섬유소재의 성능

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2주

섬유소재의 성능

섬유소재분석론

1. 의류소재를 구성하는 기본적인 원료인 섬유의 정의와 특성을 알아본다.

2. 의류소재로서 적합한 성질을 갖추기 위해 요구되는 성능을 알아본다.

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1. 섬유(fiber)

1. 섬유

1) 일반적인 섬유의 개념 : 패브릭으로 만들어지기에 적합한 특성(가늘고 긴 상태의 화합물)을 지닌 긴 천연 또는 인공물질을 말함.

섬유 ⇒ 가늘고 길며 유연한 물질= 섬유를 만드는 화합물 = 섬유를 만드는 분자 = 고분자(polymer) = 중합체 = 간단한 분자들이 모여 만듦 ⇒ 중합반응 중합체 : 천연 중합체 - 셀룰로오스, 단백질

합성 중합체 - 축합중합체, 부가중합체, 공중합체 중합반응

: ① 축합중합 : 반응기를 갖는 단량체가 간단한 물질을 내놓으며 계속적으로 결합함.

(폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄)

② 부가중합 : 이중결합을 가지는 단량체끼리 부가되며 이중결합이 열리게 됨.(아크릴, 올레핀)

섬유

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2. 섬유의 내부구조 1) 선상중합체

= 섬유는 가늘고 긴 형태 = 섬유 분자도 가늘고 긴 선상 고분자 = 선상중합체 ⇒ 섬유로 적합

중합도

: 중합체를 이루는 단위분자(단량체)의 수 (degree of polymerization, DP)

⇒ 섬유를 이루는 고분자는 기본 단위인 단량체가

100~15,000개 연결되어 이루어진 것으로 250정도 이상이면 섬유로써 문제없음.

섬유의 특성

면 3000~5000 마 2000~3000 목재펄프 800~1000

레이온 250~500

< 섬유의 중합도 >

<길이가 짧은 고분자> <길이가 긴 고분자>

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2) 분자간의 가교 : 섬유를 이루는 선상중합체 사이를 결합시키는 힘 ⇒ 수소결합, 공유결합, 이온결합, 반데르발스의 힘 3) 결정성 : 섬유는 결정과 비결정이 혼재되어 있음.

결정은 섬유분자가 규칙적으로 치밀하게 평행으로 배열된 영역 ① 결정 부분 : 결정이 많으면 강도가 커지고 탄성률이 커짐.

② 비결정 부분 : 비결정이 많으면 신도가 커지고 흡습성과 염색성이 좋아짐.

4) 배향성 - 분자들이 평행으로 배열되어 있는 것 ⇒ 배향이 되어 있음.

섬유의 특성

<섬유의 결정 구조>

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3. 섬유의 외부형태

1) 섬유의 길이 : 실로 만들기(방적) 위해서는 최소한의 길이를 가져야 함.

⇒ 섬유가 실로 만들어지고 옷감의 원료로 사용하기 위해서는 길이와 폭의 비가 1,000 이상 되는 것이 바람직함.

① 스테이플(staple fiber)섬유 = 단섬유 - 짧다.

② 필라멘트(filament fiber)섬유 = 장섬유 - 길다.

섬유의 특성

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2) 섬유의 굵기(가늘기)

: 마이크로미터(㎛)로 표시하나, 단면의 형태와 지름이 균일하지 않아 길이와 무게의 관계로 나타내는 데니어 (denier)와 텍스(tex)가 쓰임. 천연섬유의 굵기는 대략 10~70㎛임.

섬유의 특성

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3) 섬유의 단면과 측면의 형태

: 섬유의 단면을 현미경으로 관찰 - 섬유의 종류에 따라 각기 다른 독특한 단면을 가짐 ⇒ 천연 섬유 감별에 효과적임. 광택, 촉감, 무게, 보온성 등의 성질을 변화시킴.

4) 권축 : 길이 방향으로 파상을 이루거나 꼬임을 가지는 형태

⇒ 방적성, 투습성, 통기성 향상, 함기성 증대, 레질리언스와 촉감이 향상됨

섬유의 특성

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2. 섬유소재의 성능

1. 외관 : 시감과 촉감에 의해 이미지와 용도를 결정 1) 색상 : 염색성과 염색견뢰도

아름다운 색상을 표현하기 위한 염색은 필수- 섬유의 화학적 조성과 내부구조, 염료의 종류에 따라 다름.

2) 광택

표면에서 반사되는 빛의 양에 따라 결정. 섬유의 단면과 측면에 따라 달라짐.

(삼각형 단면은 우아한 광택, 원형의 단면은 천박한 광택) 3) 드레이프성

의복의 외형을 이루는 곡선의 아름다움을 나타내는 특성. 3차원적으로 늘어지는 형상.

강연성과 무게, 실의 구조나 직물의 조직과 밀접한 관련이 있음.

섬유소재의 성능

<알칼리감량가공에 의한 폴리에스터의 드레이프성>

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4) 태(hand)

직물의 물성에서 비롯된 촉감이나 모양을 종합적으로 표현한 것.

촉감과 시감에 의해 관능적으로 판단되는 직물의 감각적 성능. 직물을 손으로 만졌을 때 느껴지는 감각. 외관이나 용도를 결정짓는 중요한 요인.

- 가와바타 시스템(Kawabata Evaluation system) : 기본적인 역학적 성질에 의해 종합적 으로 결정된다는 가정으로 평가함.

① numeri(smoothness) : 매끄럽고 부드러우며 유연한 느낌이 혼합된 것 ② shari(crispness) : 까실까실하고 파삭파삭하고 건조한 느낌

③ koshi(stiffness) : 굽힘성과 관련됨. 뻣뻣함. 탄련성 있는 고밀도로 짜여진 경우 ④ hari(anti-drape stiffness) : 탄력성과 관계없는 뻣뻣함. 퍼짐.

⑤ fukurami(fullness and softness) : 부피감이 있으면서 따뜻함을 주는 부드러움 ⑥ kishimi(scroop) : 소재와 소재를 비비면서 나는 살랑거리는 소리. 견명

⑦ shinayakasa(flexibility & softness) : 부드럽고 매끄러운 촉감으로 반발탄성력이 느 껴지는 감성. 피치스킨, 스웨이드 소재

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5) 질감(texture)

직물 표면의 특성을 뜻하는 것으로 시감과 촉감에 의해 결정됨. 매끄럽거나 거칠다 등으로 표현됨.

6) 필링

사용 도중 마찰 부분에 보풀이 생겨 외관이 손상됨.

보플=필 : 직물이나 편성물에서 섬유나 실이 빠져 나와 탈락되지 않고 표면에 뭉쳐서 작은 섬유망울을 형성하는 것.

7) 피복성

옷감이 불투명하여 인체를 가려주는 성질로 옷감에 투과하는 빛의 양으로 결정됨.

8) 치수안정성

치수변화 즉, 줄거나 늘어나는 정도에 대한 안정성.

9) 강연성

뻣뻣함과 부드러움의 정도를 나타내는 것.

드레이프성, 촉감 및 의복의 형태에 영향을 미침. 초기탄성률에 영향을 받음.

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2. 쾌적성 : 개인의 생리적‧심리적인 성향에 의해 좌우된 주관적인 느낌.

질감, 촉감, 보온성, 흡습성, 중량, 흡수성, 공기 투과도 등에 영향을 받음.

1) 보온성 : 인체의 열이 외부로 전달되는 것을 의복이 차단하여 체온을 유지하는 성능.

열의 전달은 전도, 대류, 복사에 의함. 각 섬유의 열전도도에 따라 보온성이 결정됨.

보온성 결정 요인 : ①섬유의 열전도성 ②흡습시의 발열량 ③섬유의 형태와 직물이나 편성물의 조직(함기율)

2) 흡습성 : 대기 중의 수분을 흡수하는 성질로 섬유의 종류와 대기 중의 습도에 따라 달라짐.

섬유를 만드는 화합물이 수산기, 아미노기, 카르복실기와 같이 친수성 원자단을 가진 경우 섬유의 흡습성은 커짐. 물론 같은 화합물로 된 섬유라 하더라도 섬유 내부구조 즉, 결정성과 배향의 정도에 따라 다름. 흡습성이 작은 섬유로 만든 의복은 세탁 후 쉽게 마르고 구김도 잘 생기지 않아 관리상은 유리하나, 속옷이나 여름 옷감으로 부적당하며, 염색하기도 어렵고 대전성이 커지는 문제도 있음.

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3) 흡수성 : 직물이 액체 상태의 물을 흡수하는 성질.

4) 투습성 : 직물을 통하여 수증기를 통과 시키는 성능. 신체의 수분 발산이 이루어지지 않으면 불쾌감이 생김 .

5) 통기성 : 직물의 기공을 통해 공기가 투과할 수 있는 성능.

보온성과 투습성에 큰 영향을 미침.

6) 비중 : 섬유의 비중은 4℃ 물의 밀도(1g/㎤)에 대한 섬유의 밀도임.

일반 다른 고체의 비중과는 차이가 있음. ⇒ 이는 섬유는 부분적으로 공기를 함유하고 있어 전체용적에 대한 중공 부분을 고려해야 하기 때문임.

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3. 내구성 : 적당한 사용 기간 동안에 원래의 성능과 특성을 유지하는 것.

1) 인장 성질 (1) 인장강신도

: 섬유가 얼마나 강한가 또는 얼마만한 힘에 견딜 수 있는가 하는 정도를 나타냄.

섬유의 길이 방향으로 힘을 가하여 일정한 굵기의 섬유를 끊는데 드는 힘을 섬도로 나누어준 것 = 강도(인장강도) g/d의 단위를 사용.

신도 : 섬유가 끊어질 때까지 늘어난 길이에 대한 원 길이의 백분율(%) ⇒ 의복용 재료 : 보통 강도는 3g/d, 신도는 10∼30% 정도가 요구됨.

(2) 초기탄성률 : 섬유의 신장 초기에서의 신도와 하중의 비.

강신도곡선의 초기 즉, 적은 힘이 가해질 때에 섬유가 신장되는 정도는 가해준 힘에 비례하는데, 이 기울기를 말함.

(3) 강인성 : 섬유를 절단하는데 필요한 에너지로 섬유의 내구성을 가장 대표하는 성질임.

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<강신도곡선>

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2) 마모강도 : 오랜 기간 동안 착용하면 마찰, 굴곡 등의 힘을 받아 닳아서 헤어지는데, 마모강도란 이러한 힘에 견디는 정도를 말함.

3) 파열강도 : 옷감의 특정한 방향에 대한 강도가 아니라, 모든 방향에 대한 강도에 대해 견디는 정도를 나타내는 것.

옷감의 면에 수직으로 압력을 가해 파괴될 때의 강도를 말함.

4) 인열강도 : 인열에 대한 저항, 즉 직물을 찢는 데 필요한 힘으로 옷감의 수명과 관련이 큼.

옷감이 인장에 못 견디어 절단되는 경우보단 못 등에 찢어지는 경우가 많음.

옷감이 찢어질 때 1~2올의 실에 급격한 힘이 집중되므로 실의 강도와도 관련이 있지만 실의 움직임과 밀접한 관련이 있음.

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5) 레질리언스 : 섬유가 외력에 의해 굴곡, 비틀림, 압축 등의 변형이 생겼다가 외력이 사라졌을 때 원상태로 돌아가는 능력. 부피와 상관되는 특성으로 압축을 받는 카펫용 섬유, 침구용

솜의 성능으로 중요. 섬유의 레질리언스는 탄성 외에도 굵기, 단면형, 권축 등과 관계가 깊음.

탄성회복성 : 잡아당긴 힘을 제거하면 줄어드는 성질로 늘어났던 길이에 대해 줄어든 길이의 백분율이 탄성회복률임.

6) 내일광성 : 일광, 바람, 눈과 비에 오랜 시간 노출되면 점차로 약해짐. 일광 중 자외선으로 부터 나온 에너지는 화학적 구조를 손상시켜 점차로 섬유를 약하게 만듦.

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4. 안전성 : 인체의 건강과 안전에 관심이 커짐.

1) 대전성 : 섬유들은 마찰되면 정전기가 발생하는데 이러한 성질을 말함. 견, 양모 등 천연섬유 는 전기가 생기더라도 흡습성이 크므로 발생된 전기가 섬유 중 수분에 의해 곧 방전되어 표 면에 오래 남아 있지 않으나, 합성섬유는 대체로 흡습성이 나쁘고, 전기절연성이 크므로 발 생된 정전기가 섬유 표면에 그대로 축적되는 경우가 많음.

2) 내연성 : 내연성은 열 자체 뿐 아니라 불꽃에 대해서 어떻게 반응하는지를 포괄적으로 나타내 는 것으로 불에 잘 타느냐 타지 않느냐를 나타내는 것임. 의복의 안전성 측면에서 아동복, 노 인복, 실내장식용 직물의 난연화가 중요함.

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3) 방호성 : 외부의 열이나 충격, 자외선, 화학 약품, 방사능, 전자파 등으로부터 위협을 받는데, 옷감은 이로부터 신체를 보호해줄 수 있는 성능을 가짐.

(1) 열차단성 : 의류소재는 인체와 환경 사이에서 열의 흐름을 차단하거나 통풍을 돕는 등 열 흐름을 조절할 수 있음.

(2) 충격 흡수: 충격으로부터의 보호.

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5. 관리 편이성 : 섬유를 세탁하거나 보관하는 중 성질이나 형태의 변화가 적게 일어나게 하여 보관을 간편하게 함.

1) 내세탁성 : 반복되는 세탁에 의해 성질이 변하지 않게 하는데 필요한 성질.

(1) 방오성- 친수성이 큰 섬유는 표면장력이 크므로 오구(soil)를 잘 흡착함.

(2) 내수성- 섬유에 따라 습윤 상태에서 강도, 알칼리 세제와의 관계 등을 살펴봄.

2) 내열성 : 섬유가 열에 견디는 성질로 염색, 가공, 세탁 또는 다림질 등 외부로부터 열의 작용을 받음.

3) 내약품성 : 옷감이 화학약품에 견디는 정도를 말함. 섬유는 특히 산, 알칼리, 표백제, 드라이 클리닝용 유기용제에 잘 견뎌야 함.

4) 열가소성 : 열과 수분과 힘의 작용으로 영구적으로 변형이 생기는 것 ⇒ 다림질의 원리도 결국 열가소성의 활용임.

소성 : 외력을 받아 생긴 변형이 외부의 힘이 제거되어도 변형된 상태가 영구적으로 남는 것 섬유소재의 성능

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5) 항미생물성

내충성 : 섬유 중 양모나 견은 성분이 단백질이므로 해충의 피해를 받기 쉬움.

내균성 : 천연섬유에는 세균, 곰팡이 등의 미생물이 기생하여 섬유가 변색되기도 하고 부분적으로 분해되므로 강도가 떨어질 수 있음.

6) 형태 안정성

(1) 수축 : 섬유의 수축은 길이가 감소하는 현상으로 섬유 폭의 증가를 초래함.

이완 수축(제조공정 중 장력을 받아 늘어난 실이 사용하는 도중 서서히 이완되어 원상태로 줄어드 는 것), 팽윤 수축(섬유가 물을 흡수하여 팽윤되었다가 탈수함에 따라 수축되어 나타나는 것), 축 융 수축(양모와 같이 표면에 스케일이 있는 경우축융현상에 의해 일어나는 수축을 말함), 열 수축 (소수성 섬유는 열에 의해 물리적 성질이 변하여 수축하는 것을 말함), 진행성 수축(섬유가 사용 중에 계속 수축하는 현상)

(2) 늘어짐 : 가공이나 세탁 중에 형태의 변화가 일어나는데 편성물의 경우 늘어지는 현상이 생김. 오래 착용하면 무릎이나 팔꿈치에 늘어나 배깅(bagging)현상이 생김.

(3) 방추성 : 의복을 세탁하거나 오래 착용하면 외부의 힘에 의해 구김이 생기면서 외관을 해침. 방추성은 섬유의 탄성회복률과 관련이 있음.

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6. 환경 친화성 : 환경의 변화와 생태계에 대한 소비자의 관심이 고조되면서 섬유제품에 영향을 미침.

1) 생분해성 : 의복 사용 후 폐기할 때는 매립하거나 소각함.

생분해는 박테리아나 균류 같은 미생물에 의해 자연적으로 일어나는 현상으로 매립지나 하 천에서 가장 흔히 일어나는 분해 메커니즘임.

2) 재활용 및 재사용 가능성

재사용 : 원래의 제품 형태를 손상 또는 변형시키지 않고 다시 사용하는 것(물려주기, 공공 단체 기증, 중고제품 판매)

재활용 : 방사 및 제직 과정, 옷감의 재단 증의 과정에서 생긴 부스러기 섬유제품을 다시 가공하여 충진재, 일회용품, 보강재 등으로 사용하는 것

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<참고> 의류소재의 분류

1. 섬유 : 가늘고 긴 형태의 고분자 2. 실 : 섬유를 길이방향으로 꼰 것

3. 직물 : 경사와 위사로 규칙적으로 교차되어 짜인 것

4. 편물 : 경사, 위사 없이 고리에 의해 한 방향으로 짜인 것

5. 부직포 : 방향성 없이 뭉쳐져 있는 섬유를 열기나 습기, 접착제와 함께 평평하게 압축시켜 놓은 것

6. 레이스/브레이드 : 실을 얽어 매듭을 지어 만들어진 것

7. 다층포 : 두 장의 직물 또는 한 장의 직물과 솜 또는 폼(foam)등 여러 소재의 포를 누비거나 열 접착, 코팅 방식으로 결합시켜 놓은 것

8. 필름 : 방사원액으로 직접 포를 형성시킨 것 9. 가죽/ 모피 : 동물의 피부나 털로부터 얻어진 것

섬유소재의 분류

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참고문헌

텍스타일(Sara J.Kadolph(유지헌외 3인 옮김)/시그마프레스) 새로운 의류소재학(조길수외 4인 공저/동서문화원)

패션소재기획(김정규.박정희/교문사) 피복재료학(김성련/교문사)