KR20090072250A - 에어백용 원단 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어백용 원단 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 포함하는 에어백용 원단 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 에어백용 원단은 내열성 및 강도 등의 기계적 물성 등이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 포함하여, 우수한 성능의 에어백용 원단을 제조할 수 있다. 또한, 에어백 전개 시에 강도를 보강하기 위하여 별도의 보강포 추가나 특수 봉제와 같은 작업을 생략하고도 우수한 내구성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
에어백, 원단, 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유, 인장강도, 인열강도

Description

에어백용 원단 및 그의 제조 방법{FABRIC FOR AIRBAG AND METHOD OF PREPARING THE SAME}
본 발명은 에어백용 원단 및 그의 제조 방법에 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 말한다.
에어백용 원단으로서 요구되는 항목은 충돌시에 원활하게 전개되기 위한 저통기성, 에어백 자체의 손상 및 파열을 막기 위한 고강력, 고내열성 및 승객에게 가해지는 충격을 줄이기 위한 유연성 등이 있다.
특히, 에어백의 팽창시에는 에어백 쿠션 내부로 뜨거운 가스가 공급되기 때문에 에어백용 원단의 내열성은 에어백의 성능에 중요한 역할을 한다.
종래에는 나일론 6 등의 폴리아미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등이 에어백용 원사의 재료로 사용된 바 있다. 그러나, 나일론 6은 융점이 220 ℃ 정도로 낮고, 열용량이 높은 반면에, PET는 융점이 265 ℃ 정도로 높고, 열용량이 낮아 고온에서의 물성이 좋지 못한 문제가 있었다.
기존에는 이러한 원사에 내열성을 높이기 위하여 금속 할로겐 화합물 등과 같은 내열제를 과량 첨가하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 상기 금속 할로겐 화합물의 첨가로 인한 내열성의 향상은 한계가 있으며, 상기 금속 할로겐 화합물 등의 내열제를 과량으로 사용할 경우, 원단의 물성 및 가공성에 문제를 유발할 수 있어 에어백용 원단으로 적합하지 못하다.
따라서, 에어백용 원단으로 사용하기에 적합하게 융점과 열용량이 모두 높아 고온에서의 안정성이 뛰어나고, 우수한 기계적 강도를 갖는 원단 재료 개발에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 내열성 및 기계적 물성이 우수한 에어백용 원단을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 상기 에어백용 원단의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 포함하는 에어백용 원단을 제공한다.
본 발명은 또한, 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 이용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계, 상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계, 및 상기 정련된 직물을 텐터링하는 단계를 포함하는 에어백용 원단의 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서, 에어백용 원단이라 함은 자동차용 에어백의 제조에 사용되는 직물 또는 부직포 등을 말하는 것으로, 일반적인 에어백용 원단으로는 래피어 직기로 제직된 나일론 66 평직물 또는 나일론 부직포를 사용하고 있으나, 본 발명의 에어백용 원단은 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 에어백용 원단은 기계적 물성, 강도 및 내열성이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.
폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유는 비교적 높은 강도, 낮은 흡습성, 내약품성이 우수하며 용융점이 높아 내열성이 있고, 특히 높은 모듈러스를 가지므로 에어 백용 원단을 제작하였을 때에도 스티프니스(stiffness)가 좋아지고 특유의 탄성을 또한 가지고 있다. 또한 다른 섬유와의 혼방 교직성이 좋아서 타 섬유와의 혼방이 잘되고 방적성도 우수하다. 본 발명의 폴리에틸렌 나프탈레이계 섬유가 갖는 물성의 일례를 기존에 에어백용 원단에 사용하는 나일론계 섬유 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 물성과 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.
원사 강 도(g/d) 절 신(%) 모듈러스
PEN 10 8 360
Nylon 9 18 50
PET 7 15 110
따라서, 이러한 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 포함하는 에어백용 원단은 내열성 및 강도 등의 기계적 물성이 우수하여 우수한 성능의 에어백의 제공을 가능케 한다. 특히, 상기 에어백용 원단은 에어백 전개 시에 탭의 찢어짐을 방지하기 위한 별도의 보강포의 추가나 특수 봉제와 같은 작업을 생략하고도 우수한 내구성을 가지므로 제작 공정상 이점이 있다.
상기 에어백용 원단에 포함될 수 있는 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유의 종류는 특히 한정되지 않으며, 통상적인 폴리에틸렌나프탈레이트계 섬유를 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유로는 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유, 폴리부틸렌 나프탈레이트 섬유, 폴리트리메틸렌 나프탈레이트 섬유 등을 사용할 수 있으며, 분자 구조상 선형에 가까운 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유가 가장 우수한 기계적 물성을 이용할 수 있어 바람직하다.
본 발명에서는 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유가 주성분으로 사용될 수 있으나, 나일론66 섬유와의 조합하여 사용할 수도 있다. 이러한 경우에 경사 방향의 섬유는 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 사용하고 위사 방향의 섬유로는 나일론66 섬유를 사용하거나, 혹은 경사 방향의 섬유는 나일론66 섬유를 사용하고 위사 방향의 섬유로는 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 사용하는 것이 적절하다. 이 때, 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유만을 경사 또는 위사 방향의 섬유로 사용하며 전체 원단에서 차지하는 그 비율이 100%가 되는 것이 가장 바람직하다.
또한, 에어백용 원단에 포함되는 상기 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유로는 섬도가 200 내지 800 데니어, 바람직하게는 300 내지 500 데니어이며, 필라멘트 수가 50 내지 230, 바람직하게는 60 내지 160인 것을 사용할 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유는 에어백용 원사에 사용 가능한 것으로 알려진 구리 화합물이나 인화합물 등을 추가로 포함할 수도 있다.
본 발명에서 원단의 제직형태는 특정 형태에 국한되지 않으며 평직 타입과 OPW(One Piece Woven) 타입의 제직형태 모두가 바람직하다.
본 발명의 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 포함하는 에어백용 원단은 상기 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 위사 및 경사로 이용하여 비밍(beaming), 제직, 정련, 및 텐터공정을 거쳐 제조될 수 있다. 상기 원단은 통상적인 제직기를 사용하여 제조할 수 있으며, 어느 특정 직기를 사용하는 것에 한정되지 않는다. 다만, 평직형태의 원단은 레피어 직기(Rapier Loom)나 에어제트 직기(Air Jet Loom) 또는 워터제트 직기(Water Jet Loom) 등을 사용하여 제조할 수 있으며, OPW 형태의 원단은 자카드 직기(Jacquard Loom)를 사용하여 제조 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 포함하는 에어백용 원단은 공기 투과도를 낮추기 위하여 원단의 일면 또는 양면에 고무성분의 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 고무성분으로는 분말(powder)형 실리콘, 액상(liquid)형 실리콘, 폴리우레탄, 클로로프로렌, 네오프렌고무, 및 에멀젼형 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 고무성분의 단위면적당 코팅량은 30 내지 200 g/m2, 바람직하게는 35 내지 95 g/m2가 되도록 사용할 수 있으며, 롤오버(Roll over) 성능을 충분히 발휘하기 위해서는 상기 코팅량이 30 g/m2 이상이 되어야 하며, 에어백 쿠션의 패키지성 을 향상시키기 위한 측면에서 상기 코팅량이 200 g/m2 이하가 바람직하다.
본 발명의 에어백용 원단은 국제 표준화 규격 ISO 13934-1 의 방법으로 측정한 인장 강도가 최소 3800N/5cm 이상이 될 수 있고, 바람직하게는 4000N/5cm 이상, 좀더 바람직하게는 4200N/5cm 이상의 강도가 될 수 있다. 상기 인장강도는 기존의 나일론계 섬유 등을 사용하였을 때보다 월등히 높은 수준이며, 별도의 보강포 등을 사용하지 않을 수 있는 정도의 내구성 확보 측면에서 3800N/5cm 이상이 되는 것이 바람직하다. 본 발명의 에어백용 원단은 기계적 물성 및 내구성, 내열성 확보 측면에서 상기 범위로 인장강도를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에어백용 원단은 찢어짐 강도를 나타내는 인열강도를 독일공업규격(DIN 53356)의 방법으로 측정하였을 때, 최소한 250 N 이상의 값을 가질 수 있으며, 바람직하게는 260 N 이상, 좀더 바람직하게는 280 N 이상의 값이 될 수 있다. 에어백 팽창시 찢어짐 등을 방지하고 별도의 보강조직 등을 추가하기 않고 좀더 우수한 내구성을 확보하기 위해서는 인열강도가 250 N 이상이 되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 이용하여 에어백용 생지를 제직, 정련, 및 텐터링하는 단계를 포함하는 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서 에어백용 생지의 제직, 정련, 및 텐더링하는 단계는 통상적인 방법에 따라 수행할 수 있다. 다만, 상기 텐더링 단계는 폴리에틸렌나프탈레이트의 결정화 온도가 높기 때문에 기존 텐터링 공정에서의 열처리 온도보다 높은 범위에서 열처리할 수 있으며, 열처리 온도는 170 내지 210 ℃, 바람직하게는 180 내지 200 ℃로 적용할 수 있다. 상기 텐터링 단계에서 열처리 온도가 170 ℃ 미만인 경우에는 실리콘의 충분한 경화가 이뤄지지 않아 코팅층이 벗겨지거나 형태안정성이 저하될 수 있으며, 210 ℃를 초과하여 가혹한 조건으로 열처리를 할 경우, 에어백 내구성의 저하 또는 원단의 변색 현상을 초래할 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 에어백은 통상적인 제직 방법과, 정련 및 열고정 과정을 거쳐 에어백용 원단을 제조한 후에, 실리콘 고무 코팅 등 추가 공정을 통해 가공 처리할 수 있다. 이렇게 코팅된 에어백용 원단은 재단 및 박음질 과정을 거쳐 일정한 형태의 에어백으로 제조된다. 상기 에어백은 특별한 형태에 국한되지 아니하며 일반적인 형태로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 에어백을 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 운전석, 조수석, 무릎, 발목 에어백 등의 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 에어백용 원단은 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 이용하여 우수한 성능의 내열성을 확보하고, 인장강도나 인열강도 등의 우수한 기계적 물성을 얻을 수 있다.
또한, 에어백 전개 시에 탭의 찢어짐을 방지하고 강도를 보강하기 위한 별도의 보강포 추가나 특수 봉제와 같은 작업을 생략하고도 우수한 내구성을 가지므로 제작 공정상 이점이 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 1
420 데니어이며, 필라멘트 수가 136인 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유를 사용하여, 쟈카드 직기(Donier社)로 제직하여 OPW(One Piece Woven) 타입의 에어백 생지를 제조하였다. 이때, 요구되는 공기 투과도를 달성하기 위하여 제직밀도는 57 X 49 본/인치(경사 X 위사)로 하였다.
수산화나트륨 1.5 g/L, 계면활성제 1.08 g/L, 침투제 1.08 g/L, 및 분산제 1.25 g/L이 되도록 물과 혼합하여 2개의 약품조에 나누어 투입하고, 각 약품조의 온도를 75 ℃로 유지시켰다. 또한, 상기 각 약품조 옆에 80 ℃ 및 85 ℃의 온도를 가지는 수세조 2개씩을 각각 연속 배치하였다.
상기 직기로 제직된 에어백용 생지를 상기 준비된 약품조에 1차 통과시킨 후, 2개의 수세조에 연속적으로 통과시키고, 다시 약품조와 2개의 수세조에 2차 통과시켰다.
상기 수세조를 통과한 에어백용 생지를 맹글에 통과시켜 탈수한 후, 110 ℃의 열풍으로 건조하여 잔류수분을 완전히 건조시켜 에어백용 원단을 제조하고, 상기 원단을 나이프오버에어(knife1over1air)법으로 실리콘 고무(다우社 제품)를 이용하여 실리콘 고무의 코팅량이 95 g/m2가 되도록 코팅하였다.
실시예 2
315 데니어의 필라멘트 수가 105인 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유를 사용하여 제직밀도는 60 X 60본/인치로 제직한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 OPW 에어백용 원단을 제조하였다.
실시예 3
420 데니어의 필라멘트 수가 136인 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유 및 나일론66 섬유를 각각 위사 및 경사로 사용하여 제직밀도는 57X49로 제직한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 원단을 제조하였다.
실시예 4
315 데니어의 필라멘트 수가 105인 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유 및 나일론66 섬유를 각각 위사 및 경사로 사용하여 제직밀도는 60X60로 제직한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 원단을 제조하였다.
실시예 5
코팅중량을 75 g/m2으로 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 원단을 제조하였다.
실시예 6
코팅중량을 35 g/m2으로 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 원단을 제조하였다.
비교예 1
420 데니어의 나일론 66(Invista)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 원단을 제조하였다.
비교예 2
315 데니어의 나일론 66(Invista)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2 와 동일한 방법으로 에어백용 원단을 제조하였다.
비교예 3
코팅중량을 75 g/m2 으로 도포한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 에어백용 원단을 제조하였다.
비교예 4
코팅중량을 35 g/m2 으로 도포한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 에어백용 원단을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 6, 및 비교예 1 내지 4의 에어백용 원단에 대하여 하기와 같이 물성 평가를 실시하였다.
(a) 인장 강도: ISO 13934-1 국제 표준화 규격
에어백용 원단에서 시편을 재단하여 국제 표준화 규격(ISO 13934-1)에 따른 인장강도 측정장치의 하부 클램프에 고정시키고, 상부 클램프를 위로 이동시키면서 에어백 쿠션 시편이 파단될 때의 강도를 측정하였다.
(b) 인열 강도: 독일공업규격 DIN 53356
에어백용 원단에서 시편을 재단한 후, 위사 또는 경사방향으로 7 cm를 절개하고, 인열강도 측정장치의 클램프에 상기 절개부의 좌우 원단을 물려 장착하였다. 상기 원단이 장착된 상태에서 각각의 클램프를 위, 아래로 교차 이동시키면서 원단 을 파열시켜 강도를 측정하였다.
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4의 에어백용 원단에 대한 상기 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구 분 인장강도(N/5cm) 인열강도(N)
실시예 1 4221 289
실시예 2 4124 273
실시예 3 4154 266
실시예 4 4016 264
실시예 5 4202 270
실시예 6 4054 255
비교예 1 3710 237
비교예 2 2616 210
비교예 3 3684 226
비교예 4 3610 223
상기 표 1에서 보는 것과 같이, 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유를 위사 및 경사로 사용한 실시예 1 내지 2의 에어백용 원단은 비교예 1 내지 2의 나일론 66을 위사 및 경사로 사용한 원단에 비해 인장강도, 인열강도 등에서 월등하게 우수한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유와 나일론66 섬유를 위사 및 경사로 사용한 실시예 3~4보다 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유만으로 위사 및 경사를 구성한 실시예 1~2의 에어백용 원단이 보다 우수한 인장강도 및 인열강도 등을 갖는 것을 알 수 있다.
본 발명은 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 이용하여 에어백용 원단을 제조함으로써, 인장강도나 인열강도 등의 기계적 물성이 향상되고 내열성이 현저히 향상된 우수한 성능의 에어백 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 에어백 전개 시에 탭의 찢어짐을 방지하기 위한 별도의 보강포의 추가나 특수 봉제와 같은 작업을 생략하고도 우수한 내구성을 가지므로 제작 공정상 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 포함하는 에어백용 원단.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유는 섬도가 200 내지 500 데니어이며, 필라멘트 수가 50 내지 150 인 에어백용 원단.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원단은 경사밀도가 30 내지 70 본/인치이고, 위사밀도는 30 내지 70 본/인치인 에어백용 원단.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원단은 분말(powder)형 실리콘, 액상(liquid)형 실리콘, 폴리우레탄, 클로로프로렌, 네오프렌고무, 및 에멀젼형 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무성분으로 코팅되어 있는 에어백용 원단.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고무성분의 단위면적당 코팅량이 30 내지 200 g/m2인 에어백용 원단.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원단은 국제표준화규격 ISO 13934-1의 방법으로 측정한 인장강도가 3800 N/5cm 이상인 에어백용 원단.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원단은 독일공업규격 DIN 53356의 방법으로 측정한 인열강도가 250 N 이상인 에어백용 원단.
  8. 폴리에틸렌 나프탈레이트계 섬유를 이용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계;
    상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계; 및
    상기 정련된 직물을 텐터링하는 단계를 포함하는 에어백용 원단의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 텐터링 단계에서 열처리 온도는 170 내지 210 ℃인 에어백용 원단의 제조방법.
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