KR101409466B1

KR101409466B1 - 에어백 쿠션 및 이를 포함하는 에어백 시스템

Info

Publication number: KR101409466B1
Application number: KR1020080122083A
Authority: KR
Inventors: 곽동진; 윤정훈; 김희준; 이상길; 이상목; 김재형; 김기정
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2014-06-18
Also published as: KR20100063527A

Abstract

본 발명은 나일론 및 아라미드를 10:90 내지 90:10 중량비로 포함하는 하이브리드 봉제사로 접합된 봉제 접합부를 포함하는 에어백 쿠션 및 이를 포함하는 에어백 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 에어백 쿠션은 차체체결부 등을 내열성 및 강도 등의 기계적 물성 등이 우수한 하이브리드 봉제사를 사용하여 봉제 접합함으로써, 에어백 전개시 우수한 성능의 에어백 시스템을 제공할 수 있다.

에어백 쿠션, 나일론, 아라미드, 하이브리드 봉제사, 봉제 접합부, 봉목강도

Description

에어백 쿠션 및 이를 포함하는 에어백 시스템{AIRBAG CUSHION AND AIRBAG SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 에어백 쿠션 및 이를 포함하는 에어백 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 에어백(air bag)은, 주행중인 차량이 약 40km/h 이상의 속도에서 정면의 충돌시, 차량에 가해지는 충돌충격을 충격감지센서에서 감지한 후, 화약을 폭발시켜 에어백 쿠션 내부로 가스를 공급하여 팽창시킴으로써, 운전자 및 승객을 보호하는 장치를 말하는 것이며, 일반적인 에어백 쿠션 시스템의 구조는 도 1에 도시한 것과 같다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 일반적인 에어백 쿠션 시스템은 뇌관(122)의 점화에 의해 가스를 발생시키는 인플레이터(inflater; 121), 그 발생된 가스에 의해 운전석의 운전자 쪽으로 팽창 전개되는 에어백 쿠션(124)으로 이루어져 조향 휠(101)에 장착되는 에어백 쿠션 모듈(100)과, 충돌시 충격 신호를 발생하는 충격센서(130), 및 그 충격 신호에 따라 인플레이터(121)의 뇌관(122)을 점화시키는 전자 제어모듈(Electronic Control Module; 110)를 포함하여 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 에어백 쿠션 시스템은 차량이 정면 충돌하게 되면, 충격 센서(130)에 서 충격을 감지하여 전자 제어모듈(110)에 신호를 전달한다. 이 때, 이를 인식한 전자 제어모듈(110)은 뇌관(122)을 점화시켜, 인플레이터(121) 내부의 가스발생제를 연소시킨다. 이렇게 연소되는 가스발생제는 급속한 가스 발생을 통해 에어백 쿠션(124)을 팽창시킨다. 이렇게 팽창되어 전개된 에어백 쿠션(124)은 운전자의 전면 상체와 접촉하면서 충돌에 의한 충격하중을 부분적으로 흡수하고, 관성에 의해 운전자의 머리와 가슴이 전방으로 나아가면서 팽창된 에어백 쿠션(124)과 충돌될 경우, 에어백 쿠션(124)의 가스는 에어백 쿠션(124)에 형성된 배출공으로 급속히 배출되며 운전자의 전면부에 완충 작용하게 된다. 따라서, 전면 충돌시 운전자에게 전달되는 충격력을 효과적으로 완충시켜 줌으로서, 2차 상해를 경감할 수 있게 된다.

상기와 같이, 자동차에 사용되는 에어백 쿠션은 일정한 형태로 제조된 후, 그 부피를 최소화하기 위하여 접힌 상태로 자동차의 핸들이나 자동차 측면 유리창 또는 측면 구조물 등에 장착된다. 이때, 에어백 쿠션의 탭 부위 등을 이용하여 차체에 고정하며 접힌 상태를 유지하였다가 인플레이터(121) 작동시 에어백 쿠션이 팽창되어 전개될 수 있도록 한다.

따라서, 급속한 가스 발생 등에 따른 에어백 전개시 우수한 팽창 성능 및 전개 성능이 발휘될 수 있도록 하기 위하여, 에어백 쿠션의 각 부위별 접합 성능이 효과적으로 유지될 수 있도록 하고, 특히 차체 체결 부위 등에서 우수한 기계적 물성 및 고온에서의 안정성을 갖도록 봉제 접합부를 개선하는 연구가 필요하다.

본 발명은 내열성 및 기계적 물성이 우수한 봉제사를 사용하여 공정상 작업안정성 및 에어백 전개시 전개 성능이 우수한 에어백 쿠션 및 이를 포함하는 에어백 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 나일론 및 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 반복단위를 갖는 아라미드를 10:90 내지 90:10 중량비로 포함하는 하이브리드 봉제사로 접합된 봉제 접합부를 포함하는 에어백 쿠션을 제공한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

본 발명은 또한 상기 에어백 쿠션을 포함하는 에어백 시스템을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 에어백 쿠션 제조시 접합부에 내열성 및 기계적 물성이 우수한 나 일론 및 아라미드의 하이브리드 봉제사를 사용함으로써, 에어백 전개시 우수한 전개 성능을 발휘할 수 있도록 에어백 쿠션의 접합 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 특히, 일반 에어백 쿠션의 평직 부분뿐만 아니라 OPW(One Piece Woven) 타입의 사이드 커튼 에어백 쿠션의 탭 이나 보강 소재 봉제에도 적용이 될 수 있다.

이러한 본 발명의 에어백 쿠션에서 봉제 접합부는 일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 에어백 쿠션원단(21)에 일정 간격으로 봉제방법으로 봉제된 봉제 접합부(22) 및 연결마디(23)를 포함하는 것이 바람직하다.

일반적으로 에어백 쿠션의 봉제 접합부는 나일론 66 등을 봉제사로 사용하고 있으나, 본 발명에서는 나일론 및 아라미드의 하이브리드 봉제사를 사용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 에어백 쿠션은 기계적 물성, 강도 및 내열성이 우수한 나일론 및 아라미드를 포함하는 하이브리드 봉제사를 사용하여 봉제 접합부를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 에어백 쿠션은 강도 및 신율이 우수한 나일론 및 아라미드가 혼합된 하이브리드 타입의 원사를 사용하며, 나일론의 강도를 아라미드가 보완하고, 아라미드의 신율을 나일론이 보완하며 에어백 쿠션의 성능을 향상시킨다.

나일론(nylon)은 주쇄에 강한 극성을 가지는 아마이드(amide)기를 함유하고, 입체 규칙성 및 대칭성을 가져 결정성(crystalline)을 가진다. 에어백 쿠션용 봉제사에 사용되는 나일론으로는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으나 나일론 6, 나일론 66 및 나일론 6.10 등이 가능하며, 바람직하게는 나일론 66을 사용할 수 있다.

아라미드(aramid)는 상기한 나일론계 고분자 중 하나로, 아마이드기를 제외 한 모든 주쇄에 페닐 고리가 연결되어 있어 나일론 대비 10배 이상의 모듈러스를 나타낸다. 아라미드는 페닐 고리의 연결상태에 따라 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 파라형(p-) 및 상기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 메타형(m-)이 있으며, 바람직하게는 파라 형태로 결합된 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드)(poly(phenylene terephthalate))를 사용할 수 있다. 상기 화학식 1에 나타낸 바와 같이, 파라 형태로 결합된 경우에 페닐 고리가 서로 판상으로 적층되어 결정도가 높고, 열에 대한 안정성이 우수하며 모듈러스가 매우 높아서 나일론과 하이브리드 원사 제조시 매우 우수한 내열성 및 기계적 물성을 제공할 수 있다.

상기 하이브리드 봉제사의 물성은 이를 구성하는 나일론과 아라미드의 혼합비를 조절함으로써 이루어질 수 있으며, 각각의 혼합비는 요구하는 물성 수준과 양 성분의 단점을 충분히 보완해줄 수 있는 함량으로 사용된다. 일반적으로 아라미드는 나일론 대비 10배 정도의 모듈러스를 가지고 있기 때문에 10% 미만을 투입되더라도 나일론 단일 소재 대비 2~3배 정도의 모듈러스를 가지게 되므로 강도를 보강하는 데 매우 유용하나 에어백용 원단의 물성과 비용을 고려하여 나일론 10 내지 90 중량%와 아라미드 90 내지 10 중량%로 사용한다. 만약, 나일론을 상기 범위를 초과하여 과량으로 사용하는 경우에 최종 얻어진 하이브리드 섬유가 나일론 섬유의 물성을 따르게 되어 강도저하가 발생되고, 아라미드를 상기 범위를 초과하여 과량으로 사용하면 강도는 향상되나 신율이 좋지 않아 에어백 쿠션 성능이 저하되고 비용이 상승하게 된다.

상기 하이브리드 섬유는 나일론계 필라멘트 및 아라미드계 필라멘트가 1:1 내지 1:2의 중량비로 2 플라이 또는 3 플라이된 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 나일론 및 아라미드를 포함하는 하이브리드 봉제사는 통상적인 범위에서 방사, 연신, 및 연사 공정을 수행하여 제조될 수 있으며, 특정 범위에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 나일론 및 아라미드를 포함하는 하이브리드 봉제사의 섬도는 400 내지 3600 데니어, 바람직하게는 410 내지 3300 데니어인 것을 사용할 수 있으며, 강도 측면에서 상기 섬도가 410 데니어 이상이 바람직하고, 쿠션의 부피와 관련된 봉제부위 두께 측면에서 섬도가 3300 데니어 이하인 것이 바람직하다. 상기 데니어는 원사 또는 섬유의 굵기를 나타내는 단위로서, 길이 9000 m가 1 g일 경우 1 데니어로 한다.

상기 나일론 및 아라미드의 하이브리드 봉제사는 미국재료시험협회규격(ASTM) D 2256의 방법으로 측정한 인장강도가 6.0 g/d 이상, 바람직하게는 6.5 내지 25 g/d가 될 수 있다. 좀더 바람직한 일례로는 1500 데니어의 경우, 6.9 내지 22 g/d로 사용할 수 있다. 상기 하이브리드 봉제사의 인장강도가 상기 범위보다 작은 경우에 봉제부분의 강도가 너무 약하여 에어백 제조시 또는 전개시 봉제부분이 뜯어지는 문제가 발생할 수 있으며, 인장강도가 너무 큰 경우에는 봉제부분의 강도가 너무 강하여 에어백 전개시 에어백의 전개 시점 또는 형상이 비정상적으로 전개되는 문제가 생길 수 있다.

또한, 본 발명의 에어백 쿠션에서 봉제 접합부는 내열성 및 기계적 물성이 우수한 나일론 및 아라미드의 하이브리드 봉제사를 사용함으로써, 일반적으로 사용 되는 봉제법보다 적은 땀수로도 에어백 전개시에 우수한 접합 성능을 확보할 수 있으며, 특히 땀수가 15 내지 70 ea/100mm, 바람직하게는 22 내지 67 ea/100mm으로 적용할 수 있다.

상기 봉제 접합부의 땀수가 상기 범위의 하한값 미만이면 봉제부분의 강도가 너무 약하여 제조시 또는 전개시 봉제부분이 뜯어지는 문제가 있고, 상기 땀수 범위의 상한값을 초과하면 봉제부분의 강도가 너무 강하여 원단이 손상되거나 에어백 전개시 에어백의 전개 시점 또는 형상이 비정상적으로 전개되는 문제가 있다.

상기 에어백 쿠션의 봉제접합부는 미국재료시험협회규격(ASTM) D 5822의 방법으로 측정한 봉목강도가 400 내지 5000 N, 바람직하게는 500 내지 4500 N이 될 수 있다. 또한, 미국재료시험협회규격(ASTM) D 5822의 방법으로 측정한 신율은 10 내지 45%, 바람직하게는 15 내지 40%가 될 수 있다. 본 발명에 따른 에어백 쿠션의 봉제접합부는 최적범위로 봉제부분의 강도를 확보하는 측면에서 상기 범위로 봉목강도 및 신율을 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 에어백 쿠션 원단은 통상적으로 사용 가능한 것으로 알려진 직물 또는 부직포를 모두 사용가능하며, 그 종류에 크게 제한되지 아니하다. 예를 들면, 상기 직물 또는 부직포는 나일론 66, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 또는 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 섬유를 포함하는 직물 또는 부직포를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 직물의 제직 형태나 부직포의 종류 또한 크게 한정되지 않으나, 봉제부분의 강도 등을 고려하였을 때 나일론 66 등을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 직물 또는 부직포는 통상적인 제조방법에 따라 제조하여 사용할 수 있으며, 통상적인 직물 또는 부직포 중에서 상기 에어백 쿠션의 조건을 만족하는 것을 선택하여 사용할 수 있다. 필요한 경우, 본 발명의 에어백 쿠션은 통상적인 제직 방법과, 정련 및 열고정 과정을 거쳐 에어백 쿠션 원단을 제조한 후에, 실리콘 고무 코팅 등 추가 공정을 통해 가공 처리할 수 있다. 이렇게 코팅된 에어백 쿠션 원단은 재단 및 박음질 과정을 거쳐 일정한 형태의 에어백 쿠션으로 제조된다. 상기 에어백 쿠션은 특별한 형태에 국한되지 아니하며 일반적인 형태로 제조될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 에어백 쿠션을 포함하는 에어백 시스템을 제공한다. 상기 에어백 시스템은 당업자들에게 잘 알려진 통상의 장치를 구비할 수 있다. 상기 에어백은 크게 정면 에어백(프론트형 에어백)과 측면 에어백으로 구분될 수 있다. 상기 정면 에어백은 운전적, 조수석, 무릎, 발목 등등의 종류가 있고, 측면 에어백은 자동차의 측면 에어백과 커튼형 에어백이 있다. 따라서, 본 발명의 에어백은 프론트형 에어백, 측면 에어백 또는 커튼형 에어백을 포함한다.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.

본 발명의 에어백 쿠션은 나일론 및 아라미드를 포함하는 하이브리드 봉제사를 사용하여 봉제 접합부에 우수한 봉목강도를 제공하고, 공정상에서 작업 안정성이 우수하고 에어백 전개시 우수한 전개 성능 및 패키지성을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 3

420D의 나일론 66 원사를 사용하여 49X49 밀도로 직물을 제직한 후, 정련 및 열고정의 공정을 거친 비코팅(Non-Coating) 원단을 에어백 쿠션용 원단으로 사용하였다. 상기 에어백 쿠션용 원단에 레이져 재단기를 이용하여 재단하고, 섬도 210D의 나일론 66 원사 및 섬도 200D의 p-아라미드(p-aramid, Kevlar) 원사를 51:49의 중량비로 2플라이한 하이브리드 봉제사(410 데니어, ASTM D 2256 강도 14.3 g/d) 두개를 사용하여 땀수 30 ea/100mm 가 싱글락으로 박음질하는 공정을 거쳐 쿠션간, 테더 등 쿠션 자체 및 보조 부품 부위를 봉제 접합하여 에어백 쿠션을 제조하였다.

상기 에어백 쿠션에 대한 물성평가로 봉목강도 및 신율을 측정하였는데, 상기 에어백 쿠션의 시편을 미국재료시험협회규격(ASTM) D 5822에 따른 측정장치의 하부 클램프에 고정시키고, 상부 클램프를 위로 이동시키면서 에어백 쿠션 시편이 파단될 때의 봉목강도 및 신율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

삭제

실시예 4

섬도 1800D의 나일론 66 원사 및 섬도 1500D의 p-아라미드(p-aramid, Kevlar) 원사를 55:45의 중량비로 2플라이한 하이브리드 봉제사(3300 데니어, ASTM D 2256 인장강도 13.8 g/d) 두개를 사용하여 땀수 30 ea/100mm 가 싱글락으로 박음질하는 공정을 거쳐 봉제 접합한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 에어백 쿠션을 제조하고 봉목강도 및 신율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 5

섬도 1800D의 나일론 66 원사 및 섬도 1500D의 p-아라미드(p-aramid, Kevlar) 원사를 55:45의 중량비로 3플라이한 하이브리드 봉제사(3300 데니어, ASTM D 2256 인장강도 14.0g/d) 두개를 사용하여 땀수 30 ea/100mm 가 싱글락으로 박음질하는 공정을 거쳐 봉제 접합한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 에어백 쿠션을 제조하고 봉목강도 및 신율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

나일론 66 봉제사(420 데니어, ASTM D 2256 강도 7.1 g/d) 두개를 이용하여 땀수 30ea/100mm가 되도록 싱글락으로 박음질하는 공정을 거쳐 봉제 접합한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 에어백 쿠션을 제조하고 봉목강도 및 신율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

나일론 66 봉제사(3600 데니어, ASTM D 2256 강도 6.8 g/d) 두개를 이용하여 땀수 30 ea/100mm가 되도록 싱글락으로 박음질하는 공정을 거쳐 봉제 접합한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 에어백 쿠션을 제조하고 봉목강도 및 신율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다

비교예 3

p-아라미드(p-aramid, Kevlar) 봉제사 (400 데니어, ASTM D 2256 강도 22.3 g/d) 두개를 이용하여 땀수 30 ea/100mm가 되도록 싱글락으로 박음질하는 공정을 거쳐 봉제 접합한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 에어백 쿠션을 제조하고 봉목강도 및 신율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 4

p-아라미드(p-aramid, Kevlar) 봉제사 (3350 데니어, ASTM D 2256 강도 21.8 g/d) 두개를 이용하여 땀수 30 ea/100mm가 되도록 싱글락으로 박음질하는 공정을 거쳐 봉제 접합한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 에어백 쿠션을 제조하고 봉목강도 및 신율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

상기 실시예 3 내지 5, 및 비교예 1 내지 4의 에어백 쿠션에 대한 물성평가 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구 분	봉제사 (데니어)	땀수 (ea/100mm)	봉목강도 (N)	신율 (%)	측정결과
실시예 3	410	30	541	34	양호
실시예 4	3300	30	4386	35	양호
실시예 5	3300	30	4403	32	양호
비교예 1	420	30	274	42	강도약함
비교예 2	3600	30	2385	38	봉제부위 두꺼움
비교예 3	400	30	855	7	신율 낮음
비교예 4	3350	30	7050	6	신율 낮음

상기 표 1에서 보는 것과 같이, 실시예 3 내지 5의 경우 우수한 봉목강도 및 신율을 나타내어 작업시 안정성이 우수하고, 에어백 쿠션의 전개성이 우수함을 알 수 있다. 그러나, 비교예 1 내지 4는 봉목강도가 너무 낮으며 봉제부위가 너무 두꺼워져 쿠션 조립시 문제가 발생하며 신율이 너무 낮아서 작업성이 불량하고, 원단에 손상을 주거나, 각 부위별 적합한 봉제 접합 성능을 제공하지 못하고, 이에 따라 에어백 쿠션 전개성이 좋지 않음을 알 수 있다.

본 발명의 에어백 쿠션은 내열성 및 기계적 물성이 우수한 나일론 및 아라미드의 하이브리드 봉제사를 사용하여 에어백 전개시 봉제 접합부에 우수한 봉목강도 를 확보하고 우수한 전개 성능이 발휘될 수 있는 에어백 쿠션 및 이를 포함하는 에어백 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 에어백 시스템을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백 쿠션의 봉제 접합부를 나타낸 모식도.

Claims

나일론 및 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 반복단위를 갖는 아라미드를 10:90 내지 90:10 중량비로 포함하는 하이브리드 봉제사로 접합된 봉제 접합부를 포함하고, 상기 하이브리드 봉제사는 나일론 원사 및 아라미드 원사가 1:1 내지 1:2의 중량비로 2 플라이 또는 3 플라이된 것이며, 상기 봉제 접합부는 땀수가 15 내지 70 ea/100mm의 봉제법으로 접합된 것인 에어백 쿠션.

[화학식 1]

[화학식 2]
제1항에 있어서,

상기 봉제 접합부는 미국재료시험협회규격(ASTM) D 5822의 방법으로 측정한 봉목강도가 400 내지 5000 N 인 에어백 쿠션.
제1항에 있어서,

상기 봉제 접합부는 미국재료시험협회규격(ASTM) D 5822의 방법으로 측정한 신율이 32 내지 35%인 에어백 쿠션.
삭제
제1항에 있어서,

상기 하이브리드 봉제사는 미국재료시험협회규격(ASTM) D 2256의 방법으로 측정한 강도가 6.0 g/d 이상인 에어백 쿠션.
제1항에 있어서,

상기 봉제 접합부는 땀수가 22 내지 67 ea/100mm의 봉제법으로 접합된 것인 에어백 쿠션.
제1항 내지 제3항 또는 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 에어백 쿠션을 포함하는 에어백 시스템.
제7항에 있어서,

상기 에어백은 프론트형 에어백, 측면 에어백 또는 커튼형 에어백인 것인, 에어백 시스템.