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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 원적외선 방출 감성 의류용 직물 소재 개빌을 위해서 나노사이즈 게르마늄 입자와 PET Chip을 마스터 배치 칩으로 제조하고 이를 방사하여 sheath-core conjugate 복합사를 제조하여 이들의 물성과 원적외선 방출 성능을 분석하였다. 이를 위해서 최적 방사 조건으로 제조된 복합사를 사용하여 감성 의류용 직물소재를 제조하고 이들 직물의 원적외선 방출 특성을 측정하므로써 원적외선 방출 감성 의류용 직물 개발에 관한 기초연구를 수행하고자 한다.
- 이것은 인장과 굽힘의 탄성 회복성은 게르마늄 직물이 더 좋은 값을 보이나 역학변형의 mode가 다른 전단 특성, 즉 경사와 위사의 교차점에서의 마찰 거동은 원사 내의 게르마늄 입자의 영향으로 게르마늄 직물이 더 큰 값을 보이는 것으로 사료된다. 이러한 사실은 게르마늄이 함유됨으로써실 상태에서 발생한 열적 형태 안정성의 저하를 전단 강성치가 큰 값을 가짐으로써 커버할 수 있는 여지를 보여준다고 하겠다. 압축일(WC)은 두 직물이 비슷한 값을 보이나 압축 회복성(RC)은 게르마늄 직물이 더 큰 값을 보임으로써 인장 회복 성과 굽힘 회복성처럼 게르마늄 직물이 더 우수함을 알 수 있다.
- sheath-core conjugate 복합사를 제조하여 이들의 물성과 원적외선 방출 성능을 분석하였다. 이를 위해서 최적 방사 조건으로 제조된 복합사를 사용하여 감성 의류용 직물소재를 제조하고 이들 직물의 원적외선 방출 특성을 측정하므로써 원적외선 방출 감성 의류용 직물 개발에 관한 기초연구를 수행하고자 한다.
제안 방법
- 인장 강신도 : Textechno Statimat Me.(German)을 이용하여 각각의 시료를 sample 길이 200mm, Test speed 2000m/miii의 조건으로 10회 실험하였다.
- 1) 최적 방사 조건을 설정하여 core부에 게르마늄이 함유된 sheath-core PET사를 제조하였다. 실험 결과 절단 강도와 신도 모두 일반 PET사 수준의 물성치를 보였으며 사가공을 거친 DTY는 제직성에 문제가 없는 강.
- Sheath부에는 PET semi-dull을 투입하여 Sheath-Core Conjugated Spinning 방사를 진행하였다. 원사 개발을 위하여 방사 조건(방사온도, Take-up Speed) 등을 변화시켜 기본 물성 및 품질이 직물에 적용 가능한 조건으로 120d/36f POY사 방사를 진행하였다.
- 게르마늄 함유 원사를 방사하여 사가공, 제직 공정에서 최적 공정 설계를 거쳐 게르마늄 함유 직물을 만들고 이들의 물성과 원적외선 방출 특성 그리고 직물의 촉감 특성 등을 측정. 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 게르마늄을 방사단계에서 혼합을 시킴으로써 원사로서의 제직성 등을 예측하기 위해서 기본 물성으로서 섬 도와 강신도를 측정하였으며 DTY사의 습. 건 열 수축률 등을 분석함으로써 염.
- 방수 직물의 열적 물성에 대한 세라믹의 효과를 분석보고 하였다. 그러나 게르마늄 화합물의 원적외선 방사 특성에 대한 보고는 찾아보기 어려우며 이' 현경, 이경미(2006)가 연구한 논문에서 게르마늄 함량을 변화시킨 미쇄분말을 몰딩하여 이들의 방사율과 방사에너지를 측정. 분석한 논문을 발표하였으나 섬유나 직물에게르마늄을 처리한 논문은 현재까지 발표된 바가 없다.
- 가 공 공정을 거쳐 가공지를 제조하였다. 그리고 직물역학 특성과 물성 비교를 위해서 위사를 게르마늄 처리치 않은 PET 75d/36f 를 사용하여 비교직물을 제직하였다.
- 단면 : 실의 단면형상을 관찰하기 위해 75xl0JmmHg 감압하에서 Au-Pd 코팅한 다음 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, S-3200N, Hitachi, Co., Ltd)을 이용하여 관찰하였다.
- 무기소재 이용 원적외선 방출 기능성원사 개발을 위하여 Ge 함유 15wt%의 마스터 배치 칩을 PET semi-dull과 mixing 하여 1% 농도로 조절하여 core 부에 사용하였다. Sheath부에는 PET semi-dull을 투입하여 Sheath-Core Conjugated Spinning 방사를 진행하였다.
- 한편 Shim(2009) 등은 20% 세라믹 함유 PET 투습 . 방수 직물의 열적 물성에 대한 세라믹의 효과를 분석보고 하였다. 그러나 게르마늄 화합물의 원적외선 방사 특성에 대한 보고는 찾아보기 어려우며 이' 현경, 이경미(2006)가 연구한 논문에서 게르마늄 함량을 변화시킨 미쇄분말을 몰딩하여 이들의 방사율과 방사에너지를 측정.
- 나노입자를 함유한 기능성.섬유를 제조하기 위하여 I.V. 가 0.8(bottle grade, S 사)인 PET Virgin Chip을 입자크기가 1.01 ㎛인 Ge(게르마뉴를 농도 15wt%로제조한 후 마스터 배치 칩을 제조하였으며 진공건조기를 이용하여 40ppm 정도로 건조하여 방사 공정에 투입하였다.
- Sheath부에는 PET semi-dull을 투입하여 Sheath-Core Conjugated Spinning 방사를 진행하였다. 원사 개발을 위하여 방사 조건(방사온도, Take-up Speed) 등을 변화시켜 기본 물성 및 품질이 직물에 적용 가능한 조건으로 120d/36f POY사 방사를 진행하였다. 이때 방사조건을 표 1에 보인다.
- 원소분석 : 게르마늄을 함유한 PET 원사의 원소분석을 위하여 EDX(Energy Dispersive X-ray Spectrography, Hitachi S4300)를 사용하여 정성적 분석을 실시하였다. 섬도 : KS K 0416 필라멘트사의 섬유 측정 방법(타.
- 실의 굵기와 직물밀도 및 조직 등 동일한 설계 조건으로 제조한 비교 직물의 역학 특성치 대비 게르마늄 함유 직물의 역학 특성치의 비를 도시한 것이다. 직물설계 시 경사는 동일하게 면사를 사용하였고 위사는 일반 PET 사와 게르마늄 함유 PET사를 위입시켜 각각의 직물 시료를 만들었기 때문에 위사 방향의 역학량을 비교하여 도시하였다.
- 직물역학 특성 분석 : 게르마늄 함유 직물의 촉감을 분석하기 위해 KES-FB system에 의해 직물의 역학 물성을 측정하였다.
대상 데이터
- 120d/36f POY PET 원사를 75d/36f DTY로 사 가공하기 위해 Murata 33H사가공 기계를 사용하였다. 가장 중요한 공정인자인 벨트각(a)은 아래 보이는 (1) 식을이용하여 결정하였다.
이론/모형
- 실시하였다. 섬도 : KS K 0416 필라멘트사의 섬유 측정 방법(타. 래법)에 의거하여 사의 섬도를 측정하였다.
- 수축특성 : HaMk(KS K 0215) 습열 수축률 실험 방법에 의거사의 습열 수축률을 측정하였다.
- 원적외선 방출 성능 : KICM-HR1005 시험법에 의해 원적외선 방출성능을 측정하였다. 이때 기준이 되는 흑체는 MCT 검출기를 장착한 원적외선 측정기로 FT-IR Spectrometer (Midac M2400-C, USA)를 사용하였으며 측정시 온도는 40℃, 분해능은 8cm4, 파장 범위는 5~20#m이었다.
성능/효과
- 2) 게르마늄 함유 직물의 원적외선 방사강도는 5~20㎛1 파장영역에서 3.53xl02w/m2을 보였으며 방사율은 0.874를 보였다.
- 3) 최적사가공 공정조 건 설정과 최적직 물밀도 설계로 제조한 게르마늄직물의 역학 특성치는 비교 직물과 비교하여 인장과 굽힘 특성의 탄성 회복 도가 우수하며 압축성도 우수하나 전단 강성이 높은 값을 보였다.
- 4) 직물의 촉감 특성은 stiffness, smoothness, fullness 모누게르마늄 직물이 높은 값을 보임으로써 게르마늄 입자첨가에 의한 직물 촉감의 저하는 사가공 공정설계와 직물 최적 설계로서 커버할 수 있음을 확인하였다.
- 것이다. EDX 분석 결과는 정성적인 원소분석 기기에서 측정된 결과로서 PET 고유한 원소인 H, C, O 이외에 Ge가 나타남을 확인할 수 있었다.
- 그림 6에서 볼 수 있듯이 직물의 Stififiiess, Smoothness, Fullness 모두 게르마늄 직물이 표준직물 대비 더 높은 값을 보이고 있으며 이러한 사실은 원사 제조 시 게르마늄 미립자가 포함됨으로써 직물의 촉감이 거칠고 탄력성에 문제가 있을 것이라고 예측할 수 있지만 사가 공과 설계에서 최적 공정 조건과 최적 설계조건을 잘 고려함으로써 이러한 촉감의 문제는 해결할 수 있다는 가능성을 보여주는 결과로서의미를 찾을 수 있다고 보여진다.
- 만들 수 있는 가능성을 보여준다. 또한 직물의 마찰계수(MIU), 마찰계수의 편차(MMD), 직물 표면 요철도(SMD) 등에서도 게르마늄 직물이 낮은 값을 보임으로써 직물의 표면이 더 매끈하고 부드러운 텍스쳐를 보임을 확인할 수 있었다.
- 실험 결과 절단 강도와 신도 모두 일반 PET사 수준의 물성치를 보였으며 사가공을 거친 DTY는 제직성에 문제가 없는 강. 신도를 보였으며 습.
- 이러한 사실은 게르마늄이 함유됨으로써실 상태에서 발생한 열적 형태 안정성의 저하를 전단 강성치가 큰 값을 가짐으로써 커버할 수 있는 여지를 보여준다고 하겠다. 압축일(WC)은 두 직물이 비슷한 값을 보이나 압축 회복성(RC)은 게르마늄 직물이 더 큰 값을 보임으로써 인장 회복 성과 굽힘 회복성처럼 게르마늄 직물이 더 우수함을 알 수 있다.
- 이는 비록 게르마늄 입자가 원사 내에 함유되어 있더라도 사가공시의사가공 공정 인자나 직물밀도를 조정하면 신축 회복성을 높일 수 있다는 것을 보여주는 것이며 게르마늄 입자 때문에 직물의 역학 물성이나 촉감이 나빠질 수 있다는 우려는 불식시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 한편 굽힘 강성(B)은 비교 직물과 비슷한 값을 보였으며, 특히 굽힘 히스테리시스는 비교직물보다 더 작은 값을 보임으로써 인장 회복성(RT)이 게르마늄 직물이 더 높은 값을 보이는 결과와 동일하게 굽힘 탄성 회복성이 뛰어난 것을 확인 할 수 있다.
- 표 4에서 볼 수 있듯이 측정된 게르마늄 POY사의섬도는 거의 120d를 만족시키고 있으며 절단 강도와 신도는 일반 PET POY와 비슷한 값을 유지하였으며 이들의 사가공 후 DTY의 강도는 3.83g/d, 절단신도가 40.2%를 보임으로써 제직성에는 문제가 없는 역학 특성을 보였다. 한편 DTY의 건 열 수축률이 27.
- 2%를 보임으로써 제직성에는 문제가 없는 역학 특성을 보였다. 한편 DTY의 건 열 수축률이 27.4%, 습열수축률이 20.1%를 보임으로써 일반 PET 가 연사의 건열 수죽률 12~14%, 습열 수죽률 8~10%보다 높은 값을 보였다. 이는 게르마늄 미립자 함유로 인해 절단 강도 저하를 우려하여 표2에 보였듯이 가연에서의 연신 비를 1.
- 이는 비록 게르마늄 입자가 원사 내에 함유되어 있더라도 사가공시의사가공 공정 인자나 직물밀도를 조정하면 신축 회복성을 높일 수 있다는 것을 보여주는 것이며 게르마늄 입자 때문에 직물의 역학 물성이나 촉감이 나빠질 수 있다는 우려는 불식시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 한편 굽힘 강성(B)은 비교 직물과 비슷한 값을 보였으며, 특히 굽힘 히스테리시스는 비교직물보다 더 작은 값을 보임으로써 인장 회복성(RT)이 게르마늄 직물이 더 높은 값을 보이는 결과와 동일하게 굽힘 탄성 회복성이 뛰어난 것을 확인 할 수 있다. 한편 전단 강성 (G)은 직물의 경사와 위 사의 교차점에서의 저항을 나타내는 값으로 게르마늄 직물이 더 큰 값을 보인다.
- (1)식에서p는 PET의 밀도이며 D는 원사의 굵기인 denier이며 T는 가연 꼬임수를 나타낸다. 한편 속도비(D/Y)는 벨트의 속도(D)를 사속 (Y)으로 나눈 값으로 실의 벌크성과 장력을 고려하여 벨트의 속도를 548m/분으로 맞춤으로써 사속 400m/분으로 할 때 1.37의 사속비가 최적의 속도비임을 확인하였다.
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