KR101394656B1 - 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 이를 이용한 직물 - Google Patents

에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 이를 이용한 직물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 관한 것으로, 제직시 목표로 하는 위사 밀도보다 5 내지 15% 적은 위사 밀도로 제직하여 제직속도(제직 r.p.m)를 높일 수 있고 고밀도 제직시 발생하는 결점을 감소시킬수 있도록 경사(warp)에 건열 수축률이 7 내지 30%인 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하고 위사(weft)에는 건열 수축률이 3 내지 6% 수준인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하여 제직한 에어백용 직물에 관한 것이다. 이렇게 제직된 직물을 정련 및 텐터를 통과하는 과정에서 직물의 길이 방향, 즉 경사 방향으로 수축을 시켜서 원하는 위사 밀도로 조정하게 된다.
본 발명을 통해 제직시 목표로 하는 위사 밀도보다 5 내지 15% 적은 위사 밀도로 제직이 가능하여 제직 생산성을 높일 수 있고 고밀도 제직시 발생하는 결점을 감소시킬 수 있다.

Description

에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 이를 이용한 직물{Polyethylene terephthalate Fiber for Air Bag and Fabric using the same}
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 관한 것으로서, 상세하게는 수축률이 높은 PET 섬유를 사용한 에어백용 고밀도 직물에 관한 것이다.
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 안되는 필수적인 것이 되어, 차량에의 장착율이 급증하고 있다.
에어백 직물은 충돌시에 원활하게 전개하기 위한 저통기성, 에어백 자체의 손상이나 파열을 막기 위한 높은 에너지 흡수능력 및 수납성 향상을 위한 직물 자체의 접힘성 등 여러가지 특성이 요구된다.
이러한 에어백 직물의 요구 특성에 적합한 섬유로 나일론 66 소재가 주로 사용되어 왔으나, 나일론 66은 내충격성은 우수하나, 폴리에스터 섬유에 비해 내습열성, 내광성의 측면이 뒤떨어지고, 비용절감 등의 경제성을 이유로 나일론 66 이외의 섬유소재에 대한 관심이 높아지고 있다.
에어백 직물은 공기 투과도가 낮아야 하므로 고밀도로 제직하게 된다.
기존 PET 에어백 직물의 제직에는 강도가 7 ~ 10g/d, 신도가 15 ~ 25%, 건열수축률이 3 ~ 6%의 물성을 갖는 PET 원사를 사용한다. 420 데니어 PET 원사를 사용한 에어백 직물의 가공 완료 후 직물 밀도는 경사와 위사 각각 인치당 56개 수준이 일반적인데, 정련 공정에서 다소의 수축이 발생하여 직물 밀도가 증가하게 되므로, 제직할 때의 경사와 위사 밀도는 각각 인치당 53개 수준으로 제직하게 된다.
고밀도 제직을 하려면 경사에 높은 장력이 가해진 상태로 제직하게 되므로, 저밀도로 제직할 때 보다 많은 제직 결점이 발생하는 문제점이 있다.
만일 경사에 수축률이 높은 원사를 사용한다면 위사 밀도를 기존 조건에서보다 더 적게 제직해도 정련이나 텐더를 통과하며 경사방향으로 직물이 수축하여 직물밀도가 증가하게 되므로, 제직시 발생하는 결점을 줄일 수 있고 제직 생산성도 높아지는 장점을 얻을 수 있다.
일본 공개특허공보 특개평09-193730호 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0035271호 대한민국 등록특허공보 제10-1025597호
에어백 원단은 통상 고밀도로 제직하게 되므로 제직속도를 올리는 데에도 한계가 있고, 경사와 위사 밀도를 높게 제직하는 과정에서 직물의 결점이 많이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 포함하는 에어백용 직물에 관한 것으로, 제직시 목표로 하는 위사 밀도보다 5 내지 15 % 적은 위사 밀도로 제직하여 제직속도(제직 r.p.m)를 높일 수 있고 고밀도 제직시 발생하는 결점을 감소시킬수 있도록 경사(warp)에 건열 수축률이 7 내지 30 %인 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하고 위사(weft)에는 건열 수축률이 3 내지 6 % 수준인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하여 제직한 에어백용 직물에 관한 것이다. 이렇게 제직된 직물을 정련 및 텐터를 통과하는 과정에서 직물의 길이 방향, 즉 경사 방향으로 수축을 시켜서 원하는 위사 밀도로 조정하게 된다.
본 발명은 고유점도가 0.8 내지 1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물에 있어서, 180℃에서 측정한 건열 수축률이 7 내지 30 %인 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 경사(warp)로 사용하고, 건열 수축률이 3 내지 6 %인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 위사(weft)로 사용하여 제직후 정련 및 텐터를 통과하는 과정에서 직물의 길이 방향, 즉 경사 방향으로 수축을 시켜서 원하는 위사 밀도로 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 적절한 실시예에 따르면, 경사에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 상온에서의 강도가 7.0 내지 10.0g/d 이고, 신도가 10 내지 20%인 것이 특징이다.
본 발명의 다른 적절한 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 단사섬도가 4.5데니어 이하인 것이 특징이다.
본 발명의 또다른 적절한 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물은 경사와 위사 밀도가 인치당 56개로 제직한 생지를 200 ℃에서 30분간 처리후 직물의 경사방향 수축률이 8 내지 15% 인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 제직시 목표로 하는 위사 밀도보다 5 내지 15 % 적은 위사 밀도로 제직이 가능하여 제직 생산성을 높일 수 있고 고밀도 제직시 발생하는 결점을 감소시킬수 있다.
본 발명은 경사(warp)에 건열 수축률이 7 내지 30 %인 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하고 위사(weft)에는 건열 수축률이 3 내지 5 % 수준인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하여 제직한 에어백용 직물에 관한 것이다. 경사에 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하는 이유는 기존과 동일한 위사 밀도와 제직속도로 제직하더라도 직물을 정련 및 텐터를 통과하는 과정에서 직물의 길이 방향, 즉 경사 방향으로 5 내지 15 % 수축을 시켜서 위사 밀도를 더 높일수 있기 때문에 결과적으로 제직속도(제직 r.p.m)를 높이는 효과를 가져와서 제직 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 이러한 방식으로 정련 및 텐터 통과하는 과정에서 직물의 길이 방향으로 수축시켜 고밀도 직물을 제조하게되면 제직단계에서부터 고밀도로 제직할 때 발생하는 결점을 줄일수 있는 장점도 가지게 된다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물의 경사에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 건열 수축률은 7 내지 30 % 수준이 적당하다. 건열 수축률이 7% 미만이면 정련 및 텐터링 과정에서 직물의 수축이 적어서 직물 밀도 증가효과가 감소되고, 건열 수축률이 30%를 초과하면 과도한 수축이 발생하여 직물의 경사와 위사 밀도 밸런스를 맞추기 어렵게 된다.
위사에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 건열 수축률은 일반적인 3 내지 6 % 수준이면 적당하다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물에 사용된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 카르복실 말단기(CEG(Carboxyl End Group))의 함량이 30 eq/Ton 이하, 바람직하게는 20 eq/Ton 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 CEG 함량이 30 eq/Ton을 초과한 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용하게 되면 높은 습도 조건 하에서 직물의 인장강력 및 인열강력 저하가 커지게 되어 바람직하지 않다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 에어백 내부의 화약 폭발로 발생하는 배출가스의 순간적인 충격에너지를 에어백 직물이 안전하게 흡수하기 위해서 고유점도(I.V.)가 0.8 내지 1.3 dl/g인 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 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, 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 적절한 실시 형태에 따르면, 직물의 경사에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 상온에서의 강도가 7.0 내지 10.0g/d 이고, 신도가 10 내지 20%인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 제공한다. 섬유의 강도가 7.0g/d 미만이거나 절단될 때까지의 신도가 10% 미만이면 에어백 쿠션이 급팽창 할 때의 에너지를 흡수 능력이 떨어져서 쿠션이 터지게 되어 적합하지 않게 된다. 또한, 섬유의 강도가 10.0g/d를 초과하면 사의 품질 및 생산성이 떨어지고, 신도가 20%를 초과하면 원하는 고수축 특성을 발현하기 어렵다.
본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 단사 섬도가 4.5 데니어 이하인 것이 적합하다. 통상, 단사 섬도가 작은 섬유를 이용할수록, 얻어지는 직물은 유연하여 접힘성이 우수하고 수납성이 양호해진다. 또한, 단사 섬도가 작아짐과 동시에 커버링성이 향상하고, 그 결과 직물의 통기성을 억제할 수가 있다. 단사 섬도가 4.5 데니어를 넘으면 직물의 접힘성 및 수납성의 저하, 또한 저통기성의 악화를 수반하여 에어백 직물로서 충분한 기능을 발휘하지 못하므로 바람직하지 않다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면 직물의 경사에 건열 수축율이 7% 이상인 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하고 위사에는 건열 수축율이 5% 수준인 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하여 경사와 위사 밀도를 동일하게 인치당 56개로 제직한 생지를 200 ℃ 오븐에서 30분간 처리 한 후 경사 방향의 직물 수축률이 8% 이상인 것이 바람직하다. 200 ℃ 오븐에서 30분간 처리 후의 경사방향의 직물 수축률이 8% 미만인 경우에는 정련이나 텐더 통과시 직물의 수축이 적어서 원하는 수준의 직물 밀도 증가효과를 얻을 수 없게 된다.
본 발명의 실시예에서는 솔벤트 타입의 방사유제 중에서 선정한 방사유제를 오일픽업율(OPU) 0.6% 부착량으로 방사하여 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 제조하였다.
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 건열 수축률
원사를 오븐에서 180℃에서 15분 동안 로드 프리(load free) 조건으로 처리하여 자유 수축률을 측정한다.
4) 직물의 공기 투과도
프레이져(Frazier) 공기투과도 측정기를 이용하여, ASDM D737법의 규정에 따라 125 Pa 압력하에서 직물의 공기투과도를 측정하였다.
5) 직물의 경사방향 수축률
420 데니어 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사로 경사, 위사, 밀도 모두 인치당 56개로 제직한 생지로부터 가로, 세로 각 20 ㎝가 되도록 샘플링한다. 샘플링 된 원단을 200 ℃ 오븐에서 로드프리(load free) 조건으로 30분간 처리 후 경사 방향의 직물 수축룰을 측정한다.
이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 아래 실시예에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
아래 표 1에 기재된 특성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 방사과정에서 연신롤의 스피드, 연신롤의 온도, 이완비를 변화시켜 원사 A, 원사 B, 원사 C 3종을 제조하였다.
경사에는 원사 B, 위사에는 원사 A를 사용하고 제직시 경사와 위사의 밀도는 표 2와 같이 조정하여 레피어 직기를 이용하여 평직으로 제직하였다.
그리고 연속정련기에서 50℃에서 95℃까지 단계적으로 설정한 수성욕에서 정련 및 수축시키고 텐터 온도 190 ℃ 조건에서 2분 동안 통과하며 길이방향으로 수축시켜 위사 밀도를 조정한 직물을 준비하였다.
이렇게 제조된 직물이 에어백 쿠션에 적합한지 통기성을 평가하여 표 2에 나타내었다.
실시예 2
경사에는 원사 C, 위사에는 원사 A를 사용하고 나머지는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 직물의 통기성을 평가하여 표 2에 나타내었다.
비교예 1
경사와 위사 모두 원사 A를 사용하고 나머지는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 직물의 통기성을 평가하여 표 2에 나타내었다.
실시예 3,4 및 비교예 3
아래 표 3에 기재된 바와 같이 경사와 위사를 구성하고 제직시 경사와 위사의 밀도는 동일하게 인치당 56개 조건으로 레피어 직기를 이용하여 평직으로 제직하였다.
생지 상태에서 직물을 샘플링하여 200 ℃ 오븐에서 로드프리(load free) 조건으로 30분간 처리 후 경사 방향의 직물 수축률을 측정하여 표 3에 나타내었다.
그리고 생지를 연속 정련기에서 50 ℃에서 95 ℃까지 단계적으로 설정한 수성욕에서 정련 및 수축시키고 텐더 온도 190 ℃ 조건에서 2분 동안 통과하며 길이방향으로 수축시켰다.
구분 원사 A 원사 B 원사 C
사종 420d/96f 420d/96f 420d/96f
고유점도(dl/g) 0.88 0.90 0.89
단사섬도(den) 4.4 4.4 4.4
강도(g/d) 8.3 8.1 8.1
신도(%) 21.6 14.8 13.4
건열 수축률(%) 5.0 12.0 22.0
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
경사 원사 B 원사 C 원사 A 원사 A
위사 원사 A 원사 A 원사 A 원사 A
제직시 경사 밀도(ea/inch) 53 53 53 53
제직시 위사 밀도(ea/inch) 52 51 51 53
정련 및 텐터 통과후
경사 밀도(ea/inch)		 56 56 56 56
정련 및 텐터 통과후
위사 밀도(ea/inch)		 56 56 53 56
공기 투과도(㎤/㎠/s) 0.371 0.364 0.528 0.375
구분 실시예 3 실시예 4 비교예 3
경사 원사 B 원사 C 원사 A
위사 원사 A 원사 A 원사 A
제직시 경사 밀도(ea/inch) 56 56 56
제직시 위사 밀도(ea/inch) 56 56 56
정련 및 텐터 통과후
경사 밀도(ea/inch)		 58 58 58
정련 및 텐터 통과후
위사 밀도(ea/inch)		 59 60 58
제직된 생지를 200℃, 30분 처리후
직물의 경사방향 수축률(%) 		9.2 12.1 6.8
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1과 실시예 2 에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물은 건열 수축률이 7 내지 30%인 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 경사에 사용하고 정련, 텐터 통과 단계에서 수축시켜 고밀도를 발현함으로써 제직시 위사 밀도를 높게 제직한 비교예 2의 경우와 유사한 효과를 낼 수 있음이 확인되었다.
그리고 상기 표 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 3과 실시예 4에 따라 경사와 위사 밀도가 모두 인치당 56개로 제직된 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물 생지는 200 ℃에서 30분간 처리후 직물의 경사방향 수축률이 8 % 이상임을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 고유점도가 0.8 내지 1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 이용한 직물에 있어서,
    180 ℃에서 측정한 건열 수축률이 7 내지 30 %인 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 경사(warp)로 사용하고, 건열 수축률이 3 내지 6 %인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 위사(weft)로 사용하여 제직후 정련 및 텐터를 통과하는 과정에서 직물의 길이 방향, 즉 경사 방향으로 수축을 시켜서 원하는 위사 밀도로 조정하고,
    경사와 위사 밀도가 인치당 56개로 제직한 생지를 200 ℃에서 30분간 처리후 직물의 경사방향 수축률이 8 내지 15% 인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 경사에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 상온에서의 강도가 7.0 내지 10.0g/d 이고, 신도가 10 내지 20%인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 단사섬도가 4.5 데니어 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물.
  4. 삭제
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