KR101394654B1

KR101394654B1 - 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물

Info

Publication number: KR101394654B1
Application number: KR1020120130678A
Authority: KR
Inventors: 정일원; 김범석; 한태환
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-05-12
Also published as: WO2014077551A1

Abstract

본 발명은 고유점도가 0.8~1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 있어서, 코팅전 에어백용 생지 상태의 직물을 70℃, 상대습도 95%RH에서 3,000 시간 동안 고온 고습 에이징 처리후 측정한 인열강력이 25℃ 및 상대습도 65%RH에서 측정한 인열강력 대비 85% 이상 수준을 유지하는 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물을 제공한다. 또한, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 카르복실 말단기의 함량, 즉, CEG 함량이 20 eq/Ton 이하, 바람직하게는 15 eq/Ton 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물{Polyethyleneterephthalate Fabric for Air Bag}

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 관한 것으로서, 상세하게는 고온 고습 조건인 사용 환경 하에서도 인열강력 저하가 적게 발생하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 이를 이용한 직물을 제공한다.

일반적으로 에어백은 센서에 의해 충돌이 감지되면 작동기체장치가 폭발되어, 폭발가스로 인해 백이 순간적으로 부풀게 됨으로써, 운전자 및 승객을 보호하는 장치를 말한다. 근래, 에어백은 차량에 탑승한 승객의 안전을 확보하기 위한 장치로서 없어서는 안 되는 것이 되어, 차량에의 장착율이 점차　높아지고 있다．

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, 나일론 66은 내 충격성이 우수하지만 폴리에스테르 섬유에 비해 내습열성, 내광성의 측면에서 뒤떨어지고, 비용절감 등 경제성을 이유로 나일론66 이외의 섬유 소재에 대한 관심이 높아지고 있다.

한편, 일본특허공개공보 평04-214437호에는 이러한 결점이 경감되는 폴리에스테르 섬유의 사용이 제안되어있다. 그러나 이같이 기존의 방식으로 제조된 폴리에스테르 원사를 사용하여 에어백을 제조하는 경우에는 폴리에스테르 섬유 고유의 가수분해 특성 때문에 고온 고습의 가혹 조건 하에서 충분한 기계적 물성 및 전개 성능을 유지하는 데 한계가 있어 왔다.

따라서 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 에어백에 사용하기 위해서는 에어백 원단의 물성이 장기간 균일하게 유지되어야 하며, 특히 고온 고습한 환경에 장시간 노출되었을 때 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사로 만든 원단의 인열강력 저하문제는 개선이 필요하다.

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 관한 것으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유가 고온 고습 조건인 사용 환경 하에서는 카르복실 말단기와 물이 반응하여 분자쇄 절단에 의한 강력저하 경향이 있기 때문에, 이를 개선하고자 말단봉쇄제를 사용하여 카르복실 말단기의 함량, 즉 CEG(Carboxyl End Group) 함량이 20 eq/Ton 이하, 바람직하게는 15 eq/Ton 이하로 만든 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 이를 이용한 직물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 고유점도가 0.8~1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 있어서, 코팅전 에어백용 생지 상태의 직물을 70℃, 상대습도 95%RH에서 3,000 시간 동안 고온 고습 에이징 처리후 측정한 인열강력이 25℃ 및 상대습도 65%RH에서 측정한 인열강력 대비 85% 이상 수준을 유지하는 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물을 제공한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 카르복실 말단기의 함량, 즉, CEG(Carboxyl End Group) 함량이 20 eq/Ton 이하, 바람직하게는 15 eq/Ton 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 상온에서의 강도가 7.0g/d 내지 11.0g/d 이고, 신도가 15% 내지 30%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 단사섬도가 4.5데니어 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 카르복실 말단기의 함량, 즉, CEG(Carboxyl End Group) 함량이 20 eq/Ton 이하, 바람직하게는 15 eq/Ton 이하인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용함으로써, 코팅전 에어백용 생지 상태의 직물을 70℃, 상대습도 95%RH에서 3,000 시간 동안 고온 고습 에이징 처리후 측정한 인열강력이 25℃ 및 상대습도 65%RH에서 측정한 인열강력 대비 85% 이상 수준을 유지하는 에어백용 직물을 제조할 수 있다.

이같이 고온 다습의 조건 하에서 장시간 에이징 후에도 원사의 인열강력 유지율이 우수한 범위로 유지됨으로써, 에어백용 원단으로 적용시 우수한 성능을 발휘할 수 있다.

본 발명은 코팅전 에어백용 생지 상태의 직물을 70℃, 상대습도 95%RH에서 3,000 시간 동안 고온 고습 에이징 처리후 측정한 인열강력이 25℃ 및 상대습도 65%RH에서 측정한 인열강력 대비 85% 이상 수준을 유지하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물을 제공한다.

이를 위해서는, 고습의 조건 하에서 폴리에스테르 원사의 기본 분자쇄 절단을 줄이기 위해서는 물에 대한 친화성이 있어서 습기를 끌어당기는 역할을 하는 카르복실 말단기(CEG, Carboxyl End Group)를 최소화시켜야 한다.

폴리에틸렌테레프탈레이트 원사의 CEG 함량을 조절하는 방법으로 수지를 중합하는 과정에서 CEG 함량을 낮게 조절하는 방법이 있고 방사과정에서 카르복실 말단기 봉쇄제를 사용 할 수 있다. 말단 봉쇄제로는 비스옥사졸린계 화합물, 카르보디이미드계 화합물, 에폭시계 화합물, X-R-COOH로 표시되는 카르복실산 유도체에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 바람직하게 사용할 수 있다.

R은 C1-C10 알킬렌, C2-C10 알케닐렌, C2-C10 알키닐렌 또는 C6-C30 아릴렌이고; X는 수소, 할로겐, C1-C10 알킬, C6-C30 아릴, C1-C10 알콕시, C6-C30 아릴옥시 또는 C1-C10 지방족 탄화수소 라디칼이다.

상기 비스옥사졸린계 화합물은 2,2′-비스옥사졸린, N,N′-헥사메틸렌비스(2-카바모일-2-옥사졸린), 2,2′-메틸렌비스(2-옥사졸린), 2,2′-에틸렌비스(2-옥사졸린), 2,2′-프로필렌비스(2-옥사졸린), 1,3-페닐렌비스-(2-옥사졸린), 2,2′-P-페닐렌비스(4-메틸-2-옥사졸린), 2,2′-P-페닐렌-비스(4,4′-디메틸-2-옥사졸린), 2,2′-P-페닐렌비스(2-옥사졸린), 2,2′-비스(4-페닐-2-옥사졸린), 2,2′-비스(4-메틸-2-옥사졸린)에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 카르보디이미드계 화합물은 분자쇄내에 -HN＝C＝NH- 구조를 가지는 화합물로써 분자량이 300~400g/mol 수준인 모노머 타입과 분자량이 2,000~30,000g/mol 수준인 폴리머 타입 화합물에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 에폭시계 화합물은 페닐글리시딜에테르, 크레실글리시딜에테르, 알릴글리시딜에테르, n-부틸글리시딜에테르에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하며, 상기 카르복실산 유도체는 4-에틸벤조산, 헵타논산, 프로파논산, 부티논산, 펜타논산, 헥사논산, 옥타논산, 노나논산, 데카논산에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 말단 봉쇄제는 폴리에스테르 수지 총 중량 중 0.05 ~ 0.7 중량%로 첨가하는 것이 바람직하며, 상기 말단봉쇄제의 첨가량이 0.05 중량% 미만인 경우에는 폴리에스테르수지 내의 카르복실 말단기를 감소시키는 효과가 없으며, 0.7 중량%를 초과하는 경우에는 말단봉쇄제의 열분해로 수지의 색상이 변하고 비용 대비 효과 측면에서 바람직하지 않다.

본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물에 사용된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 카르복실 말단기의 함량, 즉, CEG 함량이 20 eq/Ton 이하, 바람직하게는 15 eq/Ton 이하인 것을 특징으로 한다. 상기 CEG 함량이 20 eq/Ton을 초과한 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용하게 되면 높은 습도 조건 하에서 직물의 인열강력 저하가 커지게 되어 바람직하지 않다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 에어백 내부의 화약 폭발로 발생하는 배출가스의 순간적인 충격에너지를 에어백 직물이 안전하게 흡수하기 위해서 고유점도(I.V.)가 0.8∼1.3인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 얻은 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 사용한다. 수지의 고유 점도가 0.8 dl/g 미만의 I.V.를 갖는 폴리에스테르 원사는 충분한 인성을 갖는 원사를 제공하지 않아 적당하지 않다.

본 발명의 에어백용 멀티 필라멘트를 생성하기 위한 수지로는 폴리에틸렌테레프탈레이트외에도 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 폴리에틸렌테레프탈레이트/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 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 있다.

본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 상온에서의 강도가 7.0g/d 내지 11.0g/d 이고, 신도가 15% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 제공한다. 섬유의 강도가 7.0g/d 미만이거나 절단될 때까지의 신도가 15% 미만이면 에어백 쿠션이 급팽창 할 때의 에너지를 흡수 능력이 떨어져서 쿠션이 터지게 되어 적합하지 않게 된다. 또한, 섬유의 강도가 11.0g/d 초과하면 사의 품질 및 생산성이 떨어지고, 신도가 30% 초과하면 강도가 저하된다.

본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 단사 섬도가 4.5 데니어 이하인 것이 적합하고 보다 바람직하게는 3 데니어 이하인 것이 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 4.5데니어를 넘으면 직물의 접힘성 및 수납성의 저하, 또한 저통기성의 악화를 수반하여 에어백 직물로서 충분한 기능을 발휘하지 못하므로 바람직하지 않다.

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 평직 형태로 레피어 직기, 에어제트 또는 워터제트 직기를 제직하거나 자카드 직기로 봉제가 필요없는 제직(OPW, One Piece Woven) 형태로도 제직할 수 있다. 또한 제직 후, 정련처리 및 160∼190℃의 열세트 처리를 하는 것이 바람직하다．

제직된 직물은 에어백 직물에 적합한 저통기성을 확보하기 위하여 실리콘계, 폴리우레탄계, 아크릴계, 네오프렌 및 클로로프렌계로 이루어진 군에서 선택된 1종의 코팅제를 사용하여 15~60g/m² 중량으로 코팅하여 사용하거나 폴리아미드계 수지와 폴리에틸렌계 수지 이중층으로 이루어진 필름을 써멀라미네이트 방식으로 접착시켜 사용할 수 있다.

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 강신도 측정방법

원사를 표준상태인 조건, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%RH 인 상태인 항온 항습실에서 24시간 방치 후 ASTM 2256 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정한다.

3) 원사의 말단 카르복실기(CEG) 함량 측정

GRI(Geosynthetic Research Institute)의 Test Method “GG7" 방법으로 말단 카르복실기 함량을 분석하여 eq/Ton 단위로 표시한다.

4) 직물의 제직

필라멘트 원사를 경사 방향 및 위사 방향 둘 모두에서 인치당 50×50개의 원사 밀도로 평직으로 제직한다. 생지를 지그(jig)에서 95℃의 수성욕에서 정련 및 수축시키고, 190℃에서 2분 동안 열 고정하여 생지를 제조하였다.

5) 직물의 인열강도

인스트론(Instron) 4465(인스트론사제, 미국)를 이용하여, ASDM D 2261법에 의한 텅법의 측정방법에 따라 인열강도를 측정하였다. 직물 샘플은 표준 조건(25℃, 65%RH 상대습도, 24시간 보관)과 고온 고습 조건(70℃, 95%RH 상대습도, 3,000시간 보관)에서 처리 후 인열강도를 측정하였으며, 각 처리 샘플당 경사와 위사 방향으로 5회씩 측정한 값의 평균치를 취하였다.

이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 아래 실시예에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

하기 표 1에 기재된 특성을 갖도록 방사단계에서 고상중합한 고유점도(I.V.) 1.08인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩에 카르복실 말단기 봉쇄제가 함유된 마스터배치를 투입하여 방사하였다. 카르복실 말단기 봉쇄제로는 분자량 15,000g/mol 수준인 카르보디이미드계 화합물이 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 중량의 0.3wt% 함량이 되도록 투입하였다.

원사는 500데니어 182필라멘트 사종으로 방사하였고 이렇게 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용하여 레피어 직기로 경사방향 및 위사방향 둘 모두에서 직물밀도가 인치 당 50×50개 직물이 되도록 평직으로 제직하고 연속정련기에서 50℃에서 95℃까지 단계적으로 설정한 수성욕에서 정련 및 수축시키고, 190℃에서 2분 동안 열 고정한 직물을 준비하였다.

이와 같이 제조된 직물의 물성을 표준 조건 및 고온 고습 조건에서 각각 처리 후 인열강력을 측정하였다.

실시예 2

하기 표 1에 기재된 특성을 갖도록 방사단계에서 카르보디이미드계 화합물을 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 중량의 0.6wt% 함량이 되도록 투입하여 원사를 제조하였고, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 직물의 물성을 평가와 표준 조건 및 고온 고습 조건에서 각각 처리 후 인열강력을 측정하였다.

비교예 1

카르복실 말단기 봉쇄제를 사용하지 않고 하기 표 1에 기재된 특성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사로 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하여 제조한 직물의 물성을 평가와 표준 조건 및 고온 고습 조건에서 각각 처리 후 인열강력을 측정하였다.

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1
사종	500d/182f	500d/182f	500d/182f
고유점도(dl/g)	0.90	0.91	0.87
단사섬도(den)	2.7	2.7	2.7
강도(g/den)	8.4	8.3	8.5
신도(%)	20.1	20.4	20.2
CEG 함량 (eq/ton)	19.0	11.0	27.4
표준조건 인열강도 (kgf)	18.4	18.3	18.5
고온고습조건 인열강도 (kgf)	16.8	17.3	15.4
인열강도 감소율(%)	8.7	5.5	16.8

상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 2에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트는 고온 고습의 조건 하에서 장시간 에이징 후에도 인열강력 저하가 적게 발생함을 알 수 있다. 그러나 비교예 1 에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 경우, 에이징후 인열강력이 10% 이상 떨어지는 것을 알 수 있다.

Claims

고유점도가 0.8~1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 있어서,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4% 미만 신장하고, 4.5g/d의 중기 응력에 처해졌을 때 12% 미만 신장하며, 최소 7.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 3% 이상 신장하며,
코팅전 에어백용 생지 상태의 직물을 70℃, 상대습도 95% RH에서 3,000 시간 동안 고온 고습 에이징 처리후 측정한 인열강력이 25℃ 및 상대습도 65% RH에서 측정한 인열강력 대비 85% 이상 수준을 유지하는 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 카르복실 말단기의 함량이 20 eq/Ton 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 상온에서의 강도가 7.0g/d 내지 11.0g/d 이고, 신도가 15% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 단사섬도가 4.5데니어 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물.