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문제 정의
- 본 연구는 향후 건조기 활용에 따른 수축률 문제를 해결하고 수축률을 최소화하는 방안을 검토하고자, 건조기에 비해 수축률 변화가 적은 자연 건조 상태의 수축률 변화 양상을 분석하였다. 이를 위해 수축률의 발생 과정과 수분율의 변화에 따른 수축률의 변화 양상 및 온도와 시간의 조건에 따른 영향을 실험분석한 결과, 다음과 같은 결과를 얻었다.
제안 방법
- 건조 처리 전 모든 시료는 국내 L사의 가정용 드럼세탁기(모델명: FR17WDA)를 사용하여 표준코스(Cotton course), 세탁 온도 20±5℃ 조건에서 헹굼 1회 및 탈수 1회를 실시하였다.
- 이후 각 시료는 [Table 2]의 조건에 따라 건조 처리하였다. 공기 중 자연 건조를 위해 편평 메쉬 판 위에 건조물을 펼쳐놓는 방식을 사용하여 건조하여, 의류 및 물의 무게에 의해 발생하는 길이 방향의 늘어짐 현상을 방지하였다. 자연건조 온도 조건은 향후건조기 실험과 비교하기 위해, 건조기 설정 온도 중 가장 낮은 온도 수준인 40℃와 일반적 표준상태 온도 조건인 20℃로 설정하였고, 두 온도 조건하에서 24시간 이내 모든 시료가 완전 건조가 발생할 수 있는 습도 상태를 예비실험을 통해 설정하였다.
- 그리고 수분율의 변화가 나타나지 않는 상태의 완전 건조 후의 길이 변화를 측정하였고, 다시 표준상태 60±5%RH, 20℃의 인공기후실에서 24시간 컨디셔닝한 후 길이를 측정하였다.
- 반복 처리에 의한 수축률 차이를 분석하기 위해, 위와 같은 과정을 5회까지 반복하여 측정하였다.
- 건조 처리 전 모든 시료는 국내 L사의 가정용 드럼세탁기(모델명: FR17WDA)를 사용하여 표준코스(Cotton course), 세탁 온도 20±5℃ 조건에서 헹굼 1회 및 탈수 1회를 실시하였다. 세탁 및 건조 과정에서 피시험물의 무게에 따른 차이를 없애고자, 세탁기에서 제시하는 기준 세탁물의 무게에 따라 실험대상 시료와 함께 더미로드(Dummy load)를 사용하여 전체의 무게를 동일하게 조정하였다. 탈수 후 편평한 테이블 위에서 미리 표시해둔 길이의 변화를 측정하여, 세탁 과정에서 발생한 수축률을 평가하였다.
- 세탁 및 건조, 컨디셔닝 과정을 거쳐 각각의 단계에서 길이를 측정하였다. 최종 수축률은 시료에 따라 수축률의 변화가 방향에 따라 큰 차이가 없어 웨일, 코스 방향 수축률을 측정한 후 평균값으로 계산하였다(Eq.
- 시료 선정을 위해 국내 대형 SPA 의류 매장을 대상으로 시판되는 의류 소재의 빈도수를 사전조사한 후, 세탁기 사용이 가능한 의류 중 가장 높은 빈도수를 차지하는 시료 31종을 선택하여 세탁 및 건조를 5회 반복 후 수축률을 측정하였다. 평균 수축률 10% 이상을 나타낸 시료 10종에 대해 수축률에 대한 확인 실험을 거쳐, 높은 수축률을 나타낸 시료를 기준으로 최종 3종을 선정하였다.
- 본 연구는 향후 건조기 활용에 따른 수축률 문제를 해결하고 수축률을 최소화하는 방안을 검토하고자, 건조기에 비해 수축률 변화가 적은 자연 건조 상태의 수축률 변화 양상을 분석하였다. 이를 위해 수축률의 발생 과정과 수분율의 변화에 따른 수축률의 변화 양상 및 온도와 시간의 조건에 따른 영향을 실험분석한 결과, 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 공기 중 자연 건조를 위해 편평 메쉬 판 위에 건조물을 펼쳐놓는 방식을 사용하여 건조하여, 의류 및 물의 무게에 의해 발생하는 길이 방향의 늘어짐 현상을 방지하였다. 자연건조 온도 조건은 향후건조기 실험과 비교하기 위해, 건조기 설정 온도 중 가장 낮은 온도 수준인 40℃와 일반적 표준상태 온도 조건인 20℃로 설정하였고, 두 온도 조건하에서 24시간 이내 모든 시료가 완전 건조가 발생할 수 있는 습도 상태를 예비실험을 통해 설정하였다. 최종 의류 건조는 상대습도 35±5%RH에서 20℃와 40℃의 온도로 조정되는 인공기후실에서 건조하였고, 30분 간격으로 180분간 무게와 길이 변화를 측정하여 시간에 따른 수분율과 수축 패턴을 분석하고, 최종 24시간 이후 길이 변화를 측정하였다.
- 최종 선정된 시료는 세탁 및 건조 처리 전 20±2℃와 60±5%RH 상태에서 최소 24시간 컨디셔닝 후, 수축률 측정을 위해 가로 · 세로 방향으로 각각 20×20cm의 길이를 표시하여 준비하였다.
- 최종 의류 건조는 상대습도 35±5%RH에서 20℃와 40℃의 온도로 조정되는 인공기후실에서 건조하였고, 30분 간격으로 180분간 무게와 길이 변화를 측정하여 시간에 따른 수분율과 수축 패턴을 분석하고, 최종 24시간 이후 길이 변화를 측정하였다.
- 세탁 및 건조 과정에서 피시험물의 무게에 따른 차이를 없애고자, 세탁기에서 제시하는 기준 세탁물의 무게에 따라 실험대상 시료와 함께 더미로드(Dummy load)를 사용하여 전체의 무게를 동일하게 조정하였다. 탈수 후 편평한 테이블 위에서 미리 표시해둔 길이의 변화를 측정하여, 세탁 과정에서 발생한 수축률을 평가하였다.
대상 데이터
- 시료 선정을 위해 국내 대형 SPA 의류 매장을 대상으로 시판되는 의류 소재의 빈도수를 사전조사한 후, 세탁기 사용이 가능한 의류 중 가장 높은 빈도수를 차지하는 시료 31종을 선택하여 세탁 및 건조를 5회 반복 후 수축률을 측정하였다. 평균 수축률 10% 이상을 나타낸 시료 10종에 대해 수축률에 대한 확인 실험을 거쳐, 높은 수축률을 나타낸 시료를 기준으로 최종 3종을 선정하였다. 최종 본 실험에서 사용된 시료는 [Table 1]과 같다.
데이터처리
- 세탁 및 건조, 컨디셔닝 과정을 거쳐 각각의 단계에서 길이를 측정하였다. 최종 수축률은 시료에 따라 수축률의 변화가 방향에 따라 큰 차이가 없어 웨일, 코스 방향 수축률을 측정한 후 평균값으로 계산하였다(Eq. 1).
성능/효과
- 1. 최종 의류 소재에 나타난 수축 현상을 세탁 과정과 건조 과정으로 분류한 결과, 시료에 따라 다른 결과가 나타났다. 일반적으로 평편 니트 소재의 경우 전체 수축의 80.
- 4]는 초기 180분 건조 시간 직후 수축률과 24시간 후 완전 건조되었을 때 수축률 값을 비교하여 보여주는데, PJ_40℃와 MJ_40℃는 180분 이내 완전 건조가 이루어져 더 이상 수축이 발생하지 않은 것에 비해, 다른 경우는 건조가 진행됨에 따라 수축이 증가하고 있음을 알 수 있다. 180분 이후 24시간까지의 수축의 증가율는 온도가 낮은 시료에서 크게 발생하였고, 특히 180분 동안 내부 수분의 증발이 거의 일어나지 않은 LJ_20℃의 건조 조건하에서 180분 이후 수축률 증가가 가장 크게 나타났다.
- 2. 1회 처리 시 완전 건조 후 수축률은 시료에 관계없이 40℃가 20℃ 저온에 비해 다소 높게 나타났다. 건조 온도가 높을 경우 급격한 긴장의 이완이 수축을 촉진하는 것으로 사료되나, 정확한 원인을 분석하기 위해서는 온도와 구조학적 변화에 대한 별도의 추가적 검토가 필요한 것으로 판단된다.
- 3. 건조 시간에 따라 수분율의 변화를 살펴본 결과, 온도가 높고, 시료가 느슨하고 가벼울수록 수분율이 빠르게 감소하였고, 가장 빠른 건조를 보인 조건은 MJ(메쉬) 니트 소재를 40℃ 고온에서 건조하는 경우로, 90분 이내에 수분율 0.0% 수준의 완전 건조 상태에 도달하였으며, 이 경우 변화 양상은 초기 급격한 감소 이후 완만해지는 곡선을 보였다.
- 4. 수분율 감소에 따른 수축률 변화는 소재에 따라 다소 다른 양상을 보였는데, 평편 시료 및 라코스테 시료는 수분율 30.0% 내외 범위에서 수축률이 완만해지는 구간을 보이는데, 이것은 표면의 수분율 급격하게 감소하는 초기 상태 이후 내부의 수분이 증발하는 구간에서 수축이 다소 완화되었다가 내부의 수분이 일정 정도 이상 증발했을 때 다시 수축이 급격하게 증가하는 현상에 기인한 것으로 판단된다.
- 5. 자연 건조 상태에서는 온도에 관계없이 세탁 및 건조 처리 반복에 따라 수축률의 변화는 크지 않았고, 대부분의 수축은 1회 처리에 발생하는 것으로 나타났다.
- 온도에 따라서는 40℃의 건조가 20℃보다 빠른 속도의 건조를 보이고 있으며, 따라서 전체 조건 중 가장 빠른 건조는 MJ_40℃(메쉬 조직 편성물, 40℃ 건조)로 단위면적당 무게가 가장 가벼운 편성물을 높은 온도 조건에서 건조한 시료에 해당된다. MJ_40℃는 건조 시간 90분 정도에서 수분율 0% 수준에 도달하여 완전 건조되는 반면, MJ_20℃(메쉬 조직 편성물 20℃ 건조)는 동일한 시료지만 건조 온도가 20℃로 낮아 건조시간 180분까지도 건조가 진행되며, 수분율 4% 수준을 유지하고 있었다.
- 0% 수준의 수축은 건조 중 발생함을 나타낸다. 메쉬 조직 편성물(MJ)은 세탁 중 전체 수축률의 32.0~38.0%가 발생하였고 나머지 수축 62.0~68.0%는 건조 과정 중 발생함을 알 수 있었다.
- 1]은 공기 중 180분 동안 건조 시간에 따른 시료의 수분율 변화를 나타낸 그래프이다. 시료에 따라 가장 빠른 건조 속도를 보이는 것은 단위면적당 무게가 가장 가벼운 MJ(메쉬 조직 편성물)로 나타났으며, 가장 느린 속도는 단위면적당 무게가 무겁고, 실의 굵기가 굵은 LJ(라코스테 조직 편성물)로 나타났다. PJ와 MJ는 사용한 실의 굵기가 유사하나, 조직의 밀도와 구조에 있어서, MJ가 다소 느슨한 편으로 단위면적당 무게가 가벼워, PJ에 비해 건조가 빠르게 나타난다.
- 또한 세탁 및 건조에 의한 수축률은 3회 처리를 비교한 Mikučionienė and Laureckienė(2009)의 결과에서도 1회 처리 시 가장 높은 수축률을 보이고 처리가 반복될수록 수추율의 변화가 적어지는 양상과 유사한 결과이다. 시료에 따라서는 대부분 시료와 건조 조건하에서 반복 횟수에 따라 큰 차이가 없었지만, LJ를 40℃ 건조한 경우는 5회 반복 시 4.0% 수준까지 증가하였다.
- 온도에 따른 수축률의 차이를 비교하면, PJ는 최종 수축률이 40℃와 20℃에서 각각 8.7%과 7.7%, LJ는 2.6%과 2.1%, MJ는 4.6%과 4.1%의 값으로, 20℃ 저온이 수축 감소에 유리한 것으로 나타났다. Higgins et al.
- 위의 결과를 요약하면, 세탁물은 세탁 직후에 수축이 발생하는데, 세탁 과정에서 발생하는 수축률은 시료의 조직에 따라 차이가 있고, 평편 조직(PJ)의 수축이 가장 크게 나타났다. 이는 시료에 나타난 최대 수축을 100.
- 이러한 현상은 PJ에서 명확하게 볼 수 있으며, LJ에서도 약간의 경향성을 나타내었으나, 건조가 급격하게 일어나는 MJ는 둔화되는 패턴보다는 직선적 변화만을 볼 수 있었다. MJ는 초기 30분 이내에수분율이 60.
- 0% 수준에 해당된다. 이에 비해 라코스테 편성 조직(LJ)은 세탁 과정에 발생한 수축이 1.0% 미만으로 거의 없었으나, 자연 건조에 따라 수축이 크게 증가하였고, 전체 최대 수축에 대해 약 23.0% 수준의 수축이 세탁 중 발생하였고 나머지 76.0% 수준의 수축은 건조 중 발생함을 나타낸다. 메쉬 조직 편성물(MJ)은 세탁 중 전체 수축률의 32.
- PJ와 MJ는 사용한 실의 굵기가 유사하나, 조직의 밀도와 구조에 있어서, MJ가 다소 느슨한 편으로 단위면적당 무게가 가벼워, PJ에 비해 건조가 빠르게 나타난다. 이와는 달리 LJ는 사용한 실의 굵기가 다른 시료에 비해 굵고 턱 조직의 특성상 두께가 두꺼워지고, 단위면적당 무게는 크게 나타났고, 건조 속도 또한 모든 조건에서 상대적으로 가장 늦게 나타났다.
- 이는 수분의 증발이 표면에서 급격하게 이루어진 이후, 소재 내부의 수분이 증발됨에 따라 수축 속도가 완만해지며, 이후 내부 증발이 일정 수준을 초과하면 팽윤되었던 실과 섬유가 줄어들기 시작하면서 수축이 다시 급격하게 발생하기 때문이다. 일반적으로 이 지점에서 텀블 건조와 같이 외부적 힘이 작용할 경우 수축이 촉진되는데, 본 연구에서는 외부의 힘이 거의 없는 자연 건조 상태에서도 중간에 수축이 둔화되는 현상이 발생함을 알 수 있었다.
후속연구
- • 자연 건조 상태에서 수축률에 미치는 건조 온도 영향력을 평가하고, 향후 건조기 사용 시 온도의 영향력과 비교할 수 있는 자료를 확보한다.
- 이러한 현상은 PJ에서 명확하게 볼 수 있으며, LJ에서도 약간의 경향성을 나타내었으나, 건조가 급격하게 일어나는 MJ는 둔화되는 패턴보다는 직선적 변화만을 볼 수 있었다. MJ는 초기 30분 이내에수분율이 60.0% 수준에서 20.0% 이내로 급격한 변화를 보여 이 구간 내에서 둔화되는 패턴의 관찰이 어려울 수 있을 것으로 판단되며, 향후 급격한 수분율 변화를 보이는 시료는 시간 변화 구간을 짧게 하여, 시간에 따른 수분율 변화에 대한 수축률 변화 패턴을 분석하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
- 1회 처리 시 완전 건조 후 수축률은 시료에 관계없이 40℃가 20℃ 저온에 비해 다소 높게 나타났다. 건조 온도가 높을 경우 급격한 긴장의 이완이 수축을 촉진하는 것으로 사료되나, 정확한 원인을 분석하기 위해서는 온도와 구조학적 변화에 대한 별도의 추가적 검토가 필요한 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구는 향후 의류 건조기 사용이 확대될 것으로 예상되는 우리나라 시장에서 의류 수축 문제를 해결하는 건조 조건 매커니즘 개발을 위한 첫 번째 단계로, 건조기의 수축률 감소의 목표 품질 수준을 외부 힘이 작용하지 않는 공기 중 자연 건조 상태로 설정하고, 이에 대한 기초 자료를 확보하여 건조기 사용에 따른 수축 영향에 대한 후속연구에 활용할 계획이다. 본 연구의 세부 목적은 다음과 같다.
- 또한 건조 과정에서 건조 온도와 시료 종류에 따라 건조 속도 및 수분율 변화 패턴, 그리고 수축률에 차이를 보이는데, 이는 향후 건조기 알고리즘 개발에 있어 온도, 건조 속도 및 변화 패턴이 수축률에 영향을 미치는 요인이 될 수 있음을 의미한다. 따라서 후속연구로 기계 건조기 사용에 있어 시료의 종류와 온도, 건조 속도 및 변화 양상, 그리고 텀블링과 같은 외부적 힘이 수축률 변화에 어떤 영향을 미치는지 분석하고, 자연 건조에 대한 본 연구결과와 비교함으로써 수축률을 감소시킬 수 있는 방안을 검토할 예정이다.
- 이와 같은 결과는 시료 종류에 따라 세탁과 건조 과정에서 발생하는 수축률에 차이가 있다는 것을 나타내며, 이는 수축이 발생하는 과정이 시료의 상태에 따라 상이할 수 있고, 향후 수축을 감소시키는 조건의 도출을 위해서는 세탁과 건조 전 과정에 대한 분석과 이해가 필요하다는 점을 시사하고 있다. 또한 건조 과정에서 건조 온도와 시료 종류에 따라 건조 속도 및 수분율 변화 패턴, 그리고 수축률에 차이를 보이는데, 이는 향후 건조기 알고리즘 개발에 있어 온도, 건조 속도 및 변화 패턴이 수축률에 영향을 미치는 요인이 될 수 있음을 의미한다. 따라서 후속연구로 기계 건조기 사용에 있어 시료의 종류와 온도, 건조 속도 및 변화 양상, 그리고 텀블링과 같은 외부적 힘이 수축률 변화에 어떤 영향을 미치는지 분석하고, 자연 건조에 대한 본 연구결과와 비교함으로써 수축률을 감소시킬 수 있는 방안을 검토할 예정이다.
- 위의 연구를 바탕으로 한 자연 건조의 수축률 결과는 향후 건조기 활용에 의한 수축률 실험결과와 비교함으로써 건조기 사용에 따른 수축률 감소의 목표값을 설정하고, 수축률 감소를 위한 건조기 알고리즘 개발을 위한 후속연구에 활용하였다.
- 이와 같은 결과는 시료 종류에 따라 세탁과 건조 과정에서 발생하는 수축률에 차이가 있다는 것을 나타내며, 이는 수축이 발생하는 과정이 시료의 상태에 따라 상이할 수 있고, 향후 수축을 감소시키는 조건의 도출을 위해서는 세탁과 건조 전 과정에 대한 분석과 이해가 필요하다는 점을 시사하고 있다. 또한 건조 과정에서 건조 온도와 시료 종류에 따라 건조 속도 및 수분율 변화 패턴, 그리고 수축률에 차이를 보이는데, 이는 향후 건조기 알고리즘 개발에 있어 온도, 건조 속도 및 변화 패턴이 수축률에 영향을 미치는 요인이 될 수 있음을 의미한다.
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