기타동향

「2012 일본섬유기계학회 연차대회」보고

2012년 6월 1일과 2일, 일본 오사카 과학기술센터에서

2012년도 일본 섬유기계학회 연차대회가 개최되었다.

참가자는 300명을 넘어서 예년에 없던 성황을 이루었다.

특별 강연 외에도 제품소개 섹션, 환경대응 기술, 섬유기계

과학과 공학, 텍스타일 과학과 공학, e-Textile, 나노파이버,

의복심리·패션, 섬유강화복합재료, 젊은 연구자 섹션,

포스터 프레젠테이션으로 구성된 11개의 섹션을 기초로

하여 구두발표 126건, 포스터 전시발표 40건이 개최되었다.

본 고에서는 제품소개와 나노파이버 섹션에 관하여 필자의

흥미를 끈 것을 위주로 보고하고자 한다.

1. 제품소개 섹션, 기술전시 섹션

1-1. 적외선 반사의류 「RAYCOOL Ｎ」(Daiwabo사)

소재는 나일론 또는 나일론 혼방이고, 특수 염료와

염색기술을 이용하여 그림1과 같이 태양광의 열선(근적외선

영역 800~1200nm 파장의 광) 반사율을 높이고, 자외선

영역(315~380nm)의 흡수율을 높인 제품이다.

블랙 컬러 제품에 대하여 백열 전구로 차폐열을 시험한

결과, 본 제품은 일반 제품보다 4℃ 낮은 시험결과를 얻을

수 있었다. 옥외 폭로시험에서도 원단 뒷면에서 2~3℃낮게

나타났다. 따라서 본 제품은 여름에 블랙 컬러 및 navy 컬러

의류제품에 최적이다.

그림1. 광 파장에 따른 반사율 변화 비교

1-2. 백도 유지 가공개발「ALBU GUARD」 (Daiwabo사)

폴리에스테르 100% 소재 및 면/폴리에스테르 혼방

소재이며, white 컬러의 이너웨어 니트 원단에 백도

유지 가공한 제품을 소개하고자 한다. 백도 유지 가공의

구체적인 성능으로는 ①친유성 오염 세탁처리 효과의 상승,

②피지물질의 산화에 의한 황변을 막기 위해 피지물질의

세탁처리 효과를 높임, ③세탁액으로부터 재오염되어 검게

되는 것을 억제하는 것이다.

폴리에스테르 100% 소재에는 기존 폴리머에 비해 섬유

표면에 친수기가 보다 규칙적으로 배열되도록 연구한

폴리머를 가공제로 사용함으로써 세탁 시 오염이 떨어지기

쉽게 하였다. 면/폴리에스테르 혼방 소재는 친환경 특수

불소 수지를 사용하였고, 발유성을 특히 높였다. 또 충분한

내세탁성도 가지고 있다. 2012년 초부터 판매되고 있다.

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기타동향┃「2012 일본섬유기계학회 연차대회」보고

1-3. SiC 섬유 펠트 (일본모직)

UBE Industry사의 고강도·고내열성이 우수한

SiC섬유(Tyranno Fiber)를 펠트 가공하여 판매 중이다. 40

nm로 절단한 섬유를 특허받은 특수 장치로 개섬시키고,

섬유를 3차원으로 엮은 무접착 펠트이다.

주요 용도는 자동차나 선박 등의 디젤 배기가스에 포함된

흑연 입자를 제거하는 필터, 내열성이 요구되는 로 재료나

단열재이다.

그림2는 자바라 형태의 필터 부품을 나타낸 것이고,

그림3과 같이 포집과 재생을 반복하여 연속적으로 입자를

제거하는 것이 가능하다.

그림2. 자바라 형태의 필터 부품

그림3. 배기가스 중 흑연 입자의 연속 제거 시스템

1-4. 경편 기술을 이용한 섬유 시트 (SHINDO사)

후쿠이현 아와라시에 입지해 있고 의복 부자재, 실리콘,

산업용 섬유자재를 사업화하는 회사로서, 중국에 2개의 공장,

파리 등 3개 지점에 판매 거점을 가지고 있으며, 종업원 수는

약 300명이다.

강화섬유가 일방향으로 배열된 경편 시트, 2축 적층 경편

non-crimp, 세폭 직편 테이프, 블레이드 등을 제조한다.

유리섬유 등 절단된 파이버를 상하 층에 삽입한 2축 적층 non-

crimp sheet나 다양한 프리폼을 제작할 수 있다(그림4, 5).

사용기재 : 일방향 섬유배향기재수지가 많은 부위의 형상에 맞추어 형성. 열융착섬유와 병용하면 ring형태도 가능

사용기재 : 일방향 섬유배향기재, 더블바이어스기재

다축 기재의 사용으로 적층공정 수를 저감 가능

사용기재 : 더블바이어스 기재높은 드레이프성을 이용하여 flange부분과 원통부분을 연결

그림4. 프리폼의 예

-사용 기재 : 4축 기재, 더블 바이어스 기재, 0/90 섬유배향 기재, 나선 cloth

-다축 기재 : 높은 드레이프성-나선 cloth : 형상 부형성, 연속섬유의

프리폼이 가능

그림5. 항공기용 프리폼의 예

41

1-5. 필름 시트 성형 장치 (일본 제강소)

본 발표는 순차 연신 방식인 2축 연신 성막 시스템에 관한

것으로서, 전체 장치 시스템은 그림6과 같다. 압출기는 1축

또는 2축 압출이 적용된다. 후자는 특히 첨가제와의 복합화나

잔존 모노머 제거 등의 관점에서 우수하고, 압출 안정성

확보를 위하여 기어 펌프를 이용한다.

그림6. 순차 2축 연신·성막 장치 시스템

T-die 미연신 필름 부형장치도 있는데, 본 시스템에서는

하이브리드형 최신형(그림7)을 사용하고 있다. 기존의 코트

행거형과 비교하면, 수지 열화를 방지하면서 축 방향의

uniformity를 높이기 쉬운 점에서 한층 우수하다.

횡연신에서는 열풍을 계속 불어 넣으면서 클립으로

파지시켜 연신한다. 이 경우, 폭 방향의 두께를 균일하게

하기 위하여 기류 해석과 폴리머의 연신해석을 연결시킨

수치 계산 해석을 활용하고 있다. 그림8은 횡연신 전과 후의

필름 폭 방향 두께 분포를 나타낸 것으로, 수치계산 결과와

실측결과가 일치하고 있음을 나타내고 있다.

본체 체결부 볼트

그림7. 하이브리드형 T-die와 그 흐름도

그림8. 횡연신 전후의 폭 방향의 필름 두께 분포

1-6. 디지털 패션 시뮬레이터 (Toyota통상)

본 기술의 전형적인 응용 사례로서, 카시트 개발을 들 수

있다. 기존에는 외장재 메이커가 자동차 메이커의 의향에

따라 시작품을 제작한 후 선택 받을 때까지 기다려야 했으며

이에 대한 시작 비용과 시간이 많이 소요되었다. 본 기술은

카시트 등 직물·편물의 외관을 디지털 기법으로 정밀하게

시뮬레이션하고, 그 화상을 보면서 토의할 수 있도록 하는

툴이다. 이것을 활용함으로써 카시트의 시작 비용·시간이

크게 단축될 수 있다.

약 100종의 기존의 사를 데이터 베이스화하고 30종류의

패러미터 데이터가 보존되어, 검색가능하게 되었다(그림9).

선택한 사를 이용하여 원단 조직과 조직 패러미터를

입력함으로써, 3D 입체조직 화상을 만들 수 있다(그림10).

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그림9. 사 데이터 베이스·검색 부분

그림10. 표시된 3D 원단 구성조직의 화면

그림11. 원단의 디지털 시뮬레이션 기법

(3D 외관 화상을 얻기 위한 순서)

1-7. 놀랄 만한 낮은 가격의「3차원 신체계측 시스템」

(Sun Engineering사)

Sun Engineering사는 오랜 기간동안 가전·전기·자동차

메이커의 제어관련 소프트웨어 개발, 화상 처리기술을 활용한

업무를 다루어 왔다. 본 기술은 나고야 공업대학 우메자키

교수의 지도하에 개발된 것이다.

본 기술은 피계측자를 촬영하면 피계측자의 3D 전신

화상이 생성되고, 이것을 이용하여 다양한 신체 계측이

가능하다. 그 기능과 특징을 그림12에 정리하였다. 예를 들면,

컴프레션 웨어를 착용한 신체 형상의 변화도 감지 가능하다.

1-8. UNIVAL 100 Carbon 3D 직물 (STAUBLI 주식회사)

본 사는 주로 직기에 탑재하는 개구 장치를 제작하고

있다. 현재는 전자식 자카드가 일반적으로 사용되지만, 본

분야의 개척자적인 입장에서 차세대형 개구장치에 대한

연구개발을 90년대부터 실시하여 UNIVAL 100 기기를 양산

기종으로 발매하고 일본에도 2대 설치하였다. 본 기기는

고속 회전이라는 장점이 추가되어 동작성의 자유로움을

활용함으로써 다양한 3D직물이 개발되고 있다.

본 기술은 인코더 내장형 소형 brushless motor가 16개

단위로 모듈을 구성하고 있으며, 이 모듈을 배열하여

적층하였다. 이것을 전용 컨트롤러로 최대 30,720개까지

<기 능>

① 신체 임의의 지점을 촬영하여

3D화상으로 표시 가능(화상은 360도

회전 가능)

② 신체 임의의 2 지점간 거리 계측이

가능(직선 거리의 계측 & measure

가능)

③ 신체 임의의 지점에 대한 둘레

계측이 가능

④ 신체 임의의 지점에 대한 절단면

표기 가능

⑤ 두 개의 3D 화상을 나란히 비교

가능(회전도 가능)

⑥ 마카펜 표시 기능

⑦ 마카펜 위치 및 측정값의 전송 가능

⑧ 기타 화상처리 소프트웨어, CAD,

CAM에 맞춘 데이터 출력 가능(옵션)

⑨ 데이터를 지정한 공장에 인터넷

송신가능(옵션)

<특 징>① 단시간 촬영(3초 안에 촬영,

1분내 3D화상 표시)② 소형(폭 3.6m×깊이 1.0m에

설치 가능)③ 싼 가격④ 간단한 조작(마우스

클릭만으로 촬영가능)

<기타 서비스>① 3차원 신체계측 시스템의

customize 가능② 인체 계측, 체형 연구에

관련된 소프트웨어 개발가능

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일괄 제어한다. 따라서 직기와 완전히 독립적으로

직기의 경사를 1본씩 개별제어가 가능하다. 항공기

등의 탄소섬유 강화 복합재료 부품의 프리폼 용도로

앞으로의 성장이 기대된다.

소프트웨어의 개발과 제어성의 향상에 따라 부품용

3D 직물 프리폼 기술에 기여가 기대된다.

1-9. 소규모 사업자용 페수처리 설비 상품 개발

(와카야마현 공업기술센터, Ohyapile, 에코 와카야마)

상기 3개 기관에서 공동으로 파일 직물을 고정화

담체화하는 폐수 활성 오니 처리기술을 개발하였다.

그 성과를 특허출원하여 상품화하였고, 1호기를

타나베시에 위치한 우메보시 가공 공장에 도입하여

작년 12월부터 운전을 실시하였다.

폐수량이 50㎥/day 이하가 대부분인 우메보시

가공업자들은 폐수처리 설비를 도입하지 않고 있었다.

그 해결책으로서 ⓛ고효율 방식으로 설치 비용 저감,

②과잉 오니의 감소, ③운전관리의 간단화를 실현하는

소규모 폐수처리를 개발 컨셉으로 하였다.

활성 오니조 안에 미생물 부착용 고전화 담체로서

파일 직물을 설치하였다. 그 결과, 조 내부의 미생물의

수가 늘어나서 식물 연쇄 사슬에서 상위에 위치하는

원생동물(짚신벌레, Paramecium caudatum 등),

후생동물(윤충류, Rotifera 등), 물지렁이, 물벼룩

등이 증식하고, 그 만큼 과잉 오니의 저감으로 연결될

것으로 기대된다.

우메보시 공장에 실험 플랜트를 설치하고, 실제

폐수를 이용한 활성 오니법에 의한 처리실험을 약

1년간 실시하였다. 일반 활성 오니 조에 의한 처리와

본 기술에 의한 고정상법을 이용한 처리와의 과잉

오니 발생량을 비교하였다. 그림13에 나타낸 바와

같이 파일 직물 고정상의 경우, 과잉 오니 발생량이

현저히 감소하고 있다. 본 기술을 적용한 실용화

제1호기(처리량 25 ㎥/day)의 실적을 보면, 일반

활성 오니법에 비해 과잉 오니의 발생량이 1/2~1/3

수준이었다. 그림14는 본 기술에 의한 소규모 폐수

처리장치이다.

그림13. 과잉 오니 발생량의 비교시험 결과

그림14. 파일 고정상을 활용한 활성 오니 처리장치

현재 400㎥/day 규모의 우메보시 공장 폐수 처리에

대한 실증 실험 및 고정상 파일직물의 내구성 시험을

실시 중이다.

1-10. RFID 섬유 개발 (URASE 주식회사, 후쿠이현

공업기술센터, 후쿠이대학)

RFID (Radio Frequency Identification, IC

태그)는 유통 관리 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.

섬유에서는 어패럴의 재고관리 등에 사용 중이다.

특히 유니폼 등의 경우에는 세탁 내구성이 요구되므로

수지로 고화시킨 stick 형태로 적용되고 있다. 이와

관련하여 유연성과 내구성이 있는 RFID 파이버 개발이

요구된다.

본 개발의 RFID 섬유에 대한 제작 공정을 보면,

①사 표면처리(유제 등의 제거)→②촉매 잉크 인쇄 →

③무전해 도금가공 → ④IC 칩 장착가공 → ⑤표면

방호 수지가공의 순서로 이루어진다. 이 공정에 따라

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제직 등 각종 텍스타일 가공에 적합함을 실증하고 있다.

그림15는 RFID 섬유를 혼입한 제품의 예이다.

앞으로는 양산 기술을 개발하고 ID 식별 섬유의 용도개발을

진행하여 사업화를 목표로 하고 있다.

그림15. RFID 섬유를 혼입한 제품의 예

1-11. 스포츠용 인조잔디 「Hybrid-Turf」 (Sumitomo

고무공업)

그림16은 축구나 럭비 등 범용으로 개발한 인공잔디의

표면 사진이다. 기존의 인조잔디는 잔디가 세로 방향으로

갈라지는 현상이 발생되어 내구성 부족이 문제가 되었다. 본

기술에서는 1축 연신 대신 2축 연신한 slit yarn을 잔디로

선정하여, 그림17과 같은 구조의 인조잔디를 개발하였다.

따라서 그림18과 같이 내구성과 원사 직립성이 우수한

인조잔디이다. 본 제품의 충격 흡수성은 국립 경기장의

천연잔디와 거의 비슷하다.

그림16. 인조잔디「Hybrid-Turf(XP형)」의 표면

*HP: Heat Protection(온도 억제 고무 칩)

인조잔디

파일

재질 초 내구성 폴리에틸렌

형상 Mono-tape 형태의 Slit Yarn·식모

컬러/잔디 길이 green / 50mm, 62mm

두께 11.000 dtex

기포/Backing 내후성 폴리프로필렌 평직포 / SBR라텍스

충진물 모래/고무칩 입도 조정 특수 규사 / 가는 입자 고무 칩

용도 축구, 럭비, 미식축구, 다목적

그림17. 인조잔디「Hybrid-Turf(XP형)」의 구조

Hybrid-Turf XP

내구성잔디 사의 세로방향 갈라짐, 마모에 대한 저항 사용 빈도가 높은 시설에 중요

◎◎◎◎◎

원사 직립성

잔디 사의 자립성, 축구에 중요한 포인트 ◎◎◎◎◎

외관 탄력과 부드러움 ◎◎◎

촉감 잔디 잎의 부드러움, 슬라이딩 시 부드러움 ◎◎◎

포착성 공의 바운드 시 고무 칩이 튕겨내는 정도 ◎◎◎

그림18. 인조잔디 「Hybrid-Turf(XP형)」의 특징

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잔디의 폭을 1.2 mm 까지 가늘게 함으로써 촉감, 외관,

고무 칩의 반동을 개량한 XXP 타입도 판매 중이다. 특히

야구장 용도로는 3각 단면을 가진 모노 필라멘트 잔디를

채용한 것(ET형)도 개발되어 메이지진구 야구장에 도입되어

있다.

2. 나노파이버 섹션

2-1. 전 기 방 사 나 노 파 이 버 의 m o r p h o l o g y 및

방사량에 미치는 air flow의 효과(KATO TECH,

교토공예섬유대학)

NEDO 프로젝트로 개발된 에어 어시스트 전기방사기의 air

flow 효과에 대한 실험결과를 보고하고자 한다.

방사기는 그림19와 같으며, Dope는 PVA 수용액, flow rate

2.3 ㎖/min, 방사거리 15 ㎝, 인가전압 15 kV, 방사시간은

1시간으로 하였다.

그림19. 에어 어시스트 전기방사기 실험장치

풍량이 증가하면 포집 부분의 파이버 생산량은

증가한다(그림20). 이것은 포집부 밖으로 비산되는 파이버가

감소하기 때문이다. 또, 섬유 지름은 증가한다(그림21).

그러나 풍량이 너무 크면 섬유 표면이 고르지 못하게 된다.

이것은 taylor cone 부분의 불안정성이 증가하기 때문이다.

Dope의 농도가 증가하면 섬유 지름도 증가하는데, 증가

정도는 풍량에 따라 다르다(그림22). 또 에어 어시스트

전기방사기에서 노즐의 지름과 섬유 지름간의 의존성은

나타나지 않았다(그림23).

그림20. 풍량에 따른 포집부 안팎에 대한 나노파이버 생산량

그림21. 풍량과 나노파이버의 직경

그림22. Dope농도와 나노파이버의 직경그림

23. 노즐의 직경과 나노파이버의 직경

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2-2. E lect ro Bubble Spinn ing법을 이용한 PVA

나노파이버의 방사에 대한 연구 (교토공예섬유대학,

고베여자대학, HIROSE제지)

그림24의 버블법 전기방사를 통해 버블 상태에서 방사

개시 지점을 관찰하고, 버블 직경에 따른 섬유 직경, 생산량에

미치는 영향을 조사하였다. 실험은 PVA수용액을 사용하였다.

그림25는 거품이 파열되면서 방사가 시작되는 상황을

관측한 사진이다. 또, 그림26에 나타낸 바와 같이 버블의

직경이 바뀌어도 섬유 직경은 변하지 않는다. 그러나 시간 당

생성되는 파이버의 양은 버블 직경과 함께 증가하는 것으로

확인되었다.

그림24. 버블법 전기방사의 모식도

그림25. 버블의 파열과 방사 개시시점의 관찰사진

그림26. 버블 직경과 생산효율

2-3. Electro Bubble Spinning법이 방사 안정성에 끼치는

방사환경의 영향 (HIROSE제지)

버블법 전기방사는 dope가 개방계이므로 방사환경, 특히

용제 환경 농도의 영향을 받기 쉽다. 본 연구는 PVA 수용액계의

전기방사에서 특히 습도조건의 영향을 조사하고 있다.

습도 약 50 %이하에서는 습도에 커다란 영향을 받지 않지만, 이

이상에서는 건조속도의 둔화로 인해 나노파이버의 형성이 현저히

늦어짐을 확인하였다. 온도 20~30 ℃, 습도 30~40% 가 가장 좋다.

그림27. 방사환경 중 습도에 따른 web의 최대 직경

2-4. 젤라틴 나노파이버를 이용한 Sca f f o l d 연구

(시가현립대학)

소뼈 젤라틴의 트리플루오로에탄올 6~9%를 전기방사하고,

140~160℃로 192시간 가열하여 열가교시켰다. 얻어진

파이버를 직경 10mm의 원형으로 하여 48 well plate에

넣었다. 배양액으로는 혈청을 함유한 α MEM을 사용하고, 쥐의

골아세포를 파종밀도 13,000cell/㎠로 하여 37℃의 CO2 5%

분위기에서 배양하였다. 전자선 가교는 10~100 kGy 이다.

그림28에 배양시간에 대한 세포밀도의 의존성을 측정한

결과를 나타내었다. 약 1일에서 피크가 되었지만, 이후에는

가교 불충분에 의해 파이버가 분해되어 향후 이에 대한

개량이 필요하다.

그림28. 세포밀도에 대한 배양시간 의존성

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2-5. Star Burst 시스템을 이용한 키틴 나노파이버의 제조

(돗토리대학공학부)

키틴은 N-아세틸글루코사민이 직쇄상으로 연결된

다당류로서, 셀룰로오스와 유사한 화학구조를 가지고

있다. 키틴은 갑각류의 껍데기 등 자연계에 넓게 존재하는

바이오매스이다. 게나 새우의 껍데기는 키틴 나노파이버와

그 간극을 충진하는 단백질, 탄산칼슘 등 미네랄 성분이

계층적으로 조직화된 치밀한 고차구조로 형성되어 있다.

그라인더를 이용한 키틴 나노파이버 분리에 성공하였으나,

최근 개발된 보다 효율적이고 실용적인 해섬장치인 Star

burst(SUGINO Machine(주))를 이용하여 테스트해 보았다.

이 장치의 구조, 원리를 그림29에 나타내었다.

그림29. Star Burst 해섬장치의 구조, 원리

시판되는 게 껍질 유래 키틴 분말을 1 wt% 농도로 물

속에 희석분산시켜, 산을 pH=3까지 가하여 현탁액 슬러리로

하였다. 슬러리의 사출압력을 245 MPa로 하고, 통과 횟수는

1, 5, 10회로 하였다. 얻어진 키틴 나노파이버를 0.1 wt%

농도로 희석하고, pore size 0.45㎛인 필터로 흡인 여과하여

얻은 시트를 hot press기로 압축건조하였다. 통과 횟수와

함께 산성 조건일수록 해섬이 진행됨을 알 수 있다(그림30).

산성조건이 되면, 키틴 나노파이버의 표면에 존재하는 약간의

아미노기가 cation화 되어 정전반발력으로 해섬이 쉽게 된다.

그림30. 나노파이버 시트의 확대사진(상단은 중성조건에서

해섬, 하단은 산성조건에서 해섬)

분말상태에서의 결정화도는 83.7%이었으며, 해섬 후에도

결정화도의 변화는 없었다.

키틴 나노파이버의 최종 시트를 아크릴계 모노머에

함침시키고, UV를 조사하면 중합이 일어나서 키틴

나노파이버 강화 아크릴수지 컴퍼지트 필름을 얻을 수 있다.

해섬도가 높을수록 투명도가 높은 것을 얻을 수 있다.

출처 : 가공기술 Vol.47, No.11(2012)

제공 : 김 지 연

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