KR101962392B1 - 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법 - Google Patents
낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법에 관한 것으로서 고강도 나일론 66필라멘트와 유사한 물성을 발휘하면서도 염색성, 후가공성이 용이하며, 치수안정성, 공기투과도 등의 기능성이 우수한 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법에 관한 것으로서 고강도 나일론 66필라멘트와 유사한 물성을 발휘하면서도 염색성, 후가공성이 용이하며, 치수안정성, 공기투과도 등의 기능성이 우수한 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물에 관한 것이다.
최근 소비자들의 스포츠 활동영역이 기존 육상스포츠에서 벗어나 스릴감이 넘치는 항공 스포츠레져로 확대되는 추세인데, 이를 위한 항공 스포츠레져용 제품으로서는 열기구, 고공낙하, 패러글라이더 등이 있으며, 제품구성 중 가장 중요한 부품으로 섬유직물이 사용되고 있다. 열기구는 크게 풍선 부분인 구피(envelope), 공기를 데우기 위한 버너, 사람이 타고 장비가 적재되는 바스켓으로 분류되며 구피는 열기구의 부력을 생성하게 되는 가장 중요한 부분이다. 구피에는 강도가 높은 섬유소재가 주로 사용되며 높은 온도와 태양열로 인한 손상 방지를 위해 표면에 폴리우레탄 혹은 실리콘으로 코팅 처리한다.
국내 기구류에 대한 설계 및 구조에 대한 내용 중 재료 및 부품은 기술기준에 의한 기준에 적합해야하며 정상적으로 사용되고 있는 방법에 따라 장착되어야 하고, 작동 및 퇴화 등을 고려하여 충분한 강도를 가져야하며 경험 및 시험결과에 의해서 적합성, 감항성을 갖춘 것이어야 한다. 특히, 구피 부분은 비행 중 파열 방지를 위해 균열이 확대되지 않도록 응력 집중 부분에는 충분한 강도를 갖도록 설계 및 제작되어야 한다.
기본적으로 열기구용 직물은 경량이면서 고강도 특성으로 풍압을 견디는 직물이 적용되어야 하는데, 현재 Nylon66 소재를 주로 사용하고 있다. 이러한 Nylon66 고강력사의 경우, 우수한 강신도 물성과는 달리 염색견뢰도가 낮고, 내후성, 치수안정성 등의 기능성 저하가 문제가 되고 있으며, 후가공성이 폴리에스테르사보다 다소 까다로운 점 등에 의해 최근 Nylon 소재를 대체하기 위한 폴리에스테르 섬유의 활용이 주목받아 오고 있다 .
현재 개발되어 있는 폴리에스테르 고강력사는 국내에서 태섬도를 중심으로 개발되고 있으며, 폴리에스테르 세섬사의 경우에는 다양한 기능성 소재로 소개되어 의류/생활용으로 생산되고 있으나 고강도의 특성을 발현하지 못하므로 의류 이외의 용도 접목 시 물성 문제가 발생하고 있다.
그러므로 본 발명에서는 고강도 나일론 66필라멘트와 유사한 물성을 발휘하면서도 염색성, 후가공성이 용이하며, 치수안정성, 공기투과도 등의 기능성이 우수한 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트를 제직전 사이징하여 사이징픽업율이 6~6.5%가 되도록 하는 사이징공정,
상기 사이징된 상기 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트로 정경을 한 후, 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트를 위사로 제직하는 제직공정,
상기 제직후 직물을 NaOH 5~10g/ℓ, 정련제 3~5g/ℓ 및 잔부로서 물을 함유하는 정련제에 90~100℃, 30~40분간 정련 및 호발하는 정련·호발공정,
상기 정련·호발공정후 발수제 30~40g/ℓ를 함유하는 처리액에 직물을 디핑하여 텐터에서 처리하는 발수공정,
상기 발수공정후 직물을 카렌더기를 통과시켜 압력 30~40㎏/㎠, 150~160℃하에서 30~40m/분으로 시레처리하는 시레공정,
상기 시레공정후 폴리우레탄수지와 실리콘수지의 혼합수지 80~100 중량부, 톨루엔 10~30중량부, MEK 5~10중량부, 가교제 1~5중량부, 촉매 1~5중량부, UV차단제 3~5중량부, 염료 3~25중량부를 함유한 코팅액을 상기 직물의 양면에 코팅하고 건조하는 토너코팅으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트를 사용하여 낙하산용 직물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 사용되는 원사는 종래 낙하산용 직물에 사용되던 나일론 66원사를 대체할 수 있는 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트로서 나일론 66와 유사한 물성을 발현하고 염색성, 후가공성이 용이하며, 치수안정성, 공기투과도 등의 기능성이 우수하여 경량이면서 고강도 특성으로 고풍압을 견디는 낙하산용 직물에 사용할 수 있는 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트를 사용한다.
본 발명의 원사인 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트는 고유점도 1.0 ~ 1.2 ㎗/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 용융시킨 후, 상기 각모서리에 돌기가 형성된 삼각모양의 방사구금은 돌기폭(W) 0.04~0.06mm, 돌기길이(L) 0.125~0.25 mm인 돌기가 형성되고, 삼각모양의 일변의 길이(A)는 0.217~0.433㎜인 각모서리에 돌기가 형성된 삼각모양의 방사구금을 통해 방사팩 온도 314~316℃, 방사팩압력 135~180bar로 상기 용융된 폴리머를 토출시키고, 토출된 용융상태의 폴리머를 0.43~ 0.45m/sec의 냉각풍이 형성되는 냉각부를 통과시키면서 고화한 후, 연신비 3.84~4.00배로 3단연신하고 오일링을 하고 권취하여 얻은 것을 사용한다.
상기 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트의 제조방법은 크게 용융, 방사, 냉각, 연신 및 권취단계로 이루어지는데, 용융단계에서는 익스트루더에 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 용융시켜 다음단계인 방사단계에 공급하게 된다. 상기 익스트루더는 통상의 합성섬유방사에 사용하는 익스트루더를 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 고유점도 1.0 ~ 1.2 ㎗/g인 것을 사용하는 것이 본 발명의 열기구용 고강도 소재에 바람직하다.
용융온도 265~280℃ 및 유리전이온도 80 ~ 90℃인 폴리머를 사용하는 것이 방사를 안정적으로 할 수 있고, 섬유 형성능, 섬유 발열성 및 고강도부여에 바람직하다.
상기 용융된 폴리머는 방사구금에 공급되어 방사되는데, 상기 방사구금은 도 3에 도시된 것과 같이 설계된 각모서리에 돌기가 형성된 삼각모양의 방사구금을 사용하는데, 돌기폭(W) 0.04~0.06mm, 돌기길이(L) 0.125~0.25 mm인 돌기가 형성되고, 삼각모양의 일변의 길이(A)는 0.217~0.433㎜인 삼각모양의 방사구금이 바람직하다.
방사구가 길이가 짧거나 지름이 크면 방사압력이 낮아져 폴리머가 흘려내려 방사시 왜곡을 일으킬 수 있으며, 길거나 너무 좁으면 폴리머의 체류 시간이 길어져 열화가 일어나거나 방사압력이 높아서 작업성에 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명의 폴리에스테르의 고분자 유동은 일반적인 I.V 0.65와 달리 고점도 1.V 1.0~1.2로서 점도가 높기 때문에 종래의 "Y"형 방사구금의 경우 방사pack에 완전히 폴리머가 빠져나가질 못해 구금이 막히거나, 구금 조립부분에 폴리머가 새어나오는 등의 문제가 발생하지만, 도 2에 도시된 바와 같은 각모서리에 돌기가 형성된 삼각모양의 방사구금을 사용하게 되면 방사시 pack의 압력을 낮출 수 있고, 방사 구금에서 토출후 필라멘트의 삼각형의 형태가 유지되고, 방사성이 좋아진다.
이러한 방사구금에 의해 제조된 필라멘트의 단면은 도 2에 도시된 바와 같은 삼각단면으로서 고강도이면서도 원형단면 필라멘트와 대비해 필라멘트 간 공극이 적어 공기투과도가 낮고, 특유의 촉감을 가지며 광택이 뛰어난 특징이 있는 필라멘트를 제공할 수 있다.
상기 방사구금에서의 방사팩 온도는 314~316℃로 방사팩압력 135~180bar로 하는 것이 열기구용 고강도소재 제조에 적합하다. 상기 방사구금을 통해 동시에 용융방사된 사조는 통상적인 방법과 같이 구금 직하의 사조냉각구간을 통과시키면서 냉각시켜 고화하게 되는데, 토출된 용융상태의 폴리머를 0.43~ 0.45 m/sec의 냉각풍이 형성되는 냉각부를 통과시키면서 고화한다.
이후 제1고뎃롤러, 제2고뎃롤러 및 제3고뎃롤러로 이루어진 연신부에서 연신비 3.84~4.00배로 3단연신하고 오일링을 하고 권취하는데, 연신비 3.84배미만에서는 강도가 약한 문제점이 발생하며, 4.00배를 초과한 경우에는 신도가 떨어지며 단사절이 발생한다. 이렇게 제조된 상기 폴리에스테르 삼각단면필라멘트는 강도6.53~6.70g/d, 신도 16.1~18.96%로서 고강도 Nylon66와 유사한 물성을 발현하면서도 염색성, 후가공성이 용이하며, 치수안정성, 공기투과도 등의 기능성이 우수한 필라멘트로서 본 발명의 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물에 사용하기에 바람직하다.
본 발명의 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법에서는 경·위사로 상기 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트를 사용하는데, 경사로 사용하는 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트를 제직전에 사이징하여 사이징픽업율이 6~6.5%가 되도록 하는 사이징공정을 행한다.
상기 사이징공정은 아크릴계 호제 7.0~8.5중량%, 파라핀계 유제 0.1~0.5중량% 및 잔부로서 물을 함유한 사이징액에서 행하는 것이 원사인 고강도 세섬도 폴리에스테 멀티필라멘트의 밀집을 원활히 하며, 제직시 경사줄발생을 방지할 수 있으며, 경사 사이의 마찰 발생 방지하여 핀사 방지에 바람직하다.
상기 사이징공정 후, 사이징된 고강도 폴리에스테르 멀티필라멘트를 경사로 사용하여 정경을 한 후, 사이징을 하지 않은 고강도 폴리에스테르 멀티필라멘트를 위사로 제직하는 제직공정을 행한다.
상기 제직시 위사장력은 15~25g/本, 경사장력은 4.4~4.8g/本인 것이 모우발생 방지 및 인열강도 증진에 바람직하다.
상기 제직시 조직은 립스탑조직으로서 중량 34g/m2 인 평직과 경사밀도 135개/inch 위사밀도 129개/inch 가 되며, 립갯수는 경사방향으로 8~9개/inch, 위사방향으로 9~10/inch인 것이 낙하산용 직물로서 요구되는 인열강도 증진 및 균일 코팅을 위해 바람직하다.
립스탑조직은 바둑판 형태로 강한 실을 사이사이에 넣어 격자모양을 이루는 것으로서 파열이나 찢어짐에 강하며 찢어지더라도 확대되지 않고 주변에 손상이 없는 조직인데. 본 발명에서는 기본조직인 평직사이로 원사를 2올이상 겹치게 공급하여 쌍올조직이 격자모양을 이루도록 함으로써 립스탑조직을 이루게 한다.
상기 제직후 직물을 직물을 NaOH 5~10g/ℓ, 정련제 3~5g/ℓ 및 잔부로서 물을 함유하는 정련제에 90~100℃, 30~90분간 정련 및 호발하는 정련·호발공정을 행하여 유제와 같은 이물질을 제거한다.
상기 정련·호발공정후 발수제 30~40g/ℓ를 함유하는 처리액에 직물을 디핑하여 텐터에서 처리하는 발수공정을 행하는데, 공기투과도의 최소화를 보조하기 위해 발수제(KF G 7100) 30~40g/ℓ를 함유하는 처리액을 사용하였으며, 텐터 온도 160℃에서 20m/min간 열처리한다.
상기 발수공정후 직물을 카렌더기를 통과시켜 압력 30~40㎏/㎠, 150~160℃하에서 30~40m/분으로 시레처리하는 시레공정을 행하여 롤러의 압력에 의해 직물의 두께를 감소시키는 효과를 부여한다.
상기 시레공정후 직물의 염색 및 코팅을 함께 하기 위해 토너코팅을 행하는데, 코팅액은 폴리우레탄수지와 실리콘수지의 혼합수지 80~100 중량부, 톨루엔 10~30중량부, MEK 5~10중량부, 가교제 1~5중량부, 촉매 1~5중량부, UV차단제 3~5중량부, 염료 3~25중량부를 함유한 코팅액을 사용한다.
상기 폴리우레탄 수지는 80~100 중량부를 함유하도록 하여 직물표면에 필름층을 형성하도록 하여 직물의 공기투과도를 최소화한다. 폴리우레탄 수지가 반대면으로 침투되는 것을 방지하기 위해 수지의 점도가 80,000 ~100,000cps 정도로 고점도의 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 실리콘수지는 상기 폴리우레탄 수지코팅의 취약점인 직물의 인열, 인장 강도 저하를 방지하기 위해 상기 폴리우레탄 수지와 혼합한다.
톨루엔은 수지가 직물반대면으로 침투되는 것을 방지하기 위해 5~10중량부 함유하는 것이 바람직하다.
상기 코팅액을 상기 직물의 양면에 코팅하는데, 픽업율은 10~20%가 되도록 하는 것이 직물의 두께 및 중량을 최소화하여 원단의 경량화에 바람직하다.
코팅 후 인장강도 및 인열강도의 저하 방지를 위해 건조온도를 130~140℃로 하여 건조하여 토너코팅을 완료하여 본 발명의 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물을 제조하게 된다.
그러므로 본 발명에 의하면, 기존의 낙하산용 Nylon66 직물와의 동급 물성을 발현하면서도 염색성, 후가공성이 용이하며, 치수안정성 등의 기능성이 우수한 필라멘트를 사용하여 공기투과도가 낮고 특유의 촉감 및 광택을 가지는 낙하산용 폴리에스테르 직물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의해 제조된 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 표면사진이며,
도 2는 본 발명의 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 원사인 고강도 폴리에스테르 필라멘트의 단면사진이며,
도 3은 본 발명의 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 필라멘트를 제조하기 위한 방사구금단면도이다.
도 2는 본 발명의 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 원사인 고강도 폴리에스테르 필라멘트의 단면사진이며,
도 3은 본 발명의 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 필라멘트를 제조하기 위한 방사구금단면도이다.
다음의 실시예에서는 본 발명의 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물을 제조하는 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
하기 표 1의 물성을 가진 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 표 2의 조건으로 용융시킨 후, 도 2에 도시된 바와 같이 돌기폭(W) 0.06 mm, 돌기길이(L) 0.25 mm인 돌기가 형성되고, 삼각모양의 일변의 길이(A)는 0.433㎜인 각모서리에 돌기가 형성된 삼각모양의 방사구금을 통해 표 2의 조건으로 용융된 폴리머를 토출시키고, 토출된 용융상태의 폴리머를 냉각풍이 형성되는 냉각부를 통과시키면서 고화한 후, 3단연신하고 오일링을 하고 권취하여 표 3의 물성을 가진 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트를 제조하였다.
상기 고강도 폴리에스테르 삼각단면 멀티필라멘트를 제직전 사이징공정을 행하는데, 상기 사이징공정은 아크릴계 호제(동양합성사산, DJA70) 8.5중량%, 파라핀계 유제(동양합성사산, KL-100) 0.5중량% 및 잔부로서 물을 함유한 사이징액에서 사이징픽업율이 6.5%가 되도록 사이징한 후, 상기 사이징된 고강도 폴리에스테르 삼각단면 멀티필라멘트로 정경을 한 후, 평직과 쌍올조직의 비율이 경사방향 및 위사방향으로 14:2가 되며, 경사밀도 135/개/inch 위사밀도 129개/inch 가 되며, 립갯수는 경사방향으로 8~9개/inch, 위사방향으로 9~10/inch가 되도록 Rapier 직기에서 Rip-stop조직으로 제직하였다.
상기 제직후 직물을 표 4의 조건과 같이 처리하여 낙하산용 직물을 제조하였다. 제조된 직물의 물성을 측정하여 표 5에 나타내었다.
[비교예 1]
Nylon 66 30d/10fila 필라멘트를 사용하고 일반적인 가호공정을 행하는 것 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 제직하여 그 물성을 표 5에 나타내었다.
| IV | 1.161 | |
| Oligomer함유량(wt%) | 0.55 | |
| DSC 2nd.R | Tg(℃) | 84.08 |
| Tm(℃) | 247.40 | |
| Color | L | 87.47 |
| a | -2.05 | |
| b | 5.19 | |
| COOH 말단(Equ./106g) | 26 | |
| DEG 함유량(wt%) | 0.82 | |
| TiO2 함유량(ppm) | 247 | |
| 실시예 1 | |
| Extruder온도범위(℃) | 300~330 |
| Extruder압력(Mpa) | 10~11 |
| 방사pack 온도(℃) | 314 |
| 방사pack압력(bar) | 74/138 |
| 유제투입량(rpm) | 22 |
| 냉각속도(sec) | 0.43 |
| mesh | 16 |
| Godet Rool 1 | 1,087 |
| Godet Rool 2 | 4,270 |
| Godet Rool 3 | 4,350 |
| Take-Off Roll | 4,400 |
| 최종연신비(배율) | 4.00 |
| 실시예 1 | |
| 강도(g/d) | 6.53 |
| 신도(%) | 16.1 |
| 공 정 | 기본처방 | 처리조건 | 비 고 | ||
| 설 비 | 조 제 | ||||
| 전처리 | 무장력 Jigger |
NaOH(50%) 10g/l 정련제 3g/l |
98℃×90m/min | ||
| 발 수 | Tenter | KF G 7100 30g/l | 160℃×30m/min | ||
| CIRE | 카렌더기 | 압력 30kg/㎠ | 160℃×30m/min | ||
| 토너 코팅 |
PU TOP 85% + Silicon 15% CIRE면 |
코팅 텐터기 |
T-140 80g/l 톨루엔 30g/l MEK 10g/l PX-200 1g/l UV CUT P 3g/l BLUE GR 25g/l |
0.5mm Knife ×35g/l 160℃×1min |
1회 |
| S-20 80g/l 톨루엔 10g/l MEK 10g/l S50A(가교제) 2g/l S50B(촉매) 1g/l UV CUT P 3g/l SS BLUE 3g/l |
0.5mm Knife ×35g/l 160℃×1min |
||||
| Silicon CIRE 반대면 |
S-20 80g/l 톨루엔 10g/l MEK 10g/l S50A(가교제) 2g/l S50B(촉매) 1g/l UV CUT P 3g/l SS BLUE 3g/l |
0.5mm Knife ×35g/l 160℃×1min |
1회 | ||
| 평가항목 | 실시예 1 | 비교예 1 |
| 중량 | 39g/m2 | 47g/m2 |
| 두께 | 0.06mm | 0.06mm |
| 인열강도 | 47N | 34N |
| 인장강도 | 409N | 402N |
| 공기투과도 | 0.001 | 0.003 |
| 일광견뢰도 | 4급 | 4급 |
| 파열강도 | 1160kPa | 910kPa |
W : 돌기폭 L: 돌기길이
A : 삼각모양의 일변의 길이
A : 삼각모양의 일변의 길이
Claims (5)
- 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트를 제직전 사이징하여 사이징픽업율이 6~6.5%가 되도록 하는 사이징공정,
상기 사이징된 상기 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트로 정경을 한 후, 고강도 폴리에스테르 삼각단면필라멘트를 위사로 제직하는 제직공정,
상기 제직후 직물을 NaOH 5~10g/ℓ, 정련제 3~5g/ℓ 및 잔부로서 물을 함유하는 정련제에 90~100℃, 30~40분간 정련 및 호발하는 정련·호발공정,
상기 정련·호발공정후 발수제 30~40g/ℓ를 함유하는 처리액에 직물을 디핑하여 텐터에서 처리하는 발수공정,
상기 발수공정후 직물을 카렌더기를 통과시켜 압력 30~40㎏/㎠, 150~160℃하에서 30~40m/분으로 시레처리하는 시레공정,
상기 시레공정후 폴리우레탄수지와 실리콘수지의 혼합수지 80~100 중량부, 톨루엔 10~30중량부, MEK 5~10중량부, 가교제 1~5중량부, 촉매 1~5중량부, UV차단제 3~5중량부, 염료 3~25중량부를 함유한 코팅액을 상기 직물의 양면에 코팅하고 건조하는 토너코팅으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 사이징공정은 아크릴계 호제 7.0~8.5중량%, 파라핀계 유제 0.1~0.5중량% 및 잔부로서 물을 함유한 사이징액에서 행하는 것을 특징으로 하는 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제직시 위사장력은 15~25g/本, 경사장력은 4.4~4.8g/本인 것을 특징으로 하는 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제직시 조직은 립스탑조직으로서 립갯수는 경사방향으로 8~9개/inch, 위사방향으로 9~10/inch인 것을 특징으로 하는 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
고유점도 1.0 ~ 1.2 ㎗/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 용융시킨 후, 상기 각모서리에 돌기가 형성된 삼각모양의 방사구금은 돌기폭(W) 0.04~0.06mm, 돌기길이(L) 0.125~0.25 mm인 돌기가 형성되고, 삼각모양의 일변의 길이(A)는 0.217~0.433㎜인 각모서리에 돌기가 형성된 삼각모양의 방사구금을 통해 방사팩 온도 314~316℃, 방사팩압력 135~180bar로 상기 용융된 폴리머를 토출시키고, 토출된 용융상태의 폴리머를 0.43~ 0.45m/sec의 냉각풍이 형성되는 냉각부를 통과시키면서 고화한 후, 연신비 3.84~4.00배로 3단연신하고 오일링을 하고 권취하는 것을 특징으로 하는 낙하산용 고강도 폴리에스테르 직물의 제조방법.
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