KR20210086892A - 에어백 원단 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어백 원단 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 에어백 원단은 기존의 에어백 원단에 비해 가벼우면서도 인플레이터로부터 유입된 고온의 가스에 의해서도 손상되지 않으며, 콤팩트하게 폴딩 가능하여 작은 공간에도 수납 가능한 에어백을 제공할 수 있다.

Description

에어백 원단 및 이의 제조 방법{AIR BACK FABRIC AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 에어백 원단 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 등의 교통기관의 충돌 시에 운전자나 승객의 안전성 향상을 위해 각종 에어백의 장착률이 증가하고 있는 추세이다. 에어백이란, 교통기관이 정면 충돌이나 측면 충돌 시에 받는 충격을 센서가 감지하여 인플레이터로부터 가스를 팽창 가능한 기포에 유입시킴으로써 에어백을 급속히 전개·팽창시켜, 그 팽창한 기포가 가지는 쿠션성에 의해 운전자나 승객이 받을 충격을 완화시킴으로써 인체를 보호하는 것을 말한다.
상기 인플레이터에서는 약 500 ℃ 이상의 고온 고압의 가스를 분출하는데, 이러한 고온 고압의 가스에 의해 기포가 손상됨에 따라 에어백 본래의 기능을 발휘하지 못하는 문제가 발생되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 기포에 고중량의 실리콘 코팅을 적용하는 방법이 이용되었다. 그러나, 실리콘 코팅이 적용된 기포는 무거울 뿐만 아니라 컴팩트하게 폴딩되지 않는 문제가 있다. 이에 따라, 인플레이터로부터 유입된 고온의 가스에 의해서도 손상되지 않으며, 작은 공간에도 수납 가능하고 경량화된 에어백의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 인플레이터로부터 유입된 고온의 가스에 의해서도 손상되지 않으며, 작은 공간에도 수납 가능하고 경량화된 에어백 원단 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 에어백 원단과 이의 제조 방법 등에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 섬유 기재; 금속층 및 상기 금속층의 양면에 형성된 수지층을 포함하는 다층 필름; 및 상기 섬유 기재와 다층 필름 사이에 개재되며, 폴리우레탄계 접착제로부터 형성되는 접착층을 포함하는 에어백 원단이 제공된다.
상기 에어백 원단은 인플레이터 등으로부터 유입되는 가스에 의해 팽창 가능한 에어백 쿠션(기포 등으로도 불림) 전체를 구성하거나 혹은 에어백 쿠션 중 일부를 구성하는데 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 에어백 원단에서 상기 다층 필름의 크기는 섬유 기재와 동일할 수 있다. 이에 따라, 섬유 기재의 적어도 일면에 섬유 기재와 동일한 크기의 다층 필름이 라미네이션된 에어백 원단으로부터 에어백 쿠션을 제조하거나, 혹은 상기 에어백 원단을 열 재단, 나이프 재단 혹은 레이저 재단 등의 다양한 재단 방식을 통해 원하는 형태로 재단한 후 내열성이 요구되는 위치(예컨대 인플레이터 가스 주입구)에 봉제하여 에어백 쿠션의 일부를 구성하도록 제조할 수 있다.
상기 섬유 기재(fabric substrate)는 에어젯 직기(air-jet loom) 또는 레피어 직기(rapier loom)를 이용하여 제조된 것일 수 있다.
상기 섬유 기재는 FMVSS302 기준에 의거한 연소성 검사를 통과할 수 있도록 폴리에스테르 원사 혹은 폴리아미드 원사(예컨대 PA66)로 직조될 수 있다. 상기 원사의 섬도는 300 내지 1000 dtex일 수 있으며, 이러한 범위에서 우수한 기계적 화학적 특성을 나타내면서 수납성이 우수하고 가벼운 에어백 원단을 제공할 수 있다.
상기 섬유 기재는 1/1 평직으로 직조된 평직물일 수 있다. 이러한 평직물은 경사와 위사가 교대로 교차되도록 짜여지기 때문에, 다른 방직 조직, 예컨대 능직, 주자직 등으로 직조된 직물 대비 경사와 위사의 교차점이 많아 인장 강도 등의 등의 강도가 높다. 이에 따라, 상기 섬유 기재로서 평직물을 이용하면 보다 우수한 우수한 내구성 및 내열성을 갖는 에어백 원단을 제공할 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 에어백 원단에서 상기 섬유 기재의 적어도 일면에는 다층 필름이 라미네이션된다.
상기 다층 필름은 금속층과 상기 금속층의 양면에 형성된 2 층이 수지층을 포함하여 적어도 3 층으로 구성된다. 상기 다층 필름은 어느 하나의 수지층에 금속층 및 수지층이 순차적으로 적층되어 5 층 이상으로 구성될 수도 있다.
상기 다층 필름은 총 두께가 9 내지 20 ㎛일 수 있다. 상기 다층 필름은 이렇게 얇은 두께를 가지면서도 충분한 내열성을 가져 가벼우면서도 인플레이터로부터 분출된 고온 고압의 가스에 의해 손상되지 않는 에어백을 제공할 수 있다.
상기 다층 필름에 포함되는 금속층은 에어백 원단의 무게 및 수납성에 큰 영향을 미치지 않으면서도 우수한 내열성을 부여할 수 있다. 이러한 금속층은 알루미늄, 구리 및 스테인리스로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 금속층은 알루미늄층일 수 있다.
상기 금속층의 한 층 두께는 5 내지 10 ㎛로 조절되어 우수한 내열성을 가지면서 경량인 에어백을 제공할 수 있다.
상기 금속층을 보호함과 동시에 상기 섬유 기재와의 부착력을 향상시키기 위해 상기 금속층의 양면에는 수지층이 형성된다. 이러한 수지층은 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리올레핀 또는 이들의 혼합물로부터 형성될 수 있다. 이때 사용 가능한 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리나프탈렌 테레프탈레이트 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 폴리에테르는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 수지층의 한 층 두께는 2 내지 5 ㎛로 조절되어 금속층에 대한 충분한 보호 기능과 섬유 기재에 대한 향상된 부착력을 나타낼 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 에어백 원단은 접착층에 의해 섬유 기재와 다층 필름이 접합된 구조를 가진다. 상기 접착층은 섬유 기재 혹은 다층 필름의 전면에 형성되는 하나의 층이거나, 혹은 섬유 기재 혹은 다층 필름의 일부(예컨대 가장자리 등)에 형성되는 층이거나, 혹은 섬유 기재 혹은 다층 필름의 여러 부분(예컨대 후술하는 도 1의 표면에 도트 형상이 형성된 그라비아 롤을 이용함으로써 코팅되는 다수의 균일한 간격으로 이격된 부분)에 형성된 층일 수 있다.
상기 접착층을 형성하는 접착제로는 폴리우레탄계 접착제를 사용할 수 있다. 상기 폴리우레탄계 접착제로부터 접착층을 형성하는 경우 우수한 내연소성을 나타내는 에어백 원단을 제공할 수 있다. 일 예로, 후술하는 실시예 1 및 비교예 1을 참조하면, 접착제로 폴리에틸렌을 사용한 에어백 원단의 경우 FMVSS302 기준에 의거하여 연소성 시험을 통과하지 못하나, 폴리우레탄계 접착제를 사용한 에어백 원단의 경우 우수한 내연소성을 나타내는 것이 확인된다.
상기 폴리우레탄계 접착제는 핫멜트 접착제일 수 있다. 이에 따라, 상기 폴리우레탄계 접착제는 용융점이 50 내지 150 ℃ 혹은 90 내지 130 ℃일 수 있다. 이러한 용융점을 갖는 핫멜트 접착제를 사용하면 온화한 환경에서도 접착제가 충분히 용융되어 상기 섬유 기재와 다층 필름이 전 범위에서 균일하게 접착될 수 있고, 에어백 원단이 온화한 환경에서 제조됨으로써 에어백 원단 제조 공정 동안 섬유 기재와 다층 필름이 손상되는 것을 억제할 수 있다.
상기 폴리우레탄계 접착제는 습기 경화형 반응성 폴리우레탄계 접착제로서 폴리이소시아네이트; 및 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스테르 폴리올을 포함하는 폴리올을 포함하는 폴리우레탄 프리폴리머를 포함할 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌디페닐디이소시아네이트 및 이소포론디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상일 수 있고, 상기 폴리에테르 폴리올은 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있으며, 상기 폴리에스테르 폴리올은 폴리(에틸렌 아디페이트), 폴리(1,4-부틸렌 아디페이트) 및 폴리(ε-카프로락톤)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상일 수 있다. 상기 폴리우레탄 프리폴리머는 상술한 구성 외에 추가의 폴리올, 사슬연장제, 커플링제 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리우레탄계 접착제는 폴리우레탄 프리폴리머 외에 점착 수지 등 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 기타 다른 성분을 추가로 포함할 수 있다.
한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 금속층의 양면에 수지층을 형성하는 다층 필름의 제조 단계; 및 섬유 기재 및 상기 다층 필름 중 어느 하나에 폴리우레탄계 접착제를 도포하고, 다른 하나를 라미네이트하여 상기 섬유 기재와 다층 필름 사이에 개재된 접착층을 형성하는 단계를 포함하는 에어백 원단의 제조 방법이 제공된다.
상기 다층 필름의 제조 단계에서는, 일 예로, 상기 금속층의 양면에 수지층을 형성하기 위한 수지 조성물을 도포하고 건조하여 수지층을 형성할 수 있다.
상기 수지 조성물을 도포하기 위한 방법은 특별히 한정되지 않으며 비제한적인 예로 플로팅 나이프 코터(Floating knife coater), 에어 나이프 코터(Air knife coater), 바 코터(Bar coater), 롤 코터(Roll coater), 그라비아 롤 코터(Gravure roll coater), 콤마 코터 (Comma coater), 키스 롤 코터 (kiss roll coater) 또는 슬롯다이 코터(Slot die coater) 등을 이용하여 도포할 수 있다. 그리고, 도포된 수지 조성물은 수지층을 형성하는 재료에 따라 적절한 온도에서 건조될 수 있다.
한편, 상기 다층 필름의 제조 단계에서는, 다른 일 예로, 상기 금속층의 양면에 수지층을 형성하기 위한 수지를 용융 압출하여 수지층을 형성할 수도 있다. 구체적으로, 수지를 적절한 압출기에 공급하고 용융시켜 금속층의 양면에 압출하고 고화시킴으로써 수지층을 형성할 수 있다.
이렇게 형성된 다층 필름은 접착층을 형성하는 단계를 통해 섬유 기재와 접착될 수 있다. 상기 접착층을 형성하는 단계에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 그라비아 롤을 이용하여 섬유 기재 및 다층 필름 중 어느 하나에 폴리우레탄계 접착제를 도포한 후 다른 하나를 라미네이트하여 섬유 기재 및 다층 필름을 접합할 수 있다. 이때, 상기 그라비아 롤은 표면에 도트 형상이 형성되어 있거나 혹은 표면이 메쉬 형상으로 형성되어 폴리우레탄계 접착제를 균일하게 도포할 수 있다. 일 예로, 도 1과 같이, 그라비아 롤의 표면에는 균일한 도트 형상이 균일한 간격으로 형성되어 있을 수 있다.
상기 섬유 기재 및 다층 필름 중 어느 하나에 도포되는 폴리우레탄계 접착제의 도포량은 3 내지 30 g/m2, 5 내지 30 g/m2 또는 3 내지 15 g/m2로 조절될 수 있다. 상기 다층 필름은 섬유 기재에 부착력이 우수한 수지층을 포함함에 따라 폴리우레탄계 접착제의 도포량이 상술한 범위로 적더라도 섬유 기재에 강력하게 부착될 수 있다.
상기 다른 일 구현예에 따른 에어백 원단의 제조 방법은 접착층의 부착력 강화를 위해, 접착층을 형성하는 단계 이후 접착층을 25 ℃ 내지 120 ℃에서 10 내지 25 시간 동안 숙성시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 접착층을 숙성시키는 단계에서는 접착층에 스팀을 가하여 고온 다습한 환경에서 접착층, 즉 접착층에 의해 접합된 섬유 기재와 다층 필름을 포함하는 에어백 원단을 숙성시켜 섬유 기재와 다층 필름의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
발명의 일 구현예에 따른 에어백 원단은 기존의 에어백 원단에 비해 가벼우면서도 인플레이터로부터 유입된 고온의 가스에 의해서도 손상되지 않으며, 콤팩트하게 폴딩 가능하여 작은 공간에도 수납 가능한 에어백을 제공할 수 있다.
도 1은 그라비아 롤을 이용하여 섬유 기재와 다층 필름을 라미네이팅하는 공정을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 비교예 1의 섬유 기재와 다층 필름을 라미네이팅하는 공정을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 비교예 3의 섬유 기재의 방직 조직을 보여주는 도면이다.
도 4는 실시예 1의 연소성 시험 후 촬영한 에어백 원단의 사진이다.
도 5는 비교예 1의 연소성 시험 후 촬영한 에어백 원단의 사진이다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 에어백 원단의 제조
두께가 5 ㎛인 알루미늄층 양면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌을 용융 압출 방식으로 적층하여 각각 2 ㎛ 두께의 수지층을 형성함으로써 다층 필름을 제조하였다.
한편, 약 550 dtex의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 사용하여 레피어 직기에서 1/1 평직으로 에어백용 섬유 기재를 제조하였다. 상기 섬유 기재의 경사 및 위사 밀도는 45 내지 48 th/inch 수준이었다.
도 1과 같은 도트 형 그라비아 롤을 이용하여 다층 필름의 일면에 폴리우레탄계 반응성 핫멜트 접착제(제조사: H.B. Fuller, 상품명: NP2090F)를 8 g/m2으로 도포한 후 상기 다층 필름의 접착제가 도포된 면에 상기 섬유 기재를 공급하고 라미네이팅하여 에어백 원단을 제조하였다. 이렇게 제조된 에어백 원단에 스팀을 가하여 약 30 ℃의 온도 및 약 90 %의 습도 하에서 24 시간 동안 숙성시켰다.
비교예 1: 에어백 원단의 제조
실시예 1과 같이 다층 필름과 섬유 기재를 준비하였다. 그리고, 도 2와 같이 롤러에 의해 공급되는 다층 필름과 섬유 기재의 사이에 용융 폴리에틸렌을 15 g/m2의 도포량으로 토출하여 다층 필름과 섬유 기재를 라미네이팅한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백 원단을 제조하였다.
비교예 2: 에어백 원단의 제조
다층 필름 대신 다층 필름 두께의 알루미늄 박막을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 에어백 원단을 제조하였다.
비교예 3: 에어백 원단의 제조
약 470 dtex의 폴리아미드(PA66) 원사를 사용하여 자카드직기에서 일체형 직조 방식에 의해 에어백용 섬유 기재를 제조하였다. 상기 섬유 기재는 집속력을 높이기 위해 도 3에 나타낸 패턴으로 직조되었으며, 상기 섬유 기재의 경사 밀도는 110 내지 120 th/inch이고, 위사 밀도는 95 내지 100 th/inch이었다.
상기 섬유 기재에 실리콘 코팅제(제조사: Dow corning, 상품명: DC3760)를 70 g/m2의 도포량으로 도포하고 건조하여 코팅된 에어백 원단을 제조하였다.
비교예 4: 에어백 원단의 제조
약 470 dtex의 폴리아미드(PA66) 원사를 사용하여 레피어 직기에서 1/1 평직으로 에어백용 섬유 기재를 제조하였다. 상기 섬유 기재의 경사 및 위사 밀도는 45 내지 48 th/inch 수준이었다.
상기 섬유 기재에 실리콘 고무 코팅제(제조사: Elkem, 상품명: TCS 7517)를 120 g/m2의 도포량으로 도포하고 건조하여 코팅된 에어백 원단을 제조하였다.
시험예: 에어백 원단의 물성 평가
1) 연소성 평가
실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 에어백 원단에 대해 FMVSS302 기준에 의거하여 연소성을 시험하였다.
도 4 및 5를 참조하면, 비교예 1(도 5)의 경우 접착제로 사용된 폴리에틸렌의 불완전 연소로 인해 그을음이 발생되었으며, 충분한 내연소성을 나타내지 못하는 것이 확인된다. 그러나, 폴리우레탄계 반응성 핫멜트 접착제로 라미네이션된 실시예 1(도 4)의 경우 그을음이 발생되지 않았으며, 우수한 내연소성을 나타내는 것이 확인된다.
2) 외관 및 작업성 평가
라미네이션 공정에서는 섬유 기재 및 다층 필름에 장력을 부여하여 섬유 기재 및 다층 필름 사이에 접착제가 고르게 분포되게 하고 섬유 기재와 다층 필름이 균일하게 부착되도록 유도한다. 그러나, 비교예 2와 같이 섬유 기재에 단일층의 알루미늄 박막을 라미네이션할 경우 알루미늄 박막의 낮은 신율로 인해 장력에 의하여 알루미늄 박막이 쉽게 찢어져 작업 성능이 저하되었다.
또한, 단일층의 알루미늄 박막이 라미네이션된 에어백 원단은 알루미늄 박막의 낮은 신율로 인해 다량의 주름이 발생하였다.
반면, 실시예 1과 같이 다층 필름이 라미네이션된 에어백 원단은 라미네이션 공정에서 가해지는 장력에 의해 찢어짐이 발생하지 않아 고른 접착제 도포와 균일한 접착이 가능하였고, 비교예 2 대비 주름 발생률이 현저하게 줄어들었다.
3) 내열성 평가
실시예 1, 비교예 3 및 4에서 제조한 에어백 원단에 약 600 ℃로 달군 쇠막대(이하, 핫로드)를 접촉시킨 후 에어백 원단에 손상이 생기기까지의 시간을 측정하였다. 측정 결과, 비교예 3의 경우 4.1 초 후에 핫로드에 의해 손상이 발생하였으며, 비교예 4의 경우 3.6 초 후에 핫로드에 의해 손상이 발생하였다. 그러나, 실시예 1의 에어백 원단은 60 초가 지나도 핫로드에 의해 손상이 발생되지 않아 비교예 3 및 4에 비해 매우 우수한 내열성을 나타내는 것이 확인되었다.

Claims (13)

  1. 섬유 기재;
    금속층 및 상기 금속층의 양면에 형성된 수지층을 포함하는 다층 필름; 및
    상기 섬유 기재와 다층 필름 사이에 개재되며, 폴리우레탄계 접착제로부터 형성되는 접착층을 포함하는, 에어백 원단.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유 기재는 300 내지 100 dtex의 폴리에스테르 혹은 폴리아미드 원사로 직조된 것인, 에어백 원단.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유 기재는 평직물인, 에어백 원단.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다층 필름의 두께는 9 내지 20 ㎛인, 에어백 원단.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄, 구리 및 스테인리스로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는, 에어백 원단.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 수지층은 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리올레핀 또는 이들의 혼합물을 포함하는 에어백 원단.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리우레탄계 접착제는 용융점이 50 내지 150 ℃인 핫멜트 접착제인, 에어백 원단.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리우레탄계 접착제는 폴리이소시아네이트; 및 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스테르 폴리올을 포함하는 폴리올을 포함하는 폴리우레탄 프리폴리머를 포함하는, 에어백 원단.
  9. 금속층의 양면에 수지층을 형성하는 다층 필름의 제조 단계; 및
    섬유 기재 및 상기 다층 필름 중 어느 하나에 폴리우레탄계 접착제를 도포하고, 다른 하나를 라미네이트하여 상기 섬유 기재와 다층 필름 사이에 개재된 접착층을 형성하는 단계를 포함하는, 에어백 원단의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 접착층을 형성하는 단계에서는 섬유 기재 및 상기 다층 필름 중 어느 하나에 그라비아 롤을 이용하여 폴리우레탄계 접착제를 도포하는, 에어백 원단의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 그라비아 롤로 표면에 도트 형상이 형성되어 있거나 혹은 표면이 메쉬 형상인 것을 사용하는, 에어백 원단의 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 폴리우레탄계 접착제는 3 내지 30 g/m2의 도포량으로 도포되는, 에어백 원단의 제조 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 접착층을 형성하는 단계 이후 접착층을 25 ℃ 내지 120 ℃에서 10 내지 25 시간 동안 숙성시키는 단계를 추가로 포함하는, 에어백 원단의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114905771A (zh) * 2022-04-29 2022-08-16 华懋（厦门）新材料科技股份有限公司 一种保压安全气囊复合织物成型方法及该复合织物

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