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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 TPU 코팅사가 적용된 직물에 열 가공공정 중에서 온도조건을 달리하여 TPU 복합직물의 인장물성, 표면특성, 발수성 변화를 살펴보고자 한다.
제안 방법
- TPU 복합직물의 측정은 시료길이 10 mm×100 mm로 인장속도 100 mm/min의 조건으로 측정하였다.
- 발수성: TPU 복합직물의 발수성은 접촉각과 표면 습윤 저항성을 측정하여 평가하였다.
- 열 가공 전과 후 TPU 복합직물의 물성 변화를 측정하기 위해 열 가공온도 조건을 150oC, 170oC, 190oC, 210oC로 달리하여 처리하였다. 열 가공은 TPU 복합직물의 상하부에 이형 필름을 위치하고 열 프레스기(Hot Plate Press, Ilshin Autoclave, Korea)를 사용하여 압력조건 약 20 kgf/mm2에서 30초간 처리하였다.
- C로 달리하여 처리하였다. 열 가공은 TPU 복합직물의 상하부에 이형 필름을 위치하고 열 프레스기(Hot Plate Press, Ilshin Autoclave, Korea)를 사용하여 압력조건 약 20 kgf/mm2에서 30초간 처리하였다. 자세한 열 가공조건은 Table 1에 나타내었다.
- 열 가공조건이 TPU 코팅 폴리에스터 원사 복합직물의 물성에 미치는 영향을 살펴보기 위해 열 가공온도를 달리하여 인장물성과 발수성 변화를 열 가공처리 전과 비교하여 살펴보았다.
- 열적특성: TPU 코팅사의 열분해거동은 TA Instrument사의 TG-DTA(모델명 SDT Q600)을 이용하여 온도조건 상온에서 500°C까지 20°C/min의 승온속도로 측정하였다.
- 접촉각은 접촉각 시험기(OCA 20, Data Physics Instruments Ltd., Germany)를 사용하여 적하된 물방울이 표면에 닿아 안정화되는 3초 후에 측정하였다.
- 표면특성:실체현미경(Xcsource Digital Microscope, Xcsource, China)을 이용하여 TPU 코팅사와 TPU 복합직물의 표면특성을 관찰하였으며 배율조건은 5배로 하였다.
대상 데이터
- TPU 복합직물은 TPU 코팅사를 사용하여 평직으로 경사와 위사의 밀도를 40×32/inch로 제직된 직물로 (주)부성텍 스텍에서 제공받아 사용하였다.
이론/모형
- 인장특성: TPU 코팅사와 TPU 복합직물의 인장성질은 Instron사의 모델명 UTM Instron 3345를 이용하여 측정하였다.
- TPU 복합직물은 TPU 코팅사를 사용하여 평직으로 경사와 위사의 밀도를 40×32/inch로 제직된 직물로 (주)부성텍 스텍에서 제공받아 사용하였다. 직물을 구성하는 TPU 코팅사는 사염 된 폴리에스터 원사 420/48의 표면에 용융 압출된 TPU를 코팅하는 건식 사코팅법으로 제조되었다. TPU 코팅 후 원사의 섬도는 1,250 데니어이었다.
- , Germany)를 사용하여 적하된 물방울이 표면에 닿아 안정화되는 3초 후에 측정하였다. 표면 습윤 저항성은 텍스타일 천-표면 습윤 저항성 측정: 스프레이 시험(KS K ISO 4920:2014)의 방법으로 시험하였다.
성능/효과
- 7배 이상 증가하였다. TPU 코팅사를 적용한 TPU 복합직물의 물성은 열 가공온도에 큰 영향을 받았으며, 열 가공온도 190°C에서 최대 인장강도 값 34.5 MPa과 ISO 5급의 우수한 발수성을 발현하였다. 이것은 TPU의 완전 융해조건에서 열 가공을 해야 만이 TPU가 직물 표면에서 필름화가 되어 TPU 고유의 특성이 잘 나타나는 것으로 판단된다.
- Figure 4는 TPU 코팅사의 단면을 촬영한 사진이다. 사진에서 볼 수 있듯이 심사인 폴리에스터 원사가 편심되지 않고 비교적 정 중앙에 위치하고 있으며 코팅된 TPU 스킨(skin) 층도 균일한 두께를 형성하고 있음을 확인했다. 폴리에스터 원사의 표면에 TPU가 약 190 µm의 두께로 균일하게 코팅이 되었으며, 폴리에스터 원사 층과 TPU 층이 33%:67%의 구성 비율로 형성되어 폴리에스터 원사 층보다는 TPU 코팅 층의 비율이 더 많다는 것을 알 수 있었다.
- 열 가공 처리 전에는 ISO 4급이었으며, 열 가공 처리 후에는 열 가공온도 190°C 처리에서만 ISO 5급으로 향상되었으며 나머지 온도조건에서는 모두 열 가공처리 전과 유사한 ISO 4급으로 판정되었다.
- 열 가공온도 150°C와 170°C 처리 후 TPU 복합직물의 절단신도 값은 각각 51.9%와 59.8%로 열 가공 처리 전의 절단신도 값 17.5%와 비교하여 약 3배 이상 증가하였다.
- 열 가공온도 150°C와 170°C 처리 후 TPU 복합직물의 접촉각은 각각 93도와 92도로 열 가공처리 전과 거의 유사한 값을 가지는 것으로 보아 유사한 발수성을 가진다는 것을 알 수 있었다.
- 열 가공온도 150°C와 170°C에서는 폴리에스터 원사 표면에 코팅된 TPU가 녹아서 직물을 구성하는 원사간의 공극을 메우나 완벽한 용융이 이루어지지 않아 심사로 사용된 폴리에스터 원사가 명확하게 관찰되지는 않으며, 열 가공온도 190°C 이상에서는 TPU가 완벽히 녹게 되어 녹은 TPU 양 증가로 인해 직물 표면에 필름 층으로 형성되고 그로 인해 심사로 사용된 폴리에스터 원사의 형태도 명확하게 나타나는 것을 관찰할 수 있었다.
- 열 가공온도 190°C 처리 후 TPU 복합직물의 접촉각은 약 103도로 발수성이 크게 향상되었다는 것을 알 수 있었다.
- Figure 10은 열 가공온도 조건에 따른 TPU 복합직물의 접촉각을 측정한 사진이다. 열 가공처리 전 TPU 복합직물의 접촉각은 91도로서 TPU 코팅사의 적용으로 이미 발수성이 좋다는 것을 알 수있었다. 열 가공온도 150°C와 170°C 처리 후 TPU 복합직물의 접촉각은 각각 93도와 92도로 열 가공처리 전과 거의 유사한 값을 가지는 것으로 보아 유사한 발수성을 가진다는 것을 알 수 있었다.
- 이를 명확히 하기 위해 제조된 TPU 코팅사의 TGA 분석을 하였고, 그 결과 Figure 8에서 보여주는 것처럼 190°C와 210°C 사이의 온도구간에서 약간의 중량감소가 나타나는 것을 확인하였다.
- 즉 TPU 코팅사가 적용된 복합직물은 열 가공을 통해 TPU 필름 층 형성 확인으로 본래 연구 목적으로 설정했던 직물의 발수성 향상을 기대할 수 있었다.
- 폴리에스터 원사의 표면에 TPU가 약 190 µm의 두께로 균일하게 코팅이 되었으며, 폴리에스터 원사 층과 TPU 층이 33%:67%의 구성 비율로 형성되어 폴리에스터 원사 층보다는 TPU 코팅 층의 비율이 더 많다는 것을 알 수 있었다.
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