KR20240047472A - 차량 에어백 천 - Google Patents

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KR20240047472A
KR20240047472A KR1020247010064A KR20247010064A KR20240047472A KR 20240047472 A KR20240047472 A KR 20240047472A KR 1020247010064 A KR1020247010064 A KR 1020247010064A KR 20247010064 A KR20247010064 A KR 20247010064A KR 20240047472 A KR20240047472 A KR 20240047472A
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weft
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warp
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KR1020247010064A
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존 앨런 반스
제나 오트
아난드 비스와나트
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인비스타 텍스타일스 (유.케이.) 리미티드
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Abstract

차량 에어백 천은 위사(weft yarn) 및 경사(warp yarn)를 포함한다. 위사는 1 중량% 이상 내지 100 중량% 이하의 재활용 중합체 재료를 함유하고 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하를 갖고, 65 내지 80 cN/tex의 강인도(tenacity)를 갖고, 사의 백만 선형 미터당 150개 이하의 플러프(fluff)의 플러프 함량을 갖는다. 경사는 위사보다 단위 중량당 동일하거나 더 적은 재활용 중합체 재료를 함유하고, 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하를 갖고 위사보다 낮은 플러프 함량을 갖는다.

Description

차량 에어백 천
본 발명은 차량 에어백을 제조하는 데 적합하며 재활용 중합체 재료를 함유하는 천에 관한 것이다.
팽창식 에어백(inflatable airbag)은 차량 안전 시스템의 주요 구성요소이다. 에어백은 전형적으로 나일론사 또는 폴리에스테르사와 같은 직조 합성 섬유로 제조된다. 전 세계의 다른 다수의 산업과 마찬가지로, 자동차 제조에서도 순 탄소 중립 및 기타 지속가능성 노력에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 증가하는 필요성을 해결하기 위한 하나의 수단은 에어백 섬유 제조 공정에서 재활용 중합체를 사용하는 것이다. 역사적으로, 에어백은 전형적으로 버진(virgin) 또는 새로 제조된 중합체로부터 제조되어 왔는데, 그 이유는 재활용 중합체를 사용하여 제조된 섬유가 전형적으로 원하는 최종 용도에 적합한 품질이 아니기 때문이다.
중합체는 중합체 사슬을 다시 단량체 성분으로 기계적으로 재분쇄 및 재용융 및/또는 화학적으로 분해하는 것을 포함하는 다양한 수단을 통해 재활용될 수 있다. 재활용 중합체 공급원료의 공급원 및 이들의 각각의 품질은 공급망(supply chain)의 단계에 기초하여 달라질 수 있다. 전형적인 공급원은 중합체 및/또는 섬유 제조 공정으로부터의 스크랩, 천 직조 및/또는 절단 공정으로부터의 스크랩, 및 전개 전 또는 후의, 해체된 에어백 모듈로부터의 천을 포함할 수 있다. 완제품 품질에 더하여, 재활용 중합체 사용으로 인해 발생하는 다른 난제(challenge)에는 추적성, 일관성, 및 공정 효율성이 포함된다. 품질 관리를 위해 공정 전체에 걸쳐 추적성이 유지되어야 한다. 재활용 공급원료 재료에서의 일관성은 최종 섬유 제품에 필요한 물리적 특성 목표 및 일관성을 달성하는 데 중요하다.
공정의 다양한 단계에서 잠재적으로 유입되는 오염물은 중합체의 품질을 저하시키고 파단 필라멘트 또는 "플러프"(fluff)의 함량을 증가시키기 때문에 섬유 방사 공정에서 난제를 야기한다. 기계적 재활용을 통해 가공된 중합체의 추가적인 열 이력은 또한 열 분해 생성물의 형성으로 인해 섬유 방사에서 플러프 함량을 증가시킬 수 있다. 제품이 요구되는 최종 용도에 적합하도록 보장하기 위해 경사(warp yarn) 및 위사(weft yarn)에서의 허용가능한 플러프 함량에 대한 제한이 있으며, 이는 직조의 기계적 응력 및 인장 응력을 견딜 수 있고 하류 가공에서 허용가능한 수준의 효율을 유지할 수 있음을 의미한다. 공급원료 품질, 섬유 제조 공정, 및 원하는 섬유 특성은 상업적 에어백 직조에 사용하기에 적합한 품질의 최종 제품을 달성하도록 최적화되어야 한다.
유럽 특허 EP2687628B1호는 차량 에어백을 형성하는 데 사용하기 위한 천을 개시하는데, 이는 사(yarn), 특히 위사 중 적어도 일부가 재활용 중합체 재료로부터 부분적으로 또는 전체적으로 형성된다. 그러나, 유럽 특허 EP2687628B1호에는 최종 에어백의 성능 손실을 최소화하면서 재활용 중합체 재료를 에어백 천에 성공적으로 혼입할 수 있는 가능한 제어 파라미터에 대한 언급은 없다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하고자 한다.
본 발명에 따르면, 재활용 중합체 재료를 에어백 천의 적어도 위사 내로 성공적으로 혼입하기 위한 제어 파라미터로서 강인도(tenacity) 및 데니어/필라멘트(DPF)가 사용될 수 있음이 이제 밝혀졌다. 개시된 천의 일부 실시 형태에서, 재활용 중합체 재료는 에어백 천의 경사와 및 위사 둘 모두에 혼입될 수 있다.
따라서, 일 태양에서, 본 출원은
(a) 1 중량% 이상 내지 100 중량% 이하의 재활용 중합체 재료를 함유하는 위사로서,
(i) 위사는 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하, 예를 들어 2 dpf 이상 내지 4 dpf 이하를 갖고;
(ii) 위사는 65 내지 80 cN/tex의 강인도를 갖고;
(iii) 위사는 사의 백만 선형 미터당 150개 이하의 플러프의 플러프 함량을 갖는, 상기 위사; 및
(b) 위사보다 단위 중량당 동일하거나 더 적은 재활용 중합체를 함유하는 경사로서,
(i) 경사는 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하, 예를 들어 2 dpf 이상 내지 4 dpf 이하를 갖고;
(ii) 경사는 위사보다 낮은 플러프 함량을 갖는, 상기 경사를 포함하는, 차량 에어백 천을 제공한다.
추가의 태양에서, 본 출원은
(a) 1 중량% 이상 내지 100 중량% 이하의 재활용 중합체 재료를 함유하는 위사로서,
(i) 위사는 65 내지 80 cN/tex의 강인도를 갖는, 상기 위사; 및
(b) 위사보다 단위 중량당 동일하거나 더 적은 재활용 중합체를 함유하는 경사로서,
(i) 경사의 강인도는 위사의 강인도의 ±10% 범위 이내이고;
(ii) 경사는 위사보다 백만 선형 미터당 더 적은 수의 플러프를 갖는, 상기 경사를 포함하는, 차량 에어백 천을 제공한다.
위사 및 경사를 포함하는 차량 에어백 천이 개시되며, 여기서 위사의 적어도 일부 및 일부 경우에, 경사의 적어도 일부는 재활용 중합체 재료를 함유한다. 위사와 경사 둘 모두의 나머지는 버진 중합체 재료로 구성된다. 일반적으로, 위사 및 경사 각각의 버진 중합체는 나일론 6,6과 같은 나일론으로 적어도 부분적으로 구성된다. 유사하게, 재활용 중합체 재료의 적어도 일부는 나일론 6,6과 같은 나일론으로 구성된다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 차량 에어백 천은
(a) 1 중량% 이상 내지 100 중량% 이하의 재활용 중합체 재료를 함유하는 위사로서,
(i) 위사는 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하, 예를 들어 2 dpf 이상 내지 4 dpf 이하를 갖고;
(ii) 위사는 65 내지 80 cN/tex의 강인도를 갖고;
(iii) 위사는 사의 백만 선형 미터당 150개 이하의 플러프의 플러프 함량을 갖는, 상기 위사; 및
(b) 위사보다 단위 중량당 동일하거나 더 적은 재활용 중합체를 함유하는 경사로서,
(i) 경사는 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하, 예를 들어 2 dpf 이상 내지 4 dpf 이하를 갖고; 및
(ii) 경사는 위사보다 낮은 플러프 함량을 갖는, 상기 경사를 포함한다.
추가의 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 차량 에어백 천은
(a) 1 중량% 이상 내지 100 중량% 이하의 재활용 중합체 재료를 함유하는 위사로서,
(i) 위사는 65 내지 80 cN/tex의 강인도를 갖는, 상기 위사; 및
(b) 위사보다 단위 중량당 동일하거나 더 적은 재활용 중합체를 함유하는 경사로서,
(i) 경사의 강인도는 위사의 강인도의 ±10% 범위 이내이고;
(ii) 경사는 위사보다 백만 선형 미터당 더 적은 수의 플러프를 갖는, 상기 경사를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "플러프"는 사 또는 천의 표면 상에서 볼 수 있는 섬유 번들 내의 불연속 필라멘트를 의미한다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, "플러프"는 광학 검출에 의해 측정된다. 플러프 농도는 섬유의 백만 선형 미터당 시각적으로 볼 수 있는 불연속물("플러프")의 번수(count)로서 표현된다. 플러프는 상당히 감소된 제조 공정 효율 및 부적합한 최종 천 품질을 초래할 수 있다. 특히, 백만 선형 미터당 150개의 플러프의 임계치를 초과하면, 위사의 품질이 직조 공정의 주행성(runnability) 및 효율에 부정적으로 영향을 미치고/미치거나 천 결함의 생성을 통해 천 특성 및/또는 품질을 저하시킬 것임이 밝혀졌다. 일반적으로, 위사에 대해서는 백만 선형 미터당 150개의 플러프의 임계치 미만의 플러프 수준, 예컨대 백만 선형 미터당 50개 이하의 플러프, 심지어 백만 선형 미터당 5개 이하의 플러프가 바람직하다. 경사에 대한 플러프 수준은 위사에서의 플러프 수준 이하로 유지되며 바람직하게는 백만 선형 미터당 5개 이하의 플러프이다.
재활용 중합체 재료
재활용 중합체 재료는, 배치식 중합 폐기물로부터 차량 수명 종료 시 회수된 에어백 모듈에 이르는 범위의, 공급망의 다양한 단계를 통해 공급될 수 있다. 또한, 사용될 수 있는 재활용 중합체 재료의 비-에어백 공급원이 이용가능하다. 깨끗한 공급원료 공급원의 사용(예컨대, 전개된 에어백으로부터의 스크랩 대비 전개되지 않은 에어백으로부터의 천)은 오염물의 부정적인 영향을 최소화할 것이다. 재활용 중합체 재료 공급원료는 산업적 사용 후(post-industrial) 및 소비자 사용 후(post-consumer) 경로를 통해 공급될 수 있고, 통상적인 나일론-6,6에 대한 다른 대안을 포함할 수 있다.
섬유로 방사하기 위해 다양한 수준 및 품질의 재활용 중합체 재료가 제조된 그대로의 나일론-6,6(버진 중합체)에 혼입될 수 있다. 재활용 중합체 재료 내의 불순물에는, 몇 가지 예를 들면, 수분, 방사 마감제(spin finish), 탄소, 및 초기 제조/가공 동안 의도적으로 도입된 첨가제가 포함될 수 있다. 불순물 수준은 재활용 중합체 재료 공급원료의 공급원에 따라 매우 다양할 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 소정 범위의 수분, 방사 마감제, 및 탄소는, 사의 백만 선형 미터당 0개 이상 내지 150개 이하의 플러프를 갖는 혼합 버진-재활용 중합체 재료를 제공하도록 최종 제품의 강인도, DPF, 및 재활용 중합체 재료 백분율을 조정함으로써 재활용 중합체 재료에서 그리고 혼합 버진-재활용 중합체 재료에서 허용될 수 있다. 일반적으로, 재활용 중합체 재료 내의 보강 화합물의 함량을 최소화하는 것이 바람직하며, 예를 들어 재활용 중합체 재료 내의 유리 섬유의 함량을 최소화하는 것이 바람직하다.
재활용 중합체는 화학적 또는 기계적 재활용과 같은 다양한 수단을 통해 가공될 수 있다. 투입 재료를 그의 구성 단량체로 다시 탈중합하는 화학적 재활용이 사용될 수 있으며, 여기서 적절한 탈중합 방법이 이용가능하다. 스크랩 재료를 재분쇄 및 재압출을 통해 가공하는 기계적 재활용이 더 일반적으로 사용된다. 이 공정에서, 오염물 제거를 개선하기 위해, 압출되는 재료의 여과 속도를 제어하는 것이 중요하다. 추가적으로, 임의의 섬유 제조 공정에서와 같이, 오염물의 추가적인 도입을 피하기 위해 압출기 청정도를 제어하는 것을 포함하는 재압출 공정 자체의 영향을 제어하고, 압출 공정에서 열 분해 화학종의 형성을 제어하는 것(공정 온도를 제어하는 것, 적절한 공정 전단 속도 및 체류 시간을 유지하는 것, 냉간 구역을 없애는 것 등)이 중요하다. 펠릿 크기 일관성 및 수분 함량이 또한 제어되어야 한다. 소정 상황에서, 재활용 중합체 재료의 소정 파라미터를 최적화하기 위해 첨가제, 예컨대 RV 또는 열 안정제가 사용될 수 있다.
섬유 제조 공정
실시 형태에서, 섬유 제조 공정으로의 재활용 중합체의 도입은 최종 제품 품질을 개선하도록 최적화된다. 재활용 중합체 재료는 일관된 중합체 특성 및 품질을 보장하기 위해 버진 중합체와 적절히 블렌딩되어야 한다. 또한, 추가적인 열 노출 단계를 피하기 위해 버진 중합체와 블렌딩될 때 사이드 스트림을 통해 중합체 재용융 공정에 재활용 중합체 재료를 도입할 수 있다. 버진 중합체와 실질적으로 동일한 입자 형상 및 입자 크기 분포를 갖는 재활용 중합체 재료를 제공하는 것이 바람직하다. 균일한 형상 및 분포는 최종 혼합 버진-재활용 중합체 조성물 내로의 재활용 중합체 재료의 혼입 및 균일한 혼합을 촉진하는 것으로 밝혀졌다.
혼합 버진-재활용 중합체 조성물의 압출 후에, 생성된 사는 인발 전에 급랭(quenching)된다(냉각된다). 급랭 공정은 가변 데니어와 같은 최종 섬유 특성이 플러프 형성과 균형을 이루도록 최적화되어야 한다. 일반적으로, 더 적당한 정도의 급랭 공정(더 낮은 급랭 공기 유동, 지연 급랭)은 더 낮은 플러프 형성으로 이어지는 것으로 밝혀졌다.
제조 속도(섬유 제조 공정에서의 중합체 처리량)가 또한 최종 제품 품질을 개선하도록 최적화되어야 한다. 처리량은 개선된 플러프 수준을 달성하기 위해 감소될 수 있다.
이상적으로, 중합체가 재활용된 횟수는 공지되고 제어되어야 한다. 전반적인 지속가능성 관점에서 더 많은 재활용 반복 횟수가 바람직한데, 그 이유는 이것이 공급망 순환을 가능하게 하며 버진 재료의 이용량을 감소시키기 때문이다. 그러나, 중합체가 재활용되는 횟수는 그의 증가된 열 이력에 의해 균형을 이루어야 한다.
재활용 중합체 재료 함량 백분율은 완제품 품질을 개선하도록 변경될 수 있다. 플러프 수준을 개선하기 위해 더 낮은 백분율의 재활용 중합체 재료 함량을 사용할 수 있다. 재활용 중합체 재료 함량의 적합한 범위에는 하기가 포함된다:
1 중량% 이상 내지 100 중량% 이하의 위사;
20 중량% 이상 내지 60 중량% 이하의 위사; 및
30 중량% 이상 내지 50 중량% 이하의 위사.
전형적으로, 경사는 위사보다 단위 중량당 동일하거나 더 적은 재활용 중합체를 함유한다.
섬유 방사 공정 동안 증가된 인발을 통해 사의 증가된 강인도가 달성되지만, 이는 플러프 함량을 증가시키는 상충 관계가 발생한다. 목표는 이들 두 특성 사이의 균형을 최적화하는 것이다. 강인도와 증가된 플러프 함량 사이의 상충 관계는 섬유 내의 재활용 함량의 백분율뿐만 아니라 재활용 공급원료의 품질에 의해 영향을 받는다.
위사의 강인도에 적합한 범위에는 하기가 포함된다:
65 cN/tex 이상 내지 80 cN/tex 이하; 및
70 cN/tex 이상 내지 80 cN/tex 이하.
일반적으로, 경사의 강인도는 위사의 강인도의 ±10% 이내로 유지된다.
경사와 위사 둘 모두에 대한 데니어/필라멘트(dpf)에 적합한 범위에는 하기가 포함된다:
1.0 dpf 이상 내지 6.0 dpf 이하;
1.5 dpf 이상 내지 4.5 dpf 이하; 및
2.0 dpf 이상 내지 4.0 dpf 이하.
방사 관점 및 다른 산업 요건 둘 모두에서, 더 낮은 데니어/필라멘트(dpf)가 바람직하다. 예를 들어, 저 데니어/필라멘트(dpf) 제품은 그의 고 dpf 대응물보다 더 빠르게 급랭될 수 있어서, 후속 방사 공정 동안 구결정 성장이 낮아지고 플러프가 더 적게 형성된다.
개시된 에어백 섬유는 열 분해 및 사슬 분지화로부터 재활용 중합체 재료 중합체를 보호하기 위해 첨가제를 포함할 수 있다. 그러한 첨가제는 포스피네이트 화합물 및 금속 할라이드를 포함할 수 있다. 금속 할라이드는 버진 나일론 중합체 방사에서 열 보호제로서 적합하다. 개시된 공정에 대해, 증가된 농도의 금속 할라이드(버진 나일론 중합체 방사에서 일반적으로 사용되는 수준 초과)는 기계적 재활용에 수반되는 추가적인 열 노출에 대한 추가의 보호를 제공하기에 적합하다.
개시된 에어백 천은 재활용 사를 포함할 수 있으며, 이는 이를 재활용 재료로서 식별하는 화학적 마커(marker)를 포함한다. 적합한 화학적 마커에는 추적 착색제, 안료 또는 형광제, 금속, 할라이드, 분자 태그 또는 다른 용이하게 검출가능한 재료가 포함된다.
오염물 또는 다른 불순물의 도입은 방사 공정의 효율 및 방사된 재활용 섬유의 품질에 부정적으로 영향을 미칠 것이기 때문에, 재활용 중합체 재료 공급원료 품질을 제어하는 것이 중요하다. 그러한 오염물의 예에는 섬유 방사 공정으로부터의 방사 마감제 함량, 워터젯 직조로부터의 증가된 또는 가변 수분 함량, 및 하류 처리 단계로부터의 실리콘 코팅, 및 직조 보조제로서 작용하는, 경사 전처리로부터의 폴리아크릴산 사이즈 또는 오일 및 지방이 포함될 수 있다. 재활용 중합체 재료의 특성은 섬유 방사 성능을 최적화하도록 제어될 수 있다. 적합한 변수 및 값의 예에는, 단지 몇 가지 예를 들면, 수분 함량(예컨대, 폴리아미드의 경우 1500 ppm 미만), 금속 오염물(예컨대, 50 ppm 미만), 마감 오일 함량(예컨대, 2 중량% 미만)이 포함된다. 재활용 중합체 재료 조성을 조정하는 한 가지 방법은 섬유 제조 및 워터젯 직조 스크랩과 같은 알려진 "깨끗한" 공급원으로부터의 재료를 우선적으로 공급하는 것이다. 다른 방법은 재활용 가공 전에 기재 재료로부터 실리콘 코팅의 분리, 가공 전에 스핀 마감제 및/또는 잔류 사이즈 또는 다른 직조 보조제를 제거하고 수분 함량을 제어하기 위한 세척 및/또는 건조 공정의 사용, 원치 않는 가스 부산물을 제거하기 위한, 재용융 단계 동안의 통기 압출기의 사용, 또는 이들의 일부 조합과 같은 공급원료 재료의 추가 처리를 통한 것이다.
다른 잠재적인 제어 파라미터는 재활용 중합체 재료의 상대 점도(RV) 변동이다. 재활용 중합체 재료의 재펠릿화 공정 동안 크기 제어가 이러한 단계에 중요하며; 추가적으로, 이는 버진 중합체 펠릿과 혼합하는 경우 블렌딩 일관성을 개선한다. 펠릿 소모 전에 버진 재료와 또는 다량의 재활용 중합체 재료 펠릿 내에 블렌딩하는 것이 또한 중합체 특성 변동을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 배치식 혼합기 또는 유동 채널 블렌더가 이러한 블렌딩을 달성하는 데 사용될 수 있다.
재활용 중합체 재료 공급원료의 공급원으로 인해, 재펠릿화된 중합체는 비교되는 버진 재료보다 더 높은 RV를 가질 수 있다. 블렌딩된(버진 및 재활용 중합체 재료) 중합체의 결과적인 RV를 제어하고 재활용 재료의 열 이력을 추가로 증가시킴으로써 야기되는 추가적인 열 분해를 최소화하기 위해, 재활용 중합체 재료 펠릿을 압출 전에 버진 중합체 재용융 시스템 내에 동시-공급할 수 있다. 이는 또한 버진 중합체에 비해 재활용 중합체 착색 차이를 제어하는 데 도움이 될 것이다. 재활용 중합체 재료 펠릿은, 압출 전에 일부 RV 증가가 요구되는 경우, 동시-공급 전에 별도의 시스템에서 버진 중합체 펠릿으로 선택적으로 컨디셔닝될 수 있다.
기계적 재활용을 통해 가공된 공급원료는 방사 전에 재펠릿화 및 중합체 압출 공정으로부터의 중합체의 추가 열 이력으로 인해 더 높은 수준의 분해를 가질 것이다. 열 분해를 최소화하는 한 가지 방법은 세절된(shredded) 재활용 중합체 재료 공급원료를 압출기 내에 직접 공급하여 재펠릿화 단계를 제거하는 것이다. 또한, 열 분해 및 사슬 분지화로부터 재활용 중합체 재료를 보호하기 위해 다양한 첨가제가 사용될 수 있다. 그러한 첨가제는 포스피네이트 화합물 및 금속 할라이드를 포함할 수 있다. 금속 할라이드는 버진 나일론 중합체 방사에서 열보호제로서 이미 일반적으로 사용되지만, 증가된 농도를 사용하여 기계적 재활용에 수반되는 추가적인 열 노출에 대한 추가 보호를 제공할 수 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 재압출 공정 자체는 산화적 분해를 통해 형성되는 탄소와 같은 다른 분해 화학종의 형성 및 오염물의 도입을 제한하도록 제어될 수 있다. 공급원료의 품질 및 재활용 공정 자체의 영향 둘 모두에 의해 영향을 받는 중합체 품질은 하류 섬유 방사 공정에서 중요하다. 중합체 품질은 예를 들어 허용가능한 팩 압력 상승률(0.25 psi/kg 미만)을 유지하도록 적합하게 제어된다. 섬유 방사 성능을 개선하기 위해(그리고 플러프 형성을 감소시키기 위해) 증가된 팩 여과를 사용할 수 있다. 이러한 이점은 여과 팩에 걸친 압력 상승률을 증가시키는 것과 균형을 이룬다.
이어서, 일부 백분율의 재활용 중합체 재료 함량을 함유하는 용융된 중합체의 필라멘트를 고온 및 고압에서 방사구를 통해 압출함으로써 섬유를 형성한다. 이어서, 필라멘트를 공기 중에서 급랭하고, 윤활제로 코팅하고, 가열된 고데(godet) 쌍들 사이에서 인발하고, 약하게 텍스처화하여 응집 섬유 번들을 제조하는 데 충분한 얽힘을 제공하고, 튜브 코어 상에 권취하여 보빈을 형성한다.
이어서 당업계에 알려진 직조 기술을 사용하여 경사 및 위사로부터 직조 천을 형성할 수 있다. 직조의 기계적 및 인장 응력으로 인해, 경사 및 위사 보빈 둘 모두에서의 섬유 플러프 함량은 적합한 천 품질 및 직기(loom) 효율을 유지하도록 제어되어야 한다. 재활용 중합체 재료의 사용은 재활용 중합체 재료가 버진 중합체보다 품질이 낮거나 오염물을 함유하는 경우 섬유 방사 동안 생성되는 플러프의 수준을 증가시킬 가능성이 있다. 방사 공정이 허용가능한 효율로 작동할 수 있도록 플러프 생성을 제어하기 위해 본 공정에서 몇몇 해결책이 사용된다. 그러한 해결책은 방사 공정의 처리량을 감소시키는 것, 최종 섬유 제품의 강인도를 감소시키는 것, 방사 공정에 사용되는 재활용 중합체 재료 함량의 수준을 조정하는 것, 재료가 재활용될 수 있는 횟수를 제한하는 것, 및/또는 경사 및 위사 보빈에서 차동 수준의 재활용 중합체 재료를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 정경(warping)/비밍(beaming)의 응력으로 인해, 플러프 제한은 경사 방향에서 더 제한적이다. 천 내의 전체 재활용 중합체 재료 함량을 최대화하면서 특정 섬유 강인도에서 이러한 제한을 충족하기 위해, 더 높은 플러프 함량이 허용가능하기 때문에, 위사 섬유 방사 공정에서 더 많은 재활용 중합체 재료 함량이 사용될 수 있다.
방사 섬유에서 최소 신율을 유지하는 것은 직조 공정 동안 효율을 유지하고 최종 천의 성능을 유지하는 데 중요하다. 열 분해 및 다른 오염물과 같은 요인으로 인해 중합체 품질이 감소함에 따라, 방사된 섬유의 신율이 또한 감소하기 시작할 수 있다. 이러한 문제에 대한 하나의 해결책은 방사된 섬유의 강인도를, 예컨대 65 내지 80 cN/tex로 감소시킴으로써 신율을 보존하는 것이다.
물리적 특성의 손실을 피하고 증가된 열 분해 및/또는 산화적 분해 및 오염의 영향을 제어하기 위해 재활용 단계의 반복 횟수가 또한 조절되어야 한다. 반복 재활용의 영향을 제어하기 위해, 1회 초과로 재활용된 중합체는 첫 번째 재활용 처리를 거친 중합체와 조합하여 사용될 수 있다. 이들 두 유형의 재활용 중합체의 균형은 방사 성능 및/또는 원하는 섬유 강인도와 같은 요인에 따라 조정될 수 있다.
이제 본 발명을 하기 비제한적인 실시예를 참조하여 더 구체적으로 설명할 것이며, 결과가 하기 표 1에 나타나 있다.
본 명세서의 실시예 및 나머지 부분에서, 하기 시험을 사용하여 주어진 결과를 생성한다.
플러프 수준은 온라인 광학 검출을 사용하여 측정된다. 각각의 스레드라인(threadline)이 적외선 센서를 통과하며; 적외선 빔의 중단은 플러프의 존재를 나타낸다. 이어서 검출된 플러프의 수를 1백만 미터의 선형 섬유 길이에 대해 정규화한다.
섬유 파단 강도 및 파단 신율은 ASTM D885에 따라 측정된다.
데니어는 ASTM D1907에 따라 측정된다.
강인도는 섬유 파단 강도 및 데니어를 사용하여 계산된다.
구조(천 번수(fabric count)로도 알려짐)는 ISO 7211-2 (1984)에 따라 측정된다.
패브릭 인장 강도(N)(최대 힘으로도 알려짐) 및 최대 힘에서의 신율(%)은 하기 수정 사항으로 표준 ISO 13934-1 (2013)에 따라 시험된다:
○ 인스트론(Instron) 인장 시험기 상에 설정된 초기 게이지(클램프) 길이는 200 mm이다.
○ 인스트론 크로스헤드 속도는 200 mm/min으로 설정된다.
○ 천 시편은 초기에 350 x 60 mm의 크기로 절단되지만, 이어서, 긴 에지 스레드라인을 50 mm의 시험 폭으로 풂으로써 해어진다.
○ 각각의 시험 천으로부터 대각선 교차 패턴으로 절단된 5개의 경사 방향 시편 및 5개의 위사 방향 시편에 대해 그리고 천 셀비지(selvedge)의 200 mm 내의 임의의 영역을 회피하여 인장 시험이 행해진다.
○ 최대 힘(파단력 또는 파단 하중으로도 알려짐)에 대한 보고된 결과는 뉴턴(N) 단위의, 시험된 5개의 경사 방향 시편 및 (별도로) 5개의 위사 방향 시편의 최대 힘 결과의 평균이다.
○ 최대 힘에서의 신율(연신 백분율 또는 신장 백분율로도 알려짐)에 대한 보고된 결과는 % 단위의, 시험된 5개의 경사 방향 시편 및 (별도로) 5개의 위사 방향 시편의 최대 힘에서의 신율 결과의 평균이다. 인열 강도는 하기의 수정 사항으로 시험 표준 ISO 13937-2를 명시하는 EASC 9904 0180 3.17에 따라 측정된다:
○ 도시된 바와 같이 단부 에지의 중간점으로부터 중심까지 연장되는 슬릿으로 섹션 4.07을 갖는 시편 IAW를 절단한다.
인열 강도(인열력으로도 알려져 있음)는 하기 수정 사항으로 ISO 13937-2 (2000)에 따라 측정된다:
○ 천 시편 크기는 150 mm x 200 mm이며, 이때, 100 mm 슬릿이 좁은 단부의 중간점으로부터 중심까지 연장된다.
○ 각각의 시험 천으로부터 대각선 교차 패턴으로 절단된 5개의 경사 방향 시편 및 5개의 위사 방향 시편에 대해 그리고 천 셀비지의 200 mm 내의 임의의 영역을 회피하여 인열 시험이 행해진다.
○ 경사 방향 인열 결과는 인열이 경사를 가로질러 이루어지는(즉, 경사 스레드라인이 인열됨) 시험된 시편으로부터 얻어지는 한편, 위사 방향 결과는 인열이 위사를 가로질러 이루어지는(즉, 위사 스레드라인이 인열됨) 시험된 시편으로부터 얻어진다.
○ 시편의 각각의 레그는 반으로 절첩되어 ISO 13937-2 부록 D/D.2에 따른 인스트론 클램프 그립에 고정된다.
○ 시험 결과의 평가는 ISO 13937-2 섹션 10.2 "전자 디바이스를 사용한 계산(Calculation using electronic devices)"에 따른다.
○ 경사 인열력에 대한 보고된 결과는 뉴턴(N) 단위의, 5개의 경사 방향 시편의 인열력 결과의 평균인 한편, 위사 인열력의 경우 그는 5개의 위사 방향 시편의 인열력 결과의 평균이다.
강성은 하기의 수정 사항으로 ASTM D4032-08 (2016)에 따라 측정된다:
○ 플런저 스트로크 속도는 2000 mm/min이다.
○ 각각의 시험 천으로부터 대각선 교차 패턴으로 절단된 5개의 경사 방향 시편 및 5개의 위사 방향 시편에 대해 그리고 천 셀비지의 200 mm 내의 임의의 영역을 회피하여 강성 시험이 행해진다.
○ 각각의 200 x 100 mm 시편은, 시험을 위해 기구 시험 플랫폼 상에 배치되기 전에, 좁은 치수를 가로질러 1회 절첩된다.
○ 경사 강성에 대한 (뉴턴 단위의) 보고된 결과는 5개의 경사 방향 시편의 강성 결과의 평균인 한편, 위사 강성에 대한 결과는 5개의 위사 방향 시편의 평균이다.
○ 경사 방향 강성 결과는 최장 치수(200 mm)가 천 경사 방향에 평행한 시험된 시편으로부터 얻어지는 한편, 위사 방향 결과는 최장 치수(200 mm)가 천 위사 방향에 평행한 시험된 시편으로부터 얻어진다.
에지콤 저항(edgecomb resistance)(에지 풀아웃 시험(edge pullout testing)으로도 알려짐)은 뉴턴(N) 단위로 측정되며 하기의 수정 사항으로 표준 ASTM D6479-15 (2020)에 따라 시험된다:
○ 에지 거리는 5 mm이다 - 이는 (시험 동안, 시험 시편 홀더에 기계가공된 좁은 레지(ledge) 상에 위치되는) 시험 시편의 단부와 "풀아웃"을 수행하는 핀들의 라인 사이의 거리이며, 즉 이는 시험 동안 풀아웃되는 스레드라인들의 섹션의 길이임.
○ 각각의 시험 천으로부터 대각선 교차 패턴으로 절단된 5개의 경사 방향 시편 및 5개의 위사 방향 시편에 대해 그리고 천 셀비지의 200 mm 내의 임의의 영역을 회피하여 에지콤 저항 시험이 행해진다.
○ 경사 방향 에지콤 저항 결과는 최장 치수가 경사에 평행한 시험 시편으로부터 얻어지는 한편, 위사 방향 결과는 최장 치수가 위사에 평행한 시험 시편으로부터 얻어진다.
○ 경사 에지콤 저항에 대한 보고된 결과는 뉴턴(N) 단위의, 5개의 경사 방향 시편의 에지콤 저항 결과의 평균인 한편, 위사 에지콤 저항의 경우 그는 5개의 위사 방향 시편의 결과의 평균이다.
정적 공기 투과율(l/dm2/min)은 하기의 수정 사항으로 시험 표준 ISO 9237 (1995)에 따라 시험된다:
○ 시험 면적은 100 cm2이다.
○ 시험 압력(부분 진공)은 500 Pa이다.
○ 각각의 개별 시험 값은 에지 누설에 대해 보정된다.
○ 정적 공기 투과율 시험은 천 내의 경사 스레드라인 및 위사 스레드라인의 6개의 별개의 영역을 시험하기 위해 천을 가로질러 그리고 그를 따라 샘플링 패턴으로 시험 천 상의 6개의 부위에서 행해진다.
○ 보고된 정적 공기 투과율 결과는 l/dm2/min 단위의 6개의 보정된 측정치의 평균값이다.
동적 공기 투과율은 하기의 수정 사항으로 시험 표준 ASTM D6476-12 (2021)에 따라 시험된다:
○ (시험 기구 상에 설정된 바와 같은) 측정된 압력 범위의 한계는 30 내지 70 kPa이다.
○ (시험 기구 상에 설정된 바와 같은) 시작 압력은 100 +/- 5 kPa의 피크 압력을 달성하도록 조정된다.
○ 시험 헤드 부피(test head volume)는 지정된 시작 압력이 이러한 헤드로 달성될 수 없지 않는 한 400 cm3이며, 이 경우에 다른 교환가능한 시험 헤드들(부피 100, 200, 800 및 1600 cm3) 중 하나가 시험 중인 천에 적절한 것으로 확인되는 대로 사용되어야 한다.
○ 동적 공기 투과율 시험은 천 내의 경사 스레드라인 및 위사 스레드라인의 6개의 별개의 영역을 시험하기 위해 천을 가로질러 그리고 그를 따라 샘플링 패턴으로 시험 천 상의 6개의 부위에서 행해진다.
○ 보고된 동적 공기 투과율 결과는 mm/초 단위의 6개의 DAP 측정치의 평균값이다.
비교예 1
경사 섬유와 위사 섬유 둘 모두 통상적인 100% 버진 나일론 6,6 중합체로 에어백을 제조한다. 섬유 특성은 에어백 직조에 사용하기에 적합하다. 결과가 하기 표 1의 컬럼 C1에 보고되어 있다.
비교예 2
경사 섬유와 위사 섬유 둘 모두 100% 산업적 사용 후 기계적 재활용 나일론 6,6 중합체 재료로 에어백을 제조한다. 허용가능한 신율 및 플러프 수준을 유지하기 위해 강인도가 상당히 감소되지만, 최종 천 특성(인장성, 인열성)은 에어백 응용에 요구되는 범위를 벗어난다. 결과가 하기 표 1의 컬럼 C2에 보고되어 있다.
비교예 3
최종 용도 적합성을 보장하기 위한 공정 최적화 없이 경사 섬유와 위사 섬유 둘 모두 50% 산업적 사용 후 기계적 재활용 나일론 6,6 중합체 재료로 에어백을 제조한다. 강인도는 표준 버진 에어백 수준에서 유지되고 섬유 dpf는 최적화되지 않는다. 그 결과, 섬유 신율 및 플러프 수준이 에어백 천 직조에 사용하기에 적합하지 않다. 결과가 하기 표 1의 컬럼 C3에 보고되어 있다.
실시예 1
경사 섬유와 위사 섬유 둘 모두 30% 산업적 사용 후 기계적 재활용 나일론 6,6 중합체 재료로 에어백을 제조하며, 경사 섬유와 위사 섬유 둘 모두의 나머지는 버진 나일론 6,6 중합체이다. 허용가능한 섬유 신율 및 플러프 수준을 유지하기 위해 강인도가 떨어진다. 그 결과 천 특성이 에어백 최종 용도에 적합하다. 결과가 하기 표 1의 컬럼 I1에 보고되어 있다.
실시예 2
20% 산업적 사용 후 기계적 재활용 나일론 6,6 중합체 재료를 함유하는 경사 섬유 및 50% 산업적 사용 후 기계적 재활용 나일론 6,6 중합체 재료를 함유하는 위사 섬유로 에어백을 제조한다. 경사 섬유와 위사 섬유 둘 모두의 나머지는 버진 나일론 6,6 중합체이다. 섬유 강인도는 최종 천 특성과 허용가능한 신율 및 플러프 함량의 균형을 맞추도록 조정된다. 결과가 하기 표 1의 컬럼 I2에 보고되어 있다.
[표 1]

Claims (12)

  1. 차량 에어백 천으로서,
    (a) 1 중량% 이상 내지 100 중량% 이하의 재활용 중합체 재료를 함유하는 위사(weft yarn)로서,
    (i) 상기 위사는 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하, 예를 들어 2 dpf 이상 내지 4 dpf 이하를 갖고;
    (ii) 상기 위사는 65 내지 80 cN/tex의 강인도(tenacity)를 갖고;
    (ii) 상기 위사는 사(yarn)의 백만 선형 미터당 150개 이하의 플러프(fluff)의 플러프 함량을 갖는, 상기 위사; 및
    (b) 상기 위사보다 단위 중량당 동일하거나 더 적은 재활용 중합체를 함유하는 경사(warp yarn)로서,
    (i) 상기 경사는 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하, 예를 들어 2 dpf 이상 내지 4 dpf 이하를 갖고;
    (ii) 상기 경사는 상기 위사보다 낮은 플러프 함량을 갖는, 상기 경사
    를 포함하는, 천.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경사 및 위사는 강인도가 10% 이하만큼 상이한, 천.
  3. 차량 에어백 천으로서,
    (a) 1 중량% 이상 내지 100 중량% 이하의 재활용 중합체 재료를 함유하는 위사로서,
    (i) 상기 위사는 65 내지 80 cN/tex의 강인도를 갖는, 상기 위사; 및
    (b) 상기 위사보다 단위 중량당 동일하거나 더 적은 재활용 중합체를 함유하는 경사로서,
    (i) 상기 경사의 강인도는 상기 위사의 강인도의 ±10% 범위 이내이고;
    (ii) 상기 경사는 상기 위사보다 백만 선형 미터당 더 적은 수의 플러프를 갖는, 상기 경사
    를 포함하는, 천.
  4. 제3항에 있어서, 상기 위사는 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하, 예를 들어 2 dpf 이상 내지 4 dpf 이하를 갖는, 천.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 경사는 1 데니어/필라멘트(dpf) 이상 내지 6 dpf 이하, 예를 들어 2 dpf 이상 내지 4 dpf 이하를 갖는, 천.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위사는 20 중량% 이상 내지 60 중량% 이하의 재활용 중합체 재료를 함유하는, 천.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위사는 30 중량% 이상 내지 50 중량% 이하의 재활용 중합체 재료를 함유하는, 천.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위사는 사의 백만 선형 미터당 50개 이하의 플러프, 예컨대 5개 이하의 플러프의 플러프 함량을 갖는, 천.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재활용 중합체 재료는 이를 재활용 재료로서 식별하는 화학적 마커(marker)를 함유하는, 천.
  10. 제9항에 있어서, 상기 화학적 마커는 착색제, 형광제, 금속 및 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 천.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사 및 위사는 나일론으로 적어도 부분적으로 구성되는, 천.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재활용 중합체 재료는 나일론으로 적어도 부분적으로 구성되는, 천.
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