최근 아웃도어 활동의 인기가 높아짐에 따라 방수 및 방진 기능을 갖춘 섬유에 대한 소비자 수요가 크게 증가했습니다. 현재 주류 공정은 코팅이나 필름 후처리를 통해 방수 및 방진 성능을 구현하는 것이지만, 공정이 복잡하고 시간이 오래 걸린다는 단점이 있습니다. 고밀도 원단에 불소 무첨가 방수 후처리를 적용하면 정수압에 대한 높은 저항성을 얻을 수 있으며, 공정이 짧고 간단하며 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다. 코팅이나 라미네이팅 방식만큼 정수압 저항성이 뛰어나지는 않지만, 공정 최적화를 통해 5200Pa 이상의 정수압 저항성을 달성할 수 있으며, 일정 수준의 통기성도 유지하여 수술복, 공격복, 등산복, 텐트 원단 등과 같은 특수 기능성 원단에 적합합니다.
본 연구에서는 쑤저우 레만 폴리머 테크놀로지(주)의 불소계 방수제를 선정하여 고온 베이킹 공법으로 고밀도 순면 직물에 방수 처리를 실시하였다. 직물 규격, 베이킹 온도, 베이킹 시간 등의 요인이 순면 직물의 정수압 저항성에 미치는 영향을 분석하고, 대량 생산에 적합한 종합적인 솔루션을 도출하였다.
1. 시험 재료
원단: 순면 원단(29.2 tex x 29.2 tex, 472 x 315, 평직, 단위 면적당 무게 220 g/m2);
시약: 불소 무함유 방수제
기기: 연속 성형 건조기, 열풍 건조기(독일 멘후지), DHG-9140A 전기식 급속 건조 오븐, SDLATLAS Vortex M6 세탁기, YB813 직물 수분 측정기, YG461E 정수압 디지털 통기성 측정기.
2. 프로세스 흐름
냉간 압연 → 어닐링 → 머서라이징 → 염색 → 방수 처리 → 베이킹.
3. 결과 검증 방법 소개
방수성: AATCC 22-2010 "발수성: 분무 시험"에 따라 측정합니다. 시료 3개(17.78cm x 17.78cm)를 잘라 표준 대기압 조건에서 4시간 동안 방치합니다. 시험기 깔때기에 (27 ± 1)℃의 증류수 250mL를 넣고 시료 앞면에 분무합니다. 앞면에 나타난 젖음 또는 얼룩 패턴을 평가 이미지와 비교하여 등급을 매기고, 각 시험 시료의 등급 결과를 기록합니다.
세탁성: 가정 세탁은 GB/T 8629-2017 "가정용 섬유 세탁 및 건조 시험 절차"에 따라 수행됩니다. 표준 세제(AATCC 1993) 1g/L를 사용하여 1:30의 비율로 세탁액을 제조합니다. 40℃에서 8분간 세탁한 후 탈수하여 1회 세탁을 완료합니다. 세탁 프로그램 완료 후 100℃의 오븐에서 건조합니다.
산업용 세탁 공정은 다음과 같습니다: 예비 세척(순수 물 50L, 3분 세척, 수온 50℃) → 본 세척(순수 물 80L, 15분 세척, 수온 60℃, 산소계 표백제 300g, 세탁 세제 400g) → 헹굼(순수 물 50L, 5분 세척) → 중화 세척(순수 물 50L, 중화산 200g) → 깨끗한 물로 세척(순수 물 50L, 5분 세척).
정수압 저항: AATCC 127-2018 "정수압 시험"에 따라 측정합니다. 200mm x 200mm 크기의 오염되지 않은 시편 세 개를 접어서 표준 대기압 하에 4시간 동안 놓습니다. 시편과 접촉하는 물의 온도를 (21 ± 2)℃로 조절하고, 클램핑 면을 건조시킨 후 시험면이 수면을 향하도록 합니다. 클램핑 후 모터를 가동합니다. 시편의 세 지점에서 침투가 발생하면 이때의 정수압을 기록하고, 이 과정을 세 번 반복하여 평균값을 구합니다. 이 값을 통해 시편의 정수압 저항을 측정합니다.
4. 방수 공정이 방수 효과에 미치는 영향
1단계 연신 및 소성법과 2단계 연신 및 소성법이 방수 효과에 미치는 영향을 실험적으로 탐구하였다. 1단계 방법은 연신 및 성형기를 사용하여 원단을 말아 성형기의 건조실로 이동시킨 후 건조와 소성 공정을 동시에 진행하여 생산 효율을 높이고 대부분의 방수 마감 처리에 적용하였다. 2단계 방법은 연신 및 성형기로 말아놓은 원단을 건조시킨 후 소성하는 방식으로, 높은 안정성을 확보하였다. 1단계 연신 및 소성 공정은 다음과 같다: 연신기 함침 및 롤링, 무불소 방수제 80g/L, 온도 170℃, 시간 3.5분. 2단계 연신 및 소성 공정은 다음과 같다: 연신기 침지 롤링 첨가제(무불소 방수제 80g/L, 건조 온도 120℃, 건조 시간 60초) → 소성(온도 170℃, 시간 3분). 표 1은 서로 다른 방수 공정을 사용하여 순면 직물에 방수 처리를 한 결과를 보여줍니다.
표 1에서 볼 수 있듯이, 1단계 연신 및 고온 건조법의 방수 성능은 2단계 연신 및 고온 건조법과 큰 차이가 없지만, 정수압 저항 성능은 2단계 연신 및 고온 건조법보다 현저히 낮습니다. 이는 1단계 직접 고온 건조법의 경우, 차량 속도를 줄이고 작동액의 침투 시간을 늘리더라도 작동액이 직물에 완전히 침투하지 못하고, 불소계가 아닌 방수제가 직물 표면에서 가교되어 직물의 정수압 저항에 영향을 미치기 때문입니다. 따라서 순면 고강도 정수압 직물을 가공할 때는 2단계 연신 및 고온 건조법을 사용하는 것이 적절하다고 판단됩니다.
5. 직물 구성 규격의 차이가 방수 효과에 미치는 영향
일반적으로 외복 및 기능성 용도로 사용되는 높은 정수압 저항성을 갖는 직물의 경우, 단위 면적당 무게는 (200 ± 20) g/m2로 제한됩니다. 규격은 순면 29.2 tex x 순면 29.2 tex, 472 x 315이며, 직조 방식은 평직, 2/1 능직, 위사 중량 평직, 정사각형입니다. 스트레칭 및 베이킹의 2단계 가공 공정을 채택하고, 방수 작업액은 불소계가 없는 방수제 80g/L를 사용하며, 2회 침지 및 2회 롤링을 실시하여 롤링 잔류율을 65%로 유지합니다. 120℃에서 건조 후 170℃에서 3분간 베이킹합니다. 직물 구조가 방수 성능에 미치는 영향은 표 2에 나타나 있습니다.
표 2에서 볼 수 있듯이, 직물의 원사 밀도와 경사/위사 밀도를 일정하게 유지했을 때, 직조 패턴만 변경해도 직물의 방수성 및 정수압 저항성에 상당한 변화가 나타납니다. 성능이 우수한 순서대로 나열하면 평직, 2/1 능직, 위사 중량 평직, 3/1 능직, 사각직입니다. 평직 직물은 5200 Pa의 정수압 저항성을 달성할 수 있는 반면, 다른 직물들은 5200 Pa에 미치지 못했습니다. 이는 직물 구조가 정수압 저항성에 매우 큰 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 평직 직물은 직조점이 가장 많고 기공이 가장 적기 때문에 정수압 저항성이 가장 우수합니다. 직조 패턴과 직물의 정수압 저항성 간의 관계를 더 자세히 조사하기 위해 원사 밀도와 직조 패턴은 일정하게 유지하면서 경사와 위사 밀도를 변경했습니다. 직물의 방수성과 정수압 저항성을 각각 측정했으며, 그 결과는 표 3에 나타나 있습니다.
표 3에서 볼 수 있듯이, 29.2 tex x 29.2 tex의 평직 구조에서 직물 밀도가 증가함에 따라 직물의 정수압 저항성도 비례적으로 증가합니다. 밀도가 472 x 315에 도달하면 정수압 저항성은 520 Pa를 초과합니다. 이를 바탕으로 직물 밀도를 증가시키면 직조 난이도가 선형적으로 증가하는 반면, 정수압 저항성의 향상은 크지 않습니다. 이러한 종합적인 고려 끝에, 고수압 저항성 직물의 표준 규격으로 순면 29.2 tex x 순면 29.2 tex 및 472 x 315의 평직 직물이 최종적으로 선정되었습니다.
6. 베이킹 온도 및 시간이 방수 효과에 미치는 영향
소성 시간과 소성 온도는 방수 효과에 중요한 영향을 미칩니다. 본 연구에서는 스트레칭 → 소성 2단계 공정 기술을 적용하여 스트레칭 기계에 침지 및 롤링제를 사용하고, 불소계 방수제 80g/L를 첨가한 후, 건조 온도 120℃, 건조 시간 60초로 소성했습니다. 소성 온도와 소성 시간이 방수성 및 정수압 저항에 미치는 영향을 연구하였으며, 그 결과는 표 4에 제시되어 있습니다.
표 4에서 볼 수 있듯이, 소성 온도가 증가함에 따라 직물의 정수압 저항성과 방수성도 증가합니다. 소성 과정에서 온도가 높을수록 섬유 표면의 소수성 그룹 배열이 더욱 규칙적으로 변하기 때문입니다. 또한 고온 조건은 가교제에 의한 이소시아네이트 그룹의 방출을 촉진하여 이소시아네이트와 소수성 그룹 및 -OH 그룹 간의 가교 정도를 향상시키고 정수압 저항성을 강화합니다. 소성 온도가 170℃에 도달하면 온도를 더 높여도 정수압 저항성과 방수성의 증가폭이 제한적입니다. 따라서 소성 온도는 170℃로 결정되었습니다. 위의 실험을 바탕으로 소성 온도를 170℃로 설정하고 소성 시간이 방수성 및 정수압 저항성에 미치는 영향을 연구했습니다. 그 결과는 표 5에 나타나 있습니다.
표 5에서 볼 수 있듯이, 소성 시간이 길어질수록 방수 성능이 지속적으로 향상됩니다. 이는 소성 시간이 길어질수록 섬유 표면의 이소시아네이트기와 소수성기 사이의 가교 결합이 더욱 완전해지기 때문입니다. 또한 장시간 소성은 섬유 표면의 소수성기들이 규칙적으로 배열될 수 있는 충분한 시간을 제공합니다. 소성 시간이 3분일 때 방수 성능은 100점에 도달하고 정수압 저항은 5200Pa 이상입니다. 소성 시간을 더 연장해도 방수 성능 및 정수압 저항의 향상 폭은 제한적입니다. 따라서 소성 시간은 3분으로 결정되었습니다.
7. 결론
(1) 방수 작업액의 공식에 대한 연구가 진행되었다. 충분히 건조시킨 순면직물은 최대 5200Pa의 정수압을 견딜 수 있고 우수한 세척성을 가진다. 가정 세탁 조건에서 30회 세탁 후에도 여전히 정수압 및 방수성에 대한 우수한 저항성을 유지한다.
(2) 스트레칭 → 베이킹 공정은 다음과 같습니다. 스트레칭 기계 침지 롤링 첨가제(불소 무방수제 80g/L, 건조 온도 120℃, 건조 시간 60초) → 베이킹(온도 170℃, 시간 3분).
게시 시간: 2024년 6월 26일