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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 나노섬유 웹 라미네이트의 직물 마찰음을 최소화하기 위한 조건을 제시하고자 하였다. 나노섬유 웹의 경우 내구성을 갖추기 위해 기반직물과 적층 구조로 이루어져야 하는데(Lee & Lee, 2011) 이 때, 기반직물의 특성 및 적층 구조의 차이가 직물의 마찰음에 영향을 끼칠 것으로 사료 된다.
- 본 연구는 투습발수 성능을 가진 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 기반 직물의 특성 및 적층 구조에 따라 직물의 마찰음을 최소화할 수 있는 요인을 확인하였다. 이는 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 직물마찰음을 최소화할 수 있는 조건을 제시하고 심리생리적으로 쾌적감을 주는 투습발수 직물 개발을 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 이에 본 연구에서는 동일한 웹 밀도를 가진 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 기반 직물 및 적층 구조에 차이를 두었을 때, 기반직물 및 적층구조가 직물 마찰음에 끼치는 영향을 알아보고자 하였다. 이를 통해 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 직물마찰음을 최소화할 수 있는 조건을 제시하고 심리생리적으로 쾌적감을 주는 투습발수 직물 개발을 위한 기초자료로 삼고자 하였다.
- 나노섬유 웹의 경우 내구성을 갖추기 위해 기반직물과 적층 구조로 이루어져야 하는데(Lee & Lee, 2011) 이 때, 기반직물의 특성 및 적층 구조의 차이가 직물의 마찰음에 영향을 끼칠 것으로 사료 된다. 이에 본 연구에서는 동일한 웹 밀도를 가진 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 기반 직물 및 적층 구조에 차이를 두었을 때, 기반직물 및 적층구조가 직물 마찰음에 끼치는 영향을 알아보고자 하였다. 이를 통해 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 직물마찰음을 최소화할 수 있는 조건을 제시하고 심리생리적으로 쾌적감을 주는 투습발수 직물 개발을 위한 기초자료로 삼고자 하였다.
제안 방법
- 각 시료의 녹음된 소리는 Sound Quality Program(ver. 3.2, B&K, Denmark)을 이용하여 wave file로 전환하고, 0~17,500 Hz의 주파수 범위에서 FFT(Fast Fourier Transformation) 분석으로 스펙트럼을 얻었다.
- 나노섬유 웹 라미네이트 소재들의 역학적 성질은 KESFB(Kawabata Evaluation System for Fabric, Kato Tech Co., Ltd., Japan)를 사용하여 측정 · 비교하였으며, 인장, 굽힘, 전단, 표면, 압축, 두께 및 무게의 6가지 특성에 대해 총 17항목의 특성치를 측정하였다.
- 본 연구에서는 새로운 투습발수 소재인 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 기반직물의 특성 및 적층 구조에 차이를 두어 제작한 3종의 나노섬유 웹 라미네이트 소재에 대해,잔향이 발생하지 않는 무향실에서 직물소리 발생 장치를 이용하여 직물의 마찰음을 측정하였다. 또한 심리음향학적 특성을 분석하여 직물의 역학적 특성과의 상관관계를 살펴보았으며, 유의한 상관관계를 가지는 결과값을 중심으로 회귀분석을 실시하여 역학적 특성과 소리 특성간의 관계를 살펴보고 역치를 산출하였다.
- 시료 3종의 소리를 FFT 방법에 의해 주파수 대 음압의 파형으로 변환하였다. 음향 스펙트럼의 형태가 변화하는 모습을 Fig.
- 이 때, 직물 소리를 발생 시키기 위해 Simulator for Frictional Sound of Fabric(Korea Patent No. 10-2008-0105524, 2008)(Fig. 1)을 사용하였으며, 소리 녹음을 위해 무향실(Loudness of background noise = 10 dB)에서 두 직물이 스치는 지점으로부터 1.5 cm 떨어진 지점에 고성능 마이크로폰(Type 4190, B&K, Denmark)을 설치하였다.
- 63 m/s의 속도로 30초간 녹음하여 웨이브 파일을 얻었다. 정확한 측정을 위해 3회씩 녹음하였다(Jin, 2012).
- 직물의 마찰음을 발생시키기 위해 동일한 시료 두 장을 준비하여 이 중 한 장은 직사각형 부분에 고정시키고, 다른 한장은 원통의 둘레에 감아 고정시켜 시료의 겉과 겉이 마주보게 한 후, 원통이 앞, 뒤로 회전하면서 마찰할 때 발생하는 소리를 녹음하였다. 이 때, 직물 소리를 발생 시키기 위해 Simulator for Frictional Sound of Fabric(Korea Patent No.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 시료는 기반 직물 및 적층 구조에 차이를둔 3종의 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 나노섬유 웹 라미네이트 소재로서, 약 5.2 g/m2의 웹 밀도로 전기방사한 대량생산 나노섬유 웹을 국외 F사로부터 제공받아 이를 기반직물에 라미네이팅하였으며, 이때 기반 직물 및 구조에 차이를 두어 제작하였다. 제작된 시료는 PU 나노섬유 웹을 고밀도 폴리에스테르 직물에 라미네이팅한 것(C1)과, 일반 폴리에스테르 직물에 라미네이팅한 것(C2), 그리고 일반 폴리에스테르 직물과 나일론트리코에 3-layer로 라미네이팅 한 것(C3) 총 3종이며, mesh roller와 hot-melt PU 접착제가 라미네이팅에 사용되었다.
- 2 g/m2의 웹 밀도로 전기방사한 대량생산 나노섬유 웹을 국외 F사로부터 제공받아 이를 기반직물에 라미네이팅하였으며, 이때 기반 직물 및 구조에 차이를 두어 제작하였다. 제작된 시료는 PU 나노섬유 웹을 고밀도 폴리에스테르 직물에 라미네이팅한 것(C1)과, 일반 폴리에스테르 직물에 라미네이팅한 것(C2), 그리고 일반 폴리에스테르 직물과 나일론트리코에 3-layer로 라미네이팅 한 것(C3) 총 3종이며, mesh roller와 hot-melt PU 접착제가 라미네이팅에 사용되었다. Table 1에 본 연구에서 사용된 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 구성 조건과 모식도를 나타내었다(Youn & Lee, 2010; Lee et al.
데이터처리
- 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 역학적 특성과 심리음향학적 특성과의 관계를 고찰하기 위해 SPSS 18.0을 사용하여 상관관계분석을 실시하였다. 또한 심리적으로 쾌적한 감성을 불러일으키는 소리 특성을 가지는 나노 웹 라미네이트 소재의 역학적 특성을 예측하기 위해 회귀분석을 실시하였다.
- 본 연구에서는 새로운 투습발수 소재인 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 기반직물의 특성 및 적층 구조에 차이를 두어 제작한 3종의 나노섬유 웹 라미네이트 소재에 대해,잔향이 발생하지 않는 무향실에서 직물소리 발생 장치를 이용하여 직물의 마찰음을 측정하였다. 또한 심리음향학적 특성을 분석하여 직물의 역학적 특성과의 상관관계를 살펴보았으며, 유의한 상관관계를 가지는 결과값을 중심으로 회귀분석을 실시하여 역학적 특성과 소리 특성간의 관계를 살펴보고 역치를 산출하였다.결과 요약 및 결론은 다음과 같다.
- 0을 사용하여 상관관계분석을 실시하였다. 또한 심리적으로 쾌적한 감성을 불러일으키는 소리 특성을 가지는 나노 웹 라미네이트 소재의 역학적 특성을 예측하기 위해 회귀분석을 실시하였다.
- 직물의 역학적 특성과 소리특성 간의 관계를 좀 더 자세히 알아보기 위해, 소리 특성과 역학적 특성 간에 상당히 높은 유의한 값을 가지는 상관관계를 보인 변수들(Table 2)을 중심으로 회귀분석을 실시하였다(Fig. 14~Fig. 17). 회귀분석을 실시한 결과, 마찰계수의 표준편차(MMD)와 인장선형성(LT)은 소리 특성인 SPL과 Loudness(Z)에 부적 관계를 보이기 때문에, 마찰계수의 표준편차(MMD) 값과 인장선형성(LT) 값이 작을수록 직물의 소리가 더 크고, 시끄럽게 느껴짐을 알 수 있었다(Fig.
이론/모형
- 나노섬유 웹 라미네이트 소재 3종의 역학적 특성을 KES-FB system을 이용해 측정하였으며, 항목별 결과를 Fig. 8~13에 나타내었다.
성능/효과
- 1. 나노섬유 웹 라미네이트 소재 간 기반 직물 및 적층 구조에 따라 직물의 마찰음에 차이가 있었다. 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 SPL은 61.
- 2. 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 역학적 특성과 심리음향학적 특성간의 상관관계를 분석한 결과, 인장선형성(LT)은 심리음향학적 크기(Loudness(Z))와 부적(-) 상관관계를 나타냈고, 날카로움(Sharpness(Z))은 두께(T)와 정적(+) 상관관계를 보였다. 또한 거칠기(Roughness(Z))는 굽힘이력(2HB), 두께(T)와 정적(+) 상관관계를 나타내었다.
- 선행연구(Cho & Cho, 2012)에서 제작된 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 심리음향학적 특성 또한 C1, C2, C3에 비해 대체로 높은 값을 나타내었다. SPL과 심리음향학적 특성의 모든 항목에 대해서 C1이 최소값을 나타내고, C2, C3 순서로 값이 증가하는 것을 통해 기반직물의 특성 및 적층 구조의 차이로 두께 및 무게가 증가함에 따라 직물의 마찰음 및 심리음향학적 특성이 증가한 것으로 사료된다. 특히 SPL의 경우 C1과 C2의 차이가 두드러지게 나타났는데(Fig.
- Sharpness(Z)의 경우 두께(T)와 정적(+) 상관관계를 보여 두께가 두꺼운 직물일수록 날카로운 소리로 인지됨을 알 수 있었다. 굽힘이력(2HB)과 두께(T)는 거칠기(Roughness(Z))와 정적(+) 상관관계를 보였으며, 이를 통해 물리적힘에 의한 직물의 굽힘이 어렵고 두께가 두꺼운 직물일수록 소리가 거칠게 인지됨을 알 수 있었다.
- 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 마찰음에 대한 심리음향학적 크기, 날카로움, 거칠기, 변동강도 모두 C1이 최소값을, C3가 최대값을 보였다. Loudness(Z)의 경우 6.
- 소득수준의 증가에 따라 다양한 여가활동이 보편화되면서 아웃도어 의류에 대한 소비자들의 관심과 수요 또한 크게 증가하고 있다. 더불어 기후변화로 인한 한파와 한여름의 변덕스러운 날씨로 인해 아웃도어 의류는 기능성 의복뿐 아니라 일상복으로 자리잡았다. 아웃도어 의류시장은 스포츠와 캐주얼 시장을 넘나드는 국민의류로 자리매김하며 소비자층이 확대되고 있다.
- 따라서 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 소리 특성과 역학적 특성의 회귀 예측모델 결과에 따라, 마찰계수의 표면특성(MMD) 값이 0.1296, 인장선형성(LT) 값이 0.8460, 두께(T)값이 0.0384 mm, 그리고 굽힘이력(2HB) 값이 0.0553 gf·cm/cm의 역학적 특성을 가지는 나노섬유 웹 라미네이트 소재가 착용자에게 심리생리적으로 쾌적한 감성을 불러일으키는 소리 특성을 가지는 것으로 예측할 수 있다.
- 마찰계수의 표면특성(MMD) 값이 0.1296, 인장선형성(LT) 값이 0.8460, 두께(T) 값이 0.0384 mm, 그리고 굽힘이력(2HB) 값이 0.0553 gf·cm/cm의 역학적 특성을 가지는 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 소리 특성이 착용자에게 쾌적감을 불러일으킬 수 있을 것으로 예측할 수 있었다.
- 굽힘 특성은 직물의 미끄럼 저항이나 드레이프성, 촉감 그리고 구김이나 주름과 관련된 성질로서 굽힘강성(B), 굽힘이력(2HB)으로 구성되며, 직물의 태에 영향을 미친다. 세 시료 중 C3가 굽힘강성(B), 굽힘이력(2HB) 모두 높은 값을 나타내었으며(Fig. 9), 이를 통해 C3가 가장 굽히기 어렵고 뻣뻣한 촉감을 가진 직물 임을 알 수 있었다. 이는 3-layer로 이루어진 C3가 C1, C2에 비해 두께가 두껍기 때문인 것으로 사료된다.
- 2에 제시하였다. 시료의 마찰음에 대한 스펙트럼의 음압은 0~17,500 Hz의 주파수 범위에서 6.84~58.47 dB의 범위를 보였다. 가공방법이 다른 투습발수 직물의 마찰음을 측정한 선행연구(Yang et al.
- 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 마찰음에 대한 심리음향학적 크기, 날카로움, 거칠기, 변동강도 모두 C1이 최소값을, C3가 최대값을 보였다. Loudness(Z)의 경우 6.
- , 2008b)를 통해 저주파대에서 라미네이트 직물의 소리가 가장 크다는 것을 알 수 있었다. 이는 본 연구에서 사용된 시료가 모두 라미네이트 직물이기 때문에 선행연구 (Yang et al., 2008b)와 같이 저주파대에서 마찰음이 가장 클것으로 예상할 수 있었으며, 결과값을 통해 저주파수 대역인 0~5,000 Hz 사이에서 스펙트럼 피크가 빈번히 나타남을 확인하였다. 인간의 귀가 가장 민감하게 감지하는 주파수 영역이 1,000 Hz~4,000 Hz사이이기 때문에 각 스펙트럼의 피크들은 소리의 특징을 결정지을 것으로 사료된다.
- 54 vacil의 값을 나타냈다. 이를 통해 C1에서 C3로 갈수록 직물의 소리 특성이 심리적으로 더 크고, 날카롭고, 거칠게 인지됨을 알 수 있었다. 선행연구(Cho & Cho, 2012)에서 제작된 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 심리음향학적 특성 또한 C1, C2, C3에 비해 대체로 높은 값을 나타내었다.
- 이상의 결과에서 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 기반 직물의 특성 및 적층 구조에 따른 직물 마찰음의 차이를 알 수 있었다. 동일한 나노섬유 웹과 라미네이팅 공정을 거쳤으나, C1의 기반 직물은 C2, C3의 기반직물에 비해 더 가벼운 고밀도 직물이었기에 직물의 마찰음을 최소화한 것으로 사료된다.
- 3), C1과 C2가 기반직물의 특성에 차이를 둔 시료라는 점을 미루어볼 때, SPL은 기반직물의 특성에 영향을 받은 것으로 보인다. 즉, 고밀도 PET 기반직물이 일반 PET 직물에 비해 총음압이 낮아 소음이 작은 것을 알 수 있었다. 또한 C2와 C3는 적층 구조에 차이를 둔 시료인데, Sharpness(Z)의 경우에는 C2와 C3의 차이가 확연하여(Fig.
- 11을 통해 확인할 수 있다. 평균마찰계수(MIU)와 평균편차(MMD)는 Fig. 11-(a)와 같이 C1이 가장 큰 값을 보였으며, 표면의 거칠기(SMD)는 비교적 낮은 값을 나타내어 세 시료 중 C1은 표면이 매끄럽고 마찰력이 균일한 직물임을 알 수 있었다.
- 17). 회귀분석을 실시한 결과, 마찰계수의 표준편차(MMD)와 인장선형성(LT)은 소리 특성인 SPL과 Loudness(Z)에 부적 관계를 보이기 때문에, 마찰계수의 표준편차(MMD) 값과 인장선형성(LT) 값이 작을수록 직물의 소리가 더 크고, 시끄럽게 느껴짐을 알 수 있었다(Fig. 14, Fig. 15). 반면, 두께(T)와 굽힘이력(2HB)은 소리 특성인 Sharpness(Z)와 Roughness(Z)에 정적 관계를 보여, 두께(T)가 두꺼울수록 날카로운 소리로, 굽힘이력(2HB) 값이 클수록 거친 소리로 느껴짐을 알 수 있었다(Fig.
후속연구
- 본 연구는 투습발수 성능을 가진 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 기반 직물의 특성 및 적층 구조에 따라 직물의 마찰음을 최소화할 수 있는 요인을 확인하였다. 이는 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 직물마찰음을 최소화할 수 있는 조건을 제시하고 심리생리적으로 쾌적감을 주는 투습발수 직물 개발을 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다. 직물의 마찰음을 최소화한 나노섬유 웹 라미네이트 소재는 위장이 필요한 전투복용 소재나 경찰복 소재 등 특수복 소재는 물론, 감성적 측면까지 고려한 아웃도어 의류용 소재, 스포츠웨어용 소재, 일상복 소재 등 다양한 분야에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 이는 나노섬유 웹 라미네이트 소재의 직물마찰음을 최소화할 수 있는 조건을 제시하고 심리생리적으로 쾌적감을 주는 투습발수 직물 개발을 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다. 직물의 마찰음을 최소화한 나노섬유 웹 라미네이트 소재는 위장이 필요한 전투복용 소재나 경찰복 소재 등 특수복 소재는 물론, 감성적 측면까지 고려한 아웃도어 의류용 소재, 스포츠웨어용 소재, 일상복 소재 등 다양한 분야에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
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