KR102241115B1 - 실리콘 코팅 접착력이 우수한 에어백용 원사의 제조방법 및 이를 포함하는 직물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 에어백에 사용되는 원사에 관한 것으로 보다 상세하게는 에어백용 직물을 정련 후에 실리콘 코팅제로 코팅하는 공정에서 코팅 비용을 절감하고자 백금 촉매 함량이 낮은 실리콘 코팅제를 사용하거나, 실리콘 코팅 속도를 높여서 큐어링 시간을 짧게 가공하여도 코팅 접착력이 우수한 에어백용 원사 및 이를 포함하는 직물에 관한 것이다.

Description

실리콘 코팅 접착력이 우수한 에어백용 원사의 제조방법 및 이를 포함하는 직물 {Process of Fiber for Airbag having excellent adhesion with sillicone coating and fabric comprising the same}

본 발명은 자동차의 에어백에 사용되는 원사에 관한 것으로 보다 상세하게는 에어백용 직물을 정련 후에 실리콘 코팅제로 코팅하는 공정에서 코팅 비용을 절감하고자 백금 촉매 함량이 낮은 실리콘 코팅제를 사용하거나, 실리콘 코팅 속도를 높여서 큐어링 시간을 짧게 가공하여도 코팅 접착력이 우수한 에어백용 원사 및 이를 포함하는 직물에 관한 것이다.

낮은 공기투과도가 요구되는 에어백 직물의 요구조건을 만족시키고자 에어백용 직물에 실리콘 코팅제를 코팅하여 사용하는 경우가 많다.

가공비용이 상대적으로 높은 실리콘 코팅 공정의 비용 절감을 위해서 지금까지 에어백 직물 제조업체에서 여러 시도가 있어 왔는데 고가인 백금 촉매의 함량이 낮은 실리콘 코팅제를 사용하거나, 코팅 공정의 생산성을 높이고자 코팅 속도를 높여서 가공하는 경우가 있는데 이렇게 하면 실리콘 코팅제의 경화가 부족하게 되어 스크럽 성능이 충분치 않은 문제가 생긴다.

상기한 문제를 해결하기 위하여 강구된 기술로는 대한민국 공개특허공보 10-2013-0017942를 참조할 수 있는 데, 상기 문헌은 정련 조건만을 변경하여 정련과정에서 방사유제를 조금 더 제거하는 방법으로 방사유제 잔류에 의한 코팅접착력 저하 현상을 줄여서 스크럽 성능 향상을 도모하였다.

이러한 방식의 해결책은 고객마다 제직할 때 사용하는 사이징제나, 정련할 때 사용하는 정련제의 특성이 조금씩 상이하므로 항상 좋은 결과를 낼 수는 없다.

방사유제나 사이징제의 상용성이 좋지 않으면 정련제 투입량을 높이고 정련 속도를 낮춰도 정련지에 잔류하는 방사유제의 양이 0.3wt% 이상 남게 되어 이러한 상태에서 백금 촉매 함량이 낮은 실리콘 코팅제를 사용하거나, 실리콘 코팅 속도를 높여서 큐어링 시간을 단축시켜 가공하면 스크럽 성능이 기준에 미달하여 문제가 생길 수 있다.

한국등록특허 10-0451263호

상기의 과제를 해결하고자 본 발명은 에어백용 직물을 정련, 코팅할 때 정련 후 방사유제의 잔존량이 0.3wt%를 초과하는 경우에도 스크럽 성능이 양호하여 백금 촉매 함량이 낮은 실리콘 코팅제를 사용하거나 실리콘 코팅 속도를 높여서 큐어링 시간을 짧게 가공하여도 코팅 후 21일 경과 후 스크럽 성능이 1000회 이상인 에어백용 원사 및 이를 포함하는 직물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 방사유제의 전체 중량을 기준으로 펜타에트리올 테트라카프릴레이트(Pentaertriol Tetracaprylate) 성분을 10 내지 40wt% 함유하고, 물이나 미네럴 오일을 제외한 방사유제의 유효성분 안에 포함된 황(sulfur)의 함량이 0.5wt% 미만이며, 상기 방사유제의 최대 가수점도가 5,000cP 미만인 방사유제를 사용하여 0.4 내지 1.0wt%로 오일링하여 제조함을 특징으로 하는 에어백용 폴리아미드 원사의 제조방법을 제공한다. 이때, 펜타에트리올 테트라카프릴레이트(Pentaertriol Tetracaprylate) 성분이 10wt% 미만이거나, 40wt%을 초과하면, 원사의 유사 접착력이 저하된다.

또한, 상기 에어백용 폴리아미드 원사를 레피어 제직기로 평직형태의 직물로 제직하고, 제직한 직물을 통상의 방법으로 연속정련 후, 정련된 직물의 방사유제 잔존량이 0.4wt% 이하인 것이 바람직하다. 0.4wt%를 초과하는 경우 접착력이 저하되는 현상을 초래한다.

또한, 상기 에어백용 폴리아미드 원사를 레피어 제직기로 평직형태의 직물로 제직하고, 제직한 직물을 통상의 방법으로 연속정련 후, Wacker사의 실리콘 코팅제 ELASTOSIL® AH94 A : AELASTOSIL® H94 B : Geniosil GF 80의 중량 비율이 50 : 50 : 0.25 가 되도록 배합하여 정련된 직물 제곱미터 당 코팅제의 양이 50g 내지 60g 이 되도록 나이프 코팅 방식으로 4m/분 속도로 직물 표면에 도포 후, 열풍건조기에서 170℃, 30초간 큐어링하여 코팅을 완료한 후, 실리콘 코팅된 직물을 25℃, 65%RH 조건에서 21일 보관후 ISO 5981 방법으로 측정한 스크럽 값이 1,000회 이상임을 특징으로 하는 에어백용 폴리아미드 직물을 제공한다.

이때, 스크럽 측정값이 1,000회 미만이면, 에어백용 직물로는 부적합하다.

본 발명의 에어백용 원사를 사용하면 정련지에 잔류하는 방사유제의 잔존량이 0.3wt%를 초과하는 경우에도 스크럽 성능이 양호하여 백금 촉매의 함량이 낮은 실리콘 코팅제를 사용하거나 실리콘 코팅 속도를 높여서 큐어링 시간을 짧게 가공하여도 코팅후 21일 경과 후 스크럽 성능이 1000회 이상을 확보할 수 있다.

도 1은 폴리아미드 66 섬유의 제조공정 개략도이다.

이하 도면과 실시예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

에어백 직물은 통상적으로 낮은 통기성을 요구하기 때문에 실리콘 코팅제를 사용하여 코팅한 직물을 사용하는 경우가 많다.

실리콘 코팅제의 가교결합을 활성화 시키는 역할을 하는 촉매로는 백금 성분이 주로 사용되는데 경화속도가 느린 저가의 실리콘 코팅제는 백금 촉매의 함량이 낮아서 코팅 설비의 드라이어 구간이 짧거나 코팅속도가 빠른 조건에서 코팅하면 스크럽(Scrub) 성능이 충분치 않은 경우가 생긴다.

실리콘 코팅제에 사용되는 백금 촉매는 황화합물, 인화합물, 아민 등의 물질과 결합하는 특성이 있어서 직물을 정련후에 잔류하는 방사유제 안에 이러한 성분이 포함되어 있으면 실리콘 코팅제의 백금 촉매의 역할을 방해하게 되고, 실리콘 코팅제의 가교결합이 충분히 이루어지지 않게 되어 결과적으로 스크럽 성능을 떨어뜨리는 역할을 하게 된다.

본 발명에서는 정련지에 방사유제의 잔존량이 0.4wt%를 초과하는 경우에도 원단에 잔류한 방사유제에 의하여 실리콘 코팅제의 접착력이 저하되는 현상을 최소화하기 시키고자 하였다.

본 발명의 에어백용 원사를 생산할 때 사용하는 방사유제는 물이나 미네럴 오일을 제외한 유효성분 중에 황(sulfur) 성분이 0.5% 미만 함유되어 있음을 특징으로 한다.

방사유제의 유효성분중에 황 성분이 0.5% 이상인 경우에는 정련후에 잔류한 방사유제의 황 성분이 실리콘 코팅제의 백금 촉매의 역할을 방해하여 코팅후 스크럽 성능이 충분치 않은 문제가 있었다.

또한 방사유제의 가수점도 최대치는 5,000cP 미만인 것을 특징으로 한다. 방사유제의 가수점도 최대치가 5,000cP를 초과하면 유제의 정련성이 좋지 않아서 정련후 방사유제의 잔존량이 높게 되고, 코팅후 스크럽 성능이 좋지 못했다.

본 발명의 에어백용 폴리아미드 원사는 헥사메틸렌아디프아미드 성분이 85몰% 이상인 중합체를 사용하거나 임의의 폴리아미드 단독중합체 및 공중합체가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드)(나일론 66), 폴리(e-카프로아미드)(나일론 6), 및 그들의 공중합체 등 일반적으로 사용되는 나일론 중합체가 사용될 수 있다. 이들 중 나일론 66이 가장 바람직하다. 사용될 수 있는 기타 나일론 중합체로는 나일론 12, 나일론 46, 나일론 610 및 나일론 612를 들 수 있다.

상기의 폴리아미드를 도 1에 도시된 장치의 방사팩(1) 및 노즐(2)을 통해 270∼320℃의 방사온도에서 용융방출사(4)를 냉각구역(3)을 통과시켜 냉각 고화시키고 유제 부여장치(5)에 의해 섬유 무게에 대하여 0.4∼1.20%의 방사 유제를 부착시킨다.

이때 사용하는 방사유제는 유효성분 중에 황 성분이 0.5% 미만이고 가수점도 최대치가 5,000cP 이하인 것을 사용하게 된다.

유제를 부착시킨 후에 첫번째 연신 롤러(6)를 통과한 사를 스핀드로(spin draw) 공법으로 일련의 연신 롤러(7, 8, 9 및 10)를 통과시키면서 총연신비(권취롤러 9의 선속도÷ 권취롤러 6의 선속도) 4.0~5.5로 연신한 이후에 인터레이서를 사용하여 5~40개/m의 교락을 부여하고 와인더(11)에서 권취하여 원사를 제조한다. 이때 폴리아미드 원사의 수축률을 조정하기 위하여 연신롤러 9번과 10번의 릴렉스(Relax)율을 0~6% 사이에서 조정할 수 있다.

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

실시예 1

상대점도가 3.05인 나일론66 칩을 용융 방사기를 통해 방사온도 290℃에서 총연신비(권취롤러 9의 선속도÷ 권취롤러 6의 선속도) 4.6, 릴렉스율(권취롤러 9의 선속도 ÷ 권취롤러 10번 선속도) 5%의 조건에서 원사의 강도가 8.6gf/데니어, 원사의 신도가 25%, 원사의 건열수축률이 6.3%이고 총섬도가 420 데니어이고 필라멘트수는 136인 폴리아미드 원사를 제조하였다. 상기 원사를 제조할 때 사용한 방사유제는 Pentaertriol Tetracaprylate가 27%, 폴리옥시에틸렌소르비탄의 지방산 에스테르가 7%, 미네럴 오일 65%, 제전제 및 산회방지제 1% 비율로 제조하여 0.7wt%의 부착량이 되도록 오일링 하였다. 미네럴 오일을 제외한 방사유제의 유효성분 중에 황 성분이 함량과 방사유제의 가수점도 최대치는 표 1에 나타내었다.

제조된 원사를 사용하여 dm당 경사밀도 200개, dm당 위사밀도 150개가 되게 레피어 제직기로 평직형태의 직물을 제직하였다. 이때 경사의 집속력을 높이기 위해 아크릴계 호제 부착량이 0.15중량%가 되도록 경사빔을 사이징하여 제직하였다.

제직된 생지를 연속정련기에서 분당 20m의 속도로 정련하는데 정련 약제가 투입되는 정련조1과 정련조2의 온도는 각각 50℃와 60℃이고 수세조3, 수세조4, 수세조5는 각각 70℃, 80℃, 90℃로 세팅하였다. 정련조1과 정련조2에는 헌츠만사의 비이온계 정련제 “Ultravon PL”을 2g/L 투입하고 알칼리를 투입하여 pH가 11이 되게 조정하였다.

정련조를 통과한 직물은 Roll 1~3번은 120℃, Roll 4~6번은 140℃, Roll 7~12번은 155℃로 설정된 Can dry 설비에서 건조하였다. 정련된 직물에 남아있는 방사유제 잔류량은 속슬렛 추출법으로 평가하여 표 1에 나타내었다.

정련이 완료된 직물에 Wacker사의 실리콘 코팅제를 사용하여 ELASTOSIL® AH94 A : AELASTOSIL® H94 B : Geniosil GF 80의 중량 비율이 50 : 50 : 0.25 가 되도록 배합하여 2시간 동안 진공 탈포 시킨후 직물 제곱미터 당 코팅제의 양이 60g이 되도록 나이프 코팅 방식으로 4m/분 속도로 직물 표면에 도포한 후 열풍건조기에서 170℃, 30초간 큐어링하여 코팅을 완료하였다.

실리콘 코팅한 직물을 25℃, 65%RH 조건에서 21일 보관후 스크럽 특성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

비교예1

원사를 제조할 때 사용한 방사유제는 Dialkyl thiodiester 14%, Trimethylolpropane trilaurate 10%, Hydrogenated caster oil 10%, 미네럴 오일 65%, 제전제 및 산회방지제 1% 비율로 구성된 방사유제를 만들어 오일링하는 것을 제외한 나머지는 실시예 1과 동일한 방법으로 원사를 생산하고 이를 이용해 직물을 제직, 정련, 코팅하여 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.

측정방법

상기 실시예 1, 비교예 1을 통해 제조된 원사 및 에어백용 직물의 물성은 아래의 시험 방법을 통해 측정하였다.

1) 방사유제 내 황 함량 측정

방사유제의 구성 성분중 미네럴 오일을 제외한 나머지 성분만으로 유제 샘플을 만든 뒤 Inductive Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, ICP-AES) 분석 장비인 ULTIMA II 기기를 사용하여 방사유제 유효성분 안에 함유된 황 함량을 ppm단위로 측정한후 wt% 단위로 환산하였다.

2) 방사유제의 최대 가수점도값 측정

방사유제의 구성 성분중 미네럴 오일을 제외한 나머지 성분만으로 유제 샘플을 만든 뒤, 방사유제 유효성분 농도가 10%~90%가 되도록 10% 단위씩 희석농도를 높여가며 증류수에 희석한 샘플을 만든다.

25℃ 조건에서 Brookfield사의 점도측정기 DV-II+ Pro 기기를 사용하여 농도별로 증류수에 희석한 샘플 농도를 측정하여 얻어진 가수점도 최대값을 기록한다.

3) 나일론66 칩의 상대점도(R.V.) 측정

황산(90%)에 시료 0.1g을 농도가 0.4g/100ml 되도록 90분간 용해시킨 후, 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨 담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 흡인장치(aspirator)를 이용하여 시료가 용해된 용액의 낙하 초수를 구했다. 황산(90%) 용매의 낙하 초수도 동일한 방법으로 구한 다음, 하기 수학식에 의해 R.V.값을 계산하였다.

R.V. = 시료가 용해된 용액의 낙하초 수 ÷ 황산(90%) 용매의 낙하 초수

4) 원사의 강신도 측정

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

5) 원사의 건열 수축률 측정

원사를 테스트라이트 수축률 시험기(Testrite shrinkage tester)에서 180℃에서 2분 동안 0.05gf/데니어 하중을 가한 조건으로 수축률을 측정한다.

6) 정련지에 남아있는 방사유제 잔존량 측정

정련지 원단을 샘플링하여 속슬렛 추출방법으로 이소프로필알코올과 n-헥산을 4:6의 비율로 섞은 용매를 사용하여 180℃에서 3시간 동안 원사나 원단에 남아있는 방사유제를 추출한 뒤 용매와 수분을 증발시킨 후 남는 추출물의 양을 시험에 사용한 원사나 원단의 무게로 나누어 백분율로 계산하여 방사유제 부착량을 측정하였다.

7) 코팅 직물의 스크럽(Scrub) 측정

에어백용 코팅 원단의 마찰에 의한 기계적 강도를 평가하는 스크럽 테스트는 ISO 5981 방법으로 측정하였다.

매 100회마다 체크하면서 원단에 코팅층이 벗겨지기 시작하기 전까지의 마모자의 왕복운동 횟수(cycles)를 측정하게 되는데 코팅 원단의 경사와 위사 방향으로 각각 3회씩 측정후 이를 평균한 값을 사용하였다.

구분	실시예 1	비교예 1
방사유제 유효성분 안에 포함된 황 성분 함량(wt%)	0.0	1.6
방사유제의 최대 가수점도(cP)	3,000	9,000
정련된 직물의 방사유제 잔존량(wt%)	0.36	0.43
코팅후 170℃, 30초간 큐어링한 코팅지를 25℃, 65%RH 조건에서 21일 경과후 측정한 스크럽(Scrub) 회수	1,900	800

상기 표 1을 통해 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 에어백용 원사는 실리콘 코팅후 비교적 낮은 온도와 짧은 시간인 170℃, 30초 조건에서 큐어링 하였음에도 코팅 접착력을 나타내는 스크럽 수치가 비교예에 비하여 상당히 높은 결과를 나타낸다.

본 출원에서 특별히 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

Claims (3)

1. 방사유제의 전체 중량을 기준으로 펜타에트리올 테트라카프릴레이트(Pentaertriol Tetracaprylate) 성분을 10 내지 40wt% 함유하고, 물이나 미네럴 오일을 제외한 방사유제의 유효성분 안에 포함된 황(sulfur)의 함량이 0.5wt% 미만이며, 상기 방사유제의 최대 가수점도가 5,000cP 미만인 방사유제를 사용하여 0.4 내지 1.0wt%로 오일링하여 제조하는 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리아미드 원사의 제조방법.
   
2. 제 1항에 기재된 제조방법으로 제조된 에어백용 폴리아미드 원사를 레피어 제직기로 평직형태의 직물로 제직하고, 제직한 직물을 연속정련 후, 정련된 직물의 방사유제 잔존량이 0.4wt% 이하 인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리아미드 직물.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 에어백용 폴리아미드 직물은 실리콘 코팅제를 사용하여 측정한 스크럽 값이 1,000회 이상임을 특징으로 하는 에어백용 폴리아미드 직물.
   

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