KR101588726B1 - 온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온열 및 냉감 기능을 갖는 다층구조의 원단에 관한 것으로서, 원단의 내부 통로에 냉풍 또는 온풍을 공급하여 원단에 접하거나 인접한 대상물을 가열하거나 냉각시킬 수 있는 다층구조 원단에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다층구조 원단은 이면층에 접하거나 근접한 인체방향으로 온열 또는 냉감 효과를 제공하고 이러한 효과를 일정하게 유지할 수 있으며, 또한 경량으로 제작이 가능하여 의류 등에 적용이 가능하고 외력에 대한 회복 특성이 높아서 원단 사용 중 구김 현상이 줄어들고 구겨진 상태에서도 외력이 제거되면 쉽게 회복되어 원단의 온열 및 냉감 기능이 사용환경에 의해 제약되는 경우가 적다.

Description

온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단{Multi-layered Fabric having Heat-retaining and Refrigerant Performance}

본 발명은 온열 및 냉감 기능을 갖는 다층구조의 원단에 관한 것으로서, 원단의 내부 통로에 냉풍 또는 온풍을 공급하여 원단에 접하거나 인접한 대상물을 가열하거나 냉각시킬 수 있는 다층구조 원단에 관한 것이다.

의복은 본래 신체를 보호하고 체온을 유지하기 위한 수단이나, 현대사회에서는 이에 더하여 개인의 개성 및 취향에 따라 다양한 멋을 연출하는 패션 수단의 기능과 더불어 실용적인 기능이 부가된 기능성이 요구되고 있어서 장소, 목적, 계절 및 풍습에 따라 다양한 형태를 이루고 있다.

상기와 같은 의복의 여러 가지 기능 중에서 근래에는 독특한 기능성에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있으며, 예를 들어 야외 작업종사자, 등산가, 낚시꾼, 환자 등을 대상으로 추위나 더위와 같은 외부환경 변화에 대하여 신체의 체온을 정상적으로 유지할 수 있도록 한 항온의복에 대한 관심이 높아지고 있다.

종래의 항온의복은 일반적으로 겉커버 내에 수용된 내용물에 의해 보온효과를 얻거나 겉커버의 재질에 의해 온열 또는 냉각효과를 얻을 수 있도록 되어 있으나, 이러한 방식은 의복을 지속적으로 사용함에 따라 의복이 눌리거나 오그라들어서 온열 또는 냉감 효과가 저하되고, 땀 흡수 및 배출력이 낮아서 장기간 사용에는 부적합하다.

또한, 체온조절기능이 저하된 노인이나 환자가 수술을 받거나 병실에서 장시간 지내야 하는 경우 이들의 상태에 적합한 체온유지수단이 필요하고 이를 위하여 온수를 매트리스 속으로 순환시키는 체온유지 시스템(hypothermic control system)이 사용되고 있으나, 이러한 장비는 크기가 큰 본체와 연결되어 작동하므로 사용자가 매트리스에 누워 있는 상태에서만 기능을 발휘할 수 있어서 사용자의 행동반경을 제약하는 문제가 있다.

상기와 같은 문제를 개선하기 위하여 방열 또는 방한 기능을 가지면서 착용하고 자유롭게 이동할 수 있는 항온의류의 개발이 이루어지고는 있으나, 기존에 출시된 항온의복들은 대부분 방열 또는 방한의 한가지 기능만 수행하거나, 그 효율이 충분치 않거나, 사용 중 방열 또는 방한기능이 정지될 경우가 많아서 생활용, 산업용, 의료용 등으로 적용하는 데에 한계가 있다.

예를 들어, 한국등록실용신안공보 제0165948호에는 무더운 여름철이나 더운 장소에서의 작업시 냉기를 방출시켜 더위를 식힐 수 있도록 한 냉방부재가 부설된 의복에 관한 발명이 개시되어 있는데, 상기 발명은 내피가 소정의 모양으로 재봉되어 앞주머니와 뒷주머니가 형성되고 앞주머니와 뒷주머니의 상단에는 개폐수단이 설치되며, 앞주머니에 전방편이 삽입되고 뒷주머니에 후방편이 삽입되는 단일체의 냉방부재(맥반석, 규석, 옥의 분말입자)가 구비됨에 따라, 냉기가 전·후방에 걸쳐 고르게 방출되도록 하여 냉방효율을 높일 수 있고 냉방부재가 항시 겔상태를 유지하게 되므로 착용상태에서도 움직임이 자유롭고 냉방부재의 교환이 간편·용이하도록 하였다.

또한, 한국공개특허공보 제2005-0006006호에는 냉방효과를 갖는 방석에 관한 발명이 개시되어 있으며, 내부에 일정한 간격으로 이격되어 수평방향으로 구획된 복수의 수납공간을 갖는 겉커버와, 상기 겉커버 내의 수납공간에 삽입되며 내부에 고흡수성 중합체 알맹이를 포함하는 기능성 내용물이 주입되는 복수의 속커버로 구성되어, 쿠션효과와 수분흡수성이 우수하고 별도의 처리 없이도 저온유지 효과가 지속적으로 유지되어 반영구적으로 사용할 수 있도록 하였다.

그런데 상기의 발명들은 냉방부재 또는 기능성 내용물에 의해 온도조절이 이루어지므로 외기의 온도변화에 대응한 의복이나 방석의 온도조절이 어렵고 무게가 무거워 의복에 적용하기에 문제가 있으며, 수분을 흡수하면 기능이 저하되고 또한 세탁이 불가능하여 지속적으로 사용하기 어려운 문제가 있다.

이러한 문제를 개선하기 위하여, 한국등록특허공보 제1344033호에서 주위환경에 따라 온도조절이 가능한 의복이 제안되었는데, 의복 외면에 부착되어 발열 또는 냉각되는 열전소자부와; 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 전달받도록 상기 열전소자부와 마주보도록 의복 내면에 부착되는 상변환물질을 포함하는 상변환물질부와; 상기 의복 외면과 내면 사이에 형성되고 공기대류에 의하여 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 상기 상변환물질부로 전달하는 의복중간공기층을 포함하며, 상기 의복중간공기층 일단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 높아져 팽창될 경우 공기를 자연 배출하도록 형성된 내부역류방지 체크밸브가 형성되고 타단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 낮아 수축될 경우 공기를 자연 흡입하도록 형성된 외부역류방지 체크밸브가 형성되어 있다.

상기 의복은 외기 온도에 따라 의복에 부착된 열전소자가 가열 또는 냉각되어 적정한 온도를 맞출 수 있고 작은 크기의 열전소자를 이용하여 온도제어가 이루어지기 때문에 중량을 줄일 수 있는 장점이 있는 반면에, 의복에 일체로 구비되는 장치들로 인하여 이 또한 세탁이 어렵고 열전소자부에 의한 발열 또는 냉각, 의복중간공기층에서의 공기대류 발생장치 등에 공급되는 전원소모가 커서 이동 중에 이러한 기능을 지속적으로 수행하기는 어려우므로 생활용 의복에 적용하기에는 문제가 있다.

또한, 한국등록특허공보 제1163635호에는 자동차용, 가구용, 의료용 또는 가정용에 사용할 수 있는 냉방, 난방용 시트에 관한 발명이 개시되어 있으며, 상기 시트는 통풍로가 형성된 시트폼; 바람을 확산시키는 메쉬폼; 다수의 통공이 형성된 면상발열체; 및 표면에 노출되는 시트커버가 차례로 적층되고, 상기 면상발열체는 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 기저층; 상기 기저층의 상부에 미리 설계된 전기적인 패턴에 의해 형성된 전도층; 상기 전도층의 상부, 하부 또는 동일평면에 그 일부 또는 전부가 선 또는 면으로 상기 전도층과 접촉된 발열층; 및 상기 전도층 및 발열층의 상부에 형성된 절연층으로 구성되어 있다.

상기 시트는 여름철에는 팬을 작동하여 시트 전 표면을 냉각하여 사용자에게 냉방효과를 주고 겨울철에 면상발열체로 발열하고 팬을 작동하여 시트 전 표면을 난방하여 사용자에게 난방효과를 주어서 난방과 냉방을 선택적으로 부여할 수 있는 효과가 있으나, 면상발열체와 팬을 작동시키는 전원의 소모가 커서 이동용도에 부적합하고 또한 세탁이 어려워서, 상기 시트를 의복용도에 적용하기에는 무리가 있다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 온열효과와 냉감효과를 제공하면서 의복으로 제작시 착용 후 자유롭게 이동할 수 있고 세탁이 가능한 원단을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 표면층(2), 이면층(3) 및 상기 표면층(2)과 이면층(3) 사이에 형성되는 중간층(4)을 포함하며, 상기 표면층(2)은 중공사로 직조되고 외부표면에는 공기유통을 차단할 수 있는 코팅층(5)이 형성되며, 상기 이면층(3)은 공기가 통하도록 다수의 미세기공(6)이 형성되어 있으며, 상기 중간층(4)은 표면층(2)과 이면층(3)을 일정 간격으로 이격시키면서 공기가 흐를 수 있는 통로가 형성되고 온풍 또는 냉풍 공급수단이 탈부착되는 연결구가 구비되어 있는 온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단(1)을 제공한다.

이때, 상기 중공사는 내부 중공부(7)에 상변화물질에 채워져 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 표면층(2)을 구성하는 섬유는 수지 중에 흑연, 팽창흑연, 카본블랙, 탈크 및 질석으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 미세입자 1~5 중량%가 균일하게 분산된 것이 바람직하고, 상기 미세입자의 크기는 지름 0.1~1.0 ㎛인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 표면층(2)을 구성하는 섬유는 수지 중에 메탈 알콕사이드 0.5~3.0 중량%를 함유하는 것이 바람직하고, 상기 메탈 알콕사이드는 메탈 메톡사이드 또는 메탈 에톡사이드인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 이면층(3)은 면섬유로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다층구조 원단은 이면층에 접하거나 근접한 인체방향으로 온열 또는 냉감 효과를 제공하고 이러한 효과를 일정하게 유지할 수 있으며, 온풍 또는 냉풍 공급이 중단된 상태에서도 일정기간 동안 온열 또는 냉감 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 경량으로 제작이 가능하여 의류 등에 적용이 가능하고, 외력에 대한 회복 특성이 높아서 원단 사용 중 구김 현상이 줄어들고 구겨진 상태에서도 외력이 제거되면 쉽게 회복되어 원단의 온열 및 냉감 기능이 사용환경에 의해 제약되는 경우가 적다.

또한, 쿠션성과 압력의 분산성이 우수하고 단열입자가 미세 입경을 가지므로 방사시 절사의 우려가 없으며, 단열입자가 섬유를 구성하는 수지에 균일하게 분산되어 수지와 결합하고 있어서 세탁 등에 의해 섬유로부터 이탈되지 않으므로 장기간 사용하여도 지속적으로 단열효과를 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다층구조 원단의 단면구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 표면층을 구성하는 섬유로서 내부에 중공부가 형성된 중공사의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 다층구조 원단이 부호 1로서 지시되어 있다.

상기 다층구조 원단(1)은 표면층(2), 이면층(3) 및 상기 표면층(2)과 이면층(3) 사이에 중간층(4)을 포함하는 다층구조로 이루어져 있으며, 상기 표면층(2)은 공기가 통하지 않는 밀폐된 상태를 유지하고 상기 이면층(3)은 공기가 통하도록 다수의 미세기공(6)이 형성되어 있으며, 상기 중간층(4)은 표면층(2)과 이면층(3)을 일정 간격으로 이격시키면서 공기가 흐를 수 있는 통로역할을 수행한다.

상기 중간층(4)에는 연결구(도시되지 않음)가 구비되고 온풍 또는 냉풍 공급수단(도시되지 않음)과 탈부착이 가능하도록 접속되어 있어서 필요에 따라 온열기능 또는 냉감기능을 수행할 수 있도록 하는데, 온풍 또는 냉풍 공급수단을 통하여 원단의 중간층(4)에 공급된 온풍 또는 냉풍은 중간층(4)을 통하여 이동하면서 이면층(3)의 미세기공(6)을 통하여 조금씩 배출되도록 함으로써 이면층(3)에 접하거나 근접한 인체방향으로 온열 또는 냉감 효과를 제공한다.

상기 표면층(2)은 공기가 통하지 않는 밀폐상태를 유지하여 온풍 또는 냉풍이 빠져나가지 않도록 하는 것이 바람직한데, 원단은 섬유로 이루어져서 원단을 구성하는 표면층(2)에서 공기가 완전히 차단되지 못하므로 표면층(2)의 외부표면을 수지 등으로 코팅하여 공기유통을 차단할 수 있는 코팅층(5)을 형성시킨다.

또한, 표면층(2)은 중간층(4)에 공급된 온풍 또는 냉풍의 열기 또는 냉기가 외부로 유출되는 것을 차단하여 원단의 온열 또는 냉감 효과를 향상시키는 것이 요구되는데, 이를 위하여 상기 표면층(2)을 구성하는 섬유는 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 중공부(7)를 가진 중공사(hollow fiber)인 것이 바람직하다.

중공사는 동일 섬도의 일반 원사와 비교하여 부피가 커서 볼륨감이 있고 내부 기공에 의한 무게 감소로 인하여 경량감을 느낄 수 있으며, 상대적으로 넓은 표면적으로 인해 섬유 간의 수분 흡수 및 건조가 빨라서 인체에서 발산하는 땀을 신속히 흡수하여 외부로 배출시키는 특성이 있다.

특히, 중공사 내부 기공에 채워진 공기는 섬유보다 열전도율이 낮아서 일반 원사에 비하여 단열효과가 높으므로, 온풍 또는 냉풍의 열기 또는 냉기가 외부로 유출되는 것을 억제할 수 있고 이에 따라 원단의 온열 또는 냉감 효과를 향상시킨다.

또한, 중공 구조를 가지는 중공사는 외력에 대한 반발 또는 회복 특성이 크며, 이러한 높은 굽힘 강성으로 인하여 외력에 의해 원단이 구겨지는 것이 억제되어 원단의 온풍 또는 냉풍 통로인 중간층(4)이 쉽게 막히지 않으므로 온열 또는 냉감 효과가 자연스럽게 유지될 수 있다.

중공사의 제조방법은 복합방사 후 하나의 성분을 용해시켜 제거하거나 비연결부를 가진 구금을 이용하여 구금 직하에서 방사용액을 융착시켜 원사내부에 공기를 포함하는 중공부가 형성되도록 고화시키는 방식으로 구분된다.

이러한 방법으로 제조되는 중공사의 내부 중공부(7)에 상변화물질(phase change material, PCM)을 채우는 것이 온열 또는 냉감 효과를 증가시키는 면에서 바람직한데, 상변화물질은 하나의 상태에서 다른 상태로 변하는 일종의 물리적 변화과정을 통하여 열을 축적하거나 저장한 열을 방출하며, 상변화과정에서는 화학적 반응이 아닌 분자의 물리적인 배열이 바뀌게 된다.

외부 온도가 상승하면 상변화물질은 고유의 용융점에 도달하게 되고, 이때 상변화물질은 고체상태에서 액체상태로 상태가 변하면서 용융엔탈피로 알려진 일정한 양의 열을 흡수하고, 반대로 외부 온도가 상변화물질의 용융점 이하로 내려가면 액체상태에서 고체상태로 상태가 변하면서 저장한 열을 방출한다.

즉, 겨울철에는 본 발병의 다층구조 원단(1)에 접속된 온풍 공급수단을 통하여 온풍이 중간층(4)에 공급되고 중간층(4)을 통하여 이동하면서 이면층(3)의 미세기공(6)으로 조금씩 배출되는데, 이 과정에서 온풍의 열기는 표면층(2)을 구성하는 중공사를 통하여 전도되어 외부로 발산되나, 중공사 내부 중공부(7)의 상변화물질은 상기 열에 의해 고체에서 액체로 상태가 변하면서 주위의 열을 흡수하여 축적하게 된다.

외기온도가 더 내려갈 경우 상기 상변화물질은 액체에서 고체로 상태가 변하면서 열을 주위로 방출하고, 이에 따라 중간층(4)을 이동하는 온풍과의 온도차이가 줄어들게 되므로 중간층(4)에서 표면층(2)으로의 열전달력이 작아지고 이 결과 온풍의 열이 이면층(3)의 미세기공(6)으로 좀더 많이 배출될 수 있다.

따라서 외기온도가 올라가면 이면층(3)으로의 열의 배출이 줄어들고 외기온도가 내려가면 이면층(3)으로의 열의 배출이 늘어나게 되므로, 이러한 원단으로 제조된 의복을 착용하면 덜 추운 곳에서는 덜 따뜻하게, 더 추운 곳에서는 더 따뜻하게 온열효과를 얻을 수 있다.

반대로, 여름철에는 다층구조 원단에 냉풍 공급수단을 접속하여 냉풍을 공급하고, 상기 온풍공급과 동일한 원리로 덜 더운 곳에서는 덜 시원하게, 더 더운 곳에서는 더 시원하게 냉감효과를 얻을 수 있다.

따라서 중공사의 내부 중공부(7)에 상변화물질을 채우면 온열효과 또는 냉감효과가 좀더 향상되고 온풍 또는 냉풍 온도를 좀더 일정하게 유지할 수 있으며, 온풍 또는 냉풍 공급수단이 방전 등으로 인해 가동이 중지되어도 상변화물질에 축적된 열기 또는 냉기가 발산되므로 일정기간 동안 온열 또는 냉감 효과를 나타낼 수 있다.

상변화물질은 유기물질과 무기물질로 분류할 수 있으며, 유기물질로는 탄소와 수소로 이루어진 탄화수소계열의 테트라데칸, 옥타데칸, 노나데칸 등의 물질이 있고 무기물질로는 6 개의 물분자가 결합된 수화물 형태의 염화칼슘 등이 있으나, 본 발명에서의 상변화물질은 이에 한정되지 않는다.

또한, 온풍 또는 냉풍의 열기 또는 냉기가 외부로 배출되는 것을 좀더 줄이기 위하여 상기 중공사 제조시 단열물질을 포함시키는 것이 바람직한데, 단열물질을 코팅처리한 후가공 단열섬유사는 세탁시 단열물질이 섬유로부터 이탈되어 단열성능이 저하되므로, 섬유 방사단계에서 수지 방사액에 단열물질을 혼합·방사하여 단열물질이 중공사 내부에 균일하게 분산되도록 한다.

상기 수지로서 용액상태의 방사액을 방사노즐에서 방사하여 섬유상으로 제조할 수 있는 필라멘트 형성능(形性能)을 가지는 수지이면 그 종류에 제한되지 않으며, 예를 들어 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리염화비닐(PVC) 등의 고분자 물질을 사용할 수 있다.

상기 단열물질로는 일반적으로 알려진 단열재료가 사용될 수 있으나, 고온의 용융 방사액에 혼합되므로 고온에서 안정한 물질이어야 하고 수지에 균일하게 분산되면서 수지와 결합할 수 있는 물질이 바람직하며, 이와 같이 제조된 단열섬유사는 세탁견뢰도가 우수하여 장시간 사용하여도 단열성능이 저하되지 않는다.

이를 위하여 본 발명에서는 흑연, 팽창흑연, 카본블랙, 탈크, 질석 등과 같은 무기물의 미세입자를 1 종 이상 첨가하며, 이들 단열물질을 첨가함으로써 표면층(2)의 난연성을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.

상기 단열물질은 중공사에 1~5 중량% 함유되는 것이 바람직하고, 상기 함량이 1 중량% 미만이면 단열성능의 발현이 미미하고 5 중량%를 초과하면 단열물질 입자에 의해 방사 중 절사현상이 발생한다.

상기 단열물질의 크기는 입자 지름 0.1~1.0 ㎛가 바람직하며, 1.0 ㎛를 초과하면 단열물질 입자에 의해 방사시 섬유 필라멘트가 절사될 우려가 있고 중량대비 표면적이 감소하여 단열성이 저하되며, 0.1 ㎛ 미만으로 미세하게 분쇄하기 위해서는 비용이 증가하는 단점이 있다.

또한, 본 발명은 수지와 단열물질 입자의 결합을 증진시키기 위하여 이들을 화학적으로 결합시키는 메탈 알콕사이드 커플링제를 첨가할 수도 있으며, 상기 메탈 알콕사이드 커플링제는 수지와 단열물질 입자 사이의 계면 접착성을 높여 이들을 좀더 견고히 결합시킨다.

상기 메탈 알콕사이드는 메탄올 또는 에탄올이 금속과 반응하여 생성되는 메탈 메톡사이드(methoxide) 또는 메탈 에톡사이드(ethoxide)인 것이 바람직한데, 프로판올 이상의 탄소수가 많은 알코올을 사용할 경우 메탈 알콕사이드 커플링제의 크기가 커져 수지와 단열물질 입자의 결합력을 저하시키고 방사시 절사의 우려가 있다.

방사액 중 메탈 알콕사이드 커플링제의 함량은 0.5~3.0 중량% 함유하는 것이 바람직한데, 0.5 중량% 미만이면 수지와 단열물질 입자의 결합이 충분치 않아 반복 세탁에 의해 섬유표면의 단열물질 입자가 섬유로부터 이탈될 우려가 있으며, 3.0 중량%를 초과하면 섬유의 물성이 저하되는 문제가 있다.

상기와 같이 수지와 단열물질 입자 또는 여기에 메탈 알콕사이드 커플링제를 첨가한 방사액을 용융하고 이를 방사하여 단열물질이 섬유 내부에 고르게 분산되고 수지와 단열물질 입자가 견고히 결합되도록 하며, 이와 같이 제조된 단열섬유사로 다층구조 원단(1)의 표면층(2)을 구성하여 원단을 반복 세탁하여도 단열성을 나타내는 무기물 입자가 섬유로부터 이탈되지 않으므로 원단의 단열기능이 오랫동안 유지될 수 있다.

상기 이면층(3)은 통기성을 좀더 크게 가지기 위하여 메쉬(그물망) 형태로 제직될 수도 있으며, 의복으로 제조시 이면층(3)이 인체피부와 접촉하도록 구성되므로 이면층(3)을 구성하는 섬유소재는 피부에 자극이 없는 면섬유로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 중간층(4)은 표면층(2)과 이면층(3) 사이에서 일정한 공간을 형성하여 공기가 표면층(2)과 이면층(3) 사이의 통로를 통하여 흐를 수 있도록 하면서 다층구조 원단(1)에 쿠션성과 압력 분산성을 제공한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 다층구조 원단(1)은 중간층(4)에 별도의 온풍 또는 냉풍 공급수단이 접속되어 필요에 따라 온열기능 또는 냉감기능을 수행할 수 있으며, 상기 온풍 또는 냉풍 공급수단은 별도의 장치로 구성되고 다층구조 원단과 연결구를 통하여 탈부착할 수 있도록 하여 원단의 세탁시에는 분리하고 사용시에는 결합할 수 있도록 한다.

온풍 또는 냉풍 공급수단을 통하여 원단의 중간층(4)에 공급된 온풍 또는 냉풍은 중간층(4)을 통하여 이동하면서 이면층(3)의 미세기공(6)을 통하여 조금씩 배출되므로 이면층(3)에 접하거나 인접한 인체방향으로 온열 또는 냉감 효과를 제공할 수 있다.

상기의 온풍 또는 냉풍 공급수단은 온풍 또는 냉풍을 공급하는 통상의 장치로서, 이러한 장치의 구성은 공지의 기술이고 시중에서 구입하여 사용할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기와 같이 제조되는 본 발명의 다층구조 원단(1)은 온풍 또는 냉풍이 이면층(3)을 통하여 인체로 공급되므로 온열 또는 냉감 효과를 제공할 수 있고 쿠션성 및 압력의 분산성을 가지므로 외력에 의한 자극을 감소시키고 누웠을 때 인체를 받쳐주어 편안한 느낌이 들며, 이면층(3)이 면섬유로 구성될 경우 피부에 닿는 감촉이 부드러운 효과가 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.

단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

<실시예 1~10>

폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 압출기의 메인 피더(main feeder)에 투입하고, 하기 표 1의 함량으로 무기질 입자와 메탈 알콕사이드를 사이드 피더(side feeder)에 투입하여, 가열운전되는 압출기 내에서 서로 용융·혼합시켜 방사액을 제조한 다음, 중공사용 방사구금을 통하여 방사속도 4000 m/min로 용융방사하여 섬도 50 데니어의 중공사를 제조하였다.

상기에서 제조된 중공사를 최대한 촘촘하게 직조한 표면층; 면번수 100 Ne의 면섬유를 메쉬 형태로 직조하여 미세기공이 있는 이면층; 및 상기 표면층과 이면층이 8 ㎜ 이격된 상태에서 섬도 50 데니어의 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유로 이들 표면층과 이면층을 성글게 연결한 중간층;으로 이루어지고, 상기 표면층의 외부표면을 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 매우 얇게 코팅하여 다층구조 원단을 제조하였다.

방사액 중 무기질 입자의 함량(중량%)

	흑연	팽창 흑연	카본 블랙	탈크	질석	나트륨 메톡사이드	비고
실시예 1	-	-	-	-	-	-
실시예 2	3	-	-	-	-	-
실시예 3	-	3	-	-	-	-
실시예 4	-	-	3	-	-	-
실시예 5	-	-	-	3	-	-
실시예 6	-	-	-	-	3	-
실시예 7	3	-	-	-	-	2
실시예 8	-	-	-	-	-	-	표면층의 중공사 내부 중공부에 염화칼슘6수화물 충전
실시예 9	3	-	-	-	-	-
실시예 10	3	-	-	-	-	2
주:1) 무기질 입자의 평균지름 500 ㎚

<비교예>

상기 실시예 1에서, 표면층을 구성하는 섬유로서 중공사를 사용하지 않고 50 데니어의 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 다층구조 원단을 제조하였다.

<시험예 1> 보온 및 보냉 효과 측정

상기 실시예 1~10 및 비교예에서 제조된 원단을 이용하여 표면층이 바깥쪽, 이면층이 안쪽이 되도록 하고 1 곳에 소형의 온풍 또는 냉풍 공급장치에 연결할 연결구를 설치하였으며, 상기 연결구 외에는 원단 끝 부분을 모두 밀봉한 점퍼를 제조하였다.

상기 점퍼를 10 회 세탁 및 건조한 후 착용한 상태에서 연결구에 온풍 공급장치 또는 냉풍 공급장치를 연결하고 장치를 가동하여 점퍼에 35 ℃의 온풍 또는 15 ℃의 냉풍을 공급하였으며, 10 분간 경과 후 표면층의 표면온도와 이면층으로부터 나오는 온풍 또는 냉풍의 온도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

이때의 외기온도는 25 ℃이었다.

보온 및 보냉 효과 측정결과(단위:℃)

	온풍		냉풍
	표면층	이면층	표면층	이면층
실시예 1	30.5	33.5	20.1	17.5
실시예 2	28.6	34.3	20.4	17.2
실시예 3	29.3	34.0	21.6	17.0
실시예 4	27.7	34.4	20.8	17.1
실시예 5	29.1	33.9	20.5	16.9
실시예 6	28.3	34.1	21.3	17.2
실시예 7	27.8	34.3	21.9	16.8
실시예 8	26.2	34.6	22.7	16.5
실시예 9	25.6	34.7	22.9	16.2
실시예 10	25.4	34.7	23.0	15.7
비교예	31.7	32.3	18.8	18.1

상기 표 2를 보면, 온풍의 경우 표면층의 온도가 높을수록 이면층으로부터 나오는 온풍의 온도가 낮아지고 냉풍의 경우 표면층의 온도가 낮을수록 이면층으로부터 나오는 냉풍의 온도는 높아지는 것을 알 수 있는데, 이는 온풍 또는 냉풍의 열기 또는 냉기가 표면층을 통하여 외부로 유출되는 정도에 따라 이면층에서 배출되는 온풍 또는 냉풍의 온도가 변함을 알 수 있다.

좀더 상세히 살펴보면, 표면층의 중공사 내부 중공부에 상변화물질(염화칼슘6수화물)이 채워진 실시예 8~10의 표면층에서 외기온도와 가장 가까운 온도를 나타내었고 표면층 섬유에 단열재가 함유된 실시예 2~7, 표면층 섬유에 단열재가 함유되지 않은 실시예 1, 표면층 섬유로서 중공사를 사용하지 않고 일반 섬유를 사용한 비교예의 순으로 온풍 또는 냉풍 온도에 근접하는, 즉 외기온도와의 차이가 커지는 것으로 나타났다.

이는 중간층의 온풍 또는 냉풍의 열기 또는 냉기가 표면층을 전도하여 외부로 빠져나가는 정도에 기인한 것으로서, 상기 결과를 분석하면 섬유 내부에 채워지는 상변화물질, 섬유 내부에 분산 함유되는 단열물질, 섬유 내부의 기공 등이 열의 전달을 억제하여 결국 인체로 공급되는 온풍 또는 냉풍의 온도변화를 줄여서 다층구조 원단의 온열 및 냉감 효과를 증가시킴을 알 수 있다.

<시험예 2> 쿠션성과 탄성회복력 측정

상기 실시예 1, 2, 7~10 및 비교예에서 제조된 다층구조 원단의 쿠션성과 탄성회복력을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

쿠션성은 상기 원단을 10×10 ㎝의 크기로 절단하고 테이블 위에 10 매를 겹쳐 쌓은 후 위에서 손끝으로 가볍게 3 회 눌러 느껴지는 탄력성을 관능평가하였다.

탄성회복력은 상기 10 매를 겹쳐 쌓은 원단 위에 500 g의 추를 1 시간 동안 올려놓은 후 추를 제거하고 3 초, 10 초, 1 분 후의 회복된 정도를 실측하여 실험 전의 두께와 비교하여 백분율로 표시하였다.

쿠션성과 탄성회복력 측정결과

	쿠션성주1 )	탄성회복력(%)
		3 초	10 초	1 분
실시예 1	7	89	94	99
실시예 2	7	90	95	99
실시예 7	8	90	95	99
실시예 8	7	91	96	99
실시예 9	8	90	95	99
실시예 10	8	91	96	99
비교예	7	87	92	98
주1) 10:쿠션감 매우 좋음, 5:쿠션감 보통, 0:쿠션감 나쁨

상기 표 3의 결과, 쿠션성은 각 군 간에 유의적인 차이를 나타내지 않았으나, 탄성회복력은 비교예가 실시예에 비하여 약간 낮았는데, 이는 중공사의 중공 구조에 의한 높은 굽힘 강성이 원단의 구겨짐에 대한 회복력을 증가시킨 데서 기인한 것으로 파악된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 원단은 탄성회복력이 크므로 사용 중 외력에 의한 구김 현상의 발생이 줄어들고 구겨진 상태에서도 외력이 제거되면 쉽게 회복되어 온풍 또는 냉풍 통로가 자연스럽게 유지될 수 있다.

1:다층구조 원단, 2:표면층, 3:이면층, 4:중간층, 5:코팅층, 6:미세기공, 7:중공사의 내부 중공부

Claims (7)

1. 표면층(2), 이면층(3) 및 상기 표면층(2)과 이면층(3) 사이에 형성되는 중간층(4)을 포함하며,
   상기 표면층(2)은 중공사로 직조되고 외부표면에는 공기유통을 차단할 수 있는 코팅층(5)이 형성되며,
   상기 이면층(3)은 공기가 통하도록 다수의 미세기공(6)이 형성되어 있으며,
   상기 중간층(4)은 표면층(2)과 이면층(3)을 일정 간격으로 이격시키면서 공기가 흐를 수 있는 통로가 형성되고 온풍 또는 냉풍 공급수단이 탈부착되는 연결구가 구비되어 있는 온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단(1).
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 중공사는 내부 중공부(7)에 상변화물질에 채워져 있는 것을 특징으로 하는 온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단(1).
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 표면층(2)을 구성하는 섬유는 수지 중에 흑연, 팽창흑연, 카본블랙, 탈크 및 질석으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 미세입자 1~5 중량%가 균일하게 분산된 것을 특징으로 하는 온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단(1).
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 미세입자의 크기는 지름 0.1~1.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단(1).
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 표면층(2)을 구성하는 섬유는 수지 중에 메탈 알콕사이드 0.5~3.0 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단(1).
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 메탈 알콕사이드는 메탈 메톡사이드 또는 메탈 에톡사이드인 것을 특징으로 하는 온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단(1).
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 이면층(3)은 면섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 온열 및 냉감 기능의 다층구조 원단(1).

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