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문제 정의
- 또한 여러 선행연구에서 풍속, 두께, 충진밀도 등 다양한 조건에 따른 부직포의 열적 특성과 보온성에 관하여 보고가 되었고[15−19], 패딩을 이용하여 보온율(%)을 보온력 clo 값으로 전환시킬 수 있는 모델이 제안[20]되었다. 그러므로 본 연구의 목적은 충진밀도가 일정한 고보온성 패딩의 중량과 두께가 증가함에 따라 보온율과 보온력의 거동을 살펴보고자 한다. 이를위해 본 연구에서는 보온율 44.
제안 방법
- 보온력 평가: 보온력을 평가하기 위하여 KS K 0466 시험방법을 따랐으며, 가공된 면을 위로 하여 시험판과 가열판을 충분히 덮을 수 있는 크기의 시험편을 가열판 위에 펼쳐 놓고 시험판과 밀착되게 하였다. 가열판의 온도가 규정온도에 도달되도록 한 후, 시험편과 공기의 수분상태가 평형이 되도록 하고, 시험판 온도 및 입력된 전력이 상수가 되도록 하였다. 이때의 온도의 변동 범위는 ±0.
- 발열체의 표면에서 시험편 외부로 유출되는 열량이 일정해져 발열체의 표면 온도가 일정한 값을 나타내는 시점부터 측정을 시작하여 2시간 후 시험편을 투과하여 방산된 열손실을 구하였다. 그리고 시험 중에 발열체가항온을 이루고 있는지를 점검하였다. 이때 온도의 변동 범위는 ±0.
- 5 ℃가 되도록 하였다. 또한 발열체에 시험편을 덮지 않은 상태로 위와 같은 시험을 실시하여 시험편이 없는 상태의 방산된 열손실을 구하여 다음 식에 따라 보온율(%)을 계산하였다.
- 이때시험편을 최대한 발열체와 밀착하여 공기층이 형성되지 않도록 하였다. 발열체의 표면에서 시험편 외부로 유출되는 열량이 일정해져 발열체의 표면 온도가 일정한 값을 나타내는 시점부터 측정을 시작하여 2시간 후 시험편을 투과하여 방산된 열손실을 구하였다. 그리고 시험 중에 발열체가항온을 이루고 있는지를 점검하였다.
- 본 연구는 패딩이 고보온성일때 보온율 범위 44.9−96.8%와 clo 범위 0.6−17.2에서 패딩의 중량과 두께의 변화에 대해 보온율과 clo 값이 어떤 거동 특성을 보이는가에 대해 실험하고 그 결과를 고찰하였으며, 결과는 아래와 같다.
- 시료 C와 F에 대하여 각각 시험편을 누적하면서 보온율과 보온력 시험을 실시하였으며, 그 결과는 Table 3과 같다. 실험번호 1은 시험 장치에서 시험편을 시험할 때 시험편번호가 1번만 해당되어 누적시험편수 1개이고, 이때 무게와 두께, clo와 보온율는 각각 기본적인 값인 44.
- 실험번호 1은 시험 장치에서 시험편을 시험할 때 시험편 번호가 1번만 해당되어 누적시험편수 1개이고, 실험번호 2는 시험 장치에서 시험편을 시험할 때 시험편 번호가 1, 2번이 해당되도록 하여 누적시험편수 2개가 되며, 이런 방법으로 실험번호 6번까지는 번호가 증가할 때마다 각각 시험편 1개씩을 추가하여 실험하였고, 실험번호 7−11번은 실험번호가 증가할 때마다 각각 시험편 2개씩 추가시켜 실험하였으며, 실험번호 12−14번은 실험번호가 증가할 때마다 각각시험편 3개씩 추가시켜 실험하였다.
대상 데이터
- 각 시험편은 동일한 경사 방향, 위사 방향이 들어 있지 않도록 하였으며, 시험편의 크기는 보온성과 무게의 관계가 1:1로 대응성을 확보하기 위하여 보온성시험기에서 측정하던 보온성 시험편을 그대로 이용하여 50 cm×50 cm로 준비하였다.
- 그리고 시험편은 KS K 0901의 표준상태에서 4시간 이상 컨디셔닝(conditioning)하였으며 시험기의 항온발열체를 완전히 덮을 수 있는 크기(50 cm×50 cm)로 채취하였다.
- 본 연구에 사용된 고보온성 부직포 시료는 두 종류(C와 F)로, 시료 특성은 아래 Table 1과 같다. 시료 C는 세섬도 폴리에스터 섬유 59.
- 시료 제작 및 구성: 소면기법으로 웹을 만들어 열적 본딩(thermal bonding)으로 섬유결합을 시킨 부직포 15 m 크기의 시료를 제작 후, 총 25개의 시험편을 채취하였다. 실험번호 1은 시험 장치에서 시험편을 시험할 때 시험편 번호가 1번만 해당되어 누적시험편수 1개이고, 실험번호 2는 시험 장치에서 시험편을 시험할 때 시험편 번호가 1, 2번이 해당되도록 하여 누적시험편수 2개가 되며, 이런 방법으로 실험번호 6번까지는 번호가 증가할 때마다 각각 시험편 1개씩을 추가하여 실험하였고, 실험번호 7−11번은 실험번호가 증가할 때마다 각각 시험편 2개씩 추가시켜 실험하였으며, 실험번호 12−14번은 실험번호가 증가할 때마다 각각시험편 3개씩 추가시켜 실험하였다.
- 이를위해 본 연구에서는 보온율 44.9−96.8%와 0.6−17.2 clo 값을 갖는 고보온성 패딩 부직포 소재를 대상으로 하였다.
데이터처리
- 다음은 두께와 clo 사이에 직선식이 존재하는지 여부를 검증하기 위해 분산분석을 실시하였다. Table 7의 분산분석결과 시료 C와 F 모두에서 회귀요인에 의한 변동이 잔차요인에 의한 변동보다 매우 크다.
- 다음은 중량과 clo 사이에 직선식이 존재하는지 여부를 검증하기 위해 분산분석을 실시하였다. Table 5의 분산분석결과 시료 C와 F 모두에서 회귀요인에 의한 변동이 잔차요인에 의한 변동보다 매우 크다.
이론/모형
- 두께 시험방법: 시료의 두께의 경우 시료 C는 KS K 0329측정법, 시료 F는 KS K ISO 9073-2 측정법에 따라 두께를 측정한 다음 평균치로 나타내었다.
- 무게 시험방법: 고보온성 패딩 시료의 무게와 보온성 간의 관계를 고찰하기 위하여 KS K 0901 표준상태에서 24시간 이상 컨디셔닝한 후 아래 식에 따라 무게를 측정하였다.
- 무게 측정: KS K 0514의 시험방법으로 시료를 평평한 대위에 펼쳐 놓고 부자연스러운 구김이나 장력이 없도록 하여 양변으로부터 전폭의 1/10 이상 떨어진 부분에서 시험편을 채취하였다. 각 시험편은 동일한 경사 방향, 위사 방향이 들어 있지 않도록 하였으며, 시험편의 크기는 보온성과 무게의 관계가 1:1로 대응성을 확보하기 위하여 보온성시험기에서 측정하던 보온성 시험편을 그대로 이용하여 50 cm×50 cm로 준비하였다.
- 보온력 평가: 보온력을 평가하기 위하여 KS K 0466 시험방법을 따랐으며, 가공된 면을 위로 하여 시험판과 가열판을 충분히 덮을 수 있는 크기의 시험편을 가열판 위에 펼쳐 놓고 시험판과 밀착되게 하였다. 가열판의 온도가 규정온도에 도달되도록 한 후, 시험편과 공기의 수분상태가 평형이 되도록 하고, 시험판 온도 및 입력된 전력이 상수가 되도록 하였다.
- 보온성 시험기: 보온율과 보온력(clo)을 평가하기 위하여 KS K 0466에 규정된 방법으로 시험을 할 수 있는 보온성 시험기(제작사: INTEC, 모델명: AW-2)를 사용하였다.
- 보온율 평가: 보온율을 평가하기 위하여 KS K 0560 시험법에 따라 표준상태에서 항온법으로 실시하였으며, 가공된 면을 위로 하여 시험편을 발열체 위에 덮어 놓는다. 이때시험편을 최대한 발열체와 밀착하여 공기층이 형성되지 않도록 하였다.
- 보온율과 보온력의 측정: KS K 0560 방법으로 측정한 보온율(%) 값과 KS K 0466 방법으로 측정한 clo 값의 1:1대응성을 확보하기 위해 각각의 시험방법에서 사용한 시험편은 동일한 시험편을 이용하였으며 패딩을 경사방향으로 놓을 때 폭의 양변으로부터 전폭의 1/10 이상 떨어지고 양끝으로부터 1 m 이상 떨어진 부분에서 채취하였고, 각각의 시험편은 동일한 경사와 위사 방향이 포함되지 않도록 하였다. 그리고 시험편은 KS K 0901의 표준상태에서 4시간 이상 컨디셔닝(conditioning)하였으며 시험기의 항온발열체를 완전히 덮을 수 있는 크기(50 cm×50 cm)로 채취하였다.
- 대개 보온성 소재로는 오리털이나 솜과 같이 정지공기층(dead air)을 부여하는 재료를 이용하며, 공기를 가둠으로써 열이 밖으로 빠져나가지 못하게 한다. 이러한 보온재의 보온성을 측정하는 방법 중의 하나로 직물의 보온성을 측정하는 방법인 KS K 0560의 측정방법 중 항온법(A법)을 사용하며 보온성능을 보온율(%)로 나타낸다[1].
성능/효과
- 1. 패딩 중량 증가에 따른 보온율의 거동과 두께 증가에 따른 보온율의 거동은 거의 동일한 거동 특성을 나타내었다. 세부적으로 고보온성 패딩일 때에 패딩의 중량이나 두께가 작은 경우에 중량이 증가하면 보온율(%)은 기울기가 거의 일정하여 거의 비례관계가 나타나다가 일정한 시점부터 기존 연구와 다르게 초기보다 중량에 대한 보온율(%)의 증가율이 점점 작아져서 중량이나 두께에 따른 보온율의 비례관계가 나타나지 않는다.
- 2. 패딩 중량 증가에 따른 clo의 거동과 두께 증가에 따른 clo의 거동은 거의 동일한 거동 특성을 나타내었다. 세부적으로 고보온성 패딩일 경우에 패딩 중량이나 두께가증가하면 clo는 비례적으로 증가하는 거동 특성을 보였다.
- Table 5의 분산분석결과 시료 C와 F 모두에서 회귀요인에 의한 변동이 잔차요인에 의한 변동보다 매우 크다. 따라서 도출된 회귀식의 유의성을 나타내는 p 값이 시료 C와 F 모두에서 0.000으로 유의수준 5%보다도 매우 작아 회귀식이 유의한 의미가 있음이 검증되어 중량과 clo 사이에 비례성을 나타내는 선형회귀식이 존재한다고 할 수 있다.
- Table 7의 분산분석결과 시료 C와 F 모두에서 회귀요인에 의한 변동이 잔차요인에 의한 변동보다 매우 크다. 따라서 도출된 회귀식의유의성을 나타내는 p 값이 시료 C와 F 모두에서 0.000으로 유의수준 5% 보다도 매우 작아 회귀식이 유의한 의미가 있음이 검증되어 두께와 clo 사이에 비례성을 나타내는 선형회귀식이 존재한다고 할 수 있다.
- 패딩 중량 증가에 따른 clo의 거동과 두께 증가에 따른 clo의 거동은 거의 동일한 거동 특성을 나타내었다. 세부적으로 고보온성 패딩일 경우에 패딩 중량이나 두께가증가하면 clo는 비례적으로 증가하는 거동 특성을 보였다.
- 시료 C인 경우 총 변동 중 회귀선에 의해 설명되는 변동이 차지하는 비율을 나타내는 결정계수 R²(%)과 수정결정계수 R²adj (%)은 각각 99.7%, 99.6%로 매우 커고, 시료 F인 경우 결정계수 R²(%)과수정결정계수 R²adj (%)은 각각 96.6%, 96.3%로 매우 커서 회귀식에서 설명변수인 중량이 매우 정밀하게 목적변수인 clo를 설명한다고 할 수 있다.
- 9%을 나타내고 있다. 실험번호 2는 시험 장치에서 시험편을 시험할 때 시험편 번호가 1, 2번이 해당되도록 하여 누적시험편수 2개가 되며, 이때 무게와 두께, clo는 시험편수 1개 일 때인 기본적인 값의 약 2배로 증가한 값을 나타내고 있으며 보온율은 시험편수 1개일 때의 기본값보다 시료 C인 경우 18% 증가된 62.9%를 나타내었고 시료 F인 경우 15.9% 증가된 74%를 나타내었다. 실험번호 3은 시험 장치에서 시험편을 시험할 때 시험편 번호가 1, 2,3번이 해당되도록 하여 누적시험편수 3개가 되며, 이때 무게와 두께, clo는 기본적인 값의 약 3배로 증가한 값을 나타내고 있으며 보온율은 시험편수 2개일 때의 값 보다 시료 C인 경우 9.
- 9% 증가된 74%를 나타내었다. 실험번호 3은 시험 장치에서 시험편을 시험할 때 시험편 번호가 1, 2,3번이 해당되도록 하여 누적시험편수 3개가 되며, 이때 무게와 두께, clo는 기본적인 값의 약 3배로 증가한 값을 나타내고 있으며 보온율은 시험편수 2개일 때의 값 보다 시료 C인 경우 9.7% 증가된 72.6%를 나타내었고 시료 F인 경우 7.3% 증가된 81.3%를 나타내었다.
- 이렇게 무게와 두께, clo와 보온율의 수치적 변화에서 일정한 규칙이 나타나는데 무게와 두께 그리고 clo는 최초 시험편수 1개 일 때의 각각의 값에 누적시험편수를 곱한 값과 유사한 값을 나타내어 개략적인 비례관계가 있는 것으로 예상되었으며, 보온율은 최초시험편수에서 시험편수를 누적할수록 증가율이 점차 감소하는 경향을 보였다.
- 이상에서 패딩 두께 증가에 따른 clo의 거동 특성은 기여율이 매우 커서 선형회귀식에서 설명변수인 두께가 매우 정밀하게 목적변수인 clo를 설명한다고 할 수 있고, 분산분석에서 두께와 clo 사이에 선형회귀식이 존재한다고 할 수 있어 보다 명확하게 비례성을 입증하는 것이라 판단할 수 있다.
- 이상에서 패딩 중량 증가에 따른 clo의 거동 특성은 기여율이 매우 커서 선형회귀식에서 설명변수인 중량이 매우정밀하게 목적변수인 clo를 설명한다고 할 수 있고, 분산분석에서 중량과 clo 사이에 선형회귀식이 존재한다고 할 수 있어보다 명확하게 비례성을 입증하는 것이라 판단할 수 있다.
후속연구
- 이와 같이 물성이 변함에 따라 보온율과 열저항 등 보온성능이 어떻게 달라지는지에 대한 저보온성 소재의 연구는 어느 정도 진행되어 왔다. 그러나 고보온성 소재의 경우 특히 최근에, 37.2 mm의 두께에서도 보온율 96.8%를 나타내는 고보온성 패딩이 개발[4]됨에 따라 이를 이용하여 두께나 중량의 증가에 따른 고보온성 패딩의 보온율 변화를 연구할 필요가 있다. 보온율 뿐만 아니라 열저항의 일종인 의복보온력(clo) 역시 고보온성패딩의 두께나 중량에 따른 clo 값 변화에 관한 연구가 필요하다.
- 8%를 나타내는 고보온성 패딩이 개발[4]됨에 따라 이를 이용하여 두께나 중량의 증가에 따른 고보온성 패딩의 보온율 변화를 연구할 필요가 있다. 보온율 뿐만 아니라 열저항의 일종인 의복보온력(clo) 역시 고보온성패딩의 두께나 중량에 따른 clo 값 변화에 관한 연구가 필요하다. 보온력 clo 값은 직물 또는 편성물의 보온성 시험법인 KS K 0466로 시험하거나 ASTM D 1518, F 1291, F1720등[5−8]에 따라 평가하는데, 이때 시험 가능한 보온재의 두께에 제한(50 mm 미만)이 있다.
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