섬유의 물리화학적 성질

Physical and Chemical Properties of Fiber

섬유의 물리화학적 성질

교과서 p. 34~50

내구성 안전성 외관 보건성

(체온, 활동) 관리성 인장강도

인열강도 파열강도 마모강도 내피로성

내열성 내연성 내일광성 내약품성

대전성

표면구조 염색성 강연성 내필링성 드레이프성

내추성 치수안정성

함기량 통기성 보온성 투습성 흡습성 흡수성 발수성 중량 신축성

내오염성 세탁성 내균성 내충성

의복재료에 요구되는 성질

열

수분

활동

인체생리적

쾌적성

* 의복의 용도에 따라 각 성질의 중요도가 달라짐

보건성

(체온유지, 동작적합)

함기량 통기성 보온성 투습성 흡습성 흡수성 발수성

중량 신축성

“건강쾌적” 기능성 소재의 개발

열전달

수분전달

활동성

초경량보온소재 축열보온소재 고신축성소재 투습발수소재 흡한속건소재 항균방취소재 소취소재

제균소재 방진드기

논 앨러겐(non allergen)소재

건강쾌적 기능성 소재

3

의류소재 개발의 공정 단계

단량체

(Monomer) 고분자

(Polymer) 섬유

(Fiber) 실

(Yarn) 직물 (Fabric)

중합공정 방사기술 방적

제사기술 제직기술 염색가공

-화학적조성 -고성능,

고기능성 고감성재료 중합

-중합도조절 -가공제첨가

(난연, 내열, 항미생물제)

-원액염색

-섬유형태

(길이, 단면형, 권축, 측면형, 굵기)

-이형단면사 -복합섬유 -중공섬유 -초극세섬유 -내부구조

(배향성, 결정성, 분자간의 인력)

-실의 굵기 -꼬임

-복합사

-텍스츄어링, -이수축

혼섬사

-밀도

(고밀도직물) -두께

-염료

-염색조건 -가공제 -가공조건

중합 방사 제사 제직

연신 염색

가공

6. Density 섬유의 비중

- weight in grams per cubic centimeters

5

물에 뜨는 섬유(부력섬유) (1) 경량 섬유 : PP섬유 (2) 경량, 보온 중공섬유

- 일반 섬유에 비해 10배 정도를 섬유속에 공기를 유지시키는 경량, 보온 섬유가 실현화, 보통 폴리에 스테르의 물에 뜨는 중공율(27.5%)이나 폴리프로필 렌(비중0.91)보다 높은 중공율(35~40%)를 갖고 있 는 것이 경량, 보온 섬유의 특징이다.

<그림> 물에 뜨는 수영복

저밀도 PP 발포수지를 미세가공으로 제조하면 보통섬유처럼 얇고 부력성이 뛰어난 섬유제조가 능. 0.5mm 굵기의 섬유 300g 이면 130kg의 인체를 띄울 수 있음. 방한효과 우수

: 낚시복, 수상스포츠의류, 항해용 우의, 구명 부력기구 등에 이용

p. 34

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섬유의 비중 _ ^경량소재

섬유 비중 섬유 비중

면 1.54 폴리에스터 1.38

아마 1.50 아크릴 1.15

양모 1.32 모다크릴 1.34

견 1.40 폴리프로필렌 0.91

비스코스 레이온 1.51 스판덱스 1.15

아세테이트 1.32 사란 1.70

나일론 1.14 유리 2.55

가벼움

흡수성, 촉감, 경량성, 광택, 보온성 향상

중공섬유 ^{_경량보온섬유}

7

신소재

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중공직물

Sara Gillott (1996)

‘Inflatable Bingo Gaments’

Michiko Koshino (1996)

-Bought flat and pumped with air to create its final shape

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9

7. Spinning 방적성

- ability to make yarn

방적성 _실을 뽑을 수 있는 능력

: 섬유의 강도(1.5g/d 이상), 길이(5mm이상), 굵기, 표면마찰계수, 권축 양모: 권축이 좋고, 표면 스케일층으로 표면마찰이 커서 방적성 우수

p. 35

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8. Heat Conductivity 보온성

- ability to conduct heat away from the body

열전도율 : 공기층 <<<< 마섬유 (따뜻: 겨울옷) (시원: 여름옷)

p.36

- 섬유의 열전도율 - 옷감의 함기율

- 수분열(heat of sorption)

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섬유의 열전도율

섬유 너비방향 길이방향

면 0.243 2.879

아마 0.344 2.831

양모 0.165 0.480

견 0.118 1.491

레이온 0.237 1.414

폴리에스테르 0.157 1.257

나일론 0.171 1.434

아크릴 0.172 1.020

(공기) 0.025 0.025

따듯

단위 : J/m∙sec∙°K

시원

p. 36

“ 보온 소재 “

보온성

“공기” : 열전도율이 매우 낮은 물질

필라멘트사 < 스테이플사, Smooth < Textured, 직물 < 니트 권축, 기모가공(폴라플리스), 파일직물,

다운(goose down, duck down)

필라멘트사 < 스테이플사, 텍스처사

열전달특성

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13

Wool Crimp : 양모의 천연 권축

길이방향으로 파상으로 굴곡되어 있는 상태

보온성, 통기성, 투습성, 촉감 향상

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Smooth / Textured Yarn

기계적인 처리로 loop 또는 crimp 부여

(인공권축)

평행, 조밀구조 신축성, 함기량, 촉감, 광택 개선

Texturing

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보통 필라멘트사 인공권축에 의한 가공사

Textured Yarn

15

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초경량보온소재 : 미세공기층 / 인체복사열

• 3M “Thinsulate” : 오리털에서 영감, Melt-Blown방식의 극세섬유로 구성 공기층

• Dupont “Thermolite” : 극세섬유, 중공섬유

• 알바니 “Primaloft”: 극세섬유

• “The Outlast”: 우주복(달표면 -150℃ 극저온), 미군특수복

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초경량보온소재

얇지만… 따뜻하다 두껍지만… 가볍다

“초경량보온재킷”, “발열내복”

(활동성, 실루엣 고려)

열적특성

17

신소재

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- 세탁 (고온세탁: 삶기) - 염색가공

- 건조 (열풍고온건조)

: 합성섬유는 섬유고분자의 재배향으로 열에 수축 현상 열가소성으로 영구적인 주름 발생

- 다림질 (섬유별 다리미 적정온도, 연화점 이하)

: 면/마 220℃, 양모/견 150℃, 합성섬유 150℃

- 섬유감별 (연소법: 불꽃 가까이 가져갈 때)

녹는지, 오그라드는지, 녹은 덩어리 색 관찰

: Polyester: 흑색 굳은 덩어리 Nylon: 회색 굳은 덩어리 Acrylics: 검은 불규칙한 덩어리, 쉽게 부서짐

9. Heat Sensitivity 내열성

- ability to soften, melt, or shrink when subjected to heat

p. 37

19

10. Flammability 내연성

ability to ignite and burn

내연성 섬유 : 방수복 불연성 섬유 : 진입복

(LOI 26 이상) (전혀 타지 않음)

(유아동복, 침대시트, 커튼 카펫 등에 요구됨)

p. 38

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섬유의 내연성 ^{_LOI로 평가}

가연성 섬유 난연성 섬유 내연성 섬유 불연성 섬유

면 견 모드아크릴 석면

레이온 나일론 노멕스 유리섬유

아세테이트 폴리에스테르 노블로이드 금속섬유

아크릴 양모 염화비닐섬유

폴리비닐알코올 염화비닐리덴섬유

폴리프로필렌 PBI

자기 소화성

* 공기중 산소농도 21%

가연성 : 잘 타는 섬유 (LOI 20 이하)

난연성 : 불꽃 속에서 타지만 불꽃 밖에서는 타는 속도가 느리며 저절로 꺼지기도 함 (LOI 21~25) 내연성 : 불꽃 속에서는 타지만 불꽃 밖에서는 연소를 계속하지 못하고 저절로 꺼짐 (LOI 26이상)

11. Heat Setting 열가소성

물체가 외부의 힘을 받았을 때,

• 탄성(Elasticity): 본래의 상태로 되돌아 옴

• 가소성(Plasticity): 영구적인 변형

세탁이나 다림질에 영향없음

• 열고정성(Heat Setting): 높은 온도에서 변형, 냉각 영구적인 변형 -> 열고정

• Triacetate, Nylon, Polyester, Polypropylene

• 기계주름치마, 구김셔츠, 엠보싱가공

• Issey Miyake(일본 디자이너) 작품

21

p. 40

Yoshiki Hishnuma(1996)

Detail of Jacket Fabric

Hussein Chalayan (1996)

Tyvek, ‘envelope paper’ developed

열가소성을 이용한 패션작품의 예

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23

Yoshiki Hishinuma (1996)

A moulded polyester fabric has been used for this jacket.

- Heat-moulde convex forms are placed for a strong

relief effect.

열가소성 p.40

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Heat Setting 열고정성 (열가소성)

‘Fossil Interspersed with Pleating’ (1993) ‘Cube Pleat’ (1996)

Sharon Baurley

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25

조명식 (2003)

한양대 의류학과 졸업작품 패션쇼

열가소성섬유의

구김가공 + 전사날염

12. Electrical Conductivity 대전성

청정룸(Clean room) 안에서의

무진복 착용장면

합성섬유: 전기절연성이 좋아 마찰시 발생된 정전기가 섬유표면에 축적 대전방지 방법:

- 작업실내의 습도를 높임 - 대전방지가공

- 전도성(도전성) 섬유와 혼방 (탄소복합섬유, 스테인리스 섬유)

p. 41

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도전성 섬유 : 복합섬유

- 방사 단계에서 개질 -

27

도전성 섬유 : 폴리에스테르 + 탄소섬유 도전사

p. 132

<그림 삭제>

13. Absorbency 흡습성, 흡수성

• 화학적 조성 : 친수기 –OH, -COOH, -NH₂ 흡습성 우수

• 섬유의 결정성, 배향성이 낮을수록 우수 흡수성 우수

• 상대습도 65% 20 ^oC

• 표준수분율, 공정수분율

• 저흡습성 섬유의 특징 :

- 세탁 후 쉽게 마르며,

- 늘거나 줄지 않아서 형체안정성이 우수하다.

- 다림질을 필요로 하지 않는다 (wash & wear성 우수), - 위생상 좋지 못하다.

- 염색이 잘 안 된다.

- 정전기가 축적된다.

각종섬유의 수분율

29

수 분 율 (%)

상대습도(%)

폴리에스터 표준수분율 0.4%

양모 표준수분율 16%

Original Wool Resin-coated Wool Chlorinated Wool

양모섬유 흡습성 섬유중에 최우수 (16%)

양모섬유 표면의 스케일이 피부자극 : 코팅 혹은 제거

피부자극 감소 : 양모내의에 이용

특히 노년층,

아토피피부염 환자 스케일이 피부자극

투습발수소재

Teflon film을 연신하여 얻어지는 미세 다공성 피막

31

신소재

흡한속건소재

수분전달특성

“Coolmax” 이형단면섬유 중공섬유

신소재

<그림 삭제>

흡습성

섬유의 화학적 구조, 친수기: -OH, -COOH, -NH₂ (천연섬유 > 합성섬유)

흡수성

섬유의 형태, 친유기( , -CH₂-CH₂- ) 물리적 구조(공기층, 모세관 현상),

Chemical Composition

• Functional group (

)

- hydrophilic (

) :

- lipophilic (hydrophobic,

)

• Backbone

- aromatic (

) - aliphatic (

)

-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-

33

Cellulose ^{화학적 구조}

- 수백 수천개의 β-glucose 결합 -

O O

n ^-

n Glucose (Cellulose)n-2 + (n-1) H₂O

합성섬유의 화학적 구조

35

Polyester

Nylon

Polyethylene [- CH₂ - CH₂ -] _n

- 친수기가 없어서 : 낮은 흡습성, 물속에서 이완/수축하지 않음, 많은 정전기 발생, - Wash & Wear성(다림질 필요 없음), 빠른 건조, 구김이 없다. 필링 발생

- 친유성 : 기름에 오염되기 쉽고, 일단 오염되면 제거 곤란 - 화학약품에 안정, 내구성 우수,

- 열가소성 (고온세탁/고온건조를 피한다-영구적인 구김발생우려)

Low-absorbency Fiber

1. Static Build-up 2. Quick Drying

3. Difficult for Dyer to Color 4. Poor Skin-comfort: Clammy

5. Prevents Evaporation of Perspiration 6. Dimensionally Stable to Water

7. Good Wrinkle Recovery when Laundered 8. Waterborne Stains Do not Penetrate

9. Resin Finishes Are not Absorbed

14. Dyeability ^염색성

- receptivity to coloration by dyes (dye affinity)

37

천연 염료의 예 : 치자, 황벽, 오배자, 자초, 양파, 포도

p.45

Multifiber fabric 다섬도포

(섬유중에 염료와 친화성이 큰 원자단 -OH, -COOH, -NH₂

염법 염료 섬유

직접염법 매염염법 환원염법 발색염법 분산 염법

반응 염법

수지 염법 직

접 염 료

산 성 염 료

염 기 성 염료

매 염 염 료

산성 매염 염료

배 트 염 료

황 화 염 료

아 조 익 염료

산 화 염 료

분 산 염 료

반 응 성 염료

안료

면 레이온

O

O X

X △

△ △

△ X

X O

O O

O O

O O

O X

X O

O O

O 양모

견

△

△ O

O O

O △

△ O

O △

△ X

X △

△ △

△ X

X X

△ X

X 아세

테이트 X X X X X X X △ △ O X X

나일론

폴리에스터비닐론 아크릴

(카시미론)

△

△ X X

O X X

△

O X X

△

△

△ X O

O X X X

△ O X

△

X

△ X X

△

△ X X

△ X X X

△

△ O O

△

△ X

△

△

△ X X

각종 섬유와 염료의 염색성 및 염색방법

p.45

견뢰도

염료 일광 세탁 땀 다리미 마찰 알칼리 염소

(표백제)

직접염료 산성염료 염기성염료 매염염료

산성매염염료

배트염료*

황화염료 아조익염료*

분산염료 반응성염료

2 2 1 5 5 5 4 4 4 5

2 4 1 4 4 5 4 4 2 5

4 4 1 4 4 4 4 4 4 4

2 4 2 4 4 5 4 4 4 4

4 4 2 4 4 5 4 4 4 4

2 2 2 2 2 5 5 5 2 2

1 1 1 1 1 5 1 4 1 1

각종 염료의 염색견뢰도

그림설명 : 중요하기 때문에 빨간색 글씨 썼으나, 정작 더 중요한 내용만 사라진 예 (위의 그림처럼 생활주변에서 경고문, 안내문 등에서 중요한 내용을 적은 빨간색을 사

염색견뢰도 ^-

15. Chemical Reactivity 내약품성

- effect of acids, alkali, oxidizing agents, solvents, or other chemicals

41

황수현 (2002)

‘ Burn-out ’

- Cellulose/Polyester - Cellulose/Silk

혼방(파일)직물 - 황산처리

Cellulose 용해

p.47

산, 알칼리, 표백제, 유기용매에 대해 견디는 성질

- 제조공정(정련, 표백, 염색, 가공), 세탁, 드라이클리닝

섬유의 내약품성

섬유 산 알칼리 표백제 유기용제

면 약함 견딤 견딤 강함

마 ^{약함 견딤 견딤 강함}

양모 대개 견딤 약함 염소계에 약함 강함

견 ^{대개 견딤 약함 염소계에 약함 강함}

레이온 약함 농, 열 알칼리에

약함 면보다 약함 강함

아세테이트 ^{농, 열산에}_약함 ^{약함 레이온보다 약함} 아세톤, 빙초산, 페놀, DMF에 녹음

나일론 ^{농, 열산 및}_{염산에 약함} ^{강함 염소계에 약함} 페놀, 농개미산에 녹음

폴리에스테르 강함 견딤 강함 견딤

아크릴 ^{강함 강함 강함 아세톤에 약함}_{DMF에 녹음}

폴리우레탄 ^{강함 강함 염소계에 약함 DMF에 녹음} p. 47 p.47

시판 표백제 / 세제의 사용

43

과탄산나트륨 차아염소산나트륨 과산화수소

p.47

질소함유섬유 사용 불가능

알칼리에 약한 단백질섬유에 이용

알칼리 세제 중성 액체합성세제

16. Sunlight Resistance 내일광성

- ability to withstand degradation from direct sunlight

•

- 자외선 A : 파장 330-400nm

- 자외선 B : 파장 280-330nm : 유리가 차단 - 자외선 C : 파장 200-280nm : 오존층이 차단

•

- 섬유 : 아크릴, 폴리에스테르 >>> 나일론, 아세테이트, 견 - 무광택제(TiO2) 첨가 : 광택섬유 >>> 무광택섬유

•

•

자외선 차단가공

p.48

16. Resist to Sunlight 내일광성

45

UV광선(자외선)과 옷감 영향(손상)

 아크릴

폴리에스터

 면

 레이온

나일론

 견

아세테이트

일광 노출시간

<그림> 각종 섬유의 내일광성

강도 (g/d)

* 견, 나일론 섬유가

내일광성이 가장 나쁘다 (자연건조시 그늘에서)

* 자외선의 에너지에 의한 : 섬유노화(고분자 분해)

직물의 강도저하 : 염료분자 분해

염색물의 퇴색 : 의류중 미생물 사멸

의류의 살균효과

* 자외선차단가공

17. Moth/Mildew Resistance 내충 /내균성

• 좀, 나방, 미생물(박테리아, 곰팡이):

- 악취발생, 섬유손상

• 방충가공 / 항균가공: 섬유보호 목적

- 천연섬유 약함 (고흠수성 섬유 : 미생물 번식에 적당한 환경, 섬유자체가 좀과 같은 곤충의 영양이 됨) - 합성섬유우수 (저흡습성 섬유 : 미생물 생식에 부적당한 환경)

• 항미생물가공 / 항균가공 / 위생가공:

- 쾌적성 향상, 인체보호 목적

- 속옷, 양말, 침구, 기저귀, 걸레, 환자복, 노인복