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문제 정의
- 본 연구에서는 국외에서 중공률 40% 이상의 고중공 복합사 및 직물이 스포츠웨어 용도로 연구개발되고 있으나 국내에서는 이에 대한 용출특성 및 사와 직물에 대한 물성의 기초 데이터가 보고된 바가 없어 외국에서 제품화가 되고 있는 sheath/core형 나일론 /PET 복합사 물성을 분석叫하고 이들을 사용하여 제직한 직물의 용출조건에 따른 중공직물의 역학 물성을 분석하여 부드러운 촉감과 경량의 고중공 스포츠용 소재개발을 위한 기초 물성 데이터를 중소섬유 기업들에게 제공하고자 한다.
제안 방법
- NaOH 농도는 30g/l와 40g/l로 2가지를 선택하였고 감량온도는 상온, 50, 60, 85 ℃로서 4가지로 변화시키면서 상온에서 처리한 시료는 처리시간은 24시간, 그리고 50, 60, 85℃에서 처리한 시료는 60 분 그리고 120분으로 각각 처리하였다. 용출 처리할 중공 직물을 30><30cm로 cutting한 후 시험편의 초기무게 (A)를 측정한 후 용출조건에 따라 NaOH 30g/l, 40g/l 용액을 준비하여 IR 염색기를 사용하여 용출하였다.
- 실의 물성은 기본 물성 데이터로서 번수, 수축률 그리고 제직성에 관계되는 인장특성을 측정하였으며 직물 물성 데이터는 용출조건에 따라 직물 소재의 촉감이 어떻게 변하는가를 예측하기 위해 KES-FB system에 의한 역학물성을 측정하였다. 그리고 용출 후의 실 단면의 상태를 확인하기 위해 SEM 사진을 측정하였다.
- 용출 처리할 중공 직물을 30><30cm로 cutting한 후 시험편의 초기무게 (A)를 측정한 후 용출조건에 따라 NaOH 30g/l, 40g/l 용액을 준비하여 IR 염색기를 사용하여 용출하였다. 분당 3℃로 승온하여 용출처리 온도인 50, 60, 85℃까지 승온한 뒤 각 처리 조건에 따라 60분, 120분 후 시험편을 채취하여 수세한 후 일반 열풍건조기에서 온도를 40℃로 하여 시험편이 완전히 건조될 때 까지 건조한 후 시험편의 무게(B)를 측정하여 무게비에 따른 용출률을 계산하였다.
- 실의 물성은 기본 물성 데이터로서 번수, 수축률 그리고 제직성에 관계되는 인장특성을 측정하였으며 직물 물성 데이터는 용출조건에 따라 직물 소재의 촉감이 어떻게 변하는가를 예측하기 위해 KES-FB system에 의한 역학물성을 측정하였다. 그리고 용출 후의 실 단면의 상태를 확인하기 위해 SEM 사진을 측정하였다.
- 용출조건에 따른 용출형 중공직물의 촉감을 간접적으로 비교하기 위해 생지상태와 용출조건에 따라 용출된 직물을 KES-FB system을 이용해서 직물의 역학 특성을 측정하였다. Fig.
- 한편, 사 가공공정에서 복합화 기술을 적용한 연구로서 송3)등은 중공 PET 필라멘트사와 다른 사의 ATY 및 ITY 사가공기술로 복합화하는 과정에서 중공사의 중공 단면을 최대로 유지시키기 위한 중공복합사 제조기술을 연구하였다. 유변학적 이론을 접목한 박등은 다양한분자량의 폴리프로필렌 시료의 유변학적 특성을 분석 하였으며 , 분자량과 유변물성 에 따른 다이팽윤 거동 및 중공률을 포함한 폴리프로필렌 중공섬유의 단면 양상의 변화를 고찰하였다. 권5)등은 미 연신 폴리프로필렌 섬유에서의 냉각조건에 따른 구조변화를 살펴보고, 같은 단면적을 갖는 중공섬유와 원형 섬유를 비교함으로써 이러한 단면구조에서의 변화가 냉각과정에 따른 구조 및 물성에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구를 하였다.
- 전°등은 NaCl을 사용하여 PET와 블렌드하여 방사를 행하고, 후공정중에 NaOH를 이용하지 않고 물에 의해서 NaCl을 제거하는 방법을 이용하여 미세공이 있는 중공 폴리에스테르 섬유 제조에 관한 기초실험을 하였다. 반면에 최근 많은 연구가 되고 있는 나노 방사법을 이용한 연구를 수행한 논문으로서 이2) 등은 전기방사법으로 고분자, 세라믹, 복합물 등의 이중구조, 중공구조 및 다공성 구조 섬유를 제조한 연구를 총괄적으로 고찰하였다.
대상 데이터
- Fig. 4에서 시료 1과 3은 위사의 밀도는 110본으로 동일하며 경사밀도만 시료 1은 141본이며 시료 3은 156본이다. NaOH 농도와 처리시간에 따른 모든 시료에서 경사밀도가 낮은 1번 시료의 직물 신장성이 1-2% 높은 값을 보인다.
- 보통 POY PET의 습열수축률1°)은 필라멘트의 굵기와 방사조건에 따라 약간의 차이는 있으나 40-50% 그리고 건열수축률')은 50~60%의 값을 보인다. 본 연구에서 사용한 시료는 일본 U社의 시료로서 core 부분은 PET 그리고 sheath 부분은 Nylon으로서 Fig. 1에 보이는 사구조를 하고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 Table 5의 실험 데이터에서 볼 수 있듯이 POY의 습열수축률이 7.
- 일본 u사의 POY 7016f를 일본 무라타 33H 가연기에서 DTY 50d/16f로 사가공한 후 경사와 위 사의 밀도를 다르게 한 4가지 생지를 제직하였다. Table 1 에 POY를 DTY로 사가공하기 위한 가연 조건을 나타내었다.
성능/효과
- 이는 NaOH 농도가 30g/l의 낮은 농도에서 85℃, 1시간 처리하여 30% 정도의 용출률이 발생했을 때 직물의 수축률은, 40-50% 용출률의 직물 시료의 수축률인 경사방향 10%, 위사방향 12~17% 보다 약 2~5% 정도가 낮은 값을 보인다는 것을 확인할 수 있다. 그리고 생지의 신축성이 경사", 위사 모두 2-4% 정도를 보임으로서 용출에 의해 4~5배 정도 직물 신축성은 증가한다는 것을 알 수 있다. 한편 Fig.
- 2. NaOH 농도, 용출온도 그리고 용출시간이 증가함에 따라 용출량은 증가하며 용출온도의 용출량에 대한 효과가 60℃에서 85℃로 높아질 때 크게 증가하며 용출률 40-50% 정도의 스포츠용 중공 직물을 제조하려면 40g/l의 NaOH 농도에서 60℃, 120 분 처리조건과 30g/l의 NaOH 농도에서 85℃, 120 분 처리조건 혹은 40g/l의 NaOH 농도, 85 ℃ 에서 60분 혹은 120분 처리할 때 가능하다.
- 3. 용출률이 40-50% 정도 범위에서 동일한 정도의 용출이 발생한 직물이라도 생지에서의 직물밀도가 낮은 직물이 높은 직물보다 높은 신축성을 보여주며 용출처리조건에 관계없이 용출률이 비슷하면 신축성은 비슷한 값을 보인다.
- 4. 용출률 50% 이상을 보인 용출조건 시료의 굽힘 강성이 다른 조건의 시료의 굽힘강성치보다 1.5~2배 정도 높은 값을 보인다.
- 5. 전단강성치에 NaOH 농도가 미치는 영향은 인장과 굽힘특성과는 달리 큰 영향을 미치며 NaOH 농도 40g/l보다 30g/l에서 처리된 시료의 전단 강성이 더 높은 값을 보이며 경.위사 밀도의 변화는 전단강성치의 변화에 어떤 경향성도 보이지 않음으로서 용출조건이 직물구조조건보다 전단특성의 변화에 더 큰 영향을 미친다.
- 6. 중공직물의 길이 방향의 신축성과 같이 측면 방향의 압축특성에 있어서도 용출된 중공직물이 생지보다 2~3배 정도 높은 값을 보이고 있다.
- 이러한 현상도 용출이 일어나더라도 직물의 밀도가 낮은 직물이 높은 직물보다 높은 신축성을 유지한다는 것을 보여준다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 NaOH 농도 30g/l에서 60분 처리된 시료의 용출률이 4개 직물 시료 모두 29~30%의 값을 보였는데 45-50% 정도의 용출률을 보인 다른 조건의 시료보다 직물의 경사와 위사방향 모두 신축률이 훨씬 낮은 경사는 7-8% 정도, 위사방향은 8~12%의 값을 보인다. 이는 NaOH 농도가 30g/l의 낮은 농도에서 85℃, 1시간 처리하여 30% 정도의 용출률이 발생했을 때 직물의 수축률은, 40-50% 용출률의 직물 시료의 수축률인 경사방향 10%, 위사방향 12~17% 보다 약 2~5% 정도가 낮은 값을 보인다는 것을 확인할 수 있다.
- Sheath/core nylon/polyester POY 복합사의 습.건 열 수축률은 각각 7.8% 및 3.8% 정도로서 일반 나일론과 PET에 비해 8~10배 정도 낮은 값을 보이며 이들의 DTY는 습.건열수축률이 각각 33.
- 8% 정도로서 일반 나일론과 PET에 비해 8~10배 정도 낮은 값을 보이며 이들의 DTY는 습.건열수축률이 각각 33.1%와 39.2% 정도를 보이므로서 일반 나일론과 PET에 비해 약 3배 정도 높은 값을 보인다.
- 8에서 볼 수 있듯이 NaOH 30g/l 농도에서는 85℃, 120분 처리한 시료에서 완전 중공을 확인할 수 있으며 40g/l 농도에서도 85℃, 120분에서 완전 중공을 확인할 수 있다. 그러나 상온에서 24시간 처리한 시료는 30g/l와 40g/l 모두에서 중공을 확인할 수 있으며 이들 조건에서 용출률이 50% 이상 되는 것을 확인 하였다. 이러한 현상은 앞에서 설명된 85℃ 에서 2시간 처리한 시료가 1시간 처리한 시료보다 전단 강성이 더 큰 값을 보이는 것이 2시간 처리시료가 사진에서 볼 수 있듯이 완전 중공이 되어 직물 교차점에서의 마찰을 증가시켜 더 큰 전단강성 값을 보임을 확인할 수 있다.
- 그리고 4가지 직물시료 모두 중공률이 비슷한 30g/l 농도에서 상온에서 24시간 처리한 시료와 85℃ 에서 2시간 처리한 시료, 그리고 40g/l 농도에서 상온에서 24시간 처리한 시료와 85℃에서 2시간 처리한 시료의 압축일을 각각 비교하면 상온에서 24시간 처리한 시료가 1.3~2배 정도 높은 값을 보임으로서 두 용출 조건이 용출률은 비슷한 50% 정도이나 직물의 압축 특성은 상온에서 24시간 처리조건의 직물이 부드러운 특성을 가진다는 것을 알 수 있으며 이는 24 시간 처리에 의해 중공부분 내에 잔존하는 가용성 폴리에스테르의 양이 남아 있지 않으면서 덜 변형이 되어 압축성이 부드러운 특성을 보인다고 사료된다. 이는 3.
- 이러한 현상은 2번과 4번 시료에서도 동일한 현상을 보이며 이는 용출이 40~50%가 일어나더라도 낮은 경사밀도를 가진 직물이 신축성이 더 높은 값을 가지는 것을 유지하고 있다는 것을 보여준다. 그리고 경사밀도 141본인 1번과 2번 시료 그룹과 경사밀도가 156본인 3, 4번 그룹을 비교할 때 위사방향의 신축성이 밀도가 낮은 1, 2번 그룹이 밀도가 높은 3, 4번 그룹보다 2-3% 정도 높은 값을 보임을 알 수 있다. 이러한 현상도 용출이 일어나더라도 직물의 밀도가 낮은 직물이 높은 직물보다 높은 신축성을 유지한다는 것을 보여준다.
- 처리할 때 가능하게 된다. 그리고 직물밀도가 높을 때 용출이 상대적으로 적게 일어나는 조건은40g/l NaOH 농도에서 처리온도 60℃, 120분 처리할때가 용출이 적게 일어남을 확인할 수 있었다.
- 위사방향 모두 2~3배 정도 낮은 값을 보이므로서 용출후부드러워진 것을 확인할 수 있다. 또한 전단강성치에서는 인장특성과 굽힘특성과는 달리 용출조건 중NaOH 농도가 전단강성에 미치는 영향이 큼을 확인할 수 있다. 즉 직물 시료 4가지 모두 상온에서 처리한 경우 농도 40g/l 보다 30g/l 처리 시료가 더 높은 전단 강성치를 보임으로서 용출이 적게 되어 직물이 더 stiff함을 알 수 있다.
- 2에서 볼 수 있듯이 NaOH 농도 30g/l에서 60분 처리된 시료의 용출률이 4개 직물 시료 모두 29~30%의 값을 보였는데 45-50% 정도의 용출률을 보인 다른 조건의 시료보다 직물의 경사와 위사방향 모두 신축률이 훨씬 낮은 경사는 7-8% 정도, 위사방향은 8~12%의 값을 보인다. 이는 NaOH 농도가 30g/l의 낮은 농도에서 85℃, 1시간 처리하여 30% 정도의 용출률이 발생했을 때 직물의 수축률은, 40-50% 용출률의 직물 시료의 수축률인 경사방향 10%, 위사방향 12~17% 보다 약 2~5% 정도가 낮은 값을 보인다는 것을 확인할 수 있다. 그리고 생지의 신축성이 경사", 위사 모두 2-4% 정도를 보임으로서 용출에 의해 4~5배 정도 직물 신축성은 증가한다는 것을 알 수 있다.
- 이들 두 시료군들의 Fig. 4에서 보인 신축성(EM) 을 비교해보면 2번 시료를 제외하면 모두 6-12% 정도의 비슷한 신축성을 보이므로서 용출 처리조건에 관계없이, 용출률이 비슷하면 직물의 신축성이 비슷한 값을 보임을 확인할 수 있다.
- 그리고 경사밀도 141본인 1번과 2번 시료 그룹과 경사밀도가 156본인 3, 4번 그룹을 비교할 때 위사방향의 신축성이 밀도가 낮은 1, 2번 그룹이 밀도가 높은 3, 4번 그룹보다 2-3% 정도 높은 값을 보임을 알 수 있다. 이러한 현상도 용출이 일어나더라도 직물의 밀도가 낮은 직물이 높은 직물보다 높은 신축성을 유지한다는 것을 보여준다. Fig.
- NaOH 농도와 처리시간에 따른 모든 시료에서 경사밀도가 낮은 1번 시료의 직물 신장성이 1-2% 높은 값을 보인다. 이러한 현상은 2번과 4번 시료에서도 동일한 현상을 보이며 이는 용출이 40~50%가 일어나더라도 낮은 경사밀도를 가진 직물이 신축성이 더 높은 값을 가지는 것을 유지하고 있다는 것을 보여준다. 그리고 경사밀도 141본인 1번과 2번 시료 그룹과 경사밀도가 156본인 3, 4번 그룹을 비교할 때 위사방향의 신축성이 밀도가 낮은 1, 2번 그룹이 밀도가 높은 3, 4번 그룹보다 2-3% 정도 높은 값을 보임을 알 수 있다.
- 5~2배 정도 높은 값을 보임으로서 사 상태에서는 core 부분의 폴리에스테르가 용출되지만 직물은 구조적으로 수축이 되어 더욱 컴팩트한 구조를 가지므로서 굽힘강성치가 높은 값을 보인다고 사료된다. 이러한 현상은 Fig. 4에서 보인 용줄률이 50% 이상인 이들 시료들의 신축성이 다른 시료들의 신축성보다 더 큰 값을 보임으로서 굽힘강성은 더 낮은 값을 보여야 함에도 실험결과에서 더 높은 값을 보임으로서 높은 용출에 의해 굽힘강성이 낮을 것이라는 일반적인 추정과는 반대의 현상을 보임을 확인할 수 있다.
- 5에서 볼 수 있듯이 생지의 굽힘 강성치 보다 용출후 굽힘강성치가 경사와 위 사 방향 모두 4~5배 정도 낮은 값을 보이므로서 직물이 부드러워진다는 것을 알 수 있다. 특히 용출률 50% 이상을 보인 조건 즉 농도 30g/l에서 85℃, 2시간 처리조건과 40g/l에서 85℃, 2시간 처리된 시료의 굽힘 강성치가 다른 조건에서의 시료들의 굽힘강성치 보다 1.5~2배 정도 높은 값을 보임으로서 사 상태에서는 core 부분의 폴리에스테르가 용출되지만 직물은 구조적으로 수축이 되어 더욱 컴팩트한 구조를 가지므로서 굽힘강성치가 높은 값을 보인다고 사료된다. 이러한 현상은 Fig.
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