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문제 정의
- 따라서 본 연구는 친환경적이면서 신축성, 촉감 등의 섬유 물성이 우수하여 인조 섬유와 천연 섬유의 장점과 감성이 모두 발현될 수 있도록, 직물의 혼방률 및 각 방적 공정상 공정별 적정 요인들을 조절한 PET/PTT 스테이플 혼방 직물을 개발하여 PET/PTT 스테이플 혼방 직물의 역학적 특성을 PET 혼방 직물, PET/PU(polyurethane) 혼방 직물과 비교해 보고자 한다. 특히 신축성이 우수한 PET/PTT 스테이플 혼방 직물의 하중 변화와 반복 인장에 따른 신장성의 변화를 분석하여 의류 제품 사용 도중 발생될 수 있는 반복 하중 및 하중에 따른 직물의 신장 변형을 살펴보고자 한다.
- 따라서 본 연구는 친환경적이면서 신축성, 촉감 등의 섬유 물성이 우수하여 인조 섬유와 천연 섬유의 장점과 감성이 모두 발현될 수 있도록, 직물의 혼방률 및 각 방적 공정상 공정별 적정 요인들을 조절한 PET/PTT 스테이플 혼방 직물을 개발하여 PET/PTT 스테이플 혼방 직물의 역학적 특성을 PET 혼방 직물, PET/PU(polyurethane) 혼방 직물과 비교해 보고자 한다. 특히 신축성이 우수한 PET/PTT 스테이플 혼방 직물의 하중 변화와 반복 인장에 따른 신장성의 변화를 분석하여 의류 제품 사용 도중 발생될 수 있는 반복 하중 및 하중에 따른 직물의 신장 변형을 살펴보고자 한다.
제안 방법
- PET/PTT 스테이플 혼방 직물을 개발하여 PET/PTT 스테이플 혼방 직물의 역학적 특성을 PET 직물, PET/PU 혼방직물과 비교해 보고, 반복 하중 및 하중에 따른 직물의 신장 변형을 분석 비교한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 미소 변형 역학적 특성: KES-FB system(Kato Tech Co., Ltd.)을 이용하여 인장특성, 굽힘특성, 전단특성, 표면특성, 압축특성, 두께, 중량의 6가지 특성에 대한 17항목의 특성치를 측정하였다. 하중변화에 따른 직물의 신장성 변화는 50, 250, 500 gf/cm의 하중으로 측정하였으며, 반복 인장특성은 500 gf/cm에서 시료의 같은 지점을 10회 반복 측정 하였고, 측정 후 다음 측정까지의 시간은 10초 이내로 하였다.
- 반복 인장에 따른 직물의 신장성 변화: 반복 인장에 따른 직물의 신장성은 500 gf/cm 하중 하에 위사 방향의 직물들을 10회 반복 인장시켜 측정하였다. KES-FB system을 이용한 신장률(Figure 9)은 매 반복 횟수 동일하게 PET/PTT(경, 위사)>PET/PTT(위사)>PET/PU>PET 혼방직물 순으로 나타났으며, 반복인장에 따른 신장률 변화는 크게 나타나지 않았다.
- 스트레치 혼방직물의 물성을 파악하기 위하여 PET/PTT, PET, PET/PU 혼방 직물들의 역학적 특성을 측정하였다. 직물의 밀도에 따른 직물의 물성 변화는 PET/PTT-1과 PET/ PTT-2를 비교하고, 실의 굵기에 따른 직물의 물성 변화는 PET/PTT-3와 PET/PTT-4를 비교하였다.
- 대 변형 특성: KS K 0520(직물의 인장 강도 및 신도 시험 방법)에 따라 정속 신장식인 universal testing machine(대 변형 Hounsfield Test Equipment)를 사용하여 그래브법으로 측정하였다. 시료의 길이는 100 mm, 폭은 50 mm로 하였으며 인장속도 300 mm/min로 하여 인장 강도(tenacity), 신도(elongation)를 측정하였다. 하중변화에 따른 직물의 신장성 변화는 500, 1,000, 2,000, 4,000 gf/cm의 하중에서 150 mm/min로 측정하였으며, 반복 인장특성은 500 gf/cm에서 10회 반복 측정하였다.
- 직물의 탄성 회복률: KS K 0541(직물의 탄성 회복률 시험법)에 준하여 정속 신장식인 universal testing machine(Hounsfield Test Equipment)를 이용하여 그래브법으로 직물의 위사방향을 측정하였으며, 이때 파지 길이는 200 mm 폭은 50 mm이고 인장속도는 150 mm/min으로 하였다. 시험편을 10, 20, 30, 40, 50%까지 신장시킨 후 하부 클램프를 시험편에서 떼어낸 다음, 3분 동안 방치한 후 자의 눈금을 읽어 다음과 같은 식에 의해 탄성회복률을 구하였다.
- 스트레치 혼방직물의 물성을 파악하기 위하여 PET/PTT, PET, PET/PU 혼방 직물들의 역학적 특성을 측정하였다. 직물의 밀도에 따른 직물의 물성 변화는 PET/PTT-1과 PET/ PTT-2를 비교하고, 실의 굵기에 따른 직물의 물성 변화는 PET/PTT-3와 PET/PTT-4를 비교하였다.
- )을 이용하여 인장특성, 굽힘특성, 전단특성, 표면특성, 압축특성, 두께, 중량의 6가지 특성에 대한 17항목의 특성치를 측정하였다. 하중변화에 따른 직물의 신장성 변화는 50, 250, 500 gf/cm의 하중으로 측정하였으며, 반복 인장특성은 500 gf/cm에서 시료의 같은 지점을 10회 반복 측정 하였고, 측정 후 다음 측정까지의 시간은 10초 이내로 하였다.
- 시료의 길이는 100 mm, 폭은 50 mm로 하였으며 인장속도 300 mm/min로 하여 인장 강도(tenacity), 신도(elongation)를 측정하였다. 하중변화에 따른 직물의 신장성 변화는 500, 1,000, 2,000, 4,000 gf/cm의 하중에서 150 mm/min로 측정하였으며, 반복 인장특성은 500 gf/cm에서 10회 반복 측정하였다.
- 반복 하중에 따른 직물의 신장성은 500 gf/cm에서 측정하였다. 하중에 따른 PET/PTT 혼방직물들과 PET, PET/PU 직물의 신장성을 비교하기 위하여, 직물은 경, 위사 방향 모두 PET/PTT를 사용한 PET/PTT-2, 위사만 PET/PTT를 사용한 PET/PTT-3, PET, PET/PU를 사용하였다.
- 하중에 따른 직물의 신장성은 하중의 크기 변화와 반복하중에 따른 직물의 위사 방향의 신장성 변화로 측정하였다. 하중의 크기 변화에 따른 직물의 신장성 변화는 하중 500 gf/cm를 기준으로 하중의 고저로 설정하여, 저 부하(500 gf/cm 이하)에서는 KES-FB system을 이용하여 50, 250, 500 gf/cm의 3단계 하중으로 초기 신장률(EM)을 살펴보았으며, 고 부하(500 gf/cm 이상)에서는 인장 강도기를 사용하여 500, 1,000, 2,000, 4,000 gf/cm 4단계의 하중에서 측정한 후, 각 측정법에 따른 기준 하중에서의 하중에 따른 신장성을 비교하였다.
- 하중에 따른 직물의 신장성은 하중의 크기 변화와 반복하중에 따른 직물의 위사 방향의 신장성 변화로 측정하였다. 하중의 크기 변화에 따른 직물의 신장성 변화는 하중 500 gf/cm를 기준으로 하중의 고저로 설정하여, 저 부하(500 gf/cm 이하)에서는 KES-FB system을 이용하여 50, 250, 500 gf/cm의 3단계 하중으로 초기 신장률(EM)을 살펴보았으며, 고 부하(500 gf/cm 이상)에서는 인장 강도기를 사용하여 500, 1,000, 2,000, 4,000 gf/cm 4단계의 하중에서 측정한 후, 각 측정법에 따른 기준 하중에서의 하중에 따른 신장성을 비교하였다. 반복 하중에 따른 직물의 신장성은 500 gf/cm에서 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 PET/PTT/rayon 스테이플 혼방 직물은 PET/PTT를 50%/50%로 conjugate 타입으로 웅진케미칼(주)에서 복합 방사한 단섬유와 비스코스 레이온 단섬유를 (주)가희에서 방적한 혼방사로 제직한 것이다. 그리고 PET/ rayon 혼방 직물, PET/rayon/PU 혼방 직물은 시판 직물을 사용하였으며, 조직은 모두 평직물로 동일하다.
이론/모형
- 대 변형 특성: KS K 0520(직물의 인장 강도 및 신도 시험 방법)에 따라 정속 신장식인 universal testing machine(대 변형 Hounsfield Test Equipment)를 사용하여 그래브법으로 측정하였다. 시료의 길이는 100 mm, 폭은 50 mm로 하였으며 인장속도 300 mm/min로 하여 인장 강도(tenacity), 신도(elongation)를 측정하였다.
- 직물의 탄성 회복률: KS K 0541(직물의 탄성 회복률 시험법)에 준하여 정속 신장식인 universal testing machine(Hounsfield Test Equipment)를 이용하여 그래브법으로 직물의 위사방향을 측정하였으며, 이때 파지 길이는 200 mm 폭은 50 mm이고 인장속도는 150 mm/min으로 하였다. 시험편을 10, 20, 30, 40, 50%까지 신장시킨 후 하부 클램프를 시험편에서 떼어낸 다음, 3분 동안 방치한 후 자의 눈금을 읽어 다음과 같은 식에 의해 탄성회복률을 구하였다.
성능/효과
- 1. WT와 EM 위사방향 인장특성에서 PET/PTT 스테이플 혼방 직물들이 PET 혼방직물에 비해 현저히 크게 나타났으며, PET/PU 혼방직물과 유사하게 나타났다.
- 2. 위사방향에서의 굽힘특성(B, 2HB)은 PET/PTT 스테이플 혼방 직물들이 PET 혼방 직물과 PET/PU 혼방 직물에 비해 낮게 나타났으며, 전단특성(G, 2HG, 2HG5)은 PET 혼방 직물에 비해 현저히 크게 나타나고 PET/PU 혼방직물과 유사하게 나타나, PET/PTT 스테이플 혼방 직물들의 의복 형성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
- 3. 압축특성은 경위사 PET/PTT 스테이플 혼방 직물들이 가장 크게 나타나 압축에 대한 저항성 및 회복성이 우수하였으며, 표면특성에서는 PET 혼방 직물이 신축성 섬유를 함유하는 직물들에 비해 표면이 거칠게 나타났다.
- 4.탄성회복률은 신도 30% 이상에서는 저하되는데, PET/ PTT 스테이플 혼방직물들이 신장률이 증가할수록 탄성 회복률이 가장 크게 나타나, PET/PTT 스테이플 혼방직물의 탄성회복성이 우수함을 알 수 있었다.
- 5.미소 변형과 대 변형에서의 하중 변화에 따른 직물의 신장성은 모든 하중에서 경, 위사 PET/PTT(경, 위사)>PTT/ PET(위사)>PET/PU>PET 혼방 직물 순으로 나타나 PET/ PTT 스테이플 혼방 직물들이 부하 하중에 따른 신장성이 가장 우수함을 알 수 있었다.
- 6. 반복 인장에 따른 직물의 신장성은 PET/PTT(경, 위사)> PTT/PET(위사)>PET/PU>PET 혼방 직물 순으로 나타났 으며, 반복 인장에 따른 신장률 변화는 크게 나타나지 않았다.
- KES-FB system을 이용한 신장률(Figure 9)은 매 반복 횟수 동일하게 PET/PTT(경, 위사)>PET/PTT(위사)>PET/PU>PET 혼방직물 순으로 나타났으며, 반복인장에 따른 신장률 변화는 크게 나타나지 않았다.
- 압축특성: 압축특성은 직물의 두께 및 부피감과 관련된 특성으로, 압축특성인 압축선형성(LC), 압축특성(WC) 및 압축 레질리언스(RC)를 Figure 4에 보인다. LC, WC, RC 모두 경, 위사 방향 모두 PET/PTT가 포함된 PET/PTT-1과 PET/PTT-2가 가장 크게 나타나 초기 압축에 대한 저항성이 작으므로 부피감이 있으면서 압축 변형에 대한 회복성이 있는 소재임을 확인할 수 있다.
- 경, 위사방향 모두 직물의 밀도가 증가할수록(PET/PTT-1>PET/PTT-2) 강도는 증가하고 신도가 감소하였으며, 실이 굵을수록(PET/PTT-3>PET/PTT-4) 강도는 증가하나 신도가 감소하였다.
- 경사방향의 MIU는 모든 시료가 비슷하였으나, 위사방향의 MIU는 위사방향만 PET/PTT 성분이 있는 PET/PTT-3과 PET/PTT-4 시료가 가장 낮게 나타나 표면이 잘 미끄러지고 평활함을 나타내었으며, MMD에서는 신축성 성분이 없는 PET 혼방 시료의 경사방향의 수치가 크게 나타나 표면이 거칠고 평활하지 않음을 알 수 있다. 특히 SMD는 대부분의 시료가 경사방향의 표면이 거칠게 나타났으며, 특히 PET 혼방 시료의 표면이 가장 거칠게 나타났다.
- 모든 하중에서 EM은 PET/PTT(경, 위사)>PET/PTT(위사)>PET/PU>PET 혼방 직물 순으로 나타났으며, 하중 변화에 따른 신장률은 50, 250, 500 gf/cm 순으로 증가하였고, 부하 하중에 따른 직물간의 신장률 변화 차이는 하중이 증가하면 할수록 더욱 증가됨을 알 수 있다.
- 모든 하중에서 strain은 PET/PTT(경, 위사)>PET/PTT(위사)>PET/PU>PET 혼방직물 순으로 나타났으며, 하중 변화에 따른 신장률은 500, 1,000, 2,000, 4,000 gf/cm 순으로 증가하였으며, 부하 하중에 따른 직물간의 신장률 변화 차이는 하중이 증가하면 할수록 더욱 증가됨을 알 수 있다.
- 이러한 PTT 섬유 연구의 대부분은 필라멘트에 대한 것으로 스테이플을 이용한 연구는 거의 없다. 본 연구에서 사용한 PET/PTT 단섬유는 PET/ PTT를 50%/50%로 하여 conjugate 타입으로 복합 방사한 것으로 이 섬유와 천연 섬유를 혼방한 후 염색을 하면 적정 염색 온도에서의 PET와 PTT의 수축률 차이에 의해 크림프를 형성하면서 혼방사가 수축되며 이에 따라 직물의 신장성이 향상됨은 물론 신장 회복성도 좋아진다.
- 인장강도는 PET 혼방 직물의 경, 위사 방향에서 가장 크게 나타났으며, 경사 방향에서는 경사에 PET/PTT를 사용한 PET/PTT-1과 PET/PTT-2가 가장 낮게 나타났다. 신도는 경, 위사방향 모두 PET/PTT를 사용한 PET/PTT-1과 PET/PTT-2가 가장 크게 나타났다. 경, 위사방향 모두 직물의 밀도가 증가할수록(PET/PTT-1>PET/PTT-2) 강도는 증가하고 신도가 감소하였으며, 실이 굵을수록(PET/PTT-3>PET/PTT-4) 강도는 증가하나 신도가 감소하였다.
- 신장성(EM)은 경사방향에서는 PET/PTT-1, PET/PTT-2가 가장 크게 나타났는데 이는 경사방향에 신축성이 좋은 PET/ PTT가 사용되었기 때문이라 여겨진다. 위사방향에서는 스트레치 성분이 없는 PET 혼방직물의 신장성이 현저히 낮았으며, PET/PU 혼방직물과 PET/PTT 혼방직물 모두 신장성이 우수함을 알 수 있다.
- 경사방향에서는 경사에 PET, 위사에 PET/PTT를 사용한 PET/PTT-3과 PET/PTT-4의 B와 2HB가 가장 크게 나타났 으며, 경, 위사 모두 PET/PTT를 사용한 PET/PTT-1과 PET/ PTT-2의 B와 2HB가 가장 낮게 나타났다. 위사방향에서의 B 값은 신축성 성분이 없는 PET 혼방 시료가 가장 크게나타났으며, PET/PU 시료보다도 PET/PTT가 포함된 직물들이 낮게 나타나 PET/PTT 스테이플 혼방직물들이 곡면형성능이 우수하여 실루엣 형성이 용이함을 알 수 있다. 2HB 특성 역시 B와 유사한 결과가 나타났다.
- KES-FB system을 이용한 신장률(Figure 9)은 매 반복 횟수 동일하게 PET/PTT(경, 위사)>PET/PTT(위사)>PET/PU>PET 혼방직물 순으로 나타났으며, 반복인장에 따른 신장률 변화는 크게 나타나지 않았다. 이러한 결과는 500 kgf/cm 하중이 극한 하중은 아니기 때문에 반복인장에서 크게 변화하지 않는 것으로 생각되며, 직물별로는 스판덱스를 이용한 PET/PU의 경우보다 PET/PTT 스테이플 혼방직물이 신축성이 좋으며, 신축성 성분이 전혀 없는 PET 혼방직물이 가장 신축성이 저하하는 것으로 나타났다. 인장강도기를 이용한 반복 인장에 따른 신도(Figure 10)의 결과에서도 KES-FB system을 이용한 신장률(Figure 9)과 마찬가지 결과가 나타나 측정 방법에 관계없이 500 gf/cm 하중에서의 반복인장에서의 신도 변화는 크게 나타나지 않았다.
- 인장 선형성(LT)은 PET/PTT 혼방직물들(PET/PTT-14)과 PET/PU 혼방직물의 LT가 PET 혼방 직물보다 작게 나타났는데 이것은 PET/PTT 혼방 직물들(PET/PTT-14)과 PET/ PU 혼방 직물들의 초기 신장이 PET 혼방 직물보다 쉽게 일어남을 보이는 것으로서 이러한 스트레치성 직물들이 인체의 동작을 쉽게 할 수 있음을 확인할 수 있다.
- 경, 위사방향 모두 직물의 밀도가 증가할수록(PET/PTT-1>PET/PTT-2) 강도는 증가하고 신도가 감소하였으며, 실이 굵을수록(PET/PTT-3>PET/PTT-4) 강도는 증가하나 신도가 감소하였다. 전반 적으로 폴리우레탄 성분이 포함된 PET/PU 직물보다 PET/ PTT가 함유된 직물들(PET/PTT-14)의 신도가 증가함을 알 수 있었는데 이것으로 PET/PTT가 함유된 직물로 PU 함유 직물을 대체할 수 있다고 생각된다.
- 직물의 탄성회복률: 직물의 신축 특성을 나타내는 탄성 회복률을 10% 신장에서 50% 신장까지 변화시켜 살펴본 결과(Figure 6), 신축성 성분이 없는 PET 혼방 직물이 신장률 40%에서 파단되며 탄성회복률이 가장 낮게 나타났다. 전체적으로 신도 30% 이상에서는 탄성회복성이 떨어지는데 이러한 탄성 회복률 저하는 PET/PTT 스테이플 혼방 직물들(PET/PTT-14)보다 PET/PU 직물이 신장률이 증가할수록 더욱 크게 나타나 PET/PTT 스테이플 혼방 직물들의 탄성 회복성이 우수함을 알 수 있다.
- 직물의 탄성회복률: 직물의 신축 특성을 나타내는 탄성 회복률을 10% 신장에서 50% 신장까지 변화시켜 살펴본 결과(Figure 6), 신축성 성분이 없는 PET 혼방 직물이 신장률 40%에서 파단되며 탄성회복률이 가장 낮게 나타났다. 전체적으로 신도 30% 이상에서는 탄성회복성이 떨어지는데 이러한 탄성 회복률 저하는 PET/PTT 스테이플 혼방 직물들(PET/PTT-14)보다 PET/PU 직물이 신장률이 증가할수록 더욱 크게 나타나 PET/PTT 스테이플 혼방 직물들의 탄성 회복성이 우수함을 알 수 있다.
- 경사방향의 MIU는 모든 시료가 비슷하였으나, 위사방향의 MIU는 위사방향만 PET/PTT 성분이 있는 PET/PTT-3과 PET/PTT-4 시료가 가장 낮게 나타나 표면이 잘 미끄러지고 평활함을 나타내었으며, MMD에서는 신축성 성분이 없는 PET 혼방 시료의 경사방향의 수치가 크게 나타나 표면이 거칠고 평활하지 않음을 알 수 있다. 특히 SMD는 대부분의 시료가 경사방향의 표면이 거칠게 나타났으며, 특히 PET 혼방 시료의 표면이 가장 거칠게 나타났다.
- 미소 변형과 대 변형에서의 하중 변화에 따른 직물의 신장성은 모든 하중에서 경, 위사 PET/PTT(경, 위사)>PTT/ PET(위사)>PET/PU>PET 혼방 직물 순으로 나타나 PET/ PTT 스테이플 혼방 직물들이 부하 하중에 따른 신장성이 가장 우수함을 알 수 있었다. 하중 변화에 따른 신장률은 하중이 증가할수록 증가하였으며, 직물간의 신장률 변화 차이는 하중이 증가하면 할수록 더욱 증가됨을 알 수 있었다.
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