[논문]LMPET/PET 시스-코어 부직포의 온도에 따른 접착특성 및 물성 변화에 관한 연구

최세진; 임지환; 김한성

doi:10.12772/tse.2018.55.112

LMPET/PET 시스-코어 부직포의 온도에 따른 접착특성 및 물성 변화에 관한 연구
Effect of Bonding Temperature on the Adhesion Characteristics and Mechanical Properties of Non-woven LMPET/PET

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.55 no.2, 2018년, pp.112 - 117

최세진 (부산대학교 유기소재시스템공학과) , 임지환 (부산대학교 유기소재시스템공학과) , 김한성 (부산대학교 유기소재시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a sheath-core, non-woven material composed of a low-melting-point polyester (LMPET) and regular PET was used as an adhesive layer and a regular PET textile was used as a surface layer for the unification of materials. Herein, we investigated the complex adhesion properties, caused by the structural deformation at different bonding temperatures, of a two-component non-woven material. It was confirmed that the structural deformation of the non-woven material was significantly changed near the bonding temperature of $180^{\circ}C$ due to the change in fluidity of the low-melting point component. The effects of the structural change on the properties, such as the induced shrinking and wrinkling as well as changes in the bonding strength and air permeability, of the sheath-core, non-woven material are discussed. In addition, it is expected that these results, including the compression characteristics, flexibility, and durability, may provide the possibility for the manufacturing of products that include this material.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 저융점 PET와 일반 PET로 구성된 시스코어 부직포의 접착제로서의 특성을 분석하였다. 접착 온도에 따라서 용융된 시스 성분의 유동성 차이는 접착 공정시 접착층의 섬유 밀도 및 평균 직경 등 구조 변화에 있어서 차이를 유발하였다.

가설 설정

Figure 7(a)의 굽힘 강성은 시편의 유연성과 관련이 있다. 부직포 구조는 필름상의 접착층에 비해 구성 섬유의 자유도가 높기 때문에 일반적으로 유연성에 이점이 있다.
Figure 3(a)의 구김 이미지는 조명장치(측면광)의 입사각에 따라 파고(wave height)간의 강도 차이가 변할 수 있다. 또한, Figure 3(b)의subtotal은 구김 진폭, 방향, 빈도의 복합 정보이기 때문에그 차이가 극단적으로 표현되는 것으로 생각된다.
구김 특성 분석: 시편에 조사되는 빛은 구김으로 인한 불균일 표면에 따라 반사광의 intensity가 결정된다. 반사광이미지의 intensity 분포를 이차원 퓨리에 변환(2D Fast Fourier Transform)을 통해 시편의 구김을 복합 파동(wave)정보로 환산하였다.

제안 방법

210 ^oC의 경우 상당히 많은 구김이 발생하였으며 전환이미지에서는 넓게 분포된 밝은 픽셀로 나타난다. 2D FFT 전환 이미지는 구김의 크기, 방향, 빈도 정보를 모두 포함하고 있기 때문에, Figure 3(b)와 같이 각 구성 픽셀의 강도를 모두 합산한 FFT subtotal을 통해 구김의 종합적인 정보를 정량화 하였다. 130에서 180 ^oC까지의 접착 온도에서는 구김 정도가 유사하게 나타나고 있으나 그 이상의 온도에서 급격히 증가한 것이 확인된다.
20 cm×20 cm 크기의 부직포를 동일 크기의 PET 직물두 장 사이에 삽입한 후 5.25 mm/s(1 rpm)로 회전하는 롤프레스(Roll press, Ocean Science Co., Korea)를 이용하여 0.5 MPa의 압력으로 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210 oC에서 각각 접착하였다.
2차원적 면적 변화를 통해 계산된 수축률은 부직포의3차원적인 수축 거동을 모두 반영하기 어렵기 때문에, 접착층의 수축으로 인해 유발되는 시편의 구김 특성을 평가하였다. 130, 180, 210 ^oC에서 접착된 시편의 표면 이미지와2D FFT 전환 이미지를 Figure 3(a)에서 확인할 수 있다.
역학적 특성: 접착 시편의 압축 특성과 굽힘 특성은 각각 만능재료시험기와 KS K 0642 규격의 A법(플렉소미터법)을이용한 강연도 시험을 통해 측정하였다. 또한 MIT 내굴곡시험기(Ocean Science Co., Korea)를 이용하여 시료에 2000회의 굽힘 피로를 가하기 전과 후를 비교하여 내피로도 시험을 수행하였다.
구김 특성 분석: 시편에 조사되는 빛은 구김으로 인한 불균일 표면에 따라 반사광의 intensity가 결정된다. 반사광이미지의 intensity 분포를 이차원 퓨리에 변환(2D Fast Fourier Transform)을 통해 시편의 구김을 복합 파동(wave)정보로 환산하였다. 환산된 구성 파동들의 파장(wavelength),진폭(amplitude), 주파수(frequency)의 종합적인 정보를 통해 구김 특성을 정량화하였다[19].
본 연구에서는 접착성과 성형성이 높고 형태안정성이 우수한 장점을 가진 폴리에스터(polyester, PET) 소재[18]로의단일화를 위한 일환으로 PET 직물을 표피층으로 하고 저융점 PET(LMPET)와 일반 PET로 구성된 시스-코어(sheath-core) 부직포를 접착층으로 사용하였다. 접착 온도에 따른시스-코어 부직포의 수축률, 구김 특성, 접착 강도 및 통기성의 변화를 확인하여 접착층의 구조 변화의 영향에 대한 고찰을 수행하였다.
수축률 분석: 20 cm×20 cm 크기의 시료을 열접착 전, 후에 LED 조명판(LV-1000, SEBA Co., Korea) 상에 위치시킨후 CCD 카메라(SCC-B2315, Samsung Electronics Co., Ltd., Korea)를 이용하여 투과광 이미지를 촬영하였다.
5 cm×길이15 cm로 절단된 접착 시편을 10 mm/s 속도로 박리하여 접착 강도를 측정하였다. 시편의 시작과 마지막 부분을 제외한 10 cm 구간의 평균 접착 강도를 분석하였다.
, Korea)를 이용하여 투과광 이미지를 촬영하였다. 이미지 프로세싱을 통해 각 온도에 따른 접착 시편의 면적 변화를 계산하였다. 수축률 계산식은 다음과 같다.
접착 강도 측정: 만능재료시험기(TopTac2000, Yeongjin Co., Korea)의 필 오프 테스트를 이용하여 폭 2.5 cm×길이15 cm로 절단된 접착 시편을 10 mm/s 속도로 박리하여 접착 강도를 측정하였다.
본 연구에서는 접착성과 성형성이 높고 형태안정성이 우수한 장점을 가진 폴리에스터(polyester, PET) 소재[18]로의단일화를 위한 일환으로 PET 직물을 표피층으로 하고 저융점 PET(LMPET)와 일반 PET로 구성된 시스-코어(sheath-core) 부직포를 접착층으로 사용하였다. 접착 온도에 따른시스-코어 부직포의 수축률, 구김 특성, 접착 강도 및 통기성의 변화를 확인하여 접착층의 구조 변화의 영향에 대한 고찰을 수행하였다. 또한 온도에 따른 압축 특성과 유연성그리고 내구성 결과를 통해 실제품화에 대한 가능성을 제시할 것으로 생각된다.
통기도 측정: 통기도 측정기(Model 4110N GENUINE^TM Densometer, Precision Instruments, USA)를 이용하여 9 cm²의 면적에 300 cc의 공기가 투과하는 시간으로 공기 투과도를 산출하였다.
반사광이미지의 intensity 분포를 이차원 퓨리에 변환(2D Fast Fourier Transform)을 통해 시편의 구김을 복합 파동(wave)정보로 환산하였다. 환산된 구성 파동들의 파장(wavelength),진폭(amplitude), 주파수(frequency)의 종합적인 정보를 통해 구김 특성을 정량화하였다[19].

대상 데이터

, Korea)를 사용하였다. 접착 시 표피층은 ㈜정산인터내셔널로 부터 제공받은 PET 직물이 사용되어, 표피층-접착층-표피층을 PET 동일 소재로 구성하였다.
접착층으로써 low melting point polyester(LMPET)와 일반 polyester(PET) 섬유로 구성된 LMPET/PET sheath-core부직포(CCLPET50, 50 g/m², Namyang Nonwoven Fabric Co., Korea)를 사용하였다. 접착 시 표피층은 ㈜정산인터내셔널로 부터 제공받은 PET 직물이 사용되어, 표피층-접착층-표피층을 PET 동일 소재로 구성하였다.

이론/모형

역학적 특성: 접착 시편의 압축 특성과 굽힘 특성은 각각 만능재료시험기와 KS K 0642 규격의 A법(플렉소미터법)을이용한 강연도 시험을 통해 측정하였다. 또한 MIT 내굴곡시험기(Ocean Science Co.

성능/효과

130과 180 oC의 경우 각각 13.5, 20.1 μm의 평균 직경을 가진 구성 섬유들이 그 형태를 잘 유지하고 있음을 알 수 있으나, 190과 210 oC의 경우 시스 성분의 용융으로 섬유 직경이 증가하였을 뿐만 아니라, 용융된 섬유 간 융착으로 인해 평균 직경이 상당히 증가하고 편차가 높게 측정되었다.
03%/oC)이며 수축률 또한 상당히 작은 것을 알 수 있다. 190^oC 이상의 온도에서는 수축률이 상대적으로 크게 증가하였으며 온도에 따른 차이(평균 증가율 0.20%/^oC)도 크게 나타난 것을 확인할 수있다. 접착 온도는 모두 LMPET의 융점 이상이나, 표피층을 통해 접착층으로 전달되는 열에너지가 감소하여 시스성분은 부분적으로 용융되기 시작한다.
접착 온도에 따라서 용융된 시스 성분의 유동성 차이는 접착 공정시 접착층의 섬유 밀도 및 평균 직경 등 구조 변화에 있어서 차이를 유발하였다. 구조 변화의 차이는 접착 면적 및 기공도와 구성 섬유의 자유도에 영향을 미치며 수축률, 구김 특성, 접착 강도, 통기도와 같은 접착 시 특성 변화와 압축 특성, 유연성, 내피로도 등의 물성 변화를 유발하였다. 특히, 본 실험 조건하에서는 180-190 ^oC 사이의 구간에서 부직포 구성 섬유의 융착이 발생하여 구조적 변화 양상이 크게 달라지는 것으로 생각되며, 이에 따라 접착 특성 및 물성이 크게 변화한 것을 확인하였다.
즉, LMPET/PET 부직포의 열접착 온도가 증가함에 따라 접착층의 수축으로 인해 단위 면적당 섬유 밀도 증가하였으며, 시스 성분의 용융으로 인해 구성섬유의 직경이 증가하였다. 이러한 섬유 밀도 및 직경의 증가는 표피층과 접착층의 접착 면적을 증대시켜 접착 강도가 상승하였으며, 기공 크기의 감소로 인해 통기성이 감소한 것으로 판단된다[20].
구조 변화의 차이는 접착 면적 및 기공도와 구성 섬유의 자유도에 영향을 미치며 수축률, 구김 특성, 접착 강도, 통기도와 같은 접착 시 특성 변화와 압축 특성, 유연성, 내피로도 등의 물성 변화를 유발하였다. 특히, 본 실험 조건하에서는 180-190 ^oC 사이의 구간에서 부직포 구성 섬유의 융착이 발생하여 구조적 변화 양상이 크게 달라지는 것으로 생각되며, 이에 따라 접착 특성 및 물성이 크게 변화한 것을 확인하였다.

후속연구

접착 온도에 따른시스-코어 부직포의 수축률, 구김 특성, 접착 강도 및 통기성의 변화를 확인하여 접착층의 구조 변화의 영향에 대한 고찰을 수행하였다. 또한 온도에 따른 압축 특성과 유연성그리고 내구성 결과를 통해 실제품화에 대한 가능성을 제시할 것으로 생각된다.
또한 부직포의 다공성 구조로 인하여흡음 특성을 부여할 수 있으며[9,10], 특히 쾌적성과 직결되는 통기성 등 부가적인 기능을 부여하는데 유리하다[11,12]. 하지만, 랜덤한 섬유 네트워크로 구성된 부직포 접착제는 접착 온도에 따라 복잡한 섬유 거동이 수반되기 때문에[13], 이는 접착제로서 가장 중요한 성능인 접착 강도와 다공성 구조에 기인한 통기성 및 역학적 이점 간에 상반되는 효과가 예상되어 보다 심도있는 연구가 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고분자 접착제은 무엇들로 구분되는가?	고분자 접착제는 접착 공정에 따라 화학반응형, 유기용제형, 핫멜트형(hot-melt)으로 구분된다. 현재 고분자 접착제는 대부분 유기용제형이 사용되어지고 있으나, 이는 공정과정에서 휘발성 유기물질의 배출로 인해 인체 유해성과 환경오염의 문제가 있다[1 3].
	핫멜트 접착제의 장점은 무엇인가?	현재 고분자 접착제는 대부분 유기용제형이 사용되어지고 있으나, 이는 공정과정에서 휘발성 유기물질의 배출로 인해 인체 유해성과 환경오염의 문제가 있다[1 3]. 반면, 핫멜트형 접착제는 열에너지를 가해 용융 압착시킨 후 냉각하여 접착시킴으로써, 용제형 접착제와 달리 건조과정이 요구되지 않고 무용제형으로 환경과 인체에 대한 유해성이 없으며 공정 효율 높은 이점으로 광범위하게 적용되고 있다[4 6].
	현재 고분자 접착제의 문제점은 무엇인가?	고분자 접착제는 접착 공정에 따라 화학반응형, 유기용제형, 핫멜트형(hot-melt)으로 구분된다. 현재 고분자 접착제는 대부분 유기용제형이 사용되어지고 있으나, 이는 공정과정에서 휘발성 유기물질의 배출로 인해 인체 유해성과 환경오염의 문제가 있다[1 3]. 반면, 핫멜트형 접착제는 열에너지를 가해 용융 압착시킨 후 냉각하여 접착시킴으로써, 용제형 접착제와 달리 건조과정이 요구되지 않고 무용제형으로 환경과 인체에 대한 유해성이 없으며 공정 효율 높은 이점으로 광범위하게 적용되고 있다[4 6].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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