KR101616270B1 - 아라미드 융복합 난연 항공피복류 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아라미드 융복합 항공피복류 제조방법에 관한 것으로, Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사로 구성된 슬라이버를 제조하여 연조공정을 거치는 제1단계, 상기 슬라이버를 무라다보텍스방적기로 공급하여 드래프트롤러로 이루어진 드래프트부를 통과시켜 연신하는 제2단계, 상기 연신 후 에어젯방적기를 통과시켜 30수~40수의 에어젯방적사로 제조하는 제3단계, 상기 에어젯방적사 2가닥을 합연하여 융복합사로 제조하는 제4단계, 상기 융복합사를 제직 또는 편직하여 원단을 형성하는 제5단계, 상기 원단에 국방 5도 디지털 무늬로 날염하는 제6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아라미드 융복합 난연 항공피복류의 제조방법이다. 이에 의해 Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사의 최적 혼방율을 구현하여, Lenzing FR 소재의 장점을 최대한 이용하면서 아라미드 섬유의 단점을 보강하여, 고 강도, 착용성, 흡한속건성, 방투습성, 대전방지성, 난연성, 염색성 및 항필링성이 향상된 항공피복류를 제공할 수 있는 이점이 있다.

Description

아라미드 융복합 난연 항공피복류 제조방법{Aviation Garments with Outstanding Flame Retardant Property Produced by using Infusion Technology of Aramid Fibers manufacturing method}

본 발명은 항복피복류에 관한 것으로서, Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사로 융복합사를 제조하고, 이를 제직 또는 편직한 원단으로 이루어진 아라미드 융복합 난연 항공피복류 제조방법에 관한 것이다.

현대 군에 있어 화염, 탄환, 칼 및 파편에 대해 높은 수준의 방호력과 덥거나 추운 기후에도 병사들의 활동을 개선하고 동시에 병사들의 신체로부터 발생하는 열신호를 조절할 수 있는 개인용 보호시스템이 필요하게 된다.

미국 및 NATO 등은 국가 전체가 이를 연구를 해오고 있으나, 일부 국가를 제외한 대다수 국가의 경우, 아직 혁신적인 돌파구를 마련하지 못하고 있다. 개별 화생방 항목 방호 분야에선 상당한 진보를 이룩하고 있으나, 방염, 발수, 항균, 투습, 쾌적 등 융복합 성능의 특수한 요구 특성에 디지털 무늬 날염을 구현한 제품의 개발은 아직 어려운 현실이다.

전투복을 포함한 일부 피복류와 각국의 계절적 특성, 전쟁환경조건 등에 따른 동계작전용 방한피복류, 전투화로 대표되는 피혁류, 침낭과 모포를 포함한 침구류로 구분하여 개발 추진되고 있으며, 특히 기갑병 등 탑승요원, 항공조종사, 승무원 등 밀폐된 공간에서 특수임무를 수행하는 전투병의 특수피복 개발이 무엇보다 시급히 필요한 실정이다.

본 발명에서는 특히 특수피복 중 항공 피복 등의 특수용도 근무복에 대해서 살펴보고자 한다.

일반적으로 항공 피복류(조종복 및 조종잠바, 동계조종바지)는 작전 중 화재발생 및 열악한 근무 환경에 의해 고내구, 난연, 오염방지, 쾌적성 등의 특성이 요구되고 있다.

현재의 항공 피복류는 비상시 사출을 위한 원피스는 고정익 항공기에 적용되며, 회전익 항공기에는 투피스가 적용되어야 하는데, 이는 원피스는 상체를 구부릴 경우 엉덩이가 끼이거나 심할 경우 찢어질 수 있기 때문이다. 또한, 원피스의 경우 동계 보온효과가 저조하며, 하계 열 배출이 미흡하고, 생리현상의 해결이 불편한 단점이 있다.

또한, 현 조종복은 공군 조종복과 동일 형태로 육군 항공은 회전익 항공기를 운용함에 있어 비상시 대비한 사출기능이 불필요하고, 회전익 항공기는 외부 점검요소가 많아 현 조종복(원피스) 착용 후 항공기 점검 시 행동에 불편함이 있으며, 디지털 무늬 적용 및 육군 항공 임무 수행에 적합한 디자인이 필요한 실정이다.

현재 국내외 항공피복류는 NOMEX ⅢA(메타 아라미드 93 중량%, 파라 아라미드 5중량%, 정전사(Anti-static) 2 중량%) 소재가 주를 이루고 있는데, 일체형 원피스형이면서 가격이 고가이고, 아라미드계 섬유를 많이 사용하고 있어 디지털 무늬 날염 적용이 어려워 카키 컬러(khaki color)의 단색으로 적용하고 있어 적외선 IR 기능(위장)이 떨어지며, 항필링성이 떨어지는 단점이 있다.

한편, 아라미드(aramid)는 방향성 폴리아미드(Aromatic Polyamide) 섬유의 총칭으로서 '섬유의 구성물질이 긴 사슬 모양의 합성 폴리아미드이며, 적어도 85%의 아미드결합이 두 개의 방향성 고리에 직접 붙어 있는 인조섬유'로 정의된다. 아라미드는 나일론계 고분자로서 섬유형태로 사용된다.

아라미드 섬유는 아미드기와 벤젠환의 결합위치에 따라 파라 아라미드(Para-Aramid) 섬유와 메타 아라미드(Meta-Aramid) 섬유로 크게 구분되고, 파라 아라미드는 Polymer와 Co-polymer로 다시 구분되는데, 파라는 고강력, 고탄성율을 가지고 있고, 메타는 열안정성이 뛰어난 것이 특징이다.

이 중 메타 아라미드는 벤젠환이 메타 위치에서 아미드기와 연결된 중합체로 만든 섬유로서 융점이 320℃이며, 내열성, 난연성, 방염성이 우수하여 항공기 인테리어, 군이나 민간의 방호의류, 산업용 필터재, 종이 재료 등으로 쓰이며 일반 소비자용으로는 파자마, 칸막이 커튼, 베게, 작업복 등으로도 쓰인다. 상품명으로는 듀퐁의 노멕스(Nomex), 테이진의 코넥스(Conex), 러시아의 페닐론(Fenilon) 등이 있다.

이러한 메타 아라미드 섬유는 특히 내열성, 난연성, 내약품성, 내방사성이 우수하여, 소방복 등의 방호의류에 많이 사용되어 왔지만, 강고한 분자구조와 고결정성의 치밀구조 때문에 탄성력이 떨어져 착용시 활동성에 많은 제약을 받는 문제점이 있었다.

이러한 아라미드 섬유의 물성 상의 단점을 극복하기 위하여 타섬유와 혼합하는 다양한 방법이 제시되고 있으며, 대한민국특허출원 제10-1989-0016827호, 제10-2011-0061879호, 제10-2007-0031319호 등이 있다.

그러나, 이러한 기술은 항공피복류에 적용하기 위한 고견뢰도, 신축성, 경량성, 보온성, 착용성, 흡한속건성, 항균성, 방투습성, 대전방지성, 난연성 및 항 필링성을 제대로 발휘하지 못할 뿐만 아니라, 조종복의 특성 상 정전기 발생 및 먼지발생 등이 없어야 하는데, 이에 대한 요구를 제대로 맞춰주고 있지 못하고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사로 융복합사를 제조하고, 이를 제직 또는 편직한 원단으로 이루어진 아라미드 융복합 난연 항공피복 복합섬유 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.

또한, Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사의 최적 혼방율을 구현하여, Lenzing FR 소재의 장점을 최대한 이용하면서 아라미드 섬유의 단점을 보강하여, 난연성, 염색성이 향상된 아라미드 융복합 난연 항공피복 복합섬유 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사로 구성된 융복합사를 제직 또는 편직한 원단으로 이루어진 것을 기술적 요지로 한다.

여기에서, Lenzing FR 40~60중량%, 메타 아라미드 35~55중량%, 정전사 1~5중량%로 구성된 융복합사를 제직 또는 편직한 원단으로 이루어진 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 Lenzing FR은 1.50~1.55데니어와 48~52mm 섬유장으로 이루어지고, 메타 아라미드는 1.48~1.52데니어와 48~52mm 섬유장으로 이루어지며, 정전사 1.70~2.70데니어와 48~52mm 섬유장으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 융복합사는 30~40수, 2가닥으로 이루어진 것이 바람직하며, 이는 에어젯방적사(Air-jet Spinning)로, 에어젯방적사는 코어파이버와 랩핑파이버로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 원단은 국방 5도 디지털 무늬로 날염되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 원단은 바탕색으로 브라운색깔로 먼저 날염된 후, 그 상층에 상기 국방 5도 디지털 무늬로 날염되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사로 구성된 슬라이버를 제조하여 연조공정을 거치는 제1단계와, 상기 슬라이버를 무라다보텍스방적기로 공급하여 드래프트롤러로 이루어진 드래프트부를 통과시켜 연신하는 제2단계와, 상기 연신 후 에어젯방적기를 통과시켜 30수~40수의 에어젯방적사로 제조하는 제3단계와, 상기 에어젯방적사 2가닥을 합연하여 융복합사로 제조하는 제4단계와, 상기 융복합사를 제직 또는 편직하여 원단을 형성하는 제5단계와, 상기 원단에 국방 5도 디지털 무늬로 날염하는 제6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아라미드 융복합 난연 항공피복류의 제조방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 제2단계의 드래프트부는 4선식으로, 롤러게이지가 54x54x56(mm)이며, 드래프트 150~260인 것이 바람직하다.

본 발명은 군 운용환경에 적합하고, 인체공학적 디자인으로 착용성이 우수한 제품 개발하여 그 활용도를 높이며, Lenzing FR,메타 아라미드, 정전사로 융복합사를 제조하고, 이를 제직 또는 편직한 원단으로 이루어진 난연 항공피복류를 제공하는 효과가 있다.

또한, Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사의 최적 혼방율을 구현하여, Lenzing FR 소재의 장점을 최대한 이용하면서 아라미드 섬유의 단점을 보강하여, 고 강도, 착용성, 흡한속건성, 방투습성, 대전방지성, 난연성, 염색성이 향상된 항공피복류를 제공하게 된다.

또한, 에어젯방적사를 이용함으로써, 착용 시 형태안정성 및 내구성, 항 필링성을 개선하여 조종사의 착용 증대성이 증가된 항공피복류를 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1 - 본 발명의 일실시예에 따른 항공 피복류를 이루는 원단에 대해 물성을 측정한 도.

본 발명은 아라미드 융복합 난연 항공피복류에 관한 것으로서, Lenzing FR,메타 아라미드, 정전사로 융복합사를 제조하고, 이를 제직 또는 편직한 원단으로 이루어진 난연 항공피복류를 제공하고자 하는 것이다.

특히, Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사의 최적 혼방율을 구현하여, Lenzing FR 소재의 장점을 최대한 이용하면서 아라미드 섬유의 단점을 보강하여, 고견뢰도, 신축성, 경량성, 보온성, 착용성, 흡한속건성, 항균성, 방투습성, 대전방지성, 난연성 및 항 필링성이 부여된 항공피복류에 관한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 아라미드 융복합 난연 항공피복류는 Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사로 구성된 융복합사를 제직 또는 편직한 원단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기에서, Lenzing FR(상표, 오스트리아 렌징사)은 셀룰로오스계 섬유로써, 천연 펄프에서 얻어진 천연섬유로서 반영구적인 방염 소재이다. 또한, 기존의 소수성 방염 소재와는 달리 친수성으로 뛰어난 흡습성, 좋은 통기성, 자연적인 정전기를 방지함으로서 쾌적한 착용감과 편안함을 증진시키는 소재이며, 다른 섬유와의 혼방도 용이하여 기능 및 비용적으로 효율성이 높은 장점을 가지고 있다.

그리고, 상기 메타 아라미드는, 벤젠환이 메타 위치에서 아미드기와 연결된 중합체로 만든 섬유로서 융점이 320℃이며, 내열성, 난연성, 방염성이 우수한 특징이 있다.

이러한 메타 아라미드 섬유는 강고한 분자구조와 고결정성의 치밀구조 때문에 인장강도는 높지만 탄성력이 떨어져 착용시 활동성에 많은 제약을 받는 문제점이 있으며, 염색이 제대로 되지 않아 디지털무늬의 구현이 어려우며 이에 따른 색상별 적외선 IR 기능을 발휘하지 못해 위장이 되지 않는 단점이 있다.

따라서, Lenzing FR과 메타 아라미드의 최적 비율을 결정하여 난연성 및 인장강도를 최대화하면서, 염색성을 개선하여 디지털무늬의 구현 및 적외선 IR 기능을 최대한 발휘하도록 최적의 혼방율을 결정하는 것이 본 발명의 중요 과제이다.

본 발명에서는 상기 융복합사는 Lenzing FR 40~60중량%, 메타 아라미드 35~55중량%, 정전사 1~5중량%로 구성되는 것이 바람직하다.

상기의 혼방율은 Lenzing FR 섬유의 장점을 최대한 이용하면서, 메타 아라미드의 단점을 최소화하여 장점을 최대한 활용할 수 있도록 한 것이다.

즉, Lenzing FR 섬유의 사용으로 난연성, 흡습성, 통기성을 향상시키고 정전기가 방지됨으로써 쾌적한 착용감과 편안함을 증진시키게 되며, 메타 아라미드의 사용으로 난연성을 더욱 향상시키고 인장강도를 더욱 향상시키게 되는 것이다.

그러나, 상기 혼방율의 범위를 넘어서게 되면, 염색성이 떨어져 디지털 무늬의 구현이나 적외선 IR 기능의 발현이 어렵거나 강도가 떨어져 내구성이 저하되는 단점이 있다.

이러한 Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사를 최적의 혼방율로 슬라이버를 제조하여 연조공정을 거친 후, 상기 슬라이버를 무라다보텍스방적기로 공급하여 드래프트롤러로 이루어진 드래프트부를 통과시켜 연신하게 된다.

그리고, 상기 정전사는 정전기를 방지하기 위한 것으로서, 나일론이나 아크릴, 폴리에스터 종류가 대표적으로 사용될 수 있으며, 탄소 섬유를 심사(core)로 사용하고 외부를 나일론 또는 폴리에스터로 복합 방사한 정전사(MIPAN corona)를 사용하거나, 아크릴 섬유 베이스에 구리(황산동) 코팅을 적용한 정전사(ELEX)를 사용하기도 한다.

한편, 상기 Lenzing FR은 1.50~1.55데니어와 48~52mm 섬유장으로 이루어지고, 메타 아라미드는 1.48~1.52데니어와 48~52mm 섬유장으로 이루어지며, 정전사 1.70~2.70데니어와 48~52mm 섬유장으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 융복합사는 30~40수, 2가닥으로 이루어진 것이 바람직하다.

상기에서 서술한 바와 같이 본 발명에 따른 융복합사는 인장강도 및 염색성 향상에 있으며, 강도 보강을 위한 주요 인자는 단사의 섬유장과 번수이다. 단사의 섬유장이 길수록 방적시 꼬임에 의한 결속력이 강해지게 된다.

본 발명의 일실시예로 상기 Lenzing FR은 1.53데니어와 51mm 섬유장으로 이루어지고, 메타 아라미드는 1.50데니어와 51mm 섬유장으로 이루어지며, 정전사 1.80데니어와 51mm 섬유장으로 이루어진 것을 사용하였다.

이러한 융복합사는, 에어젯방적기를 이용하여 방적된 에어젯방적사(Air-jet Spinning)인 것이 바람직하며, 상기 에어젯방적사는 30수~40수로 코어파이버와 랩핑파이버로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이러한 에어젯방적사의 형태는 항필링성 및 염색성을 향상시키게 된다.

상기 에어젯방적사 2가닥을 합연하여 융복합사를 제조하게 된다. 상기 드래프트부는 4선식으로, 롤러게이지가 54x54x56(mm)이며, 드래프트 150~260이며, 이에 의해 항필링성 및 염색성을 개선시키는 융복합사를 제조하게 된다.

이때 에어젯룸직기는 서브노즐의 간격을 60mm로 조정함으로써, 위사 제어를 조밀하게 하였으며, 저개구각의 실현으로 경사에 물리적 장력을 감소시켰다. 또한, 최적 RPM은 500~550일 때 생산성과 품질의 두가지 요소를 만족시킬 수 있는 결과를 얻었다.

본 발명의 일실시예로는 에어젯룸(Air-jet loom) RPM 550이하로 정폭 및 지정축을 유지하고, 서브 노즐 60mm 이하로 원사를 원활하게 이송하고, 종광 재질은 경량 플라스틱으로 하여 모우를 방지하며, 개구각은 300°로 마모를 줄이고 경사줄을 감소시키고, 장력은 경사가 170kgf로 경사줄의 개선, 위사는 무장력 상태로 위근을 개선시켰다.

이러한 융복합사를 제직 또는 편직하여 상기 원단을 제조하게 되며, 이를 항공피복류에 사용하게 된다.

그리고, 상기 원단에 국방 5도 디지털 무늬로 날염한다.

또한, 디지털 무늬의 색상을 더욱 선명하게 하고, 세탁 후에도 디지털 무늬의 빠짐을 최소화하기 위하여 아라미드 원착사(Dope Dyed fiber)를 적용하여, 그 상층에 그 상층에 상기 국방 5도 디지털 무늬로 날염할 수도 있다.

본 발명에 따른 염가공 공정은 원단을 먼저 전처리하게 되며, 상기 전처리 공정은 모소, 정련, 표면, 머서화(mercerizing)로 나누어진다.

먼저, 모소 공정은 원단 표면의 잔털들을 제거하는 목적으로, 원단을 가스 버너의 불꽃 위를 고속 주행시켜 표면의 단섬유를 태워주는 공정이며, 잔털이 많으면 다음 공정인 호발 정련 공정에서 약품의 침투가 방해되어 탈호가 불균일하게 될 수 있기 때문이다. 효소호발제 5g/L을 사용하였다.

그리고, 모소가 완료된 후 정련 공정을 거치게 되는데, 이는 방적 공장에서 부착된 파라핀, 방적유 호제, 기계유, 지방질 등의 불순물을 제거하기 위함이다. 또한 Lenzing FR에 부착된 불순물은 고온의 NaOH로 처리하면 분해된다.

그리고 표백 공정은 Lenzing FR 섬유 중에 함유된 색소를 제거함과 동시에 정련 부족을 보완하기 위한 것으로서, H₂O₂ 및 NaOH를 각각 10g/L, 5g/L 사용하였다.

그리고 머서화 공정은 원단에 장력을 주면서 NaOH 수용액으로 처리하면 견과 같은 광택이 얻어지고 염색성의 향상, 치수 안정화, 흡습성의 증가, 강력의 향상 등의 효과를 얻어 제품의 품질이나 성능을 개선시키게 된다.

이와 같이 전처리가 끝난 원단은 프린트 진행을 위한 텐터 폭출 공정을 거쳐 프린트를 시작한다. 프린트는 보통 FLAT 방식와 ROTARY 방식으로 진행되며, 비교적 무늬가 단순하고 컬러 도수가 낮은 군복의 원단은 ROTARY 방식을 사용하고 있다.

프린트가 완료되면 컬러 및 견뢰도 향상을 위해 발색 공정을 거치게 되며,NaOH, 소듐 설파이트(Na₂S₂O₄)를 각각 150g/L, 120g/L을 사용하였다.

이와 같이 제조된 본 발명에 따른 항공 피복류는 투피스 형태로 제작되어, 군 운용환경에 적합하고, 인체공학적 디자인으로 착용성이 우수한 제품으로 제작되게 된다. 항공피복류로는 조종복, 조종잠바, 동계 조종바지 등으로 제작되게 되며, 조종잠바와 동계 조종바지는 안감(아라미드 원단)이 부착되게 되어 제작된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 항공피복류의 원단에 대한 물성표를 나타낸 것이다.

일실시예 - Lenzing FR 50중량%, 메타 아라미드 47중량%, 정전사 3중량%로 이루어지며, Lenzing FR은 1.53데니어와 51mm 섬유장으로 이루어지고, 메타 아라미드는 1.50데니어와 51mm 섬유장으로 이루어지며, 정전사 1.80데니어와 51mm 섬유장으로 이루어진 융복합사(에어젯방적사) 30수, 2가닥으로 이루어진 원단이다.

이는 실험실 규모의 기본 성능 검증부터 실험실 규모의 소재, 부품, 시스템 핵심 성능 평가, 확정된 소재, 부품, 시스템의 시작품 제작 및 성능 평가, 파일롯 규모 시작품 제작 및 성능 평가, 신뢰성 평가 및 수요기업 평가를 수행한 것이며, 우수한 인장강도, 마찰대전압(정전기), 난연성(연소성), 항필링성, 인장강도(치수변화율), 일광견뢰도, 세탁견뢰도, 마찰견뢰도, 땀견뢰도(흡한속건성) 특성을 보임을 확인할 수 있었다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. Lenzing FR, 메타 아라미드, 정전사로 구성된 슬라이버를 제조하여 연조공정을 거치는 제1단계;
   상기 슬라이버를 무라다보텍스방적기로 공급하여 드래프트롤러로 이루어진 드래프트부를 통과시켜 연신하는 제2단계;
   상기 연신 후 에어젯방적기를 통과시켜 30수~40수의 에어젯방적사로 제조하는 제3단계;
   상기 에어젯방적사 2가닥을 합연하여 융복합사로 제조하는 제4단계;
   상기 융복합사를 제직 또는 편직하여 원단을 형성하는 제5단계;
   상기 원단에 국방 5도 디지털 무늬로 날염하는 제6단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아라미드 융복합 난연 항공피복류의 제조방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 융복합사는 Lenzing FR 40~60중량%, 메타 아라미드 35~55중량%, 정전사 1~5중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 아라미드 융복합 난연 항공피복류의 제조방법.
11. 제 9항에 있어서, 상기 Lenzing FR은 1.50~1.55데니어와 48~52mm 섬유장으로 이루어지고, 메타 아라미드는 1.48~1.52데니어와 48~52mm 섬유장으로 이루어지며, 정전사 1.70~2.70데니어와 48~52mm 섬유장으로 이루어진 것을 특징으로 하는 아라미드 융복합 난연 항공피복류의 제조방법.
12. 제 9항에 있어서, 상기 제2단계의 드래프트부는 4선식으로, 롤러게이지가 54x54x56(mm)이며, 드래프트 150~260인 것을 특징으로 하는 아라미드 융복합 난연 항공피복류의 제조방법.
13. 제 9항에 있어서, 제6단계는,
    상기 원단은 아라미드 원착사(Dope Dyed fiber)를 적용하여, 국방 5도 디지털 무늬로 날염하는 것을 특징으로 하는 아라미드 융복합 난연 항공피복류의 제조방법.

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