, 대칭구조를 갖는 평직을 제직하는 것이 바람직하지만, 선택적으로 매력적인 직물을 얻기 위해서 보다 가는 선밀도를 갖는 사를 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.
본 발명에서 실시예 및 비교예의 물성 평가는 아래와 같이 측정 또는 평가하였다.
1) 고유점도(I.V.)
페놀과 1,1,2,2-테트라클로로에탄올 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) 원사의 말단 카르복실기(CEG) 함량 측정
GRI(Geosynthetic Research Institute)의 Test Method "GG7" 방법으로 말단 카르복실기 함량을 분석하여 mmol/kg 단위로 표시한다.
3) 원사의 강신도 측정방법
원사를 표준상태인 조건, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%인 상태인 항온 항습실에서 24시간 방치 후 ASTM 2256 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정한다.
4) 원사의 마찰견뢰도
TORAY社에서 제작한 마찰시험기(모델 YF-850)를 사용하여 섬유간 정마찰계수 F/F μs는 원사끼리 3cm/min 속도로 마찰시키며 측정하였고, 섬유와 금속간 정마찰계수 F/M μs는 Ni코팅된 금속에 원사를 200m/min 속도로 마찰시키며 측정하였다. F/F마찰계수 상대비는 F/F μs값을 F/M μs로 나누어 계산하였다.
5) 직물의 인장강도
인스트론(Instron) 4465(인스트론사제, 미국)를 이용하여, ASTM D 5034의 규정에 따라 표준 상태(20℃, 65상대습도)하에서 24시간 이상 방치한 후 직물의 폭 10cm, 길이 15cm로 직물의 인장강도를 측정하였다.
6) 직물의 인열강도
인스트론(Instron) 4465(인스트론사제, 미국)를 이용하여, ASDM D 2261법에 의한 텅법 의 규정에 따라 표준 상태(20℃, 65상대습도)하에서 24시간 이상 방치한 후, 직물의 인열강도를 측정하였다.
7) 직물의 공기투과도
Frazier 공기투과도 측정기를 이용하여, ASDM 737법의 규정에 따라 125 Pa압력하에서 직물의 공기투과도를 측정하였다.
8) 에어백쿠션의 전개 시험
에어백 원단으로 모듈을 제작하여 85℃에서 4시간 방치 후 3분이내 전개 테스트를 진행하여 터짐 여부를 관찰하여 PASS와 FAIL을 평가하였다
이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 아래 실시예에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
표 1에 기재된 특성의 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용하여 워터제트룸 직기로 인치 당 50×50개 직물이 되도록 평직하여 에어백용 생지를 제조하였다. 이때 사용된 방사유제는 Takemoto사의 에멀젼 타입 방사유제중 F/F 마찰계수가 상대적으로 높은 특성을 지닌 유제(제품명:TNX-021)를 선택하여 OPU 0.6% 부착량으로 방사하였다.
비교예 1
표 1에 기재된 특성의 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 생지를 제조하였다.
이때 사용된 방사유제는 Croda-우방사의 솔벤트 타입 방사유제중 F/F 마찰계수가 상대적으로 낮은 특성을 지닌 유제(제품명:TN-0071T)를 선택하여 OPU 0.6% 부착량으로 방사하였다.
실시예 2
실시예 1에서 제조된 생지를 95℃인 수성욕을 통과시켜 생지를 정련 및 열수축시킨 다음, 185℃에서 2 분 동안 열 고정한다. 그리고 실리콘계 코팅제를 사용하여 25g/m2 중량으로 코팅하여 에어백용 코팅직물을 제조하였다. 이와 같이 제조된 직물의 물성을 평가와 에어백 쿠션 전개시험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 2
비교예 1에서 제조된 생지를 실시예 2와 동일한 방법으로 처리하여 제조한 직물의 물성을 평가와 에어백 쿠션 전개시험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 1]
구분 규격 단사
섬도(den)		 강도(g/den) 신도
(%)		 F/F마찰계수
상대비		 1.0g/d에서 신도(%) 4.5g/d에서 신도(%) 7.0g/d에서 절단시까지의 신도(%) CEG 함량
(mmol/kg)
실시예1 500d/120f 4.2 9.0 22.6 3.16 0.9 9.7 5.1 25.4
비교예1 500d/120f 4.1 9.1 20.3 1.43 0.9 9.8 5.3 25.2
[표 2]
구분 인장강도
(경사×위사, kgf)		 인열강도
(경사×위사, kgf)		 공기투과도
(CFM)		 에어백 쿠션
전개 시험
실시예2 223×221 27.3×27.7 0.1이하 PASS
비교예2 219×215 27.0×28.6 0.1이하 FAIL

Claims (5)

  1. 고유점도가 0.8∼1.3인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트에 있어서, 상온에서 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4%미만 신장하고, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때는 12%미만 신장하며, 최소 7.0g/d의 인장강도로부터 섬유가 절단될 때까지 3%이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 절단 신도가 15% 이상, 원사의 F/F 정마찰계수를 F/M 정마찰 계수로 나눈 값이 1.5이상, 단사 섬도가 5데니어 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트는 총섬도가 150 내지 1000 데니어인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트는 말단 카르복실기(CEG) 함량이 35mmol/kg 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트.
  4. 제 1항의 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 사용하여 제직된 에어백용 직물.
  5. 제 4항의 에어백용 직물에 실리콘계, 폴리우레탄계, 아크릴계, 네오프렌 및 클로로프렌계로 이루어진 군에서 선택된 1종의 코팅제를 사용하여 15~60g/m2 중량으로 코팅하여 제조되고, 하기의 물성을 만족하는 에어백용 코팅 직물:
    (1) 인장 강도 190 내지 300kgf, (2) 인열 강도 25 내지 40kgf, (3) 공기투과도 0.5 CFM(Cubic Feet per Minute) 이하
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