부직포공학 전북대학교 유기소재파이버공학과 길명섭 mskhil@jbnu.ac.kr

제5장 Mechanical bonding 1. Stitch bonding 1) 정의 - 섬유, 실, 섬유와 실 또는 섬유와 기본 직물에 부가되는 실에 의해 바느질 또는 knitting에 의해 함께 결합되는 부직포 - Stitch bonded 또는 sew-knit 부직포는 다중 성분 부직포로서 하나의 성분이 부직포의 길이 방향을 따라 일련의 연환된 stitch로 됨 2) 특징 - 스티치 본딩이 광범위하게 적용됨 - 다른 matrix의 조합, 원료 물질, 심지어 이미 만들어진 부직포 조차도 스티치 본딩을 하는 동안에 최종 제품의 특성 을 개선하고 물성을 증진할 수 있기 때문

3) 응용분야 - 상업적으로 넓은 범주의 제품이 스티치 본딩으로 제조되었음 - 의류, 가정용/산업용 부직포

2. Maliwatt와 Malivlies stitch bonding system 가. 시스템의 구성 ① 작동 부품의 구동 시스템을 가진 stitch bonding unit ② 웹 공급 시스템 ③ 실 공급 및 모니터링 시스템 ④ 부직포 권취와 저장 또는 짜기 ⑤ 절단과 tearing unit, 기계 제어부와 구동 시스템

나. 시스템의 구동 ① Horizontal compound needle과 closing wire system은 knock-over sinker와 supporting rail과 공동으로 작동하여 cross-laid 웹을 통과함 ② 스티치 yarn은 가이드를 통해 열려져 있는 compound needle의 hook에 삽입되며 웹을 통과하여 스티치를 형성함 ③ Compound needle과 closing wire system을 맞추어 웹의 섬유가 스티치로 병합되도록 함 ④ Tricot lapping의 경우에 평행 경사 시스템이 스티치 결합된 웹 안에 병합됨 ⑤ Supporting rail과 Retaining pin - 니들이 웹을 통과하는 동안 움직이는 것을 방지함 ⑥ Knock-over sinker - 스티치가 knocked over되면 웹의 뒷면에 위치함 ⑦ Retaining pin과 knock-over sinker사이의 거리는 compound needle의 운동 거리에 따라 웹의 두께에 맞게 조정이 가능함

Pillar stitch Shogging motion Tricot stitch

다. 특징 ① 하나의 가이드 바를 가진 기본형은 pillar stitch와 tricot stitch가 가능함 ② 두 개의 가이드 바를 가진 경우는 pattern disc에 의해 첫 번째 또는 두 번째 shogging으로 16 course의 반복 길이까지 생산할 수 있음 ③ 스티치 본딩은 Spunlaid 또는 다른 형태의 부직포를 보강하기 위해 사용되기도 함

라. 상업생산용 시스템 ① Intor system의 특징 - 공간과 투자 비용을 줄이기 위하여 웹 형성과 스티치 본딩 시스템을 통합함 - 웹을 구성하는 섬유는 32 캔까지 슬라이버 또는 최대 600 mm의 직경을 가진 (각 265 mm)두 개의 슬라이버로 lap을 형성함 - 웹은 스티치 본딩을 위해 폭 500 mm와 최대 속도 45 m/min로 web-laying unit로 전달됨 - Intor system은 섬유의 길이에 따라 2종류가 있음 · Intor PN은 짧거나 중간 섬유에 적합함 · Intor L은 황마, 다른 인피섬유나 엽맥섬유와 같은 비교적 길이가 긴 단섬유에 적합함

<위편> <경편>

마. 부직포의 구조와 응용 ① 폴리에스터 필라멘트가 스티치 실로 주로 사용되며 다른 고분자도 최종 제품에 따라 이용됨 ② 부직포의 구조는 하나 또는 두 개의 가이드 바의 사용에 의해 영향을 받으며 가이드 바의 스티치 설정의 변경에 의해서도 영향을 받음 ③ 평량은 15-3000 g/m2이며 두께는 0.5-20 mm임 ④ Maliwatt의 부직포의 용도 - 부드러운 가구재, 매트리스와 캠핑용 의자의 장식재 - 담요, 운송기관 천, 세탁포, 신발 및 의류 안감, 접착 테이프, 벨크로형 지퍼 - 위생용 부직포, 단열재, 코팅 기재, 토목섬유, 여과 부직포, 난연 부직포 등

2) Malivlies 가. 장치 ① Laying-in sinker는 통과하는 동안 웹이 움직이는 것을 방지함 ② Compound needle이 knock-over 위치로 움직임에 따라 웹의 앞면에 있는 섬유는 바늘의 열려진 hook에 의해 걸림 ③ 다음으로 섬유는 closing wire에 의해 바늘의 hook안에 머무르면서 웹 두께 방향으로 당겨짐 ④ 이 섬유는 바늘 몸통에 걸려있는 이전 course 섬유로 형성된 스티치 안으로 ⑤ Supporting rail 반대 편으로 당겨진 laying-in sinker는 섬유가 compound needle에 의해 확실하게 조여지도록 함

나. 부직포의 특징 ① Warp-knitted(경편)의 앞면과 유사한 루프구조는 knock-over sinker의 맞은 편에 만들어짐 ② Malivlies 부직포는 전적으로 섬유로만 구성됨 ③ 주로 PET, PP, viscose 등이 사용되며 부직포의 평량은 120-1200 g/m2임 다. 부직포의 용도 ① 자동차의 내부재(헤드라이너, 후방과 측면 안감) ② 포장재, 단열재, 흡수재 및 광택용 천 ③ 여과 및 토목섬유, 코팅 기재, 라미네이팅과 결합재료 ④ 의료 및 위생용 제품 등

3. Malimo stitch bonding system 1) Malimo system 가. 시스템의 구성 ① 작동 부품을 구동할 기어박스를 가진 스티치 본딩 헤드 - 위사층 형성과 공급 디바이스 - 경사 송출 운동 - 스티치 실 송출 운동(실 모니터링 디바이스가 설치됨) - 부직포 take-down 운동 - 기계 제어 및 구동 시스템 ② 스티칭과 경사를 위한 경사 빔 송출 프레임/패키지 크릴 ③ 위사를 위한 패킹 크릴 ④ 부직포 저장/권축 또는 절단 메커니즘 ⑤ 스티치 결합 헤드의 앞과 뒤에 foot pedal

나. Malimo system의 특징 ① 횡단면 위사 삽입 ② 비연속 평행한 위사 삽입과 연속 평행 위사 삽입 ③ 다축 형태 ④ 유리 부직포 제조 가능

2) Malimo 시스템을 이용한 유리 복합 부직포의 제조 가. 유리복합 부직포의 용도 ① 건설과 기계 조립용 구조 부분과 패널 ② 보트 조립, 서핑보드, 스키, 자동차 산업 ③ 파이프, 막대기, 컨테이너 ④ 주조 ⑤ 코팅, 파이프 수리 ⑥ 스포츠 홀 바닥 ⑦ 풍력발전용 rotor ⑧ 항공 및 우주 산업용 부품 ⑨ 복합재료

나. Karl Mayer에 의해 개발된 복합재료용 프리폼 생산 시스템 ① 시스템의 주요 장치 - Chopping device · 스티치 본딩 기계 뒤에 위치 · 유리 roving(필라멘트)을 정해진 길이로 절단 · 아래에 위치한 연속상의 컨베이어 벨트 위에 랜덤배열로 적층이 가능하도록 함 · 유리섬유의 절단 길이는 25, 50, 100 mm이고 절단된 유리가 적층된 웹은 스티치 본딩 위치로 공급됨 - 위사 laying 디바이스 · 스티치 공정 전에 웹 위에 유리 필라멘트를 놓을 수도 있으며 경사가 삽입될 수도 있음

② 부직포의 특징 - 제품은 추가로 부직포 웹 또는 다른 기재와 조합이 되어 매우 복잡하게 통합된 부직포 구조를 만듦 - PVC 코팅용 기재와 복합재료용 강화 매트로 쓰임 - 스티치 실은 고강도 PET 필라멘트가 사용됨

3) 다축 위사 삽입 시스템 가. 공정의 특성 ① 다축 스티치 본딩 시스템은 다양한 실의 종류와 선형 밀도가 높은 부직포의 구조를 변형할 수 있는 제조 방법임 - 2400 tex까지의 경사, 1200 tex까지의 위사, 대각선 방향으로 800 tex까지의 유리 필라멘트를 사용하여 평량이 300~3000 g/m2인 부직포 제조 ② 구조적으로 매우 복잡한 복합재료가 제조됨 ③ 기초적인 부직포의 구조는 다음과 같음 - 하나의 경사 층은 0°, 두 개의 위사 층은 90°, 두 위사 층은 -45°, 두 위사 층은 90°, 두 위사 층은 +45°, 하나의 스티칭 실의 층 또는 하나의 chopped 유리 웹 층으로 구성됨

나. 다축 강화 복합재료의 특성 ① 모든 방향에서의 치수 안정성(사선 또는 대각선 방향에서 높은 전단 강도) ② 등방성 기계적 성질, 박리 현상의 감소 ③ 크림프가 없고 평행한 실로 된 시트, 낮은 비표면 밀도 ④ 극한 강직성과 높은 신장성 사이에서 조절이 가능한 강직성 ⑤ 내부식성, 비자성, 내화학성, 하중에 대한 저항성 향상 ⑥ 크랙 전개에 대한 저항성 향상

다. 다축 강화 복합재료 부직포의 특징 및 용도 ① 유리섬유, 아라미드, 탄소, 고강도 폴리에스터, 폴리아미드, PP, PE와 같은 고성능 물질이 다축 시스템에 적합함 ② 비행선과 보트 같은 팽창성 구조, 유연한 지붕재료, 풍력발전기용 로터 브레이드, 자동차용 주형 부품, 비행기와 선박 조립재 ③ 스키 스노우 보드, 서핑 보드와 보트와 같은 스포츠 및 레저 장비 등

4) Schusspol 기술 가. 기술의 정의 - Malimo system의 변형으로 바닥 덮개, 실내 장식과 가구재용 부직포를 생산하는 기술임 나. 장치의 구성 - 두 개의 가이드 바, 스티칭 사, 파일 사, 위사 등을 사용함 - 파일사는 대개 5-11 mm 길이로 부직포 면에 수직이고 바닥 부직포와 강하게 결합 됨 - 파일 사와 스티칭 사의 겹침에 의해 이루어짐 - 파일 싱커가 부직포의 한 면에 파일을 만들기 위하여 사용됨

5) Malifol 기술 가. 특징 - 실보다는 필름을 경사와 위사로 사용하며 일반 실은 스티칭 용으로 사용됨 - 낮은 면적 밀도를 가지며 치수(크기) 안정성을 가짐 나. 용도 - 주 응용 분야는 코팅 기재, 팩킹, 단열, 2차 카펫 후면, 여과 매체와 토목섬유 등임

4. Kunit 가. 시스템의 특징 ① 별도의 실이 필요하지 않고 섬유들로부터 직접 부직포를 생산하기 위한 Malimo 시스템의 발전된 형태 ② Kunit 공정은 결합을 위해 얇은 웹 또는 batt 형태가 스티치 본딩 헤드로 공급됨 ③ 접힌 파일 구조의 부피가 큰 3차원 파일 부직포가 생산됨 - 파일은 두께와 밀도를 변화시킬 수 있음 나. 장치 ① 원형 헤드를 가지는 compound needle이 사용됨 ② 평편한 진동 브러쉬는 주로 섬유들이 기계 방향으로 배열된 웹을 압축시킴 ③ 니들 hook 안에 잡힌 섬유들이 스티치로 됨 ④ 니들 hook에 잡히지 못한 섬유는 횡단면에 파일 주름으로 배열됨 다. 용도 - 안감, 부드러운 완구용, 필터 여재, 코팅 기재, 자동차 인테리어 등에 쓰임

5. Multiknit stitch bonding system 1) 시스템의 개요 ① 부직포의 양면은 kunit 부직포의 표면을 파일 섬유가 서로 맞물려 밀도가 높은 편성 구조를 이룸 ② 2개의 분리된 kunit부직포에서 파일 표면이 하나로 통합된 다층 구조를 만들기 위하여 multiknit stitch방법으로 결합함 ③ 직물, 웹, 섬유, 심지어 파우더와 같은 다른 구조도 기재 웹 안에 합해지며 다층 물질을 스티치 본딩에 의해 표면을 덮어 복합재료를 제조할 수 있음

2) 주요 장치 ① Pointed head needle이 채용됨 ② Retaining 또는 sinker bar - Kunit 부직포를 더 가공할 때 사용됨 3) Multiknit 부직포의 특징 ① 우수한 압축성, 낮은 면적 밀도와 낮은 벌크 밀도를 가짐 ② 우수한 열, 소음, 진동 차단제, 우수한 성형성을 가짐 4) 용도 ① 내부가 장식된 가구 부품, 자동차 의자 및 다른 가구용 의자의 PU 폼 대체재 ② 부직포 필터, 단열재, 의류 내부 안감 등