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성언 순
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1 한국섬유공학회지, Vol. 53, No. 3, ISSN (Print) ISSN (Online) 3 성분복합부직포의혼섬비와열처리조건에따른구조와물성 박영신 주창환 충남대학교공과대학유기소재 섬유시스템공학과 Structural and Physical Properties of Ternary Composite Nonwovens by Fiber Blend Ratio and Heat Treatment Condition Young Shin Park and Chang Whan Joo Department of Advanced Organic Materials & Textile System Engineering, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea Corresponding Author: Chang Whan Joo changjoo@cnu.ac.kr Received May 27, 2016 Revised June 11, 2016 Accepted June 12, 2016 c 2016 The Korean Fiber Society Abstract: In this work, effects of fiber blend ratios and heat treatments on structural and physical properties of ternary composite nonwovens were investigated. Composite nonwovens were fabricated using different blend ratios of nylon, PET, and PTT/PET fibers and were treated in hot-air flow or hot-water immersion. Morphological and pore structure of composite nonwovens were analyzed by SEM and PMI, respectively. Tensile properties of composite nonwovens were measured by Instron with different loading directions. Although shrinkage behavior of PTT/PET bicomponent fibers (bicofibers) increased surface bulkiness of nonwovens via heat treatments, evenness of composite nonwovens was improved in proportion with the ratio of bicofibers. Average pore size of composite nonwovens was decreased owing to heat treatments, and hot-air treatment was found to be a more suitable process for achieving a uniform pore structure compared to hot-water treatments. Pore size distribution of composite nonwovens was found to be narrow with hot-air flow treatments but was widened with increasing bicofiber content. Tensile strength and tensile modulus of nonwovens were inversely proportional to PTT/PET bicofiber content, and their values were observed to considerably decrease in the cross-direction of composite nonwovens. From the results, we confirm that the structural stability of composite nonwovens was improved significantly by heat treatments owing to curling behavior of bicofibers in proportion with content of bicofibers. Keywords: hot-air, hot-water, PTT/PET bicofibers, composite nonwovens 1. 서론 급격한산업의변화와생활수준의향상은산업분야뿐만아니라일상에서도고강도와고기능성섬유제품의수요가계속적으로증가하고있다. 최근에산업의고도화는부직포산업에도크게영향을미쳤으며, 전자, 운송, 토목건축, 의료, 병원, 환경분야등의핵심적인기능성소재부품으로이용되고있다 [1 4]. 부직포의용도별요구특성은새로운산업의출현과시장흐름에따라다변화하고있으며, 이를충족하고부가가치향상을위해원료섬유와제조방법에따른복합부직포의구조설계와물성에대한연구가필요한 실정이다. 최근의부직포는요구물성에맞는기능향상을위해다양한제조공정과가공기술의출현으로복합구조를갖는부직포가제조되고있다 [5,6]. 특히, 다성분섬유로구성된복합부직포는원료선정과제조공정을통해단일성분부직포보다물성향상이용이하며, 웹의적층또는구성섬유의혼합을통해최종용도에적합한구조설계가가능하다. 구체적으로모, 아크릴, 폴리에스터및폴리프로필렌섬유를혼합하여복합부직포를제조하여흡음특성을분석한결과로, 폴리에스터와폴리프로필렌섬유를혼섬한복합부직포는낮은주파수영역에서높은흡음성을나타내며, 모 179

2 180 박영신 주창환 Textile Science and Engineering, 2016, 53, 와폴리에스터가혼섬된복합부직포에서전체주파수영역에서흡음특성이향상됨을보고하였다 [7]. 또한, 혼섬된복합부직포는단일섬유로적층한부직포보다는균일한섬유분포를가지므로흡수재또는필터재로적합한구조로알려지고있다 [8]. 아울러, 황마와폴리프로필렌섬유의혼합비에따른니들펀칭부직포의흡수특성을분석한결과, 부직포의흡수량은황마섬유의함량에비례하며, 특히, 낮은펀칭밀도에서수분의흡수량은현저하게증가되었다 [9]. 방탄조끼의충격저항성실험으로나일론섬유와폴리에스터섬유를혼섬한니들펀칭 (needle-punching) 형복합부직포는단일섬유로구성된부직포보다관통손상을감소시키고탄도저항성을향상시킨다는결과도있다 [10]. 또한, 열처리온도에따른복합부직포의구조분석을위해폴리에스터와폴리프로필렌 / 폴리에스터복합섬유로구성된니들펀칭부직포를제조하여실제기공과겉보기기공의부피를분석하였다. 그결과로복합섬유에서폴리프로필렌성분은융점이하에서섬유의재배열로기공부피가증가되는반면에융점이상에서는용융으로기공부피와기공도가감소한다고한다 [11]. 최근, 복합부직포는나노섬유웹 (web) 제조가용이한전기방사법을응용한고부가가치의의료분야 [12,13] 와전자분야에서분리소재로적용가능성을나타내고있다. 특히, 여과와항균특성이강화된의료용분리막제조에서폴리비닐알콜과셀룰로스아세테이트용액을다중노즐형전기방사법으로균일한섬유분포를갖는이성분복합부직포의인장강도와인장탄성률은폴리비닐알콜의혼섬비에비례함을나타내었다 [14]. 또한, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리메타아크릴레이트및폴리스타일렌섬유를전기방사법으로적층한부직포는우수한내구성으로리튬전지의분리막으로사용가능성을제시하였다 [15]. 이와같이복합부직포에대한기존의연구들은섬유의혼합또는적층에따른특성분석이대부분이며, 다성분을사용한복합부직포의기공부피, 기공크기, 부직포밀도등의기학학적인구조에대한연구는매우미흡한실정이다. 아울러, 이러한복합부직포의열처리조건변화에따른구조연구도부족한실정이다. 따라서다양한종류의섬유를혼섬한다성분복합부직포의제조공정과열처리조건에따 른부직포의기학적인구조와물성에대한체계적인연구는필요하다. 이에본연구에서는수축특성을갖는복합 (PTT/PET) 섬유를기본으로나일론과폴리에스터섬유의혼섬비를달리하여니들펀칭기법으로제조된 3성분복합부직포를제조하여열풍과열수처리를수행하였다. 처리된복합부직포의기하학적구조인자, 기공특성및인장특성에있어복합섬유의함량비와열처리조건에따른영향을조사하였다. 2. 실험 2.1. 시료제조사용된 3가지원료섬유는 2d 나일론섬유, 0.8 d 폴리에스터섬유및수축특성을갖는 2.5 d 복합 (PTT/PET) 섬유로, 나일론과복합섬유는국내 S사와 M사에서제공되었으며, 폴리에스터는일본 T사제품을구입하였다. 3가지의원료섬유는동일한 51 mm 섬유장으로혼섬과카딩 (carding) 공정을통해크로스래퍼기 (cross-lapper) 를거쳐 4단계과정의니들펀칭 (needle-punching) 과정으로국내 S사에서 3성분복합부직포를제조하였다. 제조된복합부직포는열처리조건에따른구조변화를조사하기위해열풍과열수처리를하였다. 복합부직포의제조공정모식도와열처리조건은 Figure 1에나타내었다. 구체적으로열풍처리는 150 o C에서 3분간처리되었으며, 반면에열수처리는 85 o C에서 5분간침지하여 48시간실온에서건조하였다. 사용된모든시료는실험전에부직포의형태안정을위해 150 o C 온도에서캘린더롤러 (calender roller) 로열처리하였다. 사용된시료의기본특성은 Table 1에요약하였다 실험방법복합부직포제조에사용된 3가지섬유의열적특성은시차주사열량계 (DSC 2010, TA Instrument, USA) 로분석되었으며, 복합부직포의표면과단면구조는주사전자현미경 (S- 4800, Hitachi, Japan) 으로관찰되었다. 또한, 복합부직포의기공특성은기공시험기 (CFP-1200AEL, PMI, USA) 로측정되었다. 복합부직포의인장특성은 ASTM D5035에따라인장시험기 (Instron 4467, USA) 로측정되었으며, 게이지 (gauge) Figure 1. Schematic diagram of sample manufacturing system.

3 3 성분복합부직포의혼섬비와열처리조건에따른구조와물성 181 Table 1. Manufacturing conditions and basic properties of samples Sample ID P20 N/P/S* (wt%) Process Basic weight (g/m 2 ) Thickness (mm) Nonwoven density (g/cm 3, r N ) Nonwoven volume (cm 3, V N ) Needle-punched , A20 50/30/20 Hot-air , W20 Hot-water , P25 Needle-punched , A25 50/25/25 Hot-air , W25 Hot-water , P30 Needle-punched , A30 50/20/30 Hot-air , W30 Hot-water , *N: Nylon, P: PET, and S: PTT/PET bicofibers. 길이는 75 mm, 로드셀 (load cell) 은 30 kn, 신장속도는 300 mm/min로사용하였다. 부직포에서섬유의배향성을알기위해인장특성은기계방향을기준으로 45도간격 (0, 45, 90, 135 및 180 o ) 으로신장방향을달리하여수행하였다 부직포구조인자계산부직포의기하학적구조는구성섬유의섬도와섬유장을비롯하여열처리조건에크게의존하며, 일반적으로부직포의구조인자는기본중량, 겉보기밀도, 기공도및기공부피로나타낸다. 부직포의기공부피 (V P ) 는실험결과와이론식을통해계산되며, 부직포의부피 (V N ) 에서구성섬유의부피 (V F ) 를고려하여식 (1) 로표현된다. 구성섬유의부피는부직포중량 (m N ) 과섬유밀도 (ρ F ) 로식 (2) 로나타낸다. V P = V N V F V F m N = ρ F 한편, 복합부직포에서구성섬유의밀도는사용된 3가지섬유의밀도와부피분율을고려하여혼합된식 (3) 을사용하여계산된다. 여기서, 각섬유성분의부피분율 (ν n ) 은식 (4) 에서중량분율 (w n ) 에대한구성섬유의밀도 (ρ n ) 와구성섬유의전체부피로계산된다. 본실험에서구성섬유의밀도로나일론섬유는 1.13 g/cm 3 [16], 폴리에스터섬유는 1.4 g/ cm 3 [17], PTT는 1.33 g/cm 3 [18], 복합 (PTT/PET) 섬유는 1.38 g/cm 3 를각각사용하였다. ρ F = ρ 1 ν 1 + ρ 2 ν 2 + ρ 3 ν 3 ν n w n (1) (2) (3) = , n = 123,, (4) ρ n V F 또한, 복합부직포의단위부피에서구성섬유의올수 (N F ) 는전체섬유의부피와구성섬유의부피 (V F,S ) 를고려하면 식 (5) 로표현할수있다. 본실험에서, 사용된섬유장은 51 mm로동일하며, 섬유직경은 SEM 분석으로측정된결과를사용하였다. 부직포를구성하는섬유단면을원형으로가정하여, 섬유한올의부피는섬유직경 (d F,S ) 과섬유길이 (l F,S ) 를사용하여식 (6) 으로계산된다. N F V FS V F = V FS,, π d FS, = l 2 FS, 이러한이론식을근거로기본적인부직포실험값을이용하여계산한복합부직포의기공부피, 기공도및단위부피당섬유올수등의기하학적구조인자를계산하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 열적특성사용된원료섬유의열적특성을분석하기위한승온과냉각조건에서의 DSC 곡선은 Figure 2(a) 와 (b) 에나타내었다. 일반적으로승온조건에서열량곡선의흡열피크는용융온도를나타내며, 냉각조건에서발열피크는결정화온도를나타낸다. 또한, 피크의폭은결정크기의균일성의척도이며, 용융온도와결정화온도의차이는결정화속도를나타낸다. 따라서분석된결과를보면, 나일론섬유의용융온도는 218 o C로관찰되었으며, 결정화온도는 190 o C에서나타났다. 반면에폴리에스터섬유는나일론섬유보다 30 o C 높은 250 o C에서용융되었으며, 213 o C에서결정을형성하여상대적으로느린결정화속도를나타내었다. 한편, 복합섬유는 225 o C와 256 o C에서각각 PTT와폴리에스터의용융피크를보였고, 162 o C와 177 o C에서넓은결정화거동을나타내었으며, 28 o C의용융온도차이를갖는이성분복합섬유로확인하였다. (5) (6)

182 박영신 주창환 Figure 2. DSC curves of material fibers; (a) heating conditions and (b) cooling conditions. Figure 3. SEM images of material fibers. Textile Science and Engineering, 2016, 53, 179-188 3.2. 형태학적 구조 Figure 3(a)와 (b)는 부직포 제조에 사용된 3종 섬유의 표 면과 단면구조를 SEM 이미지로 나타낸 것이다.

4 182 박영신 주창환 Figure 2. DSC curves of material fibers; (a) heating conditions and (b) cooling conditions. Figure 3. SEM images of material fibers. Textile Science and Engineering, 2016, 53, 형태학적 구조 Figure 3(a)와 (b)는 부직포 제조에 사용된 3종 섬유의 표 면과 단면구조를 SEM 이미지로 나타낸 것이다. 사용된 나 일론 섬유와 폴리에스터 섬유는 매끄러운 표면구조를 보였 으며, 복합섬유는 표면이 굴곡진 이형구조로 관찰되었다. 한편, 나일론 섬유와 폴리에스터 섬유의 단면구조는 원형 단면을 보였으며, 17 μm와 9 μm의 섬유직경을 나타내었다. 반면에, 복합섬유는 비대칭의 덤벨(dumbbell) 형태의 단면 구조로 관찰되었으며, 복합섬유의 중심거리로 측정된 섬유 직경은 28 μm로 비교적 굵은 것으로 나타났다. 복합섬유의 함량에 따른 열처리되지 않은 복합부직포의 구조변화를 관찰하기 위해 복합부직포의 표면과 단면의 SEM 이미지를 Figure 4(a)와 (b)에 나타내었다. 복합섬유의 함량에 따른 표면구조의 뚜렷한 차이는 관찰되지 않았으 나, 단면구조는 복합섬유의 함량이 20%에서 30%으로 증가 할수록 두께의 균일성이 향상되었다. 이는 니들펀칭 과정 에서 섬유의 섬도차이에 따른 두께방향으로 섬유이동이 용 이하여 섬유결합력이 향상되기 때문이다. 따라서 복합섬유 의 함량증가는 복합부직포의 표면구조에 영향은 미미하지 만, 두께방향은 섬유결합력을 증가시켜 균일하고 조밀한 단 면형성에 기인한다. 한편, Figure 5(a)와 (b)는 열처리 조건에 따른 복합부직 포의 표면과 단면으로 촬영한 SEM 이미지이다. 표면구조 에서 열풍시료(A30)과 열수시료(W30)은 미처리 시료(P30) 에 비해 열처리에 의한 복합섬유의 고유특성인 수축현상으 로 섬유의 컬링(curling) 발생이 현저하게 증가하는 것이 관

특히, 복합부직포의 표면에서 복 합섬유의 컬링발생은 열풍시료(A30)보다 열수시료(W30)에 서 현저하게 많이 나타나며, 이로 인해 표면의 벌키성은 복 합섬유의 컬링형성에 의해 증가되었다고 판단된다.

5 3성분 복합부직포의 혼섬비와 열처리 조건에 따른 구조와 물성 183 Figure 4. SEM images of composite nonwovens with different contents of PTT/PET bicofibers. Figure 5. SEM images of composite nonwovens with different heat treatments. 찰되었지만, 단면구조에서는 열처리에 따른 구조변화가 명 확하게 관찰되지 않았다. 특히, 복합부직포의 표면에서 복 합섬유의 컬링발생은 열풍시료(A30)보다 열수시료(W30)에 서 현저하게 많이 나타나며, 이로 인해 표면의 벌키성은 복 합섬유의 컬링형성에 의해 증가되었다고 판단된다. 결과적 으로 복합섬유의 함량이 증가함에 따라 단면구조의 균제성 은 향상되었으며, 복합부직포의 표면구조는 열처리에 의한 컬링형성에 의해 벌키(bulky)성이 증가되었다. 또한, 열처 리 효과는 열수처리가 열풍처리보다 복합섬유의 컬링현상 이 많이 발생하는 것으로 판단된다.

6 184 박영신 주창환 Textile Science and Engineering, 2016, 53, 기하학적구조인자일반적으로부직포의기학학적구조는사용되는섬유특성과제조조건에따라설계가능하며, 흡수, 여과, 흡음, 배수등의요구물성에결정적인영향을미치는중요한요소이다. 고려되는구조인자는부직포의두께, 부피, 기본중량, 겉보기밀도, 기공도등이다. 복합섬유의혼섬비와열처리조건에따른복합부직포의구조변화를분석하기위해기본중량과겉보기밀도를 Figure 6에나타내었다. 그림에서보여주듯이, 복합부직포의기본중량은복합섬유의함량이증가할수록선형적으로증가하며, 열풍또는열수처리에따라현저히증가하는경향을나타낸다. 또한, 복합부직포의겉보기밀도도같은경향으로복합섬유의함량증가와열처리에따라증가하는것으로나타났다. 한편, 열처리영향을고려하면, 복합섬유의함량에관계없이열수시료 (W20), (W25) 및 (W30) 의겉보기밀도는열풍시료보다현저한증가하는경향을보였다. 이는형태학적구조에서언급했듯이복합섬유의수축현상으로컬링이발생하기때문이다. 이런결과는부직포의물성향상을위해중요한구조인자인부직포밀도를증가하는기법으로열처리또는고수축성이있는복합섬유의혼합으로 가능하다고판단된다. 또한, 열수처리는열풍처리보다부직포의밀도증가와균일한구조형성에적합한방법으로제시할수있다. Figure 7은복합섬유의함량과열처리조건을달리하여제조된복합부직포의기공부피와기공도를나타낸것이다. 여기서복합부직포의기공부피는부직포의두께로표준화하였으며, 기공부피의전체적인경향은복합섬유의함량이증가함에따라미비하지만증가하는것으로나타낸다. 그러나열처리의영향은처리조건에따라현저한차이를보여열풍시료가열수시료보다기공부피가급격한감소경향을보인다. 반면에복합부직포의기공도는복합섬유의함량이증가와열처리에따라다소감소하는경향을나타낸다. 특히, 미열처리시료 (P20) 는가장높은 81.6% 기공도나타냈지만열수처리한시료 (W30) 는가장낮은 80.5% 을나타내었다. 한편, Table 2에나타낸것과같이부직포의기하학적구조인자로고려되는부직포단위부피당섬유올수는복합섬유의함량증가에따라감소하는경향을나타내었으며, 열처리조건에따른변화는미미한것으로보였다. 이는복합부직포를구성하는 3종의섬유에서복합섬유의섬도가가장큰때문이다. Figure 6. Basic weight and density of composite nonwovens. Figure 7. Pore volume and porosity of composite nonwovens. Table 2. Calculated values of structural factors in samples Sample ID N/P/S (vol%) Fiber volume (cm 3, V F ) Nonwoven pore volume (cm 3, V P ) Porosity (%) Fiber numbers per unit volume (n/cm 3, N F ) P , ,107 A20 55/27/ , ,261 W , ,508 P , ,921 A25 55/23/ , ,267 W , ,582 P , ,652 A30 55/18/ , ,946 W , ,254 *Nylon: 1.13 g/cm 3 [16], PET: 1.4 g/cm 3 [17], PTT: 1.33 g/cm 3 [18], PTT/PET: 1.38 g/cm 3.

7 3 성분복합부직포의혼섬비와열처리조건에따른구조와물성 185 Figure 8. Average pore size of composite nonwovens 기공특성복합부직포의평균기공크기에서복합섬유의함량과열처리조건에따른영향을알아보기위한실험결과를 Figure 8에도식화하였다. 복합부직포의평균기공크기는 25% 의복합섬유가첨가된시료 (P25) 가상대적으로큰직경을보였으며, 열풍처리와열수침지에의해전반적으로감소하였다. 기공크기의감소율은열수시료 (W20), (W25) 및 (W30) 가전체적으로열풍시료보다높게나타났으며, 기공크기의감소는구조인자분석에서나타난기공부피의결과와유사한경향을보였다. 또한, 3성분복합부직포의기공구조를자세히분석하기위해기공분포곡선을 Figure 9에나타내었다. Figure 9(a) 는복합섬유의함량에따른열처리전시료의누적기공분포곡선을나타낸것으로, 누적분포에서 50% 지점의값으로나타내는평균기공크기는시료 (P20), (P25) 및 (P30) 에서각각 21.7 μm, 23.7 μm 및 23.4 μm으로, 복합섬유의함량이증가할수록증가경향을보인다. 이는복합섬유의섬도가다른구성섬유보다상대적으로크기때문이다. 일반적으로부직포의기공특성은평균, 최다 (most probable), 최소, 최대기공크기로표현하며, 이는기공분포곡선에기초하여분석되며, 부직포의기공분포의피크 (peak) 형태에따라부직포의구조의균제성을나타내는척도로도활용한다. Figure 9(b), (c) 및 (d) 는복합섬유의함량이일정한경우열처리조건에따른복합부직포의기공분포도를각각나타낸것이다. 구체적인기공크기를살펴보면, 시료 (P20) 과 (P30) 은 8 μm에서최소기공크기를보였으며, 시료 (P25) 는 12 μm에서최소기공크기가관찰되었다. 시료 (P20) 은 18 μm와 25 μm에서최다기공크기가나타났으며, 열풍처리된시료 (A20) 은 20 μm의기공크기에서균일한분포를형성하였다. 한편, 열수시료 (W20) 은 15 μm와 25 μm의최다 Figure 9. Pore size distribution of composite nonwovens; (a) cumulative distribution, (b) P20 series, (c) P25 series, and (d) P30 series.

8 186 박영신 주창환 Textile Science and Engineering, 2016, 53, 기공크기를나타내었으며, 시료 (W20) 의기공크기는시료 (A20) 보다상대적으로불균일한분포를보였다. 또한, 시료 (P25) 는 20 μm와 25 μm에서최다기공크기를보였으며, 20 μm의기공분포가 25 μm의기공분포보다높게나타났다. 시료 (A25) 와 (W25) 는열풍과열수처리에의해 25 μm의기공분포가증가하였으며, 20 μm에서기공크기분포는 15 μm 로감소되었다. 시료 (P30) 은 18 μm와 25 μm에서최다기공크기를나타내며, 열풍처리에의해분포폭이감소되었지만열수처리시료 (W30) 은 7μm와 40 μm에서새로운기공분포가발생하여넓은기공분포를형성하였다. 결과적으로복합부직포의기공크기는열풍처리또는열수처리에의해일반적으로감소하는경향을나타내며, 열풍처리는열수처리에비해균일한기공분포를형성하였다. 부직포의섬유배향성을분석하기위해시료 (P20) 을 0 o, 45 o, 90 o, 135 o 및 180 o 의신장방향에따른복합부직포의응력변형곡선을 Figure 10(c) 에나타내었다. 그결과로인장강도와탄성률은기계방향에서최댓값을가지며, 부직포의크로스방향 (90 o ) 으로갈수록감소하였으며, 반면에절단신도는반대경향으로현저하게증가함을나타낸다. 이로부터 3.5. 인장특성복합부직포의인장특성을조사하기위해응력변형곡선을 Figure 10에종합적으로나타내었다. 여기에서복합부직포의인장특성은복합섬유의함량비, 열처리조건및신장방향에따라분석하였다. Figure 10(a) 는복합섬유의함량비영향을조사하기위해부직포의기계방향 (0 o ) 에서신장한시료 (P20), (P25) 및 (P30) 의응력변형곡선을나타낸것이다. 복합부직포의강도와탄성률은복합섬유의함량이증가함에따라감소하는경향이뚜렷하게나타나며, 절단신도는미소한증가하는경향을보인다. 이는복합섬유의섬도가상대적으로다른구성섬유보다크기때문에부직포내부의섬유와섬유사이의접촉빈도수가낮아마찰저항성이감소함에따른것으로판단된다. 일반적으로니들펀칭부직포의인장거동은초기에미배향된섬유의직선화단계, 직선화된섬유사이에응집력에의한마찰저항단계를거쳐섬유절단에의한부직포절단단계로묘사된다. 이런인장거동의개념을복합부직포에적용하면, 복합섬유의함량이증가한시료 (P25) 와 (P30) 은미배향된섬유의직선화단계가소폭증가함을나타내며, 이는섬유사이에응집력이저하되어강도와탄성률이감소하는반면절단신도의미소하게증가하는원인으로설명할수있다. Figure 10(b) 는열처리조건에따른시료 (P20), (A20) 및 (W20) 의응력변형곡선으로신장방향은기계방향으로동일조건에서측정되었다. 미처리시료 (P20) 보다시료 (A20) 의인장강도와탄성률은열처리에의해감소하며, 반면에열수시료 (W20) 의절단신도는크게증가하는것으로나타났다. 이는열수처리에의해복합섬유의이성분구조에기인한수축에의한컬링현상으로벌키성증가에의한응집력이저하되기때문이다. 한편, 일반적으로부직포에서섬유배향성은섬유의물성과최종용도에중요인자로인장실험에서신장방향에따른인장특성결과는간접적인척도로사용한다. 따라서복합 Figure 10. Stress-strain curves of composite nonwovens; (a) blend ratio, (b) heat treatment, and (c) loading direction.

9 3 성분복합부직포의혼섬비와열처리조건에따른구조와물성 187 열수처리는섬유사이에응집력을감소시켜절단신도를증가시킨다. Figure 11은복합섬유의함량과열처리조건에따른다양한신장방향에서복합부직포의인장탄성률을원형그림으로나타낸것이다. 여기서인장탄성률은부직포의밀도로표준화하였으며, 신장방향별인장탄성률의결과는부직포에서섬유의배향성을나타내는간접적인방법이다. 전체적인경향은열처리전과후에관계없이복합부직포의인장탄성률이기계방향에서월등히크고크로스방향에서가장낮게나타내었다. 이런결과로복합부직포에서섬유배향성은기계방향에서지배적으로배열되어있고크로스방향으로갈수록현저하게감소됨을알수있다. 이러한경향은복합섬유의함량증가와열처리에따라더욱뚜렷하게나타났다. 이는열풍처리와열수처리로부직포내부에서섬유의재배열이기계방향으로발생하여치밀한구조를형성하기때문으로판단된다. 따라서복합부직포의섬유배향은기계방향으로배열되었으며, 인장탄성률은복합섬유의함량에반비례하였다. 이로부터복합부직포의밀도는복합섬유의함량에비례하며, 열처리에의한밀도증가는구조적안정성이기계방향으로향상되는것으로판단된다. 4. 결론 Figure 11. Tensile modulus of composite nonwovens with different loading directions; (a) P20 series, (b) P25 series, and (c) P30 series. 복합부직포에서섬유배향은기계방향으로배열된이방성구조를갖는것으로나타났다. 결과적으로, 복합부직포의인장강도와인장탄성률은복합섬유의함량에반비례하며, 본연구에서는나일론, 폴리에스터및복합섬유의혼섬비를달리하여니들펀칭공정으로 3성분복합부직포를제조하였으며, 복합부직포는열풍또는열수로후가공처리하였다. 복합섬유의혼섬비와열처리조건에따른복합부직포의구조적특성은형태학적, 기하학적, 및기공구조를비롯하여인장특성을조사하여다음과같은결론을도출하였다. 1. 복합부직포의표면구조는열처리에의한컬링형성에의해벌키성이증가되며, 단면구조는복합섬유의섬유에비례하여균제성이향상된다. 형태학적구조분석을통해열수처리는열풍처리보다복합섬유의컬링형성에높은기여도를보인다. 2. 복합부직포의밀도변화는열처리에의한복합섬유의수축에의해발생하며, 복합부직포의기공크기는열처리에의해전체적으로감소되었다. 특히, 열풍처리는열수처리에비해균일한기공분포를형성하여부직포의균제한구조형성에적합한공정임을확인하였다. 또한, 복합부직포는열풍처리조건에서복합섬유의함량에반비례하여균일한기공구조를형성한다. 3. 복합부직포의인장강도와인장탄성률은복합섬유의함량에반비례하며, 복합섬유는열처리에의한구조적안정성은향상시키지만섬유사이에응집력저하의원인으로인장강도와인장탄성률을감소시키며, 섬유사이의응집력은복합섬유의함량과섬유배향에비례한다.

10 188 박영신 주창환 Textile Science and Engineering, 2016, 53, 본연구결과에서수축특성이있는복합 (PTT/PET) 섬유의사용과열수및열풍처리는부직포의용도전개에서중요한겉보기밀도와기공크기의조절을비롯하여균제성향상방법으로제시할수있다. 특히, 열수처리는열풍처리보다부직포의균제한구조형성에보다더적합한방법임을제안한다. 감사의글 : 본연구는 2015년도 CNU 학술연구비의지원에의해수행되었으며이에감사드립니다. References 1. T. H. Cho, M. Tanaka, H. Ohnishi, Y. Kondo, M. Yoshikazu, T. Nakamura, and T. Sakai, Composite Nonwoven Separator for Lithium-ion Battery: Development and Characterization, J. Power Sources, 2010, 195, D. V. Parikh, Y. Chen, and L. Sun, Reducing Automotive Interior Noise with Natural Fiber Nonwoven Floor Covering Systems, Text. Res. J., 2006, 76, A. Rawal and R. Anandjiwala, Comparative Study between Needlepunched Geotextile Structure Made from Flax and Polyester Fibres, Geotext. Geomembr., 2007, 25, H. Wang, Q. Wei, X. Wang, W. Gao, and X. Zhao, Antibacterial Properties of PLA Nonwoven Medical Dressing Coated with Nanostructured Silver, Fiber. Polym., 2008, 9, M. Mohanmmadi, P. B. Lee, and P. Ghadimi, Air Permeability of Multilayer Needle-Punched Nonwoven Fabrics: Theorical Method, J. Ind. Text., 2002, 32, J. Verschuren, P. V. Herzele, K. D. Clerch, and P. Kiekens, Influence of Fiber Surface Purity on Wicking Properties of Needle-punched Nonwoven after Oxygen Plasma Treatment, Text. Res. J., 2005, 75, M. Kucuk and Y. Korkmaz, Sound Absorption Properties of Bilayered Nonwoven Composites, Fiber. Polym., 2015, 16, C. F. J. Kuo, T. L. Su, and C. P. Tsai, Optimization of the Needle Punching Process for the Nonwoven Fabrics with Multiple Quality Characteristics by Grey-based Taguchi Method, Fiber. Polym., 2007, 8, S. Debnath and M. Madhusoothanan, Water Absorbency of Jute-Polypropylene Blended Needle-punched Nonwoven, J. Ind. Text., 2010, 39, C. C. Lin, C. M. Lin, C. C. Huang, C. W. Lou, H. H. Meng, C. H. Hsu, and J. H. Lin, Elucidating the Design and Impact Properties of Composites Nonwoven Fabrics with Various Filaments in Bulletproof Vest Cushion Layer, Text. Res. J., 2009, 79, E. K. Savel eva, A. V. Dedov, E. S. Bokova, and G. P. Andrianova, Pore Structure of Heat-treated Nonwoven Materials, Fibre Chemistry, 2005, 37, B. Ding, E. Kimura, T. Sato, S. Fujita, and S. Dhiratori, Fabrication of Blend Biodegradable Nanofibrous Nonwoven Mats via Multi-Jet Electrospinning, Polymer, 2004, 45, Y. Hong, Y. Li, X. Zhuang, X. Chen, and X. Jing, Electrospinning of Multicomponent Utrathin Fibrous Nonwovens for Semi-occlusive Wound Dressings, J. Biomed. Mater. Res. Part A, 2009, 89A, D. G. Yu, L. D. Gao, K. White, C. Branford-White, W. Y. Lu, and L. M. Zhu, Multicomponent Amorphous Nanofibers Electrospun from Hot Aqueous Solutions of a Poorly Soluble Drug, Pharmaceutical Research, 2010, 27, R. Pradanth, V. Aravindan, and M. Srinivasan, Novel Polymer Electrolyte Based on Coweb Electrospun Multi Component Polymer Blend of Polyacrylonitril/Poly(methyl methacrylate)/ Polystyrene for Lithium Ion Batteries-Preparation and Electrochemical Characterization, J. Power Sources, 2012, 202, N. Vasanthan and D. R. Salem, FTIR Spectroscopic Characterization of Structural Changes in Polyamide-6 Fibers during Annealing and Drawing, J. Polym. Sci. Part B, 2001, 39, P. J. Hine and I. M. Ward, Hot Compaction of Woven Poly(ethylene terephthalate) Multifilament, J. Appl. Polym. Sci., 2004, 91, J. S. Grebowicz, H. Brown, H. Chuah, J. M. Olvera, A. Wasiak, P. Sajkiewicz, and A. Ziabicki, Deformation of Undrawn Poly(trimethylene terephthalate) (PTT) Fibers, Polymer, 2001, 42,

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