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문제 정의
- 특히 유럽과 미주지역의 무역 상거래에 있어서 최근 요구되는 ISO 규격과 기존의 국내 KS 규격 사이의 투습성의 비교연구는 중소기업에 중요한 정보를 줄 것으로 예측된다. 따라서 본 연구에서는 필라멘트와 스테이플 섬유와의 시스코어(sheath/core), 사이로필(siro-fil) 복합사 구조와 최근 친환경, 흡한속건소재로 많이 사용되는 소재인 쿨맥스, 텐셀, 그리고 뱀부섬유들의 특성에 따른 고감성 복합 소재 직물의 투습성이 실험방법에 따라 어떤 차이가 있는지 분석하여 섬유 및 의류기업현장에서의 생산과 무역 거래에 필요한 기초연구를 수행하고자 한다.
- 수분증기 이동특성을 측정하는 방법에 있어서 증기입자의 확산과 대류에 기초한 KSK 0954법과 습열입자의 확산과 대류 그리고 열의 이동에 관한 전도, 대류, 복사의 메커니즘을 함께 고려한 KSK ISO 11092법에 의한 두 가지 측정결과와 순수한 전도에 관한 건열이동특성 실험결과의 상관성을 확인해 보고자 하였다. 사의 구조와 섬유특성이 건열이동특성에 어떠한 영향을 보이는가를 분석하기 위해 시료에 따른 열전도도 결과를 [Fig.
제안 방법
- (b)]에 보인 수분율 측정장치(HR200, AND, 일본)에서 초기무게(W1)를 측정하고 27±2℃의 증류수에 시료를 3시간 이상 침지시켜 충분히 흡수되게 한 후 꺼내어 10분 후에 시료무게(W)를 측정하여 (W−W1)값을 증발성 자유 수분량(mass, g)으로 하고 3회 평균치를 건조율로 하였다.
- 래피어 직기(pi-canol gamma, 벨기에)를 이용하여 준비된 8종의 실로 직물을 제직하였다. 15종의 평직 조직의 직물시료를 각각 30y씩 제직하였으며 염색과 가공을 진행하였다. [Table 1]에 본 연구에서 사용한 직물시료 특성을 나타내었다.
- 27±2℃ 증류수가 담겨있는 수조에 40×40cm 시료를 침지시켜 충분히 흡수시켰다가 꺼내어 물방울이 더 이상 떨어지지 않을 때 측정장치(IT-ACD, INTEC Co. Ltd,일본)에 시료를 걸고 표준상태에서 자연건조될 때까지 시간(time, min)을 계측기의 센서에 의해 건조율(drying rate)로 측정하였다.
- 5×5cm 크기의 직물시료를 3개 준비하여 정상상태에서의 열손실을 측정하고 [Eq. 9]에 의해 열전도도(K, W/cm℃)를 측정하였다.
- KES-F7(Thermolabo II, Kato Tech., Co., 일본) 계측기를 사용하여 열전도도를 측정하였으며 항온항습실(실내 온도 22±1℃, 70±5%R.H.)에서 측정하였다.
- Qmax는 항온 항습실(실내 온도 22±1℃, 70± 5%R.H.)에서 순간 열유속 최대치(Qmax, cal/sec · cm2)를측정하였다.
- 경사로 사용될 3종의 실을 사이로 링 정방기에서 제조하였다. [Fig.
- 수분증기이동 측정법 중에서 KSK ISO 11092법은 습열이동의 원리로 투습저항을 측정하기 때문에 수분증기이동은 확산과 대류의 두 성분으로 구성되며 건열이동특성은 전도, 복사, 대류, 중에서 한 종류 이상의 열이동으로 설명된다. 따라서 수분증기 이동특성 측정방법이 건열이동특성과 어떠한 상관성이 있는지를 확인해 보기 위해 KES-F7 건열이동 측정장치를 사용하여 15종 시료의 열전도도, Qmax, 그리고 보온성을 측정하였으며 WVP와 Ref값과 비교하였다. KES-F7(Thermolabo II, Kato Tech.
- (2004)와 Huang(2006)의 연구결과에서 투습도 측정에 관한 각 시험방법들은 장 · 단점이 있지만 스웨팅 가디드 핫 프레이트법이 인체에서 의류 그리고 바깥 대기로의 열과 수분증기이동을 가장 잘 시뮬레이션한다고 보고하였다. 또한 건열저항과 습열증기저항을 잘 측정할 수 있어서 신뢰성이 우수한 데이터를 확보할 수 있는 반면, 고가의 시험장치와 사용상 번거롭다는 단점을 지적하였다. 건조 인버터컵법은 시료사이즈가 작고, 사용이 편리하며 비용이 적게 든다는 장점이 있지만 측정값이 다소 높은 수치를 보여 실제 사용에 맞는 대표성이 부족한 단점을 가진다고 하였다.
- 또한 이 정방기의 사이로 장치 위쪽에 텐셀 로빙 두 가닥을 드라프트 영역으로 피드시켜 텐셀사이로사 40's를 만들어 이들 세 가지 복합사를 경사로 사용하였다.
- 보온율(heat keepability rate, I)은 실온보다 10℃ 높은BT 상자를 평형상태에서 2~3분 후의 평균 열방산속도(Wo)를 측정하고 시료를 올린 후 W값을 측정하여 Wo와 W의 차이의 Wo에 대한 백분율(%)로 보온율(I)을 계산하였다. Qmax는 항온 항습실(실내 온도 22±1℃, 70± 5%R.
- 본 연구에서 수분증기이동 측정방법을 두 가지 선택하였고 이들 측정법의 메커니즘으로 볼 때 수분증기 이동특성이 건조특성 측정방법과 어떤 관계가 있으며 건열이동특성과는 어떤 상관성이 있는가를 분석해 보기위해 이들 인자들 사이에 상관성 분석을 실시하였다. [Table 3]은 이들 측정결과치들 간의 상관계수를 나타내었다.
- 본 연구에서는 측정장치의 저항과 시료표면에 부착된 공기경계층의 투습저항을 결정하기 위해 시료를 측정장치에 두지 않은 상태에서 측정장치의 투습저항상수(Reb)를 측정하고 순수한 직물의 투습저항(Ref)은 [Eq. 8]로 계산하였으며 3개 시료의 평균값을 산출하여 그 시료의 실험값으로 하였다.
- 제직한 15종의 생지는 CPB 정련기(BPB, Kuester, 독일)에서 호발과 정련을 실시한 후 연속 정련기(EXTRA-CTA-2400, Benninger, 스위스)에서 50m/분 속도로 수세를 거친 후 1차 세팅을 150℃에서 40m/분로 실시하였다. 염색은 래피드 염색기(CUT-MF-1, Hisaka Work Ltd., 일본)에서 120℃에서 60분 처리 후 건조기(Shrink dryer, 일성기계, 한국)를 거친 후 최종 세팅을 130℃에서 50m/분속도로 텐터기(sun-super, 일성기계, 한국)에서 처리하였다.
- [Table 1]에 본 연구에서 사용한 직물시료 특성을 나타내었다. 제직한 15종의 생지는 CPB 정련기(BPB, Kuester, 독일)에서 호발과 정련을 실시한 후 연속 정련기(EXTRA-CTA-2400, Benninger, 스위스)에서 50m/분 속도로 수세를 거친 후 1차 세팅을 150℃에서 40m/분로 실시하였다. 염색은 래피드 염색기(CUT-MF-1, Hisaka Work Ltd.
- 최근 고감성 의류용 소재로 사용되는 하이브리드 복합사를 PP, PET, 쿨맥스 필라멘트를 심사(core)로 사용하고 뱀부, 텐셀, 쿨맥스, 스테이플 섬유를 초사(sheath)로 사용하여 서로 다른 구조를 가진 실을 사용한 15종의 복합사 직물을 제조하여 이들의 수분증기와 열이동특성을 측정방법을 달리하여 측정 · 분석한 결과 아래와 같은 결론을 얻었다.
- 26cm2, 유효지: 9cm)의 원형시료를 표면을 흡습제 쪽으로 얹고 흡습제 위쪽 3mm 정도 위치에 팩킹 고무와 커버링으로 크램핑해서 실링하여, 시료와 컵 사이의 수증기가 빠져나가지 않게 한다. 항온항습기 내에서 1시간 정도 후 시료의 무게를 측정(W1)하고 다시 1시간이 경과한 후 시료의 무게를 측정(W2)한 후 [Eq. 2]를 사용하여 투습도를 계산하였다.
대상 데이터
- 또한 PET 55d/216f 필라멘트를 사용하여 PET 텐셀 siro-fil 30's를 2번째 위사로 사용하였으며 PET 쿨맥스 스테이플 섬유와 뱀부 스테이플 섬유를 혼합하여 만든 30's 방적사를 3번째 위사로,뱀부 스테이플 섬유를 사용한 30's 방적사를 4번째 위사로 사용하였다. PET 75d/144f 하이멀티 필라멘트를5번째 위사용으로 사용하였다.
- PET 쿨맥스 50d/36f 필라멘트가 링 정방기에서 두 개의 텐셀 로빙과 프런트 롤러에서 만나 쿨맥스/텐셀 시스-코어 30's가 제조되었다.
- PP DTY 30d/24f 필라멘트를 두 개의 텐셀 로빙과 프런트 롤러에서 만나게 하여 PP/텐셀 시스-코어 하이브리드 방적사 40's를 제조하였다.
- 또한 PET 55d/216f 필라멘트를 사용하여 PET 텐셀 siro-fil 30's를 2번째 위사로 사용하였으며 PET 쿨맥스 스테이플 섬유와 뱀부 스테이플 섬유를 혼합하여 만든 30's 방적사를 3번째 위사로,뱀부 스테이플 섬유를 사용한 30's 방적사를 4번째 위사로 사용하였다.
- 본 연구에서 제조한 15종의 직물은 최근 고감성 의류소재로 많이 사용되는 복합사와 이들로 만들어진 직물소재 트랜드를 적극적으로 반영하였다. 래피어 직기(pi-canol gamma, 벨기에)를 이용하여 준비된 8종의 실로 직물을 제직하였다. 15종의 평직 조직의 직물시료를 각각 30y씩 제직하였으며 염색과 가공을 진행하였다.
- 본 연구에서 제조한 15종의 직물은 최근 고감성 의류소재로 많이 사용되는 복합사와 이들로 만들어진 직물소재 트랜드를 적극적으로 반영하였다. 래피어 직기(pi-canol gamma, 벨기에)를 이용하여 준비된 8종의 실로 직물을 제직하였다.
- 스펀 정방기 위쪽 로빙부의 한 부분에 텐셀 로빙을 장착하여 PET DTY 필라멘트와 만나 PET/텐셀 사이로필 40's를 제조하였다.
- A, B, C그룹 내 시료의 수분증기의 투과량을 보면 4, 9, 그리고 14번 시료가 각 그룹에서 가장 높은 투과량을 보였다. 이 시료는 위사가 뱀부 방적사 시료이다. 선행연구(Li et al.
이론/모형
- 수분증기 이동특성은 KSK 0954법의 염화칼슘법과 KSK ISO 11092법으로 측정하였다. 15종 직물시료의 수분증기투과량 WVP를 염화칼슘법인 KSK 0954법으로 실험을 실시하였다. [Fig.
- 15종 직물시료의 투습저항, Ref는 KSK ISO 11092법에 따라 측정하였다. [Fig.
- 3. Measuring cup of CaCl2 method (KSK 0954).
- 수분증기 이동특성은 인체에서 땀이 배출되어 증발되고 의복 바깥 공기의 대기압과의 차이에 의해 땀이 의류를 통과하여 증발하는 량을 직접 측정하는 방법이 KSK 0954법이며 땀이 증발할 때 인체의 열을 빼앗고 이때 손실된 열량을 측정하여 투습저항을 측정하는 방법이 KSK ISO 11092법이다. 따라서 이들 수분증기 이동특성이 건조성 측정방법인 KSK 0815A법과 B법에 의한 건조특성과 어떠한 상관성이 있는지를 비교하기 위해 KSK 0815A법과 B법에 의한 건조특성 실험을 실시하였다.
- 수분증기 이동특성은 KSK 0954법의 염화칼슘법과 KSK ISO 11092법으로 측정하였다. 15종 직물시료의 수분증기투과량 WVP를 염화칼슘법인 KSK 0954법으로 실험을 실시하였다.
성능/효과
- 1. 경사가 다른 3종의 그룹 중 PP/텐셀 시스코어사 구조를 가진 A그룹의 염화칼슘법에 의한 수분증기투과량이 PET/텐셀 사이로필사 구조를 가진 B그룹, 텐셀 사이로 방적사 구조를 가진 C그룹 직물보다 더 많은 것을 확인하였고 이는 시스코어사 구조에서 실 내의 섬유부피가 작고 직물의 기공도가 높아 수분증기투과성이 높아지는 것을 확인하였다.
- 2. 위사가 다른 5종의 시료에서는 뱀부 방적사 시료의 수분증기투과성이 가장 높은 값을 보였다.
- 3. 수분증기압 차이에서 측정되는 KSK ISO 11092법인 투습저항 실험법에서는 하이멀티 PET 필라멘트 시료가 수분증기이동성이 가장 우수하였으며 쿨맥스/뱀부 혼합 방적사가 가장 낮은 값을 나타내어 염화칼슘법의 수분증기투과성 방법과는 반대의 결과를 보였으며 상관관계도 낮았다.
- 4. 열전도도는 위사에 텐셀 사이로-필사, 쿨맥스/뱀부 방적사와 같이 조밀한 사 구조를 가진 시료들이 높은 값을 보인 반면 하이멀티 PET 필라멘트사 시료는 낮은 값을 보여 열이동에는 실의 구조와 섬유특성이 모두 영향을 미치나, 실의 구조보다 섬유특성이 더 영향을 미치는 것으로 확인하였다.
- A, B, C그룹 내 시료의 수분증기의 투과량을 보면 4, 9, 그리고 14번 시료가 각 그룹에서 가장 높은 투과량을 보였다. 이 시료는 위사가 뱀부 방적사 시료이다.
- 한편, 열이동특성을 함께 고려할 때 실의 구조와 섬유의 특성이 수분증기와 열이동특성에 영향을 미치지만 수분증기이동은 느슨한 사 구조에서, 건열이동은 컴팩트한 사 구조에서 높은 값을 가짐을 확인하였다. 그러나 열이동특성은 사의 구조보다 섬유특성에 더 영향을 많이 받음을 확인하였으며 또한 흡수성이 우수한 쿨소재 의류에는 시스-코어사가, 열을 잘 발산시키는 쿨소재 의류에는 사이로-필 및 쿨맥스/뱀부 방적사가 적합함을 확인하였다. 그리고 유럽으로 수출되는 고감성 의류의 투습성은 KSK ISO 11092법에 의한 투습결과를 요구하므로서 KSK 0954법과 병행실험을 실시하여 자사 제품의 품질관리가 필요하다고 사료된다.
- 즉, 수분증기이동과 건열이동특성에 직물을 구성하는 사의 구조와 섬유의 특성이 영향을 미치나 수분증기이동은 느슨한 사의 구조에서 잘 일어나며 전도에 의한 건열이동특성은 조밀한 사의 구조에서 높은 값을 가졌다. 그러나 조밀한 PET 필라멘트의 경우는 수분증기이동이 낮은 값을 보였으며 열이동도 낮은 값을 보이므로써 열이동에는 사의 구조보다는 섬유특성이더 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 따라서 수분증기이동과 열이동특성은 사의 구조와 섬유의 특성에 따라 다소 다른 결과를 보였으나 하이멀티 PET 필라멘트의 경우는 수분증기이동과 열이동특성 모두 나쁜 결과를 보였다.
- 9]에서는 3가지 경사구조에 따른 차이는 없었다. 그러나 쿨맥스와 뱀부 섬유를 혼섬한 방적사가 위사로 사용된 3, 8, 13번 시료가 가장 높은 투습저항값을 보여 수분증기 이동성이 가장 낮았으며 하이멀티 PET 필라멘트사를 위사로 사용한 5, 10, 15번 시료의 Ref가 가장 낮은값을 보여 수분증기이동성이 가장 좋은 결과를 보였다. 이는 KSK 0954법 결과와는 반대의 결과로, 이론적 고찰에서 설명된 Fick's law의 개념으로 수분증기이동성을 설명하는 KSK 0954법과 습열이동특성 개념의 KSK ISO 11092법과는 반대의 결과를 보였다.
- 그러나 조밀한 PET 필라멘트의 경우는 수분증기이동이 낮은 값을 보였으며 열이동도 낮은 값을 보이므로써 열이동에는 사의 구조보다는 섬유특성이더 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 따라서 수분증기이동과 열이동특성은 사의 구조와 섬유의 특성에 따라 다소 다른 결과를 보였으나 하이멀티 PET 필라멘트의 경우는 수분증기이동과 열이동특성 모두 나쁜 결과를 보였다. 따라서 흡수성이 우수한 쿨소재로는 시스코어사가 좋으며 열을 잘 발산시키는 쿨소재로는 사이로필 및 쿨맥스/뱀부 방적사가 적합할 것으로 보이며 하이멀티 PET 필라멘트사는 쿨소재로 흡수성도 좋지 않으며 열을 발산시키는 측면에서도 좋지 않은 소재임을 확인할 수 있었다.
- 따라서 수분증기이동과 열이동특성은 사의 구조와 섬유의 특성에 따라 다소 다른 결과를 보였으나 하이멀티 PET 필라멘트의 경우는 수분증기이동과 열이동특성 모두 나쁜 결과를 보였다. 따라서 흡수성이 우수한 쿨소재로는 시스코어사가 좋으며 열을 잘 발산시키는 쿨소재로는 사이로필 및 쿨맥스/뱀부 방적사가 적합할 것으로 보이며 하이멀티 PET 필라멘트사는 쿨소재로 흡수성도 좋지 않으며 열을 발산시키는 측면에서도 좋지 않은 소재임을 확인할 수 있었다.
- 열전도도는 위사에 텐셀 사이로-필사, 쿨맥스/뱀부 방적사와 같이 조밀한 사 구조를 가진 시료들이 높은 값을 보인 반면 하이멀티 PET 필라멘트사 시료는 낮은 값을 보여 열이동에는 실의 구조와 섬유특성이 모두 영향을 미치나, 실의 구조보다 섬유특성이 더 영향을 미치는 것으로 확인하였다. 또한 수분증기 이동특성과 건열이동특성과의 상관성도 낮은 결과를 보였다.
- (2003)은 26종의 방수, 방풍 그리고 투습 직물시료를 사용하여 5가지 표준시험방법으로 투습도를 측정 · 비교하는 연구를 수행하였다. 연구결과 투습율(WVTR)은 직립컵 방법이 가장 낮은 값을 보였고 다음이 동적 수분투과셀법, 인버터컵법, 건조 인버터컵법의 순서로 높은 값을 보였다. 그리고 건조 인버터컵법이 스웨팅 가디드 핫프레이트법과 음의 상관성이 높은 결과를 보였다고 보고하였다.
- 이상의 결과를 요약해 보면 수분증기 이동현상을 시험하는 국내 규격 중에서 KSK 0954법과 KSK ISO 11092법은 하이브리드 복합 직물의 시료에서는 서로 상반된결과를 보여주었다. 한편, 열이동특성을 함께 고려할 때 실의 구조와 섬유의 특성이 수분증기와 열이동특성에 영향을 미치지만 수분증기이동은 느슨한 사 구조에서, 건열이동은 컴팩트한 사 구조에서 높은 값을 가짐을 확인하였다.
- 185의 낮은 상관성을 보이며 이는 수분증기의 이동저항(Ref)과 직물 내의 수분이 건조되어 더 이상 수분이 존재치 않을 때까지 걸리는 시간(min)과는 상관성이 없다는 것을 나타낸 것이다. 즉 수분증기이동과 건열이동특성 그리고 건조특성과는 상관성이 없는 것으로 평가되었다.
- 이는 수분증기의 이동저항(Ref)과 직물 내에 건조되지 못하고 남아있는 수분량(g)이 비례하는 관계를 보임을 의미한다. 즉 습열이동에 의한 수분증기이동이 건조에서 일어나는 수분이동과 그 메커니즘이 유사하여 상관관계가 높은 것으로 나타났다고 사료된다. 한편, Ref와 초기 열이동 특성을 나타내는 Qmax와의상관계수는 0.
- 이는 사의 구조는 컴팩트함에도 불구하고 PET 소재 자체의 열전도도가 뱀부, 쿨맥스 그리고 텐셀보다 낮은 것에 기인된 것이며 섬유의 열적 특성이 중요한 역할을 한 것으로 판단된다. 즉, 수분증기이동과 건열이동특성에 직물을 구성하는 사의 구조와 섬유의 특성이 영향을 미치나 수분증기이동은 느슨한 사의 구조에서 잘 일어나며 전도에 의한 건열이동특성은 조밀한 사의 구조에서 높은 값을 가졌다. 그러나 조밀한 PET 필라멘트의 경우는 수분증기이동이 낮은 값을 보였으며 열이동도 낮은 값을 보이므로써 열이동에는 사의 구조보다는 섬유특성이더 영향을 미침을 확인할 수 있었다.
- 이는 섬유 사이의 공기양을 증가시키게 되며 이는 수분증기의 투과성의 증가를 가져와서 A그룹직물군이 B, C그룹보다 수분증기투과량이 더 높은 값을 보임을 알 수 있다. 즉, 실의 구조가 사이로필사, 사이로스펀 방적사보다 시스코어 방적사 구조가 더 높은수분증기투과성을 보임을 알 수 있다.
- 경사의 A, B, C그룹 간 차이는 없는 것으로 확인되었다. 투습저항 Ref에 의한 수분증기 이동현상은 건조특성을 설명하는 메커니즘과 유사하여 높은 상관성을 보였다.
- 즉 습열이동에 의한 수분증기이동이 건조에서 일어나는 수분이동과 그 메커니즘이 유사하여 상관관계가 높은 것으로 나타났다고 사료된다. 한편, Ref와 초기 열이동 특성을 나타내는 Qmax와의상관계수는 0.458, 그리고 Qmax와 건열이동특성을 나타내는 K와의 상관계수는 0.481로서 낮은 상관성을 보였다. 그리고 Ref와 K, Ref와 건조율(min)도 각각 0.
- 이상의 결과를 요약해 보면 수분증기 이동현상을 시험하는 국내 규격 중에서 KSK 0954법과 KSK ISO 11092법은 하이브리드 복합 직물의 시료에서는 서로 상반된결과를 보여주었다. 한편, 열이동특성을 함께 고려할 때 실의 구조와 섬유의 특성이 수분증기와 열이동특성에 영향을 미치지만 수분증기이동은 느슨한 사 구조에서, 건열이동은 컴팩트한 사 구조에서 높은 값을 가짐을 확인하였다. 그러나 열이동특성은 사의 구조보다 섬유특성에 더 영향을 많이 받음을 확인하였으며 또한 흡수성이 우수한 쿨소재 의류에는 시스-코어사가, 열을 잘 발산시키는 쿨소재 의류에는 사이로-필 및 쿨맥스/뱀부 방적사가 적합함을 확인하였다.
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