스포츠웨어용 투습방수직물의 열·수분이동 특성에 관한 연구 A Study on the Heat and Moisture Transport Properties of Vapor-Permeable Waterproof Finished Fabrics for Sports Wear원문보기
This study was to determine the characteristics of vapor-permeable waterproof finished fabric by the coating method. 4 different kinds of coating fabrics (A : wet, porous, polyurethane, B : dry, no porous, polyurethane, C : shape memory polyurethane and D : dry, porous polyurethane) were used, which...
This study was to determine the characteristics of vapor-permeable waterproof finished fabric by the coating method. 4 different kinds of coating fabrics (A : wet, porous, polyurethane, B : dry, no porous, polyurethane, C : shape memory polyurethane and D : dry, porous polyurethane) were used, which were developed recently With this sample, moisture transport rate ($40^{\circ}C$, 45%RH & $40^{\circ}C$, 95%RH), changes of coating side's shape by washing times, water repellency rate, contracted length, qmax, heat conductivity, heat keeping rate, heat keeping rate with cotton, heat keeping rate on humidity temperature and humidity within clothing etc. were checked. And it was done in a climate chamber under $20{\pm}2^{\circ}C$, $65{\pm}5%RH$. The results of this study were as follow; In the moisture vapor transmission of sample B and C increased on high temperature and high humidity while sample A and D decreased, on this condition. Qmax rate had high relation with ground fabric's surface properties and the order was A>C>D>B. Heat conductivity had high relation with thickness and surface properties. Heat keeping rates on sweat condition showed around half percents of heat keeping rates on normal condition, but had no relation with moisture vapor transport rate. Changes of the fabric's properties by washing times were different in accordance with the construction of fabrics and the coating resin. Sample C had tow heat keeping rate on the high temperature and humidity and high heat keeping rate on the low temperature and humidity Moisture transport rate of vapor-permeable waterproof finished fabrics had high relation with the properties of ground fabrics on low humidity condition, but on the high humidity condition, it was highly related with the properties of coating resin.
This study was to determine the characteristics of vapor-permeable waterproof finished fabric by the coating method. 4 different kinds of coating fabrics (A : wet, porous, polyurethane, B : dry, no porous, polyurethane, C : shape memory polyurethane and D : dry, porous polyurethane) were used, which were developed recently With this sample, moisture transport rate ($40^{\circ}C$, 45%RH & $40^{\circ}C$, 95%RH), changes of coating side's shape by washing times, water repellency rate, contracted length, qmax, heat conductivity, heat keeping rate, heat keeping rate with cotton, heat keeping rate on humidity temperature and humidity within clothing etc. were checked. And it was done in a climate chamber under $20{\pm}2^{\circ}C$, $65{\pm}5%RH$. The results of this study were as follow; In the moisture vapor transmission of sample B and C increased on high temperature and high humidity while sample A and D decreased, on this condition. Qmax rate had high relation with ground fabric's surface properties and the order was A>C>D>B. Heat conductivity had high relation with thickness and surface properties. Heat keeping rates on sweat condition showed around half percents of heat keeping rates on normal condition, but had no relation with moisture vapor transport rate. Changes of the fabric's properties by washing times were different in accordance with the construction of fabrics and the coating resin. Sample C had tow heat keeping rate on the high temperature and humidity and high heat keeping rate on the low temperature and humidity Moisture transport rate of vapor-permeable waterproof finished fabrics had high relation with the properties of ground fabrics on low humidity condition, but on the high humidity condition, it was highly related with the properties of coating resin.
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문제 정의
수분 이동 특성과 소재 조합에 따른 열 . 수분의 이동 특성을 규명함으로서 앞으로의 투습 방수 직물이 연구, 개발되어야 할 기본 데이터를 제시하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
상온수를 이용한 가정용 자동세탁기를 이용하였으며, 세탁 조건은 normal (510+15rpm)의 cycles. 12분 세탁, 6분 헹굼, 망건조로 하였다.
» 이용하여 실시하였다. 각 시료에 대해 서로 다른 부분으로 5회 실시하였으며, 그 평균값으로 통기성을 계산하였다.
8 cm2인 증발컵에 증류수를 표면에서 1 cm 떨어진 곳까지 채운 후 시료를 중발컵의 표면 위에 고정하고 중발컵 둘레를 밀폐하였다. 밀폐한 증발컵을 105±2°C를 유지하는 항온 건조기에 넣고 1시간 투습시킨 후 바로 무게를 측정하고, 다시 두 환경 조건(40°C, 45%RH 및 40°C, 95%RH)의 항온 건조기에 넣어 24시간 후 그 무게를 측정하여 투습도를 산출하였다.
수분 이동 특성을 알아 보았다. 발한 상황을 가정한 보온성 실험에서는 열판 위에 습 윤된 포를 놓은 뒤 2.5 cm의 공간을 두고 시료를 놓은 다음 보온성의 시간에 따른 변화를 보기 위해 1분 간격으로, 1분 동안의 평균 전력 소모량을 측정하였으며, 열판의 온도와 외부 환경 온도의 차이는 20°C로 하였다. 실험 조건은 열판 "°C, 외부 환경온 20°C로 하여 일반 직물의 실험 온도차인 10°C보다 좀 더 극한 상황으로 실시하였다.
보온성의 측정은 투습방수 직물의 보온성, 면직물의 중첩에 따른 보온성, 발한에 따른 보온성을 측정하였다. 면직물의 중첩에 따른 보온성은 열판 위에 면섬유를 1.
본 연구에서는 실험환경을 40°C, 45%RH와 40°C, 95%RH의 두 가지 조건으로 실시하였다. 일반 직물의 경우, 투습성은 기공도와 두께의 영향이 큰 것으로 알려져 있으나(Y6on and Buckley, 1984) 투습방수 직물의 투습성을 직물 특성의 영향뿐만 아니라 코팅막의 영향을 동시에 고려해 주어야 한다.
무에 따른 열 . 수분 이동 특성을 알아 보았다. 발한 상황을 가정한 보온성 실험에서는 열판 위에 습 윤된 포를 놓은 뒤 2.
이때의 열판과 환경 온도의 온도차는 20°C로 하였으며, 측정기기는 의복내 온 . 습도 측정기인 Sensitive Hygrometer(CHMT-2, Codix제) 를 사용하여 5초 단위로 측정하였다. 의복내 기후의 측정 방법은 Fig.
의복내 기후 : 발한을 가정한 습윤환경에서의 보온성 측정과 동시에 의복내 온. 습도에 대한 측정도 실시하였다. 이때의 열판과 환경 온도의 온도차는 20°C로 하였으며, 측정기기는 의복내 온 .
습윤시의 보온성 실험은 인체의 발한 환경을 가정한 것으로 실험시의 환경 조건은 열판과의 온도 차이를 20°C로 하여 일반적인 실험조건의 10°C보다 좀 더 극한 상황에 대한 각 시료들의 특성을 알아보았다. 환경조건과 열판의 온도차를 10°C로 하였을 경우, 직물의 보온율은 높지만 실제 의복내 온도는 열판의 온도보다 3~4°C 정도 낮은 현상을 보여 각 시료들의 보온성의 차이를 뚜렷하게 볼 수 없었다.
열이동 특성 : 세탁에 따른 의복 내의 열과 수분의 특성 변화를 확인해 보기 위해 KES-F system(Thermo Labo U; Kato Tech Co., Ltd)을 사용하여 초기 열유속 최대치(qmax), 열전도 도(k), 보온성을 측정하였으며, 실험조건은 20°C±2°C, 65%± 5%RH의 항온항습실에서 실시하였다.
의복내 습도에서는 과다한 습윤으로 모든 시료에서 100%RH 를 보여 100%RH에 이르기 전의 의복내 습도를 비교했다. 시료 A에서는 세탁에 따라 초기 의복내 습도가 많이 저하되어 투습도와 동일한 경향을 보였으며, 시료 B에서는 투습후 약 2 분후 의복내 습도 증가가 정지하는 것을 볼 수 있다.
이에 본 연구에서는 최근에 개발된 스포츠 웨어용 투습 방수 직물을 이용하여 의복의 반복 세탁에 따른 물리적 특성 및 열. 수분 이동 특성과 소재 조합에 따른 열 .
투습성 : KS K 0594에 의거하여 투습 면적 60.8 cm2인 증발컵에 증류수를 표면에서 1 cm 떨어진 곳까지 채운 후 시료를 중발컵의 표면 위에 고정하고 중발컵 둘레를 밀폐하였다. 밀폐한 증발컵을 105±2°C를 유지하는 항온 건조기에 넣고 1시간 투습시킨 후 바로 무게를 측정하고, 다시 두 환경 조건(40°C, 45%RH 및 40°C, 95%RH)의 항온 건조기에 넣어 24시간 후 그 무게를 측정하여 투습도를 산출하였다.
또한 세탁회수를 0, 1, 3, 5, 10, 15, 2。회로 실시하여 반복 세탁의 회수에 따른 각 시료들의 특성 변화를 조사하였다.
대상 데이터
시료 A는 습식다공 폴리우레탄 코팅에 의한 투습 방수 직물로 국내에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 코팅방식의 시료이다. 시료 B는 친수무공형 투습 방수 소재로서, 친수성을 갖는 특수한 폴리우레탄의 개발에서 시작된 건식 투습 방수포의 일종으로 폴리우레탄 분자 사이의 초미세한 간격을 통하여 습기가 확산되는 원리를 이용하여 미세 기공을 형성시키지 않은 무공의 단면으로 투습성을 부여한 것이다.
시료 C는 유리 전이 온도를 중심으로 투습성이 크게 달라지는 형상 기억 폴리우레탄 수지의 특성을 이용한 투습 방수포로 의복내 온습도가 증가하게 되 면 분자쇄가 이완되어 투습성을 높여주는 소재이다. 시료 D는 건식 다공형 투습 방수 소재로 습식코팅방식에 의한 기존 투습방 수포에 비교해 투습도와 내수압도가 높은 환경친화적인 방법의 코팅방식에 의한 소재이다.
시료는 코팅 방식이 서로 다른 신소재 투습 방수 직물이며, 각 시료에 대한 물리적 특성은 Table 1에 나타내었다.
데이터처리
발수성 : KS K 0590(직물의 발수도 시험방법 : SpmjO에 준하여 측정하고 그 결과를 점수로 표시하였다. 실험은 5희 실시하였으며 전체적인 평균값으로 발수도를 판정하였다.
수축성 : KS K 0465(직물 및 편성물의 수축율 시험 방법-가정용 자동 세탁 기법에 의거하여 0, 1, 3, 5, 10, 15, 20회의 반복 세탁에 따른 경 . 위사 방향의 수축율을 각 방향에 대해 3점에서 측정하였으며 그 평균값을 산출하였다.
이론/모형
각 시료에 대한 세탁은 KS K 0465(직물 및 편성물의 수축율 시험방법-가정용 자동 세탁 기법을 참고하여 3OX3Ocm의 크기로 시료를 준비하여 실시하였다. 상온수를 이용한 가정용 자동세탁기를 이용하였으며, 세탁 조건은 normal (510+15rpm)의 cycles.
발수성 : KS K 0590(직물의 발수도 시험방법 : SpmjO에 준하여 측정하고 그 결과를 점수로 표시하였다. 실험은 5희 실시하였으며 전체적인 평균값으로 발수도를 판정하였다.
성능/효과
1. 고온, 고습의 환경 조건에 대한 투습성은 시료 B, C가 상대적으로 향상되었고, A, D의 시료에서는 감소하는 경향을 보여, 무공코팅이지만 환경 온습도에 따라 분자쇄의 이완.수축으로 투습도를 변화시키는 C시료의 코팅 수지와 친수성 폴리머의 수분 확산을 이용한 日시료의 코팅 수지에 대한 실제 성능을 확인할 수 있었다.
2. 열전도도는 두께와 표면 특성과 관계가 있으며, 두께가 두꺼울수록, 표면이 거칠수록 열전도도는 감소하는 경향을 보여 투습 방수 직물의 열전도도도 일반 직물과 같은 결과를 보였다.
20회 반복세탁 후의 시료에 대한 보온성의 측정 결과는 B>C=D>A의 순으로 나타났다. 특히 시료 A에서, 건조시의 보온성 측정에서는 세탁에 따른 많은 증가를 보였으나, 습윤 시에는 직물과 코팅막 사이의 박리에 의해 형성된 공기층에 상관없이 낮은 보온성을 보였다.
3. 습윤 상태의 보온성은 건조 상태의 보온성에 비해 약 50% 의 감소 경향을 보였다. 그러나, 시료에 따라 투습량은 많으나 열이동은 적고, 투습량은 적으나 열이동은 많은 결과가 나타나 열과 수분 이동의 량이 동일하게 나타나지는 않았다.
4. 투습 방수 직물의 세탁에 따른 물리적 성능 변화는 직물의 조직, 코팅 수지의 특성에 따라 모두 다르게 나타났으며, 온습도의 변화에 따른 열.수분 이동 특성이 변하는 시료 C의 코팅 방식이 상대적으로 적은 변화를 보여 고온 .
5. 투습 방수 직물에 있어서의 투습성은 습도가 낮은 경우 직물의 두께나 기포의 표면 특성에 영향을 많이 받고 코팅 수지의 특성에는 영향이 적지만, 발한에 의한 습도 중가의 환경에서는 표면직물의 특성보다는 코팅 수지의 영향이 많이 나타났다.
각 시료의 세탁후의 초기 투습을 비교해 보면 B>C>A>D의 순서를 보이고 있어 초기 투습의 관점에서는 시료 B가 가장 좋은 특성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 그러나 투습도의 측면에서는 이료가 좋은 특성을 보여, 실제 착용 상황에서는 C 시료가 더 쾌적한 의복내 환경을 유지시킨다고 볼 수 있겠다.
이는 직물의 두께와 함께 변환조직에 의한 표면의 정지 공기층에 의한 수분이 동의 차단이 함께 나타난 것으로 사료된다. 그러나 20회의 반복 세탁 후의 투습도는 A>C>D>B의 순으로 나타났으며, 모든 시료에서 감소하는 경향을 보였다. 이는 세탁에 따른 시료의 수축으로 인해 수분이 투습 가능한 공극의 감소에 그 원인이 있는 것으로 보인다.
면직물의 중첩에 따른 보온성은 외부 온도와의 차이가 상대적으로 적은 관계로 각 시료별 보온성의 차이는 적게 나타났다. 투습 방수 직물만의 보온성과의 비교에서는 약 10% 정도의 보온성 중가를 보였으며, 보온율의 정도도 직물만의 보온성 측정 결과와 그 순서가 달리 나타나, 세탁전 시료에서의 보온성은 A>B>D>C였으나, 세탁 20회에서는 A>B>C>D의 순서를 보였다.
6는 시료 A의 세탁회수에 따른 공기 투과 저항도를 나타낸 것이다. 세탁회수의 중가에 따라 전체적으로 저항도가 증가함을 알 수 있으며, 이는 시료 A의 투습도가 세탁에 따라 감소하는 것과 상반되는 것으로 공기투과 저항도와 투습도는 역상관을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
고온, 고습의 환경 조건에 대한 투습성은 시료 B, C가 상대적으로 향상되었고, A, D의 시료에서는 감소하는 경향을 보여, 무공코팅이지만 환경 온습도에 따라 분자쇄의 이완.수축으로 투습도를 변화시키는 C시료의 코팅 수지와 친수성 폴리머의 수분 확산을 이용한 日시료의 코팅 수지에 대한 실제 성능을 확인할 수 있었다.
세탁전의 시료에 대한 투습율은 B>A>C>D로 나타났다. 시료 B는 저습의 환경에서는 낮은 투습도를 보였으나 고습에서 많은 투습을 보여, 저습의 환경 조건에서 직물 표면에 형성되어 있던 공기층이 95%RH의 수증기에 의해 많이 감소하여 투습도의 증가가 나타난 것으로 보이며, 물분자의 모세관 현상에 의한 투습도가 높은 시료 특성에 의해 포화수증기 상태에서의 수분 전달이 증가한 것으로 사료된다.
시료 C에 있어서도 투습도는 많이 향상된 것으로 나타나고 습에 의한 C시료의 코팅 수지가 분자쇄의 확장으로 투습도를 조절한다는 것을 확인할 수 있었으나 일반 제품인 시료 A보다는 투습도가 낮게 나타났다.
그러나 시료 C는 변화가 나타나지 않았다. 이 결과는 보온성과 일치하지 않는 것으로 보온성과 의복내 온도의 상관성은 없음을 알 수 있었다.
8은 각 시료에 대한 습윤시의 보온율을 나타낸 것으로 세탁전 각 시료에 대한 보온성의 측정 결과는 B>A>D>C의 순으로 나타났다. 이를 두께와 투습성의 측면에서 비교해 보면, 시료 B는 투습성보다는 두께의 영향이 강하게 나타났으며, 시료 A는 투습성은 좋았으나 상대적인 열손실은 적은 것으로 나타났고, 시료 住 투습성은 적으나 상대적인 열이동은 많은 것으로 나타나 열이동과 수분이 동의 량이 반드시 일정하게 상관하는 것은 아님을 알 수 있었다.
이상과 같이 저습의 환경에서는 두께가 가장 얇은 A시료가 투습성이 좋았으나, 고습에서는 B, C의 시료가 높은 투습성을 보여, B, C의 시료가 그 기능성에 유효하였다. 그러나, 시료 B 는 기체 상태보다 액체 상태의 수분 이동이 많은 시료이므로 의복에 대한 소재로서는 적당하다고 할 수 없다.
이에 서로 다른 코팅 가공포의 세탁에 따른 다양한 특성 변화의 두께나 기포의 표면 특성에 영향을 많이 받고 코팅 수지의 특성에는 영향이 적지만, 발한에 의한 습도 중가의 환경에서는 표면 직물의 특성보다는 코팅 수지의 영향이 많이 나타났다. 화의 실험에서 얻어진 결과를 분석, 요약하면 다음과 같다.
4에 나타내었다. 전체적으로 각 시료들의 투습율은 상당히 향상되었으나, 실제 투습된 량은 적었다. 이는 외부 환경의 습도가 높아 시료가 없는 상태에서의 투습이 많이 저하된 요인으로 나타난 것이며, 투습율의 순서도 환경 조건 40°C, 45%와는 다르게 나타났다.
특히 세탁 회수가 증가함에 따라 그 차이는 더욱 증가하는 경향을 보였으며, 여기에서 발수성은 직물에 대한 발수 가공제의 영향과 함께 직물의 표면 특성과 관계가 높은 것으로 생각할 수 있다. 즉, 표면 직물의 평활성이 높을수록 세탁회수에 관계없이 높은 발수성을 유지하였으며, 반대로 표면 직물의 평활성이 낮을수록 그 값은 적게 나타났다. 그러나, 이 결과가 세탁에 따른 가공제의 탈착에 의한 것인지, 평활성만의 원인인지에 대해서는 차후에 고찰해 볼 필요가 있었다.
로, 직물의 두께와 함께 직물 표면에 형성된 정지 공기충의 영향을 알 수 있었다. 즉, 표면의 평활성이 낮을수록 정지 공기충의 양은 중가하여 열판에서 외부 환경으로의 열이동을 저하 시킴으로 열전도도는 낮게 나타나는 것을 알 수 있었다.
면직물의 중첩에 따른 보온성은 외부 온도와의 차이가 상대적으로 적은 관계로 각 시료별 보온성의 차이는 적게 나타났다. 투습 방수 직물만의 보온성과의 비교에서는 약 10% 정도의 보온성 중가를 보였으며, 보온율의 정도도 직물만의 보온성 측정 결과와 그 순서가 달리 나타나, 세탁전 시료에서의 보온성은 A>B>D>C였으나, 세탁 20회에서는 A>B>C>D의 순서를 보였다. 이는 각 시료의 특성상 그 기능을 발휘하는 정도가 환경 온.
세탁 이전의 모든 시료에서는 100의 수치를 보였으나, 세탁 회수에 따른 결과에서는 A>C>D>B로 나타났다. 특히 세탁 회수가 증가함에 따라 그 차이는 더욱 증가하는 경향을 보였으며, 여기에서 발수성은 직물에 대한 발수 가공제의 영향과 함께 직물의 표면 특성과 관계가 높은 것으로 생각할 수 있다. 즉, 표면 직물의 평활성이 높을수록 세탁회수에 관계없이 높은 발수성을 유지하였으며, 반대로 표면 직물의 평활성이 낮을수록 그 값은 적게 나타났다.
20회 반복세탁 후의 시료에 대한 보온성의 측정 결과는 B>C=D>A의 순으로 나타났다. 특히 시료 A에서, 건조시의 보온성 측정에서는 세탁에 따른 많은 증가를 보였으나, 습윤 시에는 직물과 코팅막 사이의 박리에 의해 형성된 공기층에 상관없이 낮은 보온성을 보였다. 이는 공기충에 수증기가 많이 포함되어 수증기를 통한 열이동이 활발하기 때문으로 사료된다.
후속연구
즉, 표면 직물의 평활성이 높을수록 세탁회수에 관계없이 높은 발수성을 유지하였으며, 반대로 표면 직물의 평활성이 낮을수록 그 값은 적게 나타났다. 그러나, 이 결과가 세탁에 따른 가공제의 탈착에 의한 것인지, 평활성만의 원인인지에 대해서는 차후에 고찰해 볼 필요가 있었다.
또한 시료 A의 세탁 과정에서 직물과 코팅면 사이에 공극이 형성되는 것을 볼 수 있어 박리 강도에 대한 보완이 요구되었다. 이는 표면 직물의 평활성이 높아 접착제의 잔류량이 적은 요인이며, 일본의 경우 이러한 문제를 해결하기 위해 발수제를 원포의 섬유 표면에 화학 반응시켜 고착시키는 수단을 취하고 있어 앞으로 지속적으로 연구되어야 할 것으로 보인다.
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