KR101984944B1 - 에어백용 원단의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어백용 원단의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 오일 픽업율(OPU)이 0.2% 내지 0.7%인 원사를 사용하여 워터젯 방식으로 제직하는 단계, 및 상기 제직된 직물을 텐터링하는 단계를 포함하는 에어백용 원단의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 에어백용 원단의 제조공정에 있어서 정련공정을 생략하여 제조 시간을 줄이고 제조 비용을 절감하면서, 공업 용수 및 전력 등의 사용을 대폭 절감하여 공해물질의 배출을 줄여 친환경적으로 제조할 수 있다.

Description

에어백용 원단의 제조방법 {A METHOD OF PREPARATION FABRICS FOR AIRBAG}
본 발명은 에어백용 원단의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 워터젯 방식의 원단 제직 공정을 최적화함으로써 정련 공정을 생략하고도 장기간의 고온 열처리 이후 기계적 물성 및 에너지 흡수 성능이 우수한 에어백용 원단을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 에어백(air bag)은, 주행중인 차량이 약 40 km/h 이상의 속도에서 정면의 충돌시, 차량에 가해지는 충돌충격을 충격감지센서에서 감지한 후, 화약을 폭발시켜 에어백 내부로 가스를 공급하여 팽창시킴으로써, 운전자 및 승객을 보호하는 장치를 말하는 것이며, 일반적인 에어백 시스템의 구조는 도 1에 도시한 것과 같다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 일반적인 에어백 시스템은 뇌관(122)의 점화에 의해 가스를 발생시키는 인플레이터(inflater; 121), 그 발생된 가스에 의해 운전석의 운전자 쪽으로 팽창 전개되는 에어백(124)으로 이루어져 조향 휠(101)에 장착되는 에어백 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 시스템은 차량이 정면 충돌하게 되면, 충격 센서(130)에서 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(124)을 팽창시킨다. 이렇게 팽창되어 전개된 에어백(124)은 운전자의 전면 상체와 접촉하면서 충돌에 의한 충격하중을 부분적으로 흡수하고, 관성에 의해 운전자의 머리와 가슴이 전방으로 나아가면서 팽창된 에어백(124)과 충돌될 경우, 에어백(124)의 가스는 에어백(124)에 형성된 배출공으로 급속히 배출되며 운전자의 전면부에 완충 작용하게 된다. 따라서, 전면 충돌시 운전자에게 전달되는 충격력을 효과적으로 완충시켜 줌으로써, 2차 상해를 경감할 수 있게 된다.
상기와 같이, 자동차에 사용되는 에어백은 일정한 형태로 제조된 후, 그 부피를 최소화하기 위하여 접힌 상태로 자동차의 핸들이나 자동차 측면 유리창 또는 측면 구조물 등에 장착되어 접힌 상태를 유지하였다가 인플레이터(121) 작동시 에어백이 팽창되어 전개될 수 있도록 한다.
이렇게 인플레이터에서 급속한 가스 발생 등에 따른 에어백 전개시 우수한 팽창 성능 및 전개 성능이 발휘될 수 있도록 하기 위해서는 코팅층을 추가 적용하여 원단의 기밀성을 높일 수 있다. 그러나, 코팅 원단의 경우에, 인플레이터에서 고온, 고압의 가스가 발생되는 조건에서 코팅면이 박리되어 공기 차단 효과가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 자동차에 장착된 에어백이 실제로 전개 성능을 발휘하기 전까지 매우 밀폐된 공간에 장시간 보관된 상태로 유지되는데, 기존의 원단과 코팅 약제의 접착력이 습도 등에 의해 급속하게 떨어지며 인플레이터 전개시 코팅면이 쉽게 박리되는 현상이 나타나기 때문에, 고온 다습의 가혹 조건 하에서 충분한 전개 성능을 유지하는데 있어서 원단과 코팅약제 간의 접착력은 매우 중요하다. 에어백 코팅원단 제조에 있어서 이러한 접착력을 최적화하기 위해 이루어지는 공정이 바로 정련공정이다. 하지만 에어백 코팅원단의 제조공정은 정련공정 외에도 방사공정, 제직공정, 텐터링공정, 코팅공정, 가황공정 등 많은 공정들이 있으며, 이러한 많은 공정들로 인해 작업속도 및 생산성이 저하된다. 특히 정련공정의 경우 많은 제조시간과 높은 생산원가가 소요될 뿐만 아니라, 공업용수의 부족과 수질오염 등 환경오염을 유발하는 문제점이 있었다.
따라서, 정련공정을 생략하고도 에어백 전개시 우수한 팽창 성능 및 전개 성능을 발휘할 수 있도록, 원단과 코팅약제의 접착력이 고온, 다습의 에이징 조건에서도 박리되지 않고 우수한 접착력을 유지할 수 있는 에어백용 원단 개발에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 정련공정을 생략하고도 장시간의 고온 가혹 조건 하에서 에어백 전개시 우수한 팽창 성능 및 전개 성능을 유지할 수 있는 에어백용 원단을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조되는 에어백용 원단을 제공하고자 한다.
본 발명은 오일 픽업율(OPU)이 0.2% 내지 0.7%인 원사를 사용하여 워터젯 방식으로 제직하는 단계, 및 상기 제직된 직물을 텐터링하는 단계를 포함하는 에어백용 원단의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조되는 에어백용 원단을 제공하고자 한다.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 에어백용 원단의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 에어백용 원단에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다.
추가적으로, 본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함" 또는 "함유"라 함은 어떤 구성 요소(또는 구성 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소(또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.
일반적으로 에어백 원단을 제조하기 위해 우선 방사 공정과 제직 공정이 필요하고 각각의 공정을 원활하게 하기 위해(필라멘트의 집속성 및 절단방지) 방사유제(OPU,%), 제직호제(%)를 사용하게 된다. 기존의 방사공정과 제직공정에서는 많은 양의 제직유제 및 방사유제를 사용함에 따라 에어백 원단을 제조할 경우 위에 언급된 유제가 이후 코팅공정에서 코팅약제와 원단과의 접착성을 방해하는 요소로 작용하기 때문에 정련 공정을 통해 이러한 약제들을 제거하게 된다. 그러나, 이러한 정련 공정을 수행에 따라 원단 제조 공정 효율이 현저히 떨어지며, 이러한 공정에서 원단의 손상으로 인해 최종적으로 제조되는 에어백 제품의 성능이 저하되는 현상이 나타났다.
이에 따라, 본 발명자들은 방사공정과 제직공정에서의 유제량을 최소화하고 워터젯을 사용하여 유제함량을 최적화하고, 정련공정을 생략하고도 원단과 코팅약제와의 접착성에 문제가 없는 에어백용 원단을 제조할 수 있다는 점을 확인하고 발명을 완성하였다.
발명의 일 구현예에 따르면, 별도의 정련 공정을 수행하지 않는 되는 에어백용 원단의 제조 방법이 제공된다. 이러한 에어백용 원단의 제조 방법은 오일 픽업율(OPU)이 0.2% 내지 0.7%인 원사를 사용하여 워터젯 방식으로 제직하는 단계, 및 상기 제직된 직물을 텐터링하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명에서 에어백용 원단이라 함은 자동차용 에어백의 제조에 사용되는 직물 또는 부직포 등을 말하는 것으로, 통상적으로 사용 가능한 것은 모두 사용가능하며 그 종류에 크게 제한되지 아니하다. 예를 들면, 상기 에어백 원단은 나일론계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리올레핀계 섬유, 및 아라미드계 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원사로 제조될 수 있다.
본 발명은 오일 픽업율(OPU, oil pick-up)이 최적화된 원사를 사용하여 최적화된 워터젯 제직 공정을 적용함으로써, 정련공정을 생략하고도 높은 습도의 가혹 조건 하에서 에이징 후에도 에어백 전개시 우수한 전개 성능을 발휘할 수 있도록, 유출 방지 및 우수한 기밀성과 형태안정성을 확보할 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 원사는 오일 픽업율(OPU, oil pick-up), 섬유 제조시 방사 유제의 오일 픽업율이 0.2% 내지 0.7%, 바람직하게는 0.25% 내지 0.65%, 좀더 바람직하게는 0.4% 내지 0.6%를 갖는 것을 사용할 수 있다. 특히, 상기 원사는 필라멘트간 집속성 및 원사 절단 측면에서 오일 픽업율이 0.2% 이상이 되어야 하고, 에어백용 원단 제조시 후속 단계의 코팅 약제와의 접착성 측면에서 0.7% 이하가 되어야 한다.
상기 원사는 인장강도가 8.3 내지 9.3 g/d이고, 절단신도가 14% 내지 22%, 건열수축율이 1.2 % 내지 5.0 %를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 섬유의 섬도는 210 내지 1,500 데니어, 바람직하게는 315 내지 1,260 데니어를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 강도 측면에서 섬도가 315 데니어 이상이 바람직하고, 수납성 측면에서 원사의 굵기가 1,260 데니어 이하인 것이 바람직하다. 상기 데니어는 원사 또는 섬유의 굵기를 나타내는 단위로서, 길이 9,000 m가 1g 일 경우 1 데니어로 한다.
본 발명에서 에어백용 원단은 상기 섬유를 위사 및 경사로 이용하여 직물을 제직하고, 텐터링 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
본 발명에서 에어백의 제직 공정은 일정한 간격으로 경사와 위사를 배열하여 생지를 만드는 작업으로, 상기 직물 제직 단계에서 원단의 제직형태는 특정 형태에 국한되지 않으나, 통상적으로 사용 가능한 것은 모두 사용가능하며 일반적으로는 평직인 것을 사용할 수 있다. 그러나, 상기 제직 단계에 있어서 제직기의 경우 워터젯(Water Jet) 제직기를 이용한 제직방법으로 한정한다. 상기 워터젯(Water Jet) 제직기의 경우 물을 통해 위사가 위입하는 방식으로 제직과정에서 항상 섬유가 물에 노출되어 있으며, 개구운동과 바디침 운동을 통해 섬유가 움직이면서 섬유내의 방사유제 및 제직유가 제거되는 측면에서 바람직하다. 특히, 본 발명에서는 워터젯을 사용하여 원사에 묻어있는 방사유제와 제직유제를 효과적으로 세척하며, 별도의 정련 공정을 수행하지 않고도 우수한 코팅약제와의 접착성을 달성할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 오일 픽업율이 최적화된 원사를 사용함과 동시에, 상기 제직 공정을 제직 유제 함량이 0.4 % 내지 0.8%, 바람직하게는 0.45% 내지 0.75%, 좀더 바람직하게는 0.5% 내지 0.7%로 최적화되도록 수행할 수 있다.
이때, 상기 에어백 원단의 제직 장력은 200 내지 400 N, 바람직하게는 200 내지 300 N이 될 수 있으며, 제직성 측면에서 제직장력은 200 N 이상이 바람직하고, 방사유제 및 제직유의 감소에 따른 원사의 절단발생 측면에서 제직장력이 400N 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 에어백 원단의 제직 속도는 400 내지 700 RPM, 바람직하게는 450 내지 650 RPM이 될 수 있으며, 생산성 측면에서 제직속도는 450 RPM 이상이 바람직하고, 방사유제 및 제직유의 제거와 불량발생 측면에서 제직속도가 650 RPM 이하인 것이 바람직하다.
이 때, 상기 에어백용 원단은 경사밀도 및 위사밀도, 즉, 경사방향 및 위사방향의 제직밀도가 각각 36 내지 65 th/inch, 바람직하게는 38 내지 63 th/inch, 좀더 바람직하게는 40 내지 60 th/inch가 될 수 있다. 상기 에어백 원단의 경사밀도 및 위사밀도는 에어백용 원단의 우수한 기계적 물성 확보 측면에서는 각각 36 th/inch 이상이 될 수 있으며, 원단의 기밀도를 향상시키고 폴딩성을 향상시키는 측면에서 각각 65 th/inch 이하가 될 수 있다.
또한, 상기 에어백용 원단에서 기밀성을 위해서는 고압의 공기 등에 의한 인장력에 견뎌서 신장이 최소한으로 되고, 이와 동시에 에어백 작동시 충분한 기계적 물성을 확보하기 위해서는 고온 고압의 가스 배출에서 에너지 흡수 성능이 최대한으로 되는 것이 매우 중요하다. 이에 따라, 상기 원단은 하기 계산식 1에 의하여 원단의 커버팩터가 1,800 내지 2,460이 되도록 제직 및 가공함으로써 에어백 전개시 기밀성 및 에너지 흡수 성능을 더욱 좋게 할 수 있다.
[계산식 1]
Figure 112012079835403-pat00001
여기서, 상기 원단의 커버팩터가 1,800 미만일 때는 공기 팽창시 공기가 외부로 쉽게 배출되는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 원단의 커버팩터가 2,460을 초과할 경우 에어백 장착시 에어백 쿠션의 수납성 및 폴딩성이 현저히 떨어질 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 워터젯(Water Jet) 제직기를 이용한 제직 공정을 통해 만들어진 젖은 원단들은 스팀 실린더를 이용하여 말려줌으로써, 다음 공정인 텐터링 공정을 통해 열고정이 효과적으로 이루어질 수 있도록 도와줄 수 있다. 즉, 본 발명은 상기 제직된 직물을 120 내지 160 ℃, 바람직하게는 130 내지 150 ℃, 좀더 바람직하게는 135 내지 140 ℃의 온도 조건 하에서 스팀 실린더로 건조시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 추가 건조 공정은 원단의 치수안정성과 코팅약제와의 접착성 측면에서 120 ℃ 이상에서 수행할 수 있으며, 원단의 열수축 측면에서 160℃ 이하로 수행할 수 있다. 이렇게 예비 건조 공정을 마친 원단은 외부 영향에 의한 변화가 없도록 형태 고정을 해주는 열고정 단계인 텐터링 공정을 진행할 수 있다. 상기 예비 건조 공정을 통해, 본 발명은 워터젯으로 제직한 원단의 수분 함량을 최소화하여, 이후의 텐터링 단계에서 제품에 요구되는 밀도를 일정 수준으로 조정해주는 공정을 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.
상기 텐터링 공정은 상기 제직 단계에서 만들어진 원단의 밀도를 제품으로서 요구되는 일정 수준으로 조정해줌으로써 원단의 밀도 및 치수를 조절해주는 공정이다. 본 발명에서 상기 텐터링 단계는 150 내지 190 ℃, 바람직하게는 155 내지 185 ℃, 좀더 바람직하게는 160 내지 180 ℃의 온도 조건 하에서 수행할 수 있다. 상기 텐터링 공정 온도는 원단의 열수축을 최소화하고 치수 안정성을 향상시키는 측면에서 상술한 바와 같은 범위로 수행할 수 있다. 상기 텐터링 공정은 원단을 쿨링 실린더를 이용하여 식혀준 후 권취함으로써 가공 공정을 마무리할 수 있다.
한편, 상기 텐터링 공정 후에 얻어진 비코팅 원단은 속슬렛 추출 방법(soxhlet extraction method)으로 측정된 잔지율이 0.5% 이하 또는 0.05% 내지 0.5%, 바람직하게는 0.49% 이하, 좀더 바람직하게는 0.48% 이하, 더욱 바람직하게는 0.4% 이하가 될 수 있다.
이 때, 상기 비코팅 원단의 잔지율이 0.5%을 초과하는 경우, 원단과 코팅 약제의 접착력이 저하되어, 인플레이터 전개시 코팅면이 쉽게 박리되는 문제점이 나타날 수 있다. 이렇게 코팅면이 박리되는 경우는 박리된 부분으로 가스가 빠져나가 에어백 쿠션의 내압이 충분히 유지되지 않기 때문에 탑승자를 안전하게 보호할 수 없게 되므로, 비코팅 원단의 잔지율은 0.5% 이하로 최소화될 수 있다. 다만, 원단 제조시 공정 효율 향상 및 공정상 원단수축율을 최적화하는 측면에서, 상기 비코팅 원단의 잔지율은 0.05% 이상, 0.08% 이상, 0.1% 이상, 또는 0.12% 이상으로 조절할 수도 있다.
또한, 상기 비코팅 원단의 잔지율은 속슬렛 추출 방법(soxhlet extraction method)으로 측정할 수 있다. 여기서, 상기 속슬렛 추출 방법은 고체 시료에 대해 휘발성 용매를 사용하여 시료내의 대상 물질을 추출하는 방법에 해당한다. 본 발명에서는 이러한 속슬렛 추출 방법에 따라 비코팅 원단에 남아있는 오일 또는 불순물의 함량을 측정하여, 하기 계산식 2에 따라 비코팅 원단의 잔지율을 산측할 수 있다.
[계산식 2]
잔지율 (%) = (WE/WF) × 100
식 중, WE는 비코팅 원단으로부터 속슬렛 추출 (Soxhlet extraction method)방법으로 측정한 추출물의 양을 나타내고, WF는 비코팅 원단의 중량을 나타낸다.
본 발명은 상술한 바와 같이, 원사의 오일 픽업율을 사용하여 제직 공정 및 텐터링 공정을 최적화함으로써, 별도의 정련 공정을 수행하지 않고도 우수한 코팅 약제와의 접착성능을 나타내며 가스 유출 방지 및 우수한 기밀성과 형태안정성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 제직된 직물을 고무성분으로 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 고무성분에 의한 코팅은 직물의 일면 또는 양면에 실시할 수 있으며, 상기 고무성분으로는 분말(powder)형 실리콘, 액상(liquid)형 실리콘, 폴리우레탄, 클로로프로렌, 네오프렌고무, 폴리비닐클로라이드, 및 에멀젼형 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 분말(powder)형 실리콘, 액상(liquid)형 실리콘, 또는 그의 혼합물을 포함하는 것이 기밀성 및 전개시 강도 유지 측면에서 바람직하다.
또한, 상기 고무성분의 단위면적당 코팅량은 15 내지 150 g/m2, 바람직하게는 20 내지 140 g/m2, 좀 더 바람직하게는 30 내지 130 g/m2가 되도록 사용할 수 있으며, 우수한 내스크럽성 특성 및 내압 유지 효과를 얻기 위해서는 상기 코팅량이 15 g/m2 이상이 될 수 있으며, 수납성 측면에서 상기 코팅량이 150 g/m2 이하가 될 수 있다.
상기 고무성분의 코팅은 에어백용 원단의 기계적 물성 향상 및 평직 원단 표면으로의 공기 투과를 효과적으로 차단하기 위한 것이며, 원단과의 화학적 결합 등을 통해 접합 성능 및 기밀성을 향상시키기 위한 것이다. 상기 고무성분의 코팅은 원단면의 전체에 걸쳐 실시한다. 코팅방법으로는 나이프 코팅법, 닥터블레이드법, 분무 코팅법 등으로 통상의 코팅법을 실시할 수 있으며, 바람직하게는 나이프 코팅법을 사용한다.
예컨대, 나이프 오버 에어(knife over Air) 방식을 이용하면, 코팅양은 칼날의 날카로운 정도와 원단의 장력을 통해 조절할 수 있다. 코팅 공정 순서는 먼저 코팅 중량에 따라 나이프 두께 확인 후 장착을 한 후 코팅 약제가 옆으로 흘러 내지 않도록 액막이 판 장착을 할 수 있다. 또한, 코팅 중량에 따라 높이와 각도를 세팅한 후 실리콘 토출을 진행함으로써, 베이스 코팅(base coating) 작업을 수행할 수 있다. 한편, 코팅의 두께와 점성으로 발생한 원단의 붙는 현상을 억제하기 위하여 탑코팅 작업을 진행할 수 있다. 이 때, 그라비아 롤(gravure roll) 방식을 이용하여 탑 코팅(top coating)을 진행할 수 있다.
이렇게 코팅이 끝난 원단을 건조시켜주고 코팅 약제를 경화시키기 위해 추가로 가황 공정을 수행할 수 있다. 가황공정을 마지막으로 코팅공정이 마무리가 된다.
상기 가황공정은 150 내지 200 ℃, 바람직하게는 160 내지 190 ℃, 및 가장 바람직하게는 165 내지 185 ℃의 온도에서 경화시키는 과정을 수행할 수 있다. 상기 가황온도는 내스크럽성 향상 측면에서 150 ℃ 이상이 될 수 있으며, 바람직한 원단 두께 및 강연도 확보 측면에서 200 ℃ 이하가 될 수 있다. 또한, 상기 가황온도에서 경화 시간은 120 초 내지 300 초, 바람직하게는 150 초 내지 250 초, 및 가장 바람직하게는 180 초 내지 240 초 범위에서 수행할 수 있다. 여기서, 상기 경화시간이 120 초 미만인 경우에 고무 성분에 의한 코팅층의 경화 작업이 효과적으로 이뤄지지 않아 원단의 기계적 물성이 저하되며 코팅이 벗겨질 수 있다. 반면에, 상기 경화 시간이 300 초를 초과하는 경우에 최종 제조된 원단의 강연도 및 후도가 증가하여 폴딩성이 떨어질 수도 있다.
본 발명에서는 상술한 바와 같이 오일 픽업율이 최적화된 원사를 사용하여 워터젯 제직 공정을 최적하여 적용함으로써 정련 공정을 생략하고도 원단과 코팅 약제의 접착력을 좋게하여 고온, 다습의 조건에서도 코팅면이 박리되지 않고, 우수한 내압 유지 성능 및 전개 성능을 확보할 수 있다. 특히, 본 발명은 방사 및 제직 공정에 사용되는 유제의 함량을 최소화하고, 추가로 워터젯에서의 제직 속도와 제직 장력을 최적화하여 원단내의 유제 함량을 최적화함으로써 기존공정에서 유제를 제거하기 위한 공정인 정련공정을 생략하고도 코팅약제와 원단과의 접착성에 문제가 없으며, 에어백 쿠션을 제작하는데 필요한 많은 공정중 정련공정을 생략할 수 있어 생산성이 향상되고 특히 정련공정의 문제점인 많은 제조시간과 높은 생산원가를 절약할 수 있고 공업용수의 부족과 수질오염 등 환경오염을 유발하는 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따라, 상술한 바와 같은 방법으로 제조되는 에어백 원단이 제공된다. 본 발명에 따라 제조되는 에어백용 원단은 재단 및 박음질 과정 등의 추가 가공 처리 공정을 거쳐 일정한 형태의 에어백으로 제조될 수 있다. 상기 에어백은 특별한 형태에 국한되지 아니하며 일반적인 형태로 제조될 수 있다.
본 발명은 별도의 정련 공정을 수행하지 않으며 전체 공정 효율을 향상시켰을 뿐만 아니라, 이렇게 정련 공정을 거치지 않더라도 에어백 쿠션으로 제조시 기밀성 및 형태 안정성이 우수한 원단을 제공할 수 있다. 특히, 기존에 알려진 방식으로 제조된 원사에 대해 통상의 제직 공정을 적용하여 원단을 제조하는 경우에, 즉, 이러한 종래의 미정련 방식으로 제조된 코팅 원단의 경우에는 스크럽 물성이 현저히 저하되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 본 발명의 제조 공정을 통해 미정련 원단을 제조할 경우 기존 정련 공정을 거친 원단과 동일 이상의 스크럽 물성이 나오는 장점이 있다.
본 발명에 따른 에어백용 원단은 특히, 나일론계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리올레핀계 섬유, 및 아라미드계 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유를 포함하고, 텐터링 공정 후에 얻어진 비코팅 원단은 속슬렛 추출 방법으로 측정된 잔지율이 0.5% 이하 또는 0.05% 내지 0.5%, 바람직하게는 0.4% 이하 또는 0.1% 내지 0.4%, 좀더 바람직하게는 0.35% 이하 또는 0.15% 내지 0.35%가 될 수 있다.
상기 에어백용 원단에서 섬유의 섬도, 제직 밀도, 커버팩터, 고무성분 코팅층 등에 관한 구체적인 내용은 상술한 바와 같다.
본 발명의 에어백용 원단은 미국재료시험협회규격(ASTM) D 1777의 방법으로 측정한 후도가 0.5 mm 이하 또는 0.05 내지 0.5 mm, 바람직하게는 0.3 mm 이하, 좀더 바람직하게는 0.2 mm 이하가 될 수 있다. 특히, 섬유의 섬도를 315 데니어로 적용하며, 코팅량이 95 g/m2인 경우에는 0.38 mm 이하, 75 g/m2인 경우에는 0.35 mm 이하, 35 g/m2 인 경우에는 0.32 mm 이하의 두께가 될 수 있다. 또한, 섬유의 섬도를 420 데니어로 적용하며, 코팅량이 95 g/m2인 경우에는 0.5 mm 이하, 75 g/m2인 경우에는 0.45 mm 이하, 35 g/m2인 경우에는 0.39 mm 이하의 두께가 될 수 있다. 상기 원단의 후도는 에어백에 장착시 충분한 강도를 나타낼 수 있는 정도에서 최소한의 두께를 유지하는 게 바람직하며, 상기 원단의 후도가 0.5 mm를 초과하는 경우에는 에어백 수납시 접힌 부분이 돌출되어 매끄럽게 장착하기 어려울 수 있다.
또한, 본 발명의 에어백용 원단은 마찰에 의한 기계적 강도를 나타내는 내스크럽성을 국제표준화기구 ISO 5981 방법으로 측정하였을 때, 내스크럽 횟수가 1,400 스트로크(stroke) 이상 또는 1,400 내지 5,000 스트로크(stroke), 바람직하게는 1,450 스트로크(stroke) 이상, 좀더 바람직하게는 1,500 스트로크(stroke) 이상이 될 수 있다. 여기서, 상기 내스크럽성이 1,400 스트로크(stroke) 미만인 경우에는 코팅이 벗겨지는 박리 현상(delamination) 문제가 발생하여 자동차 장착시 외부 힘에 의해 쉽게 코팅면이 벗겨지거나 전개시 내압 유지가 저하(코팅면이 가스에 의해 쉽게 벗겨짐) 잘 되지 않아 성능이 이상을 초래할 수도 있다.
상기 에어백용 원단은 상온(24 ℃: degrees Ceisius, 40%) 조건 하에서뿐만 아니라 고온 다습의 장기 에이징 조건 하에서, 예컨대, 70 ℃, 95%, 408 hr의 조건 하에서도 상술한 바와 같은 우수한 내스크럽 특성을 유지할 수 있는 장점이 있다. 특히, 본 발명의 에어백용 원단은 국제표준화기구 ISO 5981 방법에 따라 상온에서 측정한 내스크럽 횟수가 2,000 스트로크(stroke) 이상 또는 2,000 내지 4,000 스트로크(stroke), 바람직하게는 2,050 스트로크(stroke) 이상, 좀더 바람직하게는 2,100 스트로크(stroke) 이상이 될 수 있다. 이와 함께, 상기 에어백용 원단은 고온 다습의 장기 에이징 조건 하에서 측정한 내스크럽 횟수가 1,400 스트로크(stroke) 이상 또는 1,400 내지 3,500 스트로크(stroke), 바람직하게는 1,450 스트로크(stroke) 이상, 좀더 바람직하게는 1,500 스트로크(stroke) 이상이 될 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따라, 상기 에어백용 원단을 이용하여 제조된 에어백을 포함하는 에어백 시스템이 제공한다.
상기 에어백 시스템은 관련 업자들에게 잘 알려진 통상의 장치를 구비할 수 있다. 상기 에어백은 크게 프론탈 에어백(Frontal Airbag)과 사이드 커튼 에어백(Side Curtain Airbag)으로 구분될 수 있다. 상기 프론탈용 에어백에는 운전석용, 조수석용, 측면보호용, 무릎보호용, 발목보호용, 보행자 보호용 에어백 등이 있으며, 사이드 커튼 타입 에어백은 자동차 측면충돌이나 전복사고시 승객을 보호하게 된다. 따라서, 본 발명의 에어백은 프론탈용 에어백과 사이드 커튼 에어백을 모두 포함한다.
본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 오일 픽업율이 최적화된 원사를 사용하여 워터젯 제직 공정을 수행함으로써 정련공정을 생략하고도 장기간의 고온 열처리 이후 기계적 물성 및 에너지 흡수 성능 등이 우수한 에어백용 원단을 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명은 에어백용 원단 제조시 정련 공정을 생략할 수 있어, 전체 제조 공정 시간을 줄이고 제조 비용을 절감하면서, 공업용수 및 전력 등의 사용을 대폭 절감하여 공해물질의 배출을 줄여 친환경적으로 제조할 수 있다.
또한, 이렇게 제조된 에어백용 원단은, 정련공정을 생략하고도 코팅약제와 원단의 접착력이 우수하여 인플레이터 전개시 코팅면이 박리되지 않아 우수한 형태안정성, 기계적 물성, 공기 차단 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 높은 습도의 가혹 조건 하에서 에이징 후에도 우수한 내압유지 성능을 유지하며 승객에게 가해지는 충격을 최소화하여 탑승자를 안전하게 보호할 수 있다.
도 1은 일반적인 에어백 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 국제표준화기구규격 ISO 5981의 방법에 따른 내스크럽성 측정 장치를 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 원단을 사용하여 에어백 쿠션을 제조한 후에, 전개시험을 끝낸 쿠션의 원단 단면 광학현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 2 에 따라 제조된 원단을 사용하여 에어백 쿠션을 제조한 후에, 전개시험을 끝낸 쿠션의 원단 단면 광학현미경 사진이다.
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 1~5
하기의 표 1에 나타낸 바와 같은 원사 종류, 섬도, 오일 픽업율(OPU, oil pick-up, %), 제직 밀도, 제직 속도 등의 조건으로 워터젯(Water Jet) 제직기를 사용하여 직물을 제직한 후, 텐터링 공정을 거친 비코팅(Non-Coating)원단을 에어백용 직물제 원단으로 사용하였다.
이때, 원사의 오일 픽업율(OPU, oil pick-up, %)은 후술되는 잔지율과 동일한 방법으로 측정하고 하기 계산식 3에 따라 산측하여 나타내었다.
[계산식 3]
OPU(%)= (원사 중량/원사중량+방사유제) × 100
또한, 이렇게 제조된 비코팅 원단에 액상 실리콘 고무(LSR) 수지를 기초로 하는 실리콘 코팅 약제를 사용하여, 나이프 오버 에어(knife over air) 방식으로 실리콘 고무의 코팅량이 35 g/m2가 되도록 코팅하고 건조시킨 다음, 가황 온도 190 ℃에서 300 초 동안 경화시켜 에어백용 실리콘 코팅(coating) 원단을 제조하였다.
이렇게 제조된 에어백용 원단에 대하여 다음의 방법으로 물성을 측정하였으며, 측정된 물성은 하기 표 1에 정리하였다.
(a) 잔지율(%)
상기 비코팅 원단의 잔지율(%)은 속슬렛 추출 (soxhlet extraction method)방법으로 측정하였다. 먼저, 건조 공정을 마친 후에 비코팅 원단을 시편으로 사용하여 이에 대한 잔지율(%)을 측정하였다. 상기 비코팅 원단 시편의 중량(WF, Weight of non-coated Fabric)을 측정하고, 상기 비코팅 원단 시편으로부터 속슬렛 추출 (soxhlet extraction method)방법에 따라 에틸에테르(ethyl ether) 용매를 사용하여 원단에 남아있는 유제 또는 불순물을 추출하였다. 상기 추출액으로부터 에테르와 수분을 증발시킨 후에 얻어지는 추출물의 양(WE, Weight of Extract)을 측정하고, 이를 비코팅 원단의 중량(WF, Weight of non-coated Fabric)을 기준으로 하기 계산식 2에 따라 산측하여, 비코팅 원단의 잔지율(%)을 측정하였다.
[계산식 2]
잔지율 (%) = (WE/WF) × 100
상기 계산식 1에서, WE는 상술한 바와 같이 비코팅 원단으로부터 속슬렛 추출 (Soxhlet extraction method)방법으로 측정한 추출물의 양, 즉, 오일 및 불순물 등의 양을 나타내고, WF는 상술한 바와 같이 건조 공정을 통해 얻어진 비코팅 원단의 중량을 나타낸다.
(b) 내스크럽성
도 2에 나타낸 바와 같은 국제표준화기구규격 ISO 5981에 따른 내스크럽성 측정 장치를 사용하여 원단의 내스크럽 특성을 평가하였다.
먼저, 코팅 원단으로 시편을 재단하여 상기 스크럽 테스트 장치에서 프레스(PRESS)로 원단 시편을 눌러주고 원단 시편의 양쪽을 잡고 반복 운동시켜주며 스크럽 테스트를 실시하여, 원단에 코팅층이 벗겨지기 시작하기 전까지의 횟수를 측정하였다.
이때, 내스크럽성 측정은 하중(pressure force) 10 N의 조건 하에서 마모자의 왕복운동 전체 횟수를 측정하여 나타내는데, 매 50회(stroke)마다의 왕복운동 후 코팅층이 벗져지지 않으면 "pass"되어 계속해서 왕복운동을 진행하고, 코팅층이 벗겨지게 되면 "fail"로 상기 왕복운동을 중지하게 되는데. 이때의 코팅층이 벗겨지는 시점의 횟수를 원단의 경사/위사 방향으로 각각 측정하였다.
상기 코팅 원단 시편을 각각 상온 조건 및 70℃, 95%, 408 hr에서 에이징 후의 조건으로 내스크럽성 테스트를 수행하였다. 상술한 바와 같은 방법으로 측정한 내스크럽성 횟수가 상온 조건 및 상기 에이징 조건 하에서 모두 1,500 스토로크(stroke) 이상인 경우에 "양호"로 평가하고, 1,500 스트로크(stroke) 미만인 경우를 "불량"으로 평가하였다.
또한, 이렇게 제조된 에어백용 원단에 대하여 코팅 원단을 사용하여 커튼 에어백 쿠션으로 제작하여 전개테스트를 실시하여, 화약이 터지는 시점부터 만개까지의 시간(msec)을 측정하고 쿠션의 파열 여부를 확인하였다.
비교예 1~2
하기의 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 직물을 제직한 후 텐터링 공정을 거친 비코팅 (Non-Coating)원단을 에어백용 직물제 원단으로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 에어백용 원단 및 이를 포함하는 에어백 쿠션을 제조하였다.
실시예 1~5 및 비교예 1~2에 따른 에어백용 원단 제조의 주요 공정 조건 및 제조된 원단과 에어백 쿠션에 대한 물성 측정 결과는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2
원사 종류 PET PET PET PET PET PET PET
경사섬도(de) 420 420 500 500 600 500 500
위사섬도(de) 420 420 500 500 600 500 500
오일픽업율 OPU(%) 0.58 0.53 0.41 0.45 0.4 1.01 0.98
제직 유제(%) 0.5 0.6 0.4 0.6 0.4 0.6 0.5
제직 장치 Water jet Water jet Water jet Water jet Water jet Rapier Water jet
제직장력(N) 300 400 250 300 200 400 300
경사 밀도(th/inch) 49 53 46 49 43 46 49
위사 밀도(th/inch) 49 53 46 49 43 46 49
제직 속도(RPM) 500 500 500 500 500 500 500
잔지율(%) 0.31 0.28 0.35 0.23 0.39 2.17 1.01
내스크럽횟수/
상온(stroke)		 경사방향 2,300 2,500 2,400 3,500 2,300 500 1,000
위사방향 2,300 2,500 2,400 3,300 2,100 500 1,000
내스크럽회수/
에이징(stroke)		 경사방향 1,700 1,800 1,900 2,900 1,800 250 700
위사방향 1,800 1,800 1,900 2,800 1,700 250 700
내스크럽성 평가 양호 양호 양호 양호 양호 불량 불량
쿠션만개시간 23 21 23 22 24 30 32
쿠션파열여부 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
또한, 실시예 4의 원단 및 비교예 3의 원단을 사용하여 에어백 쿠션을 제조한 후에, 전개시험을 끝낸 쿠션의 원단 단면 광학현미경 사진을 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 4의 원단은 코팅 약제와의 접착성이 우수하여 코팅면이 박리되지 않아, 에어백 전개시 우수한 가스 차단성 및 내압 유지 성능을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 도 4에 나타난 바와 같이, 비교예 2의 원단은 코팅 약제와의 접착성 불량으로 인해 전개시험후 코팅약제가 벗겨짐을 확인할 수 있으며, 이러한 경우에 에어백 팽창시 기밀성이 떨어지며 쿠션의 만개시간이 너무 늦어 탑승자를 정상적으로 보호하지 못할 수 있다.
상기 표 1에서 보는 것과 같이, 방사 및 제직 공정을 거친 원단의 잔지율을 최적 범위로 조절하여 제조한 실시예 1~5의 에어백용 원단은 정련공정을 생략하였음에도 불구하고 상온에서는 물론이고, 고온 다습한 조건의 에이징 후에도 우수한 내스크럽성을 갖는 것으로 확인되었다. 특히, 실시예 1~5의 에어백용 원단의 경우, 경사방향 및 위사방향 모두 상온에서 2,100~3,500 스트로크 및 고온 다습 조건의 에이징 후에 1,700~2,900 스트로크의 우수한 내스크럽 특성이 나타남을 알 수 있다. 또한 에어백 쿠션으로 제조하여 전개테스트를 실시하였을 때 일반적인 에어백 시스템에서 요구되는 쿠션 만개 시간에도 만족하였으며, 전개시 쿠션의 파열도 발생하지 않아 에어백의 성능을 발현하는데 전혀 문제가 없었다.
반면에, 기존의 방사 및 제직 공정을 적용하여 제조한 비교예 1~2의 에어백용 원단은 이러한 특성을 충족하지 못함이 확인되었다. 비교예 1의 경우에는 레피어(Rapier) 제직기를 사용하여 원단 내에 방사유제와 제직유가 빠져나올 수 없기 때문에 잔지율이 높고 그에 따라 내스크럽성이 좋지 않아 에이징 이후 스크럽이 700 스트로크 미만으로 떨어짐을 알 수 있다. 또한, 비교예 2의 경우에는 워터젯(Water Jet) 제직기를 사용하였음에도 불구하고 OPU(Oil Pick-Up, %)가 0.98%로 너무 높아 잔지율이 1.01%으로 높고, 그에 따라 에이징 이후 스크럽이 700 스트로크 미만으로 현저히 떨어짐을 알 수 있다. 이와 같이 비교예 1~2의 경우와 같이 방사 및 제직조건이 만족하지 않을 경우 정련공정을 생략함에 따라 잔지율이 0.5 이상으로 높아지고, 이로인해 원단과 실리콘의 접착성 문제로 상온 및 고온 다습의 에이징 이후 원단에서 코팅 약제가 벗겨지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 비교예 1~2의 에어백용 원단을 에어백 쿠션으로 제조하여 전개테스트를 실시하였을 때 탑승자 보호를 위한 쿠션 전개 속도 및 고온 고압에 대한 내구성 등에서 문제가 발생하였다. 비교에 1~2의 경우와 같이 잔지율이 높고 그로 인해 원단과 코팅약제간의 접착성이 좋지 않을 경우 쿠션 전개테스트시 고온, 고압으로 인해 코팅 약제가 벗겨지고 그 부분으로 가스가 많이 빠져나가 쿠션의 만개시간이 너무 늦어 탑승자를 정상적으로 보호하지 못하는 문제점을 보였다.

Claims (11)

  1. 오일 픽업율(OPU)이 0.25% 내지 0.65%인 원사를 사용하여 워터젯 방식으로 제직 유제 함량이 0.4% 내지 0.8%가 되도록 하여 제직하는 단계, 및
    상기 제직된 직물을 텐터링하는 단계
    를 포함하고,
    상기 텐터링 공정 후에 얻어진 비코팅 원단의 잔지율이 0.12% 내지 0.5%인, 에어백용 원단의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원사는 나일론계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리올레핀계 섬유, 및 아라미드계 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 에어백용 원단의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제직 단계는 400 내지 700 RPM의 제직 속도로 수행하는 에어백용 원단의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제직된 직물을 120 내지 160 ℃의 온도 조건 하에서 스팀 실린더로 건조시키는 단계를 추가로 포함하는 에어백용 원단의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 텐터링 단계는 150 내지 190 ℃의 온도 조건 하에서 수행하는 에어백용 원단의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 텐터링 공정 후에 얻어진 비코팅 원단의 잔지율이 0.23% 내지 0.39%인, 에어백용 원단의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 텐터링된 직물을 고무성분으로 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 에어백용 원단의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고무성분은 분말(powder)형 실리콘, 액상(liquid)형 실리콘, 폴리우레탄, 클로로프로렌, 네오프렌고무, 폴리비닐클로라이드, 및 에멀젼형 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 에어백용 원단의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 고무성분의 단위면적당 코팅량이 15 내지 150 g/m2가 되는 에어백용 원단의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 에어백용 원단.
  11. 제10항에 있어서,
    국제표준화기구 ISO 5981 방법으로, 온도 24 ℃, 습도 40% 조건 하에서 측정한 내스크럽 횟수가 2000 스트로크 이상이고, 온도 70 ℃, 습도 95%, 408 hr 에이징 후에 측정한 내스크럽 횟수가 1400 스트로크 이상인, 에어백용 원단.
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