테•마•기•획
3. 방호·방재용 섬유소재
3-1 산업자재용 섬유의 생산량
본 용도에 대해 압도적으로 많이 사용되는 범용 섬유
는 물성이 우수하며 저가인 PET이다. 표 1에 세계 및
일본, 중국에 대한 주요 범용 화학섬유 생산량을 나타
내었다. 「2009년 PET 세계생산량은 3,196만톤으로, 그
중 중국이 66%를 차지하고 있다.」 일본은 2000년부터
생산이 감소하여 계속되어 최근에는 약 1% 부분을 차
지하는데 그쳤다.
산업자재용 PET섬유(장섬유)는 2009년에 설비 capa
가 세계 136만톤, 중국은 112만톤이었으나, 중국에서
수년에 걸쳐 수십만톤/년 베이스로 증설함에 따라 급
격히 확대되었다. 그러나 생산량으로서는 아직 약 100
만톤 정도로 추정되며 의류용 및 부직포용 PET 섬유가
대부분을 차지하고 있다.
[표 1] 주요 범용섬유의 생산량(2009)
(단위 : 천톤)
세계생산량일본생산량(점유율)
중국생산량(점유율)
PET 31,960 309 (1.0%) 20,931 (65.5%)
Nylon 3,305 75 (2.3%) 1,226 (37.1%)
Acryl 1,948 120 (6.2%) 684 (35.1%)
Polyolefin 3,548 113 (3.2%) 591 (16.7%)
Rayon 3,503 186 (5.3%) 1,517 (43.3%)
화학섬유 총량 44,264 803 (1.8%) 24,949 (56.4%)
표 2에는 고성능·고기능섬유의 생산량을 나타내었
다. 고강도·고탄성율 섬유는 약 14.5만톤, 내열성 섬
유는 약 3.9톤으로 합하여 약 18.4만톤에 달한다. 그
양은 PET 섬유 전체와 비교하면 극히 적지만, 산업자
재용 PET섬유(장섬유)에 비교하면 괜찮은 양이며 특히
가격을 고려하면 중요한 사업인 것을 알 수 있다. 특히
일본은 범용 섬유 분야에는 중국에 압도당해 축소를 피
할 수 없게 되었지만, 고성능·고기능섬유의 분야에서
는 큰 부분을 차지하고 있다.
고성능·고기능섬유는 「향후의 섬유·패션 산업
에 종사하는 분에 관한 연합회」 보고서 (경제산업성
: 2012년 4월 26일)과 「산업구조 심의회 산업 경쟁력
부회 보고서~산업구조 비전 2010~ 」 (경제산업성 :
2010년 6월)에 의해 일본 섬유산업에서 중점적으로 추
진하는 전략적 선두 분야를 일원화시킨 새로운 성장동
력으로 기대되고 있다.
방호·방재 섬유기술(5)
50 DYETEC VISION
테마기획┃방호·방재 섬유기술(5)
3-2 유기섬유
3-2-1 범용섬유
표 3에 범용섬유의 기본적인 물성치를 나타냈다.
특성구분 섬유소재(상품명)생산능력(톤/년)
합 계 일본(해외생산포함)(점유율%)
고강도·
고탄성률
탄소섬유PAN계(「토레카」「테낙스」「파녹스」등) 73,950 39,200 (53)
피치계(「쿠레카」등) 3,460 3,230 (93)
p-aramid(「케블라」「트와론」「테크노란」등) 59,500 30,950 (52)
PBO(「자이론」) 300 300(100)
폴리아릴레이트(「벡트란」) 1,000 1,000(100)
초고분자량PE(「다이니마」「스펙트라」) 6,750 2,600 (39)
계 144,960 77,280(53.3)
내열성(내열·난연·내약품성
m-aramid(「노맥스」「테크노라」등) 27,900 2,700 (10)
PPS(「라이톤」「토루콘」「프로콘」) 6,300 6,300(100)
PTFE(「테프론」「도요프론」등) 1,180 620 (53)
폴리아미드이미드(「Kermel」) 800 - (0)
멜라민(「Basofil」) 1,500 - (0)
폴리이미드(「P84」) 800 - (0)
폴리벤지이미다졸(「Logo」) 100 - (0)
노로보이드(「카이놀」) 600 600(100)
계 39,180 10,220(26.1)
소 재강 도
(cN/dtex)신 도(%)
탄성률(cN/dtex)
비 중 Tg/Tm LOI
wool 0.9~1.5 26~35 10~22 1.32 /무 25
aus 2.6~4.3 3~7 60~82 1.54 /무 19~21
마 5.0~5.6 1.5~2.3 133~235 1.5 /무
강력 레이온 3.0~4.6 8~15 97~142 1.50 /무 18
PE 4.4~8.0 8~35 31~88 0.94~0.96 -36/125~135 17
고강도PP 6.6~8.0(11.0) 15~25(20) 18~49(100) 0.91 -3/165~173 17~18
아크릴 2.8~4.4 12~20 34~75 1.14~1.17 105/불명확 19~20
PVA 5.3~8.4(8.8) 8~26 62~221 1.26~1.30 85/불명확 19
Nylon6 5.7~8.4(9.2) 16~25(22) 24~44 1.14 40/220 21
Nylom66 5.8~8.4(9.7) 15~22(20) 35~53 1.14 50/260 21
PET 5.6~8.0(8.4) 7~17(13) 80~142 1.38 80/260 22
PEN 8.0 6 220 113/272 22
(참고)p-aramid 19~23 1.5~4.4 380~670 1.44 /무 29
polyclar 2.5~2.9 20~24 /불명확 32
PVDC 1.3~2.3 18~33 5~13 1.70 /200~210 45
PVC 2.4~3.3 20~25 30~45 1.39 -19/200~210 41
모다크릴 2.7~3.1 26~30 25~32
(참고)m-aramid 4.5 22 140 1.38 /무 30
[표 2] 고성능·고기능 섬유의 생산능력 (2010. 9)
[표 3] 범용섬유의 물성
51
(1) 천연섬유
① 면
합성섬유가 대량 생산될 때까지는 마와 함께 산업자
재 전반에 걸쳐 사용되었다. 현재에도 내열성·내알칼
리성이 우수한 한편 저가이기 때문에 산업자재와 생활
자재 모두에서 대량 사용되고 있다. 면의 난연가공 「프
로반(Proban)가공」품은 LOI 29~32를 나타내기 때문
에 제철회사의 작업복, 병원의 시트, 소방복, 우주선 승
원복, 침장류, 커텐 등 방호의류로 사용되고 있다.
② 마
천연소재 중 가장 높은 강도를 가지기 때문에 합성섬
유가 등장하기 전까지는 산업자재 용도에 적합한 소재
로 유용하게 사용되었다. 방호·방재용도로는 흙을 담
는 자루, 로프, 끈, FRP 소재(유리섬유 대체) 등에 사용
되고 있다.
③ 양모
양모 자체로도 난연성이 우수하지만, 추가적인 난연
가공(Zirpro가공)을 통해 범용섬유로는 LOI 최고레벨
의 난연화가 가능하다. 열과 불의 위험성이 높은 곳에
서의 작업복이나 방호복, 소방복, 라이더복, 항공기 내
장재, 고급차 내장재, 막, 커텐 등에 사용되고 있다. 방
호복 등에는 난연성 섬유와 혼합하여 사용되고 있다.
(2) 반합성섬유
·레이온
레이온은 방호·방재용 의류로는 사용되지 않지만,
「Pyrovatex CP 가공」 난연 가공제품은 LOI 28을 보이
므로, 병원 시트, 침장류, 침구, 커텐 등에 이용되고 있
다. 또 폴리아미드이미드 등의 내열 난연 섬유와 혼용
하여 내열 방호복 등에도 이용하고 있다.
(3) 합성섬유
① 폴리에스테르 섬유
섬유 물성과 가격 등의 장점을 골고루 지니고 있어 상
업 자재 용도의 모든 분야에 사용되고 있다. 장섬유, 단
섬유 및 부직포 등의 다양한 형태로 사용되고 있으며, 방
진복, 유해 분진 방호복, 전기 방호복 등의 방호·방재용
의류와 지오텍스타일, 식생 메시, 로프, 슬링, 시트 벨트
등의 방호 방재용 자재섬유로 확대되고 있다. 원사 난연
및 난연 가공 처리한 난연성 제품은 식생 메시, 안전 네
트 등의 가설 건설 자재, 카시트, 카메트, 커텐, 이불 등
에 이용되고 있다. 또, 최근 설치된 후쿠시마 제1원자력
발전소 제1호기의 원자로 건물 커버의 막재로는 염화비
닐 수지 코팅 PET 섬유직물이 사용되고 있다. 원자로 건
물로부터 대기 중에 방사성 물질 방출 제거, 원자로 건물
에의 빗물 침입방지, 원자로 건물로부터 커버 내에 방출
된 방사성 물질 농도 파악 등이 가능하다.
② 나일론 섬유
고강도, 고toughness, 고내구성 등의 특징을 살려
PET와의 혼섬을 통해 다양한 용도에 사용되고 있다.
슬링, 벨트, 에어백, 로프, 지오텍스타일 등, 또 난연
가공 제품은 안전 네트 등의 가설 건설 자재로써 사용
하고 있다.
③ 아크릴 섬유
통상적으로 공중합 성분을 가져 그 물성은 의류로써
는 꼭 알맞지만 강도와 내열성 등에 열약하기 때문에
산업 자재용으로서는 별로 사용되지 않는다. 내후성이
뛰어나기 때문에 군수용으로 사용되고 있다.
아크릴 호모 폴리머를 사용하여 겔방사/초연신법을
응용하여 제조된 아크릴 섬유는 고강도, 고탄성률을 보
이며, 시멘트 보강재나 필터 등에 사용되고 있다. 또,
아크릴 호모 폴리머를 사용한 아크릴 섬유는 탄소섬유
의 원료로써 잘 알려져 있다.
④ 폴리프로필렌 섬유
저융점(165~173℃)인 점을 제외하고는 섬유물성 발
란스가 우수하여, 고강도, 경량, 내약품성, 저가 등의
특징을 가져 산업자재용 도전체에 PET 섬유 다음으
로 많이 사용되고 있다. 방진복, 유해분진 방호복(부직
포), 지오텍스타일 용도(부직포 및 장섬유)와 로프, 네
트(장섬유) 등에 다양하게 사용되고 있으며, 난연가공
제품은 가설건설 자재로써도 사용되고 있다.
테•마•기•획
52 DYETEC VISION
⑤ 폴리에틸렌 섬유
폴리프로필렌 섬유와 같이 저융점(125~135℃), 고강도,
경량, 내약품성, 저가인 특징을 가져 산업 자재용도에 많
이 사용되고 있다. 로프, 저가 네트 등의 가설 건설자재,
제방 보호 네트, 지오 텍스타일 등에 사용되고 있다.
⑥ 폴리비닐알코올 섬유
고강도 및 내약품성(내알칼리성), 내후성, 친수성이 우
수하기 때문에, 로프, 소방 호스, 지오텍스타일, 슬레이
트 보강, 콘크리트 보강 등에 최적으로 여겨져 이용되고
있다. 습식 냉각 겔 방사법 PVA(「쿠라론 K-Ⅱ」) 섬유에
대해서는 고성능 섬유 부분에서 기술하기로 한다.
3-2-2 범용 난연성 섬유
기계적 특성과 가격 등으로부터 범용섬유에 포함된 난
연성 섬유로는 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴 및 모다
크릴 섬유 등이 있다. 열분해에 의해 발생된 할로겐 불연
성 가스가 산소 농도를 낮추어 연소 진행을 방해한다. 그
러나, 모두 염소를 포함하기 때문에 최근에는 다이옥신
발생 등의 이유로 생산량이 감소하고 있다.
① 폴리염화비닐 섬유(-CH2-CHCl-) (「테빌론」)
기계적 성질이 우수하며 난연성, 내약품성, 내광성, 열
및 전기 절연성이 높은 특징을 가진다. 난연성을 활용하여
커텐, 막 등의 인테리어 제품 및 수건, 침구 등에 활용되고
있다. 또한, 등산시 보온성 용도로도 사용되고 있다.
② 폴리염화비닐리덴 섬유(-CH2-Cl2-) (「사란」)
일반적으로 10~20% 정도의 염화비닐 성분이 공중
합되어 있다. 적당한 강도와 신도를 보이며, 신장회복
성이 우수하고, 비중이 높으며 내약품성, 난연성이 우
수하다. 블라인드, 인형머리카락(사람 형상의 모발) 등
에 사용되고 있다.
③ 모다크릴 섬유(「카네카론」)
폴리염화비닐, 폴리비닐알콜 및 폴리비닐알콜·폴리
염화비닐 그라프트 중합물의 3성문을 혼합하여, 용매
방사로 제조된다. 난연성을 활용하여 커텐, 침구 등에
사용되고 있다. 특히 가연성의 천연섬유(예를 들면 면)
와 혼합하여 사용하는 경우가 많다.
3-2-3 고성능·고기능섬유
고성능섬유는 주로 고강도·고탄성률을, 고기능섬유
는 난연성, 내열성 및 내약품성 등을 성질을 살려 여러
가지의 방호의류와 방호제품에 사용되고 있다.
(1) 고강도·고탄성률 섬유
① (「Kevlar」 「Twaron」 「Technora」)
고강도·고탄성률, 내열성, 열치수 안정성 등의 특
징을 살려 방호복, 방탄·방검복, 구명복, 방사능 방호
복, 전기방호복, 전자파 차폐 방호복, 보호 장갑, 로프,
콘크리트 보강 등에 사용되고 있다. 방호복에는 m-아
라미드 섬유의 강도를 보충하는 형태로 사용하는 경우
가 많다. 또, 탄소섬유와의 혼합을 통해 각각의 특징을
살려 자재용도로 확대 적용하고 있다.
내진보강에는 아라미드 섬유 시트를 감는 공법이 활
용되고 있다. 또한 지진시 교량이 무너지지 않게 교량
과 교대(橋台)를 아라미드 로프로 잇는 파워 슬라이드
벨트 방식이 사용되고 있다. 아라미드 섬유를 심으로
하여 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 고정한 아라미
드 로드는 경량이며 녹이 쓸지 않아 철근대체자재로서
주목받고 있다.
② 폴리아릴렌 섬유(「Vectran」)
고강도·고탄성률, 내열성, 내절창성, 내마모성 등
이 우수하고 흡습에 의한 물성 변화가 적기 때문에 방
호복, 장갑, 에이프런, 로프, 방수 네트, 막식 방조제
(막체의 기포 및 로프) 등의 방호의류나 방호자재에 유
용하게 사용되고 있다.
③ PBO 섬유(「자이론」)
현재 상업화되어 있는 유기계 섬유 중 가장 최근에
제조된 고강도·고탄성률, 내열성 섬유이다. 소방복의
최외층 직물, 자동차 용접 로봇의 케이블 보호재 등, 내
진보강재 및 방호재, 방탄재, 로프, 슬링, 각종 보강재,
내열 큐션 등에 사용되고 있다. 또 PBO 섬유와 탄소섬
테마기획┃방호·방재 섬유기술(5)53
유를 사용한 복합수지는 F1 카레이스의 운전석과 샤시
에 사용되고 있다.
④ 초고분자량 PE(「다이니마」 「Spectra」)
내열성은 떨어지나 고강도·고탄성률, 경량, 내약품
성 등이 우수하기 때문에, 방탄복, 방폭 시트 [빌딩의
해체(폭파)에 의해 파편이 뛰는 것을 방지하기 위한 시
트], 헬멧, 방호 의류, 방호복, 방호 장갑, 로프 등, 옥
외나 해양에 사용되는 자재에 유용하다.
⑤ 온식냉각 겔방사법 PVA(「쿠라론 K-Ⅱ」)
PVA 폴리머의 고중합도화 및 온식 방사의 경우에는
유기계 용매(DMSO), 비수계 응고욕(메타놀)을 채용한
신기술에 의해 제조된 고강도·고탄성률 섬유이다. 내
알칼리성, 시멘트와의 우수한 접착성 등을 활용하여 시
멘트(모르타르, 콘크리트) 보강재로 꼭 알맞다. 그 외에
로프, 호스, 네트, 벨트, 방검복, 내절창 장갑 등에 사
용되고 있다.
(2) 방열·내열·내약품성 섬유
① 메타계 아르미드 섬유(「Nomex」 「코넥스」)
불이나 열에도 발화하지 않고 열기가 올라오지 않으
며 높은 차열 방호성과 우수한 내약품성을 특징으로 하
기 때문에, 소방복 등의 내열·방염 방호복에 필요한
소재로 알려져 있다. 가볍고 이지케어성, 착용감이 좋
은 점도 장점이다. 특히, 메타계 아라미드의 강도적인
면을 보강하기 위해 파라계 아라미드와 혼입하여 사용
하는 경우가 많다. 그 외 버그필터나 내열집진필터로도
사용되고 있다.
② PPS 섬유(「PROCON」 「TORUCON」 「Diofort」)
내약품성, 내열성, 난연성, 내증열성 등의 우수한 특
성을 가지며, 내열 버그필터 용도에 많이 사용되고 있
다. 주로 석탄화력 발전소를 중심으로 고온 가스 집진
용에 사용되지만, 도시 소각로의 버그필터과 같은 다
이옥신의 발생을 방지할 수 있는 것부터 상용화되고 있
다. 그 외에 단열재, 절연재, 고온용 보강섬유, 방호복
등에 사용되고 있다.
③ PTFE 섬유(「Teflon」 「Gore Rastex」 「Procilen」etc.)
내열성, 난연성(LOI 95~100), 내약품성, 저마찰, 비
점착성, 발수·발유성 등 많은 특징을 가지기 때문에
폭넓게 이용되고 있다. 버그필터, 전선피복, 옥외 시
트, 천막, 방호복, 아웃도어 의복 등에 사용되고 있다.
④ 폴리아미드이미드 섬유(「Kermel」)
메타계 아라미드의 일종이지만 내열성은 메타계 아라
미드와 폴리이미드보다 우수하고, 열전도율이 낮기 때
문에 순간에 고온에 노출되기 쉬운 전투복이나 소방복에
중요시 되고 있다. 강도가 낮기 때문에 파라계 아라미드,
난연 레이온 등과 함께 내열의류를 생산하고 있다.
⑤ 멜라민 섬유(「Basofil」)
내열성, 난연성, 내약품성, 가공분해 안정성, 내알칼
리성이 우수하고, 한편 다른 내열 섬유에 비해 가격이
싸기 때문에 이점을 가진다.
소방복, 안전복, 매트리스, 항공기 내장재 및 고온
버그필터 등에 사용되고 있다.
⑥ 폴리이미드(「P84」)
내열성, 난연성은 메타계 아리미드 보다 우수하고,
내약품성도 우수하기 때문에 고온 버그필터, 방호복,
방화복, 우주선의 마감재료 등에 이용되고 있다. 난연
레이온과 혼방하여 내열·내염 방호복용의 바지 용도
로 사용되고 있다.
⑦ PBI(「Logo」)
PBO에 필적하는 최고의 내열성, 난연성을 자기며, 방
화복 등의 혼방제품으로 사용되고 있다. 미국의 유인 우주
선의 우주 비행복이나 군용 전투복 등에 사용되고 있다.
⑧ PEEK(「Zytex」 etc.)
내열성, 내약품성이 우수하고, 고온 약품 취급 롤,
필터류, 고무 보강재, 운송 벨트 등으로 사용되고 있다.
출처 : 가공기술 Vol. 46, No. 11(2011)
제공 : 송 선 혜
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