KR101451192B1 - 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어백용 직물을 제조하기 위하여 고유점도가 0.8 내지 1.3dl/g인 PET 칩을 방사하여 제조된 PET 섬유가 상온에서 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4% 미만 신장하고, 3.0g/d의 응력에 처해졌을 때는 8% 이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 절단 신도가 30% 이상인 물성을 갖는 것을 특징으로 하여, 순간적인 고압의 충격에너지 흡수 성능이 우수한 PET 필라멘트를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 섬유는 말단 카르복실기(CEG) 함량이 30eq/Ton 이하이고, 단사섬도가 5데니어 이하이며, PET 섬유를 경사나 위사 어느 한쪽 혹은 경사와 위사 모두에 사용한 것을 특징으로 한다.

Description

에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 {Polyethylene terephthalate filament for using air-bag}

본 발명은 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유에 관한 것으로, PET 칩을 용융방사하여 제조하는 공정에서 섬유의 힘-변형곡선을 조절하여 에어백용 PET 직물의 순간적인 고압의 충격에너지 흡수 성능을 개선하는 방법에 대한 것이다.

일반적으로 에어백은 센서에 의해 충돌이 감지되면 작동기체장치가 폭발되어, 폭발가스로 인해 백이 순간적으로 부풀게 됨으로써, 운전자 및 승객을 보호하는 장치를 말한다. 근래, 에어백은 차량에 탑승한 승객의 안전을 확보하기 위한 장치로서 없어서는 안되는 필수적인 것이 되어, 차량에의 장착율이 급증하고있다.

에어백 직물은 충돌시에 원활하게 전개하기 위한 저통기성, 에어백 자체의 손상이나 파열을 막기 위한 높은 에너지 흡수능력 및 수납성 향상을 위한 직물 자체의 접힘성 등 여러가지 특성이 요구된다.

이러한 에어백 직물의 요구 특성에 적합한 섬유로 나일론 66 소재가 주로 사용되어 왔으나, 나일론 66은 내충격성은 우수하나, 폴리에스터 섬유에 비해 내습열성, 내광성의 측면이 뒤떨어지고, 비용절감 등의 경제성을 이유로 나일론 66 이외의 섬유소재에 대한 관심이 높아지고 있다.

일반적인 에어백 직물에 사용되는 원사는 통상 8 내지 10g/d의 강도와 15 내지 25%의 파단 신율을 가지는데, 이러한 원사를 커튼 에어백에 사용될 경우 고압의 가스가 순간적으로 주입될 때 에어백 직물부위의 파손 결함이 발생하는 빈도가 높아진다.

폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET라 칭함) 필라멘트사 제조시 고강력의 특성을 발현시키기 위한 종래의 방법으로는, 섬유의 미세구조상에 결정성을 높이는 방향으로 기술이 전개되고 있다. 섬유의 미세구조상 결정성을 높이는 방법으로는 중합단계에서 고결정성의 폴리에스테르 수지를 제조하는 방법, 고유점도가 0.6dl/g인 일반 폴리에스테르 수지를 방사 속도 7,000m/min 이상의 고속 방사기에 의해 고배향 연신시켜 제조하는 방법, 연신 공정 중에 고온의 열을 인가하는 방법 및 고유점도가 0.6dl/g인 일반 폴리에스테르 수지를 다단계 온도 상승법에 의하여 고상중합을 시켜 고유점도가 0.850dl/g인 폴리에스테르 수지로 제조하는 방법, PET만 사용할 때 발생하는 기계적 열적 한계성을 극복하기 위해 PET와 기계적 열적 특성이 우수한 제 2성분과 공중합 및 블렌딩에 의한 개질방법 등이 있다.

이 경우 섬유의 미세구조상 결정성은 향상되나, 일반으로 시행되고 있는 인터레이스 기술로는 집속성이 떨어져 권취 시 핀사가 발생한다. 핀사는 가연 및 열처리 시 공정상 문제를 야기하고, 에어백용 직물로 제조된 이후 원사 대비 강력이용률이 저하되는 원인이 된다.

또한 고상중합에 따른 고점도 칩을 이용하거나, 중합단계에서 고결정성의 수지를 원료로 하는 경우는 방사공정성이 저하되는 문제가 발생한다.

따라서 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 에어백에 사용하기 위해서는 에어백 쿠션 전개 시 봉재부에서 핀홀(pin hole) 벌어짐 현상을 최소화하여 봉재부에서의 가스 누출이 적도록 하며, 기존의 원사보다 순간적인 고압의 충격 에너지 흡수 성능을 향상시켜 봉재부 등에서의 원단 찢어짐 현상이 개선된 원사가 에어백용 직물을 제조하는 데 필수적이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0111418호(2012.10.10.) 대한민국 등록특허공보 제10-1060246호(2011.08.23.)

본 발명은 통상적인 PET 칩을 용융방사하여 PET 필라멘트사를 제조하는데 있어서, 에어백용 PET 직물의 순간적인 고압의 충격 에너지 흡수 성능을 개선하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 고유점도가 0.8 내지 1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 칩을 방사하여 제조된 PET 섬유에 있어서, 상온에서 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4% 미만 신장하고, 3.0g/d의 응력에 처해졌을 때는 8% 이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 절단 신도가 30% 이상인 에어백용 PET 섬유를 제공하는 데 목적을 두고 있다.

본 발명의 적절한 실시예에 따르면, 상기 PET 멀티필라멘트는 말단 카르복실기(CEG) 함량이 30eq/Ton 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 적절한 실시예에 따르면, 상기 PET 섬유는 단사섬도가 5 데니어 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 적절한 실시예에 따르면, 상기 PET 섬유를 경사나 위사 어느 한쪽 혹은 경사와 위사 모두에 사용한 것이 특징이다.

본 발명은 에어백 직물의 순간적인 고압의 충격 에너지 흡수 성능을 개선할 수 있는 에어백용 PET 섬유를 제조하는 데 목적을 두며, 상기 발명을 통해 충격에너지 흡수성능이 개선된 에어백용 직물을 제조할 수 있다.

본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 에어백 내부의 화약 폭발로 발생하는 배출가스의 순간적인 충격에너지를 에어백 직물이 안전하게 흡수하기 위해서 고유점도(I.V.)가 0.8 내지 1.3 dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 얻은 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트를 사용한다. 수지의 고유 점도가 0.8 dl/g 미만인 폴리에스테르 칩은 충분한 인성을 갖는 원사를 제공하지 않아 적당하지 않고, 고유점도가 1.3 dl/g 이상이면 연신성이 나빠진다.

본 발명의 에어백용 멀티 필라멘트를 생성하기 위한 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트외에도 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌-1,2-비스(페녹시)에탄-4,4'-디카르복실레이트, 폴리(1,4-시클로헥실렌-디메틸렌 테레프탈레이트) 및 상기 중합체의 1 종 이상의 반복 단위를 포함하는 공중합체, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트/이소프탈레이트 코폴리에스테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/나프탈레이트 코폴리에스테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/데칸디카르복실레이트 코폴리에스테르 및 상기 중합체 및 공중합체 중 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 이들 중에서, 본 발명에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지가 기계적 성질 및 섬유 형성 측면에서 특히 바람직하다.

본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트로 적합한 섬유는 힘-변형곡선이 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4% 미만 신장하는 것이 바람직한데, 만약 사가 1.0g/d의 초기 응력에 4% 이상 신장하면 직물의 급격한 변형으로 초기에 직물의 손상을 초래한다.

또한, 본 발명에서, 3.0g/d의 응력에 처해졌을 때는 사가 8% 이상 신장하며 절단 신도가 30% 이상인 것이 바람직한데 이는 사가 3.0g/d의 응력에서 8% 미만이거나 절단 신도가 30% 미만이면 이로부터 만들어진 직물의 순간적인 충격에너지 흡수 성능이 저하하기 때문이다.

원사의 신율이 높을 경우 에어백 팽창시 해당부위의 통기도가 증가하여 배출가스가 누출될 염려 때문에 본 발명의 원사는 가급적 수지가 코팅되거나 필름이 라미네이트된 형태의 에어백 직물에 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물에 사용된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 카르복실 말단기(CEG(Carboxyl End Group))의 함량이 30 eq/Ton 이하인 것을 특징으로 한다.

CEG 함량이 30 eq/Ton을 초과한 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 사용하게 되면 높은 습도 조건 하에서 직물의 인장강력 및 인열강력 저하가 커지게 되어 바람직하지 않다.

본 발명의 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 단사 섬도는 5 데니어 이하인 것이 적합하다. 통상, 단사 섬도가 작은 섬유를 이용할수록, 얻어지는 직물은 유연하여 접힘성이 우수하고 수납성이 양호해진다. 또한, 단사 섬도가 작아짐과 동시에 커버링성이 향상하고, 그 결과 직물의 통기성을 억제할 수가 있다. 단사 섬도가 5 데니어를 넘으면 직물의 접힘성 및 수납성의 저하, 또한 저통기성의 악화를 수반하여 에어백 직물로서 충분한 기능을 발휘하지 못하므로 바람직하지 않다.

본 발명의 제조방법에 의해 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 평직 형태로 레피어 직기, 에어제트 또는 워터제트 직기를 제직하거나 자카드 직기로 원피스우븐(OPW(One Piece Woven)) 형태로도 제직할수 있다. 또한 제직 후, 정련처리 및 160 내지 190 ℃의 열세트 처리를 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 에어백용 직물에 실리콘계, 폴리우레탄계, 아크릴계, 네오프렌계 및 클로로프렌계로 이루어진 군에서 선택된 코팅제를 사용하여 20 내지 80g/㎡ 중량으로 코팅하거나 15 내지 60g/㎡ 중량의 필름을 라미테이트 방식으로 접착하여 제조된다. 이 때 사용되는 필름은 폴리아미드계 수지와 폴리올레핀계 수지 더블 레이어 형태이거나 폴리에스터계 수지와 폴리올레핀계 수지 더블 레이어 형태로 된 군에서 선택하여 사용할 수 있다.

실시예 및 비교예의 물성 평가는 아래와 같이 측정 또는 평가하였다.

1) 고유점도(I.V.)

페놀과 1,1,2,2-테트라클로로에탄올 6:4(무게비)로 혼합한 시약(90℃)에 시료 0.1g을 90분간 용해시킨 후 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨 담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 애스피레이터(Aspirator)를 이용하여 용액의 낙하초수를 구한다. 솔벤트의 낙하초수도 상기와 같은 방법으로 구한 아래의 수학식에 의해 R.V.값 및 I.V. 값을 계산하였다.

R.V. = 시료의 낙하초수/솔벤트 낙하초수

I.V. = 1/4 ×[(R.V.- 1)/C] + 3/4 ×(In R.V./C)

상기 식에서 C는 용액중의 시료의 농도(g/100㎖)를 나타낸다.

2) 원사의 강신도 측정방법

원사를 표준상태인 조건, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%RH 인 상태인 항온 항습실에서 24시간 방치 후 ASTM 2256 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정한다.

3) 직물의 공기 투과도

프레이져(Frazier) 공기투과도 측정기를 이용하여, ASDM D737법의 규정에 따라 125 Pa 압력하에서 직물의 공기투과도를 측정하였다

4) 에어백 쿠션의 전개 시험

에어백 원단으로 모듈을 제작하여 85℃에서 4시간 방치 후 3분 이내 전개 테스트를 진행하여 터짐 여부를 관찰하여 PASS와 FAIL을 평가하였다.

이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 아래 실시예에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

망간 및 안티몬 금속을 각각 40 및 200ppm 포함하고, 망간/인 함량비 1.8 및 수분률 20ppm이며, 하기 표 1에 기재된 고유점도(I.V.)를 갖는 고상중합 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 각각 제조하였다.
각각 제조된 칩을 압출기를 사용하여 beam온도 300℃의 온도, B/L 배기 80mmAq 방사조건으로 용융방사하였다. 이후, 방출사를 노즐 직하 길이 120mm의 가열 구역(분위기 온도 350℃) 및 길이 500mm의 냉각구역(20℃, 0.5m/초의 풍속을 갖는 냉각공기 취입)을 통과시켜 고화시킨 다음 방사 유제를 0.6% 부착시켜 오일링하였다.
이후, 각각의 미연신사를 고뎃롤러 1번 속도 550m/분, 고뎃롤러 4번 속도 3,300m/분, 연신비 6.0 조건에서 연신 및 권취하여 하기 표 1에 기재된 총섬도를 갖는 최종 연신사(원사) A, B, C, D를 각각 제조하였다.

아래 표 2에 기재된 바와 같이 경사에 원사 D, 위사에는 원사 A로 구성하여 레피어 직기로 경사방향 및 위사방향 둘 모두에서 직물밀도가 인치 당 57×57개 직물이 되도록 평직으로 제직하고 연속정련기에서 50℃에서 95℃까지 단계적으로 설정한 수성욕에서 정련 및 수축시키고, 190℃에서 2분 동안 열 고정한 직물을 준비하였다. 그리고 실리콘계 코팅제를 사용하여 65g/㎡ 중량으로 코팅하였다.

이렇게 제조된 직물이 에어백 쿠션에 적합한지 통기성을 평가하여 표 2에 나타내었고, 커튼 에어백 형태로 제작하여 가스 압력 406 kPa인 인플레이터를 장착하여 전개 시험을 진행하였고 고압의 가스가 주입되는 가장 가까운 부위, 속칭 "calzone"부위의 손상 여부를 관찰하여 표 2에 PASS와 FAIL로 표시하였다.

실시예 2

아래 표 2에 기재된 바와 같이 원사 D로 경사를 구성하고, 원사 B로 위사를 구성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 제직, 코팅한 직물의 통기성을 평가하여 표 2에 나타내었고, 커튼 에어백 형태로 제작하여 가스 압력 406 kPa인 인플레이터를 장착하여 전개 시험을 진행하였고 고압의 gas가 주입되는 가장 가까운 부위, 속칭 "calzone"부위의 손상 여부를 관찰하여 표 2에 PASS와 FAIL로 표시하였다.

비교예 1

아래 표 2에 기재된 바와 같이 원사 D로 경사를 구성하고, 원사 C로 위사를 구성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 제직, 코팅한 직물의 통기성을 평가하여 표 2에 나타내었고, 커튼 에어백 형태로 제작하여 가스 압력 406 kPa인 인플레이터를 장착하여 전개 시험을 진행하였고 고압의 gas가 주입되는 가장 가까운 부위, 속칭 "calzone"부위의 손상 여부를 관찰하여 표 2에 PASS와 FAIL로 표시하였다.

구분	원사 A	원사 B	원사 C	원사 D
사종	420d/96f	420d/96f	420d/96f	420d/96f
고유점도(dl/g)	0.88	0.89	0.88	0.88
단사섬도(den)	4.4	4.4	4.4	4.4
1.0g/d의 응력에서 신도(%)	1.0	1.4	0.8	0.9
3.0g/d의 응력에서 신도(%)	12.7	20.6	6.4	7.5
파단 강도(g/d)	4.8	4.3	9.2	8.7
파단 신도(%)	37.4	42.8	13.4	20.1
CEG 함량(eq/Ton)	27.8	28.1	27.4	27.6

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1
경사	원사 D	원사 D	원사 D
위사	원사 A	원사 B	원사 C
쿠션 전개시험에서 "calzone"부위 손상 여부	PASS	PASS	FAIL
직물의 공기 투과도(㎤/㎠/s)	0.1이하	0.1이하	0.1이하

상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1과 실시예 2 에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물은 위사에 사용된 원사의 순간적인 고압의 충격에너지 흡수 능력이 우수하여 커튼 에어백의 전개시험에서 고압의 가스가 주입되는 가장 가까운 부위, 속칭 "calzone"부위의 손상 정도가 개선되었다.

Claims (4)

1. 고유점도가 0.8 내지 1.3dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유에 있어서,
   상온에서 1.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 4% 미만 신장하고, 3.0g/d의 응력에 처해졌을 때는 8% 이상 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 절단 신도가 30% 이상인 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 말단 카르복실기(CEG) 함량이 30eq/Ton 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 단사섬도가 5 데니어 이하인 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유.
   
4. 청구항 1항의 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 경사나 위사 어느 한쪽 혹은 경사와 위사 모두에 사용한 것을 특징으로 하는 에어백용 폴리에틸렌테레프탈레이트 직물.