KR20120016259A - 에어백을 위한 직물 - Google Patents

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노르베트 휴버르
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글로벌 세이프티 텍스타일즈 게엠베하
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Abstract

폴리머 재료(polymer material)로 이루어진, 적어도 부분적으로(partially) 속이 빈(hollow) 필라멘트사(filament yarn)(K, S)을 포함하고, Professor Walz에 따라, 동일한 직경의 고체 필라멘트사를 사용시 커버 팩터(cover factor)와 동일한, 커버팩터(DG)를 가지는, 특히, 에어백(airbag)을 위한 직물(fabric)이 개시된다.

Description

에어백을 위한 직물{Fabric, in particular for an airbag}
본 발명은, 특히, 폴리머 재료(polymer material)의 적어도 부분적으로 속이 빈(hollow) 필라멘트사(filament yarn)를 포함하는 에어백(airbag)을 위한 직조된 직물(woven fabric)에 관한 것이다.
상기한 직물은, 예를 들면, 접촉(contact) 또는 필터 직물(filter wovens)이 다른 스레드 밀도(thread density) 및 직경(diameter)이 다른 원사(yarn)를 가지는 AKAZO의 EP 0 616 061 B1으로부터 알려져 있다. 이의 첫 번째 단점은, 상기한 직물이 속이 빈 스레드를 사용함에도 불구하고 여전히 너무 무거워, 중량감소를 위해 자동차 생산에서 증가하고 있는 요구를 더 증폭시킬 필요가 없다는 것이다.
상기에 개시된 직물의 직조체(woven solid) 및 속이 빈 스레드는 동일한 데니어(denier)를 가지며, 이는 발명자가 요구되는 높은 공기 투과율(air permeability) 및 높은 강도(strength)의 직물은 동일한 원사 강도(yarn strength)를 가지고 따라서 동일한 단면의 재료 덩어리(material mass)를 가지는 직조체 및 속이 빈 스레드를 필요로 하는(necessitating) 것으로 가정한 때문이다. 고체 스레드와 속이 빈 스레드의 직경의 차이로 인해, 양쪽 타입의 텍스타일 웹(textile web)으로의 작업 결과는, 속이 빈 스레드보다 높은 고체 스레드의 밀도(density)로 인해 두께가 일정치 않은(haphazard) 직물이 된다. 또한, 그러한 직물은 균일하게(evenly) 코팅하기가 어렵다는 문제도 있다. 속이 빈 스레드의 적용은 또한 직물의 두께를 더하여, 더 큰 패키지 부피의 단점(drawback)을 가지는 부피가 큰(voluminous) 에어백의 결과를 초래한다. EP 0 616 061 B1에 개시된 직물은, 커버 팩터에서 지역적으로(regionally) 변화하고 따라서 WALTZ 밀도를 얻는 방법에 의해 정확하게 계산된 것과 같이 커버 팩터로부터 명백한 공기 투과율(EP 0 616 061 B1에서 추론한 바와 달리)도 또한 변화한다. 직물의 공기 투과율의 차이는 에어백의 경우 매우 바람직하지 않으며, 따라서 에어백의 "유효수명(useful life)", 다시 말하면, 얼마나 오래 그 요구에 실제로 맞춘 상태로 유지되는지에 대한 정의에 신뢰성을 잃게 한다.
속이 빈 섬유(hollow fibers)나 속이 빈 스레드를 가지는 직물의 열 용량(thermal capacity)을 증가시키는 것이 알려져 있다. 이러한 효과의 이용을 위해 EP 0 616 061 B1은 데니어가 다른 속이 빈 섬유와 고체 섬유사(solid fiber yarns)를 적용하였으나, 결과적으로 상기한 바와 같은 단점들이 있었다.
상기한 EP 0 616 061 B1로부터, 40%를 초과하는 속이 빈 표면 면적(hollow surface area)이 섬유의 경화(stiffening)를 야기하여 펴지는 동안 에어백 직물의 접힘성(folding ability)이 악화됨을 알 수 있으며, 예를 들면, 전체 또는 부분적으로 속이 빈 섬유로 이루어진 원사는 200 내지 1100 dtex 범위의 데니어를 가지고, 여기서, dtex가 더 작으면 제조하기 어렵고 더 크면 접힘성이 너무 나빠져 사용할 수 없다는 문제를 가진다.
이러한 경우, 속이 빈 필라멘트의 제조는 루멘(lumen)(필라멘트 보이드(filament void))이 증가된 원사 데니어를 유지함으로써 이루어지고, 즉, 결과적으로, 속이 빈 필라멘트 재킷(filament jacket)의 폴리머 재료를 고체 필라멘트의 폴리머 재료와 동일하게 한다. 이에 더하여, 루멘은 스레드 직경을 증가시킨다. 이는, EP 0 616 061 B1에 개시된 구조가 더 두꺼운 원사의 직조(interweave)(온듀레이션(ondulation))에 더 적은 스레드/cm를 요구하며 따라서 휨(warp) 직조(weave) 및 직물 스레드(weft threads)가 풀리지 않도록 하기 위한 저항은 감소된다(diminished). 이와 별도로, 속이 빈 필라멘트는 스레드 벽(thread walls)(링 표면영역(ring surface area))이 두꺼워질수록 유연성은 적어지고 온듀레이션(ondulation)에 대한 저항은 더 높아진다는 단점을 가진다.
본 발명은, 상기한 종래기술의 단점을 회피 또는 적어도 크게 감소할 수 있는 에어백(airbag)을 위한 직물(woven fabric)을 제공하고자 하는 목적에 근거한 것이다.
상기한 바와 같은 목적은, 폴리머 재료(polymer material)의 속이 빈 필라멘트사(filament yarn)를 적어도 부분적으로(in part) 포함하고, 동일한 직경(diameter)의 고체(solid) 필라멘트사를 적용시(employing) 커버 팩터(cover factor)를 동일하게(equalling) 하는 WALZ 밀도(density)를 가지는 커버 팩터를 가지는 것을 특징으로 하는, 본 발명에 따른, 특히, 에어백(airbag)을 위한 직물(woven fabric)에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 상기 직물은, 특히, 종래의 직물보다 낮은 무게를 위한 높은 에지 콤 저항(edge comb resistance) 및 높은 커버 팩터에 변화 없이 직물의 열 용량(thermal capacity) 또는 열 저항(thermal resistance)이 증가된 속이 빈 필라멘트의 특성을 활용할 수 있도록 한다. 본 발명에 따라 속이 빈 섬유사(fiber yarns) 및 고체 섬유사를 적용함으로써, 강도(stiffness), 두께(thickness) 및 커버 팩터가 일정하게(constant) 유지되는 이점이 있다. 에지 콤 저항(심 강도(seam strength)의 측정)은 이러한 이점을 더욱 증가시킨다. 본 발명에 따른 직물은, 특히, 자동차나 항공기의 승객 안전 시스템(passenger restraint system)을 위한 에어백에 적합하다.
도 1은 직조 설계(weave design)의 부분을 나타내는 도면이다.
도 2는 폴리머의 균질 타일(homogenous tile)의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 "샌드위치" 타일(sandwich tile)의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 속이 빈 필라멘트의 휨(warp) 및 직물 직조(weft interweave)를 나타내는 도면이다.
도 5는 제 1 변형예(variant)에서 휨 또는 직물 튜브(weft tubes)를 포함하는 튜브형 직물의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 제 2 변형예에서 휨 또는 직물 튜브를 포함하는 튜브형 직물의 다른 예를 나타내는 도면이다.
상기한 바와 같은 목적은 본 발명에 따라, 폴리머 재료(polymer material)의 속이 빈 필라멘트사(filament yarn)를 적어도 부분적으로(in part) 포함하고, 동일한 직경(diameter)의 고체(solid) 필라멘트사를 적용시(employing) 커버 팩터(cover factor)를 동일하게(equalling) 하는 WALZ 밀도(density)를 가지는 커버 팩터를 가지는 것을 특징으로 하는, 특히, 에어백(airbag)을 위한 직물(woven fabric)에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 상기 직물은, 특히, 종래의 직물보다 낮은 무게를 위한 높은 에지 콤 저항(edge comb resistance) 및 높은 커버 팩터에 변화 없이 직물의 열 용량(thermal capacity) 또는 열 저항(thermal resistance)이 증가된 속이 빈 필라멘트의 특성을 활용할 수 있도록 한다. 본 발명에 따라 속이 빈 섬유사(fiber yarns) 및 고체 섬유사를 적용함으로써, 강도(stiffness), 두께(thickness) 및 커버 팩터가 일정하게(constant) 유지되는 이점이 있다. 에지 콤 저항(심 강도(seam strength)의 측정)은 이러한 이점을 더욱 증가시킨다. 본 발명에 따른 직물은, 특히, 자동차나 항공기의 승객 안전 시스템(passenger restraint system)을 위한 에어백에 적합하다.
속이 빈 섬유사와 고체 섬유사의 직경이 동일하므로, 본 발명에 따른 직물은 속이 빈 섬유를 제외하고, 동등한(equivalent) 직물보다 가벼우며, 이러한 무게 감소는 루멘 퍼센트에 대응한다. 본 발명에 따른 직물로 만들어진 에어백의 패키징 밀도는 일정하게 유지되므로, 본 발명에 따른 직물의 사용시 모듈의 치수를 변경할 필요가 없게 된다. 또 다른 중요한 특징은, 직물의 낮은 무게로 인해 에어백의 높은 동적 전개단계(dynamic deployment phase) 동안 질량 가속도(mass acceleration)를 개선할 수 있다는 이점이다. 이에 더하여, 동일한 직경의 속이 빈 스레드는, 예를 들면, 고체 스레드와 조합하여, 균일한(uniform) 텍스타일 웹(textile web)으로 진행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은, 다음과 같은 직물 구조에 근거한 것이다.
- 속이 빈 필라멘트의 데니어는 루멘 퍼센트의 증가로 낮아진다.
- 원사 직경(yarn diameter), 스레드 밀도(thread density) 및 커버 팩터는 동일하게 유지된다.
- 속이 빈 필라멘트의 링 표면 영역의 벽은 루멘 퍼센트의 증가로 얇아진다.
- 식 : 루멘 퍼센트 감소 = 무게 홀드(weight holds) 감소
루멘 퍼센트의 정의 : 루멘 퍼센트는 속이 빈 필라멘트의 총 단면과 비교하여 속이 빈 필라멘트의 루멘(보이드(void))의 퍼센트를 나타낸다.
종래기술의 직물의 속이 빈 필라멘트의 강도의 (부의(negative)) 증가는 속이 빈 표면 영역의 퍼센트의 증가를 야기하나, 본 발명에 따른 직물에 대한 기본 설계는 루멘이 높아질수록 링 표면 영역의 벽이 얇아지고 속이 빈 필라멘트의 굽힘 강성(flexural rigidity)의 증가를 야기하지 않는다.
링 표면 영역의 더 얇은 벽으로 인해, 직경이 동일한 스레드의 직조는 고체 필라멘트와 동일하게 이루어진다. 높은 커버 팩터를 가지는 직물로 실제로 둥근(round) 속이 빈 필라멘트 형태는 직조시 타원형 꼬임(oval kinking)에 의해 반전(reversal)에 대응하고, 에지 콤 저항(더욱 마찰적(frictional) 저항)을 증가시킨다.
예를 들면, 본 발명에 따른 속이 빈 필라멘트는, 예를 들면, 1 스레드 고체 필라멘트 및 1 스레드 속이 빈 필라멘트와 같이, 고체의 스레드 시퀀스(휨(warp) 및/또는 직물(weft))에서 속이 빈 필라멘트로 직조될 수 있다.
본 발명에 따른 직물의 사용은, 특히, 열적 스트레스(thermal stress)에 노출되는 OPW(one-piece-woven) 에어백의 범위(zones)의 스티치 직물 기술(stitched weft technology)(독일 특허 DE 101 15 890 B2 참조)에 속이 빈 스레드의 이점을 적용할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 직물로만 가능하며, 모든 스레드가 동일한 직경을 가지므로 균일하지 않은 OPW 표면을 야기하는 두꺼운/얇은 영향의 단점을 회피할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 직물은, 상기한 속이 빈 필라멘트사는 동일한 직경의 고체 필라멘트사 보다 작은 데니어를 가지며 동일한 폴리머로 이루어져, 후술하는 바와 같이 다양한 이점을 가진지는 것을 특징으로 한다. 예를 들면, 직물의 강성(rigidity), 두께(thickness) 및 커버 팩터가 일정하다. 이는 균일한 직물의 제조를 간단하게 한다(상기 내용 참조). 에지 콤 저항(심 강도(seam strength)의 측정)은 고체 필라멘트로 이루어진 비교가능한 직물보다 높다.
본 발명의 다른 측면에 따른 직물은, 동일한 직경을 가지고 동일한 폴리머로 이루어지는 고체 필라멘트사를 포함하고, 속이 빈 필라멘트사가 휨(warp) 및/또는 직물(weft)의 미리 정해진 반복 위치(location of repeat)에 배치되며, L1/1 보다 높은 직조구조(weave structure) 및 L1/1 직조구조보다 높은 스레드 밀도(thread density)로 직조되는(interwoven) 것을 특징으로 한다. 이는, 속이 빈 섬유사(fiber yarns)를, 예를 들면, 직물의 열적 위험구역(thermally critical zone) 또는 기술적 및 설계공학적 요구로 특정된 OPW에 배치하는 것을 가능하게 하는 이점이 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 동일한 직경을 가지고 동일한 폴리머로 이루어지는 고체 필라멘트사를 포함하고, 속이 빈 필라멘트사가 특히 열적 스트레스(thermal stress)에 노출되는 OPW(one-piece-woven)의 범위(zones)의 스티치 직물 기술(stitched weft technology)에 배치되고, L1/1 직조(weave)에 비하여 높은 등급(degree)과 높은 스레드 밀도로 직조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 속이 빈 필라멘트사의 속이 빈 표면 영역의 퍼센트가, 특히 테스트에 이점이 있는 것으로 증명된 20% 이상의 영역인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 커버 팩터가, 승객 안전 아이템(passenger safety item)으로서 적용된 에어백에 있어서 직물의 강도에 대하여 특히 이점이 있는 것으로 증명된 100%보다 큰 WALZ 밀도를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 커버 팩터가 105% 보다 큰 WALZ 밀도를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 속이 빈 필라멘트를 적용한 직물의 무게가 고체 필라멘트에 비하여 루멘 퍼센트의 범위에서 낮은 것을 특징으로 한다. 이러한 종래기술의 변화(variant)에 비해 직물의 낮은 무게의 변화는 에어백의 높은 동적 전개단계(dynamic deployment phase) 동안 질량 가속도(mass acceleration)의 개선에 특히 이점이 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, WALZ 밀도 커버 팩터의 확립(establish)에 관련된 유효 데니어(effective denier)는 트리거되었을(triggered) 때 수축(shrinkage)에 의한 시작시의 데니어보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 속이 빈 스레드가, OPW 에어백에 있어서 특히 열적 스트레스에 노출되는 구역의 스티치 직물 기술에 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 상기한 폴리머 재료는, a) 원사 직경(d), b) cm 당 스레드 직경, c) WALZ 밀도 커버 팩터(DG), d) 직물의 두께, e) 폴리아미드(polyamide) 6.6 고체 필라멘트로부터의 직물에 대응하는 직물의 무게인 폴리에스터(polyester)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 직물은, 따라서 속이 빈 필라멘트를 포함하는 폴리에스터사로 직조될 수 있고, 특히, 현재 일반적으로 적용되는 폴리아미드에 비하여 더 높은 폴리에스터의 무게는, 본 발명에 따라 달성되는 대략 21%의 무게 감소로 인해 대응하도록 선택된 속이 빈 섬유의 루멘에 의해 보상된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 스레드 밀도가, 동일한 직경 및 동일한 직조 구조의 고체 필라멘트를 적용했을 때와 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 직물 두께가, 동일한 직경 및 동일한 직조 구조의 고체 필라멘트를 적용했을 때와 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 1가닥(1-ply) 및 2가닥(2-ply) 구역을 포함하는 OPW로서 직조되고, 실질적으로 연장된(elongated) 튜브 구조(tublar structures) 또는 휨(warp)이나 직물(weft) 방향으로 연속하는(running) 튜브를 포함하고, 상기 1가닥 구역은 속이 빈 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 내용 및 후술하는 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같은 실시예는, 주로 높은 밀도를 나타내고 코팅되지 않은 직물에 관련된 것이다. 본 발명의 또 다른 측면은, 원사 데니어의 감소에 대응하는 루멘 퍼센트의 폴리머 재료의 속이 빈 필라멘트를 적용하여, 예를 들면, 휨(warp) 또는 직물 방향으로 연속하는 튜브를 포함하는 튜브형 직물과 같이, 루멘 퍼센트에 의해 더 높은 데니어를 가지는 대응하는 고체 필라멘트 스레드에 변화없이 원사 직경이 대응하도록 하는 것이 어떻게 가능한지를 주장한다. 이러한 목적을 위하여, 높은 인장 스트레스로 인해, 2가닥 직물 튜브가 인장 스트레스의 방향으로 고체 필라멘트와 통합된다. 1가닥 구역은 무게를 감소하기 위해 속이 빈 필라멘트를 포함한다. 튜브에 교차하여 연장하는 스레드 시스템(직물 스레드를 규정하는 바와 같이)은 고체 필라멘트 또는 속이 빈 필라멘트를 포함하거나, 관련된 기능에 따라 교차하는(alternating) 시퀀스에 통합된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 상기한 튜브에 교차하여(transversely) 연속하는 스레드 시스템이 고체 필라멘트 또는 속이 빈 필라멘트를 포함할 수 있음을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 스레드 시스템이 교차하는(alternating) 스레드 시퀀스(thread sequence)에서 상기한 튜브에 교차하여 연속하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 직물은, 연장된 튜브 구조 또는 휨(warp)이나 직물 방향으로 연속하는 튜브가 속이 빈 필라멘트로 구성되고, 1가닥 구역이 특정한 인장 스트레스(tensil stress) 방향으로 특히 고체 필라멘트로 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기한 직물은 다음과 같은 이점을 가진다. 튜브는 열적 스트레스/절연(insulation)에 견디기(withstand) 특히 적합한 기능을 따를(comply) 필요가 있고, 튜브는 속이 빈 필라멘트로서 휨(warp) 및 직물 방향으로 제조되며, 1가닥 중간구역(intermediate zone)은 바람직하게는 특정한 인장 스트레스의 방향으로 고체 필라멘트로 구성된다.
본 발명의 속이 빈 필라멘트를 특징으로 하는 직물은, 코팅의 무게가 지지하는 직물(supporting woven)(속이 빈 필라멘트 직물)의 기본 무게(basic weight)의 감소에 의해 보상되는 특정한 부가적인 기능을 특징으로 하는 속이 빈 필라멘트의 직물의 수단에 의해 코팅하기에 매우 적합하게 하는 균일한 표면(두꺼운/얇은 영향이 없는)을 포함한다. 이에 더하여, 직조되는 타원에 위치되는 속이 빈 필라멘트는 코팅 물질(coating mass)을 접합(bonding)하기 위하여 더 큰 표면 영역을 야기한다.
동일한 밀도, 두께 또는 특히 에지 콤 저항을 특징으로 하는 고체 또는 속이 빈 필라멘트로 구성되는 본 발명의 따른 직물은, 심 구조(seam structure)에 영향을 끼치지 않는 가공된(engineered) 응집(agglomerated) 필라멘트 시스템에 적합하다. 이하에 개시되는 실시예들은, 속이 빈 필라멘트 또는 직물 가공에서 응집(agglomeration)에 의해 고체 필라멘트를 대신하는 것에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 직물은, OPW(One-Piece Woven) 에어백을 포함하며, 즉, 에어백은, 동일한 두께의 속이 빈 섬유, 고체 섬유를 가지는 교차하는 휨(warp) 및/또는 직물 스레드를 포함하는 본 발명에 따른 시트 직물(sheet woven)로부터 제조되거나 또는 OPW 기술로 제조될 수 있다.
원사의 데니어는 10,000m 길이의 스레드의 그램 무게(dtex)로 정의되고 따라서 데니어는, 특정한 무게와 10,000m의 길이에 의해 배가되는(mulitplied) - 속이 빈 필라멘트가 보이드(void)를 둘러싸는(encompassing) 링 표면 영역(ring surface area)에만 관여하는 - 스레드 물질의 기본 표면 면적(basic surface area)과 동일하다.
속이 빈 필라멘트의 스레드 직경 d는, 다음과 같이 총 기본 표면 면적 Fring 플러스(plus) Flumen으로부터 계산된다.
Figure pct00001

Fring으로부터 총 표면 면적 Ftot가 루멘 퍼센트를 고려하여 mm2로 계산된다. 스레드 직경 d는, WALZ 밀도에 의해 공식화되는 커버 팩터에 대하여 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00002

본 발명에 관련된 다양한 표현에 대한 이러한 용어(terminology)는, 속이 빈 섬유사가 속이 빈 스레드 또는 속이 빈 표면 영역의 퍼센트가 필라멘트의 총 단면적(total cross-sectional surface area)으로 언급되는 내부 보이드(internal void)를 가지는 필라멘트를 포함하는 합성된 필라멘트사임을 설명하기 위한 것이다.
커버 팩터(DG)의 독일에서의 정의(German definition)는, 독일의 슈트트가르트(Stuttgart)에서 Robert Kohlhammer-Velag에 의해 1947년에 발행된 "Die Gewebedichte I" 및 "Die Gewebedichte II"의 330 페이지 내지 366 페이지의 "Textilpraxis"에 개시된 바와 같은 WALZ 밀도에 의해 공식화된다. 커버 팩터(DG)의 계산은 원사 수(yarn count)의 결정(determining), 적용된 섬유재료의 밀도의 설정(setting) 및 알림(knowing)에 근거한다. WALZ 밀도에 의해 공식화되는 커버 팩터(DG) %는,
cover factor : DG % = (dk + ds)2×fk×fs
여기서, dk/ds = mm로 나타낸 실제 휨(warp) 또는 직물사(weft yarn),
fk/fs = cm 당 휨(warp) 또는 직물 스레드(weft thread) 수(count)
고체 필라멘트사의 실제 직경은 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00003

(여기서, 상기한 공식은 평직물(plain weaves)(커버 팩터 I)에만 적용되고, 평직물보다 높은 다른 직물, 즉, L1/1의 커버 팩터는, 예를 들면, twill 2:1 = 0.7,twill 2:2= 0.56, twill 3:1 = 0.56, twill 4:4 = 0.38, satin 1:4 = 0.49, panama 2:2 = 0.56과 같이, 특정한 팩터가 곱해짐으로써 커버 팩터 II를 얻는다.)
WALZ 밀도에 의해 공식화된 커버 팩터(DG) 계산의 해석(interpretation) :
1. 유효 데니어(effectivedenier)
유효 데니어는 고체 스레드에 대한 원형 표면 영역(circular surface area) 및 속이 빈 스레드에 대한 링 펴면 영역으로부터 계산된다.
2. 스레드 직경(thread diameter)
직경(d)은 커버 팩터의 계산에 관한 것이며 속이 빈 필라멘트의 경우 총 단면적(링 + 속이 빈 표면 영역)으로부터 계산된다.
3. 스레드 사이즈, 밀도 및 직조 상관관계(interweave interrelate)
직조(L1/1)에 대한 표면 영역은 (dk + ds)2으로부터 mm로 계산된다. 100mm2 : (dk + ds)2의 지수(quotient)는 cm2당 인터레이싱(interlacing)의 최대 수(maximum number) = 100%에 대응한다. fk×fs의 산출은 cm2당 달성되는(attained) 직조의 수에 대응한다.
이하의 설명은, 첨부된 도 1 내지 도 4에 의해 나타내진다.
도 1은 직조 설계(weave design)의 부분을 나타내는 도면이다.
도 2는 폴리머의 균질 타일(homogenous tile)의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 "샌드위치" 타일(sandwich tile)의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 속이 빈 필라멘트의 휨(warp) 및 직물 직조(weft interweave)를 나타내는 도면이다.
도 5는 제 1 변형예(variant)에서 휨(warp) 또는 직물 튜브(weft tubes)를 포함하는 튜브형 직물의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 제 2 변형예에서 휨(warp) 또는 직물 튜브를 포함하는 튜브형 직물의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 도 1은 L1/1 직조 설계의 부분을 대응하는 휨(warp) 및 직물 부분(weft section)과 함께 나타내고 있다.
WALZ 밀도에 의해 공식화되는 커버 팩터(DG)의 계산은 다음과 같다.
Figure pct00004

Figure pct00005

스레드에 사용되는 직경 d는 mm 단위의 기하학적으로 정확한 값(geometric correct value), 즉, 고체 필라멘트에 대한 실제 직경 및 속이 빈 필라멘트에 대한 링 및 속이 빈 필라멘트의 총 직경(Ftot)이다.
EP 0 616 061 B1은 속이 빈 표면 영역의 단지 20%의 부분(fraction)만이 열 저항을 대략 175% 증가시키는 것을 개시하고 있다. 이러한 결론은 다음의 계산 모델에 근거한 것이다. 210 g/cm3의 무게를 가지는 1m2의 가정된(assumed) 표면 영역이 특정한 g/cm3의 무게로 나누어진다(divided). 결과(도 2)는, 1m2의 균질 폴리머 타일(homogenous polymer tile)의 두께 dv가, 인용된 예에서, PA 6.6에서 0.18mm이다.
도 2를 참조하면, 도 2는 1m2의 균질 폴리머 타일의 예를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 벽 두께는 열 전도성(thermal conductivity) 계수에 의해 나누어지고 전체 표면 영역에 열 저항 Rw(K/W)을 야기한다. 속이 빈 표면 영역의 열 저항 Rw은, 예를 들면, 2개의 다른 매체를 가지는 20%의 루멘에 대하여와 동일한 원리로 계산된다.
도 3을 참조하면, 도 3은 0.036 mm의 "두께"를 가지는 루멘 L을 둘러싸는 "외벽(outer wall)" A가 0.09mm의 두께를 가지는 1m2의 "샌드위치 타일"의 예를 나타내는 도면이다.
상기한 벽 및 속이 빈 표면 영역의 열 저항 Rw는 고체 표면 영역보다 대략 175% 높은 열 저항을 야기한다. 고체 필라멘트의 열 저항을 - 동일한 파라미터로 계산된 - 20%의 루멘을 가지는 속이 빈 필라멘트와 비교하면, 원사의 본체(body)에서 > 300%의 Rw 증가를 야기한다. 양쪽 모델 모두, 열 전도는 벽 표면 영역에 대하여 수직(perpendicular) 또는 반경방향(radial)인 것으로 가정한다.
EP 0 616 061 B1에 개시된 모델은 폐쇄된(closed) 폴리머 타일에 근거한 것이나, 텍스타일 표면 영역(직물(weave), 온듀레이션(ondulation))의 구조적 특징에 관한 것은 아니다.
반대로, 본 발명에서 제시되는 모델은, 원사 본체의 기하학적으로 정확한 구조에 근거한 것이나, 반경 방향의 열 전도만을 커버한다. 직물(원사 본체 직조, 직물 타입, 커버 팩터 %)의 구조에 관련하여, 열적 스트레스의 방향은 원사 본체에 대하여 다르며, 즉, 반경에서 축으로(radial to axial)이다. 이에 더하여, 열적 스트레스가 반경 방향으로 작용하면 링 표면 영역의 열 저항은 루멘보다 낮고 따라서 작용하는 열적 스트레스의 방향이 비선형(non-linear)임에 유념해야 한다.
도 4를 참조하면, 도 4는, 속이 빈 필라멘트 K 및 S가 휨(warp) 및 직물(weft) 방향으로 직조되는 방법을 나타내는 평직물(plain weave)(L1/1)의 부분을 도시한 도면이다. 텍스타일 표면 영역에 수직으로 작용하는 열적 스트레스를 나타내는 화살표 V의 방향과 대응하는 스레드의 진행(run)에서의 열 전도가 다르다.
이는 다음과 같은 결과를 야기한다. 고체 필라멘트 및 속이 빈 필라멘트가 모두 텍스타일 표면으로 - 또는 OPWs에서 - 진행되고, 그 후 표면 영역에서 열적 스트레스를 받아 속이 빈 필라멘트는, 바람직하게는 또한, 예를 들면, 커버 팩터가 더 높은(커버 팩터 II) 바스켓 직물(basket weave)과 같이, 더욱 가공된 구조로 직조될 필요가 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는, 부호(2)가 인장 스트레스(tensil stress) 방향으로, 이 경우, 예를 들면, "팽창된(inflated)" 벌집 구조(honeycomb structure)로 도시된, 고체 필라멘트를 포함하는 튜브를 나타내는 제 1 변형예에서 휨(warp) 또는 직물 방향으로 지향된(oriented) 튜브를 포함하는 튜브형 직물의 예를 나타내는 도면이다. 부호(4)는 튜브(2) 사이의 인장 스트레스 방향으로 고체 필라멘트를 포함하는 1가닥 중간부(single-ply intermediate portions)를 나타내고, 부호(6)는 횡단 스레드(transverse threada)와 같이 고체 또는 속이 빈 필라멘트의 대응하는 시스템을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 도 6은 제 2 변형예에서 휨(warp) 또는 직물 튜브를 포함하는 튜브형 직물의 다른 예를 나타내는 도면이다. 이 변형예에서 , 부호(12)는, 여기서는, 예를 들면, "팽창된(inflated)" 벌집 구조(honeycomb structure)로 도시된, 휨(warp) 또는 직물 방향으로 속이 빈 필라멘트를 포함하는 튜브를 나타낸다. 부호(14)는, 튜브(12) 사이의 인장 스트레스 방향으로 고체 필라멘트를 포함하는 1가닥 중간부(single-ply intermediate portions)를 나타내고, 부호(16)는 횡단 스레드(transverse threada)와 같이 고체 또는 속이 빈 필라멘트의 대응하는 시스템을 나타낸다.
본 발명이 어떻게 이루어질 수 있는지를 나타내기 위해 그 변형예가 다음과 같이 요약된다.
이하, 변형예 I 및 변형예 II에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 직물의 변형예 I 및 변형예 II에 대한 표준 물품의 비교


표준 물품 (standard article) 예 I. 동일한 커버 팩터의 소정의 데니어와 속이 빈 필라멘트 예 II. 소정의 커버 팩터 및 D'와 속이 빈 필라멘트
시작 데니어-유효-dtex

명목수축(nominal shrinkage) - %
루멘 - %
Ftot - ㎟

Fring - ㎟
Flumen - ㎟
D` - mm
휨(warp) 카운트/dm
직물 카운트/dm
베이스천(basecloth) 무게 - g/㎠
주름(crimp) - %(K/S)
스레드 길이/ - m
유효 데니어 dtex

Ftot - ㎟

Fring - ㎟
Flumen - ㎟
D` - mm
트리거된(triggered) 수축 - %

커버 팩터 DG - %

직물 두께 - mm
최대 인장 스트레스 -휨 N/5cm
최대 인장 스트레스 -직물 N/5cm
474/72

8,2
-
0,04158

-
-
0,2304
224,8
209,2
239
11/7
2495+2238=4733m
505

0,044295

-
-
0,2378
6,14

106,4

0,36
3322
3305 		380/72

5,4
20
0,04167

0,03333
0,00834
0,23066
220
220
189
11/6
2442+2332=4774m
396

0,04306

0,03472
0,00834
0,23447
4

106,4

0,35
2603
2786
21% 무게 감소 		390/72

5.4
20
0,042868

0,034292=80%
0,008574=20%
0,23395
224,8
209,2
193
11/7
4733m
407

0,044295

0,035721
0,008574
0,2378
4

106,4

0,36
2737
2726
19% 무게 감소
상기한 [표 1]은 고체 필라멘트를 동일한 커버 팩터의 텍스타일 표면 영역에서 동일한 폴리머의 속이 빈 필라멘트로 대체하여 데니어 및 동일한 스레드 직경(d)에 대한 루멘 퍼센트에 의해 직물의 무게를 감소하는 방법을 나타내는 본 발명에 따른 직물의 변형예 I 및 II(모든 속이 빈 섬유)와 표준 물품(standard article)(모든 고체 섬유)을 비교하고 있다.
그 목적은 폴리아미드 6.6(PA 6.6) 고체 필라멘트로 가공된 표준 물품(종래기술)의 높은 커버 팩터를 동일한 커버 팩터에 대하여 적어도 부분적으로 PA 6.6 속이 빈 필라멘트로 가공된 표면 영역으로 대체하는 것이다.
상기 직물의 커버 팩터는 높은 심 강도(에지 콤 저항) 및 코팅되지 않은 적용과 관련하여 LD로 인해 요구된다. 강도 및 무게에 대하여 표준 물품에서 특정된 직물은 "과도하게 가공된(over-engineered)" 것이다.
변형예(Example variant) I
변형예 I은 20% 루멘을 가지는 380/72 데니어의 현존하는 PA 6.6 원사에 근거한 것이다. 특정한 수축값(shrinkage values) - 명목수축(nominal shrinkage)(원사의 고온 공기 수축)에 대하여 결과적인 수축의 비율로 정의되고 어떻게 종료되었는지에 의존하는 - 에 관하여, 완료된 직물(22×22 Fd/cm) 의 대응하는 스레드의 수는 완료된 직물(수축 후)의 스레드 직경에 근거하여 WALZ 밀도에 ㅇ의해 공식화된 106.4%의 미리 정의된 커버 팩터로부터 확립된다.
스레드 밀도로부터 계산된 제곱미터 무게, 주름(crimp) 및 유효 데니어(effective denier)는, 루멘의 퍼센트(루멘 %) 만큼 감소되고 N/5cm의 최대 인장력(maximum tensil force)은 대응하여 감소된다.
커버 팩터에 의해, 상기한 직물은 필수적인 심 강도(에지 콤 저항)를 가진다.
변형예 II
변형예 II에 있어서, PA 6.6 속이 빈 필라멘트의 직물이 정확히 "표준 물품"과 동일한 파라미터(커버 팩터 %, 스레드 직경, 스레드 밀도)를 가지고 제조되었다. 요구되는 필수적인 유효 데니어로 출발하였고 수축값(트리거된 수축(triggered shrinkage))에 관하여 명목적인 데니어가 역행적으로(retrogradely) 얻어졌다.
루멘 퍼센트에 대응하는 제곱미터 무게 및 휨(warp) 및 직물(weft) 방향으로의 최대 인장력의 감소는, 휨 및 직물 방향으로 스레드 밀도의 차이로 인해 실질적으로 동일한 절대값을 가지는 것과 같이 동일한 퍼센트로 감소된다. 직물의 2축(biaxial) 인장 스트레스에 대하여 이러한 동일한 값은 이점이 된다. 변형예 II는 속이 빈 필라멘트 직물에 의해 이른바 표준 물품 직물을 그 사용에 있어서 개선된 기술적 조건(더 이상 "과도하게 가공되지" 않은, 더 가벼운)으로 대체 가능하게 한다.
변형예 III
이하, 완료된 직물과 동일한 파라미터를 가지는 속이 빈 폴리에스터 필라멘트를 이용하는 종래의 PA 6.6의 표준 물품을 재제정하는(re-enacting) 표 2를 참조하여, 또 다른 변형예 III의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
그 목적은, 속이 빈 PES 필라멘트 스레드를 사용하는 스레드와 동일한 두께(직경) 및 동일한 밀도를 가지는 L1/1에서 커버 팩터 = 106.4%인 PA 6.6, dtex 470, 22×21의 밀집 구조(dense structure)로 직물(표준 물품)을 제조하기 위한 것이다.
고체 필라멘트를 동일한 일정 밀도를 가지는 텍스타일 표면 영역의 다른 폴리머 재료의 속이 빈 필라멘트로 대체하는 것은 동일한 스레드 직경(d) 및 양쪽 폴리머의 특정한 무게의 차이의 퍼센트에 대응하는 루멘 %에 대하여 결과적으로 동일한 데니어 및 동일한 직물 무게를 가지게 한다(표 2 참조).
항목 (단위) PA-직물 표준 물품 PES-직물 속이 빈 필라멘트
시작 데니어 유효 dtex 472/72 477
루멘 - % - 20
Fring [㎟] - 0,034582
Flumen [㎟] - 0,008645
Ftot [㎟] 0,04158 0,043227
D [mm] 0,2304 0,2349
휨 스레드 [/dm] 224,8 224,8
직물 스레드 [/dm] 209,2 209,2
주름 % [휨/직물] 11/7 2,9/4,8
직물 무게 [g/㎡] 239 222
스레드 길이 [m/㎡] 4.733 4,5056
유효 데니어 [dtex] 505 492
Fring [㎟] - 0,03565
Flumen [㎟] - 0,008645
Ftot [㎟] 0,44295 0,44295
D` [mm] 0,2378 0,2378
트리거된 수축 [%] 6,14 3(0.97)
커버 팩터 DG - % 106,4 106,4
20% 루멘(섬유 내의 보이드)을 가지는 속이 빈 PES 필라멘트의 사용은 동일한 커버 팩터를 가지는 직물을 제조 가능하게 하고, 이는 더 높은 특정 무게(+21%)에도 불구하고 동일한 중량 클래스를 가능하게 한다.
원사(yarn)와 수축값(shrinkage values) 및 주름 조건(crimp conditions)의 차이에 대하여 무게 감소는 루멘 %와 동일하다.
고체 필라멘트의 텍스타일 표면 영역에 동일한 직경의 속이 빈 필라멘트를 혼합하는 것은, 결과적으로 동일한 커버 팩터 및 동일한 직물(예를 들면, L1/1)에 대하여 무게 감소를 야기한다. 특히 열적 스트레스에 노출되는 구역에 있어서, 속이 빈 필라멘트에 대한 스레드 직경은 동일한 커버 팩터(DG II)에 대한 더 높은 직물 구조(higher weave structure)에 의해 대응하도록 증가될 수 있다.
예 :
a) 휨(warp) 및 직물 방향으로 1개의 속이 빈 필라멘트 스레드와 1개의 고체 필라멘트 스레드가 교차하여 직조된 시트는, 결과적으로 나머지 구조가 동일한 더 가벼운 직물이 된다.
b) 더 높은 직물 구조로 휨 및/또는 직물 방향으로 미리 정의된 위치의 속이 빈 필라멘트를 포함하여 직조된 시트는, 결과적으로 열적 스트레스에 대한 저항성이 향상된다.
c) 더 높은 직물 구조가 가능한, 스티치 직조 기술로 속이 빈 필라멘트를 적용한 OPW 또한, 결과적으로 열적 스트레스에 대한 저항성이 향상된다.

Claims (18)

  1. 폴리머 재료(polymer material)의 속이 빈 필라멘트사(filament yarn)를 적어도 부분적으로(in part) 포함하고,
    동일한 직경(diameter)의 고체(solid) 필라멘트사를 적용시(employing) 커버 팩터(cover factor)를 동일하게(equalling) 하는 WALZ 밀도(density)를 가지는 커버 팩터를 가지는 것을 특징으로 하는 에어백(airbag)을 위한 직물(woven fabric).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 속이 빈 필라멘트사는 동일한 직경 및 동일한 폴리머의 고체 필라멘트사보다 작은 데니어(denier)를 가지는 것을 특징으로 하는 직물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    속이 빈 필라멘트가 적용된 상기 직물은, 고체 필라멘트에 비하여 루멘 퍼센트의 범위가 낮은 것을 특징으로 하는 직물.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직물은, L1/1 또는 더 높은 직물 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 직물.
  5. 제 4항에 있어서,
    동일한 직경을 가지고 동일한 폴리머로 이루어지는 고체 필라멘트사를 포함하고,
    속이 빈 필라멘트사는 휨(warp) 또는 직물(weft)의 미리 정해진 반복 위치(location of repeat)에 배치되며,
    L1/1 보다 높은 직조구조(weave structure) 및 L1/1 직조구조보다 높은 스레드 밀도(thread density)로 직조되는(interwoven) 것을 특징으로 하는 직물.
  6. 제 4항에 있어서,
    동일한 직경을 가지고 동일한 폴리머로 이루어지는 고체 필라멘트사를 포함하고,
    속이 빈 스레드는 OPW(one-piece-woven) 에어백의 열적 스트레스(thermal stress)에 노출되는 구역(zones)의 스티치 직물 기술(stitched weft technology)에 포함되며(incorporated),
    L1/1 보다 높은 직조구조(weave structure) 및 L1/1 직조구조보다 높은 스레드 밀도(thread density)로 직조되는(interwoven) 것을 특징으로 하는 직물.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    속이 빈 표면 영역(hollow surface area) 또는 상기 속이 빈 필라멘트사의 루멘 퍼센트는 20% 이상의 영역인 것을 특징으로 하는 직물.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    커버 팩터가 100%보다 큰 WALZ 밀도(density)를 가지는 것을 특징으로 하는 직물.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 커버 팩터가 105% 보다 큰 WALZ 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 직물.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 속이 빈 필라멘트사 및 고체 필라멘트사는 폴리에스터사(polyester yarns)인 것을 특징으로 하는 직물.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는,
    a) 원사 직경(d),
    b) cm 당 스레드 직경,
    c) WALZ 밀도 커버 팩터(DG),
    d) 직물의 두께,
    e) 폴리아미드(polyamide) 6.6 고체 필라멘트로부터의 직물에 대응하는 직물의 무게인 폴리에스터(polyester)인 것을 특징으로 하는 직물.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직물은, 균일한(uniform) 에지 콤 저항(edge comb resistance)을 가지는 것을 특징으로 하는 직물.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    스레드 밀도(thread density)(cm 당 스레드의 수)가 동일한 직경 및 동일한 직조 구조의 고체 필라멘트를 적용했을 때와 동일하거나 더 높은 것을 특징으로 하는 직물.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    직조된 두께가 동일한 직경 및 동일한 직조 구조의 고체 필라멘트를 적용했을 때와 동일하거나 더 높은 것을 특징으로 하는 직물.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    1가닥(1-ply) 및 2가닥(2-ply) 구역을 포함하는 OPW로서 직조되고,
    연장된(elongated) 튜브 구조(tublar structures) 또는 휨(warp)이나 직물(weft) 방향으로 연속하는(running) 튜브를 포함하며,
    상기 1가닥 구역은 속이 빈 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 튜브에 교차하여(transversely) 연속하는 스레드 시스템은 고체 필라멘트 또는 속이 빈 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 튜브에 교차하여(transversely) 연속하는 스레드 시스템은 교차하는(alternating) 스레드 시퀀스(thread sequence)로 구성되는 것을 특징으로 하는 직물.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 연장된 튜브 구조 또는 휨(warp)이나 직물 방향으로 연속하는 상기 튜브는 속이 빈 필라멘트로 구성되고,
    상기 1가닥 구역은 인장 스트레스(tensil stress) 방향의 고체 필라멘트로 형성되는 것을 특징으로 하는 직물.
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