[논문]3차원 입체직물의 특성 및 제조 기술

윤영훈; 김대근; 박정현; 이승걸

doi:10.5764/tcf.2018.30.1.38

3차원 입체직물의 특성 및 제조 기술
Manufacturing and Development of 3D Fabrics 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.30 no.1, 2018년, pp.38 - 50

윤영훈 (다이텍연구원 부산분원) , 김대근 (다이텍연구원 부산분원) , 박정현 (부산대학교 의류학과) , 이승걸 (부산대학교 유기소재시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This investigation reported the recent development of 3 dimensional fabrics such as spacer fabric, 3 dimensional multi-layered fabric and 3 dimensional braided fabric. First, we categorized 3 dimensional fabrics into 3 main products; 3 dimensional woven fabrics, 3 dimensional knitted fabrics and 3 dimensional braided fabrics with reviewing the possible main applications. We also reported the research and development trends of 3 dimensional fabrics by analyzing technical trends in industry and research institutes at domestic and overseas. United State, Germany and Japan lead the manufacturing technology for the mainly preform related products to apply in aerospace, automotive, protections, architecture and clothing applications. Lastly, we reviewed the main products of the leading company which manufactured using the 3 dimensional fabrics.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본고에서는 다양한 산업 분야에 응용될 수 있는 3차원 입체직물의 분류 및 특성에 대하여 알아보고 국내·외의 주요 개발 동향을 분석하고자 한다.
본 고에서는 3차원 입체직물의 분류와 국내·외의 기술 개발 동향을 알아보았다.

제안 방법

와 함께 3차원 직물 방열 소재 연구 및 개발 프로그램을 추진해왔다. NASA Ames의 3D-MAT 프로그램을 통하여 수지 트랜스퍼 몰딩(RTM) 공정을 통해 대형 3차원 직조 프리폼을 제작하였다(Figure 14).
독일의 ITV 연구소와 TAO 그룹에서는 북극곰 가죽의 보온원리를 생체 모방한 태양열 흡수 및 에너지 저장형 3D 입체직물을 개발하였다. 해당 제품은 고내열성과 고내광성 그리고 고강도 특성이 요구됨에 따라 실리콘 유리섬유와 각종 가공처리기술을 복합화 하여 개발하였다. 태양열 흡수 3차원 스페이서 직물로 개발한 에너지 발생 지붕시스템은 난방 또는 냉난방 보조 열원으로서 사용되며 에너지 제로 주택, 공장, 물류센터, 축사, 경기장, 행사장, 리조트 가건물 등에 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다(Figure 18).

대상 데이터

Teijin Fibers에서는 고기능 섬유 쿠션재 ELK^Ⓡ를 개발하여 일본 국철의 좌석에 적용하고 있다. Asahi Kasei는 나일론이나 PTT를 이용한 삼차원 구조의 폴리에스테르 편물인 Fusion, Cubit이라는 제품을 선보였다(Figure 19).
LEAP 엔진은 일반 상업용 항공기에 날렵함과 파워를 증진시키기 위해 널리 활용되고 있는 엔진으로, 2016년에는 Airbus A320neo에 도입되었으며 2017년에는 Boeing 737MAX에 도입되었다. 또한 LEAP 엔진은 고도의 공기역학 기술과 소재 기술을 바탕으로 제작되었으며, 강하고 가벼운 3D RTM 복합재료로 구성되어있다. 복합재료로 구성된 엔진은 항공기의 중량을 약 500kg 정도 줄일 수 있기 때문에 엔진의 연료 소비를 15% 이상 감소시킬 것으로 기대된다.

성능/효과

독일의 드레스덴 공과대학과 ITM은 경량화, 충격흡수 성능 개선, 단열성 향상, 부품의 설계 자유도 향상 등을 목적으로 섬유와 금속의 복합재료 시트와 부품 성형 공정 기술을 개발하였다. 이 기술을 통하여 자동차 경량화를 위한 복합소재 부품 개발에 있어서 난제였던 금속과 섬유 간의 접합을 해결하였으며, 금속-섬유 복합재료 시트의 hot stamping 성형공법을 통해 복합재료를 개발하여, 보다 가볍고 단단하며 내열성과 충격 흡수성이 뛰어난 부품을 자동차 산업에 적용할 수 있게 되었다. 드레스덴 공과대학은 3차원 직조기술(weaving)을 이용해 3차원 다층 구조나 관 구조의 프리폼을 제작하여 자동차 조인트 구조물에 적용하였고, 다층구조의 위사와 경사를 갖는 3차원 전용 직기를 사용하여 섬유의 손상을 최소화하고 다양한 형상의 성형품을 제조하였다(Figure 15).

후속연구

또한 LEAP 엔진은 고도의 공기역학 기술과 소재 기술을 바탕으로 제작되었으며, 강하고 가벼운 3D RTM 복합재료로 구성되어있다. 복합재료로 구성된 엔진은 항공기의 중량을 약 500kg 정도 줄일 수 있기 때문에 엔진의 연료 소비를 15% 이상 감소시킬 것으로 기대된다.
일본의 경우에도 국가에서 지원하는 연구 사업인 3D Composite Research Corporation이라는 컨소시움을 구성하여 3차원 프리폼과 관련된 연구 개발을 추진하고 있으며, 중국도 3차원 스페이서 프리폼 및 3차원 브레이드 프리폼을 개발 생산하고 있다. 한국에서도 해당 기술과 관련된 복합재료 분야에서 국가적인 연구 기술 개발 사업이 추진되고 있어 앞으로의 3차원 입체직물을 활용한 다양한 응용이 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	3차원 직물이란?	3차원 직물에 대한 관심과 발전은 과거 20년 동안 급격하게 일어났다1-3). 3차원 직물은 섬유를 종·횡·수직의 3개 방향으로 입체적으로 구성한 직물로, 여러가지 형태의 변형에 뛰어난 저항성을 보여 관련 산업의 다양한 요구를 만족시키기 위하여 도입되었다. 예를 들어, 복합재료 분야에서는 3차원 다축 직기, 블레이딩기, 원형 직기 등을 기반으로 개발한 생산 장비를 활용하여 각종 산업용 부품들을 보다 저렴하게 제조할 수 있는 복잡 형상의 3차원 섬유제품 제조 기술들의 적용이 다양하게 시도되고 있다4) .
	국내 기업의 3차원 입체직물 기술 개발 동향은?	동일산자(주), 삼우기업(주)을 중심으로 대표적으로 생산되고 있는 제품은 3차원 직조 프리폼이다. 또한 해당 기술을 사용하여 3차원 편직 기술로 제조된 다축 경편(MWK)은 풍력 복합재 블레이드와 항공기 빔, 패널구조에 적용하기 위한 연구가 진행 중이다. 동일산자(주)에서는 다축 경편 원단을 유리섬유, 아라미드섬유, 카본섬유 및 다양한 특수섬유를 사용하여 프리폼을 생산하고 있다. 최근에는 삼우기업(주)에서 독일의 Saertex사의 기술을 도입해 풍력발전용 블레이드를 최대 폭이 2.5미터가 가능한 다축경편 프리폼을 사용하여 제조하고 있다.
	3차원 직물의 장점은?	이러한 구조는 다른 보강재와는 달리 3차원의 모든 축에서 기계적 및 열적 안정성을 부여할 수 있다. 3차원 직물은 2차원 직물과 달리 경사와 필링 원사 사이의 교락(interlacing)이 없기 때문에 전단력에도 비틀림 없이 직물이 구부러져 쉽게 저항하며, z축으로의 보강재로 인해 횡방향 강도, 압축 특성 및 충격 손상 내구성 등에서 이점을 가진다.

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