■ 섬유[TEXTILE]의 기초 이론 II

초기 탄성률 섬유를 당길 때 신장도는 하나 정한 한계 내에서는 후크(Hooke)의 법칙에 따라 인장력에 정비례하여 증감하여 인장력을 제거하면 원래 길이로 돌아가지만, 그 한계를 넘어서면 원래 길이로 돌아갈 수 없게 된다. 즉, 그림5에서 보이는 동시에 섬유의 인장강신도곡선이 원점 부근에서는 대체로 직선으로 되어 있다. 따라서 이 신장의 초기에 신장도와 하중의 비, 즉 원점에서 강신도의 곡선으로 접었을 때 신장도와 강신도의 곡선이 이루는 각(존재하지 않는 기이지)입니다. 의 탄젠트(tan에 존재하지 않는 기이지입니다. )을 초기 탄성률이라고 하며, 다음 식에 의해 구할 수 있다.

>

>

초기 탄성률은 신장의 초기, 즉 매우 작은 신장에 필요한 힘의 크기를 나타내는 단위가 되므로 섬유의 세기·연성을 나타낸다. 그래서 섬유의 초기 탄성률, 즉석에서 존재하지 않는 이미지입니다. 이 매우 높다는 것은 그 섬유가 단단하다는 것을 의미한다.그림 5와 표 6의 초기 탄성률을 보면, 마, 비단 등은 초기 탄성률이 큰 강직한 대표적 섬유이며, 양모, 나일론은 초기 탄성률이 작은 유연한 섬유임을 알 수 있다.섬유가 댁의 무유연하면 힘없는 섬유가 되고, 그 섬유로 만든 직물로 옷을 만들었을 때는 줄어들어 옷의 형태를 유지할 수 없게 된다. 반면 섬유가 강직하면 딱딱하고 불편하다. 그래서 섬유의 초기 탄성률은 섬유의 성질, 그 섬유의 용도에 크게 영향을 미친다. 한 예로 한복 넥타이감으로는 비교적 큰 탄성률을 가진 재료가 요구된다. 그래서 개가 좋은 재료가 되지만 나일론이 혼자 쓰일 때는 초기 탄성률이 매우 작아 길거리에서 볼품이 없게 된다.

>

물리학에서는 탄성률을 영률로 하여 kgf/m2로 표시한다. 이는 섬유의 초기 탄성률과 같은 의의를 갖고 있기 때문에 섬유의 성질을 표시할 때 영률이 사용되는 경우도 있다. 다만, 섬유는 영률의 크고 작음이 그 섬유의 딱딱함을 본인으로 나타내도 큰 차이가 없으나, 실이 본인의 직물에 대해서는 섬유의 경도 외에 실의 얽힘입니다. 굵기, 직물의 조직.밀도.두께 등에 따라 탄성률이 바뀐다.탄성섬유를 당기면 거의 매일 나왔지만 외력이 제거되면 다시 줄어든다. 그리고 섬유의 종류나 키의 정도에 따라 원래 길이로 되돌아가지 않는다.

>

그림6과 같이 섬유에 P만큼의 힘을 작용하면 섬유는 강신도 곡선 A에 따라 노상 나쁘지 않고, OL만큼 노상하여 외력이 없어지면 곡선이 B에 따라 수축되며, L'까지는 금방 회복되고, 또 때때로 경과함에 따라 회복이 계속되며, L'까지 회복되어 OL'이라는 영구변형이 남게 된다. 이처럼 섬유가 외력에 의하여 노상하여 외력이 제거되었을 때 본래의 길이로 되돌아가는 능력을 탄성이라 하며, 노상길이에 대한 회복된 길이의 백분율을 탄성회복율이라고 한다.

>

섬유의 탄성은 중요한 성질이며, 탄성이 높다는 것은 외력에 의해 변형된 섬유가 외력을 제거하자마자 원형으로 돌아가는 것을 의미한다. 예를 들어 양모섬유 의복에 주름을 주면 바로 다시 펴지는 등이고, 섬유의 리질리안스, 섬유제품의 내추성, 형태안정성에 크게 영향을 미치기 때문에 섬유의 품질을 평가하는 중요한 인제가 된다.그림7은 신장탄성회복률과 하나탄성회복률을 설명하고 있다.

>

표6을 보면 천연섬유 중 양모가 가장 좋은 탄성을 가지며 인공섬유는 모드 100%에 가까운 좋은 탄성회복률을 갖고 있어 옴이 잘 생기지 않는다.

>

1개0) 리질리언스 섬유가 외부력의 작용으로 굴곡, 압축 등의 변형을 당해 외부력을 제거하였을 때 원상태로 돌아가는 능력을 리질리언스라고 하며, 압축탄성도 어쩌면 1개 탄성회복률이라고도 한다.이 때문에 리질리안스는 카펫에 사용되는 섬유, 침구용 면의 성능과 밀접한 관계를 갖고 있어 옷에 주름이 생기지 않는 성질에도 크게 영향을 미친다.섬유의 리질리안스는 섬유의 탄성과 밀접한 관련이 있는 성질인데, 섬유의 탄성 외에도 섬유의 굵기, 단면형 등 섬유의 형태에 따라서도 달라진다. 따라서 섬세한 섬유보다는 굵은 섬유의 리질리언스가 좋다. 따라서 카펫이나 방석 면에 사용되는 섬유는 원단으로 쓰는 섬유보다 굵은 것이 사용된다.섬유의 비중 섬유의 비중은 그 이용 가치와 밀접한 관계가 있으며 김일처럼 옷을 가볍게 입으려는 경향에 따라 비중이 작은 섬유가 애용된다. 그러나 비중이 너무 작으면 의복의 드레이프성이 좋지 않고 폴리프로필렌 섬유처럼 물보다 가벼우면 물에 떠서 세탁이 불편해지고 어망의 경우 비중이 커지면 가라앉는 속도가 빨라진다.비중은 보온성과도 관련이 있으며 비중이 작을수록 보온성이 대체로 높다.섬유의 비중은 같은 종류의 섬유 하나라도 각각의 섬유에 따라 다르며, 또한 섬유의 비중과 그 섬유에서 만들어진 실제 섬유제품에서 느끼는 중량감과는 상당한 차이가 있을 수 있다. 면과 레이온은 비중이 실로 거의 같지만 레이온 직물이 면직물보다 무겁게 느껴졌고 이는 면직물의 함기량이 레이온 직물보다 많아 실제보다 가볍게 느껴지는 것이었다.

>

섬유마다 고유한 비중을 가지고 있으며, 비중은 섬유의 감별로 이용되기도 한다. 표7은 주요 섬유의 비중을 나타낸다.1) 마찰계수 및 내마찰성 섬유의 마찰계수 측정은 어렵고 마찰대상물에 따라 계수도 다르다. 섬유의 마찰계수는 방적작업과 관계가 있으며, 마찰계수가 작은 편이 방적하기 쉽다. (표8 참조) 그러나 방적사의 강력면에서 보면 섬유 상호간의 마찰계수가 클수록 실의 강력이 크다.

>

내마찰성은 다양한 마찰에 대한 저항을 말하며, 피복의 내구력을 좌우하는 것이었다 그 측정은 용이하고 저항력은 섬유에 따라 다르며 합성섭유가 현저히 강하다. (표9 참조)

>

하나 3) 방적성(spinnability) 펠트 자체의 부직포를 제외한 대부분의 직물은 일단사상으로 하여 직물을 제조하는 것이므로 생사, 인공섬유 등 필라멘트를 진실로 만들어서 사용하는 직물 외에는 짧은 섬유를 자아내면서 이와 함께 방적할 수 있는 성질을 방적성 또한 가방성이라고 합니다.방적성은 섬유의 강도·섬유장·섬도·권축성·표면 마찰계수 등에 의해 결정된다.면은 권축성, 천연비틀림에 의해 엉킴이 강해지고 양모는 권축, 표면인편(스케일)이며, 마섬유는 절(노드)에 따라 포합력, 마찰계수가 커지므로 방적성이 우수하다. 인공섬유에는 기계적 처리에 의해 인공적으로 권축을 주어 방적성을 높일 뿐만 아니라 외관을 좋게 하고 함기율을 증가시켜 보온성을 향상시키는 처리를 하고 있다.하나 4) 열전도 및 보온성 피복의 주된 목적 중 더위와 추위를 막는 것이므로 보온성을 높이기 위해서는 섬유의 열전도율이 낮아야 하며, 체온 발산을 위해서는 열전도율이 높아야 합니다. 표10보다 양모의 열전도율이 낮으므로 보온성이 크고 아마도 섬유의 열전도율이 크기 때문에 몸에서 발생하는 열을 외부로 빨리 발산하게 되어 여름용 피복 재료로 적합함을 알 수 있다.

>

피복의 보온성을 1차적으로 구성하고 있는 섬유 자체의 열전도율에 큰 영향을 받는데 열의 하달은 전도, 복사, 대류의 세 가지 경로를 밟기 때문에 섬유로 실, 직물, 편성물, 부직표 등이 만들어졌을 때 이들이 공기를 함유하는 양, 즉 함기량에도 큰 영향을 받는다. 공기가 열전도율이 가장 작기 때문이다.따라서 모직물보다 털실이, 필라멘트사보다는 스테이플사본의 텍스처사가, 그래서 직물보다는 편성물 보온력이 좋다. 또 직물 색깔에 따라 다르며 연한 색일수록 방열이 잘 되고 흰색은 더위를 막는 효과가 가장 좋다.일 5)내열성(heat resistance)섬유와 그 제품은 염색가공,세탁,건조,다림질,기타 외부로부터 열의 작용을 받는 경우가 많고,어느정도의 열에 대해 견디는 성질을 가져야 하며,이를 내열성이라고 한다.천연섬유는 대체로 열에 대해 안정적이지만 인공섬유 중에는 열에 대해 민감해 다림질이 전혀 안 되는 것도 있다. 그리하여 300°C에도 견디는 내열성 섬유가 개발되어 특수한 목적에 사용되고 있다.일반적으로 피복용 섬유는 일 00°C이하의 온도에서 변화가 일어나서는 안 되며, 일 50°C 이상의 열을 감내해야 안전하게 다림질할 수 있다.표일에 섬유의 융점, 안전 다리미 온도를 표시하고, 모든 천연섬유는 융해되기 전에 분해된다. 섬유는 이들 온도 이하에서도 적시에 가열하면 변색·변질되어 강도와 품질이 상실된다.

>

16) 열가소성 고체가 열이 나쁘지 않으므로 외부의 힘 또한 수분의 작용에 의해 형태가 변하여 열과 힘, 수분을 제거한 후에도 그 형태를 당신에게 유지하는 성질을 가소성(plasticity)이라고 한다. 이 중에서 특히 열에 의한 가소성을 열가소성이라고 한다.섬유의 열가소성은 종류에 따라 다르며, 면, 마 등의 식물성 섬유는 열가소성이 작고, 개, 양모 등은 비교적 크고, 합성섬유는 매우 크다.섬유가 열가소성을 갖고 있다면 이런 섬유로 된 옷은 형태 안정성이 매우 좋아진다. 트리아세테이트, 나쁘지 않다=하나론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등의 인공섬유는 열가소성이 좋다. 따라서 이들 섬유나쁘지 않고 섬유제품을 그 섬유의 융점보다 약간 아침에는 온도로 모양을 잡아주면 그 모양은 거의 영구적이고 세탁이 잘 되지 않아 다림질에 따라 바뀌지 않는다. 이러한 열처리에 의한 형고정을 열고정(heatset)이라고 한다. 폴리에스타의 주름 스커트, 나쁘지는 않은 하나론 스타킹 스트레칭사 등은, 열가소성을 이용한 열고정의 좋은 예입니다.대전성 섬유는 건조상태에서 마찰시키면 정전기가 발생하는 성질이 있다. 발생하는 전기의 종류는 서로 마찰되는 섬유의 종류에 따라 △△이 되는 것과 △이 되는 것이 있다. 역시 발생하는 전압은 전기 절연성이 높을수록 커진다.표1의2는섬유가서로마찰될때발생하는전기방향의순서로섬유를나쁘지않고열한것으로,이를대전계열이라고한다.역시 1표 1개 3은 섬유를 합성고무로 문지를 때의 대전량을 표시한 것으로 섬유의 대전성은 섬유 자체의 화학적 조성에도 관계되지만, 나쁘지 않고 흡습성과 밀접한 관계가 있다.따라서 흡습성이 비교적 큰 천연섬유는 마찰로 인해 전기가 발생하여도 발생한 전기가 섬유 표면에 오래 축적되지 않아 대전량이 비교적 적지 않고 합성섬유의 대부분은 전기 절연성이 좋고 흡습성도 작아 전기가 섬유 표면에 오래 축적되어 정전기 발생이 쉬워 문제점으로 다루어지고 있다.

>

섬유가 대전되면 제조공정 중 섬유끼리 반발하거나 기계에 부착되거나 먼지를 흡착하는 등 작업장 어린이가 될 뿐 아니라 고란섬유로 된 옷을 입으면 상의와 속옷이 붙어 옷을 입을 때 정전기의 발발로 불쾌해져 먼지를 흡착해 옷이 더러워지는 등 불편이 많다.정전기 발발이 비교적 적은 천연섬유, 즉 면이 본인의 털인 경우에도 방적·제직공장에서 실내 습도가 맞지 않으면 작업장 아이가 되고, 특히 합성섬유는 정전기 발발 상태가 매우 심하다. 이를 완화하기 위해 섬유를 제조할 때 대전방지제를 처음 첨가하기도 하지만 아직 완전히 만족할 만한 대전방지법이 개발되지 않은 상태이며 전기전도성 섬유와 혼방하는 등 여러 가지 대전방지법이 있다. 방적·제직공장 등에서는 분무장치를 이용하여 실내 습도를 높게 유지함으로써 가능한 한 정전기의 발발을 방지하고 있다.하나 8) 취화(degradation) 및 내후성(weather resistance) 섬유는 오랜 시간 대기 중에 노출되어 햇빛, 공기, 비 등의 작용을 받으면 서서히 강도가 약해진다. 이것을 섬유의 취화 또는 노화라고 하며, 고랭한 기후 조건에 견디어 약해지지 않는 성질을 내후성이라고 합니다.섬유 중에서 개는 비바라다에 의해 잡히는 정도가 다른 섬유보다 심하며 면·마 등의 섬유소계 섬유는 개보다 강하며 합성섬유는 더 강하다. 취화의 원인은, 일광중의 자외선에 의한 영향이 꽤 높다(그림8 참조).그 밖에 공기 중의 산소, 수분 등에 의한 작용도 가미되어 이들이 서로 다소 음침하여 취화작용을 일으키는 것으로 소견되고 있다.

>

예를 들어, 직접 비바람을 받지 않는 커튼 등도 오랜 시간이 경과하는 동안 매우 깨지기 쉬워지고 너덜너덜하게 찢어져 버린다. 역시 섬유의 취화에는, 이상의 작용외, 마감 가공으로 사용한 호재와 습기 때문에 곰팡이가 발생하고, 이것이 썩어 취화하는 것이나, 역시 염색 조제등이 공기중의 수분과 화합해 산류가 발생하고, 이 산에 의한 취화등도 있다. 이 취화는 염색 가공등의 후처리로의 주의를 기울이면 어느 정도 방지할 수 있다.19) 내약품성 섬유제품은 제조공정과 사용중에 여러 약품과 접할 기회가 많으므로 산, 알칼리, 표백제, 유기용매 등에 충분히 견딜 수 있는 성질을 지녀야 하며 화학약품에 대한 저항성은 화학적 조성에 따라 상당한 차이를 과인한다.섬유소섬유는, 대체로 산에 약한 알칼리에는 비교적 강하다. 이에 비해 단백질 섬유는 알칼리에는 약하거나 산에는 강한 편이다. 아세테이트도 알카리에 의해 가수분해되므로 알칼리와의 접촉은 피해야 한다. 합성섬유의 대부분은 산과 알칼리에 대해 저항성이 있으며 과린이지만 론과 비날론은 짙은 산에 용해된다.섬유소섬유는 염소계통의 표백제를 써도 되는 단백질섬유와 과인하나론, 폴리우레탄 같은 합성섬유, 그리고 요소계 수지로 가공된 섬유과의 그 제품에 염소계 표백제를 사용하는 것은 좋지 않다. 이는 이들 섬유가 염소와 결합해 어떤 물질을 만들고 다리미도 다른 열처리에 의해 분해돼 염산가스를 발생시켜 섬유를 손상시키기 때문이다.물론 피복섬유는 드라이클리닝에 사용되는 여러 가지 유기용매에 견디어야 한다. 염색성 섬유제품에 사용되는 섬유는 섬유의 원색너로 사용될 수도 있고 대부분의 과를 염색하여 사용하므로 염색성은 섬유제품용 섬유의 필요한 조건이라고 할 수 있다.섬유제품의 염색에는 섬유상태, 실상태, 직물상태에서의 염색 등이 있으며 인공섬유 중 염색성이 좋지 않을 때는 원액염색을 하기도 한다.염색성은 첫째, 섬유의 화학적 조성에 크게 좌우된다. 즉, 섬유 중에 염료와 결합할 수 있는 원자를 가지고 있어야 한다. 예를 들어 섬유소섬유과의 단백질 섬유가 염색성이 좋은 것은 이들 섬유 가운데 수산기, 카르복시기, 아미노기 등 염료와 친화력이 큰 원자단을 많이 갖고 있기 때문이고 이에 반해 올레핀 섬유는 이런 원자단을 보유하지 않아 하나의 반적인 비결로는 염색하기 어렵다.염색성과 흡습성은 밀접한 관계가 있으며 반대로 흡습성이 높은 섬유가 염색성도 좋다. 이는 염료를 잘 흡착하는 원자단이 수분도 잘 흡착해 역시 대부분의 염색이 수용액을 사용해 염료가 흙탕물 속에 녹아 섬유 내부로 침투하고 염료가 정착되는 곳도 섬유 중 수분이 침투하는 비정제 부분이기 때문이다. 따라서 섬유 내에 비정제 부분이 많은 섬유가 염색성이 좋고 판정이 발달해 배향이 나빠지지 않을수록 염색성은 과인된다.섬유의 종류에 따라 화학적 조성이 다르기 때문에 이에 친화성을 갖는 염료의 종류도 다양하다. 따라서 각 섬유에 적절한 염료와 염색법이 선택돼야 한다.21) 내충 내균성 천연섬유 중 양모과의 개는 그 성분이 단백질이기 때문에 이과인 및 기타 곤충의 침해를 받는다. 이 벌레에 의한 섬유 침해는 양모가 가장 심하고 셀룰로오스 섬유도 반대충이라는 하나종 벌레의 침해를 받는다.천연섬유에는 균과 같은 미생물이 기생하며, 이로 인해 섬유가 분해되므로 강도가 감소한다. 이런 미생물의 기생은 적당한 온도와 습도를 필요로 하므로 섬유제품을 완전히 건조시켜 보관하는 것이 좋다. 역시 해충과의 미생물이 섬유 자체보다 섬유에 붙어 있는 풀과 같은 물질도 오염에 기인하는 경우가 많다. 반면 반대로 아세테이트과 합성섬유는 해충, 미생물의 침해를 받지 않는다.2 참고용 자료이며, 자사 협의 없이 임니다의/무단 사용을 금지한다.