KR20140042735A - 고신율 폴리에스테르 시트벨트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 시트벨트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 인장강도가 8.0 g/d 내지 10.0 g/d이고, 신율이 14% 내지 30%인 폴리에스테르 섬유를 포함하고, 인장강력이 2,800 kgf 이상이며, 신율이 11% 내지 25%인 폴리에스테르 시트벨트에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 우수한 기계적 물성과 함께 높은 신율 범위를 확보함으로써, 자동차 뒷좌석 등에 장착시 충분한 강도로 승객을 지지해줄 수 있을 뿐만 아니라 충격흡수성이 우수한 시트벨트를 제조할 수 있다.

Description

고신율 폴리에스테르 시트벨트 {POLYESTER SEATBELT HAVING HIGH ENLONGATION}

본 발명은 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 시트벨트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 우수한 기계적 물성 및 높은 신율 범위로 우수한 지지 강도와 함께 현저히 향상된 충격 흡수성 등을 갖는 고신율 폴리에스테르 시트벨트에 관한 것이다.

폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, "PET"라 함)로 대표되는 폴리에스테르(Polyester)는 기계적 강도, 내약품성 등이 우수하기 때문에, 섬유, 필름 또는 수지 용도 등에 광범위하게 사용되고 있다. 예를 들면, 섬유의 경우에는 의료 용도뿐만 아니라, 예컨대, 타이어 코드(tire cord), 벨트(belt), 호스(hose) 등의 고무제품의 보강용 재료 등으로서 산업 자재 용도에도 폭넓게 사용된다.

이러한 산업자재용 폴리에스테르 섬유 중에서, 현재 시트벨트용 원사로서 폴리에틸렌테레프탈레이트를 주성분으로 하는 고강도 폴리에스테르 섬유가 널리 사용되고 있다. 이러한 시트벨트용 원사는 고강도가 유지되어야 하는 것은 물론이지만 시트벨트로 제조된 후 샤시 가이드와의 반복되는 마찰과 시트벨트의 탈착시에 꺼내고 격납할 때의 마찰을 격감하기 위하여 미끄럼 효율이 양호할 것이 또한 요구된다.

이같이 시트벨트용 폴리에스테르 섬유에 충분한 미끄럼 효율을 제공하기 위해서 일반적으로 폴리에스테르 섬유 제조시에 평활제를 함유한 유제를 부여한다. 그러나, 일반적으로 시트벨트용 폴리에스테르 섬유는 착색되어 있지 않으므로 제직 후 염색가공이 필요하게 되는데, 이같이 원사 제조 공정에서 부여된 평활제를 함유한 유제가 상기 염색공정에서 탈락해버린다. 이 때문에, 제조 공정상에서 평활제를 부여하는 것만으로는 시트벨트용 폴리에스테르 섬유에 충분한 윤활성을 부여하기 어려운 문제가 있다.

또한, 일반적으로 종래의 시트벨트용 폴리에스테르 섬유는 원사를 이용하여 웨빙(Webbing)물을 만들고 염색하는 공정을 거치게 되면 고온의 열처리로 인한 강도 저하 때문에 고강력사로 강도를 높이는 방향으로만 기술 개발이 이루어져 왔다. 시트벨트용 원사는 기본적으로, 가장 중요한 승객보호를 위하여 차량 사고 시 사람을 차체에 고정시켜 2차 피해를 줄이는 역할을 하는 것이므로, 원사의 강도 유지가 특히 중요하다. 그러나, 이같이 고모듈러스 저절신 형태의 폴리에스테르 섬유를 시트벨트용 원사로 사용할 경우에는, 자동차에 장착하여 사용시 발생하는 마찰을 격감하기 위한 미끄럼 효율이 현저히 저하될 뿐만 아니라, 시트벨트 자체의 강직성으로 인하여 차량 충돌 시 승객을 다치게 하는 문제가 있다.

따라서, 폴리에스테르 섬유를 사용하면서도 우수한 기계적 물성과 함께 승객에게 가해지는 충격을 줄이기 위한 유연성, 내마찰성, 강력유지율, 및 충격에너지 흡수성 등이 현저히 향상된 시트벨트 개발에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 자동차 충돌시 충분한 강도로 승객을 지지해줄 수 있는 고강력 특성과 함께 시트벨트 자체의 강직성으로 인한 2차 피해를 최소화할 수 있도록, 우수한 기계적 물성 및 내마모성, 강력유지율, 고충격에너지 흡수성을 갖는 폴리에스테르 시트벨트를 제공하고자 한다.

본 발명은 또한, 상기 시트벨트를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 인장강도가 8.0 내지 10.0 g/d이고, 신율이 14% 내지 30%인 폴리에스테르 섬유를 포함하고, 인장강력이 2,700 kgf 이상이며, 신율이 11% 내지 25%인 폴리에스테르 시트벨트를 제공한다. .

상기 폴리에스테르 시트벨트는 RS K 0005 방법으로 측정한 이동 거리가 500 mm 이하일 수 있다.

상기 폴리에스테르 시트벨트는 경사밀도가 220 본/5cm 내지 300 본/5cm이며, 위사밀도가 3 본/1cm 내지 9본/cm일 수 있다.

상기 폴리에스테르 시트벨트는 충격흡수율이 65% 이상일 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르 시트벨트에서 상기 폴리에스테르 섬유는 고유점도가 1.0 dl/g이상인 것일 수 있다.

상기 폴리에스테르 섬유는 총섬도가 400 내지 1,800 데니어일 수 있다.

상기 폴리에스테르 섬유는 단사섬도가 8.0 DPF 이상이고, 50 내지 240 가닥의 필라멘트를 포함하는 것일 수 있다.

상기 폴리에스테르 섬유는 건열수축율이 13% 이하인 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 소정의 특성을 갖는 폴리에스테르 섬유를 사용하여 우수한 기계적 물성과 함께 높은 신율 범위 달성함으로써, 우수한 기계적 물성과 함께 내마모성, 강력 유지율 등이 우수한 폴리에스테르 시트벨트가 제공된다.

특히, 본 발명의 폴리에스테르 시트벨트는 자동차 충돌시 충분한 강도로 승객을 지지해줄 수 있는 고강력 특성을 확보할 수 있음과 동시에 자동차 뒷좌석 등에 장착시에 승객에게 가해지는 충격을 최소화하여 탑승자를 안전하게 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현 예에 따른 시트벨트용 폴리에스테르 원사 제조공정을 모식적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에스테르 시트벨트에 대한 충격에너지 흡수를 계산할 수 있는 하중-신도 곡선의 일례를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에서 개발된 폴리에스테르 시트벨트(High Energy Absorption Seatbelt)의 강력-신율 곡선의 일례를 나타낸 것이다. 여기서, 기존 제품(Conventional)의 인장강력 11.1 kN에서 신율이 12% 내지 14% 수준인 것에 비해 본 발명에 따른 폴리에스테르 시트벨트의 신율은 16% 내지 20% 수준이었다.

이하, 발명의 구체적인 구현 예에 따른 폴리에스테르 시트벨트 및 그의 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명에 대한 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현 예에 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 시트벨트용 원사로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, "PET"라 함)를 주성분으로 하는 고강도 폴리에스테르 섬유가 널리 사용되고 있다. 또한, 이러한 시트벨트용사는 고강도가 유지되어야 하는 것은 물론이지만 자동차에 장착하여 사용시 탈 부착 과정에서 반복되는 마찰을 격감하기 위하여 미끄럼 효율이 양호할 것이 요구된다.

이러한 시트벨트는 가장 중요한 승객 보호를 위하여 차량 사고시 사람을 차체에 고정시켜 추가 피해를 줄이는 역할을 해야 하므로, 고강력사로 설계되어 있기 때문에 주로 고모듈러스 저절신 형태의 폴리에스테르 섬유가 사용되고 있다. 특히, 폴리에스테르는 분자구조상 나일론 등에 비해 강연성(stiffness)이 높은 구조를 가지게 되어 높은 모듈러스(high modulus)의 특성을 갖게 된다.

그러나, 이같이 강연성이 높은 기존의 고 모듈러스 폴리에스테르 섬유를 사용하여 시트벨트를 제조한 경우, 차량 충돌 시 시트벨트의 과도한 강직성 때문에 사람이 다치는 원인이 된다.

이에 따라, 본 발명은 폴리에스테르 섬유를 사용하면서도, 고강력을 유지하며 높은 신율 범위를 확보함으로써, 충격흡수성이 우수하고 내마모성 및 내열 강력 유지율이 현저히 향상된 시트벨트를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명자들의 실험 결과, 소정의 특성을 갖는 폴리에스테르 섬유를 사용하여 후술되는 최적화된 공정을 통해 고강력 고신율의 시트벨트를 제조함에 따라, 우수한 기계적 물성과 함께 보다 향상된 미끄럼 특성 및 충격 흡수 성능 등을 확보할 수 있다.

이에 발명의 일 구현 예에 따라, 본 발명은 소정의 특성을 갖는 폴리에스테르 시트벨트가 제공된다. 상기 폴리에스테르 시트벨트는 원사의 인장강도가 8.0 내지 10.0 g/d이고, 원사의 신율이 14% 내지 30%인 폴리에스테르 섬유를 포함하고, 시트벨트의 인장강력이 2,700 kgf 이상이며, 시트벨트의 신율이 11% 내지 25%이 될 수 있다.

본 발명에서는 인장강도와 신율이 동시에 최적화된 원사를 사용하며, 시트벨트 제직 및 염색시 제조 속도차를 최적화하여 고강력과 함께 고신율의 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있다. 특히, 본 발명의 시트벨트는 자동차 뒷좌석에 장착시 충분한 강도로 승객을 지지해줄 수 있는 고강력 특성과 함께 시트벨트 자체의 강직성으로 인한 2차 피해를 최소화할 수 있는, 우수한 기계적 물성 및 유연성, 내마모성, 충격흡수율 등을 확보할 수 있다.

본 발명의 시트벨트는 고강력 저모듈러스 고신율의 폴리에스테르 섬유를 사용하여 제조할 수 있다.

여기서, 상기 폴리에스테르 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 주성분으로 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 PET는 그 제조단계에서 여러 가지 첨가제가 첨가될 수 있는 것으로서, 시트벨트로 제조 시 우수한 기계적 물성을 확보하기 위해서는 적어도 70 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 90 몰% 이상을 포함할 수 있다. 이하에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)라는 용어는 특별한 설명 없이 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 고분자가 70 몰% 이상인 경우를 의미한다.

본 발명에서 상기 폴리에스테르 섬유는 인장강도가 8.0 g/d 내지 10.0 g/d, 바람직하게 8.5 g/d 이상, 좀더 바람직하게는 9.5 g/d 이상을 나타낼 수 있다. 상기 폴리에스테르 섬유의 인장강도는 시트벨트 제조시 안전성 확보 측면에서 8.0 g/d 이상이 되어야 하고, 충격이 가해질 때 2차 손상을 방지하고 승객 보호 측면에서는 9.5 g/d 이하가 되어야 한다.

상기 폴리에스테르 섬유는 신율이 14% 내지 30%, 바람직하게는 18% 내지 27%, 좀더 바람직하게는 20% 내지 25%를 나타낼 수 있다. 상기 폴리에스테르 섬유의 신율은 상기 승객 보호 측면에서 14% 이상이 되어야 하고, 충돌시 앞좌석과의 부딪힘을 최소화 하기 위해서 30% 이하가 되어야 한다.

또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 이전에 알려진 폴리에스테르 섬유에 비해 보다 향상된 고유점도, 즉, 1.0 dl/g 이상 또는 1.0 dl/g 내지 1.8 dl/g, 바람직하게는 1.2 dl/g 내지 1.5 dl/g, 더욱 바람직하게는 1.3 dl/g 내지 1.4 dl/g의 고유점도를 나타낼 수 있다. 상기 고유점도는 폴리에스테르 섬유를 사용하여 시트벨트 제조 시 충분한 터프니스(toughness)를 발현하기 위하여 이러한 범위로 확보되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 원사의 고유점도가 1.0 dl/g 이상이 되면 저연신으로 고강력을 발휘하여 시트벨트로서의 요구 강력을 만족시킬 수 있어 바람직하고, 그렇지 못할 경우 고연신으로 물성 발현할 수 밖에 없게 될 수 있다. 이같이 고연신을 적용할 경우 섬유의 배향도가 상승하여 높은 모듈러스의 물성을 얻게 될 수 있다. 또한, 고연신을 적용하므로 인해 원사 신율이 낮아져 본 발명에서 고신율의 시트벨트에서 요구하는 물성을 얻을 수가 없다. 따라서, 상기 원사의 고유점도를 1.0 dl/g 이상, 또는 1.2 dl/g 이상으로 유지하여 저연신을 적용함으로써, 저 모듈러스 발현이 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 폴리에스테르 섬유의 고유점도가 1.5 dl/g를 초과하는 경우에 연신 공정에서 연신 장력이 상승하여 공정상 문제를 발생시킬 수도 있어, 1.5 dl/g 이하가 좀더 바람직하다.

본 발명의 시트벨트는 최종 제조된 시트벨트의 두께와 모듈(Module) 장착을 효율화 하는 측면에서 저섬도 고강력의 폴리에스테르 섬유를 사용할 수 있다. 이러한 측면에서, 본 발명의 시트벨트에 적용 가능한 원사의 총섬도는 400 내지 1,800 데니어, 바람직하게는 500 내지 1,700 데니어가 될 수 있다. 상기 섬유의 총섬도는 안정성 측면에서 400 데니어 이상이 될 수 있다. 또한, 제직 밀도를 최소화하여 우수한 후도 확보 및 이에 따른 직물의 유연성(Softness) 개선 측면에서 1,800 데니어 이하가 될 수 있다.

상기 폴리에스테르 섬유는 단사섬도가 8.0 DPF 이상 또는 8.0 내지 20 DPF, 바람직하게는 8.5 DPF 이상 또는 8.5 내지 18 DPF인 것이 될 수 있다. 상기 섬유의 단사섬도는 시트벨트로 제조하여 자동차 장착후에 충돌시 탑승객이 상해를 입는 것을 방지하기에 충분한 고강력 물성을 확보하고 제직 본수를 최적화하는 측면에서 8.0 DPF 이상이 될 수 있다. 또한, 상기 원사의 필라멘트수는 많을수록 소프트한 촉감을 줄 수 있으나, 너무 많은 경우에는 방사성이 좋지 않을 수 있으므로, 필라멘트수는 50 내지 240, 바람직하게는 55 내지 220이 될 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 건열 수축율이 13% 이하 또는 9% 내지 13%, 바람직하게는 12% 이하일 수 있다. 상기 건열수축율은 150 ℃에서 30 분 동안 고정 하중을 부가하는 조건 하에서 측정한 값을 기준으로 한다.

따라서, 이렇게 원사의 고유점도, 인장강도, 및 총섬도를 동시에 최적화된 범위로 유지하는 폴리에스테르 섬유를 이용하여 우수한 기계적 물성 및 내마모성, 내열 장력 유지율, 충격 흡수 특성이 모두 현저히 향상되는 시트벨트를 제조하는 것이 가능해진다.

이와 함께, 상기 폴리에스테르 섬유는 미국재료시험협회규격 ASTM D 885의 방법으로 측정한 모듈러스(Young's modulus)가 신도 1%에서 즉, 1% 신장된 지점에서 65 내지 105 g/de, 바람직하게는 70 내지 100 g/de가 될 수 있다. 기존의 일반 산업용사로서 폴리에스테르 섬유의 경우, 1% 신장된 지점에서의 모듈러스(Young's modulus)가 100 g/de 이상이며, 2% 신장된 지점에서의 모듈러스가 80 g/de 이상인 것과 비교 시, 본 발명의 폴리에스테르 원사는 현저히 낮은 모듈러스를 갖는 것이 될 수 있다.

이 때, 상기 폴리에스테르 섬유의 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 피로에 취약하고 즉, 오래 사용시 물성 저하가 발생할 수 있다. 이와 함께, 섬유가 너무 강직하여 사고시 시트벨트 자체에 피해를 입는 경우가 발생할 수 있다. 한편, 모듈러스가 너무 낮을 경우 사고시 승객을 잡아주는 역할을 하지 못해 차량 내부에 부딪치는 2차 피해 발생할 수 있다.

이와 같이, 기존에 비해 낮은 범위의 초기 모듈러스를 갖는 폴리에스테르 섬유로부터 제조된 시트벨트는 기존의 시트벨트에서 나타나는 사고시 시트벨트 자체의 강직성으로 인한 2차 피해를 최소화할 뿐만 아니라 장시간의 사용에 따른 물성 저하 현상을 최소화할 수 있다.

일반적으로 폴리에스테르는 분자구조상 강연도가 높은 구조를 가지게 되며, 높은 모듈러스와 저신율을 통상적으로 가지게 된다. 이에 따라 고신율의 폴리에스테르 원사를 제조하기 위해서는 고유점도가 1.0 dl/g 이상을 나타낼 수 있다. 특히, 본 발명의 폴리에스테르 원사는 이같이 높은 정도로 고유점도를 유지함으로써, 저연신으로 낮은 강연도를 제공함과 동시에 시트벨트 원단에 충분한 기계적 물성 및 내충격성, 터프티스(toughness) 등을 제공할 수 있는 고강력 특성을 더욱 부여할 수 있다.

따라서, 이러한 높은 신율 및 낮은 초기 모듈러스 바람직하게는 높은 고유점도를 나타내는 폴리에스테르 원사를 이용하여 우수한 인장강력, 높은 충격에너지 흡수, 형태안정성, 내마모성 효과를 동시에 나타내는 시트벨트 원단을 제조하는 것이 가능해진다. 이러한 시트벨트용 폴리에스테르 원단은 우수한 기계적 물성, 형태 안정성, 내마모성 효과를 나타내면서도 고신율로 인한 충격에너지 흡수가 우수하여 승객에게 가해지는 충격을 최소화 하여 탑승자를 안전하게 보호할 수 있으므로 시트벨트용 원단 등으로 바람직하게 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 원사는 후술하는 용융 방사 및 연신 조건 하에서 제조되어, 이전에 알려진 폴리에스테르 원사에 비해 크게 낮아진 카르복실 말단기(CEG) 함량, 즉, 40 meq/kg 이하, 바람직하게는 35 meq/kg 이하, 더욱 바람직하게는 30 meq/kg 이하의 CEG함량을 나타낼 수 있다. 폴리에스테르 분자쇄내의 카르복실 말단기(CEG)은 고온 고습 조건에서 에스테르기(ester bond)를 공격하여 분자쇄 절단을 초래하고 이로 인해 열처리 후 물성을 떨어뜨리게 된다. 특히, 상기 CEG 함량이 40 meq/kg를 초과하게 되면 에어백 용도로 적용시 높은 습도 조건 하에서 CEG에 의해 에스테르 결합이 절단되어 물성 저하가 야기되므로, 상기 CEG 함량은 40 meq/kg 이하가 되는 것이 바람직하다.

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

상기 시트벨트용 폴리에스테르원사의 제조방법은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 70 몰% 이상 포함하고 고유점도가 1.0 dl/g 이상인 중합체를 270 내지 300 ℃에서 용융 방사하여 폴리에스테르 미연신사를 제조하는 단계, 및 상기 폴리에스테르 미연신사를 연신하는 단계를 포함한다.

먼저, 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 용융 방사 및 연신 공정의 실시 형태를 간략히 설명할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현 예에 따라, 상기 용융 방사 및 연신 단계를 포함하는 폴리에스테르 원사 제조공정을 모식적으로 나타낸 공정도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 시트벨트 폴리에스테르 원사의 제조 방식은 전술한 바와 같은 방식으로 제조된 폴리에스테르 칩을 용융시켜, 구금을 통해 방사된 용융 고분자를 급냉 공기(quenching-air)로 냉각시키고, 유제 롤(120)(또는 오일-젯)을 이용하여 미연신사에 유제를 부여하고, 전-집속기(pre-interlacer)(130)를 사용하여 일정한 공기압력으로 미연신사에 부여된 유제를 원사의 표면에 균일하게 분산시킬 수 있다. 이후, 다단의 연신장치(141~146)를 통하여 연신과정을 거친 후, 최종적으로 세컨드 집속기(2^nd Interlacer, 150)에서 일정한 압력으로 원사를 인터밍글(intermingle)시켜 권취기(160)에서 권취하여 원사를 생산할 수 있다.

한편, 본 발명의 제조 방법은 먼저, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 고점도의 중합체를 용융 방사하여 폴리에스테르 미연신사를 제조한다.

이때, 낮은 초기 모듈러스 및 높은 신율 범위를 충족하는 폴리에스테르 미연신사를 얻기 위해서는, 상기 용융 방사 공정은 PET 중합체의 열분해를 최소화할 수 있도록 낮은 온도 범위에서 수행하는 것이 바람직하다. 특히, 고점도의 PET 중합체의 고유점도 및 CEG 함량 등에 대하여 공정에 따른 물성 저하를 최소화할 수 있도록, 즉, PET 중합체의 고점도 및 낮은 CEG 함량을 유지할 수 있도록 저온방사, 예를 들어, 270 내지 300 도(℃, Celsius), 바람직하게는 280내지 298 ℃, 좀더 바람직하게는 282 내지 298 ℃ 온도에서 수행할 수 있다. 여기서, 방사온도란 Extruder 온도를 지칭하며 상기 용융 방사 공정을 300 ℃를 초과하여 수행할 경우에는 PET 중합체의 열분해가 다량으로 발생하여 고유점도의 저하로 분자량 감소 및 CEG 함량 증가가 커질 수 있으며, 원사의 표면 손상으로 전반적인 물성 저하를 초래할 수 있어 바람직하지 않다. 이에 반해, 상기 용융 방사 공정을 270℃ 미만에서 진행할 경우에는 PET 중합체의 용융이 어려울 수 있으며, N/Z표면 냉각으로 방사성이 떨어질 수도 있어, 상기 온도 범위 내에서 용융 방사 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

실험 결과, 이러한 낮은 온도 범위에서 PET의 용융 방사 공정을 진행함에 따라, PET의 분해 반응을 최소화하여 높은 고유점도를 유지하여 높은 분자량을 확보함으로써 연신공정에서 높은 연신비율을 적용하지 않고도 고강력의 원사를 얻을 수 있음으로 저 연신으로 모듈러스를 효과적으로 낮출 수 있어, 상술한 물성을 충족하는 폴리에스테르 원사가 얻어질 수 있음이 밝혀졌다.

이러한 저온 방사 공정을 거치고 얻어진 미연신사는 0.8 dl/g 이상 또는 0.8 dl/g 내지 1.2 dl/g, 바람직하게는 0.85 dl/g 내지 1.15 dl/g, 더욱 바람직하게는 0.90 dl/g 내지 1.10 dl/g의 고유점도를 나타낼 수 있다, 또한 이렇게 저온방사를 통해 얻어진 미연신사 및 원사의 분자내 CEG 함량이 40 meq/kg 이하, 바람직하게는 35 meq/kg 이하, 좀더 바람직하게는 30 meq/kg 이하가 될 수 있다.

특히, 상술한 바와 같이, 고강력 저모듈러스의 폴리에스테르 원사를 제조하기 위해서는, 미연신사 제조 공정에서 고점도 PET 중합체, 예를 들어, 고유점도 0.85 dl/g 이상 PET 중합체를 사용하여, 용융 방사 및 연신 공정을 통해 이러한 고점도 범위를 최대한 유지하여 저연신으로도 고강력을 발휘할 수 있어 저연신과 고이완 공법을 적용하여 고신율 원사를 제조할 수 있다. 다만, PET 중합체의 용융 온도 상승에 따른 분자쇄 절단과 방사팩에서의 토출량에 의한 압력 증가를 막기 위해서는 고유점도가 1.8 dl/g 이하인 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 PET 칩은 모노필라멘트의 섬도가 0.5내지 20 데니어, 바람직하게는 1 내지 15데니어로 되도록 고안된 구금을 통하여 방사되는 것이 바람직하다. 즉, 방사 중 사절의 발생 및 냉각시 서로간의 간섭에 의하여 사절이 발생할 가능성을 낮추기 위해서는 모노필라멘트의 데니아가 1.5 데니어 이상은 되어야 하며, 냉각 효율을 높이기 위해서는 모노필라멘트의 섬도가 15 데니어 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 PET를 용융 방사한 후에는 냉각 공정을 부가하여 상기 PET 미연신사를 제조할 수 있다. 이러한 냉각 공정은 15 내지 60 ℃의 냉각풍을 가하는 방법으로 진행함이 바람직하고, 각각의 냉각풍 온도 조건에 있어서 냉각 풍량을 0.4 내지 1.5m/s로 조절하는 것이 바람직하다. 이로서, 발명의 일 구현예에 따른 제반 물성을 나타내는 PET 미연신사를 보다 쉽게 제조할 수 있다.

한편, 이러한 방사 단계를 통해 폴리에스테르 미연신사를 제조한 후에는, 이러한 미연신사를 연신하여 연신사를 제조한다. 이때, 상기 연신 공정은 5.0 내지 6.0, 바람직하게는 5.0 내지 5.8의 연신비 조건 하에서 연신 공정을 수행할 수 있다. 상기 폴리에스테르 미연신사는 용융 방사 공정을 최적화하여 높은 고유점도와 낮은 초기 모듈러스를 유지하며 분자내 CEG 함량 또한 최소화한 상태이다. 따라서, 따라서, 6.0을 넘는 높은 연신비 조건 하에서 상기 연신 공정을 진행하면, 과연신 수준이 되어 상기 연신사에 절사 또는 모우 등이 발생할 수 있고 높은 섬유의 배향도에 의해 고 모듈러스의 원사를 제조하게 된다. 그리고, 비교적 낮은 연신비 하에서 연신 공정을 진행하면, 섬유 배향도가 낮아 이로부터 제조된 폴리에스테르 원사의 강도가 일부 낮아질 수는 있다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 직접 방사 연신 공정으로 고신율, 고강도 및 저수축의 성질을 동시에 만족시키면서 낮은 모듈러스의 폴리에스테르 원사를 제조하기 위하여 고점도의 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합 칩을 사용하여 용융 방사한 다음, 와인더에 권취하기까지 다단 고데트 롤러를 거치며 연신, 열고정, 이완, 권취하는 공정을 포함할 수 있다.

상기 연신 공정은 상기 미연신사를 오일 픽업량 0.2% 내지 2.0%의 조건 하에서 고뎃 롤러를 통과시킨 후에 수행할 수 있다.

상기 이완 과정에서 이완률은 1 내지 14%가 바람직하며, 1% 미만일 경우에는 수축율의 발현이 어려우며, 14%를 초과할 경우에는 고뎃 롤러상에서 사떨림이 심해져서 작업성을 확보할 수가 없다.

바람직하게는 고점도의 고분자를 적용시킴에 따라 이완율을 통상의 방법보다 3% 수준 낮은 2%~5%의 이완율을 적용해도 고신율 원사를 제조할 수 있다.

본 발명의 시트벨트는 상술한 바와 같은 고강력, 저모듈러스, 고신율 특성의 폴리에스테르 섬유를 사용하며, 시트벨트 제직 및 염색시 이완율(relax)을 최적화하여 고강력과 고신율의 우수한 기계적 물성 및 내마모성, 충격흡수율 등을 확보할 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르 시트벨트는 RS K 0005 방법으로 측정한 인장강력이 2,700 kgf 이상 또는 2,700 kgf 내지 3,500 kgf, 바람직하게는 2,850 kgf 이상, 2,950 kgf 이상, 또는 3,050 kgf 이상이 될 수 있다. 상기 시트벨트의 인장강력은 안정성 측면에서 2,700 kgf 이상이 되어야 한다.

상기 폴리에스테르 시트벨트는 RS K 0005 방법으로 측정한 신율이 강력 11.1 kN인 지점에서 11% 내지 25%, 바람직하게는 12% 이상, 15% 이상, 또는 18% 이상이 될 수 있다. 상기 시트벨트의 신율은 승객보호 측면에서 11% 이상이 되어야 하고, 충돌시 앞 좌석과의 부딪힘을 최소화하기 위해 25% 이하, 또는 22% 이하, 20% 이하가 될 수 있다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 시트벨트는 충돌시 시트벨트가 고정된 상태에서 사람이 급제동에 의해 이동하지 못하도록 잡아주게 되는데 이때 이동한 거리를 측정한 이동 거리가 500 mm 이하인 또는 200 mm 내지 500 mm, 바람직하게는 450 mm 이하, 좀더 바람직하게는 400 mm 이하 또는 380 mm 이하가 될 수 있다. 본 발명의 시트벨트는 고강력과 함께 고신율의 특성을 달성함으로써 차량의 뒷좌석 등에 장착시 효과적으로 승객을 보호할 수 있도록, 앞 좌석과의 충돌까지 고려하여 500 mm 이하가 되어야 한다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 시트벨트는 경사 220 본/5cm 내지 300 본/5cm 및 위사 3본/cm 내지 9본/cm의 제직 밀도로 제조될 수 있다. 여기서, 상기 경사 밀도는 바람직하게는 290 본/5cm 이하, 또는 280 본/5cm 이하, 275 본/5cm 이하가 될 수 있다. 상기 경사 밀도는 직물 두께 측면에서 220 본/5cm 이상이 될 수 있으며, 경제적 측면에서 300 본/5cm 이하가 될 수 있다. 또한, 위사 밀도는 3 본/cm 내지 9 본/cm, 바람직하게는 4 본/cm 내지 8 본/cm가 될 수 있다. 본 발명의 폴리에스테르 시트벨트는 이렇게 최적화된 낮은 제직밀도 범위에서도 상술한 바와 같은 고강력의 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있다.

일반적으로 시트벨트는 고온의 환경 하에서 염색 공정을 수행하여 제품화된다. 이 경우에, 기존의 폴리에스테르 섬유를 사용하는 경우에 염색지의 신율을 맞추기 위하여 염색시 200 ℃ 이상의 고온의 조건 하에서 1% 내지 20%의 수축이 진행되게 된다. 하지만, 이 경우에 염색 공정에서 수축으로 인해 시트벨트의 생지에서보다 기계적 물성 등이 현저히 떨어지게 된다. 이에 따라, 본 발명에서 상기 폴리에스테르 섬유는 고강력, 저모듈러스, 고신율의 특성으로 염색시 염색지의 신율을 맞추기 위해 수축을 시키지 않고, 오히려 연신을 하면서 염색을 진행하게 되므로 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있어, 고온의 환경 하에서 염색 공정을 수행하여도 우수한 내열 강력유지율로 염색지의 물성이 유지되거나 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 폴리에스테르 시트벨트는 충격흡수율 65% 이상, 바람직하게는 66% 이상, 좀더 바람직하게는 67% 이상 또는 70% 이상이 될 수 있다. 상기 시트벨트의 충격흡수율은 RS K 0005 시험방법에 따른 에어지 흡수율로 측정할 수 있다. 본 발명의 시트벨트가 기존에 비해 향상된 충격흡수율을 가짐으로써, 사고시 승격에 가해지는 충격을 최소화함과 동시에 시트벨트 자체에 피해를 입는 경우를 예방할 수 있는 장점이 있다.

한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상술한 바와 같은 시트벨트를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 시트벨트는 상술한 바와 같은 폴리에스테르 섬유를 위사 및 경사로 이용하여 비밍(beaming), 제직, 공정을 거쳐 시트벨트 등을 제조할 수 있다. 상기 시트벨트 등은 통상적인 소폭 제직기를 사용하여 제조할 수 있으며, 어느 특정 직기를 사용하는 것에 한정되지 않는다. 다만, 평직 형태로 제직시에는 뮬러 직기(Muller Loom), 레피어 직기(Rapier Loom) 등을 사용하여 제조할 수 있다.

이때, 본 발명의 시트벨트 제조 방법에서 사용되는 폴리에스테르 섬유 및 최종 제조된 시트벨트의 물성 등은 전술한 바와 같다.

제조된 생지를 염색기를 가지고 생지 표면만 염색하는 방법으로 주로 염색을 하는데 이때 승객의 상해를 최소화 하기 위해 충격에너지 흡수량을 늘이는 방법으로 염색 롤러의 속도차를 이용하여 시트벨트를 이완시켜 신율을 향상시키는 방법을 주로 사용하고 있다.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.

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]

실시예 1~5 및 비교예 1~5

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 폴리에스테르 섬유를 사용하여, 소폭 직기를 통해 경사밀도 272 본/5cm 및 위사밀도 6 본/1cm로 하여 제직물(webbing)을 제작하고, 염색 공정을 거쳐 시트벨트를 제조하였다.

또한, 상기 염색 공정에서 원사의 이완률(relax) 조건은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.

	원사 인장강도 (g/d)	원사 절단신도 (%)	원사 품질 (ea/106m)	염색시 Relax (%)
실시예1	8.0	28	11	3.0
실시예2	8.5	26	14	3.0
실시예3	9.0	24	15	3.0
실시예4	9.0	24	15	2.0
실시예5	10.0	14	17	3.0
비교예1	6.5	33	8	3.0
비교예2	7.0	32	10	3.0
비교예3	7.5	30	10	3.0
비교예4	10.5	12	29	3.0
비교예5	11.0	11	40	3.0

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

a) 시트벨트 평균 두께

RS K 0005 방법으로 시트벨트의 평균 두께를 측정하였다.

b) 시트벨트 인장강력

RS K 0005 방법으로 시트벨트의 인장강력을 측정하였다.

c) 시트벨트 신율

RS K 0005 방법으로 인장 강력 11.1 kN 지점에서 시트벨트의 신율을 측정하였다.

d) 시트벨트 이동거리

RS K 0005 방법으로 물체가 급제동시 시트벨트에 가해진 충격으로 인해 순간적인 시트벨트의 이동 거리를 측정하였다.

e) 에너지 흡수율 평가

상기 시트벨트 시편에 대한 에너지 흡수율, 즉, 일량비는 다음과 같은 방법으로 측정 평가하였다.

먼저, 에너지 흡수율 시험은 신장률 측정방법으로 인장 하중을 가하여 하중이 11.1 kN에 도달하였을 때, 즉시 인장과 같은 속도로 하중을 빼서 초기 하중까지 되돌리고 도 3에 표시한 하중-신장 곡선을 구하였다. 초기 하중에서 최대 하중까지의 인장 하중시 곡선에서 생기는 일량면적(?BD) 및 인장 하중시의 곡선 AB와 하중 제거시의 곡선 BC가 둘러싸는 일량면적(?BC)을 측정하여 하기 계산식 1에 따라 에너지 흡수율, 즉, 일량비를 산출하였다.

[계산식 1]

일량비 = (△ABC/△ABD)×100

실시예 1~5 및 비교예1~5에 따라 제조된 폴리에스테르 시트벨트에 대한 물성 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	인장강력 (kgf)	신율 (%)	이동거리 (mm)	충격 흡수율(일량비) (%)
실시예1	2,720	20	380	80
실시예2	2,850	18	330	83
실시예3	2,950	18	280	85
실시예4	3,040	15	270	73
실시예5	3,200	11	260	70
비교예1	2,410	22	450	75
비교예2	2,500	20	420	80
비교예3	2,650	19	400	80
비교예4	3,240	10.5	250	60
비교예5	3,310	9.8	240	58

상기 표 2에서 보는 것과 같이, 본 발명에 따른 실시예 1~5의 폴리에스테르 시트벨트는 인장강력이 2,720 kgf 내지 3,950 kgf이며, 신율은 11% 내지 20% 수준으로 이동거리가 260 내지 380 mm로 매우 우수한 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 이와 동시에, 실시예 1~5의 폴리에스테르 시트벨트는 충격흡수량이 70% 내지 85% 수준으로 우수한 시트벨트의 특성을 가짐으로써, 우수한 내충격 흡수성, 강력유지율 등을 갖는 것임을 확인할 수 있다.

반면에, 비교예 1~5의 폴리에스테르 시트벨트는 이러한 특성을 충족하지 못함이 확인되었다. 비교예 1~3의 시트벨트는 인장강력이 2,410 kgf 내지 2,650 kgf에 불과하고 이동거리가 400 mm 내지 450 mm으로 높아짐에 따라 충격이 가해졌을 때 앞좌석과 충돌의 위험이 있으며 안정성 확보가 어려운 문제가 있다. 또한, 비교예 4~5의 시트벨트는 신율이 9.8% 내지 10.5%에 불과하고 이동거리가 240 mm 내지 250 mm로 현저히 떨어짐을 알 수 있다. 이러한 경우, 사고시 충격 흡수성이 떨어져 승객에 부상을 유발할 수 있다. 특히, 비교예 4~5의 시트벨트는 충격흡수율이 58% 내지 60%로 현저히 떨어져 승객 부상의 우려가 매우 높다.

Claims (8)

1. 인장강도가 8.0 내지 10.0 g/d이고, 신율이 14% 내지 30%인 폴리에스테르 섬유를 포함하고, 인장강력이 2,700 kgf 이상이며, 신율이 11% 내지 25%인 폴리에스테르 시트벨트.
2. 제1항에 있어서,
   RS K 0005 방법으로 측정한 이동 거리가 500 mm 이하인 폴리에스테르 시트벨트.
3. 제1항에 있어서,
   경사밀도가 220 본/5cm 내지 300 본/5cm이며, 위사밀도가 3 본/1cm 내지 9본/cm인 폴리에스테르 시트벨트.
4. 제1항에 있어서,
   충격흡수율이 65% 이상인 폴리에스테르 시트벨트.
5. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에스테르 섬유는 고유점도가 1.0 dl/g 이상인 폴리에스테르 시트벨트.
6. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에스테르 섬유는 총섬도가 400 내지 1,800 데니어인 폴리에스테르 시트벨트.
7. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에스테르 섬유는 단사섬도가 8.0 DPF 이상이고, 50 내지 240 가닥의 필라멘트를 포함하는 폴리에스테르 시트벨트.
8. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에스테르 섬유는 건열수축율이 13% 이하인 폴리에스테르 시트벨트.
   

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