KR101297792B1 - 에어백용 원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어백용 원단에 관한 것으로서, 합성섬유 직물로 형성된 기재층(1)과; 상기 기재층(1)상에 적층되어 있고, 열용량(Heat capacity)이 620 J/g 이상이며 단사섬도가 1,000㎚ 이하인 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹층(2)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기재층인 직물상에 높은 열용량(Hc)을 갖는 나노섬유 웹이 적층되어 열적 특성이 우수하고, 기재층인 직물로 열용량(Hc)이 다소 낮은 소재들도 다양하게 적용이 가능하다.

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Description

에어백용 원단{Fabric used in manfacturing air bag}

도 1은 본 발명에 따른 에어백용 원단의 단면 개략도.

도 2는 실시예 1에서 제조한 폴리아미드 6 나노섬유 웹의 전자현미경 사진.

도 3은 전기방사 방식 일례의 공정 개략도.

본 발명은 에어백용 원단에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기재층인 합성섬유 직물상에 나노섬유 웹이 적층되어 있는 에어백용 원단에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 있어서, 나노섬유는 단사섬도가 1,000㎚ 이하인 섬유를 의미하는 용어로 사용되며, 나노섬유 웹이란 상기 나노섬유들이 차례로 적층되어 이루어진 웹(Web)을 의미하는 용어로 사용된다.

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 작을 수록 좋다. 그리 고 에어백은 장시간 동안 고온의 열과 자동차에 의한 진동을 반복적으로 받으므로 우수한 열적특성과 내마모성을 가져야 한다.

에어백은 운전자측 부분인 프론트 패널과 인플레이트측 부분인 백 패널 또는 사이드 패널로 구성된다. 백 패널 또는 사이드 패널에는 인플레이트 부착홀이 형성되어 있으며, 벤트홀도 선택적으로 형성된다. 인플레이트 부착홀은 고압가스를 에어백내에 주입시키기 위한 구멍이고, 벤트홀은 운전자 및 탑승자의 충격완화 및 질식예방을 위해 에어백내 고압가스를 배출하기 위한 구멍이다.

자동차 사고발생시 승객의 머리와 몸통부분을 보호하기 위한 에어백은 열적특성, 기밀성, 강도, 유연성 및 경량성 등의 특성이 요구된다. 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 열적특성, 구체적으로 열용량(Heat capacity - 이하 "Hc" 라고 한다)이 낮을 경우에는 장시간동안 고온의 열을 반복적으로 받거나 인플레이트에서 분사된 고온고압 가스와 접촉시 기계적 물성이 크게 저하된다. 또한 에어백용 원단의 기밀성이 낮은 경우 고온 고압의 가스는 원단의 표면으로 빠져나와 승객의 인체와 직접 접촉하게 되어 질식사 등의 유해한 결과를 초래하게 된다.

고무성분이 코팅되지 않은 에어백용 원단의 기밀성은 실제 에어백 전개시 원단에 미치는 압력과 유사한 125Pa의 압력차에서 ASTM D 737 방법으로 측정한 공기 투과도가 8.0ft³/분(이하 CFM 이라고 한다), 보다 바람직하기로는 3.5 CFM 이하가 되는 것이 바람직하다.

또한 에어백용 원단은 고온고압 가스에 의해 급속하게 팽창되므로 우수한 인장강도를 구비하여야 한다. 바람직하기로는 인장강도가 ASTM D 5034 방법으로 측정시 171kgf/인치 이상이 되어야 한다. 또한 에어백용 원단은 에어백 모듈내 수납성을 향상시키고, 자동차 경량화를 위해서 유연성 및 경량성을 구비하여야 한다.

바람직하기로는 두께가 0.4㎜ 이하이고 무게가 290g/㎡ 이하가 되어야 한다.

에어백용 원단에 요구되는 열적특성, 즉 열용량(Hc)은 620 J/g 이상 수준이다.

상기와 같은 열적특성을 충족하기 위해서 지금까지는 에어백용 원단을 제직시 열용량(Hc)이 620 J/g 이상인 합성섬유 원사, 예를들면 폴리아미드 66 원사들을 주로 사용해 왔다.

다시말해, 종래에는 에어백용 원단을 제조시 사용하는 원사의 종류가 특별하게 한정되어 다양한 소재의 원사를 적용할 수 없었다.

종래 에어백용 원단 제조시 주로 사용된 열용량(Hc)이 620 J/g 이상인 합성섬유 원사는 열용량(Hc)이 620 J/g 미만인 합성섬유 원사, 예를들면 폴리에스테르 원사 등 보다 가격이 비싸고 용융온도(Melting point)가 낮은 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 에어백용 원단 제조시 다양한 소재의 원사를 기재용 원단 제조에 적용함으로써, 열적특성이 우수함과 동시에 제조원가도 저렴한 에어백용 원단을 제조하기 위한 것이다.

본 발명은 기재층인 직물상에 높은 열용량(Hc)을 갖는 나노섬유 웹이 적층되어 열적 특성이 우수하고, 기재층인 직물로 열용량(Hc)이 다소 낮은 소재들도 다양하게 적용이 가능한 에어백용 원단을 제공하고자 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면 등을 통하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 에어백용 원단은 도 1에 도시된 바와 같이 합성섬유 직물로 형성된 기재층(1)과; 상기 기재층(1)상에 적층되어 있고, 열용량(Heat capacity)이 620 J/g 이상이며 단사섬도가 1,000㎚ 이하인 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹층(2)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 에어백용 원단의 단면 개략도이다.

상기 나노섬유 웹은 단사섬도가 1,000㎚ 이하이고, 열용량(Hc)이 620 J/g 이상인 나노섬유들로 이루어진다. 도 2는 실시예 1에서 제조한 폴리아미드 66 나노섬유 웹의 전자현미경 사진이다.

상기 나노섬유는 폴리아미드 66 섬유, 폴리아미드 46 섬유, 전방향족 폴리아미드 섬유 등으로서 도 3에 도시된 전기방사방식 등으로 제조될 수 있다.

도 3은 통상적인 전기방사 일례의 공정 개략도이다.

전기방사는 직경이 수십 내지 수백 ㎚인 나노섬유를 제조할 수 있는 비교적 간단한 방법으로 이미 1930년대에 독일에서 첫 선을 보였다. 그러나, 당시의 기술로는 이를 상품화하는 데에 한계가 있어 관심을 받지 못하다가 1970년대에 이르러서야 연구가 다시 시작되었다가 2000년대 이후에서야 본격적인 연구가 시작되었다.

전기방사는 고분자용액에 수천 내지 수만 볼트의 높은 전압을 가하여 고분자 용액으로부터 용매의 표면장력을 넘는 접선벡터의 힘이 가해져서 고분자용액으로부터 미세한 폴리머 제트가 형성되어 고분자용액에 가해진 전하와 반대의 전하를 띠는 물체를 향해 빠른 속도로 진행하게 된다. 분사된 고분자 제트는 이어 수많은 미세 섬유로 다시 분산되어 뿌려지게 되는데 이때의 미세 섬유의 직경은 수십내지 수백 나노미터의 굵기를 가진다.

전기방사를 이용하면 고분자용액으로부터 수십 내지 수백 나노미터의 굵기를 가지는 나노섬유로 이루어진 도 2와 같은 나노섬유 웹을 제조할 수 있으며, 이를 이용하여 고기능성 의류, 초정밀 필터, 세포배양용 소재(scaffold) 등의 고성능 제품을 얻을 수 있다.

상업적으로 나노섬유 웹을 제조하기 위해서 한국등록특허 제0412241호, 한국등록특허 제0422459호 및 한국공개특허 제2005-15610호 등에서는 고분자 용액을 다수의 노즐을 통해 전기방사하는 방법을 제안하고 있다.

구체적으로, 상기의 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 고분자 용액을 계량펌프(2)를 통해 고전압이 걸려있는 다수의 노즐(3)에 공급한 다음, 이를 노즐과 반대 전하를 띠는 고전압이 걸려있는 컬렉터(4)상에 위치하는 섬유기재상에 전기방사하 여 나노섬유 웹을 제조한다.

도 3은 전기방사방식 일례의 공정 개략도이다.

본 발명에서는 상기 나노섬유의 제조방법을 특별하게 한정하는 것은 아니다.

한편, 상기의 기재층인 합성섬유 직물은 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 6 섬유, 폴리아미드 66 섬유, 폴리아미드 46 섬유 등으로 구성될 수 있으며, 용융온도가 250℃ 이상인 폴리에스테르 섬유로 구성하여 용융온도(Melting Point)를 개선시킴과 동시에 제조원가도 절감할 수도 있다.

기재층인 합성섬유 직물은 앞에서 설명한 합성섬유 원사를 경사 및 위사로 사용하여 평직, 바스켓직 또는 능직 등으로 제직하여 제조된다.

상기와 같이 제조된 합성섬유 직물(기재층)상에 앞에서 설명한 나노섬유들을 전기방사방식으로 방사하여 나노섬유 웹을 적층시켜 본 발명에 따른 에어백용 원단을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 에어백용 원단은 열용량(Hc) 등의 열적특성이 우수함과 동시에 에어백용 원단에 요구되는 물성들을 만족한다. 구체적으로 125Pa 압력차에서 ASTM D 737 방법으로 측정한 공기투과도가 3.5 CFM 이하이고, ASTM D 5034 방법으로 측정한 인장강도 171kgf/인치 이상이고, 두께가 0.4㎜ 이하이고, 무게가 290g/㎡ 이하이다.

따라서 자동차에 내장되어 인플레이트에서 분사되는 고온의 장시간 열을 받거나 가스와 접촉하여도 물성을 그대로 유지한다.

한편, 상기 나노섬유의 열용량(Hc)는 아래와 같은 방법으로 측정한다.

·열용량( Hc )

DSC(Differential Scanning Calorimetery)를 이용하여 ASTM E 1269 방법으로 열용량(Hc)을 측정한다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

그러나, 본 발명의 권리범위가 아래 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

단사섬도 6데니어이고 원사 전체의 섬도가 420데니어인 폴리에스테르 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 50본/인치 × 50본/인치의 경위사 밀도로 평직으로 제직하여 기재층인 폴리에스테르 직물을 제조하였다.

다음으로는, 폴리아미드 66를 개미산에 8% 농도로 용해하여 25℃의 폴리아미드 66 용액(방사용액)을 제조하여 이를 도 3에 도시된 바와 같이 방사용액 탱크(1)에 공급한 다음, 상기 폴리아미드 66 용액(방사용액)을 계량펌프(2)를 통해 고전압이 걸려 있는 다수의 노즐(3)에 공급한 다음, 이를 노즐과 반대 전하를 띠는 고전압이 걸려있는 컬렉터(4)을 통과하는 상기 폴리에스테르 직물(기재층) 상에 전기방사하여 에어백용 원단을 제조하였다.

제조한 에어백용 원단의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

실시예 2

실시예 1에서 제조한 폴리에스테르 직물(기재층)위에 폴리아미드 46를 개미 산에 8% 농도로 용해하여 제조한 폴리아미드 46 용액(방사용액)을 실시예 1과 같은 공정으로 전기방사하여 에어백용 원단을 제조하였다.

제조한 에어백용 원단의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 1

실시예 1에서 제조한 폴리에스테르 직물(기재층)위에 폴리아미드 6를 개미산에 8% 농도로 용해하여 제조한 폴리아미드 6 용액(방사용액)을 실시예 1과 같은 공정으로 전기방사하여 에어백용 원단을 제조하였다.

제조한 에어백용 원단의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 2

실시예 1에서 제조한 폴리에스테르 직물(나노섬유 웹을 적층하지 않은 상태)을 에어백용 원단으로 사용하였다.

상기 에어백용 원단의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

구분	열용량(Hc) (J/g)	공기투과도 (CFM)	두께(㎜)	무게(g/㎡)	인장강도 (kgf/인치)
실시예 1	623	1.2	0.31	200	210
실시예 2	708	1.2	0.31	200	211
비교실시예 1	514	1.2	0.31	200	209
비교실시예 2	303	1.6	0.29	195	208

본 발명은 기재층인 직물상에 높은 열용량(Hc)을 갖는 나노섬유 웹이 적층되 어 열적 특성이 우수하고, 기재층인 직물로 열용량(Hc)이 다소 낮은 소재들도 다양하게 적용이 가능하다.

Claims (5)

1. 합성섬유 직물로 형성된 기재층(1)과; 상기 기재층(1)상에 적층되어 있고, 열용량(Heat capacity)이 620 J/g 이상이며 단사섬도가 1,000㎚ 이하인 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹층(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백용 원단.
2. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유 웹이 폴리아미드 66 섬유, 폴리아미드 46 섬유 및 전방향족 폴리아미드로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상의 섬유들로 구성됨을 특징으로 하는 에어백용 원단.
3. 제1항에 있어서, 기재층인 합성섬유 직물은 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 6 섬유, 폴리아미드 66 섬유 및 폴리아미드 46 섬유로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 이상의 섬유들로 구성됨을 특징으로 하는 에어백용 원단.
4. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유 웹은 전기방사 방식으로 제조된 것임을 특징으로 하는 에어백용 원단.
5. 제1항에 있어서, 기재층인 합성섬유 직물은 용융온도가 250℃ 이상인 합성섬유들로 구성됨을 특징으로 하는 에어백용 원단.

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