KR20170135376A - 가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법 - Google Patents

가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법 Download PDF

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Abstract

가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법은 PET 및 무기 세라믹 입자를 복합방사하여 무기 세라믹 입자가 혼입된 심사 및 PET 초사 구조를 갖는 시스-코어 구조의 광발열 필라멘트사를 제조하는 단계; 상기 시스-코어 구조의 광발열 필라멘트사와 이종의 원사를 복합 가공하여 광발열 복합 필라멘트사를 제조하는 단계; 및 상기 광발열 복합 필라멘트사를 경사 및 위사 중 적어도 하나에 포함하는 광발열 원단을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 무기 세라믹 입자의 크기는 1 내지 3 마이크로미터이며, 상기 무기 세라믹 입자의 심사 혼입도는 0.5 내지 1.5 %일 수 있다.

Description

가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법{manufacturing method of heat generating fabric in response to visible light}
본 발명은 광발열 원단 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가시광선에 반응하여 광발열 기능을 수행할 수 있는 광발열 원단을 제조하는 기술에 관한 것이다.
최근 지구온난화로 인한 기상이변이 속출하는 가운데, 전 세계적으로 친환경 제품개발에 대한 노력이 증가하고 있으며, 기후변화협약 및 교토의정서와 같은 범세계적인 환경 대응 법규 정비 및 실천 활동이 그 대표적인 예라 할 수 있는데, 섬유 선진국인 일본에서도 대기업의 발열소재에 관련된 신제품 개발에 박차를 가하고 있다.
정부에서는 온난화현상으로 인한 기후변화를 대처하기 위하여 이산화탄소의 발생을 저감시키고, 에너지를 절감할 수 있는 새로운 신소재의 개발을 요구하고 있는 실정임. 이에 즈음하여 국내 화섬메이커들이 원사를 이용한 방법과 후가공 기술을 이용한 기술을 접목하여신개념의 광발열 소재의 제품을 개발하기 시작하고 있다.
현재 국내에 출시되고 있는 다양한 형태의 광발열 섬유의 제품들은 탄화지르코늄과 산화지르코늄에 의해서 태양광의 95%인 적외선, 가시광선 이상의 단파장 영역에서 흡수율이 높은 물질로 태양광을 열에너지로 전환하여 축열하는 원리를 이용하여 흡수되는 광을 열에너지로 변환하고 있다.
발열 및 보온기능을 갖는 기존 기술로는 중공사, CNT dot 형태나 PCM 가공, 열전사 필름 등을 활용하여 왔으나, 발열영역이 적외선(IR) 파장 Zone에 일어나고, 세탁 및 마찰 등에 의해 내구성이 급격히 저하되는 경향이 있어, 광발열소재의 제품화가 이루어지지 않고 있는 실정이다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 코어 부분에 광발열 기능을 수행할 수 있는 무기 세라믹 입자를 혼입하여 가시광선 영역의 광에너지를 열에너지로 변환하여 의복내 온도 상승 효율이 높음과 동시에 세탁 및 마찰 등에도 높은 내구성을 가지는 광발열 원단 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법은, PET 및 무기 세라믹 입자를 복합방사하여 무기 세라믹 입자가 혼입된 심사 및 PET 초사 구조를 갖는 시스-코어 구조의 광발열 필라멘트사를 제조하는 단계; 상기 시스-코어 구조의 광발열 필라멘트사와 이종의 원사를 복합 가공하여 광발열 복합 필라멘트사를 제조하는 단계; 및 상기 광발열 복합 필라멘트사를 경사 및 위사 중 적어도 하나에 포함하는 광발열 원단을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 무기 세라믹 입자의 크기는, 1 내지 3 마이크로미터의 크기를 가지며,상기 무기 세라믹 입자의 심사 혼입도는 0.5 내지 1.5 %일 수 있다.
상기 광발열 필라멘트사는 SDY(Spindle Drawn Yarn)이며, 상기 이종의 원사는 상기 광발열 필라멘트사에 비하여 더 얇고 꼬임수는 더 많은 것이 바람직하다.
상기 복합 가공은 상기 광발열 필라멘트사와 상기 이종의 원사에 대한 ITY(Interlacing Textured Yarn) 가공일 수 있다. 이때, 상기 이종의 원사는 N/P(Nylon Polyester) 분할사이거나 CDY(Cation Dyeable Polyester) 원사일 수 있다.
본 발명에 따른 가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법에 따르면, 코어 부분에 광발열 기능을 수행할 수 있는 무기 세라믹 입자를 혼입하여 가시광선 영역의 광에너지를 열에너지로 변환하여 의복내 온도 상승 효율이 높음과 동시에 세탁 및 마찰 등에도 높은 내구성을 가지는 광발열 원단을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가시광선 반응형 복합 필라멘트사를 이용한 광발열 원단 제조되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가시광선 반응형 시스-코어 필라멘트사 방사 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 시스-코어 필라멘트사의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제조된 가시광선 반응형 시스-코어 필라멘트사의 발열 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 시스-코어 필라멘트사의 단면 사진 및 필라멘트의 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 광발열 복합 필라멘트사의 제조 과정을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 복합 필라멘트사의 실제 자신을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따라 가시광선 반응형 광발열 원단이 제조되는 과정을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 광발열 원단의 발열 성능을 측정하기 위한 챔버의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 광발열 원단의 시험성적서의 일부이다.
본 발명과 본 발명의 동작상 또는 기능상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가시광선 반응형 복합 필라멘트사를 이용한 광발열 원단 제조되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
먼저, PET 및 무기 세라믹 입자를 복합 방사하여, 심사(core)에 무기 세라믹 입자가 혼입되어 있고 초사(sheath)는 PET인 시스-코어 구조의 광발열 필라멘트사를 제조한다(S100). 여기서, 무기 세라믹 입자는 탄화지르코늄 입자, 산화지르코늄 입자 등 가시광선에 반응하여 열변환을 통한 축열기능을 수행할 수 있는 입자이다. 한편, 무기 세라믹 입자의 종류가 상술한 예들로 한정되는 것은 아니다.
그리고 무기 세라믹 입자는 그 크기가 1마이크로 미터 내지 3 마이크로미터일 수 있다. 입자의 크기가 너무 작은 경우에는 축열능력이 약할 수 있고 그 크기가 너무 큰 경우에는 심사나 초사에서 돌출되어 방사 후 가공 공정에서 장비에 대한 마찰로 장치의 내구성을 약화시키는 문제점이 발생될 수 있기 때문이다.
무기 세라믹 입자의 심사에서의 혼입도는 약 1% 정도일 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 1.5%일 수 있다. 무기 세라믹 입자의 심사에서의 평균 분포 거리는 약 2 마이크로 미터 가량이 적당하다. 이는 무기 세라믹 입자의 혼입도가 높거나 분포 거리가 가까울수록 축열 능력은 높아지나 필라멘트사의 내구성이나 강도가 약해질 수 있음을 고려한 것이다.
그리고 S100 단계에서 제조된 광발열 필라멘트사와 이종의 원사를 복합 가공하여 광발연 특성을 갖는 광발열 복합 필라멘트사를 제조한다(S110). 여기서, 상기 광발열 필라멘트사는 SDY(Spindle Drawn Yarn) 또는 DTY(Draw Textured Yarn)일 수 있다.
이때, 상기 이종의 원사는 상기 광발열 필라멘트사에 비하여 더 얇고 꼬임수는 더 많은 것이 바람직하다. 왜냐하면 그럴수록 연사 등의 복합 가공을 하였을 경우, 이종의 원사는 광발열 필라멘트사의 내부로 파고들고 광발열 필라멘트사는 광발열 복합 필라멘트사의 표면에 드러날 가능성이 높아져 가시광선에 대한 축열 성능이 높아질 수 있기 때문이다.
한편, 상기 복합 가공은 상기 광발열 필라멘트사와 상기 이종의 원사에 대한 ITY(Interlacing Textured Yarn) 가공일 수 있다. 이러한 ITY 가공은 공기로 일정 거리마다 공기에 의하여 필라멘트사 간의 묶음이 형성되는데 이러한 구조는 가시광선에 대한 노출 정도를 높이게 되며, 그 결과 가시광선에 대한 축열 기능을 향상시키게 된다.
상기 이종의 원사는 N/P(Nylon Polyester) 분할사이거나 CDY(Cation Dyeable Polyester) 원사일 수 있다. 이러한 이종의 원사가 복합 가공될 경우, 상기 광발열 복합 필라멘트사의 보온 성능이 극대화될 수 있을 뿐만 아니라 착용감이 높아짐과 동시에 세탁과 마찰에 대한 견뢰도 역시 향상될 수 있다.
그런 다음 S110 단계에서 제조된 광발열 복합 필라멘트사를 경사 및 위사 중 적어도 하나에 포함하는 광발열 원단을 제조한다(S120). 이 과정에서는 특히 광발열 필라멘트사에 대한 정경 작업에서의 싸이징 작업 시 가시광선 투과율 감소를 최소화시킬 수 있는 풀을 이용하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 가시광선 반응형 시스-코어 필라멘트사 복합 방사 장치(100)의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 상기 복합 방장치(100)는 제1 및 제2 압출기(extruder, 110 및 120), 제1 및 제2 기어 펌프(130 및 140), 스핀 블락(150), 제1 및 제2 롤러(160 및 170) 및 와인더(winder, 180)를 포함한다.
도 2에 도시된 복합 방사 장치(100)는 본 발명의 일예에 따른 것일뿐이며, 본 발명에 따른 복합 방사 장치는 도 2에 도시된 구성요소 이외의 다른 구성요소를 가질 수도 있고 도 2에 도시된 구성요소를 포함하지 않을 수도 있다. 이하에서는 상기 구성요소들에 대해 보다 상세히 살펴본다.
PET는 상기 제1 압출기(110)에서 용융되어 압출된 다음 제1 기어 펌프(130)를 경유하여 상기 스핀 블락(150)으로 전달되며, 무기 세라믹 입자는 상기 제2 압출기(120)와 상기 제2 기어 펌프(140)를 경유하여 상기 스핀 블락(150)으로 전달된다.
그러면 PET 및 무기 세라믹 입자가 스핀 블락(152)에서 복합 방사되어 출력된 다음 공기에 의하여 냉각되며, 그런 다음 상기 제1 및 제2 롤러(160 및 170)를 거쳐 와인터(180)에 감김으로써 최종적으로 광발열 필라멘트사가 제조된다.
한편, 도 2에 도시되지는 않았으나 상기 복합 방사 장치(100)는 복합 방사되는 필라멘트사에 일정한 꼬임을 주는 가공을 수행할 수 있다. 이와 같이 상기 광발열 필라멘트사는 방사 과정에서 일정한 꼬임이 가해진 SDY(Spindle Drawn Yarn) 또는 DTY(Draw Textured Yarn)일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 시스-코어 구조의 광발열 필라멘트사(200)의 구조를 나타내는 개념도이다. 도 3을 참조하면 상기 시스-코어 필라멘트사(200)는 PET로 구성된 초사(210) 및 PET에 무기 세라믹의 일종인 탄화지르코늄이 혼입된 코어(220)로 구성될 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 제조된 가시광선 반응형 시스-코어 광발열 필라멘트사의 발열 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4의 (a)는 가시광선이 조사되어 상기 광발열 필라멘트사의 심사에 혼입된 무기 세라믹 입자에 의하여 광변환 축열 기능이 개시되는 것을 나타내며, 도 4의 (b)는 무기 세라믹 입자에 축열도 열에 의한 광발열로 섬유의 온도가 3 내지 5도 상승되는 것을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 시스-코어 광발열 필라멘트사의 단면 사진 및 필라멘트의 확대도이다. 도 5의 (a)를 참조하면 본 발명에 따라 제조된 시스-코어 광발열 필라멘트사가 75데니어 굵기에 48개의 필라멘트로 구성될 수 있음을 알 수 있다. 그리고 도 5의 (b)를 참조하면 상기 시스-코어 필라멘트사를 이루는 필라멘트의 심사에는 탄화지르코늄 입자가 혼입되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, 광발열 필라멘트사의 다른 예는 50데니어 굵기에 36개의 필라멘트로 구성된 것일 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 광발열 복합 필라멘트사의 제조 과정을 나타낸다. 도 6을 참조하면 상기 광발열 복합 필라멘트사는 크릴에 감긴 광발열 필라멘트사와 이종의 원사가 제1 히터를 경유하여 가연된 다음(디스크 타입) 제2 히터를 경유하여 와인더에 권취됨으로써 제조될 수 있음을 알 수 있다. 한편, 가연 가공은 벨트 타입 가연일 수도 있다. 그러나 본 발명의 범위가 상술한 예들로 한정되는 것은 아니다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 복합 필라멘트사의 실제 자신을 나타낸다.
도 7의 (a)는 광발열 필라멘트사와 이종의 원사가 ITY(InTerlaced Yarn) 가공되어 본 발명에 따른 광발열 복합 필라멘트사가 제조된 것을 나타낸다, 한편 상기 이종의 원사는 N/P 분할사 또는 CDP 원사일 수 있다. 이러한 경우 상기 광발열 복합 필라멘트사의 보온 기능 및 착용감이 증가됨과 동시에 내구성 및 견뢰도가 향상될 수 있다.
도 7의 (b)는 광발열 필라멘트사와 이종의 원사가 가연 가공되어 본 발명에 따른 광발열 복합 필라멘트사가 제조된 것을 나타낸다. 한편, 상기 이종의 원사는 상기 광발열 필라멘트사에 비하여 얇고 꼬임 수가 많은 것이 바람직한데, 이는 앞서 살펴본 바와 같이 상기 광발열 필라멘트사 내부로 파고들어 상기 광발열 복합 필라멘트사의 광변환 효율을 높일 수 있기 때문이다.
도 8은 본 발명에 따라 가시광선 반응형 광발열 원단이 제조되는 과정을 나타낸다. 도 8을 참조하면 상기 광발열 원단은 경사 싸이징(sizing) 과정, 경사 연사 과정을 포함하는 정경 과정, 위사 제조 공정, 통경 작업 후 제직 과정에 따라 제조될 수 있음을 알 수 있다. 상기 경사 싸이징 과정은 투입된 원사에 대한 싸이징 후 비밍함으로써 이루어질 수 있다, 상기 경사 연사 과정은 합사 후 연사를 거쳐 최종적으로 연사를 정경함으로써 수행될 수 있다. 상기 위사 제조 과정은 합사, 연사 및 점보 공정으로 이루어질 수 있다,
도 9는 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 광발열 원단의 발열 성능을 측정하기 위한 챔버의 구조를 나타내는 개념도이다. 도 9를 참조하면 상기 챔버는 발열 전구와 온도계 및 시료 고정판이 부착된 시료 거치대을 포함하는 것을 알 수 있다.
도 10 내지 도 13은 본 발명에 따라 제조된 가시광선 반응형 광발열 원단의 시험성적서의 일부이다. 참고로, 상기 시험 시료 중 홀수 시료는 본 발명에 따라 제조된 광발열 복합 필라멘트사를 포함하는 광발열 원단이며 짝수 시료는 이와 동일 또는 유사 스펙을 갖는 비교 대상 원단이다. 시험 결과를 참조하면 특히 제1 및 제7 시료의 경우에는 비교 대상 원단에 비하여 5도 이상 더 높은 온도 상승 성능을 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도면으로 첨부되지는 않았으나 다른 시료들 역시 적어도 5도의 온도 상승 성능을 가진다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 복합 방사 장치 110, 120: 압출기
130, 140: 기어 펌프 150: 스핀 블락
160, 170: 롤러 180; 와인더
200: 광발열 필라멘트사 210: 초사
220:심사

Claims (5)

  1. PET 및 무기 세라믹 입자를 복합방사하여 무기 세라믹 입자가 혼입된 심사 및 PET 초사 구조를 갖는 시스-코어 구조의 광발열 필라멘트사를 제조하는 단계;
    상기 시스-코어 구조의 광발열 필라멘트사와 이종의 원사를 복합 가공하여 광발열 복합 필라멘트사를 제조하는 단계; 및
    상기 광발열 복합 필라멘트사를 경사 및 위사 중 적어도 하나에 포함하는 광발열 원단을 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 무기 세라믹 입자의 크기는, 1 내지 3 마이크로미터이며,
    상기 무기 세라믹 입자의 심사 혼입도는, 0.5 내지 1.5 %인 것을 특징으로 하는, 가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광발열 필라멘트사는,
    SDY(Spindle Drawn Yarn)이며,
    상기 이종의 원사는,
    상기 광발열 필라멘트사에 비하여 더 얇고 꼬임수는 더 많은 것을 특징으로 하는, 가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복합 가공은,
    상기 광발열 필라멘트사와 상기 이종의 원사에 대한 ITY(Interlacing Terxtured Yarn) 가공인 것을 특징으로 하는, 가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이종의 원사는,
    N/P(Nylon Polyester) 분할사인 것을 특징으로 하는, 가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 이종의 원사는,
    CDY(Cation Dyeable Polyester) 원사인 것을 특징으로 하는, 가시광선 반응형 광발열 원단 제조 방법.
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