KR101441736B1 - 에어백 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

큰 외부 충격은 물론이고 고온 및 고압에 잘 견딜 수 있어 외장용 에어백으로 사용될 수 있는 에어백 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 에어백은, 600 내지 1000 g/d의 탄성률 및 20 내지 30g/d의 인장 강도를 갖는 아라미드 섬유를 포함하고 1500 내지 2100의 커버 팩터를 갖는 원단; 및 상기 원단 표면 상에 형성된 코팅층을 포함하고, ASTM D 1683의 규격에 따라 측정된 접합부의 봉목 강도가 200 내지 600 kgf/20mm이다.

Description

에어백 및 그 제조방법{Aigbag and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 에어백 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 차량용 에어백 및 그 제조방법에 관한 것이다.
에어백은 주행중인 차량이 정면 또는 측면 충돌시 탑승자를 보호하는 역할을 한다. 에어백은 일정한 형태로 제조된 후, 접힌 상태로 자동차에 장착된다. 차량에 가해지는 충격을 충격감지센서가 감지하면, 화약이 폭발하여 에어백 쿠션 내부로 가스가 급속히 공급되어 접혀 있던 에어백이 팽창하면서 전개된다. 팽창하면서 전개된 에어백은 운전자의 상체 전면과 접촉하면서 충돌에 의한 충격 하중을 부분적으로 흡수한다. 또한, 팽창된 에어백이 관성의 법칙에 의해 전방으로 튀어나가는 운전자와 충돌하게 되면, 에어백 내의 가스가 에어백에 형성되어 있는 배출공을 통해 빠져나가면서 상기 충돌에 대해 완충 작용을 하게 된다.
지금까지 차량용 에어백 연구는 차량 충돌로 인한 탑승자 상해를 방지하는 내장 에어백에 주로 집중되었다. 내장 에어백은, 예를 들어, 운전석 에어백, 보조석 에어백, 커튼 에어백, 시트 사이드 에어백 등을 포함한다.
이러한 내장 에어백의 주요 기능은 차량 충돌에 의해 발생하는 충격이 탑승자에게 직접 가해지는 것을 방지하는 것이기 때문에 내장 에어백은 탑승자의 안전을 완전히 담보하지 못한다.
따라서, 최근에는 차량이 장애물에 부딪힐 경우 차량 자체에 가해지는 충격 자체를 감소시킬 수 있는 외장 에어백에 대한 연구가 진행되고 있다.
외장 에어백은 내장 에어백과 달리 외부 물체와 직접적으로 충돌하는데, 이러한 직접적 충돌은 외장 에어백에 상당한 충격을 주고 외장 에어백의 표면에 큰 마찰을 야기한다. 더욱이, 넓은 범위의 에어백을 부풀리기 위해 다량의 화약이 사용되기 때문에 고압 및 고열이 동시에 외장 에어백에 가해지게 된다.
종래의 에어백은 주로 나일론 66 섬유로 이루어진 원단을 사용하여 제조되었다. 그러나, 나일론 66 원단은 상대적으로 낮은 내열성 및 인장 강도를 갖기 때문에, 외장 에어백으로 사용될 경우 강한 충격, 마찰, 고온, 및 고압을 견디지 못하고 손상되는 문제가 있었다.
또한, 종래의 에어백은 나일론 봉제사로 원단을 접합시킴으로써 제조되었다. 그러나, 나일론 봉제사는 충분히 강한 강도를 갖고 있지 않기 때문에, 종래의 에어백이 외장 에어백으로 사용될 경우 강한 충격, 마찰, 고온, 및 고압에 의해 에어백이 찢어지는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 에어백 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 큰 외부 충격은 물론이고 고온 및 고압에 잘 견딜 수 있어 외장용 에어백으로 사용될 수 있는 에어백을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은, 큰 외부 충격은 물론이고 고온 및 고압에 잘 견딜 수 있어 외장용 에어백으로 사용될 수 있는 에어백의 제조방법을 제공하는 것이다.
위에서 언급된 본 발명의 관점들 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 600 내지 1000 g/d의 탄성률 및 20 내지 30g/d의 인장 강도를 갖는 아라미드 섬유를 포함하고 1500 내지 2100의 커버 팩터를 갖는 원단; 및 상기 원단 표면 상에 형성된 코팅층을 포함하고, ASTM D 1683의 규격에 따라 측정된 접합부의 봉목 강도가 200 내지 600 kgf/20mm인 에어백이 제공된다.
본 발명의 다른 측면으로서, 600 내지 1000 g/d의 탄성률 및 20 내지 30g/d의 인장 강도를 갖는 아라미드 섬유를 포함하고 1500 내지 2100의 커버 팩터를 가지는 원단을 제조하는 공정; 상기 원단을 정련하는 공정; 상기 정련된 원단의 표면에 수지를 코팅하는 공정; 상기 코팅된 원단을 소정의 형태로 재단하는 공정; 및 봉목 강도가 200 내지 600 kgf/20mm을 갖도록 아라미드 섬유를 포함하는 봉침사를 이용하여 상기 재단된 원단을 접합시키는 공정을 포함하는 에어백의 제조방법이 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 에어백은 우수한 기계적 물성을 갖는 아라미드 섬유로 이루어진 원단을 포함하기 때문에 큰 외부 충격에 원활하게 견딜 수 있다.
본 발명에 따른 에어백은 아라미드 섬유를 포함한 봉제사를 이용하여 제조되기 때문에 우수한 봉목 강도를 갖고, 고압 및 고열의 내부 충격에도 원활하게 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 에어백은 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지를 이용하여 최적의 조건에서 코팅됨으로써 우수한 접착성 및 폴딩(folding) 성능을 갖는다.
우수한 내충격성, 내열성, 및 내마찰성을 갖는 본 발명의 에어백은 차량의 외장 에어백으로 활용될 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백의 단면도이다.
도 2는 원단을 구성하는 모노 필라멘트들 중 일부만이 수지로 코팅되어 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백의 단면도이다.
도 3은 원단의 두께에 대한 코팅층의 원단 내로의 침투 깊이의 비율을 설명하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백의 단면도이다.
도 4는 폴딩 성능 측정에서 에어백을 접는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 에어백 및 그 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백의 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 에어백은 아라미드 섬유를 포함하는 원단(100)을 포함한다.
일반적인 에어백 시스템의 경우, 차량이 충돌하면 충격센서가 충돌을 감지하고 전자 제어모듈에 신호를 전달한다. 충견센서로부터 신호를 수신한 전자 제어모듈은 뇌관을 점화시킴으로써 인플레이터 내부에 설치된 화약을 연소시킨다. 연소에 의해 발생된 가스가 에어백 쿠션을 팽창시킨다. 특히, 차량 외장, 예를 들어 범퍼에 장착되는 에어백은 강한 외부 충격을 직접 받는다. 더욱이, 외장 에어백은 넓은 범위를 보호하기 때문에 상대적으로 다량의 화약이 사용되어 큰 내부 충격이 상기 외장 에어백에 가해지게 된다.
통상적으로, 종래 에어백은 비교적 물성이 양호하고 코팅용 수지와의 접착성이 좋은 나일론 섬유를 이용하여 제조되었다. 하지만, 나일론 섬유는 내열성 및 인장 강도가 상대적으로 낮기 때문에, 나일론 섬유로 제조된 에어백이 외장용으로 사용될 경우 고온 및 고압의 내외부 충격으로부터 차량 및 탑승자가 안전하게 보호되지 못하는 문제가 있다.
나일론 섬유에 기인하는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 에어백은 600 내지 1000 g/d의 탄성률 및 20 내지 30 g/d의 인장 강도를 갖는 아라미드 섬유를 이용하여 제조된 원단(100)을 포함한다.
상기 아라미드 섬유는 600 내지 1000 g/d의 탄성률을 가질 수 있는데, 상기 아라미드 섬유의 탄성률이 600 g/d 미만일 경우 원단이 충격에 쉽게 손상될 수 있고, 상기 아라미드 섬유의 탄성률이 1000 g/d를 초과할 경우 원단이 구부러지기 어렵기 때문에 굽힘이 잘 일어나는 정도를 나타내는 물성인 폴딩 성능이 떨어질 수 있다.
상기 아라미드 섬유는 20 내지 30 g/d의 인장 강도를 가질 수 있는데, 상기 아라미드 섬유의 인장 강도가 20 g/d 미만일 경우 큰 충격에 원단(100)이 찢어질 수 있고, 상기 아라미드 섬유의 인장 강도가 30 g/d를 초과할 경우 원단(100) 제조가 어려워 에어백의 생산성이 저하될 수 있다.
한편, 아라미드 섬유만으로 제조된 원단은 잘 구부러지지 않기 때문에, 이러한 원단을 이용할 경우 집적도가 높은 에어백을 제조하기가 곤란할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 원단(100)의 폴딩 성능을 향상시키기 위하여 상대적으로 낮은 탄성률을 갖는 나일론 66 섬유가 아라미드 섬유와 혼합된 원단(100)이 사용될 수 있다. 다만, 나일론 66 필라멘트는 원단의 폴딩 성능 개선에 필요한 정도의 양으로만 사용될 수 있다.
상기 아라미드 섬유를 포함하는 원단(100)은 ASTM D 5034의 규격에 의해 측정된 인장 강도가 130 내지 200 kfg/10mm일 수 있다. 즉, 아라미드 섬유를 포함하는 본 발명의 상기 원단(100)은 우수한 인장 강도를 가지고 고충격, 고마찰, 고압력, 및 고온에서도 크게 손상되지 않기 때문에, 본 발명의 원단(100)으로 제조된 에어백은 차량에 가해지는 충격을 잘 흡수하여 차량 및 탑승자를 안전하게 보호할 수 있다.
상기 원단(100)의 인장 강도가 130 kgf/10mm 미만일 경우, 차량 충돌시 외부에서 발생하는 고충격 및 고마찰과, 화약 가스에 의해 내부에서 발생하는 고온 및 고압의 충격에 의해 파열될 수 있다. 반면, 상기 원단(100)의 인장 강도가 200 kgf/10mm를 초과할 경우 원단(100) 제조가 쉽지 않기 때문에 에어백의 경제성이 떨어질 수 있다.
상기 원단(100)은 600 ℃의 불꽃을 이용한 연소성(flammability) 측정시 녹지 않는 특성을 가질 수 있다. 이와 같이 우수한 내열성을 갖는 원단(100)은 고온, 고압의 가스와 충돌하여도 크게 손상되지 않고, 외부의 마찰에 의해서도 파열되지 않기 때문에, 이를 이용하여 제조된 에어백은 차량 충돌에 의해 발생하는 내외부 충격을 잘 흡수하여 차량 및 탑승자를 안전하게 보호할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원단(100)은 500 내지 2100의 커버 팩터(cover factor)를 가질 수 있다. 커버 팩터는 섬도를 고려한 직물 밀도이다. 상기 원단(100)의 커버 팩터가 1500 미만일 경우 밀도가 너무 성기기 때문에 공기 차단성이 떨어지고 봉침 강도가 약해져 에어백 성능을 원활하게 발휘할 수 없게 되다. 반면 상기 원단(100)의 커버 팩터가 2100을 초과할 경우 밀도가 너무 치밀해지기 때문에 원단(100) 제조 및 원단(100) 접합 공정이 어려워질 수 있다.
상기 커버 팩터는 다음의 식으로부터 구해질 수 있다.
* 커버 팩터 = 경사 커버 팩터 + 위사 커버 팩터
* 경사 커버 팩터 = 경사밀도(개수/인치)×
Figure 112011082580245-pat00001
* 위사 커버 팩터 = 위사밀도(개수/인치)×
Figure 112011082580245-pat00002
한편, 아라미드 섬유만으로 이루어진 원단(100)은 상대적으로 낮은 폴딩 성능을 갖기 때문에 원단의 집적도가 떨어질 수 있는데, 이것은 에어백의 부피를 줄이는데 장애로 작용할 수 있다.
따라서, 도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 에어백은 상기 원단(100) 표면 상에 형성된 코팅층(200)을 더 포함할 수 있다. 상기 코팅층(200)은 원단(100) 표면을 매끄럽게 하고 외부로부터 원단(100)을 보호하며 공기의 차단 효과를 극대화함으로써 에어백의 충격 흡수 성능을 향상시킨다.
상기 코팅층(200)은 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄 수지를 포함하는 코팅층(200)은 원단(100)에 유연한 특성을 부여하기 때문에 원단(100)의 폴딩 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 폴리우레탄 수지를 포함하는 코팅층(200)은 아라미드 섬유와 우수한 접착성을 가지기 때문에 원단(100)의 공기 차단성을 극대화시킬 수 있다. 또한, 에어백의 충돌 방지 성능이 향상될 수 있고, 내구성 향상으로 인해 에어백의 성능이 장시간 유지될 수 있다.
상기 실리콘 수지를 포함하는 코팅층(200)은 우수한 내열성, 내한성 및 공기 차단성을 원단(100)에 부여할 수 있다.
도 2는 원단을 구성하는 모노 필라멘트들 중 일부만이 수지로 코팅되어 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백의 단면도이다. 도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원단(100)은 코팅층(200)으로 코팅된 제1 모노 필라멘트들(11)과 상기 코팅층(200)으로 코팅되지 않은 제2 모노 필라멘트들(12)을 포함한다. 상기 원단(100)을 구성하는 모노 필라멘트들(11, 12) 중 일부의 모노 필라멘트들(11)만이 코팅층(200)에 의해 코팅되기 때문에, 본 발명의 에어백은 유연성과 접착성을 동시에 모두 만족시킬 수 있다. 즉, 상기 원단(100)을 구성하는 모노 필라멘트들(11, 12) 중 제1 모노 필라멘트들(11)만이 수지로 둘러싸여 코팅됨으로써 코팅층(200)과 원단(100)의 접착성이 향상될 수 있다. 또한, 원단(100)의 제2 모노 필라멘트들(12)은 수지로 코팅되지 않은 채로 남아있기 때문에 원단(100)이 높은 유연성을 유지할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 모노 필라멘트들(11)의 개수는 상기 원단을 구성하는 모노 필라멘트들(11, 12)의 총 개수의 5 내지 30%이다. 예를 들어, 도 2에 예시된 실시예의 경우, 원단(100)을 구성하는 총 20개의 모노 필라멘트들(11, 12) 중 수지에 의해 완전히 피복된 제1 모노 필라멘트들(11)이 4개이므로 상기 원단(100)의 모노 필라멘트들(11, 12) 중 수지에 코팅된 제1 모노 필라멘트들(11)의 비율은 20 %가 된다.
만일 상기 수지에 코팅된 제1 모노 필라멘트들(11)의 비율이 5% 미만일 경우 원단(100)이 우수한 유연성을 유지할 수 있으나 원단(100)과 코팅층(200)의 접착성이 떨어진다. 반면, 상기 수지에 코팅된 제1 모노 필라멘트들(11)의 비율이 30%를 초과할 경우 원단(100)의 유연성이 급격히 떨어질 수 있다.
도 3은 원단의 두께에 대한 코팅층의 원단 내로의 침투 깊이의 비율을 설명하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 코팅층이 상기 원단의 내부로 침투한 깊이가 상기 원단의 두께의 10 내지 60%이다. 상기 코팅층의 침투 비율이 10% 미만일 경우 원단(100)이 우수한 유연성을 유지할 수는 있으나 원단과 코팅층 사이의 접착성이 떨어질 수 있다. 반면, 상기 코팅층의 침투 비율이 60 %를 초과할 경우 원단(100)의 유연성이 급격히 떨어질 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 상기 코팅층의 침투 비율의 측정 방법을 설명한다. 먼저, 제 1 기준선(S1)과 제 2 기준선(S2) 사이의 거리를 측정하여 원단의 두께(h1)를 얻고, 상기 제 1 기준선(S1)으로부터 코팅층이 원단 내부로 침투한 최대 깊이(h2)를 측정하여 다음의 식으로부터 구한다.
* 수지 침투 비율 = h2/h1×100
본 발명의 에어백은 아라미드 섬유를 포함하는 봉제사에 의해 상기 원단(100)이 접합된 접합부를 가질 수 있다.
원단(100)의 접합을 위한 봉제사로서 주로 나일론 방적사가 사용되었다. 나일론 방적사로 접합된 접합부는 상대적으로 낮은 봉목 강도를 갖기 때문에 에어백 작동시 발생하는 고온 및 고압의 가스에 의해 찢어지거나 큰 손상을 받게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉제사는 20 g/d 이상의 높은 인장 강도를 갖는 아라미드 섬유를 포함하며, 이러한 봉제사를 이용하여 형성된 접합부를 갖는 본 발명의 에어백은 고온 및 고압의 가스와 같은 내부 충돌은 물론이고 외부 충돌에도 손상되지 않고 효과적으로 충격을 흡수할 수 있다.
20 g/d 이상의 높은 인장 강도를 갖는 아라미드 섬유를 포함하는 봉제사를 이용하여 형성된 접합부는 200 내지 600 kgf/20mm의 봉목 강도를 가지게 된다. 상기 접합부의 봉목 강도가 200 kgf/20mm 미만이면 충돌시 봉제사 풀림이 발생할 수 있고, 에어백 작동 시 가스가 외부로 유출되어 외부로부터의 충격이 에어백에 의해 적절히 흡수되지 못한다. 반면, 상기 접합부의 봉목 강도가 600 kgf/20mm를 초과하면 필요 이상의 봉목 강도로 인해 생산 비용이 크게 상승할 수 있으며, 에어백이 비정상적으로 작동할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백의 제조방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 아라미드 섬유를 이용하여 원단(100)을 제조한다. 상기 아라미드 섬유는 상술한 바와 같이 600 내지 1000 g/d의 탄성률 및 20 내지 30g/d의 인장 강도를 갖는다.
제직 공정의 용이성 및 원단 밀도의 최적화를 위하여, 상기 아라미드 섬유는 600 내지 1000 데니어를 가질 수 있고, 상기 아라미드 섬유를 구성하는 다수의 모노 필라멘트들 각각은 0.9 내지 1.5 데니어를 가질 수 있다.
상기 원단(100)은 직물(woven fabric)으로서 다양한 직조 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 원단(100)은 평직, 능직, 주자직, 변형직 등 다양한 방법들로 아라미드 섬유를 직조함으로써 제조될 수 있다.
상기 원단(100)의 폴딩(folding) 성능을 향상시키기 위해, 아라미드와 나일론이 혼합되어 형성된 혼합사를 사용하여 직조를 수행하거나, 상기 아라미드 섬유와 나일론 섬유를 함께 사용하여 직조를 수행할 수 있다.
이어서, 상기 원단(100)을 정련한다.
상기 정련 공정은 고온의 알칼리 환경 하에서 수행되기 때문에 원단(100)의 물성이 쉽게 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 상기 정련 공정은 정련 후 원단이 정련 전 원단 대비 90 % 이상의 강도 유지율을 갖도록 온화한 조건에서 수행된다.
더욱 구체적으로, 상기 정련 공정은 50 내지 80 ℃의 온도로 유지된 세정액에 상기 원단(100)을 침지하는 공정을 포함한다. 상기 세정액은 0.2 ~ 10g/L의 Na2CO3 또는 0.2 ~ 5g/L의 NaOH, 및 0.2 ~ 10g/L의 계면활성제를 포함하는 수용액일 수 있다. 원단(100)의 물성 저하를 최소화하면서도 원단(100)에 함유된 불순물, 특히 유제를 제거하기 위해 상기 농도 범위를 갖는 세정액을 사용할 수 있다. 특히, NaOH는 강 알카리성이기 때문에 그 농도가 5g/L를 초과하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 한편, 상기 Na2CO3 또는 NaOH의 농도가 0.2 g/L 미만일 경우 세정력이 떨어져 많은 양의 유제가 원단(100)에 남게 되는데, 이러한 잔류 유제는 후술할 코팅 공정 시 수지와 원단(100) 표면의 접착성을 저하시킬 수 있다.
상기 정련 공정은 상기 세정액으로 처리된 원단(100)으로부터 다량의 세정 성분 및 이물질을 제거하기 위한 수세 공정을 더 포함할 수 있다. 상기 수세 공정은 순수를 사용하여 수행되는데, 수세 효율을 높이기 위해서 50℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 정련 공정은 수 회 반복될 수 있다. 즉, 원단(100)의 유제를 충분히 제거하기 위해 2 내지 5회에 걸쳐 상기 침지 및 수세 공정을 반복할 수 있다.
이어서, 원단(100)으로부터 수분을 제거하고 원단(100)의 표면을 매끄럽게 하기 위해, 상기 수세된 원단(100)은 열처리될 수 있다. 원단(100)의 손상을 방지하고 평탄한 외관을 얻을 수 있는 범위 내에서 열처리 온도 및 시간이 정해져야 한다.
이어서, 상기 열처리된 원단(100)의 표면에 수지를 코팅함으로써 원단(100)의 적어도 한쪽 표면에 코팅층(200)을 형성할 수 있다. 적어도 한쪽 표면 상에 코팅층(200)을 갖는 원단(100)은 향상된 공기차단 성능을 나타낸다. 또한, 상기 코팅층(200)은 인플레이터에서 발생하는 고온의 가스로부터 상기 원단(100)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 열처리된 원단(100)은 0.2 중량% 이하의 잔류 유제를 포함하기 때문에 원단(100)과 코팅층(200)이 강하게 접착될 수 있다. 상기 원단(100) 내에 잔류하는 유제의 함량이 0.2 중량%를 초과할 경우 유제로 인해 수지가 원단(100)에 잘 부착하지 못하기 때문에 에어백의 성능이 저하될 수 있다. 즉, 코팅액이 원단(100) 표면에 충분히 강하게 부착되지 못함에 따라 에어백의 공기 투과성이 높아지고 에어백의 충격방지 성능이 저하될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 원단(100)이 상기 코팅층(200)으로 코팅된 제1 모노 필라멘트들과 상기 코팅층(200)으로 코팅되지 않은 제2 모노 필라멘트들을 모두 포함하기 때문에, 에어백이 우수한 유연성을 가질 수 있고 상기 원단(100)과 코팅층(200) 사이의 접착력이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 코팅층(200)에 코팅된 상기 제1 모노 필라멘트들의 개수는 상기 원단(100)을 구성하는 모노 필라멘트들의 총 개수의 5 내지 30 %이고, 상기 코팅층(200)이 상기 원단(100)의 내부로 침투한 깊이가 상기 원단(100)의 두께의 10 내지 60%이다. 이를 위하여, 상기 열처리된 원단(100)의 표면에 수지를 코팅함으로써 원단(100)의 적어도 한쪽 표면에 코팅층(200)을 형성할 때, 수지 조성액의 점도, 코팅 압력 및 수지 부착량을 적절하게 조절한다. 예를 들어, 수지 조성액의 점도가 낮을수록 그리고 코팅 압력이 높을수록 수지 조성액이 원단(100) 내부로 쉽게 침투해 들어감에 따라 수지에 코팅되는 모노 필라멘트들의 개수가 많아지고 원단(100) 두께에 대한 수지의 침투 깊이 비율이 높아진다.
상기 코팅층(200) 형성을 위하여 상기 원단(100)에 코팅되는 수지는 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄 수지는 아라미드 섬유와 우수한 접착력을 가짐에 따라 공기를 원활하게 차단하며 내구성을 향상시킬 수 있고, 유연한 분자 구조를 가짐에 따라 원단(100)의 유연성을 향상시킬 수 있는 특성이 있다.
이어서, 상기 코팅층(200)이 적어도 일 표면에 형성된 원단(이하, '코팅된 원단')을 소정의 형태로 재단한다. 즉, 에어백은 다양한 형태를 가질 수 있기 때문에 이러한 형태에 맞추어 코팅된 원단을 재단한다.
이어서, 아라미드 섬유를 포함하는 봉제사를 이용하여 상기 재단된 원단을 접합시킴으로써 에어백을 완성한다. 봉제사를 구성하는 아라미드 섬유가 20 g/d 이상의 인장 강도를 갖고 상술한 바와 같이 원단(100)이 치밀한 밀도를 가지기 때문에, 상기 에어백의 접합부는 200 내지 600 kgf/20mm의 봉목 강도를 가지게 된다. 이와 같이 우수한 봉목 강도를 갖는 접합부를 포함하는 본 발명의 에어백은 에어백 작동시 발생하는 고온, 고압의 가스와 충돌하더라도 안정된 형태를 유지할 수 있어 차량 및 탑승자의 안전성을 담보할 수 있다.
이하, 실시예들 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.
실시예들 및 비교예들에 의해 각각 제조된 에어백에 대한 각종 평가들은 하기의 방법에 따라 실시되었다.
수지에 코팅된 모노 필라멘트의 비율
원단(100)의 경사방향에 대한 에어백의 단면 사진을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하고, 촬영된 단면 사진을 통해 멀티필라멘트 1 본을 구성하는 모노 필라멘트들의 개수 및 이들 중 표면 전체가 수지로 코팅된 모노 필라멘트들(11)의 개수를 각각 세고 아래 식을 이용하여 수지에 코팅된 모노 필라멘트의 비율을 측정하였다.
* 수지에 코팅된 모노 필라멘트의 비율(%) = [(멀티 필라멘트 1 본을 구성하는 모노 필라멘트들 중 수지에 의해 코팅된 모노 필라멘트들의 수)/(멀티 필라멘트 1 본을 구성하는 모노 필라멘트들의 수)]×100
수지 침투 비율
에어백의 단면 사진을 주사전자현미경으로 촬영하고, 수지가 원단(100) 표면에서 내부로 침투해 들어간 거리와 원단(100)의 두께를 계산하여 아래 식에 따라 수지 침투 비율을 측정하였다.
* 수지 침투 비율(%) = [(수지가 원단 표면에서 내부로 침투된 거리)/(원단의 두께)]×100
이때, 상기 수지가 원단 표면에서 내부로 침투된 거리는, 도 3에 도시된 바와 같이, 수지가 코팅된 표면의 위사 멀티필라멘트들의 최대 고점과 다음 최대 고점을 이어서 제 1 기준선(S1)을 얻고, 얻어진 제 1 기준선(S1)으로부터 수지가 최대로 침투해 들어간 지점까지의 최단 거리(h2)를 측정하여 얻었다. 또한, 상기 원단의 두께는, 도 3에 도시된 바와 같이, 위사 멀티필라멘트들의 최대 저점과 다음 최대 저점을 이어서 제 2 기준선(S2)을 얻은 후, 상기 수지가 최대로 침투해 들어간 지점을 통과하는 상기 제 1 기준선과 제 2 기준선 사이의 최단 거리(h1)를 측정하여 얻었다.
유제 함량
먼저, 시편의 무게(W1)를 측정하고, 105 ℃에서 2시간 동안 상기 시편을 건조시키고, 상기 건조된 시편을 데시게이터에서 30분간 방치한 후, 다시 시편의 무게(W2)를 측정하였다. 이어서, 정련제로 상기 시편을 10분간 처리하고, 105 ℃에서 2시간 동안 상기 시편을 건조시키고, 상기 건조된 시편을 데시게이터에서 30분간 방치한 후, 다시 시편의 무게(W3)를 측정하였다. 상기 정련제로는 메탄올이 사용되었고, 유제 함량(OPU)은 아래의 식 1에 의해 산출되었다.
* 유제 함량(중량%) = [(W2 - W3)/W1] × 100
원단과 코팅층의 접착성
JIS K 6328(5. 3. 8법)의 규정에 따라 문지름 회수 500회로 했을 때의 코팅층의 박리 유무를 조사했다.
폴딩 성능
우선, 도 4와 같이 CD 라인을 기준으로 좌측 부분의 에어백을 270㎜ 라인(5)에서 A방향을 향해 접고, 그 접힌 부분을 200㎜ 라인(6)에서 B방향을 향해 접고, 이렇게 더욱 접힌 부분을 130㎜ 라인에서 A방향으로 접었다. 유사하게, CD 라인을 기준으로 우측 부분의 에어백을 270㎜ 라인에서 B방향으로, 200㎜ 라인에서 A방향으로, 그리고 130㎜ 라인에서 B방향으로 순차적으로 접었다.
다음으로, AB 라인을 기준으로 위측 부분의 에어백을 270㎜ 라인에서 D방향으로, 105㎜ 라인에서 C방향으로, 그리고 75㎜ 라인에서 C방향으로 순차적으로 접었다. 유사하게, AB 라인을 기준으로 아래측 부분의 에어백을 270㎜ 라인에서 C방향으로, 105㎜ 라인에서 D방향으로, 그리고 75㎜ 라인에서 D방향으로 순차적으로 접었다.
최종적으로, 150㎜×150㎜의 접힌 상태의 에어백이 얻어졌다. 이 접혀진 에어백에 10 N의 하중을 가한 상태에서 3분이 경과된 후 두께(mm)를 측정했다.
에어백의 인장 강도
에어백의 인장 강도(kgf/10mm)는 ASTM D 5034 규정에 따라 측정하였다. 이때, 측정 시료의 크기는 가로 10㎜×세로 150㎜이었다.
접합부의 봉목 강도
접합부의 봉목 강도(kgf/20mm)는 ASTM D 1683 규정에 따라 시료를 하부 클램프에 고정시키고, 상부 클램프를 위로 이동시키면서 상기 시료가 파단될 때의 강도를 측정하여 얻었다. 이때, 측정 시료의 크기는 가로 100㎜×세로 120㎜이었다.
에어백의 연소성( flammability )
에어백의 연소성을 측정함으로써 에어백의 내열성을 간접적으로 파악하였다. 에어백의 연소성은 FMVSS-302 규정에 따라 코팅된 원단이 1분 당 타들어간 거리(mm/min)를 측정하였다.
필라멘트의 강도 및 탄성률
필라멘트의 강도(g/d) 및 탄성률(g/d)은 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)에서 길이가 25㎝인 시료를 이용하여, 인장속도는 300㎜/분, 초하중은 섬도 × 1/30g을 부여하여 측정하였다.
실시예 1
26 g/d의 인장 강도 및 800 g/d의 탄성률을 갖는 840 데니어/560 필라멘트의 아라미드 섬유를 위사 및 경사로 사용하여 제직하여 커버 팩터가 1,725인 평직 원단을 얻었다.
이어서, 상기 원단을 0.3g/L의 NaOH 및 0.2 g/L의 에톡시레이티드 알코올(Ethoxylated alcohol)계 비이온 계면활성제로 이루어진 세정액이 담겨 있는 정련조에 침지시켰다. 이때, 상기 정련조의 온도를 60℃로 유지한 상태에서 2회 침지시키고, 상기 정련조의 온도를 70℃로 유지한 상태에서 3회 침지시키고, 상기 정련조의 온도를 80℃로 유지한 상태에서 3회 침지시켰다. 이 후, 상기 원단을 수세조에 침지시켜 수세하였다. 이때, 상기 수세조의 온도는 60℃로 유지한 상태에서 4회 침지시켜 수세하였다. 이 후, 수세된 원단을 100℃의 온도에서 건조하고 180℃의 온도에서 열처리하여 정련된 원단을 얻었다.
이어서, 상기 정련된 원단을 점도 10 ㎩·s의 수계 폴리우레탄 수지액(수지 고형분 50%)을 나이프를 이용한 플로팅 나이프 코터에 의해 상기 원단과 상기 나이프의 접압을 6 N/㎝로 유지하여 수지부착량이 50 g/㎡가 되도록 코팅을 한 후, 210 ℃에서 열처리하여 코팅된 원단을 얻었다.
이어서, 상기 코팅된 원단을 레이저 재단기를 이용하여 소정의 형태로 재단하였다.
이어서, 21 g/d의 인장 강도를 갖는 1200 데니어의 아라미드 봉제사를 이용하여 땀수 30 ca/100㎜가 되도록 박음질하여 에어백을 제조하였다.
실시예 2
전술한 실시예 1에서, 4 g/L의 NaOH의 세정액을 사용하여 원단을 정련하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 에어백을 제조하였다.
실시예 3
전술한 실시예 1에서, 8 g/d의 인장 강도를 갖는 620 데니어의 나일론 66 섬유와 상기 아라미드 섬유가 0.2:0.8로 혼합된 섬유를 이용하여 원단을 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 에어백을 제조하였다.
실시예 4 및 5
전술한 실시예 1에서, 상기 평직 원단의 커버 팩터가 각각 1550 및 2050가 되도록 원단을 제직한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 에어백을 각각 제조하였다.
비교예 1
전술한 실시예 1에서, 아라미드 섬유를 이용하는 대신 8 g/d의 인장 강도를 갖는 840 데니어의 나일론 66 섬유를 이용하여 원단을 제조하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 에어백을 제조하였다.
비교예 2
전술한 실시예 1에서, 6 g/L의 NaOH의 세정액을 사용하여 원단을 정련하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 에어백을 제조하였다.
비교예 3
전술한 실시예 1에서, 아라미드 봉제사 대신에 8 g/d의 인장 강도를 갖는 나일론 66 봉제사를 이용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 에어백을 제조하였다.
비교예 4
전술한 실시예 1에서, 아라미드 섬유를 이용하는 대신 8 g/d의 인장 강도를 갖는 나일론 66 섬유를 이용하여 원단을 제조하였고, 접압이 0.1 N/㎝인 조건에서 코팅하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 에어백을 제조하였다.
비교예 5
전술한 실시예 1에서, 아라미드 섬유를 이용하는 대신 8 g/d의 인장 강도를 갖는 나일론 66 섬유를 이용하여 원단을 제조하였고, 나이프를 이용한 플로팅 나이프 코터에 의해 상기 원단과 상기 나이프의 접압을 6 N/㎝로 유지하면서 3 ㎩·s의 수계 폴리우레탄 수지액(수지 고형분 50%)을 수지부착량이 10 g/㎡가 되도록 코팅하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 에어백을 제조하였다.
비교예 6 및 7
전술한 실시예 1에서, 상기 평직 원단의 커버 팩터가 각각 1450 및 2150이 되도록 원단을 제직하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 에어백을 각각 제조하였다.
위 실시예들 및 비교예들에 의해 얻어진 에어백의 연소성, 인장 강도, 봉목 강도, 폴링 성능, 접착성을 상술한 방법으로 측정하였고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
에어백의
인장강도
(kgf/10mm)		 연소성
(mm/min)		 봉목강도
(kgf/20mm)		 접착성 폴딩 성능
(mm)		 수지에 코팅된 모노필라멘트의 비율
(%)		 수지 침투 비율
(%)
실시예 1 175 자소됨 315 ○ 30 18 54
실시예 2 140 자소됨 306 ○ 31 18 55
실시예 3 132 자소됨 301 ○ 34 22 58
실시예 4 166 자소됨 218 ○ 29 19 58
실시예 5 178 자소됨 381 ○ 31 18 53
비교예 1 76 101 286 ○ 36 20 56
비교예 2 128 자소됨 292 ○ 34 20 57
비교예 3 175 자소됨 158 ○ 31 22 56
비교예 4 76 98 283 × 37 0 70
비교예 5 76 95 281 ○ 50 100 91
비교예 6 151 자소됨 197 ○ 30 20 60
비교예 7 179 자소됨 425 ○ 46 15 51
100: 원단 200: 코팅층

Claims (15)

  1. 600 내지 1000 g/d의 탄성률 및 20 내지 30g/d의 인장 강도를 갖는 아라미드 섬유를 포함하고 1500 내지 2100의 커버 팩터를 갖는 원단; 및
    상기 원단 표면 상에 형성된 코팅층을 포함하고,
    ASTM D 1683의 규격에 따라 측정된 접합부의 봉목 강도가 200 내지 600 kgf/20mm이고,
    상기 원단은 상기 코팅층으로 코팅된 제1 모노 필라멘트들과 상기 코팅층으로 코팅되지 않은 제2 모노 필라멘트들을 포함하고,
    상기 제1 모노 필라멘트들의 개수는 상기 원단을 구성하는 모노 필라멘트들의 총 개수의 5 내지 30 %이며,
    상기 코팅층이 상기 원단의 내부로 침투한 깊이가 상기 원단의 두께의 10 내지 60%인 것을 특징으로 하는 에어백.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합부는 봉제사에 의해 상기 원단이 접합됨으로써 형성되고,
    상기 봉제사는 아라미드 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백.
  3. 제1항에 있어서,
    ASTM D 5034의 규격에 따라 측정된 상기 에어백의 인장 강도는 130 내지 200 kgf/10mm인 것을 특징으로 하는 에어백.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원단은 FMVSS-302에 규정에 의해 연소성을 측정할 경우 자소성을 갖는 것을 특징으로 하는 에어백.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원단은 0.2 중량% 이하의 유제를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원단은 나일론 66 필라멘트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 600 내지 1000 g/d의 탄성률 및 20 내지 30g/d의 인장 강도를 갖는 아라미드 섬유를 포함하고 1500 내지 2100의 커버 팩터를 가지는 원단을 제조하는 공정;
    상기 원단을 정련하는 공정;
    상기 정련된 원단의 표면에 수지를 코팅하는 공정;
    상기 코팅된 원단을 소정의 형태로 재단하는 공정; 및
    봉목 강도가 200 내지 600 kgf/20mm을 갖도록 아라미드 섬유를 포함하는 봉제사를 이용하여 상기 재단된 원단을 접합시키는 공정을 포함하고,
    상기 원단의 전체 모노 필라멘트들의 개수에 대한 상기 수지에 코팅된 상기 원단의 모노 필라멘트들의 개수의 비율이 5 내지 30 %가 되도록 상기 코팅 공정이 수행되며,
    상기 수지의 상기 원단 내부로의 침투 깊이가 상기 원단 두께의 10 내지 60%가 되도록 상기 코팅 공정이 수행되는 에어백의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정련 공정은 상기 원단에 잔류하는 유제 함량을 0.2 중량% 이하로 낮추는 것을 특징으로 하는 에어백의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 정련 공정은,
    0.2 ~ 10g/L의 Na2CO3 또는 0.2 ~ 5g/L의 NaOH, 및 0.2 ~ 10g/L의 계면활성제를 포함하는 50 내지 80℃의 세정액에 상기 원단을 침지시키는 공정; 및
    상기 세정액에 침지된 원단을 수세하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정련 공정은 상기 수세된 원단을 120 내지 200 ℃에서 열처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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