KR20240000064A - 다양한 외부자극에 의해 변색이 가능한 복합섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변색이 가능한 복합섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열변색 안료 및 탄성 고분자를 포함하는 탄성 중공섬유의 중공에 액체 금속이 채워짐으로써, 열, 전기적 신호, 기계적 외부 자극 등과 같은 다양한 외부자극에 의해 변색이 가능한 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 열변색 안료 및 탄성 고분자를 포함하는 중공섬유, 상기 탄성 중공섬유의 중공에 채워진 액체 금속, 일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출된 금속 와이어 및 상기 탄성 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개를 포함한다.

Description

다양한 외부자극에 의해 변색이 가능한 복합섬유 및 이의 제조방법{COMPOSITE FIBER CAPABLE OF DISCOLORATION BY VARIOUS EXTERNAL STIMULI AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 변색이 가능한 복합섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열변색 안료 및 고분자를 포함하는 중공섬유의 중공에 액체 금속이 채워짐으로써, 열, 전기적 신호, 기계적 외부 자극 등과 같은 다양한 외부자극에 의해 변색이 가능한 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 열변색 안료(Thermochromic pigment)를 포함하는 열변색 섬유는 웨어러블, 전자 제품, 전자 섬유 및 소프트 로봇 분야에 유용하게 사용되고 있다.
상기 열변색 안료는 산화 환원 메커니즘에 의해 색상 변화를 유발할 수 있다. 구체적으로, 상기 열변색 안료는 온도가 올라가 소정 온도 이상이 되면 색상이 없어지기 시작했다가 다시 온도가 내려가면 본래의 색상(유색)으로 되돌아가는 온도 변색성 안료이다.
한편, 상기 기존 변색 소재는 2차원 필름으로 제작되어, 섬유를 활용한 다양한 2, 3차원 전자제품 제작이 어려운 문제점을 가지고 있다. 또한, 견고한 전도성 필러에 활용될 경우, 기계적 변형이 자유롭지 못하다는 단점을 가지고 있다.
또한, 기존의 전도성 섬유는 유연성이 요구되는 전자의류 및 전자소재 개발을 위하여 사용되는 소재이다. 또한, 기존에 사용되는 금속 와이어의 경우 전도성, 형태안정성 및 내구성 등에서는 안정적인 성질을 보이지만 새롭게 개발되는 플렉서블 디스플레이 등 유연성을 요구하는 소재에는 활용이 불가능한 단점이 있다.
따라서, 상기와 같은 배경 하에, 최근에는 전기 전도성 및 초신축성과 같은 다양한 물성을 가지면서 외부자극에 의하여 변색이 가능한 새로운 복합 섬유 소재의 연구가 진행되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0083987호 대한민국 공개특허공보 제1999-0010032호
본 발명은 전기 전도성 및 초신축성과 같은 다양한 물성을 가지면서 다양한 외부자극에 의해 변색이 가능한 복합섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따른 변색이 가능한 복합섬유는 열변색 안료 및 탄성 고분자를 포함하는 탄성 중공섬유, 상기 탄성 중공섬유의 중공에 채워진 액체 금속, 일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출된 금속 와이어 및 상기 탄성 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개를 포함한다.
상기 탄성 중공섬유는 상기 열변색 안료 0.5 ~ 2.0중량% 및 상기 고분자 98 ~ 99.5중량%를 포함할 수 있다.
상기 탄성 고분자는 천연 고무, 발포 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 우레탄 고무, 클로로프렌 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 클로로술폰화된 폴리에틸렌 고무, 폴리술피드 고무, 아크릴레이트 고무, 에피클로로히드린 고무, 아크릴로니트릴 에틸렌 고무, 우레탄 고무, 폴리스티렌계 탄성 중합체, 폴리올레핀계 탄성 중합체, 폴리염화비닐계 탄성 중합체, 폴리우레탄계 탄성 중합체, 폴리에스테르계 탄성 중합체 및 폴리아미드계 탄성 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 액체 금속은 비저항이 3.0X10-7 Ωm 이하이고, 용융점이 30℃ 이하일 수 있다.
상기 액체 금속은 갈륨 또는 갈륨을 포함하는 합금일 수 있다.
상기 마개는 에폭시 수지가 경화된 것일 수 있다.
상기 탄성 중공섬유의 길이 방향에 따라 상기 중공에 복수 개의 액체 금속이 채워질 수 있다.
상기 복수 개의 액체 금속은 서로 열전도도, 전기전도도, 녹는점 중 적어도 어느 하나가 상이한 것들일 수 있다.
상기 탄성 중공섬유는 2 이상의 상기 열변색 안료를 포함하고, 상기 열변색 안료는 서로 온도에 따른 색발현 정도가 상이한 것들일 수 있다.
상기 탄성 중공섬유는 길이 방향에 따라 일정 간격으로 구획되는 복수 개의 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 영역은 서로 다른 상기 열변색 안료를 포함하여 색발현 정도가 상이할 수 있다.
상기 복합섬유의 직경은 400 ~ 2,000 μm 이며, 영률(Young's modulus)은 0.1 ~4 MPa 이하이고, 연실율이 600% 이상인 것일 수 있다.
상기 복합섬유는 외부자극에 의하여 변색 가능하며, 상기 외부자극은 열, 전기적 신호, 기계적 외부 자극 중 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 변색이 가능한 복합섬유는 열변색 안료 및 형상기억 고분자(shape memory polymers, SMPs)를 포함하는 중공섬유, 상기 중공섬유의 중공에 채워진 복수 개의 액체 금속, 일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출된 금속 와이어 및 상기 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개를 포함하며, 상기 중공섬유는 길이 방향에 따라 일정 간격으로 구획되는 복수 개의 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 영역은 녹는점이 서로 다른 상기 2 이상의 상기 액체 금속을 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법은 열변색 안료 및 탄성 고분자 섬유를 포함하는 탄성 중공섬유를 준비하는 단계, 상기 탄성 중공섬유의 중공에 액체 금속을 주입하는 단계 및 일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출되도록 금속 와이어를 삽입하는 단계 및 상기 탄성 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개를 설치하는 단계를 포함한다.
상기 탄성 중공섬유를 준비하는 단계는, 상기 열변색 안료 및 상기 고분자 섬유를 혼합하여 시트를 제조하는 단계, 원통형의 롤러(Roller) 표면에 상기 시트를 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계, 상기 코팅층을 열처리하여 경화시키는 단계; 및 상기 롤러를 제거하여 상기 탄성 중공섬유를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 롤러는 그 표면이 접착방지제로 처리될 수 있다.
상기 시트를 제조하는 단계는, 상기 열변색 안료 0.5 ~ 2.0중량% 및 상기 탄성 고분자 98 ~ 99.5중량%를 혼합하는 것이고, 상기 시트는 20 ~ 40 ℃ 온도 및 0.01 ~0.1 MPa의 진공상태에서 10 ~ 30분 동안 탈포 처리한 것일 수 있다.
상기 경화시키는 단계는, 90 ~ 120 ℃ 온도에서 1 ~ 3 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 탄성 중공섬유의 길이 방향에 따라 상기 중공에 복수 개의 액체 금속이 채워질 수 있다.
상기 복수 개의 액체 금속은 서로 열전도도, 전기전도도, 녹는점 중 적어도 어느 하나가 상이한 것이며, 상기 상이한 액체 금속을 교대로 하여 주입할 수 있다.
상기 시트를 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계는, 온도에 따라 발현되는 색이 상이한 열변색 안료가 포함된 각각의 탄성 중공섬유를 상기 롤러에 표면에 구간별로 상이하게 코팅할 수 있다.
본 발명에 따른 복합섬유는 발명은 600% 이상의 초신축성을 가지면서, 열, 전기적 신호, 기계적 외부 자극 등과 같은 다양한 외부자극에 의해 변색이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 복합섬유는 전기 전도성 및 초신축성을 가지면서 외부자극에 의하여 변색이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 복합섬유는 웨어러블, 전자 제품, 전자 섬유 및 소프트 로봇 분야에 유용하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 따른 600% 이상으로 신축이 가능하면서, 열, 전기적 신호, 기계적 외부 자극 등과 같은 다양한 외부자극에 의해 변색이 가능한 복합섬유의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1a은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 단면 모식도이다.
도 1b은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성 중공섬유에 중공에 액체 금속이 채워지기 전의 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 단면 모식도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 단면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 6 내지 도 10은 복합섬유의 제조방법의 각 단계 별로 나타낸 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 28은 본 발명의 실시예에 따른 탄성 중공섬유의 특성을 측정 및 분석한 결과이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
제1 실시예
본 발명의 제1 실시예에 따른 다양한 외부자극에 의해 변색이 가능한 복합섬유에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도 1a은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 단면 모식도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 구성에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유(100)는 열변색 안료 및 탄성 고분자를 포함하는 탄성 중공섬유(10), 상기 탄성 중공섬유의 중공에 채워진 액체 금속(20), 일단이 상기 액체 금속(20)에 삽입되고 타단이 외부로 노출된 금속 와이어(30) 및 상기 탄성 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개(40)를 포함한다.
도 1b를 참조하면, 탄성 중공섬유(10)는 내부에 중공(中空)이 존재한다. 여기서, 도 1b은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성 중공섬유에 중공에 액체 금속이 채워지기 전의 단면 모식도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 탄성 중공섬유(10)의 내부에 섬유 길이 방향을 따라 중공(11)이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다
상기 탄성 중공섬유(10)는 상기 열변색 안료 0.5 ~ 2.0중량% 및 상기 탄성 고분자 98 ~ 99.5중량%를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 열변색 안료의 함량이 0.5 wt%로 포함되면, 변색 메커니즘은
염료의 산화/환원 반응에 의한 것으로, 변색되는 정도가 저하되며, 상기 열변색 안료의 함량이 2.0 wt% 이상일 경우 증가되는 염료대비 변색 속도 및 정도에 효과가 미미하다.
상기 열변색 안료는 온도가 올라가 소정 온도 이상이 되면 색상이 없어지기 시작했다가 다시 온도가 내려가면 본래의 색상(유색)으로 되돌아가는 온도 변색성 안료이다.
상기 열변색 안료는(예로서, 그들이 온도 등을 변경함에 따른) 열 자극에 응답하여 색을 변경한다. 상기 열변색 안료는 산화 환원 메커니즘에 의해 색상 변화를 유발할 수 있다. 구체적으로, 상기 열변색 안료는 온도가 올라가 소정 온도 이상이 되면 색상이 없어지기 시작했다가 다시 온도가 내려가면 본래의 색상(유색)으로 되돌아가는 온도 변색성 안료이다.
구체적으로, 상기 열변색 안료는 ATLANTA CHEMICAL ENGINEERING® 제조사의 THERMOCHROMIC POWDER PIGMENT 제품을 사용할 수 있다.
예를 들어, Blue-Pink 54°F (12°C), Red to Yellow 59°F (15°C), Blue-Violet 72°F (22°C), Green-Yellow 77°F (25°C), Black-Yellow 77°F (25°C), Red to Yellow 77°F (25°C), Black-Colorless 77°F (25°C), Black-Pink 77°F (25°C), Black-Blue 77°F (25°C), Black-Green 77°F (25°C), Pink-Colorless 77°F (25°C), Yellow-Colorless 77°F (25°C), Black-Purple 77°F (25°C) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 탄성 고분자는 천연 고무, 발포 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 우레탄 고무, 클로로프렌 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 클로로술폰화된 폴리에틸렌 고무, 폴리술피드 고무, 아크릴레이트 고무, 에피클로로히드린 고무, 아크릴로니트릴 에틸렌 고무, 우레탄 고무, 폴리스티렌계 탄성 중합체, 폴리올레핀계 탄성 중합체, 폴리염화비닐계 탄성 중합체, 폴리우레탄계 탄성 중합체, 폴리에스테르계 탄성 중합체 및 폴리아미드계 탄성 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 인장 및 외부 장력에 반응하는 연신율이 높은 열가소성 탄성 고분자를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄성 고분자로 실리콘 고무를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체(SEBS)를 사용할 수 있다.
액체 금속(20)은 상기 탄성 중공섬유(10)의 중공(11)에 채워질 수 있다. 상기 액체 금속(20)은 비저항이 3.0X10-7 Ωm 이하이고, 용융점이 30℃ 이하인 것일 수 있다.
상기 액체 금속(20)은 갈륨 또는 갈륨을 포함하는 합금일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 갈륨-인듐 합금(eutectic gallium-indium, EGaIn)을 사용할 수 있다.
상기 액체 금속(20)은 바람직하게 과냉각(supercooling) 상태일 수 있다. 상기 액체 금속(20)은 용융점 이하에서 사용되고, 이에 상기 액체 금속(20)은 고체가 아닌 액체 상태를 유지한다.
금속 와이어(30)는 일단이 상기 액체 금속(20)에 삽입되고 타단이 외부로 노출된다. 상기 금속 와이어(30)는 액체 금속(20)와 접촉되어 있어, 전류를 인가되어 액체 금속(20)을 통한 열 발생 유도할 수 있다. 또한, 상기 금속 와이어(30)는 삽입을 통한 액체 금속 유출 방지할 수 있다.
마개(40)는 상기 액체 금속(20)가 외부로 유출되는 것을 막기 위한 것으로, 상기 탄성 중공섬유(10)의 말단을 밀폐하도록 접속된다. 상기 마개(40)는 상기 액체 금속(20)와 상기 금속 와이어(30)를 고정시킬 수 있다.
상기 마개(40)는 에폭시 수지를 포함할 수 있으며, 구체적으로 에폭시 수지가 경화된 것일 수 있다.
제2 실시예
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 단면 모식도이다.
참고로, 제2 실시예는 탄성 중공섬유(10)에 혼합된 열변색 안료를 2 이상의 종류를 사용한 것으로, 이외에 탄성 중공섬유(10), 액체 금속(20), 금속 와이어(30) 및 마개(40)에 대해서는 제1 실시예와 동일하므로 이에 대해서는 설명을 생략하고자 한다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유(100)는 중공섬유가 2 이상의 상기 열변색 안료를 포함할 수 있다. 상기 열변색 안료는 서로 온도에 따른 색발현 정도가 상이한 것들일 수 있다.
상기 중공섬유는 길이 방향에 따라 일정 간격으로 구획되는 복수 개의 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 영역은 서로 다른 상기 열변색 안료를 포함하여 색발현 정도가 상이한 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 도 2a에서 A, B, C, D 로 구획되는 각각의 영역에 서로 다른 상기 열변색 안료를 사용함에 따라 색발현 정도가 다양하게 변색이 가능한 복합섬유(100)를 구현할 수 있다.
제3 실시예
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 단면 모식도이다.
참고로, 제3 실시예는 탄성 중공섬유(10)에서 중공에 채워진 상기 액체 금속(20)의 구성을 2 이상의 종류를 사용한 것으로, 이외에 탄성 중공섬유(10), 액체 금속(20), 금속 와이어(30) 및 마개(40)에 대해서는 제1 실시예와 동일하므로 이에 대해서는 설명을 생략하고자 한다.
도 3및 도 4를 참조하면, 상기 탄성 중공섬유(10)의 길이 방향에 따라 상기 중공에 복수 개의 액체 금속(20)이 채워진 것일 수 있다.
상기 복수 개의 액체 금속(20)은 서로 열전도도, 전기전도도, 녹는점 중 적어도 어느 하나가 상이한 것들일 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 도3 및 도 4에서 A, B 또는 A, B, C 로 구획되는 각각의 영역에 물성이 상이한 상기 액체 금속(20)을 사용함에 따라 강도와 같은 물성 정도가 상이한 변색이 가능한 복합섬유(100)를 구현할 수 있다.
제4 실시예
다음으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합섬유는 열변색 안료 및 형상기억 고분자(shape memory polymers, SMPs)를 포함하는 중공섬유, 상기 중공섬유의 중공에 채워진 복수 개의 액체 금속, 일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출된 금속 와이어 및 상기 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개를 포함하며, 상기 중공섬유는 길이 방향에 따라 일정 간격으로 구획되는 복수 개의 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 영역은 녹는점이 서로 다른 상기 2 이상의 상기 액체 금속을 포함한다.
참고로, 제4 실시예는 탄성 고분자 대신 중공섬유에 형상기억 고분자를 사용하고, 중공에 채워진 상기 액체 금속 구성을 2 이상의 종류를 사용한 것으로, 이외에 액체 금속, 금속 와이어 및 마개에 대해서는 제1 실시예와 동일하므로 이에 대해서는 설명을 생략하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 중공섬유에 형상기억 고분자를 사용하고, 상이한 녹는점을 가지는 상기 복수개의 액체 금속을 사용함에 따라, 국부적 가변 물성으로 인해 순차적으로 다양한 외부자극에 의해 형상이 변할 수 있는 복합섬유(100)를 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 상기 복합섬유의 직경은 400 ~ 2,000 μm 이며, 영률(Young's modulus)은 0.1 ~4 MPa 이하이고, 연실율이 600% 이상일 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 복합섬유는 외부자극에 의하여 변색 가능하며, 상기 외부자극은 열, 전기적 신호, 기계적 외부 자극 중 선택된 어느 하나 이상인 것인 변색이 가능한 복합섬유.
구체적으로, 본 발명에서 "기계적 외부 자극"은 상기 복합섬유를 신장(stretch)시키는 것과 같이, 상기 복합섬유에 외력이 가해지는 것을 의미한다.
다른 관점에서, 본 발명은 다양한 외부자극에 의해 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 상기 제조방법에서, 탄성 중공섬유, 액체 금속, 금속 와이어 및 마개에 관한 구성은 전술한 복합섬유에서 전술한 것과 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법을 보여주는 플로우 차트이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법은 열변색 안료 및 탄성 고분자 섬유를 포함하는 탄성 중공섬유를 준비하는 단계(S10), 상기 탄성 중공섬유의 중공에 액체 금속을 주입하는 단계(S20) 및 일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출되도록 금속 와이어를 삽입하는 단계(S30) 및 상기 탄성 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개를 설치하는 단계(S40)를 포함한다.
다음으로, 본 발명에 따른 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법의 각 단계에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, S10 단계에서는, 열변색 안료 및 탄성 고분자 섬유를 포함하는 탄성 중공섬유를 제조한다.
구체적으로, 상기 S10 단계는, 상기 열변색 안료 및 상기 고분자 섬유를 혼합하여 시트를 제조하는 단계, 원통형의 롤러(Roller) 표면에 상기 시트를 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계, 상기 코팅층을 열처리하여 경화시키는 단계 및 상기 롤러를 제거하여 상기 탄성 중공섬유를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
우선, 상기 S10 단계에서는 열변색 안료 및 상기 고분자 섬유를 혼합하여 시트를 제조할 수 있다. 상기 시트는 상기 열변색 안료 0.5 ~ 2.0중량% 및 상기 탄성 고분자 98 ~ 99.5중량%를 혼합한다.
상기 시트는 20 ~ 40 ℃온도 및 0.01 ~0.1 MPa의 진공상태에서 10 ~ 30분 동안 탈포 처리한 것일 수 있다.
구체적으로 도 6a을 참고하면, 상기 시트(13)는 PET 필름과 같은 기재 상에 도포될 수 있다.
한편, 도 6b를 참고하면, 상기 시트(13)는 A, B, C, D 로 구획되는 각각의 영역에 서로 다른 구성의 열변색 안료 및 상기 고분자 섬유의 혼합물을 구분하여 도포된 시트를 제조될 수 있다. 이러한 시트는 색발현 정도가 다양하게 변색이 가능한 복합섬유를 구현할 수 있다.
이어서, 도 7을 참고하면, 원통형의 롤러(15) 표면에 상기 시트를 코팅하여 코팅층(17)을 형성시킬 수 있다. 상기 코팅층(17)은 롤러(15)를 롤링 공정에 의하여 형성된 것으로, 롤러(15) 표면에 시트(13)가 감싸진 형태일 수 있다.
상기 롤러(15)는 그 표면이 접착방지제로 처리된 금속을 사용할 수 있다. 상기 접착방지제는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 이형성을 용이하게 하기 위한 통상적으로 사용되는 것일 수 있다.
한편, 코팅층을 형성하는 단계는, 도 6b에 도시된 시트를 사용하여 온도에 따라 발현되는 색이 상이한 열변색 안료가 포함된 각각의 탄성 중공섬유를 상기 롤러에 표면에 구간별로 상이하게 코팅할 수 있다.
계속해서, 상기 롤러(15) 표면에 코팅된 상기 코팅층(17)을 열처리하여 경화시킨다. 상기 열처리는 90 ~ 120 ℃ 온도에서 1 ~ 3 시간 동안 수행될 수 있다.
이어서, 도 8을 참고하면, 상기 코팅층(17)에서 상기 롤러(15)를 제거하여 내부에 중공이 형성된 상기 탄성 중공섬유를 제조할 수 있다.
다음으로, S20 단계에서는, 상기 탄성 중공섬유(10)의 중공에 액체 금속을 주입한다. 도 9a를 참고하면, 상기 탄성 중공섬유(10)의 중공에 액체 금속을 주사할 수 있다.
한편, 상기 S20 단계에서는 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 탄성 중공섬유의 길이 방향에 따라 상기 중공에 복수 개의 액체 금속(20)이 채워질 수 있다.
상기 복수 개의 액체 금속(20)은 서로 열전도도, 전기전도도, 녹는점 중 적어도 어느 하나가 상이한 것이며, 상기 상이한 액체 금속(20)을 교대로 하여 주입할 수 있다.
이어서, S30 단계에서는, 일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출되도록 금속 와이어를 삽입한다.
마지막으로, S40 단계에서는, 상기 탄성 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개를 설치한다.
도 10을 참고하면, 최종적으로 탄성 중공섬유, 상기 탄성 중공섬유의 중공에 채워진 액체 금속, 금속 와이어(30) 및 마개(40)의 형태로 구성된 변색이 가능한 복합섬유가 제조될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
PDMS elastomer(4 g)와 thermochromic pigment 0.75 wt%를 혼합하여 PET film에 도포 후 0.06 MPa의 진공 및 상온 상태에서 20분 동안 기포 제거하였다.
이후 Fluorosilane treatment 처리가 된 steel rod를 PDMS 표면에 굴려 롤코팅을 진행하였다, 이어서, 100 ℃ 오븐에서 2시간 동안 열경화 후 rod로부터 fiber를 벗겨는 작업을 하였다. 계속해서 비어있는 fiber의 중공에 액체 금속을 채워 넣고 양쪽 말단에 구리선 삽입 후 epoxy glue로 고정하여 최종적으로 복합 섬유를 제조하였다.
여기서, Syringe를 이용해 중공 내부에 액체 금속으로 EGaIn을 주입하였다. 이에 따라, 섬유가 전기전도성을 나타났으며, 상기 액체금속 EGaIn은 비저항 값이 29.4 x 10-6 Ω·㎝으로, 금속 철의 비저항 값(9.7 x 10-6 Ω·㎝)과 유사한 수준의 비저항 값을 확보하는 것을 알 수 있었다. 섬유의 중공 내 금속이 액체 상태이므로 섬유를 신장시켜도 철과 같은 고체 금속과 같이 끊어지지 않고 연결 상태 유지 가능한 섬유가 제작되었다.
탄성 고분자인 PDMS를 이용하여 탄성 및 내부 중공 구조로 인해 낮은 영률을 가질 수 있다. 또한, PDMS 섬유와 steel rod의 극단적인 신율 차이로 PDMS 섬유를 steel rod로부터 벗겨내기에 용이한 장점이 있다.
도 11a 및 도 11를 참고하면, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조한 복합 섬유는 탄성 중공섬유의 중공 내부에 액체 금속이 채워진 것을 확인할 수 있었다.
여기서, 도 11a은 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 복합섬유의 측면을 도시한 것이고, 도 11b는 도 11a의 A 구간에서의 단면을 도시한 것이다.
또한, 도 12 및 도 13를 참고하면, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조한 복합 섬유는 전류가 인가됨에 변색이 가능한 것을 확인 할 수 있었다. 여기서 도 12는 본 발명에 따른 복합 섬유에 전류 인가 전/후의 모습을 나타낸 것이다. 그리고 도 13를 참고하면, 본 발명에 따른 복합 섬유에 1.5 A 전류 인가 시 시간에 따른 온도 상승을 열화상 카메라로 촬영한 것이다.
구체적으로, 복합 섬유는 상기 외부에서 전류를 가해주면 줄 발열에 의해서 내부의 액체금속에서 열이 발생하고 섬유의 색이 변함을 알 수 있었다.
계속해서, 도 14를 참고하면, 전류 인가에 따른 온도 변화를 확인할 수 있다. 여기서 도 14는 전류 인가에 따른 온도 변화를 도시한 그래프이다.
상기 그래프에 도시된 바와 같이, 1.5 A 인가 시 25 ℃의 열이 발생되며 파란색이 발현되고, 2.0 A 인가시 31 ℃의 열이 발생되며 노란색이 발현되며, 2.5 A 인가시 35 ℃의 열이 발생되며 분홍색이 발현되며, 3.0 A 인가시 38 ℃의 열이 발생되며 하얀색이 발현되는 것을 확인할 수 있었다.
이는 저항의 변화에 따라 온도가 상승하며(P = I2R), 도 1의 그래프를 통해 전류 인가 시 저항 증가에 의해 더 높은 열이 발생됨이 확인할 수 있다.
또한, 도 15를 참고하면, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조한 복합 섬유는 Stretching에 따라 변색이 가능함을 확인할 수 있었다. 여기서 도 15는 본 발명에 따른 복합 섬유에 Stretching 전/후의 모습을 나타낸 것이다. 한편, 도 15에서 (A)는 Stretching 전이며, (B)는 Stretching 후이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합섬유는 탄성 고분자의 사용으로 인하여 낮은 영률(0.18 MPa)을 가짐으로써 신장이 용이하면, 변형이 일어난 상태에서도 변색 성능을 유지함을 확인할 수 있었다. 이는 섬유를 신장시킴에 따라 섬유 내부 액체금속의 직경이 감소하고 직경 감소로 인해 저항이 증가하여 내부온도 상승으로 복합 섬유가 변색되는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 16 내지 도 17을 참고하면, 본 발명에 따른 복합 섬유의 신장에 따른 직경 및 저항 변화를 확인할 수 있다. 여기서, 도 16의 (A)는 복합 섬유의 신장에 따른 직경을 나타낸 것이고, 도 16의 (B)는 복합 섬유의 신장에 따른 저항을 나타낸 것이다. 그리고 도 17은 신장률에 따른 변색 시점을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 복합 섬유는 최대 600 %까지 신축이 가능하나, 도 16의 (A)에 도시된 바와 같이, 75 % 이상 신축할 경우 내부 diameter의 collapse가 발생하여 외부 diameter 보다 변화의 폭이 작아진다. 또한, 도 16의 (B)에 도시된 바와 같이, 신축률이 증가할수록 저항은 선형적으로 증가한다.
따라서, 더 낮은 전류 인가시 더 높은 신축률에서 변색이 일어날 것으로 예상되며, 이는 더 신축될 수록 저항의 변화가 커지기 때문이다.
또한, 도 18을 참고하면, 본 발명에 따른 복합 섬유의 신장에 따른 영률을 확인할 수 있다. 이때 사용된 복합 섬유는 외경 1.6mm이고, 내경 0.8mm인 silicone hollow fiber이다.
도 18에 도시된 바와 같이, Strain에 따른 실리콘 섬유의 영률은 0.18 Mpa이며, 신축도는 600% 임을 알 수 있었다.
이는 신장이 증가함에 따라서, rigid한 pigment로 인해 미세한 파단점의 차이가 발생하기 때문이다.
또한, 도 19를 참고하면, 섬유 strain에 따른 복합 섬유의 diameter를 확인할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 섬유는 Strain에 따라서 내경과 외경이 감소하나, 섬유의 내경보다 외경의 변화 폭이 더 크다는 사실을 알 수 있었다. 또한, 75% 이상 신축할 경우 내경의 collapse로 인해, 내경 변화 폭이 작아지고 일정한 수준을 유지하다가 600% 수준까지 신장된 이후 섬유 파단이 일어남을 확인할 수 있었다.
또한, 도 20을 참고하면, 복합 섬유는 변형 및 인가된 전류의 세기에 따라 따라 변색되는 시점을 확인할 수 있었다.
도 20에 도시된 바와 같이, Strain이 증가함에 따라서, 섬유의 변형이 일어나고 저항이 증가하여 색 변화에 필요한 최소전류 (1.5 A)보다도 낮은 전류 (1.0 A)에 의하여 섬유의 변색이 되었으며, Strain이 제거된 후, 섬유의 색이 원래 상태로 돌아온다는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명에 따른 복합 섬유는 인가된 전류의 세기 및 복합 섬유의 변형에 따라 변색의 조절이 가능하다.
제조예 2
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유를 제조하였다. 참고로 제조예 2에서는 다양한 염료를 사용하여 분산에 따른 섬유의 연속적으로 변색되는 복합 섬유 제작한 것으로, 열변색 안료를 2 이상의 종류를 사용한 것 이외에는 제조예 1과 동일하게 복합 섬유를 제조하였다.
도 21을 참고하면, 각기 다른 온도에서 색깔이 변하는 염료를 섬유에 분산하여 연속적 변색 섬유 제작할 수 있었다.
도 21의 A는 제조예 2에 따라 제조된 복합섬유의 모식도이다. 그리고 도 21의 B는 제조예 2에 따라 제조된 복합섬유에 전류 인가 전이며, 도 21의 B는 제조예 2에 따라 제조된 복합섬유에 전류 인가 후의 모습을 나타낸 것이다.
도 21 도시된 바와 같이, 인가해주는 전류가 증가함에 따라서, 발생되는 열이 증가하여 복합섬유가 연속적 변색 가능함을 확인할 수 있었다.
제조예 3
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 변색이 가능한 복합섬유를 제조하였다. 참고로 제조예 3에서는 저융점 액체 금속을 추가로 사용하여 복합 섬유 제작한 것으로, 액체 금속을 2 이상의 종류를 사용한 것 이외에는 제조예 1과 동일하게 복합 섬유를 제조하였다.
도 22의 A를 참고하면, 액체 금속 주입을 통해 저융점 이종 금속 코어 복합 섬유를 제작하였다. 구체적으로, 서로 다른 열전도도와 전기전도도 및 녹는점을 가지는 두개의 액체 금속을 중공 섬유에 교대로 주입하여 제작하였다. 여기서, 저융점 액체 금속으로는 녹는점 62℃(Bi/In/Sn alloy_)인 LMPA(Low Melting Point Alloy)를 사용하였으며, 다른 액체 금속으로 녹는점이 20℃인 갈륨을 사용하였다.
이에, 도 22의 B에 도시된 바와 같이, 제조예 3에 따라 제조된 복합섬유는 부분적으로 다른 강도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
이는, 서로 다른 녹는점으로 인해 상온에서 서로 다른 국소적 이종 영률을 가지게 된다는 점을 알 수 있었다. 따라서 본 발명은 이종금속 코어 전기 전도도의 차이로 인한 섬유의 국부적 색 변화 구현 가능한 복합 섬유를 제조할 수 있다.
계속해서, 도 23을 참고하면, 이종 금속 코어를 가지는 전도성 섬유의 저항을 확인할 수 있다.
여기서, 도 23은 제조예 3에 따라 제조된 복합섬유는 코어 소재에 따른 저항 비교한 것이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 금속 소재별 서로 다른 저항 값을 나타내지만, 모두 금속 전도성을 가지며(0.15 ~ 0.35 Ω)는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 구간별로 서로 다른 이종금속 소재를 가질 경우, LMPA와 Ga의 저항값 사이의 저항을 보여주며, 여전히 높은 전도성을 가지는 것을 알 수 있었다.
제조예 4
계속해서, 도 24을 참고하면, Strain에 따른 고체 Ga 및 LMPA 와이어의 영률을 확인할 수 있다. 여기서 도 24는 고체 갈륨 (Ga), 저융점 금속 (LMPA) 코어 와이어의 Stress-Strain curve 물성 평가 및 분석한 결과이다.
상기 분석결과에서 사용된 시료는 고분자 섬유에 액체 금속 주입 후, 결정화 공정을 통해 고체로 변형한 이후, 고분자의 선택적 제거를 통한 Free standing wire 제작하였다.
도 24에 도시된 바와 같이, 저융점금속 (LMPA)의 경우 갈륨보다 더 높은 Young’s modulus를 나타냄을 알 수 있었다. 구체적으로, Ga 와이어 영률은 907 MPa이고, LMPA 와이어 영률은 3090 MPa로 측정되었다.
제조예 5
계속해서, 고분자 섬유에 금속 주입에 따른 Stress-Strain curve 물성 평가 및 분석하였다. 여기서 제조된 시료는 LMPA와 Ga을 교대로 주입시킴으로써 제조된 것이다. 여기서, 상온에서 LMPA는 고체, Ga은 액체의 형태를 가진다. 참고로, LMPA 녹는점은 62℃ 이고, Ga 녹는점은 30℃이다.
도 25는 상기 고분자 섬유 단면 이미지이고, 도 26은 금속 코어를 가지는 고분자 섬유의 Stress-Strain 그래프이다.
도 25 및 도 26을 참고하면, 고체 Ga과 고체 LMPA 코어를 가지는 섬유의 경우 strain 증가에 따라 금속 코어의 fracture 발생하였다.
도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, LMPA(고체) - Ga(액체) -LMPA (고체)의 시료의 경우, 가운데 존재하는 액체 갈륨으로 인하여, 긴 strain (180%) 후 LMPA의 fracture 발생하였다.
또한, LMPA(고체) - Ga(고체) - LMPA(고체)의 시편의 경우, modulus가 낮은 고체 Ga의 fracture 이후에 고체 LMPA fracture가 순차적으로 발생하였다.
이는, 국소적으로 조절되는 Stiffness와 전도성을 가지며, 동시에 toughness가 높은 고분자 섬유 제작된 것을 확인할 수 있었다.
제조예 6
다음으로, 제조예 6에서는 금속 코어를 가지는 국부적 변색이 가능한 복합 섬유 제작하였다.
여기서, 서로 다른 녹는점을 가지는 금속 교차적 배치하고 이에 따른 국소적 색 변화를 확인하였다. 구체적으로 서로 다른 열전도도와 전기전도도가 다른 두 개의 금속을 섬유에 교차로 주입하여 제작하였다. 여기서 사용된 액체금속은 저융점금속(Bi/In/Sn alloy_녹는점 62℃)과 갈륨(Ga_녹는점 20℃)을 사용하였다.
먼저, 도 27a을 참고하면, 전류 증가에 따른 국소적 색 변화를 확인할 수 있다. 여기서, 도 27a의 A는 전류 증가에 따른 국소적 색 변화를 확인하기 위하여, 상기 복합섬유에 1.7 A르 인가한 것이다. 그리고 도 27a의 B는 도 27의 A에서 2.5 A로 전류를 증가시킨 복합섬유의 도면이다.
다음으로, 27b를 참고하면, 기계적 변형에 따른 섬유의 국소적 색 변화를 확인할 수 있다. 여기서, 도 27b의 A는 기계적 변형에 따른 섬유의 국소적 색 변화를 확인하기 위하여, 상기 복합섬유에 strain를 170%로 가한 것이다. 그리고 도 27b의 B는 상기 복합섬유에 strain를 280%로 가한 것이다.
도 27a 및 도 27b에 도시된 바와 같이, 서로 다른 열전도도와 전기전도도가 다른 두 개의 금속을 섬유에 교차로 주입하여 제작함으로써, 코어 주입 후 줄 발열에 따라 국부적으로 색이 변하는 전도성 복합 섬유 제작할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합섬유는 인가하는 전류 증가 및 strain 증가에 따른 저항 증가로 인한 추가적인 변색 유도할 수 있음을 확인하였다.
제조예 7
다음으로, 제조예 7에서는 이종금속소재 코어를 가지는 형상기억이 가능한 복합 섬유 제작하였다. 제조예 7에서는 서로 다른 녹는점을 가지는 두 개의 금속을 섬유에 주입하여 제작하였다. 여기서 사용된 액체금속은 저융점금속(Bi/In/Sn alloy_녹는점 62℃)과 갈륨을(Ga_녹는점 20℃)을 사용하였다.
도 28의 A는 상기 복합섬유에 외부 자극을 가하기 전이며, 도 28의 B는 상기 복합섬유에 외부 자극을 가한 후의 모습을 도시한 것이다.
도 28에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 섬유는 코어의 서로 다른 녹는점으로 인해 구현되는 국부적 가변 물성으로 인해 순차적으로 형상이 변함을 알 수 있었다.
따라서. 본 발명에 따른 복합 섬유는 형상기억고분자 섬유로 활용 가능한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 복합 섬유는 전술한 실시예 및 제조예를 통해 전도성을 가지는 동시에 다양한 외부 자극에 의하여 변색이 가능한 섬유임을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 복합 섬유는 액체금속 코어에 적용되는 줄 발열에 의해 발생되는 열에 의해 색이 변할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합 섬유는 외력에 의한 액체금속의 형상변화와 이에 따른 저항의 변화로도 색이 변하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 복합 섬유는 열 및 전기적 신호 그리고 기계적 변형과 같은 다양한 외부 자극에 의해 변색이 가능하며, 600% 이상 연신율을 가지는 초신축성 소재이며, 4MPa 이하의 우수한 연성을 가지는 섬유이다.
따라서, 자동차 전장부품, 인공피부 그리고 착용형 전자기기 등에 활용 가능할 것이다.
또한, 본 발명에 따른 복합 섬유의 제조방법은 서로 다른 녹는점을 가지는 금속 코어의 주입을 통해 국소적으로 상이한 영률과 전도성 그리고 국소적 변색 가능한 탄성 고분자 섬유의 제작방법을 제공할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 탄성 중공섬유
11 : 중공
13 : 시트
15 : 금속 와이어
17 : 코팅층
20: 액체 금속
30: 금속 와이어
40: 탄소 도메인
100: 복합섬유

Claims (20)

  1. 열변색 안료 및 탄성 고분자를 포함하는 탄성 중공섬유;
    상기 탄성 중공섬유의 중공에 채워진 액체 금속;
    일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출된 금속 와이어; 및
    상기 탄성 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개;를 포함하는 변색이 가능한 복합섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 중공섬유는 상기 열변색 안료 0.5 ~ 2.0중량% 및 상기 고분자 98 ~ 99.5중량%를 포함하는 변색이 가능한 복합섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 고분자는 천연 고무, 발포 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 우레탄 고무, 클로로프렌 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 클로로술폰화된 폴리에틸렌 고무, 폴리술피드 고무, 아크릴레이트 고무, 에피클로로히드린 고무, 아크릴로니트릴 에틸렌 고무, 우레탄 고무, 폴리스티렌계 탄성 중합체, 폴리올레핀계 탄성 중합체, 폴리염화비닐계 탄성 중합체, 폴리우레탄계 탄성 중합체, 폴리에스테르계 탄성 중합체 및 폴리아미드계 탄성 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인 변색이 가능한 복합섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액체 금속은 비저항이 3.0X10-7 Ωm 이하이고, 용융점이 30℃ 이하인 것인 변색이 가능한 복합섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액체 금속은 갈륨 또는 갈륨을 포함하는 합금인 것인 변색이 가능한 복합섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마개는 에폭시 수지가 경화된 것인 변색이 가능한 복합섬유.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 중공섬유의 길이 방향에 따라 상기 중공에 복수 개의 액체 금속이 채워진 것인 변색이 가능한 복합섬유.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 액체 금속은 서로 열전도도, 전기전도도, 녹는점 중 적어도 어느 하나가 상이한 것들인 변색이 가능한 복합섬유.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 중공섬유는 2 이상의 상기 열변색 안료를 포함하고
    상기 열변색 안료는 서로 온도에 따른 색발현 정도가 상이한 것들인 변색이 가능한 복합섬유.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탄성 중공섬유는 길이 방향에 따라 일정 간격으로 구획되는 복수 개의 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 영역은 서로 다른 상기 열변색 안료를 포함하여 색발현 정도가 상이한 것인 변색이 가능한 복합섬유.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복합섬유의 직경은 400 ~ 2,000 μm 이며, 영률(Young's modulus)은 0.1 ~4 MPa 이하이고, 연실율이 600% 이상인 것인 변색이 가능한 복합섬유.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복합섬유는 외부자극에 의하여 변색 가능하며,
    상기 외부자극은 열, 전기적 신호, 기계적 외부 자극 중 선택된 어느 하나 이상인 것인 변색이 가능한 복합섬유.
  13. 열변색 안료 및 형상기억 고분자(shape memory polymers, SMPs)를 포함하는 중공섬유;
    상기 중공섬유의 중공에 채워진 복수 개의 액체 금속;
    일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출된 금속 와이어; 및
    상기 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개;를 포함하며,
    상기 중공섬유는 길이 방향에 따라 일정 간격으로 구획되는 복수 개의 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 영역은 녹는점이 서로 다른 상기 2 이상의 상기 액체 금속을 포함하는 것인 변색이 가능한 복합섬유.
  14. 열변색 안료 및 탄성 고분자 섬유를 포함하는 탄성 중공섬유를 준비하는 단계;
    상기 탄성 중공섬유의 중공에 액체 금속을 주입하는 단계; 및
    일단이 상기 액체 금속에 삽입되고 타단이 외부로 노출되도록 금속 와이어를 삽입하는 단계; 및
    상기 탄성 중공섬유의 말단을 밀폐하도록 접속되는 마개를 설치하는 단계;를 포함하는 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 탄성 중공섬유를 준비하는 단계는,
    상기 열변색 안료 및 상기 고분자 섬유를 혼합하여 시트를 제조하는 단계;
    원통형의 롤러(Roller) 표면에 상기 시트를 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 코팅층을 열처리하여 경화시키는 단계; 및
    상기 롤러를 제거하여 상기 탄성 중공섬유를 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 롤러는 그 표면이 접착방지제로 처리된 것인 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 시트를 제조하는 단계는,
    상기 열변색 안료 0.5 ~ 2.0중량% 및 상기 탄성 고분자 98 ~ 99.5중량%를 혼합하는 것이고,
    상기 시트는 20 ~ 40 ℃ 온도 및 0.01 ~0.1 MPa의 진공상태에서 10 ~ 30분 동안 탈포 처리한 것인 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 경화시키는 단계는,
    90 ~ 120 ℃ 온도에서 1 ~ 3 시간 동안 수행되는 것인 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 탄성 중공섬유의 길이 방향에 따라 상기 중공에 복수 개의 액체 금속이 채우는 것인 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수 개의 액체 금속은 서로 열전도도, 전기전도도, 녹는점 중 적어도 어느 하나가 상이한 것이며, 상기 상이한 액체 금속을 교대로 하여 주입하는 것인 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 시트를 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계는,
    온도에 따라 발현되는 색이 상이한 열변색 안료가 포함된 각각의 탄성 중공섬유를 상기 롤러에 표면에 구간별로 상이하게 코팅하는 것인 변색이 가능한 복합섬유의 제조방법.
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