KR20150002260A - 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 폴리에스테르 섬유를 사용하여 원단 제조시 텐터링 공정에서 오버피드(overfeed) 정도를 소정의 범위로 최적화하여 수행하는 단계를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 폴리에스테르 섬유를 사용하여 고온에서 열수축 거동을 최소화하며 내열성과 기계적 물성이 우수함과 동시에, 우수한 수납성 및 형태안정성, 공기 차단 효과를 갖는 에어백용 원단을 제조할 수 있다.

Description

에어백용 폴리에스테르 원단의 제조방법 {A METHOD OF PREPARATION POLYESTER FABRICS FOR AIRBAG}
본 발명은 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리에스테르 원단의 텐터링 공정을 최적화함으로써 형태안정성 및 기계적 물성이 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 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(inflator) 등이 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 경사 또는 위사 방향으로 정확한 형태를 유지함으로써 에어백 쿠션의 기밀성을 높일 수 있다. 그러나, 종래에 에어백 쿠션 제조용으로 사용되는 나일론 66 등의 폴리아미드 섬유는 일반적으로 온도 및 속도에 민감하여, 원단 재단시 경사 또는 위사 방향으로 정확한 형태 유지가 되기 어렵다. 특히, 사이즈가 큰 쿠션의 경우 정확한 재단이 이뤄지지 않아, 외관 불량 및 생산성 저하를 야기시키는 문제가 있다.
한편, 일본특허공개공보 평04-214437호에는 이러한 폴리아미드 섬유의 결점이 경감되는 폴리에스테르 섬유를 사용한 에어백용 원단이 제안되어 있다. 그러나, 이같이 기존의 폴리에스테르 원단을 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.
또한, 차량용 에어백에 사용되는 원단에 잔류하는 열응력이 해소됨에 따라 원단의 수축이 발생하게 되며, 이러한 수축 변형 특성에 따라 원단 고유의 제직 밀도 변형에 의한 공기투과도 성능 저하 및 치수안정성 저하, 최종 쿠션 제품의 부피 변형, 후도 변형 등의 문제가 발생하게 된다.
따라서, 차량용 에어백 원단으로 사용하기에 적합하게 우수한 기계적 물성 및 공기차단 효과를 유지하며, 여러 가혹 환경 조건 하에서도 형태 변형 거동을 최소화하여 에어백 작동시 우수한 형태안정성 및 전개 성능을 확보할 수 있는 에어백용 폴리에스테르 원단 개발에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 폴리에스테르 섬유를 사용하여 고온에서 열수축 거동을 최소화하며 내열성과 기계적 물성이 우수함과 동시에, 우수한 수납성 및 형태안정성, 공기 차단 효과를 갖는 에어백용 원단을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조되는 에어백용 원단을 제공하고자 한다.
본 발명은 총섬도가 200 내지 1,000 데니어인 폴리에스테르 섬유를 사용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계, 상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계, 및 상기 정련된 직물을 오버피드(overfeed) 5% 내지 10%가 되도록 텐터링하는 단계를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조되는 에어백용 원단을 제공한다.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 에어백용 폴리에스테르 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.
한편, 본 발명에서 에어백용 원단이라 함은 자동차용 에어백의 제조에 사용되는 직물 또는 부직포 등을 말하는 것으로, 일반적인 에어백용 원단으로는 나일론 66 평직물 또는 나일론 66 부직포를 사용하고 있으나, 본 발명의 에어백용 원단은 폴리에스테르 섬유를 사용하여 형태안정성, 강인성, 공기투과도, 강연도 등의 기본적인 물성이 우수한 특징을 갖는다.
다만, 종래의 나일론 66 등 폴리아미드 섬유 대신에 폴리에스테르 섬유를 에어백용 원사로 적용하기 위해서는, 기존에 폴리에스테르 섬유의 내열성 및 모듈러스(modulus) 개선 등에 따른 장기 물성 안정성, 수납성, 쿠션 전개 거동 등의 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)는 고온 및 고습 조건에서 에스테르기(ester bond)를 공격하여 분자쇄 절단을 가져와 에이징후 물성을 저하시키는 원인이 된다.
이에 따라, 본 발명은 폴리에스테르 섬유를 사용하여 원단을 제직하고, 정련 공정을 수행한 후에 텐터링 공정을 최적화하여 수행함으로써, 고강력 고신율 저모듈러스의 우수한 성능을 유지할 수 있어 에어백용 원단으로서 향상된 물성 개선 효과를 얻을 수 있음을 확인하고 발명을 완성하였다.
발명의 일 구현예에 따르면, 폴리에스테르 섬유를 사용하여 형태안정성이 우수한 에어백용 원단을 제조하는 방법이 제공된다. 이러한 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법은 총섬도가 200 내지 1,000 데니어인 폴리에스테르 섬유를 사용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계, 상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계, 및 상기 정련된 직물을 오버피드(overfeed) 5% 내지 10%가 되도록 텐터링하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 에어백용 원단은 폴리에스테르 섬유를 사용하여 원단 제조시 텐터링 공정에서 오버피드(overfeed) 정도를 소정의 범위로 최적화하여 적용하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 폴리에스테르 섬유는 총섬도가 200 내지 1,000 데니어, 바람직하게는 300 내지 950 데니어, 좀더 바람직하게는 400 내지 900 데니어를 갖는 것을 사용할 수 있다. 상기 폴리에스테르 섬유는 원단의 강도 측면에서 총섬도가 200 데니어 이상이 될 수 있으며, 쿠션의 수납성 측면에서 총섬도가 1,000 데니어 이하가 될 수 있다. 상기 데니어는 원사 또는 섬유의 굵기를 나타내는 단위로서, 길이 9,000 m가 1 g일 경우 1 데니어로 한다. 또한, 상기 폴리에스테르 섬유의 필라멘트수는 많을수록 소프트한 촉감을 줄 수 있으나, 너무 많은 경우에는 방사성이 좋지 않을 수 있으므로, 필라멘트수는 50 내지 210, 바람직하게는 60 내지 180으로 될 수 있다.
특히, 본 발명의 에어백용 원단은 이전에 알려진 폴리에스테르 섬유(통상, 초기 모듈러스 120 g/de 이상임)보다 낮은 초기 모듈러스, 즉, 45 내지 100 g/d, 바람직하게는 50 내지 90 g/d, 좀더 바람직하게는 55 내지 85 g/d의 초기 모듈러스가 되는 폴리에스테르 섬유를 사용하여 제조될 수 있다. 이 때, 상기 폴리에스테르 섬유의 모듈러스는 인장시험시 얻어지는 응력-변형도 선도의 탄성 구간 기울기로부터 얻어지는 탄성계수의 물성값으로, 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 섬유로부터 제조된 에어백용 원단은 기존의 PET 원단의 높은 강연도(stiffness) 문제 등을 해결하고, 우수한 폴딩성, 유연성, 및 수납성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 통상의 폴리에스테르 중에서도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 원사인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 PET를 70 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상 포함하는 PET 원사인 것이 바람직하다.
한편, 상기 폴리에스테르 섬유는 인장강도가 8.0 g/d 이상, 바람직하게는 8.0 내지 10.0 g/d, 보다 바람직하게는 8.3 g/d 내지 9.5 g/d이고, 절단신도가 15% 내지 27%, 바람직하게는 18% 내지 24%를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 건열수축율이 1.0% 내지 5.0%, 바람직하게는 1.2% 내지 3.5%을 나타낼 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 고유점도 및 초기 모듈러스, 신율 범위를 최적 범위로 갖는 폴리에스테르 섬유를 사용하여, 에어백용 원단으로 제조시 우수한 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 에어백용 원사에 사용 가능한 것으로 알려진 구리 화합물이나 인 화합물 등을 추가로 포함할 수도 있다.
본 발명에서 에어백용 폴리에스테르 원단은 상기 섬유를 위사 및 경사로 이용하여 직물을 제직하고, 정련 및 텐터링 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
특히, 본 발명의 에어백용 폴리에스테르 원단은 상기 폴리에스테르 섬유를 위사 및 경사로 이용하여 제직, 정련, 및 텐터링 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 상기 원단은 통상적인 제직기를 사용하여 제조할 수 있으며, 어느 특정 직기를 사용하는 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 평직 형태의 원단은 레피어 직기(Rapier Loom)나 에어젯 직기(Air Jet Loom) 또는 워터젯 직기(Water Jet Loom) 등을 사용하여 제조할 수 있으며, OPW 형태의 원단은 자카드 직기(Jacquard Loom)를 사용하여 자카드 에어젯 직기 또는 자카드 워터젯 직기 등으로 제조할 수 있다. 다만, 본 발명의 에어백용 폴리에스테르 원단은 에어백 쿠션 제조시 내압유지 성능을 향상시키고, 전체 제조 공정을 간소화시키며 공정 비용을 효과적으로 절감하는 측면에서 자카드 직기를 사용하여 OPW 형태로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 에어백용 폴리에스테르 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 400 N 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 에어백용 폴리에스테르 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 폴리에스테르 원단은 경사밀도 및 위사밀도, 즉, 경사방향 및 위사방향의 제직밀도가 각각 36 내지 65 본/인치, 바람직하게는 38 내지 63 본/인치, 좀더 바람직하게는 40 내지 60 본/인치가 될 수 있다. 상기 에어백용 폴리에스테르 원단의 경사밀도 및 위사밀도는 에어백용 원단의 우수한 기계적 물성 확보 측면에서는 각각 36 본/인치 이상이 될 수 있으며, 원단의 기밀도를 향상시키고 폴딩성을 향상시키는 측면에서 각각 65 본/인치 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 1,500 내지 2,500이 되도록 제직 및 가공함으로써 에어백 전개시 기밀성 및 에너지 흡수 성능을 더욱 좋게 할 수 있다.
[계산식 1]
Figure pat00001
여기서, 상기 원단의 커버팩터가 1,500 미만일 때는 공기 팽창시 공기가 외부로 쉽게 배출되는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 원단의 커버팩터가 2,500을 초과할 경우 에어백 장착시 에어백 쿠션의 수납성 및 폴딩성이 현저히 떨어질 수 있다.
본 발명에서 상기 제직 공정을 마친 직물에 대하여 정련 공정을 수행할 수 있다. 상기 정련 공정은 40 내지 100 ℃, 바람직하게는 45 내지 99 ℃, 좀더 바람직하게는 50 내지 98 ℃의 온도 조건 하에서 수행할 수 있다. 상기 정련 공정을 통해 제직된 직물로부터 원사 생산시 또는 원단 제직시 발생하는 오염 및 이물질 등을 씻어 제거할 수 있다. 상기 정련 공정에서 체류 시간은, 정련조에서 원단을 이동시키는 공정 속도에 따라 조절될 수 있으며, 상기 원단의 정련 속도는 5 내지 30 m/min, 바람직하게는 10 내지 30 m/min 좀더 바람직하게는 10 내지 20 m/min가 될 수 있다. 이러한 정련 공정 조건은 예컨대, 정련 약제 등의 적합성 등을 고려하여 공정 효율 및 필요에 따라 변경이 가능하다. 또한, 상기 정련 공정을 마친 원단은 외부 영향에 의한 변화가 없도록 형태 고정을 해주는 열고정 단계인 텐터링 공정을 진행할 수 있다.
특히, 본 발명은 에어백용 폴리에스테르 원단이 우수한 형태안정성을 확보할 수 있도록, 기존의 나일론 제조 공정에 비해 최적화하여 높은 오버피드(overfeed) 정도가 되도록 텐터링 공정을 수행할 수 있다. 본 발명의 텐터링 공정에서 오버피드(overfeed)는 5% 내지 10%, 바람직하게는 5.5% 내지 9.5%, 좀더 바람직하게는 6% 내지 9%가 될 수 있다. 이때, 오버피드(overfeed)라 함은 텐터링 공정에서의 정련된 직물 원단이 챔버내로 투입될 때의 공급 정도를 말하는 것으로 텐터링 공정에서 직물의 투입 속도와 배출 속도와의 차이 정도(%)를 나타낸 것이다. 예컨대, 상기 텐터링 공정의 오버피드(overfeed)는 피딩(feeding) 롤러의 구동 속도와 권취 롤러의 구동 속도의 비율(%)로 산측될 수 있다. 상기 텐터링 공정의 오버피드(overfeed) 정도가 10%를 초과하여 챔버내로 공급될 경우, 챔버 내에서 열풍에 의한 핀빠짐 현상 및 균일한 열처리가 불가능하며 위사밀도가 과도하게 부여될 수 있다. 반면에, 상기 텐터링 공정의 오버피드(overfeed) 정도가 5% 미만일 경우에는 과도한 장력에 의한 원단 손상 및 위사 밀도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 이러한 경우에 위사 밀도가 낮아지고 원단의 공기투과도가 높아지며 쿠션의 치수가 원하는 크기로 제작되지 않게 된다.
상기 텐터링 공정에서 정련된 직물 원단의 투입 속도, 즉, 피딩 롤러의 구동 속도는 10 m/min 내지 40 m/min가 될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 15 m/min 내지 35 m/min가 될 수 있다. 상기 직물 원단의 투입 속도는 원단의 텐터링 공정에 있어 챔버내 체류 시간과 밀접한 관계가 있다. 특히, 상기 투입 속도가 10 m/min 미만인 경우에는 열 챔버 내에서 과도한 체류 시간으로 인한 원단의 유연성(softness) 저하 및 열손상을 가할 수 있다. 반면에, 상기 투입 속도가 40 m/min를 초과하여 너무 빠르게 텐터링 공정을 수행하는 경우에는 챔버내 원단 체류 시간이 너무 적어 원단에 충분한 열처리가 이뤄질 수 없으며, 이로 인하여 불균일한 원단 수축 현상이 발생할 수 있다.
한편, 상기 텐터링 공정은 상기 정련 단계에서 수축된 원단의 밀도를 제품으로서 요구되는 일정 수준으로 조정해줌으로써 원단의 밀도 및 치수를 조절해주는 공정이다. 본 발명에서 상기 텐터링 단계는 150 내지 190 ℃, 바람직하게는 153 내지 185 ℃, 좀더 바람직하게는 155 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.
한편, 본 발명에서는 상기 텐터링된 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 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.
한편, 발명의 다른 구현예에 따라, 상술한 바와 같은 방법으로 제조되는 에어백용 폴리에스테르 원단이 제공된다. 본 발명에 따라 제조되는 에어백용 폴리에스테르 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 폴리에스테르 섬유를 사용하여 에어백용 원단 제조시 텐터링 공정에서 오버피드(overfeed) 정도를 소정의 범위로 최적화하여 에어백 쿠션으로 제조시 기밀성 및 형태 안정성이 우수한 원단을 제공할 수 있다.
상기 에어백용 폴리에스테르 원단에서 폴리에스테르 섬유의 섬도, 제직 밀도, 커버팩터, 고무성분 코팅층 등에 관한 구체적인 내용은 상술한 바와 같다.
본 발명의 에어백용 폴리에스테르 원단은 제직후 에어백 생지와 텐터링 가공후 최종 원단의 치수 변형을 최소화하여 우수한 형태안정성을 나타낼 수 있다. 이러한 원단의 치수 변형율은 -2.0% 내지 2.0%, 바람직하게는 -1.5% 내지 1.5%, 좀더 바람직하게는 -1.0% 내지 1.0% 가 될 수 있다. 상기 원단의 치수 변형율이 -2.0% 또는 2.0%보다 크게 나타나는 경우에는, 쿠션 완제품 상태에서 쿠션의 치수가 변형되어 원하는 형상의 쿠션이 제작되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 여기서, 상기 에어백용 폴리에스테르 원단에서 치수 변형율은 폴리에스테르 섬유를 사용하여 에어백 원단 제조시 가공 공정 완료후 원단의 치수를 기준으로 하여, 상기 원단을 상온에서 24시간 동안 방치후에 다시 측정한 원단의 치수의 차이에 대한 백분율값으로 나타낼 수 있다. 특히, 상기 원단의 치수 변형율은 하기 계산식 2에 나타낸 바와 같이 측정할 수 있다.
[계산식 2]
치수변형율(%) = {(FS1 - FS0)/(FS0)} × 100
식 중, FS0는 에어백용 폴리에스테르 원단의 텐터링후 측정한 원단 치수(mm)이고, FS1는 에어백용 폴리에스테르 원단의 텐터링후 24시간 동안 상온에서 방치한 후 측정한 원단 치수(mm)이다.
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, 폴리에스테르 섬유를 사용하여 원단 제조시 텐터링 공정에서 오버피드(overfeed) 정도를 소정의 범위로 최적화함으로써, 고온에서 열수축 거동을 최소화하며 내열성과 기계적 물성 등이 우수한 에어백용 원단을 제조하는 방법이 제공된다.
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
500 데니어의 멀티필라멘트 폴리에스테르 섬유(필라멘트수: 144)를 사용하여, 자카드 에어젯(Air Jet) 직기로 제직하여 에어백용 생지를 제조하였다. 이때, 제직밀도는 경사밀도 57 본/인치, 위사밀도는 49 본/인치로 적용하여, 커버팩터 2,370인 에어백용 생지를 제직하였다.
이렇게 제직된 에어백용 생지는 정련공정 및 텐터링 공정을 통해 기름때 등 이물질을 제거하고 열처리 공정을 수행하였다. 상기 텐터링 공정은 오버피드(overfeed)의 양이 8%가 되도록 수행하였다. 이때, 피딩 롤러는 직물의 이동속도 16.2 m/min가 되도록 구동시키고, 권취 롤러는 직물의 이동속도 15.0 m/min가 되도록 구동시켰다. 이후에, 상기 정련 및 텐터링 공정을 통한 원단에 나이프오버에어(knife1over1air)법으로 실리콘 고무(다우코닝社 제품)를 이용하여 실리콘 고무의 코팅량이 75 g/m2가 되도록 코팅하고 건조시킨 다음, 가황온도 150 ℃에서 60초 동안 경화시켜 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조하였다.
이렇게 제조된 에어백용 폴리에스테르 원단에 대하여 표기된 치수측정 기준점을 기준으로 기준길이의 치수를 완제품 상태에서 측정하였다. 또한 이 제품을 24시간 상온방치후 상기 치수를 재 측정하였다. 이를 바탕으로 하기 계산식 2에 나타낸 바와 같이 치수측정 기준점을 기준으로 기준길이 치수의 변형율을 산측하였다. 이때 측정된 완제품의 치수는 369 mm였고, 치수 변형율은 -0.27% 이였다.
[계산식 2]
치수변형율(%) = {(FS1 - FS0)/(FS0)} × 100
식 중,
FS0는 에어백용 폴리에스테르 원단의 텐터링후 측정한 원단 치수(mm)이고,
FS1는 에어백용 폴리에스테르 원단의 텐터링후 24시간 동안 상온에서 방치한 후 측정한 원단 치수(mm)이다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 기준으로 제직된 생지 원단을 텐터링 공정을 오버피드(overfeed)의 양이 5%가 되도록 수행하며, 피딩 롤러는 직물의 이동속도 15.7 m/min가 되도록 구동시키고, 권취 롤러는 직물의 이동속도 15.0 m/min가 되도록 구동시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조하였다.
이렇게 제조된 에어백용 폴리에스테르 원단에 대하여 상술한 바와 같은 방법으로 실제 제조된 완제품의 치수 및 치수 변형율을 산측하였다. 이때, 측정된 완제품의 치수는 374 mm이고, 치수변형율은 1.08%이였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 기준으로 제직된 생지 원단을 텐터링 공정을 오버피드(overfeed)의 양이 4%가 되도록 수행하며, 피딩 롤러는 직물의 이동속도 15.6 m/min가 되도록 구동시키고, 권취 롤러는 직물의 이동속도 15 m/min가 되도록 구동시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조하였다.
이렇게 제조된 에어백용 폴리에스테르 원단에 대하여 상술한 바와 같은 방법으로 실제 제조된 완제품의 치수 및 치수 변형율을 산측하였다. 이때, 측정된 완제품의 치수는 380 mm이고, 치수변형율은 2.70%이였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 기준으로 제직된 생지 원단을 텐터링 공정을 오버피드(overfeed)의 양이 11%가 되도록 수행하며, 제직 롤러는 직물의 이동속도 16.7 m/min가 되도록 구동시키고, 권취 롤러는 직물의 이동속도 15.0 m/min가 되도록 구동시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조하였다.
이렇게 제조된 에어백용 폴리에스테르 원단은 과도한 오버피드로 변부에 잔주름이 발생하여 최종 완제품의 치수 및 치수변형율 측정이 불가능하였다.
이상과 같이, 본 발명 따라 텐터링 공정에서 오버피드(overfeed) 정도를 최적화하여 제조한 실시예 1~2의 에어백용 폴리에스테르 원단은 최종 제품의 치수변형율이 -0.27% 내지 1.08%로 최소화되어 매우 우수한 형태안정성을 갖는 것을 알 수 있다. 이와 동시에, 상기 실시예 1~2의 에어백용 폴리에스테르 원단은 제직밀도가 에어백용 원단으로서 적정한 수준으로서, 우수한 형태안정성은 물론 내압 유지 성능 및 기계적 물성, 폴딩성 등에서도 우수한 성능을 갖는 것임을 확인할 수 있다.
반면에, 기존의 방식으로 텐터링 공정을 수행하며 오버피드(overfeed) 정도를 최적화하여 수행하지 않은 비교예 1~2의 경우, 원단의 치수변형율이 2.70%로 급격히 증가하거나 아예 변부에 잔주름이 발생하여 에어백 쿠션으로서 치수안정성이 현저히 떨어져 에어백 쿠션 제작이 불가함을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 총섬도가 400 내지 700 데니어인 폴리에스테르 섬유를 사용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계;
    상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계; 및
    상기 정련된 직물을 오버피드(overfeed) 5% 내지 10%가 되도록 텐터링하는 단계;
    를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 텐터링 단계는 150 내지 190 ℃의 온도 조건 하에서 수행하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 텐터링 공정에서 직물의 투입 속도가 10 m/min 내지 40 m/min인 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 텐터링된 직물을 고무성분으로 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
  5. 제4항에 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 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고무성분의 단위면적당 코팅량이 30 내지 150 g/m2가 되는 에어백용 폴리에스테르 원단의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 에어백용 폴리에스테르 원단.
  8. 제7항에 있어서,
    하기 계산식 2에 따른 치수 변형율이 -2.0% 내지 2.0%인 에어백용 폴리에스테르 원단:
    [계산식 2]
    치수변형율(%) = {(FS1 - FS0)/(FS0)} × 100
    식 중,
    FS0는 에어백용 폴리에스테르 원단의 텐터링후 측정한 원단 치수(mm)이고,
    FS1는 에어백용 폴리에스테르 원단의 텐터링후 24시간 동안 상온에서 방치한 후 측정한 원단 치수(mm)임.
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