섬유 소재 2012. 11. 13 (화).

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1 섬유 소재 (화)

2 재생섬유 셀룰로오스계 재생섬유 - 화학반응을 통해서 셀룰로오스를 용해시켜 방사원액을 만든 다음 방사해서 제조
비스코스 레이온(viscose rayon) 구리암모늄 레이온(cuprammonium rayon) 아세테이트 레이온(acetate rayon) 텐셀(tensel) 고강력 레이온(high tenacity rayon) 폴리노직(polynosic rayon)

3  비스코스 레이온  알칼리 셀룰로오스 Cell-OH + NaOH → Cell-ONa + H2O  셀룰로오스 잔테이트 S
∥ Cell-ONa + CS2 → Cell-O-C-S-Na  응고액 S ∥ 2Cell-O-C-S-Na +H2SO4 → 2Cell-OH + 2CS2 + Na2SO4

4 특성 및 용도 - 톱니모양의 스킨-코어(skin-core) 구조를 가짐 독특한 광택을 가지며 표면이 매끄러움 강도 2.0~4.0 g/d, 신도 10~25%, 수분율 13%, 비중 1.52 안감용으로 사용하며 폴리에스터나 면과 혼방하여 흡습성, 정전기, 촉감 개선

5 구리암모늄 레이온(cuprammonium rayon) 또는 큐프라 레이온(cupra rayon)
- 린터를 주로 사용하고 유하긴장방사법으로 제조 구리암모늄 용제의 제조 Cu(OH)2 + 4NH3  [Cu(NH3)4](OH)2

6  폴리노직(polynosic rayon)
비스코스레이온의 단점(수분을 흡수하면 강도가 떨어지고 신도가 커짐)인 형태안정성 불량을 보완 평균중합도를 500정도로 높여줌(비스코스레이온 300, 면섬유 2,500) 강도 4.5 g/d, 신도 12%, 물에 대한 팽윤도 68%

7  고강력 레이온(high tenacity rayon)
비스코스 레이온과 동일한 방사원액을 사용하나 연신비를 높여 배향도를 향상 강력이 일반 비스코스레이온에 비해 높음

8  텐셀(Tensel) 비스코스레이온 제조시 사용하는 공해물질(NaOH, CS2, H2SO4, H2S)를 사용
하지 않고 셀룰로오스를 아민옥시드 용액에 용해시켜 방사 원액 제조 텐셀은 코우토울드(Coutaulds)사의 새로운 유기용제공법에 의해 제조된 셀룰로오스 섬유의 상품명임 리오셀(Lyocell)은 오스트리아 렌징(Lenzing)사에서 생산하는 제품의 상표명임 뉴셀(Newcell)은 악조(Akzo N. V)사의 상표명임 용매:아민옥시드

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11  아세테이트 섬유 셀룰로오스를 아세틸화(acetyllation)시켜 아세트산 셀룰로오스로 만든 섬유 담배 필터로 주로 사용

12 성질 및 용도 - 열가소성을 가짐 - 강도 1.0~1.5 g/d, 신도 25%이고 초기탄성률이 매우 작아 부드러움 - 2% 신장시 80~90% 회복되기 때문에 구김이 잘 생기지 않음 - 녹는점: 디아세테이트 230 ℃ 트리아세테이트 290 ℃

13  재생 단백질 섬유 • 카제인(casein) 섬유: 우유 단백질 • 아라킨(arachin) 섬유: 콩 단백질
• 제인(zein) 섬유: 옥수수 단백질 • 글리시닌(glydinin): 대두 단백질 • 프로믹스(promix) 섬유: 아크릴에 재생단백질 성분을 30~60% 공중합한 섬유 • 치논(chinon) 섬유: 아크릴로니트릴과 우유 카제인을 혼합 방사

14 콩섬유 카제인 섬유 옥수수 섬유

15  기타 섬유 알긴산(alginic acid)섬유 - 해조류의 만우론산(mannuronic acid) - 외과수술용 실
키틴(chitin)섬유 - 게나 새우의 껍질을 묽은 산으로 처리하여 탄산칼슘을 제거하고 묽은 알칼리로 단백질을 제거한 성분으로 제조한 섬유 - 의료용, 항균, 방취 가공에 주로 쓰임

16 키틴 섬유

17 합성섬유

18 합성섬유: 인조섬유 중 석유·석탄·공기·물 등을 출발원료로 하여 섬유를 형성하는
일련의 긴 분자를, 화학적으로 합성하여 섬유로 만든 고분자물질

19 섬유고분자의 합성 고분자를 형성하는 작은 분자를 모노머, 모노머가 결합하여 고분자 물질을 만드는 반응을 중합, 만들어진 고분자 물질을 중합체라고 함. ① 첨가 중합 : 단위체가 가지는 탄소-탄소의 이중 결합 중 하나의 결합이 끊어지면서 옆에 있는 단위체와 새로 연결되는 방법 ② 축합 중합 : 단위체 분자 내에 있는 작용기들이 반응할 때 H2O과 같은 간단한 분자들이 빠져나가면서 고분자 화합물을 만드는 방법

20 - 모노머(단량체)의 이중결합이 끊어지면서 옆에 있는 모노머와 연결.
첨가중합반응 : - 모노머(단량체)의 이중결합이 끊어지면서 옆에 있는 모노머와 연결. - 폴리에틸렌(포장용 랩), 폴리스티렌(스티로폼), 폴리염화비닐(PVC, 포장용 비닐) 등 ※ 폴리(poly-) : 여러 개를 뜻하는 접두어. 폴리에틸렌(에틸렌이 여러 개란 뜻) 출처: 2011학년도 1학년 융합과학 수업자료 038, 의왕고등학교 과학과

21 출처: 2011학년도 1학년 융합과학 수업자료 038, 의왕고등학교 과학과

22 축합중합 : -단위체가 결합할 때 일부가 빠져나가고 기본 골격만이 사슬로 연결된다. - 페놀수지(조리기구 손잡이), 멜라민수지(주방용기), 요소수지(합판 제조용 접착제) 등

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26 합성섬유의 종류 폴리에스터(polyester) 섬유 - 에스테르(-COO-)그룹의 반복단위로 구성되는 섬유 고분자의 제조

27 섬유의 제조

28 중합형태에 의한 분류 - 배치중합방식: 일회식 중합하는 방법 - 연속중합방식: 파이프 라인을 통해 연속적으로 중합하는 방법 방사와 연신방법에 의한 분류 - 연중직방방식: 연속중합과 방사와 연신이 이루어지는 혁신적인 방식 - 스핀드로(spindraw)방식: 방사와 동시에 연신이 이루어지는 방식 (SDY: spin draw yarn) - 고속방사방식: 방사공정에서 6,000 m/min 이상의 속도로 섬유를 권취 하는 방식(HOY: high oriented yarn) - 저속방사방식: 방사속도가 2,000 m/min이하의 속도로 권취하는 방식 (UDY: undrawn yarn) - 포이방사방식: 방사속도가 3,000~4,000 m/min인 경우

29 성질 역학적 성질 - 분자쇄가 평면적인 구조를 취하고 있어 결정성이 높고 강한 결정을 이룸 - 초기탄성률이 높아서 유연성이 부족 - 탄성회복성은 2% 신장시 97% 회복되고 특히 적은 신장 후에 즉시 회복되는 성질이 우수하여 의복소재로 적합 - 압축을 받은 후에 원상으로 회복되는 성질이 우수하여 구김이 잘 생기지 않음 - 다른 섬유보다 레질리언스가 우수

30 b) 열적성질 - 분자쇄가 좌우 대칭성이 좋은 고리를 갖고 있어 용융온도가 260 ℃로 높음 - 2차 전이온도는 80 ℃ - 열가소성을 이용한 열고정 온도는 180~220 ℃이며 다림질 온도는 약 160℃가 적합 - 열전도율이 낮아 보온성이 우수

31 c) 수분에 관한 성질 - 표준수분율이 0.4%이고 물속에서도 0.8%임 - 100% 폴리에스터 섬유로 만든 의복은 수분을 외부로 통과시키지 못해 불쾌감 을 줌 - 흡수율이 매우 낮아 정전기가 쉽게 제거되지 않음

32 d) 화학약품성 - 산성에 강하지만 알칼리에 약함 - 특히 수산화나트룸용액에서 가수분해되는 성질을 이용하여 굵기가 가는 섬유를 제조함으로써 유연성 향상 - 드라이크리닝 용매에 대부분 안정함 e) 염색성 - 특수한 조건에서 분산염료로 염색 - 고압염색, 캐리어(carrier) 염색, 서머졸(thermosol)염색 등 캐리어염색: 일종의 유기용매로 섬유를 팽윤시켜 염색 서모졸염색: 분산염료를 패드시킨 후 200 ℃ 전후의 열풍으로 수초간 열처리하여 염색함

33 물성 강력: ~ 5.0 g/d(고강력사는 8 g/d) 신도: ~ 30% 탄성회복율: 2% 신장시 97% 회복 수분율: 0.4% 전기전도도: 낮음(정전기 발생) 비중: 융점: ℃

34 직물 퀼팅재료 편물 타이어코드 부직포

35 기타 폴리에스터 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT ; Polybutylene Terephthalate)

36 주요특징 ① 높은 기계적 강도(강인하고 강성도 높다)와 뛰어난 내구성을 갖는다.
② 내아크성, 절연내력, 내트래킹성 등 전기적 특성이 우수하다. ③ 뛰어난 내열성(120∼140℃의 연속 사용에 견딘다)을 갖는다. ④ 양호한 내후성을 나타낸다. ⑤ 난연화가 용이하고 물성 저하가 작다. ⑥ 흡수율이 작기 때문에 안정된 치수 정밀도를 얻을 수 있다. ⑦ 마찰계수나 마모량이 작기 때문에 베어링이나 톱니 바퀴에도 알맞다. ⑧ 양호한 유동성, 광택이 있는 매끄러운 표면, 짧은 성형 사이클 등 성형성이 우수하다 ⑨ 초음파 용착성, 인쇄적성, 도장성 등의 후가공성에 우수하다. ⑩ 광범위한 약품이나 기름에 침범되지 않는다. ⑪ 유리섬유 등에 의한 복합 효과가 크다.

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38 폴리아미드(polyamide) 섬유 - 분자 골격 중에 아미드기(-CONH)의 반복단위를 갖는 섬유

39 원료 및 제조

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41 섬유의 성질 a) 역학적 성질 - 매우 강하고 유연하며, 마모강도, 탄성회복성이 우수 - 구김이 잘 생기지 않음 - 초기탄성률이 다른 섬유에 비해 낮음 - 비중은 1.14로 다른 섬유에 비해 20~30% 가벼워 경량피복 및 군용자재로 유용

42 b) 열적성질 - 150 ℃ 이상에서 장시간 열처리하면 노란색으로 변하면서 역학적 성질 감소 - 열가소성이 매우 우수 구분 나일론 66 나일론 6 융점(℃) 연화점(℃) 다림질 온도(℃) 열고정 온도(℃) 열안정성(%) 250 235 170 70 215 180 150 190 85

43 - 표준상태에서 수분율은 4.5%(합성섬유 중에서 비교적 높음)
c) 물에 대한 성질 - 표준상태에서 수분율은 4.5%(합성섬유 중에서 비교적 높음) - 물속에서 8%까지 흡수하는데 강도는 10% 감소하고 신도는 증가함 d) 염료에 관한 성질 - 산성염료에 염색이 가능 - 염료와의 결합기가 적어 고압염색이 필요 (X+, X-는 이온화한 염료) 산성염료(eosin, 새벽하늘의 붉은 빛)

44 e) 화학약품에 관한 성질 - 산, 알칼리에 강함 - 공해가 심한 지역에서 매연에 의해 경미한 손상이 있음 - 드라이크리닝에 강하고 표백제에 잘 견딤 f) 기타 - 햇빛에 장시간 노출되면 강력이 감소하고 황변함 - 해충에 영향을 받지 않음 - 전기전도도가 낮아 정전기를 발생함

45 물성 강력 ~ 6.0 g/d 신도 % 탄성회복율 % 신장시 86% 회복 마모강도와 굴곡강도가 우수하여 내구성이 좋음 수분율 ~ 5.0% 전기전도도 낮음(정전기 발생) 비중 나일론 나일론 융점 나일론 ℃ 나일론 ℃

46 카펫 안전벨트 스타킹 낙하산 군용배낭

47 - 분자구조에 니트릴(-CN)기를 갖는 섬유
 아크릴 섬유(acryl fiber) - 분자구조에 니트릴(-CN)기를 갖는 섬유 - 순수한 아크릴섬유는 분자구조가 치밀하여 열가소성과 염색성이 좋지 않음 → 소량의 다른 성분을 공중합시켜 제조함 예) 아크릴섬유: 아크릴로니트릴이 중량백분율로 85%이상 함유된 섬유 모다크릴섬유: 아크릴로니트릴이 35~85% 포함된 섬유

48 섬유의 제조

49 성질 a) 역학적 성질 - 강도는 2~5 g/d, 신도는 20~50% 임 - 레질리언스가 우수하고 초기탄성률이 낮아 유연한 섬유임 b) 열적성질 - 연화점이 190~240 ℃이고 융점이 없음 - 열전도도가 낮아서 보온소재로 적합 - 열수축성이 좋아 벌키사를 만들수 있음

50 c) 물에 대한 성질 - 흡습률이 표준상태에서 1.5~3% 가발 모다크릴(modacryl): 난연성

51 플리이스(fleece)직물 : 가는 털이 나있는 양모 스웨터 스웨터 탄소섬유 전구체 양말

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54 2. Staple Fiber : 길이가 짧은 천연섬유나 절단한 합성섬유를 의미함
4. Filament : 길이가 매우 긴 섬유 (견섬유) 또는 연속적으로 길게 생산한 합성섬유의 형태 5. 방적 (Spinning) : 단섬유 (면, 양모 등) 를 가늘게 배열하고 꼬임을 주어 긴 형태의 실을 만드는 과정 6. Lap : 실이나 슬라이버를 뽑기전에 넓적하게 펴서 말아놓은 상태 7. Sliver : 실을 만들기전에 굵은 원형으로 생산된 사태 8. 조사 (Roving Yarn) : 링정방전에 조방공정에서 생산된 굵은 실 (보통 굵기가 0.6~1.5 수 정도임) 9. 연신 (Draft) : 잡아 늘려서 가늘게 만드는 작업 10. TPI (Twist per Inch) : 1인치당 꼬임수를 나타내는 단위로 방적사에서 사용함 11. TPM (Twist per Meter) : 1 Meter 당 꼬임수를 나타내는 단위로 합연사, 합성섬유에서 사용 12. 번수 (Count) 실의 굵기를 표시하는 단위로 “NE, ‘s, 수” 등으로 표시 태번수 : 20’s 미만의 굵은 실 중번수 : 대략 30’s ~ 40’s 범위의 실 세번수 : 50’s 이상의 가는 실 13. Wax 사 : 편직등 후공정의 마찰감소를 위해 권사기에서 wax 성분을 부여한 실 14. Set 사 : 실에 스팀을 가하여 제직 (또는 편직) 등의 후공정에서 스날 (snarl) 발생을 감소시킨 실 15. 콘 (cone) : 방적사가 원뿔형으로 생긴 지관 (또는 보빈) 에 감긴 완제품 16. 치즈 (cheese) : 방적사가 원통형으로 생긴 지관 (또는 보빈) 에 감긴 완제품 17. 방직 : 방적과 제직 (또는 편직) 이 함께 일괄적으로 운영되어지는 것 18. 제직 : 직기를 이용하여 경사와 위사를 교차시켜 직물을 만드는 것 19. 편직 : 편기 (환편기, 경편기 등) 에 있는 바늘을 이용하여 뜨개질을 하는 것처럼 직물을 만드는 것