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문제 정의
- PTT/울/모달 소재를 에어볼텍스, 컴팩트, 링 정방기에서 방적사를 제조하고 이들 편성물 시료의 쾌적물성과 의류 착용특성을 알아보기 위해 에어볼텍스사와 링, 컴팩트사 편성물의 특성과 비교하여 PTT 섬유의 의류에서의 특성 발현을 검토하고 PTT의 고감성 의류 소재로서의 응용 가능성과 울섬유와의 에어볼텍스 방적기의 적용 가능성 등을 분석해 보고자 하였다.
제안 방법
- 20cm×2.5cm 스트립 시료를 준비하여 시료의 한쪽 끝단을 27±2℃의 증류수가 담겨있는 수조에 두어 10분 후의 흡수된 길이(mm)를 측정하였다.
- 27±2℃ 증류수가 담겨있는 수조에 40cm×40cm 시료를 침지시켜 충분히 흡수시켰다가 꺼내어 물방울이 더 이상 떨어지지 않을 때 측정장치(Intec. Co. Ltd, Japan)에 시료를 걸고 표준상태에서 자연건조될 때까지 시간(min)을 계측기에 부착된 센서에 의해 측정하고 건조율(drying rate)로 하였다.
- 2gf/cm2와 100gf/cm2 압축하에서 편성물의 두께를 측정하였으며 이 값의 차이를 표면두께(ST)로 정의하였다.
- 5, 20gf/cm에서 늘어나는 길이의 원시료 길이의 비율(%)을 extensibility로 하였으며 course와 wale 방향으로 각각 측정하였다.
- 5cm×5cm 크기의 시료를 정상상태(steady state)에서의 열손실을 측정하여 [Eq. 3]에 의해 열전도도(thermal conductivity, K,W/cm℃)를 측정하였다.
- 5gf/cm2에서의 bias 방향으로의 늘어난 길이를 원시료 길이에 대한 비(%)를 EB5로 하고 G(N/m)=123/EB5 식에서 시료의 전단강성(shear modulus)으로 계산하였다.
- Cantilerer 방법에 의한 굽힘실험에서 bending length(C, mm)를 측정하고 B=W×C3×9.81×106 식에서 굽힘강성(bending rigidity, μNm)을 계산하였다(여기서 W는 직물무게(g/cm2)임).
- KES-F7(Thermolabo II, Kato Tech. Co., Ltd., Japan)을이용하여 열전도도를 측정하였으며 항온항습실(실내온도 22±1℃, 70±5% RH)에서 측정하였다.
- PTT/울/모달 에어볼텍스사 편성물의 쾌적물성과 의류 착용특성을 알아보기 위해 링사와 컴팩트사 편성물의 특성과 비교하여 PTT 섬유의 특성 발현을 검토하고 고감성 의류 소재로서의 적용 가능성과 울섬유의 에어볼텍스 정방기의 적용 가능성을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- [Fig. 4]에 세 가지 복합사 편성물의 수분흡수성, 건조성, 그리고 열전달특성에 관계된 물성치를 도시화하였다. [Fig.
- PTT 섬유는 유리전이온도가 낮기 때문에 응력완화수축에 민감하며 또한 울섬유는 섬유표면의 스케일 구조 때문에 수분을 흡수할 때 길이가 늘어나는 성질, 즉 하이그럴 익스팬션 때문에 의류의 물성에는 매우 중요한 치수안정성에 나쁜 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 PTT/울/모달 혼합 에어볼텍스사 편성물의 응력완화수축과 하이그랠 익스팬션을 분석하였다. 이들 원료특성이 모우가 적게 생긴다는 에어볼텍스사 구조와 관련하여 편성물 소재에 민감한 물성인 필링성을 조사하였다.
- 복합사 시료는 PTT/울/모달 원료를 30/30/40의 비율로 혼합하였으며 에어볼텍스(Murata, MVS 861), 컴팩트(Toyota, RX 300), 링 정방기(Zinser, MAT 670)에서20, 30, 40Ne로 방적하였다. 이들 원료특성을 [Table 1]에 나타내었다.
- 세 가지 방적기계에서 제조한 40Ne 복합사 편성물의역학량을 KES-FB system에 의해 측정하여 착용특성을 예측하였다. [Table 3]에서 이들 세 가지 복합사 편성물의 역학량을 보여주고 있다.
- 이들 원료특성을 [Table 1]에 나타내었다. 이들 복합사의 측면 형상을 SEM(Scanning Electron Microscope, S-4300, Hitachi Co., Japan)을이용하여 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 PTT/울/모달 혼합 에어볼텍스사 편성물의 응력완화수축과 하이그랠 익스팬션을 분석하였다. 이들 원료특성이 모우가 적게 생긴다는 에어볼텍스사 구조와 관련하여 편성물 소재에 민감한 물성인 필링성을 조사하였다. [Table 5]에 아홉 가지 편성물 시료의 치수안정성과 필링특성을 보였다.
- 접촉냉감성을 평가하기 위해 10cm×10cm 시료를 준비하여 Qmax를 측정하였다.
- 편성물 시료의 역학특성을 KES-FB system(Kato TechCo, Ltd)을 이용하여 인장특성, 굽힘특성, 전단특성, 표면특성, 압축특성, 두께, 중량의 여섯 가지 특성에 대한역학량을 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용한 원료는 모달 외에 울과 PTT 섬유를 혼합하였다. PTT 섬유는 유리전이온도가 낮기 때문에 응력완화수축에 민감하며 또한 울섬유는 섬유표면의 스케일 구조 때문에 수분을 흡수할 때 길이가 늘어나는 성질, 즉 하이그럴 익스팬션 때문에 의류의 물성에는 매우 중요한 치수안정성에 나쁜 영향을 미친다.
- 편성물 시료로 사용할 합사는 20Ne와 30Ne는 2합, 40Ne는 3합 시료를 reel winder에서 준비하였다. 이 때 스판덱스 20d를 코어에 삽입하였다.
이론/모형
- KSK 0815A법에 의해 측정하였다. 27±2℃ 증류수가 담겨있는 수조에 40cm×40cm 시료를 침지시켜 충분히 흡수시켰다가 꺼내어 물방울이 더 이상 떨어지지 않을 때 측정장치(Intec.
- 수분흡수특성은 Bireck method(KSK 0815)에 의해 실험하였다. 20cm×2.
- 편성물의 치수안정성은 응력완화수축(relaxation shrinkage)과 하이그럴 익스팬션(hygral expansion)을 측정하였으며, FAST 실험표준(Li et al., 2008)에 따라 실시하였다.
- 편성물의 필링실험은 Martindal abrasion and pilling 시험기(NU-Martindale, James H. Heal Co., UK)를 사용하여 ISO 5470에 의거하여 실시하였다.
성능/효과
- [Fig. 4(d)]에서볼 수 있듯이 과도기의 열흐름량을 나타내는 Qmax 값도에어볼텍스사 편성물이 컴팩트, 링사 편성물보다 낮은 값을 보여서 온감 소재로 에어볼텍스 편성물이 더 적합한 소재임을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과는 코튼,레이온, 아크릴을 사용한 에어볼텍스사 편성물에 관한 선행연구(Das & Ishtiaque, 2004; Das et al.
- 1) 에어볼텍스사 편성물의 신축성과 압축성은 링, 컴팩트사 편성물보다 낮은 값을 보여서 촉감이 거칠며 굽힘과 전단강성 값은 더 높은 값을 나타내어 뻣뻣한 촉감을 보였다. 이는 코어 부분의 평행한 섬유다발과 간헐적이면서 주기적인 꼬임다발 형태를 가지는 에어볼텍스 사의 구조에 기인된 것으로 사료된다.
- 2) 에어볼텍스사 편성물의 인장탄성 회복도와 압축 탄성 회복도가 링, 컴팩트사 편성물보다 낮은 값을 보였으며 굽힘과 전단 히스테리시스는 오히려 더 큰 값을 나타내어 에어볼텍스사 편성물의 의복 형성성능과 봉제성이 다소 불량함을 예측할 수 있었다.
- 3) 반면, 수분의 수분흡수성과 건조성은 에어볼텍스사 편성물이 링, 컴팩트사 편성물보다 우수하였으며 열전도도는 더 낮은 값을 나타내었다. 또한 최대 열흐름량(Qmax)도 더 낮은 값을 보여 에어볼텍스사 편성물이 온감소재에 더 적합함을 확인하였다.
- 4) 에어볼텍스사 편성물의 치수안정성은 링, 컴팩트사 편성물과 큰 차이를 보이지 않았으며, 필링특성은 에어볼텍스사 편성물이 훨씬 우수한 결과를 나타내었다.
- (2012)은 PET/PTT 혼방직물, PET/레이온 혼방직물의 역학특성을 비교연구하였다. PET/PTT 혼방직물의 신축성과 탄성회복성이 PET/레이온 직물보다 우수하고, 의복 형성성능도 우수함을 밝혔으며 압축 회복성도 PET/레이온 직물보다 PET/PTT 혼방직물이 더 우수함을 확인하였다. 한편, 에어볼텍스사 및 이들의 직편성물의 쾌적물성에 관한 연구로는 수분흡수성(wicking)에 관한 연구(Das et al.
- 이들은 편성물의 물성특성치로 인장탄성 회복성, 필링, 구김회복성, 수분투과성, 보온성, 드레이프성 그리고 압축성 등을 분석하였다. PTT/울/텐셀 복합사와 PTT/밤부 복합사 편성물이 가장 우수한 물성을 보였으며 PTT/울/텐셀 복합사 편성물의 물성이 가장 불량하며 PTT/속건사/텐셀과 PTT/코튼 복합사 편성물이 중간 정도 물성을 보였다는 연구결과를 발표하였다. Lee et al.
- 3]에 에어볼텍스사 편성물의 역학량 기준 시 컴팩트와 링사 편성물들의 역학량의 상대적인 값을 도시하였다. [Fig. 3]에서 볼 수 있듯이 인장특성(EM)은 에어볼텍스사 편성물보다 링사,컴팩트사 편성물이 큰 값을 가지며 굽힘강성(B)과 전단 강성(G)은 더 낮은 값을, 그리고 압축특성(WC)도 링과컴팩트사 편성물이 더 큰 값을 보였다. 이들 결과는 [Fig.
- 한편 FAST 결과에는 없는 인장탄성 회복성(RT)과 압축탄성 회복성(RC)은 링사와 컴팩트사 편성물이 더 큰 값을 나타내어 탄성적인 물성을 보였다. 또한 굽힘과 전단 히스테리시스(2HB, 2HG)는 더 낮은 값을 가짐으로써 의복 착용 시 의복 형성성능과 봉제성이 더 우수하다는 것을 예측할 수 있다. 이러한 결과는 울/PET 에어볼텍스 직물이 링사 직물보다 촉감과 봉제성이 나쁘다는 연구결과(Li et al.
- 이들은 MVS사 직물이 링사 직물보다 두께와 무게가 높은 값을 보였으며 이는 MVS사의 구조에서 외측 파이버가 직물의 표면특성에 영향을 미침으로써 두께가 더 두꺼운 값을 보이며 또한 직물이 완화될 때MVS사의 중심부 파이버들이 수축되어 MVS 직물의 표면에 잔털이 많은 촉감을 보인다고 하였다. 또한 두 가지 직물의 역학특성치 분석에서 MVS와 링사 직물의 인장 특성에 따른 신축성은 큰 차이가 없으며 전단강성과 굽힘강성은 MVS 직물이 더 큰 값을 가짐으로써 직물이 더 뻣뻣하다는 결과를 보였다. 의류 형성성능도 링사 직물이 더 우수하며 촉감 및 봉제성도 더 우수하다고 결론지었다.
- [Table 4]에서 볼 수 있듯이 에어볼텍스사 편성물보다 링사 편성물의 의복 형성성능 값이 큰 값을 보임을 알 수 있다. 또한 세 가지 번수 모두 에어볼텍스사 편성물의 THV가 링사 및 컴팩트사에 비해 약간 낮은 값을 나타내어, 앞서 언급한 에어볼텍스사 편성물의 촉감이다소 거칠게 나타난 결과와 잘 일치함을 알 수 있었다.
- 3) 반면, 수분의 수분흡수성과 건조성은 에어볼텍스사 편성물이 링, 컴팩트사 편성물보다 우수하였으며 열전도도는 더 낮은 값을 나타내었다. 또한 최대 열흐름량(Qmax)도 더 낮은 값을 보여 에어볼텍스사 편성물이 온감소재에 더 적합함을 확인하였다.
- 이상의 결과를 종합해 보면 PTT와 울 혼합원료의 에어볼텍스사 및 편성물에의 적용 가능성을 확인할 수 있었으며, 촉감 및 의류 형성성능 및 봉제성에서 에어볼 텍스사의 부족함은 탄성이 우수한 PTT와 울을 잘 혼합하여 가능성을 찾아야 할 것으로 판단된다. 또한 흡습,건조, 열특성 및 필링성은 에어볼텍스사 편성물이 우수하여 고감성 쾌적 의류 소재로 에어볼텍스사의 장점을 산업현장에 적용할 수 있음을 확인하였다.
- 에어볼텍스사의 이러한 구조적 특성이 전단특성에서도 컴팩트와 링사 편성물에 비해 뻣뻣한 특성을 가지는 것으로 사료된다. 반면 컴팩트와 링사는 섬유들이 나선형 구조를 하므로써 에어볼텍스사편성물보다 더 탄성적인 역학특성을 보였다.
- 5]에 필링 실험결과 사진을 나타내었다. 에어볼텍스사 편성물은 필링이 잘 보이지 않으나 링과 컴팩트사 편성물의 표면에 훨씬 많은필링이 생성된 것을 확인할 수 있다. 이는 [Fig.
- 이것은 PTT와 울섬유의 탄성적인 특성과 크림프 구조가 볼텍스사 내에서 섬유 간 공극의 크기를 크게 하여 수분흡수성이 우수한 것으로 사료된다. 에어볼텍스사 편성물의 건조특성이 컴팩트, 링사 편성물보다 우수한 것은 에어볼텍스사의 구성섬유 간 공극이 컴팩트, 링사보다 커서 흡수된 수분의 증기확산이 많이 되어 건조시간이 짧은 것으로 판단된다. [Fig.
- 또한 두 가지 직물의 역학특성치 분석에서 MVS와 링사 직물의 인장 특성에 따른 신축성은 큰 차이가 없으며 전단강성과 굽힘강성은 MVS 직물이 더 큰 값을 가짐으로써 직물이 더 뻣뻣하다는 결과를 보였다. 의류 형성성능도 링사 직물이 더 우수하며 촉감 및 봉제성도 더 우수하다고 결론지었다. 이들 연구 외에 에어볼텍스사 직편성물의 물성에 관한 연구는 레이온 에어볼텍스사 편성물의 역학특성과 촉감특성을 링과 오픈엔드(open-end)사 편성물의 물성과 비교한 연구(Suzuki & Sukigara, 2012)와 에어볼텍스사 편성물의 필링특성(Ünal, 2010)에 관한 연구, 또한 PET/울 소재의 에어볼텍스사 직물의 형태안정성과 역학특성에 관한 연구(Erdumlu et al.
- , 2005)와는 상반된 결과를 나타냈다. 이 연구는 울과 일반 PET 혼방사인데 반해 본 연구에서는 울/PTT/모달의 복합사로서 나선구조인 링사에서 탄성이 뛰어난 PTT의 특성이 실의 측면부 방향의 압축탄성에 많이 기여함으로써 압축성이 높은 값을 보이는 것으로 사료된다.
- 1(a)]에서 볼 수 있듯이 에어볼텍스사 편성물보다 링사 편성물의 압축성이더 큰 값을 보였다. 이는 링사의 구조가 나선구조의 섬유배향에 의해 평행한 다발상태의 에어볼텍스사보다 측면 방향의 사의 압축탄성이 더 우수하여 압축탄성치가 더 높은 값을 보였다고 사료된다. 컴팩트사 편성물은 에어볼텍스와 링사 편성물의 중간 값을 보였으며 이는 사표면의 모우가 사내부로 들어가므로써 압축탄성이 링사보다는 낮은 값을 보였다고 사료된다.
- 1(e)]의 전단강성 역시 인장특성과 같이 에어볼텍스사 편성물이 링과 컴팩트사 편성물보다 더 큰 값을 가져 편성물의 촉감이 더 뻣뻣함을 알 수 있다. 이러한 결과는 울/PET 에어볼텍스 직물의 전단강성과 굽힘강성이 링사 직물보다 더 큰 값을 가지므로써 더 뻣뻣한 촉감을 가진다는 결과(Li et al., 2008)와 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
- 4(c)]에서 열전도도는 에어볼텍스사 편성물이컴팩트, 링사 편성물보다 20, 30, 40Ne 모든 번수에서더 작은 값을 나타내어 열전도성이 떨어짐을 나타내었다. 이와 같은 결과는 컴팩트와 링사가 에어볼텍스사보다 사 내에서 섬유들의 나선구조에 의해 실이 더 컴팩트한 구조를 보임으로써 섬유 간 공극이 작아져 공극 내의 열흐름을 방해하는 공기가 상대적으로 적으며 사 내에서 섬유들 사이의 접촉점 수와 열흐름이 많아져 열전도도가 큰 값을 보이는 것으로 사료된다. [Fig.
- 1]의 FAST 결과와 동일하였다. 한편 FAST 결과에는 없는 인장탄성 회복성(RT)과 압축탄성 회복성(RC)은 링사와 컴팩트사 편성물이 더 큰 값을 나타내어 탄성적인 물성을 보였다. 또한 굽힘과 전단 히스테리시스(2HB, 2HG)는 더 낮은 값을 가짐으로써 의복 착용 시 의복 형성성능과 봉제성이 더 우수하다는 것을 예측할 수 있다.
후속연구
- 이상의 결과를 종합해 보면 PTT와 울 혼합원료의 에어볼텍스사 및 편성물에의 적용 가능성을 확인할 수 있었으며, 촉감 및 의류 형성성능 및 봉제성에서 에어볼 텍스사의 부족함은 탄성이 우수한 PTT와 울을 잘 혼합하여 가능성을 찾아야 할 것으로 판단된다. 또한 흡습,건조, 열특성 및 필링성은 에어볼텍스사 편성물이 우수하여 고감성 쾌적 의류 소재로 에어볼텍스사의 장점을 산업현장에 적용할 수 있음을 확인하였다.
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