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문제 정의
- 최근 국방부는 전투력 향상을 위한 피복 개혁사업을 추진하여, 신형전투복 개발을 완료하였다. 기능성 방한복도 개발 중인데,기존의 방한복에 적용되지 않았던 보온력에 대한 기준을설정하고, 이를 향상시키는 것을 목표로 하고 있다. 국내에서의 방한복 및 전투복과 관련된 연구는 많이 진행되어 왔다.
- 연구는 기존의 방한복에서 고려되지 않았던 보온력에 대한 개념 및 시험방법을 도입하여 보온력이 우수한 제품을 제안하는데 그 목적이 있다. 써멀마네킨을 이용한 보온력 평가방법 제안 및 이를 통해 소재가 다른 방한복의 보온력을 평가하여 우수한 제품을 제안하였다.
- 또한 방한복의 보온력을 향상시킬 수 있는 소재 개발을 통해 보온력이 향상된 제품을 개발해야 한다. 이에 따라 본 연구에서는 현재 군 운용 환경에 적합한 방한복의 보온력을 평가할 수 있는 방법을 제안하고 보온력을 향상시킬 수 있도록 여러 소재의 방한복을 제작하여 평가하였으며 이를 현행방한복과 비교, 분석하였다. 이를 위해 보온력을 평가할 수 있는 써멀마네킨을 이용하였으며, 군용 방한복의 특성 상기존의 보온력 평가방법과는 달리 군 운용환경에 가장 근접하도록 방한복을 착용하기 전에 착용하는 전투복 등의 기본 의류에 대한 보온력도 측정하였다.
- 이를 위해 보온력을 평가할 수 있는 써멀마네킨을 이용하였으며, 군용 방한복의 특성 상기존의 보온력 평가방법과는 달리 군 운용환경에 가장 근접하도록 방한복을 착용하기 전에 착용하는 전투복 등의 기본 의류에 대한 보온력도 측정하였다. 이와 같이 방한복의 보온력에 대한 기준 정립 및 평가방법 제안을 통해 각 군에서 최적의 보온력을 가진 군 방한복 적용에 기여하고자 한다.
제안 방법
- 실내에서 nude 상태의 마네킨에 직접 방한복 내피와 외피를 착용 시킬 경우 마네킨과 의복사이의 공기 공극량이 실제와 다르기 때문에 실제 방한복 착용 시의 보온력에 대한 정확한 측정이 어렵다. 따라서 방한복을 착용하는 실제사용자 착용형태를 모사하기 위해 방한복 이외에 언더웨어, 내의류, 양말, 전투복, 전투화 등의 기본의류를 써멀마네킨에 입힌 후 보온력을 측정하였다. 기본의류에 대한 사항은Table 4와 Figure 4에 나타내었다.
- 방한복 내피의 경우 기존 제품을 포함하여 총 31개의 보온력과 질량을 측정하였고, 방한복 외피는 기존 제품을 포함하여 총 9개의 보온력과 질량을 측정하였다. 또한 방한복의 질량과 보온력을 측정하여 질량대비 보온력을 계산하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
- 제조사별로 솜에 사용되는 섬유의 구성을 다르게 하였으며 K사의 경우 중공사가 30%, 비중공사가 70%, P사는 경우 중공사가 40%, 비중공사가 60%, S사는 중공사가 50%, 비중공사가 50%, M사는 중공사가 70%,비중공사가 30%, H사는 중공사가 80%, 비중공사가 20%로 구성된 솜을 사용하였다. 방한복 내피 시료의 quilting pattern은 기존에 사용되는 stripe 형태와 diamond 모양으로 제작하였다.
- 써멀마네킨을 이용한 보온력 평가방법 제안 및 이를 통해 소재가 다른 방한복의 보온력을 평가하여 우수한 제품을 제안하였다. 방한복 내피의 경우 기존 제품을 포함하여 총 31개의 보온력과 질량을 측정하였고, 방한복 외피는 기존 제품을 포함하여 총 9개의 보온력과 질량을 측정하였다. 또한 방한복의 질량과 보온력을 측정하여 질량대비 보온력을 계산하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
- 방한복의 보온력을 측정하기 위해 2.4의 기본의류 즉 언더웨어, 내복, 양말, 전투화, 전투복을 써멀마네킨에 착용시킨 후 2.5의 방법에 따라 보온력을 3회 측정하였으며 그 결과는 Table 5에 나타내었다.
- 써멀마네킨으로 측정된 기본의류 및 방한복 내피 및 외피의 보온력을 기존의 방한복(A1, B1)과 비교하였으며, 시료의 질량에 따른 보온력을 비교하기 위해 시료별로 질량을 측정하여 보온력/질량에 대한 값을 산출하여 분석하였다.
- 연구는 기존의 방한복에서 고려되지 않았던 보온력에 대한 개념 및 시험방법을 도입하여 보온력이 우수한 제품을 제안하는데 그 목적이 있다. 써멀마네킨을 이용한 보온력 평가방법 제안 및 이를 통해 소재가 다른 방한복의 보온력을 평가하여 우수한 제품을 제안하였다. 방한복 내피의 경우 기존 제품을 포함하여 총 31개의 보온력과 질량을 측정하였고, 방한복 외피는 기존 제품을 포함하여 총 9개의 보온력과 질량을 측정하였다.
- 써멀마네킨을 환경재현 실험실(EBR-5HW2P3A-22, TABAIESPEC, 일본) 내에 설치하여 대기온도는 10±0.5 oC, 습도는50±5 %R.H, 풍속은 0.2±0.1 m/s 이하의 환경조건에서 보온력을 측정하였다.
- 1 m/s 이하의 환경조건에서 보온력을 측정하였다. 써멀마네킨의 피부온은 34oC로 설정하였으며 써멀마네킨에 기본의류를 착용한 후 기본의류에 대한 보온력을 측정하고, 이후 방한복 내피와 외피를 순서대로 입힌 후 각 조건별로 60분 동안 측정하였으며 이 과정을 시료별로 3회 반복하였다. 방한복의 보온력 계산은 식(1)에 따라 계산하였다.
- 방한복 외피는 기존의 외피(B1)를 포함하여 총 9종의 시료를 제작하였으며 외피 소재는 기존의 polyester와 rayon의 혼방소재 이외에도 polyester와 cotton 소재를 적용하였으며, T/R 소재의 원단 밀도는 경사 122올(/5 cm), 위사 94올(/5 cm)이며, T/C 소재의 원단 밀도는 200올(/5 cm), 위사98올(/5 cm)이다. 외피 소재에 적용되는 방투습 필름도 기존의 PU 필름 이외에 Bio-PU와 PTFE 필름을 적용하였으며 외피 안감은 현재 사용되는 폴리에스터 원단과 함께 보온성을 향상시키기 위해 AL 코팅을 적용한 원단을 적용하여 제작하였다. Figure 2에 제품 사진을 Table 2에는 제품별 사양을 나타냈다
- 이에 따라 본 연구에서는 현재 군 운용 환경에 적합한 방한복의 보온력을 평가할 수 있는 방법을 제안하고 보온력을 향상시킬 수 있도록 여러 소재의 방한복을 제작하여 평가하였으며 이를 현행방한복과 비교, 분석하였다. 이를 위해 보온력을 평가할 수 있는 써멀마네킨을 이용하였으며, 군용 방한복의 특성 상기존의 보온력 평가방법과는 달리 군 운용환경에 가장 근접하도록 방한복을 착용하기 전에 착용하는 전투복 등의 기본 의류에 대한 보온력도 측정하였다. 이와 같이 방한복의 보온력에 대한 기준 정립 및 평가방법 제안을 통해 각 군에서 최적의 보온력을 가진 군 방한복 적용에 기여하고자 한다.
대상 데이터
- 방한복 내피는 현 방한복을 포함하여 총 31개를 제작하였으며 Figure 1에 제품 사진을 Table 1에는 제품별 사양을 나타냈다. 기존 방한복(A1)과 동일한 디자인으로 제작하였으며 내피에 사용되는 원단은 국방무늬가 적용된 100% 폴리에스터, 70 g/m2 질량을 사용하였다. 원단의 밀도는 경사207올(/5 cm), 위사 190올(/5 cm)이며 내피에 사용되는 솜은 K사, P사, S사, M사, H사 총 5개사에서 제작되는 솜을 이용하였으며 제조사별로 90 g/m2, 120 g/m2, 150 g/m2의 질량을 사용하였다.
- 방한복 내피는 현 방한복을 포함하여 총 31개를 제작하였으며 Figure 1에 제품 사진을 Table 1에는 제품별 사양을 나타냈다. 기존 방한복(A1)과 동일한 디자인으로 제작하였으며 내피에 사용되는 원단은 국방무늬가 적용된 100% 폴리에스터, 70 g/m2 질량을 사용하였다.
- 방한복 외피는 기존의 외피(B1)를 포함하여 총 9종의 시료를 제작하였으며 외피 소재는 기존의 polyester와 rayon의 혼방소재 이외에도 polyester와 cotton 소재를 적용하였으며, T/R 소재의 원단 밀도는 경사 122올(/5 cm), 위사 94올(/5 cm)이며, T/C 소재의 원단 밀도는 200올(/5 cm), 위사98올(/5 cm)이다. 외피 소재에 적용되는 방투습 필름도 기존의 PU 필름 이외에 Bio-PU와 PTFE 필름을 적용하였으며 외피 안감은 현재 사용되는 폴리에스터 원단과 함께 보온성을 향상시키기 위해 AL 코팅을 적용한 원단을 적용하여 제작하였다.
- 보온력 평가장비는 한국의류시험연구원에 구축된 성인남자크기의(175 cm, 1.8 m2) 써멀마네킨을(Newton, Measurement Techonoloy NORTH WEST, 미국)을 사용하였다. 써멀마네킨은 Face, Head, R upper arm, L upper arm, R forearm, L forearm, R hand, L hand, Chest, Shoulders, Stomach, Back, R hip front, R hip back, L hip front, L hip back, R thigh front, R thigh back, L thigh front, L thigh back, R calf front, R calf back, L calf front, L calf back, R foot, L foot의 26 Zone으로 구성되어 있으며 부위별 독립적인 온도, Heat flux 제어와 Rct 측정이 가능하다.
- 기존 방한복(A1)과 동일한 디자인으로 제작하였으며 내피에 사용되는 원단은 국방무늬가 적용된 100% 폴리에스터, 70 g/m2 질량을 사용하였다. 원단의 밀도는 경사207올(/5 cm), 위사 190올(/5 cm)이며 내피에 사용되는 솜은 K사, P사, S사, M사, H사 총 5개사에서 제작되는 솜을 이용하였으며 제조사별로 90 g/m2, 120 g/m2, 150 g/m2의 질량을 사용하였다. 제조사별로 솜에 사용되는 섬유의 구성을 다르게 하였으며 K사의 경우 중공사가 30%, 비중공사가 70%, P사는 경우 중공사가 40%, 비중공사가 60%, S사는 중공사가 50%, 비중공사가 50%, M사는 중공사가 70%,비중공사가 30%, H사는 중공사가 80%, 비중공사가 20%로 구성된 솜을 사용하였다.
성능/효과
- 1. 현 방한복 내피의 보온력과 질량은 0.277 clo, 0.437 kg이며, 질량대비 보온력은 0.634 clo/kg이다. 내피의 경우 기존의 솜 대신 중공사의 비율이 70% 이상인 솜을 사용한 제품이 보온력과 질량대비 보온력이 높게 나타났다.
- 2. 현 방한복 외피의 보온력과 질량은 0.084 clo, 1.007 kg이며, 소재 및 방투습 필름에 따른 보온력 차이는 나타나지 않았다. 그러나 외피에 사용되는 안감에 AL coating처리를 한 경우 보온력이 기존 제품 보다 15% 이상 높게 나타났으며, 특히 외피의 질량대비 보온력의 측정결과 PTFE 필름을 처리한 제품 보다 Bio-PU 필름을 처리한 제품이 더 우수하게 나타났다.
- 007 kg이며, 소재 및 방투습 필름에 따른 보온력 차이는 나타나지 않았다. 그러나 외피에 사용되는 안감에 AL coating처리를 한 경우 보온력이 기존 제품 보다 15% 이상 높게 나타났으며, 특히 외피의 질량대비 보온력의 측정결과 PTFE 필름을 처리한 제품 보다 Bio-PU 필름을 처리한 제품이 더 우수하게 나타났다. 이는 소재의 필름 처리 시 PTFE의 질량이 더 무겁기 때문으로 판단된다.
- 634 clo/kg이다. 내피의 경우 기존의 솜 대신 중공사의 비율이 70% 이상인 솜을 사용한 제품이 보온력과 질량대비 보온력이 높게 나타났다.
- 단위 질량당 보온력을 계산한 결과 기존 방한복 내피는 0.634 clo/kg으로 측정되었으며, A2−A31의 시료 중 A6과 A7을 제외한 모든 시료가 기존 방한복 내피보다 높은 단위 질량당 보온력을 나타냈으며 이중 특히 M사와 H사의 솜을 사용한 시료에서 0.7 clo/kg 이상으로 높게 나타났다.
- 외피의 질량 대비 보온력의 결과를 보면 B2−B9의 모든 시료가 현 방한복 외피보다 높은 질량당 보온력을 나타냈으며 특히 소재에 관계없이 Bio-PU 필름이 적용된 B6과 B7가 가장 높은 질량당보온력을 나타냈다.
- 외피의 질량 대비 보온력의 결과를 보면 B2−B9의 모든 시료가 현 방한복 외피보다 높은 질량당 보온력을 나타냈으며 특히 소재에 관계없이 Bio-PU 필름이 적용된 B6과 B7가 가장 높은 질량당보온력을 나타냈다. 이는 동일 소재에서 Bio-PU 필름이 적용된 시료와 PTFE 필름이 적용된 시료를 보면 보온력은 모두 0.085 clo로 차이가 없으나 최종 제품의 질량을 보면 PTFE 적용 시료가 Bio-PU 적용 시료보다 무겁기 때문에 더 낮은 질량당 보온력을 나타냄을 알 수 있었다. 이에 제품의 무게와 관련하여 보온력이 향상된 외피를 선정하기 위해서는 외피 소재에 관계없이 Bio-PU 필름을 적용하여야 할 것이다.
- 이는 솜의 질량이 증가할수록 솜 내부의 공기 함량이 많아 보온력이 증가하는 선행연구의 결과와도 일치하였다[9]. 제조사별 솜의 종류에 따라 보온력 차이가 발생하였으며 내피의 보온력은 중공사의 함유율이 높아짐에 따라 증가하는 경향을 나타냈다. 중공사의 비율이 30%인 K사의 보온력 보다 40%인 P사, 50%인 S사, 70%인 M사,80%인 H사의 보온력이 비례하여 높게 나타났다.
- 원단의 밀도는 경사207올(/5 cm), 위사 190올(/5 cm)이며 내피에 사용되는 솜은 K사, P사, S사, M사, H사 총 5개사에서 제작되는 솜을 이용하였으며 제조사별로 90 g/m2, 120 g/m2, 150 g/m2의 질량을 사용하였다. 제조사별로 솜에 사용되는 섬유의 구성을 다르게 하였으며 K사의 경우 중공사가 30%, 비중공사가 70%, P사는 경우 중공사가 40%, 비중공사가 60%, S사는 중공사가 50%, 비중공사가 50%, M사는 중공사가 70%,비중공사가 30%, H사는 중공사가 80%, 비중공사가 20%로 구성된 솜을 사용하였다. 방한복 내피 시료의 quilting pattern은 기존에 사용되는 stripe 형태와 diamond 모양으로 제작하였다.
- 제조사별 솜의 종류에 따라 보온력 차이가 발생하였으며 내피의 보온력은 중공사의 함유율이 높아짐에 따라 증가하는 경향을 나타냈다. 중공사의 비율이 30%인 K사의 보온력 보다 40%인 P사, 50%인 S사, 70%인 M사,80%인 H사의 보온력이 비례하여 높게 나타났다. 그러나 중공사의 함유율이 70%인 M사와 80%인 H사의 보온력에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- Table 7과 Figure 7의 외피의 보온력 결과를 보면 소재의 종류, 밀도와 투습방수 필름의 차이에 의해서는 기존의 방한복의 보온력과 큰 차이가 나타나지 않았다. 추가로 방한복의 외피 안감으로 사용되는 원단에 AL 코팅을 적용시켜 보온력을 측정한 결과 기존 방한복 외피보다 보온력이 15%이상 향상됨을 알 수 있었다. 이에 외피 소재와 투습방수필름의 변화보다는 현 방한복 외피 안감 소재에 대한 개선을 통해 보온력을 향상시켜 이를 적용해야 할 것이다.
- 또한 내피와 동일하게 기존 방한복(B1)과 비교하여 외피의 질량대비 보온력이 우수한 시료를 선정하기 위해 각 시료별로 질량을 측정하여 질량에 대한 보온력(clo/kg)을 Figure8에 나타냈다. 현 방한복 외피 질량은 1.007 kg으로 측정되었으며 단위 질량당 보온력을 계산한 결과 기존 방한복 외피는 0.0837 clo/kg으로 계산되었다. 외피의 질량 대비 보온력의 결과를 보면 B2−B9의 모든 시료가 현 방한복 외피보다 높은 질량당 보온력을 나타냈으며 특히 소재에 관계없이 Bio-PU 필름이 적용된 B6과 B7가 가장 높은 질량당보온력을 나타냈다.
후속연구
- 실제 본 연구에서 측정된 보온력의 상승정도를 인체가 느낄 수 있을 정도인지에 대한 주관적인 평가가 추가로 진행되어야만 보온력에 대한 더 정확한 결과를 얻을 수 있을 것이다. 또한 본 연구에서는 정지상태의 마네킨을 이용하여 보온력을 평가하였으나, 동작 상태, sweating 시, 풍속 조건 등 여러 가지의 환경조건에 따른 보온력 실험 역시 필요한 상황이다. 이 역시 가능하다면 피시험자를 대상으로 한 주관적인 평가가 동시에 진행되어야 할 것이다.
- 이 역시 가능하다면 피시험자를 대상으로 한 주관적인 평가가 동시에 진행되어야 할 것이다. 마지막으로 방한복 착용자의 체형에 따라 다양한 패턴 및 디자인 개발이 가능함에 따라 이에 대한 추가 연구도 이루어져야 할 것이다.
- 써멀마네킨의 구조 및 특성 상 인체를 완벽하게 재현하지는 못하기 때문에 측정된 보온력이 인체가 느끼는 따듯함의 결과와 완전히 일치하지 않을 수 있다. 실제 본 연구에서 측정된 보온력의 상승정도를 인체가 느낄 수 있을 정도인지에 대한 주관적인 평가가 추가로 진행되어야만 보온력에 대한 더 정확한 결과를 얻을 수 있을 것이다. 또한 본 연구에서는 정지상태의 마네킨을 이용하여 보온력을 평가하였으나, 동작 상태, sweating 시, 풍속 조건 등 여러 가지의 환경조건에 따른 보온력 실험 역시 필요한 상황이다.
- 방한복에 관한 연구는 치수적합성과 동작적합성을 고려한 군용 방한복 상의패턴 개발 연구[6]가 있으나 이는 패턴 및 디자인에 관한 내용이며 기존의 써멀마네킨(thermal manikin)의 보온력 시험은[7−11] 군사용 방한복에 적용되지 않아 소재에 따른 방한복의 보온력 평가를 중심으로 진행한 연구는 거의 없는 상황이다. 앞서 언급한 대로 방한복을 착용하는 사용자의 만족도 및 쾌적성과 선호도, 작전의 효율성을 높이기 위해 방한복의 열적 쾌적성인 보온력에 대한 평가가 진행되어야 한다. 방한복의 보온력성능 향상을 위해서는 우선 기존에 사용되는 방한복(내피 및 외피)의 보온력 수준을 정확히 측정할 필요가 있으며, 이에 대한 평가방법도 새로이 정립이 되어야 한다.
- 추가로 방한복의 외피 안감으로 사용되는 원단에 AL 코팅을 적용시켜 보온력을 측정한 결과 기존 방한복 외피보다 보온력이 15%이상 향상됨을 알 수 있었다. 이에 외피 소재와 투습방수필름의 변화보다는 현 방한복 외피 안감 소재에 대한 개선을 통해 보온력을 향상시켜 이를 적용해야 할 것이다.
- 085 clo로 차이가 없으나 최종 제품의 질량을 보면 PTFE 적용 시료가 Bio-PU 적용 시료보다 무겁기 때문에 더 낮은 질량당 보온력을 나타냄을 알 수 있었다. 이에 제품의 무게와 관련하여 보온력이 향상된 외피를 선정하기 위해서는 외피 소재에 관계없이 Bio-PU 필름을 적용하여야 할 것이다.
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