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문제 정의
- 국내에서도 수분감응형 섬유로서 H사에서 HEF(Hydrophilic Elastic Fibre)섬유가 개발되고 있으나 이 HEF섬유도 사가공, 제편 및 염색/가공 기술이 아직 확립되어 있지 않아 연구단계에 있다고 할 수 있다. 본 연구에서는 이들 HEF섬유의 후가공기술을 확립하고 고감성의류용으로서의 착용쾌적성을 예측하는 연구를 수행 하고자 한다. 이를 위해서 국내 H사에서 HEF 수분감응형 섬유를 방사하고 이 섬유를 커버링, 제편하여 이들 니트소재의 흡한ㆍ속건 특성과 수분흡수에 따른 신장특성을 분석하였다.
- 이 소재는 직· 편물 조직에서 실과 실이 면 접촉에서 점 접촉상태로 바뀌고 길이가 늘어나면서 조직이 느슨해져 공기유입이 증대되고 건조속도가 빨라져 인체에 냉감을 부여하는 기술이다.
제안 방법
- 10분 동안 시료를 건조기에서 건조시키고 길이 L1 을 측정하고 미온의 물속에서 30분 동안 담근 후길이 L2를 측정 후 다시 15분 동안 건조 후 길이 L 3을측정한 후(L2-L3)/L 3×100 식에서 hygral expansion을 계산하였다.
- B = WxC3 x9.81x106 , 여기서 B:굽힘강성(μNㆍm), C: 굽힘길이(mm), W: 단위면적당편물 무게(gf/m2) 그리고 편물의 압축특성은 FAST-1에서 2gf/cm2 , 100gf/cm2 하중으로 압축하여 편물의 압축성을 측정하였다.
- FAST-3를 사용하여 편물의 신장성을 측정하였으며 13cm×5cm의 시료를 준비한 후 5, 20, 100 gf/cm 하중으로 인장하여 신도를 측정하였고, 편물의 전단강성도 FAST-3 시험기로 측정하였다.
- FAST-4 시험기(De Boos, 1991)를 사용하여 편물의 Hygral Expansion(%)을 측정함으로서 수분감응형 니트 소재의 수분 흡수/건조에 따라 가역적으로 자발 신장/ 회복되는 성질을 확인하였다. Fig.
- KS K 0416 필라멘트사의 강도 및 신도 시험 방법에 의거하여 Testometric Co.(England) Model MICRO 350 을 이용하여 시료 길이 100mm, 인장속도 100mm/min 의 조건으로 절단강도, 절단신도, 초기탄성률을 10회 실험하여 평균치로 측정하였다.
- ⦁HEF 수분감응형 니트의 흡수성은 spandex 편물보다 더 우수하였으며 건조특성도 우수함을 보였다. 그리고 HEF 편물의 수분흡수에 따른 하이그랠 익스팬션이 6~7%를 보임으로서 자발신장 특성을 확인하였다.
- 특히 이들의 염색성을 분석하기 위해 염색온도와 시간에 따른 염색특성을 조사하였다. 그리고 이들 수분감응형 니트소재의 역학특성을 측정하여 의류에서의 착용쾌적특성을 예측하였다.
- 사의 단면형상을 관찰하기 위해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, S-4300, Hitachi co., Japan)을 이용하여 가속전압 하에서 사의 단면을 측정하였다.
- 시료를 경사 또는 위사 방향의 45°로 취하여 5gf/cm 하중으로 인장하여 바이어스 방향의 신도(EB5)를 측정하였다.
- Table 3은 수분감응형 편물의 염색성을 비교분석하기 위해 사용된 염색조건을 나타낸다. 염색온도는 80℃ 에서 10℃씩 증가시키면서 110℃까지 4가지 온도변화를 주었고 염색온도는 30분과 60분으로 변화시켰다.
- spandex 40d를 심사, PET 75d/72f DTY를 effect사 이다. 이때 HEF섬유는 심사로 피딩시킬 때 연신비 3.1 로 그리고 스판덱스는 1.1로 하여 커버링 원사의 굵기는 120d를 맞추고 이때 tpm은 525로 고정 하여 국내 S사에서 제조된 covering기계(STC-110)에서 제조하였다. 이들 시료의 특성과 구조를 Table 1과 Fig.
- 본 연구에서는 이들 HEF섬유의 후가공기술을 확립하고 고감성의류용으로서의 착용쾌적성을 예측하는 연구를 수행 하고자 한다. 이를 위해서 국내 H사에서 HEF 수분감응형 섬유를 방사하고 이 섬유를 커버링, 제편하여 이들 니트소재의 흡한ㆍ속건 특성과 수분흡수에 따른 신장특성을 분석하였다. 특히 이들의 염색성을 분석하기 위해 염색온도와 시간에 따른 염색특성을 조사하였다.
- 이를 위해서 국내 H사에서 HEF 수분감응형 섬유를 방사하고 이 섬유를 커버링, 제편하여 이들 니트소재의 흡한ㆍ속건 특성과 수분흡수에 따른 신장특성을 분석하였다. 특히 이들의 염색성을 분석하기 위해 염색온도와 시간에 따른 염색특성을 조사하였다. 그리고 이들 수분감응형 니트소재의 역학특성을 측정하여 의류에서의 착용쾌적특성을 예측하였다.
- 편물의 굽힘강성은 FAST-2 시험기로 경사와 위사 방향의 굽힘 길이와 편물의 무게로 다음의 식에서 굽힘강성을 계산하였다. B = WxC3 x9.
- 피염물의 겉보기 염착량 측정은 Computer Color Matching을 사용하여 각 염료의 최대흡수파장에서의 반사율을 측정하여 K/S값과 백포에 대한 색차(ΔE)값을 측정하였고 염색견뢰도를 평가하기 위해 KS K ISO 105-C06 규격에 따라 세탁 견뢰도를 측정하여 시료의 첨부백포의 오염정도를 평가하였다.
대상 데이터
- 3가지 원사를 사용하여 국내 K사에서 제조된 환편기에서 2중직 니트를 제조하였다. 수분감응형 원사의 적용이 스포츠용 니트에 많이 사용됨으로써 2중직 니트를 제편하였고 조직은 양면조직으로 표면에는 PET 75d/144f SD DTY를 사용하였으며 이면에 Table 1에 보인 3가지 수분감응형 원사를 사용하여 편물시료를 제작하였다.
- (Huvis, 2014) 이 HFF는 H사의 파일롯트 용융방사기에서 방사하여 본 실험에 적용 시켰다. 본 연구에서는 총 3종의 Covering사를 원사로 제조하였으며, 그 구조는 다음과 같다. 1.
- 3가지 원사를 사용하여 국내 K사에서 제조된 환편기에서 2중직 니트를 제조하였다. 수분감응형 원사의 적용이 스포츠용 니트에 많이 사용됨으로써 2중직 니트를 제편하였고 조직은 양면조직으로 표면에는 PET 75d/144f SD DTY를 사용하였으며 이면에 Table 1에 보인 3가지 수분감응형 원사를 사용하여 편물시료를 제작하였다. 이들 편물시료의 제편조건 및 조직도를Table 2에 보인다.
이론/모형
- KS K 0215에 따라 습열수축률과 건열수축률을 측정하였다.
- KSK 0815(A)법에 따라 40cm×40cm의 시험편으로 건조속도를 측정하였다.
- KSK 0815(B)법에 따라 20cm×25cm의 시험편으로 시료 장착 후 10분 경과한 후의 물의 상승하는 높이를 측정하였다.
- 의류 상태에서 착용쾌적성을 예측하기 위해서 편물의 역학특성을 FAST계측기를 사용(De Boos, 1991)하여 측정하였다. FAST-3를 사용하여 편물의 신장성을 측정하였으며 13cm×5cm의 시료를 준비한 후 5, 20, 100 gf/cm 하중으로 인장하여 신도를 측정하였고, 편물의 전단강성도 FAST-3 시험기로 측정하였다.
성능/효과
- Table 4는 수분감응편물의 세탁견뢰도를 나타낸다. 3가지 시료 모두 모든 염색시간, 온도에서 acetate, nylon 오염포에서 3급의 다소 낮은 세탁견뢰도를 보이며 cotton, PET, wool 오염포에서는 4급으로 비교적 우수한 견뢰도를 보인다. 특히 acrylic 오염포에서는 4-5급의 우수한 세탁견뢰도를 보인다.
- 원사를 제조한 후 이들의 열 수축특성은 염ㆍ가공 공정에서의 습ㆍ건열 수축의 정도를 예측하는데 필요한 실험이다. Fig. 6과 7은 수분감응사의 열 수축특성인 건․습열 수축률로 수분감응형 HEF 원사를 심사로 covering한 HEF-PET 냉감사와 HEF-Aerocool 냉감사의 건열 수축률은 Fig. 6에서 볼 수 있듯이 39~40%의 높은 값을 보이는 반면 Span-PET 일반사는 21.9%의 값으로 비교적 낮은 값을 보였다. Fig.
- 3은 절단강도를 나타내는데 HEF-PET 냉감사의 절단강도는 HEF-Aerocool 냉감사와 Span-PET 일반사 보다 다소 낮은 값을 보였다. Fig.4에서 볼 수 있듯이 HEF-Aerocool 냉감사의 절단신도는 5.35% 정도로 HEF-PET 냉감사 보다 0.7% 정도 높으며 Span-PET 일반사 보다 1.4% 정도 낮은 값을 보이는 것을 확인하였다. 그리고 Fig.
- 16에 이들 3가지 편물시료의 역학특성의 Finger chart를 도시하였다. HEF 니트시료의 압축특성이 낮은 값을 보임으로서 다소 딱딱한 촉감을 보이며 특히 굽힘과 전단 특성치도 Span-PET보다 크게 낮은 값을 보임으로서 HEF 니트시료가 의류착용 시 형태안정성과 착용내구성이 Span-PET 소재에 비해 다소 부족한 특성을 보인다고 예측 할 수 있다.
- ⦁HEF 수분감응형 니트의 흡수성은 spandex 편물보다 더 우수하였으며 건조특성도 우수함을 보였다. 그리고 HEF 편물의 수분흡수에 따른 하이그랠 익스팬션이 6~7%를 보임으로서 자발신장 특성을 확인하였다.
- ⦁HEF 수분감응형 커버링사의 습ㆍ건열 수축률은35~40% 정도로써 spandex-PET사에 비해 훨씬 큰값을 보이며 염ㆍ가공 공정에서 공정설계 시 고려해야 할 특성을 보였다.
- ⦁HEF-PET 수분감응형 니트의 압축특성이 spandex- PET시료보다 낮은값을 보임으로써 다소 딱딱한 촉감을 보이며 특히 굽힘과 전단특성치도 spandex- PET 보다 낮은 값을 보임으로서 의류착용 시 형태안정성과 내구성이 다소 부족한 특성을 보였다.
- ⦁HEF-PET 수분감응형 니트의 염착특성은 spandexPET보다 높은 K/S값을 보였고 염색온도가 80℃에서 110℃로 증가함에 따라 K/S가 선형적으로 증가하였으며 색차도 K/S와 유사한 경향성을 보였다. 세탁견뢰도는 cotton, PET, wool 그리고 acrylic 오염포에서 4-5급의 우수한 값을 보였고 acetate와 nylon 오염포에서는 3급의 다소 낮은 세탁 견뢰도를 보였다.
- ⦁HEF-PET 커버링 수분감응형 원사의 절단 강신도는 spandex-PET 커버링사에 비해 다소 낮은 값을 보이나 제편성에는 문제가 없음을 확인하였다.
- 이는 HEF의 원료인 친수계 Ionomer의 친수성으로 인해 분산 염료의 용해 속도가 증대되고 섬유 내부로의 확산속도 또한 증대되어 염색이 원활하게 이루어진 것으로 사료된다. 그리고 HEF-Aerocool이 HEF-PET보다 낮은 K/S값을 보이는 것은 Aerocool이 소수계 PET이면서 단면이 이형단면이므로 인해 원형인 PET보다 HEF와의 염착적합성이 떨어지는 것에 기인하며 HEF 수분감응형사는 소수계가 아닌 원형 PET와 커버링하는 것이 염색성이 우수하게 된다는 것을 확인 할 수 있다. 그리고 Spandex 커버링사 보다 훨씬 좋은 염착성을 보임으로서 신축의류에 스판덱스를 대체할 수 있는 소재로도 사용 가능함을 보였다.
- 그리고 HEF-Aerocool이 HEF-PET보다 낮은 K/S값을 보이는 것은 Aerocool이 소수계 PET이면서 단면이 이형단면이므로 인해 원형인 PET보다 HEF와의 염착적합성이 떨어지는 것에 기인하며 HEF 수분감응형사는 소수계가 아닌 원형 PET와 커버링하는 것이 염색성이 우수하게 된다는 것을 확인 할 수 있다. 그리고 Spandex 커버링사 보다 훨씬 좋은 염착성을 보임으로서 신축의류에 스판덱스를 대체할 수 있는 소재로도 사용 가능함을 보였다. 그리고 염색온도와 시간에 따른 염착성의 변화는 염색온도가 80℃에서 110℃까지 증가함에 따라 3가지 시료 모두 K/S값이 증가함을 볼수 있으며 특히 90℃에서 100℃로 온도가 증가 할 때K/S가 급격히 증가 하는 것을 볼 수 있다.
- 그리고 Spandex 커버링사 보다 훨씬 좋은 염착성을 보임으로서 신축의류에 스판덱스를 대체할 수 있는 소재로도 사용 가능함을 보였다. 그리고 염색온도와 시간에 따른 염착성의 변화는 염색온도가 80℃에서 110℃까지 증가함에 따라 3가지 시료 모두 K/S값이 증가함을 볼수 있으며 특히 90℃에서 100℃로 온도가 증가 할 때K/S가 급격히 증가 하는 것을 볼 수 있다. 그리고 염착성이 가장 우수한 HEF-PET 니트시료를 기준할 때 80℃, 90℃ 그리고 100℃ 온도에서는 염색시간 30분과 60분 처리간에는 K/S의 큰 변화를 보이지 않으나 110℃에서는 30분 처리보다 60분 처리할 때 더 높은 K/S값을 보임을 알 수 있다.
- 그리고 염색온도와 시간에 따른 염착성의 변화는 염색온도가 80℃에서 110℃까지 증가함에 따라 3가지 시료 모두 K/S값이 증가함을 볼수 있으며 특히 90℃에서 100℃로 온도가 증가 할 때K/S가 급격히 증가 하는 것을 볼 수 있다. 그리고 염착성이 가장 우수한 HEF-PET 니트시료를 기준할 때 80℃, 90℃ 그리고 100℃ 온도에서는 염색시간 30분과 60분 처리간에는 K/S의 큰 변화를 보이지 않으나 110℃에서는 30분 처리보다 60분 처리할 때 더 높은 K/S값을 보임을 알 수 있다. Fig.
- 색차(ΔE)값 역시 HEF-PET 편물이 가장 높은 값을 보였으며 온도증가와 함께 거의 선형적으로 증가함을 보였다.
- ⦁HEF-PET 수분감응형 니트의 염착특성은 spandexPET보다 높은 K/S값을 보였고 염색온도가 80℃에서 110℃로 증가함에 따라 K/S가 선형적으로 증가하였으며 색차도 K/S와 유사한 경향성을 보였다. 세탁견뢰도는 cotton, PET, wool 그리고 acrylic 오염포에서 4-5급의 우수한 값을 보였고 acetate와 nylon 오염포에서는 3급의 다소 낮은 세탁 견뢰도를 보였다.
- 82g/d의 값으로 Span-PET사 보다 높은 값을 보였다. 이들 값을 종합적으로 평가 할 때 HEF 커버링사의 역학특성치가 spandex 커버링사와 비슷한 값을 보임으로서 제편성에서는 문제가 없는 것으로 평가 할 수 있다.
- 전체적으로 HEF-PET > HEF-Aerocool > SPANPET 순으로 높은 K/S값을 보였다.
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