KR102310559B1 - 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법 및 이를 활용한 전도성 니트환편 원단의 제조방법 - Google Patents

환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법 및 이를 활용한 전도성 니트환편 원단의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법 및 이를 활용한 전도성 니트환편 원단의 제조방법에 관한 것이다.

Description

환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법 및 이를 활용한 전도성 니트환편 원단의 제조방법 {Manufacturing method of twisted yarn with metal??plated thread and Manufacturing method of circular knitted fabrics using it}
본 발명은 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법 및 이를 활용한 전도성 니트환편 원단의 제조방법에 관한 것이다.
유비쿼터스 시대가 도래하면서 사용자가 항상 신체에 휴대하면서 언제나 사용 가능한 컴퓨팅 기기에 대한 요구가 커지고 있다. 이에 PDA와 같이 손에 들고 사용하는 장치가 보편화되었으며, 더욱 나아가서 사람들의 생활에 가장 밀접한 위치를 차지하는 의류에 컴퓨팅 기능을 통합하려는 시도들이 나타나고 있다. 이미 시장에는 컴퓨팅 능력을 가지고 생활보조 및 건강 기능 모니터링 등의 역할을 담당하는 의류의 개발이 진행 중이다.
웨어러블 컴퓨터(wearable computer)는 사용자가 이동 환경에서 자유자재로 컴퓨터를 사용하기 위하여 소형화, 경량화 하여 신체 또는 의복에 착용할 수 있도록 제작된 컴퓨터이다. 이러한 웨어러블 컴퓨터는 반도체 칩의 소형화 및 전도성 섬유(絲)의 출현으로 의복 형태로 구현하는 것이 가능하게 되었다.
전기전도성 섬유로 전기신호를 전달하는 전자 원단이 개발되어 있는데, 예를 들어, 구리섬유를 직물과 함께 직조하여 전기전도성을 추가하는 기술 등이 개발되어 있다. 이러한 전도성 섬유 또는 원단은 텍스타일 소재로 구성된 스마트 웨어 제품, 스마트 인테리어 제품의 소재로 사용되고 있다. 최근 들어서는 정보통신기술(ICT)을 섬유(의류/패션) 분야에 접목시키는 기술의 발달로 인하여, 전도성이 부여된 텍스타일 소재를 차폐막 소재, 센서 소재, 회로 소재, 발열 소재 등으로 이용하고자 하는 수요가 증가하고 있다.
하지만, 현재까지 연구된 터치/압력센서는 원단을 레이어드(layered) 하여 제작된 컨덴서(capacitor) 형 센서가 대부분이며, 한 장의 전도성 원단으로 된 원단형 센서가 개발된 적은 없다. 또한, 자동차 푸붐 소재로서 텍스타일 형 컨트롤러를 개발한 적도 없다.
전도성 원단을 제조하기 위해서는 우선적으로 원단 제조방법인 제직공정, 편직공정, 자수공정에 사용할 수 있는 전도성 실의 개발이 필요하다.
현재까지 알려진 전도성 실의 제조방법으로는 첫째, 전도성 입자를 섬유에 함유시키거나 또는 실에 분산시켜 복합재료 형태의 실을 제조하는 방법; 둘째, 단섬유 금속사를 방적하여 실을 제조하는 방법; 셋째, 금속사와 합연하여 제조하는 방법; 넷째, 금속도금을 통한 코팅 실을 제조하는 방법 등이 있다. 전도성 원단을 제조하기 위해서는 전도성 실의 강도, 신도, 전기저항 등의 성능이 충분히 확보되어야 한다. 그러나, 첫 번째 복합재료 형태의 실을 제조하는 방법은 실의 전도성이 매우 낮거나, 강도가 약하다는 단점이 있다. 두 번째 단섬유 금속사를 방적하는 방법은 전도성은 높으나 강도 및 신도가 부족하고 표면마찰이 매우 높아 원단 제조 공정에 적용하기 적절하지 않다는 단점이 있다. 세 번째 금속사와 합연하는 방법은 금속사의 강도가 일반실에 비하여 상대적으로 매우 크며, 실에 포함되었을 때, 실의 표면 마찰력이 매우 커질 수 있다. 네 번째 금속 도금을 통한 코팅 실의 제조방법은 강도와 신도, 표면 마찰력 등이 원단 제조 공정에 적용하기에 가장 좋은 특성을 갖고 있으나, 다른 전도성 실 제조방법에 비하여 상대적으로 전도성이 낮다는 단점이 있다.
따라서 전도성 원단의 제조에 적합한 강도, 신도, 전기저항 등의 성능이 충분히 확보된 전도성 실을 제조할 수 있는 기술 개발이 요구되고, 이를 바탕으로 최적화된 원단 제조공정의 개발이 요구된다.
대한민국 등록특허 10??1219733호 "직물형 터치패드 및 이를 이용한 접촉 감지방법"
본 발명은 전도성 환편물 제조에 이용되기에 적합하도록 실의 강도, 신도, 전기저항 등의 성능이 우수한 합연 금속도금실의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 강도, 신도, 전기저항 등의 성능이 우수한 합연 금속도금실을 활용하여 편직된 전도성 니트환편 원단의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기한 전도성 니트환편 원단을 니트형 전극으로 활용하는 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기한 전도성 니트환편 원단을 자동차 헤드라이너의 터치 원단으로 활용하는 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명은 절연성 고분자섬유 표면에 금속이 코팅되어 있는 금속도금실을 꼬임속도 9,000 ~ 11,000 RPM 및 S 또는 Z 꼬임방향으로 합연하여 제조하는 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 합연 전의 금속도금실의 굵기가 65 ~ 75 데니어이고, 합연 후의 금속도금실의 굵기가 130 ~ 200 데니어일 수 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 절연성 고분자섬유 표면에 코팅되는 금속은 구리(Cu), 은(Ag) 또는 이의 혼합금속일 수 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 절연성 고분자섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 나일론(Nylon)일 수 있으며, 상기 절연성 고분자섬유의 굵기가 30 ~ 70 데니어일 수 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 합연된 금속도금실의 굵기가 150 ~ 200 데니어이고, 강도가 50 ~ 200 g/D이고, 신도가 1.5 ~ 2.0 %이고, 전기저항 값이 1 Ω/㎝ 이하일 수 있다.
또한 본 발명은 상기한 과제 해결을 위하여, 절연성 고분자섬유 표면에 금속이 코팅되어 있는 금속도금실을 꼬임속도 9,000 ~ 11,000 RPM 및 S 또는 Z 꼬임방향으로 합연하여 제조된 금속도금실을, 피더 수 70 ~ 130 개, 편직속도 5 ~ 15 RPM의 조건에서 환편 공정으로 편직하여 제조하는 전도성 니트환편 원단의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 과제 해결을 위하여, 상기에서 제조된 전도성 니트환편 원단을 니트형 전극으로 활용하는 용도를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 과제 해결을 위하여, 상기에서 제조된 전도성 니트환편 원단을 자동차 헤드라이너용 터치 원단으로 활용하는 용도를 제공한다.
본 발명이 제공하는 합연 금속도금실은 금속이 표면으로 돌출되어 있지 않아 표면 거칠기를 낮고 표면촉감이 우수하고, 이를 활용하여 제조된 니트환편 원단 역시 표면 촉감이 우수하다.
본 발명이 제공하는 전도성 니트환편 원단은 1 장의 전도성 원단으로 된 원단형 센서로 유용하다. 이러한 전도성 원단은 텍스타일 센서가 내장된 니트원단으로 활용이 가능한데, 구체적으로는 자동차의 필라트림, 도어트림, 가니쉬, 헤드라이너 등의 소재로 유용하다.
도 1은 금속도금실의 사진이다.
도 2는 합연 금속도금실 사진과 이를 활용하여 제조된 전도성 니트환편 원단의 사진이다.
도 3은 환편기를 이용하여 대형 터치 원단을 제조하는 과정을 설명하고 있는 사진이다.
도 4는 헤드라이너 부품의 제작과정을 보여주는 공정도이다.
도 5는 헤드라이너 부품의 단면 구조를 보여주는 개략도이다.
도 6은 헤드라이너 성형품 사진이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예를 근거로 보다 구체적으로 설명하겠는 바, 하기 실시예는 일 구현예로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 합연 금속도금실의 제조
합연 금속도금실은 절연성 고분자섬유 표면에 금속이 코팅되어 있는 금속도금실을 활용하여, 꼬임속도 9,000 ~ 11,000 RPM 및 S 또는 Z 꼬임방향으로 합연하여 제조한다.
도 1은 합연에 사용되는 금속도금실 실물 사진이다. 상기 금속도금실은 절연성 고분자섬유 표면에 금속이 코팅되어 있다.
이때, 절연성 고분자섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 나일론(Nylon)이 대표적인 절연소재로 사용될 수 있으며, 절연성 고분자섬유의 굵기가 30 ~ 70 데니어인 것으로 사용할 수 있다. 절연성 고분자섬유의 굵기가 30 데니어 미만으로 얇아지면 합연된 금속도금실의 강도가 50 g/D 미만으로 낮아질 수 있다. 반대로, 절연성 고분자섬유의 굵기가 70 데니어를 초과하면 강도와 신도에는 문제가 없으나 합연된 금속도금실의 굵기가 140 데니어를 초과하여 환편기의 피딩(feeding) 과정에서 실의 엉킴 발생으로 실이 절단될 수 있다.
상기 절연성 고분자섬유 표면에 코팅되는 금속은 구리(Cu), 은(Ag) 또는 이의 혼합금속이 사용될 수 있다.
상기 합연공정에서 꼬임속도가 9,000 RPM 미만으로 낮으면, 섬유간 공간이 생김으로써 환편물 제조 시에 전극간 저항이 1 Ω/cm (범용적인 전도성 원단에 요구되는 한계 전기저항 값)를 초과하는 문제가 있을 수 있다. 이에 반하여, 꼬임속도가 11,000 RPM을 초과하면 금속도금실 간의 마찰력에 의하여 합사 과정 중에 실의 절단이 있을 수 있다.
상기한 조건에서 합연공정을 마치게 되면, 합연된 금속도금실은 강도가 50 ~ 200 g/D이고, 신도가 1.5 ~ 2.0 %이며, 전기저항 값이 1 Ω/㎝ 이하(바람직하기로는 0.09 ~ 0.1 Ω/㎝)로서 전도성 원단 제조에 적합한 물성을 보유하게 된다.
하기 표 1에는 본 발명이 제안하는 바대로 나일론 섬유의 표면에 은이 코팅되어 있는 금속도금실(70 데니어)을 11,000 RPM 및 S 꼬임방향으로 합연하여 제조한 합연 금속도금실(140 데니어)의 전기저항 값을 측정한 결과를 나타내었다.
10회 측정한 전기저항 값 (Ω/cm)
구분 1회 2회 3회 4회 5회 6회 7회 8회 9회 10회
합연 금속도금실 0.075 0.082 0.084 0.076 0.083 0.077 0.079 0.076 0.082 0.079
100% 스테인리스 금속사 평균 약 0.082 Ω/cm
10회 측정된 평균 전기저항 값에 있어, 본 발명이 제안하는 합연 금속도금실은 0.079 Ω/cm 이었다. 합연 금속도금실은 100% 스테인리스 금속사와 유사할 정도로 전기저항 값이 낮았으며, 합연 금속도금실은 스테인리스 금속사에 대비하여 무게가 가볍다는 장점이 있어 경량화 제품 제작에 유리함을 알 수 있다. 또한, 합연 금속도금실은 금속복합사에 비교하여서는 전기저항 값이 현격하게 감소되었으며, 금속복합사는 표면이 거칠어서 감성 특성이 낮은데 반하여 합연 금속도금실은 표면이 매끈하고 촉감이 우수하다는 장점이 있다.
실시예 2. 전도성 니트환편 원단의 제조
환편직 공정을 이용하여 전도성 니트환편 원단을 제조한다. 구체적으로 금속도금실을 피더(feeder) 수 70 ~ 130개, 편직속도 5 ~ 15 RPM의 조건에서 환편 공정을 실시하여 제조한다.
상기 환편 공정에 적용되는 금속도금실은 강도가 50 ~ 200 g/D이고, 신도가 1.5 ~ 2.0 %이고, 전기저항 값이 1 Ω/㎝ 이하의 우수한 물성을 보유하고 있다. 또한, 상기 금속도금실은 굵기가 10 ~ 200 데니어인 것을 사용하는데, 실의 무게가 200 데니어를 초과하면 피더(feeder)의 허용 굵기를 초과하게 되어 피딩(feeding)이 불가할 수가 있다.
상기한 조건에서 환편 공정을 마치게 되면, 전기저항 값이 1 Ω/㎝ 이하(구체적으로는 0.1 ~ 1 Ω/㎝)인 전도성 니트환편 원단을 제조할 수 있다.
도 2에는 합연 금속도금실 사진과 이를 활용하여 제조된 전도성 니트환편 원단의 사진을 첨부하였다.
또한, 도 3에는 환편기(TOPKNIT, KEUM YOUNG 사)를 사용하여 파이더 수 96개, 편직속도 8 ~ 10 RPM, 빔당 정경시간 45 분의 조건으로 편직하여, 폭이 2.1 m인 대형 터치 원단을 제조한 결과를 사진으로 나타내었다. 종래 방법에 의하면 합연사의 절단으로 인하여 장폭의 원단을 제조하는 것은 불가하였다.
이에 반하여, 본 발명에서는 2.1 m의 장폭의 니트환편 원단을 제조하는 것이 가능하고, 또한 1 장으로 된 전도성 원단을 원단형 센서로 직접 활용될 수 있다. 상기 원단형 센서는 구체적으로 전극, 또는 자동차 부품 소재(필라트림, 도어트림, 가니쉬, 헤드라이너 등)로 활용될 수 있다.
실시예 3. 니트형 전극으로 활용
본 발명이 제안하는 니트환편 원단은 면저항이 약 5.5 Ω/□ 및 감성 특성이 우수하므로 원단형 센서로 직접 활용할 수 있다.
실시예 4. 자동차 부품 소재로 활용
본 발명이 제안하는 니트환편 원단을 활용하여 헤드라이너 제품을 제작하였다.
도 4에는 헤드라이너 부품의 제작과정에 대한 공정도를 첨부하였다. 도 4에 의하면, 원단의 한 면에 전착필름을 도포하는 과정; 상층부를 예열하는 과정; 열 압착하는 과정; 및 성형과정을 포함하여 이루어진다.
도 5에는 제조된 헤드라이너 부품의 단면 구조가 도시되어 있는데, 본 발명이 제안하는 니트환편 원단은 헤드라이너 부품의 표피부의 터치 원단으로 활용됨을 확인할 수 있다.
도 6에는 니트환편 원단을 표피부의 터치 원단으로 활용하여 제작된 헤드라이너 성형품의 사진을 첨부하였다.

Claims (16)

  1. 절연성 고분자섬유 표면에 금속이 코팅되어 있는 금속도금실을 꼬임속도 9,000 ~ 11,000 RPM 및 S 또는 Z 꼬임방향으로 합연하여 제조하고,
    합연 전의 금속도금실의 굵기가 65 내지 75 데니어이고,
    합연 후의 금속도금실의 굵기가 130 내지 200 데니어인 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    절연성 고분자섬유 표면에 코팅되는 금속은 구리(Cu), 은(Ag) 또는 이의 혼합금속인 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    절연성 고분자섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 나일론(Nylon) 소재로 된 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    절연성 고분자섬유의 굵기가 30 ~ 70 데니어인 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법.
  7. 제 1 항, 제4항 내지 제 6 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    합연된 금속도금실의 굵기가 10 ~ 200 데니어이고, 강도가 50 ~ 200 g/D이고, 신도가 1.5 ~ 2.0 %인 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법.
  8. 제 1 항, 제4항 내지 제 6 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    합연된 금속도금실의 전기저항 값이 1 Ω/㎝ 이하인 환편 편직용 합연 금속도금실의 제조방법.
  9. 절연성 고분자섬유 표면에 금속이 코팅되어 있는 금속도금실을 꼬임속도 9,000 ~ 11,000 RPM 및 S 또는 Z 꼬임방향으로 합연하여 제조된 금속도금실을,
    피더 수 70 ~ 130개, 편직속도 5 ~ 15 RPM의 조건에서 환편 공정으로 편직하여 제조하고,
    합연 전의 금속도금실의 굵기가 65 내지 75 데니어이고,
    합연 후의 금속도금실의 굵기가 130 내지 200 데니어인 전도성 니트환편 원단의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    금속도금실은 굵기가 10 ~ 200 데니어이고, 강도가 50 ~ 200 g/D이고, 신도가 1.5 ~ 2.0 %인 전도성 니트환편 원단의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 합연 금속도금실의 전기저항 값이 1 Ω/㎝ 이하인 전도성 니트환편 원단의 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속도금실의 표면에 코팅된 금속이 구리(Cu), 은(Ag) 또는 이의 혼합금속인 전도성 니트환편 원단의 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속도금실을 구성하는 고분자섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 나일론(Nylon) 소재로 된 전도성 니트환편 원단의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고분자섬유의 굵기가 30 ~ 70 데니어인 전도성 니트환편 원단의 제조방법.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중에서 선택된 어느 한 항의 방법으로 제조된 니트환편 원단을 활용하여 제조된 니트형 전극.
  16. 제 9 항 내지 제 14 항 중에서 선택된 어느 한 항의 방법으로 제조된 니트환편 원단을 활용하여 제조된 자동차 헤드라이닝용 터치 원단.
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