KR20110035271A - 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법 및 이로부터 제조된 에어백용 원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 원단에 관한 것으로, 특히, 폴리에스테르 원사로 에어백용 생지를 제직하여 에어백용 직물을 제조한 후에, 상기 직물을 온도 140 ℃ 내지 190 ℃, 압력 0.2 kN 내지 0.8 kN의 조건 하에서 7 m/min 내지 20 m/min의 캘린더링 속도로 열처리하는 단계를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법, 이로부터 제조되는 폴리에스테르 원단, 및 이를 포함하는 차량용 에어백에 관한 것이다.

본 발명에 따라 제조된 에어백용 원단은 후처리 공정으로 특정 조건 하에서 캘린더링 가공을 수행함으로써, 강인성 및 인열강도 등의 기계적 물성이 우수하고 이와 동시에 우수한 수납성, 형태안정성, 및 공기 차단 효과를 제공하며 승객에게 가해지는 충격을 최소화하여 탑승자를 안전하게 보호할 수 있다.

에어백 원단, 폴리에스테르, 캘린더링, 강연도, 공기차단성

Description

에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법 및 이로부터 제조된 에어백용 원단 {PREPARATION METHOD OF POLYESTER FABRICS FOR AIRBAG AND THE FABRICS PREPARED THEREBY}

본 발명은 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 후처리 공정으로 특정의 조건 하에서 캘린더링 가공을 수행하여 우수한 폴딩성, 수납성, 및 기계적 물성을 갖는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법, 및 이로부터 제조되는 폴리에스테르 원단, 이를 포함하는 차량용 에어백에 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 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, 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 등이 작동시 에어백이 팽창되어 전개될 수 있도록 한다.

따라서, 자동차 장착시 에어백의 폴딩성 및 패키지성을 효과적으로 유지하며, 에어백 자체의 손상 및 파열을 막고 우수한 에어백 쿠션 전개 성능을 발휘하고, 승객에게 가해지는 충격을 최소화하기 위해서는, 에어백 원단의 우수한 기계적 물성과 함께 폴딩성 및 승객에게 가해지는 충격을 줄이기 위한 유연성이 매우 중요하다. 그렇지만, 승객의 안전을 위하여 우수한 공기 차단효과 및 유연성을 동시에 유지하며, 에어백이 받는 충격에 충분히 견디고 자동차내에 효과적으로 장착되어 사용할 수 에어백용 원단은 제안되어 있지 않은 상황이다.

종래에는 나일론 66등의 폴리아미드 섬유가 에어백용 원사의 재료로 사용된 바 있다. 그러나, 나일론 66은 내충격성이 우수하지만 폴리에스테르 섬유에 비해 내습열성, 내광성, 형태안정성의 측면에서 뒤떨어지고 원료 비용도 높은 단점이 있다.

한편, 일본특허공개공보 평04-214437호에는 이러한 결점이 경감되는 폴리에스테르 섬유의 사용이 제안되어 있다. 그러나, 이같이 기존의 폴리에스테르 원사를 사용하여 에어백을 제조하는 경우에는 높은 강연도(stiffness)로 인해 자동차내에 장착시 좁은 공간에 수납하기 어렵고, 고탄성율과 저신율로 인해 고온의 열처리 등에서 과도한 열수축 발생하며, 고온 고습의 가혹 조건 하에서 충분한 기계적 물성 및 전개 성능을 유지하는 데 한계가 있어 왔다.

따라서, 차량용 에어백용 원단으로 사용하기에 적합하게 우수한 기계적 물성 및 공기차단 효과를 유지하며, 승객에게 가해지는 충격을 줄이기 위한 유연성, 수납성, 및 고온 고습의 가혹 조건 하에서 우수한 물성 유지 특성을 갖는 섬유 원단 개발에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 에어백용 원단에 사용 가능하도록 우수한 기계적 물성과 함께 우수한 유연성, 수납성, 공기 차단 효과를 갖는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한, 상기 방법에 따라 제조되는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한, 상기 에어백용 폴리에스테르 원단을 포함하는 차량용 에어백을 제공하고자 한다.

본 발명은 폴리에스테르 원사로 에어백용 생지를 제직하여 에어백용 직물을 제조한 후에, 상기 직물을 온도 140 ℃ 내지 190 ℃, 압력 0.2 kN 내지 0.8 kN의 조건 하에서 7 m/min 내지 20 m/min의 캘린더링 속도로 열처리하는 단계를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 방법에 따라 제조되는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 에어백용 폴리에스테르 원단을 포함하는 차량용 에어백을 제공한다.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법, 및 이로부터 제조되는 폴리에스테르 원단, 이를 포함하는 차량용 에어백에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명에 대한 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.

한편, 본 발명에서 에어백용 원단이라 함은 자동차용 에어백의 제조에 사용되는 직물 또는 부직포 등을 말하는 것으로, 일반적인 에어백용 원단으로는 래피어 직기로 제직된 나일론6 평직물 또는 나일론6 부직포를 사용하고 있으나, 본 발명의 에어백용 원단은 폴리에스테르 원사를 사용하여 강인성 및 인열강도 등의 기계적 물성이 우수한 특징을 갖는다.

특히, 종래의 나일론 66등 폴리아미드 섬유 대신에 폴리에스테르를 에어백용 원사로 적용하기 위해서는, 기존에 폴리에스테르 원사의 높은 모듈러스와 강연도 등에 따른 폴딩성 저하 및 낮은 용융 열용량으로부터 기인한 고온 고습의 가혹 조건 하에서 물성 저하, 이에 따른 전개 성능 저하를 극복할 수 있어야 한다.

폴리에스테르는 분자구조상 나일론 등에 비해 강연성(stiffness)이 높은 구조를 가지게 되어 높은 모듈러스(high modulus)의 특성을 갖게 된다. 이로 인해, 에어백용 원단으로 사용하여 자동차에 장착할 경우 수납성(packing)이 현저히 떨어지게 된다. 또한, 폴리에스테르 분자쇄내의 카르복실 말단기(Carboxyl End Group, 이하, "CEG"라 함)은 고온 고습 조건에서 에스테르기(ester bond)를 공격하여 분자쇄 절단을 가져와 에이징후 물성을 저하시키는 원인이 된다.

이에 따라, 본 발명은 낮은 모듈러스의 고강도 고신율 폴리에스테르 원사를 사용하며 후처리 공정으로 캘린더링(calendering) 가공 조건을 최적화하여 수행함으로써, 강연도를 현저히 낮추면서도 우수한 기계적 물성 및 공기 차단 성능 등을 유지할 수 있어 에어백용 원단으로서 향상된 물성 개선 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명자들의 실험 결과, 소정의 특성을 갖는 조건 범위 하에서 캘린더링 가공을 수행하여 폴리에스테르 원사로 에어백용 원단을 제조함에 따라, 보다 향상된 폴딩성, 형태안정성, 및 공기 차단 효과를 나타내어 에어백용 원단으로 사용시 자동차 장착 등에서 보다 우수한 수납성(packing) 및 고온 고습의 가혹 조건 하에서도 우수한 기계적 물성, 공기 유출 방지, 기밀성 등을 유지할 수 있음이 밝혀졌다.

이에 발명의 일 구현예에 따라, 소정의 특성을 갖는 조건 범위 하에서 후처리 공정으로 캘린더링 가공을 수행하는 폴리에스테르 원단의 제조 방법이 제공된다. 이러한 폴리에스테르 원단의 제조 방법, 즉, 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법은 폴리에스테르 원사로 에어백용 생지를 제직하여 에어백용 직물을 제조한 후에, 상기 직물을 온도 140 ℃ 내지 190 ℃, 압력 0.2 kN 내지 0.8 kN의 조건 하에서 7 m/min 내지 20 m/min의 캘린더링 속도로 열처리하는 단계를 포함하는 것이 될 수 있다.

본 발명자들의 실험 결과, 기존의 폴리에스테르 원단 제조 공정을 수행한 후 에 상기한 바와 같이 최적화된 캘린더링 공정을 추가로 수행함에 따라, 고온-고압의 가스의 에너지를 효과적으로 흡수하고 견딜 수 있는 에어백용 원단이 제조될 수 있음이 밝혀졌다. 특히, 이러한 공정을 통해 제조된 에어백용 폴리에스테르 원단의 강인성 및 인열강도 등의 기계적 물성이 우수함과 동시에 고온 환경 하에서 낮은 열수축 거동을 나타냄에 따라, 고온-고압의 가스의 에너지를 효과적으로 흡수하고 견딜 수 있어, 에어백용 원단으로 매우 효과적으로 사용될 수 있음이 확인되었다.

상기한 바와 같이, 이들 제조 공정의 구체적 조건이나 진행 방법이 폴리에스테르 원단의 물성에 직/간접적으로 반영되어 우수한 수납성, 형태안정성, 기계적 물성을 갖는 폴리에스테르 원단이 제조될 수 있다.

특히, 본 발명의 바람직한 일 구현예로, 상기 에어백용 원단 제조방법은 폴리에스테르 원사를 사용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계, 상기 제직된 에어백용 생지를 정련하여 하는 단계, 상기 정련된 직물을 텐터링하는 단계, 및 상기 직물을 온도 140 ℃ 내지 190 ℃, 압력 0.2 kN 내지 0.8 kN의 조건 하에서 7 m/min 내지 20 m/min의 캘린더링 속도로 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

이러한 폴리에스테르 원단의 제조방법을 각 단계별로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 폴리에스테르 원사는 통상적인 제직 방법과, 정련 및 텐터링 공정을 거쳐서 최종적인 에어백용 원단으로 제조될 수 있다. 이때, 원단의 제직형태는 특정 형태에 국한되지 않으며 평직 타입과 OPW(One Piece Woven) 타입의 제직 형태 모두가 바람직하다.

특히, 상기 에어백용 원단은 상기 폴리에스테르 원사를 위사 및 경사로 이용하여 비밍(beaming), 제직, 정련, 및 텐터링 공정을 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 제조할 수 있다.

다만, 본 발명은 후술하는 바와 같이 기존에 비해 고강력 고신율의 낮은 수축율을 갖는 폴리에스테르 원사를 사용함에 따라, 기존에 비해 좀더 높은 온도에서 열처리 공정을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 상기 제직된 생지를 정련 및 텐터링하는 공정을 거치며, 텐더링된 직물에 고무성분으로 코팅하고 건조한 후에 열처리 온도 140 내지 210 ℃, 바람직하게는 160내지 200 ℃, 및 가장 바람직하게는 175 내지 195 ℃에서 경화시키는 과정을 수행하며, 상기 텐터링 열처리 온도는 원단의 인열강도 등 기계적 물성 유지 측면에서 140 ℃ 이상이 되어야 하며, 강연도 측면에서 210 ℃ 이하가 되어야 한다. 특히, 상기 열처리 공정은 다단계로 수행할 수 있으며, 예를 들어 150 내지 170 ℃에서 1차 열처리 공정을 수행한 후에, 170 내지 190 ℃에서 2차 열처리 공정을 수행한 후에, 190 내지 210 ℃에서 3차 열처리 공정을 수행할 수 있다.

이같이 정련된 직물의 고온 열처리 공정을 통해 폴리에테르 원단을 제조하는 경우에, 폴리에스테르 원사 자체의 저수축율 특성으로 제질 밀도 등을 향상시킴으 로써, 우수한 형태안정성 및 공기 차단 효과, 강연성 향상 및 인열강도 개선 효과를 더욱 크게 부여할 수 있다.

또한, 상기 텐터링 온도에서 경화 시간은 30 내지 120 초, 바람직하게는 35 내지 100 초, 및 가장 바람직하게는 40 내지 90 초 범위에서 수행할 수 있다. 여기서, 상기 경화시간이 30 초 미만인 경우에 고무성분에 의한 코팅층의 경화 작업이 효과적으로 이뤄지지 않아 원단의 기계적 물성이 저하되어 코팅이 벗겨지는 등의 문제가 있으며, 상기 경화 시간이 120 초를 초과하는 경우에 최종 제조된 원단의 강연도 및 후도가 증가하여 폴딩성이 떨어지는 문제가 발생한다.

한편, 이같이 텐터링 공정을 수행한 후에도 직물에 균일한 후도 및 밀도 등이 제공되기 어렵고, 균일한 장력이 부여되지 않기 때문에 공기투과도 등이 직물 폭 방향으로 불균일하게 되고 에어백 작동시 고온-고압 가스에 대한 안정적인 전개 성능을 확보하기 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 에어백 원단으로 우수한 폴딩성, 유연성, 및 기밀성을 나타낼 수 있도록, 상기 텐터링 공정 후에 후처리 공정으로 후술한 바와 같이 최적화된 조건 범위로 캘린더링 가공을 추가로 수행할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 상기 텐터링된 직물을 온도 140 ℃ 내지 190 ℃, 압력 0.2 kN 내지 0.8 kN의 조건 하에서 7 m/min 내지 20 m/min의 캘린더링 속도로, 바람직하게는 온도 160 ℃ 내지 180 ℃, 압력 0.4 kN 내지 0.6 kN의 조건 하에서 10 m/min 내지 15 m/min의 캘린더링 속도로 열처리하는 후처리 공정으로 캘린더링 가공을 수행할 수 있다. 이때, 우수한 폴딩성 및 낮은 공기 투과도를 갖는 폴리에스테르 원단을 얻기 위해서는, 상기 캘린더링 공정은 직물의 손상을 최소화할 수 있 도록 140 ℃~190 ℃ 온도 범위에서 0.2 kN~0.8 kN 압력 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. 특히, 원단의 균일한 후도를 유지할 수 있도록 7 m/min ~ 20 m/min 한 속도로 수행하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 캘린더링 공정 조건은 캘린더링 장치의 롤과 원단 접촉시 온도, 압력, 속도 조건을 지칭하는 것으로, 캘린더링 공정 장치의 게이지 설정 조건으로 표현될 수 있다. 상기 캘린더링 온도 및 압력은 원단의 형태 고정 측면에서 변형을 최소화하기 위해서는 각각 140 ℃ 이상 및 0.2 kN 이상으로 수행하여야 하며, 원단의 강연도 측면에서 유연성(Softness)을 유지하기 위해서는 각각 190 ℃ 이하 및 0.8 kN 이하로 수행되어야 한다. 또한, 상기 캘린더링 속도는 원단의 생산성 측면에서 효율성 증대를 할 수 있도록 7 m/min 이상으로 수행하여야 하며, 원단의 물성적 측면에서 형태 안정성을 가질 수 있도록 20 m/min 이하로 수행되어야 한다.

여기서, 상기 캘린더링 가공법으로서는 롤(roll) 표면 접촉 방식에 의한 것이 직물 표면의 균일한 형태 고정(Setting) 효과를 부여하는 측면에서 좀더 바람직하다. 또한, 캘린더 가공은 바람직하게는 1회 내지 2회로 실시할 수 있다. 특히, 이러한 1회째의 캘린더링 가공은 캘린더 롤(roll) 삽입 전에서 유리전이온도 이하의 온도로 직물 표면 온도를 유지하면서, 금속 롤 표면 온도 160∼190 ℃로 실시하는 것이 바람직하다. 직물 표면 온도를 유리전이온도 이하로 하는 것에 의해, 직물은 캘린더 삽입시에 소정의 범위에서 냉연신 상태로 직물 조직이 압축된다. 이 때문에, 수축 응력이 잔류하는 형태로 캘린더 직물 조직이 형성된다. 이후에 2회째의 캘린더링 가공에 있어서, 캘린더 롤 삽입전은 직물 표면 온도를 유리전이 온도 내 지 190 ℃로 유지하는 것에 의해 그 잔류 수축 응력에 의하여 직물을 수축시키면서 캘린더 롤에 삽입되기 때문에, 상기 1회째의 수축분과 2회째의 열연신분이 상계되는 것이 되고, 이로써 안정되는 에어백용 원단 조직으로서 열 고정될 수 있다. 이때, 상기 1회째와 2회째 캘린더링 가공은 직물의 동일 면에서 수행하는데, 즉, 금속 롤에 접촉하는 직물 면이 동일 면이 되게 하고, 캘린더링 가공을 수행함으로써, 열적으로 완전히 안정적인 직물 구조를 부여할 수 있다. 이에 따라, 양면에 불완전한 가공을 수행하기보다는, 오히려 에어백 작동시 공기투과도를 보다 현저히 개선할 수 있는 안정되고 치밀한 직물 구조를 갖는 에어백용 원단을 얻을 수 있다.

또한, 상기 캘린더링 가공에 있어서, 1개의 금속 롤을 상하 한 쌍의 탄성 롤에 끼우는 구조의 금속/탄성 롤 캘린더링 장치를 사용하는 것이 좀더 바람직하다. 상기 캘린더링 장치는 상하의 탄성 롤이 금속 롤의 휨을 방지하는 기능이 있기 때문에, 고압 하에서도 원할하게 캘린더링 가공을 수행할 수 있어 좀더 바람직하다. 이때, 상술한 바와 같이 직물의 동일면에 2회의 캘린더 가공을 하는 방법을 수행하는 경우에는, 유리전이온도 이하로 직물에 표면 온도를 유지하면서, 한편의 탄성 롤과 160∼190 ℃의 표면 온도를 가지는 금속 롤의 사이로 1회째의 캘린더링 가공을 수행한 후에, 그 금속 롤에 직물을 밀착 연주하면서 직물의 표면 온도를 유리전이온도 190 ℃ 이하로 유지하면서 직물을 수축 완화시키고, 한편의 탄성 롤과 금속 롤의 사이로 상기 1회째의 캘린더링 가공에서와 동일 면에 연속하여 2회째의 캘린더링 가공을 수행하는 방법을 들 수 있다. 이와 같이 최적화된 조건 범위로 캘린더링 가공을 수행함으로써, 단지 공정 개선을 통해 에어백 작동시 고온-고압 가스에 대한 우수한 공기 투과도 개선 효과 및 기밀성 향성 효과를 얻을 수 있다.

한편, 이 같은 공정을 통해 제조되는 본 발명의 에어백용 원단은 이러한 캘린더링 공정 처리만으로도 우수한 공기투과도 개선 효과 및 기밀성 향성 효과를 얻을 수 있지만, 필요에 따라, 별도의 코팅 공정을 추가로 실시할 수도 있다. 상기 에어백용 원단은 직물의 일면 또는 양면에 수지 코팅층을 코팅 또는 라미네이트하는 단계를 실시할 수 있다. 상기 수지 코팅층은 실리콘 수지, 폴리비닐클로라이드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리우레탄 수지 등의 1종 이상으로 이루어진 코팅층을 더욱 포함하는 것이 바람직하며, 코팅 수지의 종류는 상기 언급된 물질에만 한정되지는 않는다. 상기 수지 코팅층은 나이프 코트법, 닥터블레이드법, 또는 분무코팅법으로 적용할 수 있지만, 이 또한 상기 언급된 방법에만 한정되지는 않는다.

상기 수지코팅층의 단위면적당 코팅량은 20 내지 200 g/m², 바람직하게는 20 내지 100 g/m²가 되도록 사용할 수 있다. 특히, OPW(One Piece Woven) 타입의 사이드 커튼 에어백용 원단의 경우에 있어서는 상기 코팅량이 30 g/m² 내지 95 g/m²가 바람직하고, 에어백용 평직원단의 경우는 상기 코팅량이 20 g/m² 내지 50 g/m² 수준이 바람직하다.

이렇게 코팅된 에어백용 원단은 재단과 봉제공정을 거치면서 일정한 형태를 갖는 에어백 쿠션 형태로 제조된다. 상기 에어백은 특별한 형태에 국한되지 아니하며 일반적인 형태로 제조될 수 있다.

한편, 발명의 좀더 바람직한 구현예에 따라, 소정의 특성을 갖는 폴리에스테르 원사를 사용하여 폴리에스테르 원단을 제조할 수 있다. 상기 폴리에스테르 원단은 단사섬도 2.9 DPF 내지 6.0 DPF이고, 적용되는 원사 필라멘트가 110 가닥 이상으로 형성된 폴리에스테르 원사를 사용하여 제조할 수 있다.

특히, 본 발명은 기존에 고강력 저신율의 높은 모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사가 아닌 고강력 고신율의 낮은 모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사를 사용함으로써, 에어백 팽창시의 에너지 흡수 능력이 우수할 뿐만 아니라, 우수한 형태안정성과 공기 차단성을 갖는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조할 수 있다.

상기 폴리에스테르 원사로는 고유점도가 1.05 내지 1.40 dl/g, 바람직하게는 1.10 내지 1.35 dl/g, 좀더 바람직하게는 1.15 내지 1.35 dl/g인 폴리에스테르 칩으로 제조된 것을 사용할 수 있다. 이때, 상기 폴리에스테르 원사로부터 제조되는 에어백용 원단이 상온 및 고온, 고습의 가혹 조건 하에서 에이징 후에도 우수한 물성을 유지하기 위해서는, 상기 폴리에스테르 원사로는 고유점도 1.05 dl/g 이상인 폴리에스테르 칩으로 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 낮은 열수축 거동의 특성을 발현으로 우수한 형태안정성 및 폴딩성 등을 확보하기 위하여서는 고유점도 1.40 dl/g 이하, 바람직하게는 1.35 dl/g 이하인 폴리에스테르 칩으로 제조된 폴리에스테르 원사를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 폴리에스테르 원사는 일반적인 코팅 직물의 라미네이트 코팅 온도에 해당하는 150 ℃ 에서의 수축응력이 0.005 내지 0.075 g/d인 것이 바람직하고, 일반적인 코팅 직물의 졸 코팅 온도에 해당하는 200 ℃에서의 수축응력이 0.005 내지 0.075 g/d인 것이 바람직하다. 즉, 상기 150 ℃와 200 ℃에서의 수축응력이 각각 0.005 g/d 이상은 되어야 코팅 공정중 열에 의한 원단의 처짐 현상을 막을 수 있고, 0.075 g/d 이하가 되어야 코팅공정을 지나 상온에서 냉각될 때 이완응력을 완화시킬 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 원사는 코팅공정 중 열처리시 일정 수준 이상의 장력을 주어 제직형태를 유지하여 결과적으로 에어백용 원단의 형태 변형을 방지하기 위해 177 ℃에서의 수축율이 6.5% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서 정의하는 상기 수축응력은 0.10 g/d의 고정 하중 하에서 측정한 값을 기준으로 하며, 수축율은 0.01 g/d의 고정 하중 하에서 측정한 값을 기준으로 한다.

상기 폴리에스테르 원사는 통상의 폴리에스테르 중에서도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 원사인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 PET를 70 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상 포함하는 PET 원사인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 캘린더링 공정에서 변형을 방지하기 위해서는, 상기 폴리에스테르 원사로는 결정화도가 40 내지 55%이며, 바람직하게는 41 내지 52%, 더욱 바람직하게는 41% 내지 50 %인 것을 사용할 수 있다. 상기 원사의 결정화도는 에어백용 원단에 적용시 열적 형태안정성 유지 등을 위하여 40% 이상이 되어야 하며, 상기 결정화도가 55%를 초과하는 경우에 비결정 영역이 감소함으로 충격 흡수 성능이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있어 55% 이하가 되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 에어백용 원단에 사용되는 폴리에스테르 원사는 저섬도 고 강력으로 유지해야 하므로, 섬도가 400 내지 650 데니어로 될 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 원사의 필라멘트수는 많을수록 소프트한 촉감을 줄 수 있으나, 너무 많은 경우에는 방사성이 좋지 않을 수 있으므로, 필라멘트수는 110 내지 210, 바람직하게는 130 내지 180로 될 수 있다.

특히, 본 발명의 에어백용 원단은 이전에 알려진 폴리에스테르 원사(통상, 초기 모듈러스 120 g/de이상임)보다 낮은 초기 모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사를 사용하여 제조될 수 있으며, 즉, 영스 모듈러스(Young's modulus)가 70 내지 95 g/d, 바람직하게는 75 내지 85 g/d 인 폴리에스테르 원사를 사용하여 제조될 수 있다. 이 때, 상기 폴리에스테르 원사의 초기 모듈러스, 즉, 영스 모듈러스는 인장시험시 얻어지는 응력-변형도 선도의 탄성 구간 기울기로부터 얻어지는 탄성계수의 물성값으로, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률에 해당하는 값이다. 상기 섬유의 모듈러스가 높으면 탄성은 좋으나 원단의 강연도(stiffness)가 나빠질 수 있으며, 모듈러스가 너무 낮을 경우 원단의 강연도는 좋으나 탄성회복력이 낮아져서 원단의 강인성이 나빠질 수 있다. 이같이, 기존에 비해 낮은 범위의 초기 모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사로부터 제조된 에어백용 원단은 기존의 PET 원단의 높은 강연도(stiffness) 문제 등을 해결하고, 우수한 폴딩성, 유연성, 및 수납성을 나타낼 수 있다.

한편, 상기 폴리에스테르 원사는 인장강도가 8.3 g/d 이상, 바람직하게는 8.3내지 9.5 g/d, 좀더 바람직하게는 8.7 g/d 내지 9.3 g/d이고, 절단신도가 14% 내지 22%, 바람직하게는 17% 내지 22%를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 원사는 건열 수축율이 1.0% 내지 6.5%, 바람직하게는 1.2 % 내지 5.0 %을 나타낼 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 고유점도 및 초기 모듈러스, 신율 범위를 최적 범위로 갖는 폴리에스테르 원사를 사용하여, 에어백용 원단으로 제조시 우수한 성능을 발휘할 수 있다.

상기 폴리에스테르 원사는 PET중합체를 용융 방사하여 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 연신하는 방법으로 제조될 수 있고, 이들 각 단계의 구체적 조건이나 진행 방법이 폴리에스테르 원사의 물성에 직/간접적으로 반영되어 본 발명의 에어백용 원단에 효과적으로 사용할 수 있는 폴리에스테르 원사가 제조될 수 있다.

특히, 좀더 바람직한 일 구현예에서, 상기 고강력 고신율 저모듈러스 폴리에스테르 원사는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 70 몰% 이상 포함하고 고유점도가 1.05 dl/g 이상 또는 1.05 내지 1.40 dl/g인 고점도 중합체를 사용하여 200 내지 300 ℃의 저온에서 용융 방사하여 폴리에스테르 미연신사를 제조하는 단계, 및 상기 폴리에스테르 미연신사를 5.0 내지 6.0의 연신비 조건 하에서 연신하는 단계를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다. 이 때, 카르복실 말단기(CEG) 함량이 낮은, 바람직하게는 30 meq/kg 이하의 고점도 PET 중합체를 사용하여 저온 조건 하에서, 더욱 바람직하게는 저온/저속 조건 하에서 용융 방사함으로써, 원사의 고유점도 저하 및 CEG 함량 증가를 최대한으로 억제하고, 원사의 우수한 기계적 물성을 유지하면서 동시에 고신율 특성을 확보할 수 있다. 더욱이, 후속의 연신 공정에서 5.0 내지 6.0의 최적화된 연신비 조건 하에서 연신을 수행함으로써, 원사의 신율 저하를 최대한 억제함으로써, 고강도 고신율의 저모듈러스를 갖는 폴리에스테르 원사를 제조 하여 에어백용 원단에 효과적으로 적용할 수 있다.

여기서, 상기 용융 방사 공정을 고온으로 수행할 경우, 예컨대, 300 ℃를 초과하여 수행할 경우에는 PET 중합체의 열분해가 다량으로 발생하여 고유점도 저하 및 CEG 함량의 증가가 커질 수 있으며, 고온에서 분자내 배향성 증가로 신율의 저하 및 모듈러스 증가가 커질 수 있고, 원사의 표면 손상으로 전반적인 물성 저하를 초래할 수 있어 바람직하지 않다. 또한, 너무 높은 연신비, 예컨대 6.0을 초과하는 연신비 조건 하에서 상기 연신 공정을 진행하면, 과연신 수준이 되어 상기 연신사에 절사 또는 모우 등이 발생할 수 있어 위 제조 방법을 통해 제조된 폴리에스테르 원사 역시 에어백용 원단으로 사용하기에 바람직한 물성을 나타내기 어렵다. 그리고, 비교적 낮은 연신비 하에서 연신 공정을 진행하면, 섬유 배향도가 낮아 이로부터 제조된 폴리에스테르 원사의 강도가 일부 낮아질 수 있으므로, 바람직하게는 5.0 이상의 연신비 하에서 연신 공정을 수행하는 것이 에어백용 원단 등에 적용되기에 적합한 고강력 고신율 저모듈러스의 폴리에스테르 원사의 제조가 가능하다.

또한, 이같이 높은 연신비 조건 하에서 고강력이면서도 저모듈러스의 고신율인 폴리에스테르 원사를 제조하는 측면에서, 후속 공정의 제반 조건, 예를 들어, 이완율 등을 적절한 범위로, 바람직하게는 11% 내지 14%로 조절하여 수행할 수 있다.

상기와 같은 공정 최적화를 통해 낮은 초기 모듈러스를 갖고 고강력 고신율의 에어백용 폴리에스테르 원사를 확보할 수 있다. 또한, 이러한 용융 방사 및 연신 공정의 최적화를 통해, 높은 습도 조건 하에서 산으로 존재하여 폴리에스테르 원사의 기본 분자쇄 절단을 유발시키는 카르복실 말단기(CEG, Carboxyl End Group)를 최소화할 수 있다. 따라서, 이러한 폴리에스테르 원사는 낮은 초기 모듈러스 및 높은 신율 범위를 동시에 나타내어 우수한 기계적 물성 및 수납성, 형태안정성, 내충격성, 공기 차단 효과를 갖는 에어백용 원단에 바람직하게 적용될 수 있다.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따라, 상술한 바와 같은 공정을 통해 제조되는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제공한다. 특히, 후처리 공정으로 최적화된 캘린더링 가공을 수행함으로써, 강연도를 현저히 낮추면서도 우수한 기계적 물성 및 공기 차단 성능 등을 유지할 수 있어 향상된 물성 개선 효과를 갖는 에어백용 원단을 얻을 수 있다.

상기 폴리에스테르 원단은 하기 계산식 1로 정의되는 원단의 강인성이3.5 kJ/㎥ 내지 6.0 kJ/㎥가 될 수 있으며, 미국재료시험협회규격 ASTM D 2261-Toungue 법으로 측정한 인열 강도가 18 kgf 내지 30gf 인 것이 될 수 있다.

[계산식 1]

상기 계산식에서, F는 폴리에스테르 원사 또는 원단의 길이가 dl만큼 늘어날 때에 가해지는 하중을 나타내며, dl은 폴리에스테르 원사 또는 원단이 늘어난 길이를 나타낸다.

이때, 강인성이라 함은 상기 계산식 1에 나타낸 바와 같이 섬유(원사 또는 원단을 포괄함; 이하 동일함)가 인장력에 의하여 끊어질 때까지 소비되는 에너지로 서, 급격한 충격에 대한 섬유의 저항성을 의미한다. 어떤 섬유가 하중 F에서 그 길이가 l에서 l+dl로 늘어날 경우 이 때 한일은 F·dl이 되므로 섬유를 절단하는 데 필요한 강인성은 계산식 1과 같이 표현된다. 즉, 강인성은 에어백용 원사 및 원단의 강-신도 곡선의 단면적을 나타내는 것으로써, 원단에 사용되는 원사의 강도 및 신도 값이 높을수록 원단에서 발현되는 강인성은 높은 값을 가지게 된다. 일반적으로는 원단의 강인성이 낮아지면 에어백 전개시 고온-고압을 갖는 인플레이터의 순간적인 전개 충격을 충분히 흡수할 수 있는 원단의 저항성이 낮아지기 때문에, 에어백용 원단이 쉽게 찢어지는 결과를 초래하게 된다. 특히, 상기 원단의 강인성이 바람직하게는 3.5 kJ/㎥ 내지 6.0 kJ/㎥, 좀더 바람직하게는 3.8 kJ/㎥ 내지 5.7 kJ/㎥ 를 나타냄에 따라, 고온-고압의 가스의 에너지를 효과적으로 흡수하고 견딜 수 있어, 에어백용 원사 및 원단으로 매우 효과적으로 사용될 수 있으며, 상기 강인성이 예를 들어, 3.0 kJ/㎥ 미만이 될 경우에는 에어백용 원단으로 적용이 어렵게 될 수도 있다.

이와 동시에, 본 발명의 에어백용 원단은 에어백 전개시 고온-고압 가스의 순간적인 큰 힘으로 급속하게 팽창될 경우 응력 집중에 따라 우수한 인열강도를 갖을 수 있다. 이 때, 상기 에어백용 비코팅 원단의 파열 강도를 나타내는 인열강도는 ASTM D 2261-Toungue법으로 측정하였을 때, 18 kgf 내지 30gf, 바람직하게는 19 kgf 내지 27 kgf, 좀더 바람직하게는 20 kgf 내지 24 kgf로 될 수 있다. 여기서, 상기 비코팅 원단의 인열강도가 18 kgf 미만인 경우에는 에어백의 전개시 에어백의 파열이 발생함으로써 에어백 기능에 커다란 위험을 초래할 수도 있다. 반면에, 상 기 비코팅 원단의 인열강도가 30 kgf를 초과하는 경우에는 원단의 활탈 저항력(Edge Comb Resistance)이 낮아지며 에어백 전개시 공기차단성이 급격히 나빠짐으로써 바람직하지 못할 수도 있다.

또한, 일반적으로 폴리에스테르는 분자 구조상 나일론 등에 비해 강연성(stiffness)이 높은 구조를 갖는 것으로, 이로 인해 높은 모듈러스의 특성을 나타내며 에어백용 원단으로 사용시 폴딩성 및 패킹성(packing)이 현저히 떨어져, 자동차의 좁은 공간에 수납이 어렵게 된다. 이에 따라, 본 발명은 고강력 저모듈러스의 특성 갖는 폴리에스테르 원사를 사용하여, 원단의 강인성 및 인열강도를 유지함과 동시에, 원단의 강연도(stiffness)를 현저히 낮출 수 있으며, 예를 들어 미국재료시험협회규격 ASTM D 4032 방법에 따른 강연도가 1.2 kgf이하 또는 0.4 내지 1.0 kgf, 바람직하게는 0.5 내지 0.8 kgf을 나타낼 수 있다. 이같이 기존의 폴리에스테르 원단에 비해 원단의 강연도(stiffness)를 현저히 낮추게 됨에 따라, 본 발명의 에어백용 원단은 우수한 폴딩성, 유연성, 및 수납성을 나타낼 수 있다.

본 발명의 원단은 에어백용으로 사용하기 위해서는 상기 강연도 범위를 유지하는 것이 바람직하고, 강연도가 너무 낮은 경우에는 에어백 팽창 전개시 충분한 보호 지지 기능을 하지 못할 수도 있으며, 차량 장착시에도 형태 유지 성능이 떨어져 수납성이 저하될 수 있다. 또한, 너무 딱딱한 상태가 되어 접기 어렵게 됨으로써 수납성이 저하되는 것을 방지하고, 원단의 변색 현상을 방지하기 위해서는, 상기 강연도는 1.2 kgf 이하가 바람직하고, 특히 460 데니어 미만인 경우에는 0.8 kgf 이하가 바람직하며, 550 데니어 이상인 경우에도 1.2 kgf 이하가 되는 것이 좋 다.

상기 에어백용 원단의 공기투과도는 원단에 고무성분 코팅층이 포함시킴으로써 현저히 낮출 수 있으며, 거의 0 cfm에 근사한 값의 공기투과도를 확보할 수도 있다. 다만, 이러한 고무성분 코팅을 수행하지 않는 경우에, 본 발명의 비코팅 원단은 미국재료시험협회규격 ASTM D 737 방법에 따른 정적 공기투과도가, △P가 125 pa일 때 2.0 cfm 이하, 바람직하게는 0.3 내지 1.7 cfm, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1.5 cfm 로 될 수 있으며, △P가 500 pa일 때 12 cfm 이하, 바람직하게는 4 내지 10 cfm로 될 수 있다. 또한, 미국재료시험협회규격 ASTM D 6476 방법에 따른 동적 공기투과도는1,700 mm/s 이하, 바람직하게는 200 내지 1,600 mm/s, 보다 바람직하게는 400 내지 1,400 mm/s로 될 수 있다. 여기서, 비코팅 원단의 정적 공기투과도가 10 cfm 또는 8 cfm를 초과하거나 또는 동적 공기투과도가 2,300 mm/s 또는 1,900 mm/s를 초과는 경우에는 에어백용 원단의 기밀성을 유지하는 측면에서는 바람직하지 않을 수 있다. 이때, 정적 공기투과도라 함은 에어백용 원단에 일정한 압력 부여시 원단으로 투과하는 공기량을 의미하는 것으로, 원사의 단섬도(Denier per Filament)가 작고 원단의 밀도가 높을수록 낮은 값을 가질 수 있다. 또한, 동적 공기투과도라 함은 30~70 kPa의 평균 순간 차등 압력을 부여할 경우 원단으로의 공기투과 정도를 의미하는 것으로, 정적 공기투과도처럼 원사의 단섬도가 작고 원단의 밀도가 높을수록 낮은 값을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 에어백용 원단은 미국재료시험협회규격 ASTM D 5034 방법으로 상온에서 측정한 인장강도가 210 kgf/inch 내지 330 kgf/inch, 바람직하게는 230 kgf/inch 내지 280 kgf/inch가 될 수 있으며, 절단 신도가 31% 내지 50%, 바람직하게는 35 % 내지 45%로 될 수 있다. 여기서, 원단의 우수한 기계적 물성 측면에서는 상기 인장강도 및 절단 신도가 각각 210 kgf/inch 이상 및 35% 이상이 바람직하고, 활탈 저항력 측면에서는 각각 330 kgf/inch 이하 및 45% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 원단은 ASTM D 1776의 방법으로 측정한 경사방향 및 위사방향의 원단수축율이 각각 1.0% 이하, 바람직하게는 0.8% 이하로 될 수 있다. 여기서, 원단의 형태안정성 측면에서는 경사방향 및 위사방향의 원단수축율이 1.0%를 초과하지 않는 것이 가장 바람직하다.

한편, 본 발명의 에어백용 원단은 차량 장착후 에어백 작동시 우수한 성능을 확보할 수 있도록 하기 위하여, 다양한 에이징을 수행하여 향상된 물성이 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 에이징으로는 고온 에이징(Heat aging), 사이클 에이징(Cycle aging), 및 고습 에이징(Humidity aging)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 수행할 수 있으며, 바람직하게는 상기 3가지 에이징을 수행한 후에도 우수한 정도로 강도 및 물성이 유지되도록 할 수 있다.

여기서, 상기 고온 에이징(Heat aging)은 원단을 고온에서 열처리하는 것으로 이뤄지며, 바람직하게는 온도 110 내지 130 ℃에서 300 시간 이상 또는 300 내지 500 시간 동안 열처리하는 것으로 이뤄질 수 있다. 또한, 사이클 에이징(Cycle aging)은 원단에 대하여 고온 에이징, 고습 에이징, 저온 에이징을 반복 수행하는 것으로 이뤄지며, 바람직하게는 온도 30 내지 45 ℃, 상대습도 93 내지 97 %RH에서 12 내지 48 시간 동안 에이징한 후에, 70 내지 120 ℃에서 12 내지 48 시간 동안 에이징하고, -10 내지 -45 ℃에서 12 내지 48 시간 동안 에이징하는 공정을 2회 내지 5회 반복 실시하는 것으로 이뤄질 수 있다. 고습 에이징(Humidity aging)은 원단을 고온 다습 조건 하에서 에이징하는 것으로 이뤄지며, 바람직하게는 온도 60 내지 90 ℃ 및 상대습도 93 내지 97 %RH에서 300 시간 이상 또는 300 내지 500 시간 동안 에이징 하는 것으로 이뤄질 수 있다.

특히, 본 발명의 에어백용 원단은 상기 조건으로 에이징후에 강력을 상온에서 측정한 강력에 대하여 %로 계산한 강력유지율이 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상, 좀더 바람직하게는 90% 이상이 될 수 있다. 이같이 고온 및 고습의 가혹 조건 하에서 장시간 에이징 후에도 원단의 강도 및 강력유지율이 우수한 범위로 유지됨으로써, 에어백용 원단으로서 우수한 성능을 발휘할 수 있다.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따라, 상술한 폴리에스테르 원단을 포함하는 차량용 에어백이 제공된다. 또한, 상기의 에어백을 포함하는 에어백 시스템이 제공되며, 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 따라 제조되는 에어백용 원단은 폴리에스테르 원단 제조시 후처리 공정으로 최적화된 조건의 캘린더링 공정을 수행함으로써, 원단에 균일한 장력 분포 및 후도를 달성하고 안정적이고 치밀한 직물 조직을 형성시켜 우수한 형태안정성, 기계적 물성, 및 공기 차단 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 이와 동시에 우수한 폴딩성 및 유연성을 확보할 수 있어 자동차 장착시 수납성을 현저히 개선하고 동시에 승객에게 가해지는 충격을 최소화하여 탑승자를 안전하게 보호할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 제조되는 폴리에스테르 원단은 차량용 에어백 제조 등에 매우 바람직하게 사용될 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 1~5

소정의 고유점도를 갖는 PET 칩을 용융 방사기를 통해 1 step으로 폴리에스테르 원사를 제조한 후에, 상기 원사를 사용하여 래피어직기를 통해 에어백용 원단 생지를 제직하고, 정련 및 텐터링 공정을 거쳐 에어백용 원단을 제조하였다. 위와 같이 원단을 먼저 제조한 후에, 롤러 히팅 및 업-다운(Roller Heating & Up-Down) 방식의 3구 캘린더링 장치(3-Bowl Calender)를 사용하여 열처리하는 단계를 추가로 수행하였다.

이때, PET 칩의 고유점도, CEG 함량, 용융방사온도, 연신비, 및 원사의 강인성, 인열강도 등의 물성, 원단의 경사 및 위사 제직밀도, 제직형태, 열처리 온도, 캘러링 온도, 압력, 속도는 하기 표 1에 나타낸 바와 같으며, 나머지 조건은 에어백용 폴리에스테르 원단 제조를 위한 통상적인 조건에 따랐다.

구 분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
PET 함량(몰%)	100	100	100	100	100
PET 칩의고유점도(dl/g)	1.14	1.22	1.40	1.22	1.40
PET 칩의 CEG (meq/kg)	30	27	24	27	24
방사온도(℃)	293	295	295	297	297
연신비	5.95	6.03	5.4	5.4	5.4
원사의고유점도(dl/g)	1.02	1.02	6.10	6.03	6.10
강인성(Toughness, J)	79	82	86	82	85
초기모듈러스(g/d)	80	77	75	83	81
인장강도 (g/d)	8.4	8.8	9.2	8.7	9.2
절단신도 (%)	16	18	20	18	20
건열수축율 (%)	2.7	2.2	1.2	2.2	1.2
단사섬도 (DPF)	3.82	3.23	2.92	3.45	3.47
총섬도 (de)	420	420	420	420	420
필라멘트수	144	144	144	144	144
제직밀도(경사×위사)	49ⅹ49	49ⅹ49	49ⅹ49	49ⅹ49	49ⅹ49
제직형태(평직/opw)	평직	평직	평직	평직	평직
열처리/가황온도(℃)	180	185	180	185	190
캘린더링 속도(m/min)	7	10	10	15	20
캘린더링 온도(℃)	140	160	160	180	180
캘린더링 압력(kN)	0.3	0.5	0.5	0.5	0.7
캘린더링 횟수	1	1	2	1	1

상기 실시예 1~5에 따라 제조된 폴리에스테르 원단에 대하여 다음의 방법으로 물성을 측정하였으며, 측정된 물성은 하기 표 2에 정리하였다.

(a) 원단의 강인성(Toughness)

하기 계산식 1에 의해 강인성(Toughness, J) 값을 계산하였다.

[계산식 1]

상기 계산식에서, F는 폴리에스테르 원단의 길이가 dl만큼 늘어날 때에 가해지는 하중을 나타내고, dl은 폴리에스테르 원단의 늘어난 길이를 나타낸다.

(b) 인열 강도

ASTM D 2261-Toungue법에 따라 에어백용 원단의 인열강도를 측정하였다. 먼저, 에어백 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 원단을 파열시켜 강도를 측정하였다.

(c) 인장 강도 및 절단신도

에어백 원단에서 시편을 재단하여 미국재료시험협회규격 ASTM D 5034에 따른 인장강도 측정장치의 하부 클램프에 고정시키고, 상부 클램프를 위로 이동시키면서 에어백 원단 시편이 파단될 때의 강도 및 신도를 측정하였다.

(d) 경사 및 위사 방향 원단수축율

미국재료시험협회규격 ASTM D 1776에 따라 경/위사 방향의 원단수축율을 측정하였다. 먼저, 평직용 에어백 원단에서 시편을 재단한 후, 경사 및 위사 방향으로 수축 전 길이인 20 cm씩을 표시하고 149 ℃에서 1시간 동안 챔버에서 열처리한 시편의 수축한 길이를 측정하여 경사방향 및 위사방향의 원단수축율 {(수축전 길이 - 수축후 길이)/ 수축전 길이 x 100%} 측정하였다.

(e) 강연도

미국재료시험협회규격 ASTM D 4032에 따른 강연도 측정장치를 이용하여 써큘라벤드법(Circular Bend)법으로 원단의 강연도를 측정하였다. 또한, 강연도 측정법으로 켄티레버법을 적용할 수 있으며, 원단에 굽힘을 주기 위하여 일정각도의 경사를 준 시험대인 켄티레버 측정기기를 이용하여 원단 굽힘 길이 측정을 통해 강연도를 측정할 수 있다.

(f) 후도

미국재료시험협회규격 ASTM D 1777 에 따라 에어백용 원단의 후도를 측정하였다.

(g) 공기투과도

미국재료시험협회규격 ASTM D 737에 따라 상기 에어백용 원단을 비코팅 원단 상태에서 20 ℃, 65 %RH 하에서 1일 이상 방치한 후, △P가 각각 125 pa 및 500 pa의 압력의 공기가 38 cm²의 원형단면을 통과하는 양을 측정하여 정적 공기투과도로 나타내었다.

또한, ASTM D 6476에 따라 상기와 같이 비코팅 원단 상태에서 TEXTEST FX 3350 Dynamic Air Permeability Tester를 사용하여 에어백용 원단의 동적 공기투과도를 측정하여 나타내었다.

구 분		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
강인성(kJ)		3.8	4.0	4.0	3.8	3.9
인열강도(kgf)		24	23	24	24	23
인장강도(kgf/inch)		244	245	250	248	247
절단신도(%)		41	40	41	39	40
원단수축율 (%)	경사	0.3	0.8	0.6	0.7	0.7
	위사	0.5	0.3	0.4	0.5	0.4
강연도(kgf)		0.7	0.6	0.5	0.7	0.8
후도		279	270	257	280	278
정적 공기 투과도(cfm)	△P=125pa	0.7	0.6	0.5	0.8	0.9
	△P=500pa	6.2	5.8	5.4	6.7	7.4
동적 공기 투과도(L/dm2/min)		480	430	400	510	550

비교예 1~6

하기 표 3에 기재된 조건을 제외하고는 실시예 1~5와 동일한 방법에 따라 비교예 1~6의 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조하였다.

구 분	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6
PET 함량(몰%)	100	100	100	100	100	100
PET 칩의고유점도(dl/g)	0.85	1.22	1.22	0.95	0.90	0.95
PET 칩의 CEG (meq/kg)	50	14	14	43	47	43
방사온도(℃)	293	295	295	297	295	297
연신비	5.95	5.4	5.4	6.10	6.03	6.10
원사의고유점도(dl/g)	0.65	1.02	1.02	0.73	0.69	0.73
강인성(Toughness, J)	71	93	93	76	74	76
초기모듈러스(g/d)	125	68	68	135	129	135
인장강도(g/d)	7.4	8.4	8.4	7.9	7.7	7.9
절단신도(%)	10	20	20	13	11	13
건열수축율(%)	15.5	1.8	1.8	13.7	15	13.7
단사섬도(DPF)	6.76	3.19	3.19	4.79	6.39	4.79
총섬도(de)	460	460	460	460	460	460
필라멘트수	68	144	144	96	72	96
제직밀도(경사×위사)	49ⅹ49	49ⅹ49	49ⅹ49	49ⅹ49	49ⅹ49	49ⅹ49
제직형태(평직/opw)	평직	평직	평직	평직	평직	평직
열처리/가황온도(℃)	190	185	185	160	190	160
캘린더링 속도(m/min)	3	25	10	10	10	10
캘린더링 온도(℃)	180	180	130	200	160	160
캘린더링 압력(kN)	0.5	0.5	0.5	0.5	0.1	1.0
캘린더링 횟수	2	1	1	2	2	1

상기 비교예 1~6에 따라 제조된 폴리에스테르 원단에 대한 물성을 하기 표 4 에 정리하였다.

구 분		비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6
강인성(kJ)		2.3	2.5	2.5	2.8	2.6	2.7
인열강도(kgf)		13	15	15	13	12	14
인장강도(kgf/inch)		188	195	180	190	185	194
절단신도(%)		27	29	32	28	29	28
원단수축율 (%)	경사	1.5	1.4	1.8	1.6	1.7	1.5
	위사	1.4	1.3	1.7	1.2	1.3	1.3
강연도(kgf)		2.5	2.6	2.5	2.7	2.2	2.2
후도 (㎛)		286	298	290	285	300	304
정적 공기 투과도(cfm)	△P=125pa	2.6	2.5	2.1	2.7	2.2	2.3
	△P=500pa	23.4	21.5	19.4	21.7	20.4	20.8
동적 공기 투과도(L/dm2/min)		1970	1880	1750	1900	1810	1840

상기 표 2에서 보는 것과 같이, 본 발명에 따라 최적 범위의 조건 하에서 캘린더링 공정을 수행하여 제조된 실시예 1~5의 에어백용 원단의 경우, 원단의 강인성은 3.8 kJ/m³ 내지 4.0 kJ/m³ 이고, 인열강도는 23 kgf 내지 24 kgf의 값을 가지며, 원단수축율은 0.3% 내지 0.8%로 매우 우수한 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 이와 동시에, 상기 실시예 1~5의 에어백용 폴리에스테르 원단은 강연도가 0.5 kgf 내지 0.8 kgf 수준으로서, 우수한 형태안정성, 기계적 물성과 함께 우수한 폴딩성, 수납성을 갖는 것임을 확인할 수 있다.

반면에, 종래 기술에 따라 통상의 조건 하에서 캘린더링 공정을 수행하여 제조된 비교예 1~6의 에어백용 원단의 경우, 원단의 강인성은 2.3 kJ 내지 2.8 kJ 이고 인열강도는 12 kgf 내지 15 kgf가 되어 실시예 1~5의 원단 대비 현저히 떨어지는 물성값을 보였으며, 아울러 원단의 강연도와 공기투과도 측정값은 실시예 1~5에어백용 원단 대비 모두 높은 값을 보임으로써 비교예 1~6의 에어백용 원단은 실제 에어백용 원단으로 적용하기에는 문제점이 많은 것으로 확인되었다.

특히, 캘린더링 공정을 저속 조건, 즉, 3 m/min의 저속으로 수행한 비교예 1의 경우, 장시간의 열처리 공정 수행에 의해 강연도가 2.5 kgf 정도로 현저히 떨어져 에어백 원단으로 적용시 유연성이 떨어지고 수납성 저하가 발생할 수 있으며, 실제 생산 공정에서 과도한 공정 비용으로 산업상 이용 가능성이 떨어질 수 있다. 반면에, 캘린더링 공정을 고속 조건, 즉, 25 m/min의 고속으로 수행한 비교예 2의 경우, 지나치게 빠른 원단 이동으로 충분한 캘린더링 효과를 얻기 어렵고 원단의 균일한 후도를 유지할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 캘린더링 공정의 온도 조건이 너무 낮은 130 ℃에서 수행한 비교예 3의 경우, 원단의 열처리 온도가 낮아 원단물성(강/신도)의 저하를 초래하고 원단수축율이 1.0%를 초과하여 1.7% 이상으로 과도하게 발생하여 형태안정성이 저하될 수 있다. 반면에, 캘린더링 공정의 온도 조건이 너무 높은 고온, 즉, 200 ℃에서 수행한 비교예 4의 경우, 강연도가 2.5 kgf 정도로 현저히 떨어져 에어백 원단으로 적용시 유연성이 떨어지고 수납성이 저하될 수 있으며, 공기투과도가 높아져 캘린더링 효과를 볼 수 없는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 캘린더링 공정의 압력 조건을 0.1 kN으로 수행한 비교예 5의 경우, 롤에서 원단으로 적정한 압력이 가해지지 않아 충분한 캘린더링 효과를 얻기 어렵고, 공기투과도가 높아져 에어백용 원단으로 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 이와는 달리, 캘린더링 공정의 압력 조건을 1.0 kN으로 과도하게 부여한 비교예 6의 경우, 롤 사이에서 원단의 공정 진행 공간이 충분치 않아 캘린더링 공정 자체를 원활히 수행하기 어렵고 공정 진행 동안에도 원단의 파단이 발생하는 문제점이 있을 수 있다.

Claims (17)

1. 폴리에스테르 원사로 에어백용 생지를 제직하여 에어백용 직물을 제조한 후에, 상기 직물을 온도 140 ℃ 내지 190 ℃, 압력 0.2 kN 내지 0.8 kN의 조건 하에서 7 m/min 내지 20 m/min의 캘린더링 속도로 열처리하는 단계를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 직물을 온도 160 ℃ 내지 180 ℃, 압력 0.4 kN 내지 0.6 kN의 조건 하에서 10 m/min 내지 15 m/min의 캘린더링 속도로 열처리하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계, 및

   상기 정련된 직물을 텐터링하는 단계

   를 추가로 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 텐터링 단계에서 열처리 온도는 140 내지 210 ℃인 에어백용 원단의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 직물의 표면에 수지 코팅층을 코팅 또는 라미네이트하는 단계를 추가로 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 폴리에스테르 원사는 고유점도가 1.05 내지 1.40 dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩으로부터 제조된 것인 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 폴리에스테르 원사는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 70몰% 이상 포함하는 것인 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 원단은 초기 모듈러스가 70 내지 95 g/de인 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 에어백용 폴리에스테르 원단.
10. 제9항에 있어서,

    미국재료시험협회규격 ASTM D 4032 방법에 따른 강연도가 1.2 kgf 이하인 에어백용 폴리에스테르 원단.
11. 제9항에 있어서,

    하기 계산식 1로 정의되는 원단의 강인성이3.5 kJ/㎥ 내지 6.0 kJ/㎥인 에어백용 폴리에스테르 원단:

    [계산식 1]

    

    상기 계산식 1에서,

    F는 폴리에스테르 원단의 길이가 dl만큼 늘어날 때에 가해지는 하중을 나타내고,

    dl은 폴리에스테르 원단의 늘어난 길이를 나타냄.
12. 제9항에 있어서,

    미국재료시험협회규격 ASTM D 2261-Toungue 방법에 따른 인열강도가 18 kgf 내지 30 kgf인 에어백용 폴리에스테르 원단.
13. 제9항에 있어서,

    미국재료시험협회규격 ASTM D 5034 방법에 따른 인장강도가 210 kgf/inch 내지 330 kgf/inch 인 에어백용 폴리에스테르 원단.
14. 제9항에 있어서,

    미국재료시험협회규격 ASTM D 737 방법에 따른 정적 공기투과도는 △P가 125 pa일 때 2.0 cfm 이하이며, △P가 500 pa일 때 12 cfm 이하인 에어백용 폴리에스테르 원단.
15. 제9항에 있어서,

    미국재료시험협회규격 ASTM D 6476 방법에 따른 동적 공기투과도는 1,700 mm/s 이하인 에어백용 폴리에스테르 원단.
16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 에어백용 원단을 포함하는 차량용 에어백.
17. 제16항에 있어서,

    상기 에어백은 프론탈용 에어백 또는 사이드 커튼형 에어백인 차량용 에어백.