KR101403411B1

KR101403411B1 - 스마트 기능 접목을 위한 특수복 소재용 전도성 원사 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101403411B1
Application number: KR1020130006146A
Authority: KR
Inventors: 윤주영
Original assignee: 윤주영
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2014-06-03

Abstract

본 발명은 다양한 특수복 소재에 접목이 가능한 전도성 원사 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 방법은 50 내지 1000 가닥의 전도성 소재로 이루어진 단사(single yarn) 또는 상기 단사를 2합 내지 10합으로 꼬임(twist)을 준 합연사(multiply yarn)를 이용하여 전도성 원사를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 전도성 원사의 외주면에 30s 내지 60s의 섬도를 갖는 특수복 소재용 원사 또는 기능성 섬유를 커버링하는 단계를 포함하고, 상기 방법을 통해 제조된 전도성 원사는 특수복의 사용환경 및 목적에 따라 전도성 소재를 이용한 전도성 원사와 특수복 소재 또는 기능성 소재를 일체화하여 이용할 수 있으므로, 다양한 목적의 스마트 특수복에 유용하게 이용될 수 있다.

Description

스마트 기능 접목을 위한 특수복 소재용 전도성 원사 및 그 제조방법 {Conductive fiber for protective clothing with smart functions and method for manufacturing thereof}

본 발명은 다양한 환경에서 작업하는 근로자(작업자)의 신체 보호기능을 제공하기 위해 특수복의 스마트 기능화에 접목이 가능한 전도성 원사 및 그 제조방법에 관한 것이다.

각종 산업분야에 종사하는 작업자 또는 근로자들은 특수한 작업환경에 노출되는 경우가 많다. 화재진압 및 인명구조 활동을 위한 소방관, 선박 건조, 중장비, 플랜트 건설을 위해 절단, 용접, 조립, 도색 작업을 수행하는 중공업분야 기술자, 반도체 제조, 석유화학물질 정제 및 합성 등을 위해 발화성 및 인화성이 높은 화학약품을 취급하는 작업자들이 착용하는 특수복 소재들은 작업 수행시 최적의 기능을 발휘하기 위해 소재 고유의 특성을 갖도록 설계되고 조합되어 사용되었다.

최근 상기와 같은 특수복에도 섬유 또는 의류의 속성을 유지하면서 디지털 기능을 탑재시킨 스마트 의류 기술을 접목하는 시도가 이루어지고 있다. 구체적으로, 스마트 의류가 가진 대표적인 기능을 소방용 특수방화복 착용자의 경우로 예를 들면, 착용자의 바이탈 사인(Vital Sign 생명징후)을 확인하는 기능, 불길이 너무 뜨겁게 치솟을 때 착용자에게 경고하는 기능, 착용자의 위치를 GPS를 통해 제공하는 기능, 착용자의 이동경로를 사령실(Command Center)에 알려주는 기능 등이 있을 수 있다.

이와 같은 디지털 기능이 포함된 의류제품의 개발을 위해서는, 의류에 통합되는 디지털 기기, 반도체, 배터리 등에 섬유소재가 연결되어 회로를 구성할 수 있어야 하기 때문에 전기전도성을 가지는 특수한 섬유소재가 필요하다.

지금까지 전기전도성 섬유소재로는 구리, 니켈, 알루미늄, 주석, 아연, 티타늄 등의 전도성을 지니고 있는 금속섬유가 사용되거나, 또는 비전도성 합성섬유 소재인 폴리에스터, 나일론, 유리섬유 등에 니켈, 은, 구리, 티타늄 금속을 화학적 증착, 스퍼터링(sputtering), 플라즈마(plasma), 도금(plating) 등의 방법으로 코팅하여 제조되는 금속 코팅 섬유가 사용되고 있다.

국내 등록특허 10-0775127호(발명의 명칭 : 도전성 직물)에는 합성섬유 필라멘트에 무전해 도금방법으로 은, 동, 니켈, 주석 등의 금속피막을 형성함으로써, 섬유에 전도성을 부여하여 백 릭(Back leak) 방지성, 유연성, 실풀림 방지성, 도전성, 전자파 실드(shield)성이 뛰어난 도전포(導電布)에 대해 개시하고 있다.

그러나, 합성섬유 필라멘트에 전도성 금속 피막을 형성시키거나 코팅을 하여 전도성을 부여한 경우는 합성섬유 전체 면에 전도성 금속 피막 및 코팅이 균일하게 되지 못하며(도 1 참조), 일상적인 마찰에 의해 피막면 및 코팅면이 쉽게 손상되어 전도성이 현저하게 감소되거나 상실되어 제 기능을 발휘하지 못하는 문제점들이 두드러지게 나타나고 있다.

한편, 금속섬유를 사용하는 경우, 섬유 특유의 특성인 유연성이 떨어져 굽힘에 의한 회복력이 없다는 단점이 있으며, 의복화 하였을 때, 금속 물질의 차가운 느낌이 강해 의복용 섬유소재와의 이질감이 많이 표출되는 단점이 있다(도 2 참조). 또한, 비전도성 합성 섬유 및 무기질 섬유를 금속으로 코팅한 금속 코팅 섬유는 전통적인 금속섬유보다 중량 감소와 유연성 등의 특성을 향상시킬 수는 있으나, 제조공정에 따른 고가의 장비가 필요하며 코팅 효율이 낮아 제조시 비용이 과다하게 소요되어 경제성이 낮고, 균일한 코팅이 어려워 품질관리가 용이하지 않을 뿐 아니라, 반복적인 마찰에 의해 섬유가 손상되는 문제를 가지고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고, 다양한 환경에서 작업하는 근로자(작업자)의 신체 보호기능을 제공하는 특수복의 스마트 기능화에 적용 가능한 전도성 원사 및 이의 제조방법을 개발하고자 하였다.

본 발명은 전도성 소재로 이루어진 전도성 원사의 외주면을 특수복 소재용 원사 또는 기능성 섬유를 커버링하여, 다양한 환경에서 작업하는 근로자(작업자)가 착용하는 특수복의 스마트 기능화에 접목이 가능한 전도성 원사 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 1) 50 내지 1000 가닥의 전도성 소재로 이루어진 단사(single yarn) 또는 상기 단사를 2합 내지 10합으로 꼬임(twist)을 준 합연사(multiply yarn)를 이용하여 전도성 원사를 제조하는 단계; 및 2) 상기 전도성 원사의 외주면에 30s 내지 60s의 섬도를 갖는 특수복 소재용 원사 또는 기능성 섬유를 커버링하는 단계를 포함하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예로, 상기 1)단계에서 제조된 전도성 원사의 외주면에 열가소성 수지 또는 절연제를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 열가소성 수지는 에나멜(Enamel) 수지, 테플론(Teflon) 수지, 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane) 수지, 폴리에테르설폰(Polyether sulfone) 수지, 열가소성 탄성체(Thermoplatic Elastomer) 수지, 폴리아마이드(Polyamide) 수지, 폴리에스터(PET, PBT, PTT) 수지, 폴리에텔에텔케톤(Polyetheretherketone) 수지 및 불소 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 이용하여 코팅하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 코팅은 0.1 내지 1mm의 두께로 코팅되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 단계 1)의 전도성 소재로 이루어진 단사는 90, 100, 250 및 275 가닥으로 이루어진 군으로부터 선택된 가닥수를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 단계 1)의 전도성 소재는 금속사, 탄소사 및 전도성 물질을 포함하는 섬유사로 이루어진 군으로부터 선택된 소재인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 금속사는 스테인리스 섬유인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 단계 1)의 합연사는 2합, 3합, 4합, 5합, 6합, 8합 및 10합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 단계 1)의 합연사가 2합일 경우에는 전기 저항값이 12~15Ω/m이고, 3합일 경우에는 9~11Ω/m이며, 4합일 경우에는 6~8Ω/m이고, 5합일 경우에는 4.8~5Ω/m이며, 6합일 경우에는 4.5~4.8Ω/m이고, 8합일 경우에는 3.3~3.5Ω/m이며, 10합일 경우에는 1.8~1.3Ω/m 범위의 값을 지니는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 단계 1)의 꼬임은 좌연(Z꼬임) 또는 우연(S꼬임)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 단계 2)의 섬도는 30s, 40s, 50s 및 60s로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 단계 2)의 특수복 소재는 폴리벤지미다이졸(Polybenzimidazole)계 섬유, 폴리벤즈옥사졸(Polybenzoxazole)계 섬유, 아라미드(aramid)계 섬유, 파라-아라미드(Para-aramid) 섬유, 메타-아라미드(Meta-aramid) 섬유, 산화 폴리아크릴로니트릴(Oxidized polyacrylonitrile) 섬유, 그라파이트(Graphite) 섬유, 금속섬유, 난연/방염 처리된 폴리에스터(Polyester) 섬유, 나일론(Nylon) 섬유, 방염 레이온(Rayon) 섬유, 면 섬유, 양모섬유 및 이들의 복합사로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 단계 2)의 기능성 섬유는 아라미드(Aramid) 섬유, 우레탄(Urethane) 섬유, 폴리염화비닐((Polyvinyl chloride) 섬유, 산화 폴리아크릴로니트릴(Oxidized polyacrylonitrile) 섬유, 유리섬유, 실리카(Silica) 섬유, 금속섬유, 탄소섬유, 불소계 섬유, 이들의 복합사, 아라미드 원착사 및 선염사로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 단계 2)의 특수복 소재용 원사 또는 기능성 섬유는 세번수(fine), 중간번수(medium) 및 태번수(coarse)로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 단계 2)의 커버링은 Z방향 커버링, S방향 커버링 또는 Z/S 복합방향으로 커버링되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조되는 특수복 소재용 전도성 원사를 제공한다.

본 발명의 일 구현예로, 상기 특수복 소재용 전도성 원사는 소방복, 경찰복, 용접복, 내화학 보호복 및 내열 보호복으로 이루어진 군으로부터 선택된 특수복에 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전도성 원사는 스테인리스 금속사의 외주면에 특수복 사용환경 및 목적에 따라 전방향족 폴리아마이드, 면 섬유, 난연 레이온, 산화 폴리아크릴로니트릴 섬유, 불소섬유, 실리카 섬유, 탄소섬유 및 금속섬유 등을 소재를 혼합하여 만든 복합섬유사를 전도성 원사의 외주면에 커버링하여 난연성과 내열성 및 방염성이 우수하고, 고열이나 화염에 의한 변형이 없고, 전도성을 유지할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 1000℃ 이상의 내열성을 가지는 스테인리스 금속사가 전도성 섬유로 구성되어 있어서 스테인리스 금속사보다 상대적으로 낮은 융점을 갖는 합성섬유의 외주면에 전도성 금속을 코팅한 전도성 원사에 비해 급격한 열변화에도 그 기능을 유지할 수 있다는 장점을 가진다.

특수복 소재를 이루는 섬유소재 및 기능성 소재와 동일한 소재로 커버링 할 수 있어 이질감을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 심미적인 특성이 중요시 되는 경우에는 상기 언급된 섬유 중 원착사(dope-dyed yarn), 선염사(dyed yarn)를 선택적으로 사용하여 다양한 컬러 연출이 가능하므로 디자인적인 심미성을 높일 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 선택적으로 스테인리스 섬유 외주면에 고분자 수지 또는 절연제를 코팅하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 특수복 소재용 전도성 원사는 특수한 작업환경에서도 전도성을 유지할 수 있으므로, 다양한 목적의 스마트 특수복에 유용하게 이용될 수 있다.

도 1 은 나일론 필라멘트사에 은(Ag)이 코팅된 전도성 섬유를 나타내는 사진이다.
도 2 는 전도성 티타늄 와이어가 합성섬유 외주면에 커버링된 전도성 원사를 나타내는 사진이다.
도 3 은 스테인리스 필라멘트사를 이용하여 제조한 전도성 원사의 단사(Single yarn)를 나타내는 사진이다.
도 4 는 스테인리스 전도성 원사의 단사를 이용하여 제조한 합연사(Multiply yarn)를 나타내는 사진이다.
도 5 는 스테인리스 전도성 원사의 외주면에 소방용 특수방화복 소재의 원사가 커버링된 특수복 소재용 전도성 원사를 나타내는 사진이다.
도 6 은 스테인리스 전도성 원사의 외주면에 열가소성 수지를 코팅하여 제조한 전도성 원사를 나타내는 사진이다.
도 7 은 도 6에서 보인 전도성 원사의 종단면도를 나타내는 사진이다.
도 8 은 스테인리스 전도성 원사의 외주면에 기능성 컴파운드 수지를 코팅하여 제조한 전도성 원사를 나타내는 사진이다.
도 9 는 도 8에서 보인 전도성 원사의 종단면도를 나타내는 사진이다.

본 발명에서 사용되는 용어에 대한 정의는 이하와 같다.

단사(single yarn)는 섬유를 같은 방향으로 가지런히 맞추어 끌어당기면서 꼰 한 가닥의 실을 의미한다.

합연사(multiply yarn)"는 단사 몇 올을 합쳐서 꼬아 만든 실을 의미한다.

번수"는 실의 굵기를 표시하는 단위를 의미한다.

이하 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명은 1) 50 내지 1000 가닥의 전도성 소재로 이루어진 단사 또는 상기 단사를 2합 내지 10합으로 꼬임(twist)을 준 합연사를 이용하여 전도성 원사를 제조하는 단계; 및 2) 상기 전도성 원사의 외주면에 30s 내지 60s의 섬도를 갖는 특수복 소재용 원사 또는 기능성 섬유를 커버링하는 단계를 포함하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법을 제공한다.

특수복의 사용용도가 화재진압의 경우와 같이 높은 수준의 방수기능이 필요한 경우, 또는 전자재료 제조공정과 같이 유독성 유기용제 및 인화성 화합물 취급이 빈번하여 이에 대한 내화학성, 내침투성이 필요한 경우, 조선 및 중공업 분야와 같이 절단, 가공, 용접, 조립 공정 등으로 인한 내마모성, 내마찰성, 내열성의 보강이 더욱 요구되는 경우에는, 상기 1)단계에서 제조된 전도성 원사의 외주면에 열가소성 수지 또는 절연제를 코팅하는 방법을 선택적으로 포함하여 제조할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 열가소성 수지는 용도적인 특성에 맞도록 에나멜(Enamel) 수지, 테플론(Teflon) 수지, 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane) 수지, 폴리에테르설폰(Polyether sulfone) 수지, 열가소성 탄성체(Thermoplatic Elastomer) 수지, 폴리아마이드(Polyamide) 수지, 폴리에스터(PET, PBT, PTT) 수지, 폴리에텔에텔케톤(Polyetheretherketone) 수지 및 불소 수지로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 수지를 이용하여 코팅할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 요구되는 특성과 유연성 등을 고려하여 0.1mm 에서부터 1mm 이내의 두께로 코팅하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 열가소성 수지는 전도성 원사의 용도상 색상 구분이 필요할 경우 검은색, 흰색, 빨강, 파랑, 노랑 등의 색상을 나타내는 안료(pigment) 및 색소(color additives)를 첨가하여 전도성 원사 외주면을 코팅함으로써 다양한 색상을 나타내도록 할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 1)단계는 전도성 소재를 이용하여 전도성 원사를 제조하는 과정으로, 상기 전도성 소재로 이루어진 단사는 50 내지 1000개 가닥인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 90내지 275개 가닥인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 90, 100, 250 또는 275개 가닥인 것이 가장 바람직하다.

상기 전도성 소재는 금속사, 탄소섬유사 및 전도성 물질을 포함하는 섬유사로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.

상기 금속사는 전기 전도도가 확보되는 섬유이면 제한이 없으나, 스테인리스 섬유인 것이 바람직하다.

상기 1)단계의 합연사는 단사를 합친 후 꼬임을 주어 제조되는 것으로, 사용되는 단사의 개수에 따라 2합 내지 10합으로 제조하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 2합, 3합, 4합, 5합, 6합, 8합 및 10합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 좌연(Z꼬임) 또는 우연(S꼬임)을 이용하여 제조할 수 있다.

또한, 상기 합연사는 2합일 경우에는 전기 저항값이 12~15/m이고, 3합일 경우에는 9~11/m이며, 4합일 경우에는 6~8/m이고, 5합일 경우에는 4.8~5/m이며, 6합일 경우에는 4.5~4.8/m이고, 8합일 경우에는 3.3~3.5/m, 10합일 경우에는 1.8~1.3/m 범위의 값을 지니는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.

상기 2)단계는 1)단계에서 제조한 전도성 원사의 외주면에 특수복 소재용 원사 또는 기능성 섬유를 커버링하는 단계로, 외주면에 커버링되는 섬유 소재는 특수복 소재와 동일한 소재나 기능성 섬유 소재이다.

소방방재청 특수방화복 표준규격에서 정의하는 소방복 소재는 PBI[폴리벤지미다이졸(Polybenzimidazole)]계 섬유 PBO[폴리벤즈옥사졸(Polybenzoxa zole)]계 섬유의 구성 비율이 35%이상 이어야 하며, 나머지 원단의 성분은 아라미드계 섬유 또는 동등이상의 섬유로 되어 있다고 규정하고 있다. 특수방화복 표준규격에서 정의하는 소방복 소재는 상기 섬유 혼용율을 지니는 방적사(spun yarn)로 23s의 섬도를 지니는 것을 특징으로 한다.

전방향족 폴리아마이드(Polyamide) 계열인 파라-아라미드(Para-aramid) 섬유, 메타-아라미드(meta-aramid) 섬유는 내열성이 260이고, 난연성(자기소화성), 전기절연성, 내약품성, 높은 기계적 강도를 지니고 있어 가연성, 폭발물 취급 직장용, 고압 전선 작업용(전력, 전기공사), 화학공장 실험시 작업용, 소방관, 경찰관, 군인 등의 특수복에 적용되고 있다.

천연섬유 소재인 면(Cotton)에 특수 방염가공 처리를 하여 친환경 섬유소재이면서 내열성이 우수하고, 용접 및 스파크에 대한 내성이 강하며, 내세탁성이 우수하여 용접, 절단, 가공 등의 철강 및 중공업분야 보호복 소재에 적용되고 있다.

최근에는 내화학성, 내열성 및 난연성이 우수한 섬유소재인 방염레이온(FR Rayon), 산화 PAN 섬유(Oxidized PAN fiber)의 합성섬유 등을 상기 전방향족 폴리아마이드 섬유 소재, 면 섬유 소재 및 기타 합성섬유와 혼합하여 사용하고 있다.

이 외에도, 폭발 또는 인화성이 높은 유기용제 및 화학물질을 취급하는 반도체 및 전자부품 제조 관련 업체 등에서 기본적인 내열성 300℃ 이상, 화염에 노출 후 형태변화 및 치수변화, 발열성이 높은 용제에 의한 손상여부 등을 종합적으로 판단하는 경우에는 상기 기능성 섬유 소재에 보다 높은 내열성, 내화학성을 부여하기 위해 테플론, 에나멜, 폴리염화비닐, 우레탄 코팅이 선택적으로 부가될 수 있다.

통상의 의류로 보았을 때, 20s/1 (20수 단사), 20s/2 (20수 2합사)의 원사로 제직을 하여 사용하는 것이 보통이며, 경우에 따라서 경량성, 통기성을 확보하거나 기능성 코팅 등의 후가공이 필요한 경우 보다 낮은 섬도인 30s, 40s, 50s, 60s 등의 원사를 사용하고 있다.

따라서, 상기 방법을 통해 제조되는 특수복 소재용 전도성 원사는 전도성을 지닌 섬유가 내부에 위치하고 외주면에 특수복 소재가 커버링되어 있으므로, 특수복 소재용 원사의 섬도가 30s~60s 사이인 것이 바람직하고, 상기 특수복 소재용 원사는 폴리벤지미다이졸(Polybenzimidazole)계 섬유, 폴리벤즈옥사졸(Polybenzoxazole)계 섬유, 아라미드(aramid)계 섬유, 파라-아라미드(Para-aramid) 섬유, 메타-아라미드(Meta-aramid) 섬유, 산화 폴리아크릴로니트릴(Oxidized polyacrylonitrile) 섬유, 그라파이트(Graphite) 섬유, 금속섬유, 난연/방염 처리된 폴리에스터(Polyester) 섬유, 나일론(Nylon) 섬유, 방염 레이온(Rayon) 섬유, 면 섬유, 양모섬유 및 이들의 복합사로 이루어진 군에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 기능성 섬유는 아라미드(Aramid) 섬유, 우레탄(Urethane) 섬유, 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride) 섬유, 산화 폴리아크릴로니트릴(Oxidized polyacrylonitrile) 섬유, 유리섬유, 실리카(Silica) 섬유, 금속섬유, 탄소섬유, 불소계 섬유, 이들의 복합사로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 기능성 섬유는 전도성 원사에 보다 높은 내열성, 내마모성, 내화학성을 부여할 수 있고, 사용 환경이 500℃ 및 800℃ 이상일 경우는 산화 폴리아크릴로니트릴 섬유, 유리섬유, 실리카 섬유, 탄소섬유, 금속섬유 및 이들의 복합사를 커버링하여 사용하는 것이 바람직하며, 1000 이상일 경우는 실리카 섬유, 탄소섬유, 금속섬유 및 이들의 복합사를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

상기 커버링은 공정상 Z 방향 커버링, S 방향 커버링 또는 Z/S 복합방향으로 커버링이 가능하나, 이에 한정되지 않고, 굵기가 세번수(fine), 중간번수(medium), 태번수(coarse) 3종의 사 중에서 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 번수와 커버링 방향 등을 선택적으로 조절함으로써 특수복 소재 원사와 이질감을 최소화 할 수 있다.

또한, 디자인적인 특성을 강조하여 다양한 컬러의 구현 및 디자인 패턴의 적용이 필요한 경우에는 내열성, 내화학성, 내마모성 특성이 우수한 아라미드(aramid) 원착사(dope-dyed yarn), 선염사(dyed yarn) 등을 전도성 원사의 외주면에 커버링하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

아울러, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조되는 특수복 소재용 전도성 원사를 제공한다.

상기 특수복 소재용 전도성 원사는 소방복, 경찰복, 용접복, 내화학 보호복 및 내열 보호복에 활용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에서는 전도성 소재로 스테인리스를 이용하여 단사 또는 합연사를 제조하고 이를 전도성 원사로 사용하였다(도 3 및 도 4 참조). 이후 상기 제조된 전도성 원사의 외주면에 중공업용 보호복 소재의 원사를 커버링하여 특수복 소재용 전도성 원사를 제조하였다(도 5 참조). 아울러, 상기 제조된 전도성 원사에 기능성 소재를 코팅하여 내열성이 보강된 전도성 원사를 제조하였다(도 6 내지 도9 참조).

따라서, 본 발명의 특수복 소재용 전도성 원사는 특수복 소재와의 이질감을 현저히 감소시키고, 용도에 따라 최적화된 설계 및 제조가 가능하며, 심미적인 특성 및 디자인적인 특성을 한층 높일 수 있도록 다양한 컬러구현이 가능하므로, 다양한 목적의 스마트 특수복에 유용하게 이용될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

실시예 1. 특수복 소재용 전도성 원사의 제조

1.1. 스테인리스 전도성 원사의 제조

본 발명자들은 전도성 소재를 이용한 전도성 원사를 제조하기 위하여, 전도성 소재로 스테인리스 섬유를 이용하였다.

스테인리스 섬유는, 1000℃의 고온에 견딜 수 있어 내열성이 매우 우수하면서 유연성을 갖고 있어 석면섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 세라믹 섬유 등과 같이 굽힘에 의해 부러지지도 않으므로 석면 대체용 고온단열재와 내화 스크린 또는 커튼, 내열 보호복, 장갑 등의 원료로 용도가 확대되고 있다. 반복적인 세탁에 의한 부식성이 없으며, 산(acid), 알칼리(alkali) 및 유기용제(organic solvent)에 대한 내화학성이 우수하여 반도체 제조공정의 내화학 필터, 필름의 재료가 되는 수지(resin) 여과필터, 고열가스 및 증기여과 필터 등 직물(woven) 및 부직포(non woven) 형태의 각종 필터(filter)류에도 응용되고 있다.

또한, 인체에 무해하며, 스테인리스 소재 특성상 항균성을 지니고 있고, 정전기 방지가 필요한 보호복 및 기능성 의류에도 응용되고 있어서, 본 발명의 전도성 소재로 적합할 것으로 예상하였다. 하기 [표 1]에서 보는 바와 같이 스테인리스 섬유는 슈퍼섬유(아라미드, 초고강도 폴리에틸렌, 폴리벤즈옥사졸, 탄소섬유)가 가진 우수한 강도와 탄성률을 지니고 있으며, 합성섬유인 폴리에스터 대비 약 850℃ 이상의 높은 내열성을 지니고 있다.

섬유의 종류		강도( GPa )	탄성율( GPa )	신도(%)	융점/분해온도(℃)
범용 섬유	폴리에스터	1.1	15	25	260
슈퍼 섬유	초고강도 폴리에틸렌	3.5	110	3.5	150
	파라-아라미드	2.7	109	2.4~4.4	500~560
	폴리벤즈옥사졸	5.6	280	2.5~3.5	650
	탄소섬유	3.5	230	0.2~2.4	2000~3500
	스테인리스	1.9	160~200	0.9~1.4	1000~1150

구체적으로, 스테인리스 섬유는 스테인리스 강(wire)을 인발하여 섬유화한 필라멘트 장섬유 형태로 모노 필라멘트의 선경이 12㎛인 것을 이용하였다(도 3). 이 때, 모노 필라멘트의 가닥(fila)수를 90, 100, 250, 275로 하였을 때, 기술표준원 KS C OEC 60228:2011 규격에 따라 전기저항값을 측정한 결과, 스테인리스 섬유 단사의 단위 길이당 전기저항값이 각각 60±5Ω/m, 58±5Ω/m, 40±5Ω/m, 30±5Ω/m으로 나타냄을 확인하였다.

이후, 상기 스테인리스 섬유 단사를 합친 후, 미터당 코임(twist)수를 75~600으로 하여 합연사(multiply yarn)를 제조하였다(도 4). 스테인리스 모노 필라멘트의 선경이 12㎛이고 가닥수가 275인 스테인리스 전도성 원사를 2합, 3합, 4합, 5합, 6합, 8합, 10합하였을 때, 전기저항값이 각각 12~15Ω/m, 9~11Ω/m, 6~8Ω/m, 4.8~5Ω/m, 4.5~4.8Ω/m, 3.3~3.5Ω/m, 1.8~1.3Ω/m 범위의 값을 나타내는 것을 확인하였다.

이를 통해, 본 발명의 스테인리스 섬유를 이용한 전도성 원사가 전기적 특성을 나타냄을 알 수 있었다.

1.2. 특수복 소재용 전도성 원사의 제조

상기 실시예 1.1의 방법으로 모노 필라멘트의 직경이 12㎛이고 가닥수가 275으로 외경이 약 0.25mm인 스테인레스 전도성 원사를 제조하고, 스테인리스 전도성 원사의 외주면을 섬도 20s의 소방용 특수방화복 소재 섬유를 이용하여 Z방향으로 100TPM, 200TPM, 300TPM으로 각각 커버링하여 특수복 소재용 전도성 원사를 제조하였다(도 5).

상기 특수복 소재용 전도성 원사의 전기저항값을 측정한 결과, 30±2Ω/m의 값을 갖는 것으로 나타났으며, 이를 통해 스테인리스 전도성 원사의 외주면을 특수복 소재 원사로 커버링한 경우에도 전도성 원사의 전기저항값이 그대로 유지되는 것을 확인하였다.

1.3. 기능성 수지가 코팅된 전도성 원사의 제조

상기 실시예 1.1의 방법으로 모노 필라멘트의 직경이 12㎛이고 가닥수가 275으로 외경이 약 0.25mm인 스테인레스 전도성 원사를 제조하고, 스테인리스 전도성 원사의 외주면을 열가소성 수지(도 6 및 7) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 열가소성 탄성체(Thermoplastic Elastomer) 컴파운드 수지(도 8 및 9)를 압출방식의 설비를 이용하여 코팅하여 전도성 원사를 제조하였다.

상기 전도성 원사의 전기저항값 측정 결과, 30±2Ω/m의 값을 나타내었으며, 이를 통해, 기능성 수지를 코팅한 경우에도 전기저항값이 그대로 유지되는 것을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims

하기의 단계를 포함하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법:
1) 50 내지 1000 가닥의 전도성 소재로 이루어진 단사(single yarn) 또는 상기 단사를 2합 내지 10합으로 꼬임(twist)을 준 합연사(multiply yarn)를 이용하여 전도성 원사를 제조하는 단계; 및
2) 상기 전도성 원사의 외주면에 30s 내지 60s의 섬도를 갖는 특수복 소재용 원사 또는 기능성 섬유를 커버링하는 단계.
제 1항에 있어서, 상기 1)단계에서 제조된 전도성 원사의 외주면에 열가소성 수지 또는 절연제를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 에나멜(Enamel) 수지, 테플론(Teflon) 수지, 폴리에테르설폰(Polyether sulfone) 수지, 열가소성 탄성체(Thermoplatic Elastomer) 수지, 폴리아마이드(Polyamide) 수지, 폴리에스터(PET)수지, 폴리에텔에텔케톤(Polyetheretherketone) 수지 및 불소 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 이용하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 코팅은 0.1 내지 1mm의 두께로 코팅되는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 전도성 소재로 이루어진 단사는 90, 100, 250 및 275 가닥으로 이루어진 군으로부터 선택된 가닥수를 갖는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 전도성 소재는 금속사, 탄소사 및 전도성 물질을 포함하는 섬유사로 이루어진 군으로부터 선택된 소재인 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 금속사는 스테인리스 섬유인 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 합연사는 2합, 3합, 4합, 5합, 6합, 8합 및 10합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 합연사가 2합일 경우에는 전기 저항값이 12~15Ω/m이고, 3합일 경우에는 9~11Ω/m이며, 4합일 경우에는 6~8Ω/m이고, 5합일 경우에는 4.8~5Ω/m이며, 6합일 경우에는 4.5~4.8Ω/m이고, 8합일 경우에는 3.3~3.5Ω/m이며, 10합일 경우에는 1.8~1.3Ω/m 범위의 값을 지니는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 꼬임은 좌연(Z꼬임) 또는 우연(S꼬임)인 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2)의 섬도는 30s, 40s, 50s 및 60s로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2)의 특수복 소재는 폴리벤지미다이졸(Polybenzimidazole)계 섬유, 폴리벤즈옥사졸(Polybenzoxazole)계 섬유, 아라미드(aramid)계 섬유, 파라-아라미드(Para-aramid) 섬유, 메타-아라미드(Meta-aramid) 섬유, 산화 폴리아크릴로니트릴(Oxidized polyacrylonitrile) 섬유, 그라파이트(Graphite) 섬유, 금속섬유, 난연/방염 처리된 폴리에스터(Polyester) 섬유, 나일론(Nylon) 섬유, 방염 레이온(Rayon) 섬유, 면 섬유, 양모섬유 및 이들의 복합사로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2)의 기능성 섬유는 아라미드(Aramid) 섬유, 우레탄(Urethane) 섬유, 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride) 섬유, 산화 폴리아크릴로니트릴(Oxidized polyacrylonitrile) 섬유, 유리섬유, 실리카(Silica) 섬유, 금속섬유, 탄소섬유, 불소계 섬유, 이들의 복합사, 아라미드 원착사 및 선염사로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2)의 특수복 소재용 원사 또는 기능성 섬유는 세번수(fine), 중간번수(medium) 및 태번수(coarse)로 이루어진 군으로부터 선택된 굵기를 갖는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2)의 커버링은 Z방향 커버링, S방향 커버링 또는 Z/S 복합방향으로 커버링되는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항의 방법에 의해 제조되는 특수복 소재용 전도성 원사.
제 16항에 있어서, 상기 특수복 소재용 전도성 원사는 소방복, 경찰복, 용접복, 내화학 보호복 및 내열 보호복으로 이루어진 군으로부터 선택되는 특수복에 사용되는 것을 특징으로 하는 특수복 소재용 전도성 원사