TECH TREND - 에너지절감형 의복소재인 하절기용 폴리에스터
냉감기증성 및 동절기용 폴리에스터 보온기능성 극세섬유
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기술의 개요
제2의 피부라 할 수 있는 의(衣)는 식(食)·주(住)와 함께 인류의 역사를 같이한 전통적인 제품이다.
수많은 세월을 거쳐오면서 의복은 과학의 발전과 함께 단순히 입는 것에 그치지 않고 첨단기능이 접목되어 일반의류로부터 전문 스포츠 의류, 기능성 아웃도어 소재로 발전하고 있다.
특히, 냉온(冷溫)기능성을 발현하는 의복은 혹독한 기후 속에서 인체를 보호하여 원활한 삶을 영위할 수 있게 하고 있다.
이러한 냉온기능성 의복소재에 대한 연구는 국내외를 막론하고 많은 섬유제 조사에서 계속되고 있으며, 현재도 더욱 우수한 기능성 발현을 위해 그 노력이 계속 진행되고 있는 현실이다.
(주)효성의 대표적인 하절기용 의복소재로 개발된 Askin은 국내 유일의 냉감 원사소재로 땀 흡수가 우수하고 빨리 마르는 흡한속건(吸寒速乾) 기능성과 피부에 유해한 자외선을 99.9%까지 차단시키며, 특유의 이형단면(異形單面) 형태와 차별화된 중합물로부터 나오는 비침방지 및 자외선 차단효과는 물론 여름철 냉감소재로서 감성과 기능성을 겸비하였으며, 특유의 은은한 광택과 부드러운 터치로 최상위 스포츠, 아웃도어 및 이너웨어 브랜드에서 사용되고 있는 복합 다기능성 섬유소재다.
성능적으로는 자외선 차단지수인 UPF 역시 직물적용시 최상급인 50+를 확보하였다.
통상적으로 선 형태인 섬유개발 및 제조에 있어서 다양한 기능성을 부여하기 위해서는 단면형태의 변형, 최적 기능성첨가제 선정 및 균일 분산/혼합, 섬유 균제도 향상, 기본물성 확보, 제사공정성 확보, 염색균일성 향상이라는 조건을 만족해야만 정상제품으로서 판매가 가능하게 된다.
기존 합성섬유의 섬유단면 형태는 대부분 원형인데, 그 형태를 변화시키면 직편물에 의한 원단제조시 원단의 외관특성이 변하게 된다.
이는 감성적인 차별화를 추구하는 주요요인으로서 기존의 제품과 차별화된 특성을 발현할 때 주로 적용하는 방법이다.
수십년의 역사를 갖고 있는 나일론/폴리에스터 중합물을 사용한 합성섬유는 다양한 단면형태가 개발되었지만, “시대에 따른 의류 Trend”에 의해 이형단면 형태별 의류제품의 특성이 변하게 되어 지속적으로 인기있는 이형단면은 극소수에 불과하다.
Silk와 유사한 고급 외관특성을 발현하는 삼각형과 유사한 원사단면형이 대표적인 예라 할 수 있다.
이러한 이형단면형을 개발할 때 가장 중요한 요소는 단면균일성이다.
용융압출된 중합물을 방사노즐 직하에서 균일하게 냉각을 시키는 것이 섬유제조의 핵심적인 내용이다.
단면균일성이 불균일하게 되면 원사의 물성 불균일에 기인한 염색불량이 발생되어 최종 의류제품에서 줄처럼 보이는 불량이 발생하게 되어 제품으로서 사용할 수 없게 된다.
그림 1 과 같이 하절기용 의복소재로 개발된 반영구적인 냉감섬유 Askin의 단면형태는 흡한속건 기능성이 발현될 수 있는 Capillary 채널이 6개 존재하는 편평형태의 단면형으로서 섬유의 비표면적이 증가하여 인체피부와 접촉하는 면적이 증가하여 첨가된 냉감 무기물의 접촉회수가 증대하여 반영구적인 냉감기능성을 발현하게 된다.
그림 2 에서와 같이 일반 원단과 Askin 원단의 접촉냉감성을 비교한 결과표를 보면 상대적으로 우수한 접촉냉감성이 발현됨을 알 수 있다.
이러한 냉감기능성은 후가공 등의 처리가 아닌 원사 자체에서 발현되는 것이기 때문에 무한반복 세탁을 하더라도 성능저하가 전혀없기 때문에 반영구적으로 시원한 의류제조가 가능하여 국내외 주요 의류제조사가 다양한 용도의 의류제품을 제조하여 활발히 판매되고 있다.
이러한 편평단면형에 기인한 또다른 효과로서는 원단 직조시 Silk처럼 자연스럽게 구부러지는 Drape성이 증가하여 착용감 및
촉감이 향상된다.
또한 그림 3 에서 보이는 것과 같이 사산편평 형태의 Askin은 일반 원형대비 Cover factor가 높아 직조 후 원단 두께가 얇아지면서도 원사간 중첩효과가 우수하여 방풍성이 증가하고 그림 4 와 같이 비침방지성이라는 특성을 발현하게 된다.
이를 응용하여 기존에 제작이 쉽지 않았던 백색 수영복을 Askin 원사를 사용해 제작하게 되면, 피부가 비치지 않아 다양한 형태로 쉽게 백색 수영복 제조가 가능하여 현재 많은 판매가 이루어지고 있다.
그림 5 는 비침방지성 및 방풍성에 대한 측정결과표로서 일반 원형단면 대비 Askin의 비침방지성 및 방풍성이 우수한 결과를 알 수 있다.
접촉냉감성 및 비침방지성을 발현하게 하는 특징은 편평형 이형단면 이외에도 첨가되는 냉감무기물의 역할도 중요하다.
기능성을 발현하는 첨가제를 선정하는 과정에서부터 섬유 고분자 원료에 혼입하고 균일하게 혼입하는 기술 및 최종 섬유방사 기술을 확립하는 과정에서는 무기물의 응집방지 및 균일분산 제어기술이 필수적이다.
(주)효성은 수많은 시행착오를 거쳐 조대입자 제거, 용융 중합물내에 분산된 첨가제의 재응집 방지기술을 확립하였다.
이로서 세계 최고 함량의 무기물 혼입을 바탕으로 고속 방사-연신-권취 기술을 확립함으로써 세계에서 가장 효과가 우수한 원사를 보유하게 되었다.
실제 Askin과 유사한 원사의 제조를 위해 국내외 화섬사에서 다양한 시도를 하였지만, 현재 동등 수준의 원사가 출시되지 않고있는 현실이다.
(주)효성의 대표적인 동절기용 의복소재로 개발된 Aerowarm은 보온기능성이 우수한 극세섬유로서 섬유의 단면모양이 중공형태로 공기층을 형성하여 보온효과가 뛰어나고, 가벼운 착용감을 주는 섬유이다.
기존의 보온성 중공사는 완전한 중공형태이기 때문에 중공도를 높일 경우, 사가공 및 제편직에 의해 원사가 눌려 중공형태가 유지되지 않아 기능성이 저하되는 단점이 존재하였다.
그러나 Aerowarm은 기존의 완전한 중공형태를 탈피하고 면섬유의 루멘(Lumen) 구조를 도입한 이형단면형을 적용함으로써 중공률을 월등히 높이면서도 사가공 및 제편직시에도 중공형태가 유지되기 때문에 기능성 저하가 적은 것이 가장 큰 장점이다.
또한 타사 보온소재에는 없는 흡한속건성이라는 차별화된 기능을 추가하여 겨울철 의복내 습기를 조절하여 쾌적함을 느끼게 해주어 복합다기능성을 발현하는 독보적인 동절기용 의복소재로 각광을 받고 있다.
나일론과는 달리 일광견뢰도(日光堅牢度) 및 세탁견뢰도(洗濯堅牢度)가 우수하여 스포츠, 아웃도어 제품에도 다양하게 적용
되고 있다.
Aerowarm의 가장 큰 특성은 경량성으로서 그림 6에서와 같이 독자기술로 완성된 Opened Hollow-Core 단면으로 인해 일반사에 비해 35%의 경량성을 나타낸다.
기존의 중공형태의 보온사와 가장 큰 차이점은 면의 루멘(Lumen) 구조를 적용한 것으로서 기존 중공사 대비 2배 이상의 중공률을 보유하게 되었다.
이와 같은 이형단면사의 개발을 위해서는 방사노즐 설계가 가장 중요하다.
원하는 중공률 발현 및 섬유 각각의 형태가 동일하게 형성되는 최적의 노즐설계를 기반으로 기존과 다른 노즐직하냉풍법을 적용하였다.
또한, Aerowarm의 주요한 특징인 보온성은 원단 직조시 원단내 정지공기층을 형성해 보온성을 증가하게 된다.
그림 7 에 Aerowarm의 보온성 측정결과를 나타내었다. 대표적인 보온성 섬유인 양모(Wool) 대비 2배가 넘는 보온성을 보유하고 있는 것을 알 수 있다.
기존의 보온성 섬유에는 존재하지 않는 흡한속건성을 보유하고 있는 Aerowarm은 현존 최고의 다기능성 보온성 섬유이다.
이는 이형단면형에 기인한 모세관 현상에 의한 것으로서 겨울철이더라도 활동시 인체에서 끊임없이 나타나는 발한작용에 의해 의복이 눅눅해질 수가 있는 것을 예방하고 다소 과도한 발한에도 땀 배출이 용이하여 항상 쾌적한 느낌으로 의복을 착용할 수 있게 해준다.
그림 8에서와 같이 Aerowarm은 (주)효성의 대표적인 흡한속건성 원사인 Aerocool과 유사한 수준의 흡한속건성을 보유하고 있으며, 면 및 일반 PET소재에 비해서는 월등한 성능임을 알 수 있다.
국내외 기술동향
차별화 기능성섬유 개발선진국인 일본의 주요 합섬제조사는 현재 의류용 원사 개발을 포기하고 산업용 특수섬유 및 첨단소재로 전향하고 있는 실정이다.
한국이 차세대 섬유선진국으로 발돋움하고 있으며, 그 뒤를 중국과 대만 및 유럽의 일부 제조사가 따라오고 있는 형국이다.
진정한 섬유선진국이 되기 위해서는 지속적인 차별화 복합기능성 원사 개발 및 차별화 섬유에 대한 직조기술 및 염가공 기술의 향상이 요구된다.
표 에 일본의 냉감섬유를 나타내었다.
다양한 제품군이 출시되었지만, 가격 대비 Askin 및 Aerowarm과 동일한 기능성 및 품질수준의 원사는 미흡한 현실이다.