선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 케나프 섬유를 부직포 원료로 응용하기 위한 기초적인 연구로서 케나프와 폴리에스테르의 혼방 비율을 달리하여 부직포를 제조하였고 혼방 비율에 따른 부직포의 물성을 측정하였다. 케나프 섬유는 비셀룰로오스 성분이 많아 단독으로 방적하기에 어려우므로 케나프와 폴리에스테르의 혼방 비율을 0/100, 20/80, 40/60, 60/40의 4종으로 니들펀칭 방식으로 제조하였다.
- 본 연구는 케나프를 부직포의 원료로 이용하고 그 응용을 확대하기 위한 기초적인 연구로서 케나프/폴리에스테르의 혼방 비율을 0/100, 20/80, 40/60, 60/40의 4종으로 달리하여 니들펀칭 방식으로 혼방 부직포를 제조하였으며 물성을 다양하게 측정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 케나프 섬유는 비셀룰로오스 성분이 많아 단독으로 방적하기에 어려우므로 케나프와 폴리에스테르의 혼방 비율을 0/100, 20/80, 40/60, 60/40의 4종으로 니들펀칭 방식으로 제조하였다. 각 시료에 대해 형태 및 강신도, 강연성, 흡습성, 흡수 및 흡유성, 대전성 등의 제반 특성을 측정하여 천연소재 부직포로서의 활용 가능성을 평가하였다.
- 예측된다. 부직포는 일반적으로 경, 위방향성이 없게 제조되나 인장 혹은 인열강도는 방향의 영향을 받으므로 좀 더 정확한 측정을 위해 부직포의 방향을 길이방향(혹은경방향)과 폭방향(혹은 위방향)으로 설정하여 각 방향에 따른 강도를 측정하였다. 인장강도와 신도의 결과는 <Fig.
- 부직포의 색은 분광측색계 (Color Techno System JS555, Japan)를 이용하여 L, a, b값과 AE값을 측정 하였으며 부직포의 표면의 형태적 특성을 보기 위해SEM(Scanning Electron Microscope: HITACHI S-2500C)을 이용하여 30배의 배율로 부직포 조직의 표면을 측정하였다.
- 부직포의 특성은 부직포의 색, 표면형태의 형태적 특성과 인장강도, 인열강도, 마모강도, 신도, 강연도 등의 물리적 특성 그리고 수분율, 흡수성 및 흡유성, 대전성 등의 수분 특성을 측정하였다.
- 인강강도와 신도는 10cm*15cm의 시료를 준비한 뒤인장시험기 (Testometer M35O-5OO AX, England)#이용하여 KS K 0520에 따라 측정하였다. 인열강도는 KS K 0535에 준하여 펜들럼 (Pendulum)법으로 측정하였다.
- 따른 부직포의 물성을 측정하였다. 케나프 섬유는 비셀룰로오스 성분이 많아 단독으로 방적하기에 어려우므로 케나프와 폴리에스테르의 혼방 비율을 0/100, 20/80, 40/60, 60/40의 4종으로 니들펀칭 방식으로 제조하였다. 각 시료에 대해 형태 및 강신도, 강연성, 흡습성, 흡수 및 흡유성, 대전성 등의 제반 특성을 측정하여 천연소재 부직포로서의 활용 가능성을 평가하였다.
- 측정하였다. 표준상태에서 24시간 방치한 시료의 무게를 잰 후 시료를 105℃ 오븐에서 3시간 건조 후 무게를 측정하고 건조 전 후의 무게의 차이를 건조 후의 무게로 나눈 후 백분율로 산출하였다.
- 혼방 비율은 케나프 섬유와 폴리에스테르 섬유를각각 0/100, 20/80, 40/60, 60/40로 하였고 120±5g/㎡이 되도록 니들펀칭법으로 부직포를 제조하였다(Table 1).
- 홉수성은 액체 상태인 물을 흡수하는 성능으로 2.5 cmx25cm의 시료를 준비하여 바이래크(Birack)법을 응용하여 모세관 현상에 의해 10분 동안 시료에 흡수되는 높이를 비교하였다. 흡유성은 바이레크법에 준하여 흡수성과 동일한 장치와 방법으로 시료가 흡유한 높이를 측정하여 평가하였다.
- 5 cmx25cm의 시료를 준비하여 바이래크(Birack)법을 응용하여 모세관 현상에 의해 10분 동안 시료에 흡수되는 높이를 비교하였다. 흡유성은 바이레크법에 준하여 흡수성과 동일한 장치와 방법으로 시료가 흡유한 높이를 측정하여 평가하였다.
대상 데이터
- 케나프는 파종한지 약 120일 전후하여 수확한 후 인 피부를 분리 건조한 것을 사용하였으며 2% 수산화나트륨으로 100에서 60분간 화학 레팅하여 얻은 케나프 섬유를 사용하였다. 케나프 섬유를 다시 아염소산 나트륨 용액으로 40분 처리하고 1% 수산화나트륨 용액에서 5분간 침지하여 리그닌과 헤미셀룰로오스를 부분 제거하여 번들이 풀어지고 섬유길이가 약 8mm로 짧아져 세섬화된 섬유를 얻어 부직포의 원료로 사용하였다(이혜자 외, 2006).
- 케나프 섬유를 다시 아염소산 나트륨 용액으로 40분 처리하고 1% 수산화나트륨 용액에서 5분간 침지하여 리그닌과 헤미셀룰로오스를 부분 제거하여 번들이 풀어지고 섬유길이가 약 8mm로 짧아져 세섬화된 섬유를 얻어 부직포의 원료로 사용하였다(이혜자 외, 2006). 혼방에 이용한 폴리에스테르섬유는 굵기 2denier, 길이는 약 50mm인 방적 섬유를 사용하였다.
이론/모형
- 454kg의추로 뚫어질 때까지의 회전시킨 횟수를 측정하였다.강연도는 KS K 0539에 따라 캔틸레버(Cantilever)법으로 측정하였다.
- 대전성은 KS K 0221에 준하여 시료를 약 10초 동안 나일론포와 마찰시킨 후 대전압을 측정하여 평가하였다.
- 인열강도는 KS K 0535에 준하여 펜들럼 (Pendulum)법으로 측정하였다. 마모강도는 마모시험기(한원)를 이용하여 KS K 0540에 준하여 공기압력 0.28kKg/㎠에서 0.454kg의추로 뚫어질 때까지의 회전시킨 횟수를 측정하였다.강연도는 KS K 0539에 따라 캔틸레버(Cantilever)법으로 측정하였다.
- 수분율은 KS K 0221에 준하여 오븐 밸런스(Oven balence)법으로 부직포의 표준 수분율을 측정하였다. 표준상태에서 24시간 방치한 시료의 무게를 잰 후 시료를 105℃ 오븐에서 3시간 건조 후 무게를 측정하고 건조 전 후의 무게의 차이를 건조 후의 무게로 나눈 후 백분율로 산출하였다.
- 인열강도는 KS K 0535에 준하여 펜들럼 (Pendulum)법으로 측정하였다. 마모강도는 마모시험기(한원)를 이용하여 KS K 0540에 준하여 공기압력 0.
성능/효과
- 본 실험에서도 <Fig. 2>의 경, 위 방향의 인장강도를 비교한 결과 위방향의 강도가 우세하였고 혼방 비율이 변화되어도 동일한 경향을 나타내면서 경, 위방향의 강도에 차이가 나타났다. 이러한 결과를 통해 혼방 부직포의 물성에서 방향을 고려하는 것이 필요할 수 있을 것으로 생각된다.
- 4종류 부직포의 색을 측정한 결과 L값은 케나프가 들어있지 않은 경우 가장 높았고 케나프 혼용율이 높아지면 다소 저하되어 갔다. 이러한 경향은 색차 측정 결과에서도 알 수 있는데<Table 2>에서 케나프 혼용율이 증가할수록 E가 증가하여 색이 짙어짐을 확인할 수 있었다.
- <Fig. 5>의 내마모성의 측정한 결과에서도 케나프 혼방 비율이 높아짐에 따라 부직포를 마모시키는데 요구되는 마찰 회전수가 점차 감소하고 있어 마모 강도가 저하되고 있음을 알 수 있었다. 이와 유사한 결과가 폴리프로필렌에 케나프를 혼방한 선행연구(Tao et al.
- 부직포의 강연성을 측정한 <Fig. 6>의 실험결과를 보면 이러한 예측과는 달리 폴리에스테르 단독 부직포의 강연성은 약 5.0로 상대적으로 높게 나타났으며 케나프의 혼방 비율이 20%, 40%, 60%로 점차 증가함에 따라 강연성이 감소하였다. 또한 이러한 결과는 케나프와 폴리프로필렌을 니들펀칭 방식과 써멀본딩방식으로 부직포를 제조한 다른 연구(Tao et al.
- 이러한 경향은 색차 측정 결과에서도 알 수 있는데<Table 2>에서 케나프 혼용율이 증가할수록 E가 증가하여 색이 짙어짐을 확인할 수 있었다. a값은 모두 낮게 나타나 붉은 색조는 거의 없음을 확인할 수 있었으며 폴리에스테르 100%의 경우 b값이 0.05로 황색이 없었으나 케나프 혼용율이 증가하면서 증가되었고 케나프 60% 혼방 시에는 7.09까지 증가하였다. 케나프의 혼용율이 증가함에 따라 색차가 증가하는 이러한 현상은 케나프 섬유의 b값인 yellowness 정도와 관련 있다고 보여진다.
- 부직포의 강도에 영향을 주는 요인이 오직 구성하는 섬유의 강도만이 라면 케나프가 20% 혼방된 K20 부직포의 인장 강도는 폴리에스테르 단독 부직포 K0보다 감소하여야 한다. 그러나 본 실험에서 K20는 인장강도 약 7.71kgf 라는 최고치를 나타내며 K0에 비해 증가하고 있었고 이 후 K40과 K6Q으로 케나프의 혼방 비율이 증가하면 강도가 다시 저하되었다. 실제 폴리프로필렌이나 폴리에스테르 컴포지트에 황마, 케나프 등의 천연 식물성섬유를 혼방시켰을 때 혼방하지 않은 단일 섬유로 제조된 복합포보다 강도가 증가하는(Lewin & Pearce, 1985) 이와 유사한 현상들이 확인된 바 있다.
- 둘째 케나프/폴리에스테르 혼방 부직포의 수분 특성에서 천연 소재 케나프섬유를 폴리에스테르에 혼방 비율을 증가시킬수록 흡습성이 높아졌으며 흡수 도와 흡유성도 증가하였으며 특히 케나프/폴리에스테르 20/80 혼방 부직포에서 높은 결과를 나타낸 것이 두드러졌으며 대전성 역시 혼방 비율이 증가함에 비례하여 대전압이 점차 감소하였다. 이는 천연 소재인 케나프의 수분 특성에 기인한다.
- 있었다. 또한 케나프를 20% 혼방한 부직포 K20에서 흡수성과 흡유성 모두 최대로 나타났으며 케나프의 혼용율이 증가해도 흡수 및 흡유성이 K20보다 더이상 증가하지 않음을 확인할 수 있어 흡수성과 흡유성을 동시에 최대값을 나타내는 혼방 비율이 존재하였다.
- 이러한 경향은 색차 측정 결과에서도 알 수 있는데에서 케나프 혼용율이 증가할수록 E가 증가하여 색이 짙어짐을 확인할 수 있었다.
- 이상의 결과들을 종합하여 고찰해 볼 때 케나프 섬유의 혼방과 그 정도가 부직포의 강연성에 직접 영향을 주는 요인으로 작용되지 않았으며 오히려 케나프/ 폴리에스테르 혼방 부직포의 강연성은 제조공정의 과정에서 조직이나 배열 등의 물리적 요인들을 변화시킴으로서 조절이 가능함을 시사하였다.
- 이상의 결과에서 폴리에스테르 단일 섬유로 제직된 부직포는 흡수성, 흡유성 모두 저조하였으나 섬유를 혼방하면 흡수 및 흡유성이 동시에 증가됨을 알 수 있었다. 또한 케나프를 20% 혼방한 부직포 K20에서 흡수성과 흡유성 모두 최대로 나타났으며 케나프의 혼용율이 증가해도 흡수 및 흡유성이 K20보다 더이상 증가하지 않음을 확인할 수 있어 흡수성과 흡유성을 동시에 최대값을 나타내는 혼방 비율이 존재하였다.
- 이상의 연구결과 부직포의 구조는 부직포의 흡수성과 흡유성에 영향을 미칠 수 있음이 확인되었다.
- 이와 같은 결과를 토대로 한다면 흡습성이 우수한 부직포를 제조하기 위해서는 케나프의 혼방 비율을 높이면 가능할 것으로 사료되었다.
- 이와 같은 결과에서 혼방 부직포의 강도는 단독 섬유보다 혼방의 상승효과가 있었으며 방향성이 없다고 알고 있었던 것과 달리 방향성에 따라 다른 결과를 얻었다. 따라서 이러한 특성을 잘 이용하면 부직포의 강도를 조절하는 것이 가능하며 또한 용도에 맞는 최적의 혼용 비율의 부직포를 제조할 수 있다고 본다.
- 첫째 폴리에스테르 섬유에 천연소재인 케나프 섬유를 혼방함으로서 케나프와 폴리에스테르 혼방 부직포의 특성은 전체적으로 향상된 것이 뚜렷하였다. 인장강도, 인열강도에서 케나프/폴리에스테르 20/80 혼방 부직포가 월등히 우수하였는데 이는 강도가 강한 케나프 섬유의 성능 뿐 아니라 두 섬유가 구성되는 웹구조의 영향이라 할 수 있다.
- 대전압을 측정한 결과이다. 케나프 섬유를 혼방하면 대전성이 감소하였으며 케나프 섬유의 혼방 비율이 증가함에 따라 이에 비례하여 대전압이 감소하였다. <Fig.
- 4>에서 보는 바와 같이 인장강도와 같은 패턴을 보이고 있다. 폴리에스테르 단독 부직포에 비해 케나프가 20% 혼방된 K20이 인열강도가 높았다가 케나프를 40% 혼방한 K40의 경우 인열강도가 저하되 었고 60%로 혼방 비율이 증가하면 강도가 더욱 저하되어 폴리에스테르 단독 부직포보다 낮은 값을 나타냈다.
- 폴리에스테르 단독으로 제조된 부직포의 흡수성은 약 25mm였고 케나프의 혼방 비율이 20%로 증가하면 흡수성은 약 15mm로 급격히 증가하였으며 케나프의 혼용율이 40%로 증가하면 각각 10mm, 60%로 증가하면 7mm로 K20에 비해 다소 감소하였다.
- 폴리에스테르 섬유의 강연성은 셀룰로오스 섬유에 비해서는 낮으며 특히 케나프는 아마나 저마 등 타 인피 섬유보다 불순물의 함량이 많아 매우 뻣뻣한 섬유임을 가정할 때 케나프를 함유하게 되면 부직포의 강연성이 증가하고 케나프 혼방율이 증가할수록 강 연성이 증가하리라 예측할 수 있다.
후속연구
- 또한 현재 석유의 가격의 상승이 합섬의 가격을 상승을 초래할 뿐 아니라("Natural fibers win Laurels", 2003)합성물질로 인한 환경파괴를 되돌리는데 막대한 비용이 들고 있다는 점을 고려한다면 합성 섬유는 경제적 관점에서도 천연 원료에 비해 더 이상 우위에 있다고 볼 수 없다. 따라서 부직포가 21세기의 소재로 각광받기 위해서는 부직포의 원료섬유를 선택하고 생산 제조하는데 있어 경제성과 환경지향성이 충족되어야 하며 다양한 기능성 신소재를 혼방하여 고부가가치의 제품을 만들어 내는 연구가 필요하다. 이러한 요구의 일환으로 면화, 옥수수, 케나프 등의 천연 식물성 섬유를 부직포 소재로 활용하는 연구 등이 진행되고 있고(Zhang, 2004) 특히 케나프 섬유와 같은 환경친화적이고 경제적인 원료로 인정받고 있는 천연 식물성 소재를 부직포의 원료로 응용하는 것은 시대에 부합되는 의미 있는 일이라 생각된다.
- 얻었다. 따라서 이러한 특성을 잘 이용하면 부직포의 강도를 조절하는 것이 가능하며 또한 용도에 맞는 최적의 혼용 비율의 부직포를 제조할 수 있다고 본다.
- 이와 같은 결과로서 케나프/폴리에스테르 혼방 부직포는 자동차내장재 및 인테리어제품 등에 100% 합성 소재를 주로 사용하던 모든 영역에 천연 소재인 값싼 케나프 섬유의 이용확대가 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.