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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