한국의류산업학회지 Fashion & Text. Res. J. 제15권제4호, 2013 Vol. 15, No. 4, pp.620-629(2013) <연구논문> http://dx.doi.org/10.5805/sfti.2013.15.4.620 나노웹을이용한라미네이트소재의마찰음특성 정태영 이유진 이승신 조길수 연세대학교의류환경학과 Characteristics of Rustling Sound of Laminated Fabric Utilizing Nano-web Tae-Young Jeong, Eu-Gene Lee, Seung-Sin Lee, and Gil-Soo Cho Dept. of Clothing & Textiles, Yonsei University; Seoul, Korea Abstract : This study examines the rustling sound characteristics of electrospun nanofiber web laminates according to layer structures. This study assesses mechanical properties and frictional sounds (such as SPL); in addition, Zwicker s psychoacoustic parameters (such as Loudness (Z), Sharpness (Z), Roughness (Z), and Fluctuation strength (Z)) were calculated using the Sound Quality Program (ver.3.2, B&K, Denmark). The result determined how to control these characteristics and minimize rustling sounds. A total of 3 specimens frictional sound (generated at 0.63 m/s) was recorded using a Simulator for Frictional Sound of Fabrics (Korea Patent No. 10-2008-0105524) and SPLs were analyzed with a Fast Fourier Transformation (FFT). The mechanical properties of fabrics were measured with a KES-FB system. The SPL value of the sound spectrum showed 6.84~58.47dB at 0~17,500Hz. The SPL value was 61.2dB for the 2-layer PU nanofiber web laminates layered on densely woven PET(C1) and was the highest at 65.1dB for the 3-layer PU nanofiber web laminates (C3). Based on SPSS 18.0, it was shown that there is a correlation between mechanical properties and psychoacoustic characteristics. Tensile properties (LT), weight (T), and bending properties (2HB) showed a high correlation with psychoacoustic characteristics. Tensile linearity (LT) with Loudness (Z) showed a negative correlation coefficient; however, weight (T) with Sharpness (Z) and Roughness (Z), and bending hysteresis (2HB) with Roughness (Z) indicated positive correlation coefficients, respectively. Key words: electrospun nanofiber web laminates( 전기방사나노섬유웹라미네이트소재 ), rustling sound( 마찰음 ), sound pressure level( 총음압 ), psychoacoustic characteristics( 심리음향학적특성 ), mechanical properties( 역학적특성 ) 1. 서론 소득수준의증가에따라다양한여가활동이보편화되면서아웃도어의류에대한소비자들의관심과수요또한크게증가하고있다. 더불어기후변화로인한한파와한여름의변덕스러운날씨로인해아웃도어의류는기능성의복뿐아니라일상복으로자리잡았다. 아웃도어의류시장은스포츠와캐주얼시장을넘나드는국민의류로자리매김하며소비자층이확대되고있다. 아웃도어의류시장에는투습발수, 흡한속건, 항균방취, 자외선차단등다양한기능성소재들이시판되고있다. 이중투습발수기능을갖춘소재는내부의수증기나땀은배출시켜불쾌감을없애주고, 외부의빗방울은차단해착용자의체온조절을돕고쾌적감을유지하도록한다 (Lee et al., 2012c; Lee & Lee, 2010). 투습발수소재의원리는기체상태의수증기분자와액체상 Corresponding author; Gil-Soo Cho Tel. +82-2-2123-3104, Fax. +82-2-312-8554 E-mail: gscho@yonsei.ac.kr 태의물분자의크기가다른것을이용하는것이다. 수증기분자와물분자크기의중간크기로직물이나멤브레인에미세다공막을만들어주면신체내부에서생성된수증기나땀은안쪽미세다공막을통해바깥으로통과되고바깥쪽직물의모세관현상에의해신속하게외부로발산되며, 외부의물방울은섬유표면에서차단, 흡수되지못해악천후의날씨에도몸을보호해주는방수, 투습, 방풍의성능을발휘한다 (Kwon & Kwon, 2008; Mukhopadhyay & Midha, 2008). 투습발수직물은국내기능성소재시장에서이미범용화되어있으며, 앞으로도무한한성장가능성이있는시장이라할수있으나소비자들의빠르게변화하는욕구를충족시키기위해서는감성적인측면까지도고려한투습발수직물의개발이요구된다. 직물의스치는소리는직물과직물혹은섬유와섬유가마찰시발생하는소리로의복착용시직물의마찰음은신체의움직임에따른두직물의왕복마찰에의해서발생된다 (Kim & Cho, 2006). 직물에서발생하는소리는인간의감성에영향을미치며착용자에게쾌적감이나불쾌감을주게되어의복의심리생리적쾌적성을결정하는데큰영향을미치는요소가될뿐아니라 (Bishop, 1996; Lee et al., 2012a), 주변사람들의심리 620
나노웹을이용한라미네이트소재의마찰음특성 621 적쾌적성에도영향을미치므로 (Lee et al., 2012b), 직물소리로인한다양한감성연구가진행되고있다 (Chung et al., 2003). 투습발수직물의경우투습발수기능부여를위한코팅으로인해 70 db 이상의마찰음이발생하기때문에감성적으로불쾌감을자아내기도한다 (Lee et al., 2012a). 이에 Yang et al. (2008b) 은투습발수직물의마찰음과역학적성질간의상관성을통해투습발수직물의마찰음을감소시킬수있는직물의역학적성질및최적의가공방법을제안하였다. Lee et al. (2012a) 의연구에서는대표적인투습발수직물인 PTFE 필름라미네이팅직물의심리음향학적특성을알아보고마찰음을최소화할수있는조건에관한연구를통해청각적감성을만족시키는투습발수소재개발에관한기초자료를제시하였다. 나노섬유는직경이수십에서수백나노미터에불과한초극세섬유로, 연신법, 형판합성법, 상분리법, 자기조립법, 전기방사법등다양한방법에의해제조된다. 최근에는비교적간단한공정으로나노섬유를생산할수있는전기방사법이많이사용되고있다. 전기방사법은고분자용액또는용융물에고전압의전기장이가해지면전기적반발력에의해고분자용액젯 (jet) 이방출되어전위차가있는콜렉터 (collector) 에부직포형태의나노섬유웹을만드는방식이다. 이렇게형성된전기방사나노섬유웹은고분자의종류에따라다양한형태및물성을 나타내며매우작은기공들로이루어져호흡성을가질수있으며넓은표면적, 초박막, 초경량이라는특성을갖는다 (Lee et al., 2012c). 투습발수소재로서전기방사나노섬유웹의적용가능성을살펴본연구 (Kang et al., 2007) 에서는나노섬유웹의높은투습성과공기투과도, 보온기능이확인되어, 충분한발수성능이발휘된다면기존소재보다쾌적성이우수한투습발수소재로의적용이가능함을제시하였으며, 나노섬유웹처리소재의역학적특성을측정한연구 (Youn & Lee, 2010) 에서는나노섬유 웹을적용하였을때, 기존 PU 코팅이나 PTFE 라미네이트직물에비해뻣뻣함이덜하며유연하고부드러운태를가지는것으로해석되어, 기능적성능과감성적성능을모두충족시키는새로운투습발수소재로의활용가능성을나타냈다. 최근에는기존의투습발수직물의버스럭대는소리를최소화하기위해전기방사한 PU-나노웹과대표적인투습발수직물인 PTFE 라미네이트직물의소리를비교평가한연구 (Cho & Cho, 2012) 가보고되었다. 두께및무게가각기다른 3종의 PTFE 라미네이트직물과웹밀도및기반직물이다른 3종의나노섬유웹라미네이트직물의마찰음을측정하여마찰음을최소화한새로운투습발수소재로나노섬유웹라미네이트의적용가능성을제시하였다 (Cho & Cho, 2012). 이연구는 PTFE 라미네이트직물과나노섬유웹라미네이트직물의마찰음을비교평가하여직물의마찰음이가장작은투습발수소재인나노섬유웹라미네이트를찾는데에크게기여하였으나, 나노섬유웹라미네이트소재에대한심층적연구는이루어지지않았다. 따라서본연구에서는나노섬유웹라미네이트의직물마찰음을최소화하기위한조건을제시하고자하였다. 나노섬유웹의경우내구성을갖추기위해기반직물과적층구조로이루어져야하는데 (Lee & Lee, 2011) 이때, 기반직물의특성및적층구조의차이가직물의마찰음에영향을끼칠것으로사료된다. 이에본연구에서는동일한웹밀도를가진나노섬유웹라미네이트소재의기반직물및적층구조에차이를두었을때, 기반직물및적층구조가직물마찰음에끼치는영향을알아보고자하였다. 이를통해나노섬유웹라미네이트소재의직물마찰음을최소화할수있는조건을제시하고심리생리적으로쾌적감을주는투습발수직물개발을위한기초자료로삼고자하였다. Table 1. Fabric structure and characteristics of electrospun nanofiber web laminates Specimen Structure Substrate Weight (g/m 2 )Thickness (mm) Fabric laminating construction C1 2-layer Densely woven polyester fabric a 97.9 0.19 PU nanofiber web Densely woven PET C2 2-layer Polyester fabric b 120.0 0.21 PU nanofiber web Regular PET fabric C3 3-layer Polyester fabric b Nylon tricot c 187.9 0.46 Nylon tricot PU nanofiber web Regular PET fabric a 100% Polyester,draw textured, 50 d/72f (warp), 65 d/204f (filling), dobbyweave, fabric weight 88.4 g/m 2, thickness 0.17 mm, fabric count 160 150/inch, b 100% Polyester, draw textured, 63 d/58f (warp), 68 d/108f (filling), plain weave, fabric weight 109 g/m 2, thickness 0.15 mm, fabric count 93 93/inch, c 100% Nylon tricot, fabric weight 69 g/m 2, thickness 0.25 mm, fabric count 42 84/inch,
622 한국의류산업학회지제 15 권제 4 호, 2013 년 2. 실험 2.1. 시료본연구에사용된시료는기반직물및적층구조에차이를둔 3종의폴리우레탄 (Polyurethane, PU) 나노섬유웹라미네이트소재로서, 약 5.2 g/m 2 의웹밀도로전기방사한대량생산나노섬유웹을국외 F사로부터제공받아이를기반직물에라미네이팅하였으며, 이때기반직물및구조에차이를두어제작하였다. 제작된시료는 PU 나노섬유웹을고밀도폴리에스테르직물에라미네이팅한것 (C1) 과, 일반폴리에스테르직물에라미네이팅한것 (C2), 그리고일반폴리에스테르직물과나일론트리코에 3-layer로라미네이팅한것 (C3) 총 3종이며, mesh roller와 hot-melt PU 접착제가라미네이팅에사용되었다. Table 1에본연구에서사용된나노섬유웹라미네이트소재의구성조건과모식도를나타내었다 (Youn & Lee, 2010; Lee et al., 2012c). 2.2. 직물마찰음의녹음직물의마찰음을발생시키기위해동일한시료두장을준비하여이중한장은직사각형부분에고정시키고, 다른한장은원통의둘레에감아고정시켜시료의겉과겉이마주보게한후, 원통이앞, 뒤로회전하면서마찰할때발생하는소리를녹음하였다. 이때, 직물소리를발생시키기위해 Simulator for Frictional Sound of Fabric(Korea Patent No. 10-2008-0105524, 2008)(Fig. 1) 을사용하였으며, 소리녹음을위해무향실 (Loudness of background noise = 10 db) 에서두직물이스치는지점으로부터 1.5 cm 떨어진지점에고성능마이크로폰 (Type 4190, B&K, Denmark) 을설치하였다. 이마이크로폰을 Pulse System(Type 7700, B&K) 을이용하여 95 db, 1kHz의조건에서 calibration data를얻었다. 이와같이준비를한후시료의마찰음을평균 0.63 m/s의속도로 30초간녹음하여웨이브파일을얻었다. 정확한측정을위해 3회씩녹음하였다 (Jin, 2012). 2.3. 직물마찰음의소리특성분석 2.3.1. Fast Fourier Transform 분석 각시료의녹음된소리는 Sound Quality Program(ver. 3.2, B&K, Denmark) 을이용하여 wave file로전환하고, 0~17,500 Hz 의주파수범위에서 FFT(Fast Fourier Transformation) 분석으로스펙트럼을얻었다. 2.3.2. 총음압과심리음향학변수의측정 ( 물리적소리특성분석 ) 1) 총음압 : (SPL: sound pressure level) 각직물의물리적소리크기인총음압을비교하기위하여다음과같은식에의해계산하였다. SPL( db) = 10log10 BL1 ---------- + +---------- BLn 10 10 BL: broadband sound level at each frequency N: fmax/ f 2) 심리음향학적특성분석 Zwicker(1990) 가제안한심리음향학적파라미터인 Loudness (Z), Sharpness(Z), Roughness(Z), Fluctuation strength(z) 를계산하기위해사용한수식은아래와같다. Loudness( Z) = Σ 24 i= 0 N' () i z i sone Z i = 1bark N' : specific loudness N' ( z)gz ( )zdz 1 Sharpness( Z) = 0.11 --------------------------------------- acum 24 N' ( z) dz N: total loudness N'(z): loudness of bark band g(z): zwicker s weighting function g(z) = 1(if z 16) g(z) = exp(a(z-16))(if z > 16) z = bark a = 1/2 In(2) Roughness( Z) = Σ 24. R' ( z) asper R'(z) = 0.0003fmod(z) LE(z) z asper LE = 20log(N'(1)/N'(99)) F mod : modulation frequency 24 1 (1) (2) (3) Fluctuation strength(z) = Σ 24. F' ( z) vacil (4) 0.032 Lz ( ) F'(z) = --------------------------- vacil f -------- mod + 4f 4 mod L: 20log(N'(1)/N'(99)) F mod : modulation frequency Fig. 1. Simulator for frictional sound of fabrics. 2.4. 역학적특성의측정나노섬유웹라미네이트소재들의역학적성질은 KES-
나노웹을이용한라미네이트소재의마찰음특성 623 FB(Kawabata Evaluation System for Fabric, Kato Tech Co., Ltd., Japan) 를사용하여측정 비교하였으며, 인장, 굽힘, 전단, 표면, 압축, 두께및무게의 6가지특성에대해총 17항목의특성치를측정하였다. 각항목은 3회측정후평균한값을사용하였고시료들은온도 20(±2) o C, 상대습도 65(±2)% 의항온항습실에서표준조건으로측정되었다 (Youn & Lee, 2010). 역학적특성은직물의고유한특성이므로, 이를파악함으로써직물의마찰이소리에미치는주요한영향요인을파악할수있을것으로기대된다 (Lee et al., 2012a). 2.5. 통계분석나노섬유웹라미네이트소재의역학적특성과심리음향학적특성과의관계를고찰하기위해 SPSS 18.0을사용하여상관관계분석을실시하였다. 또한심리적으로쾌적한감성을불러일으키는소리특성을가지는나노웹라미네이트소재의역학적특성을예측하기위해회귀분석을실시하였다. 3. 결과및고찰 3.1. FFT의특성시료 3종의소리를 FFT 방법에의해주파수대음압의파형으로변환하였다. 음향스펙트럼의형태가변화하는모습을 Fig. 2에제시하였다. 시료의마찰음에대한스펙트럼의음압은 0~17,500 Hz의주파수범위에서 6.84~58.47 db의범위를보였다. 가공방법이다른투습발수직물의마찰음을측정한선행연구 (Yang et al., 2008b) 를통해저주파대에서라미네이트직물의소리가가장크다는것을알수있었다. 이는본연구에서사용된시료가모두라미네이트직물이기때문에선행연구 (Yang et al., 2008b) 와같이저주파대에서마찰음이가장클것으로예상할수있었으며, 결과값을통해저주파수대역인 0~5,000 Hz 사이에서스펙트럼피크가빈번히나타남을확인하였다. 인간의귀가가장민감하게감지하는주파수영역이 1,000 Hz~4,000 Hz사이이기때문에각스펙트럼의피크들은소리의특징을결정지을것으로사료된다. 더불어이는선행연구 (Yang et al., 2008b) 의라미네이트직물이완만한음압곡선을나타낸것과는달리음압의변화가눈에띄게나타난것을확인할수있었다. Fig. 2. Sound spectra of the electrospun nanofiber web laminates. 었다. 뿐만아니라이는직물의마찰음을최소화하기위한선행연구 (Cho & Cho, 2012) 에서제작된 PU 나노섬유웹라미네이트소재의마찰음인 66.23 db~71.30 db 보다낮은값으로투습발수성능을가진소재중마찰음이비교적작은시료임이확인되었다. 나노섬유웹라미네이트소재의마찰음에대한심리음향학적크기, 날카로움, 거칠기, 변동강도모두 C1이최소값을, C3 가최대값을보였다. Loudness(Z) 의경우 6.05~9.17 sone으로가장넓은범위를보였으며, C1에서 C3로갈수록마찰음이큰시끄러운직물임을알수있었다. Sharpness(Z) 는 2.47~2.61 acum으로가장좁은범위를보였으며, C1과 C2는거의유사한값을나타냈다. Roughness(Z) 는 2.82~3.60 asper, Fluctuation strength(z) 는 4.08~4.54 vacil의값을나타냈다. 이를통해 C1에서 C3로갈수록직물의소리특성이심리적으로더크고, 날카롭고, 거칠게인지됨을알수있었다. 선행연구 (Cho & Cho, 2012) 에서제작된나노섬유웹라미네이트소재의심리음향학적특성또한 C1, C2, C3에비해대체로높은값을나타내었다. SPL과심리음향학적특성의모든항목에대해서 C1이최소값을나타내고, C2, C3 순서로값이증가하는것을통해기반직물의특성및적층구조의차이로두께및무게가증가함 3.2. 나노섬유웹라미네이트소재의마찰음특성나노섬유웹라미네이트소재의직물마찰음의특성은 Fig. 3~7에나타내었다. 나노섬유웹라미네이트소재의 SPL은 C1이 61.2dB, C2는 64.6 db, C3는 65.1 db로 C3가가장큰값을보였다. 일반적으로투습발수성능을위해코팅가공을한직물의소리는약 70 db로알려져있으며 (Lee et al., 2012a), Yang et al.(2008a) 의연구에서는스포츠웨어용투습발수직물의 SPL이 75dB 이상으로 C1, C2, C3에비해현저하게마찰음이큼을알수있 Fig. 3. SPL of the electrospun nanofiber web laminates.
624 한국의류산업학회지제 15 권제 4 호, 2013 년 Fig. 4. Loudness(Z) of the electrospun nanofiber web laminates. Fig. 7. Fluctuation strength(z) of the electrospun nanofiber web laminates. 물에비해총음압이낮아소음이작은것을알수있었다. 또한 C2와 C3는적층구조에차이를둔시료인데, Sharpness(Z) 의경우에는 C2와 C3의차이가확연하여 (Fig. 5), 기반직물의적층구조가 2층에서 3층으로늘어남에따라 Sharpness(Z) 가커짐을알수있었다. 이결과는선행연구결과 (Yang & Cho, 2009) 에서적층구조가 2층인 A 직물의 Sharpness보다적층구조가 3층인 C 직물의 Sharpness가더큰값을보인다고논의한바와일치한다. Fig. 5. Sharpness(Z) of the electrospun nanofiber web laminates. Fig. 6. Roughness(Z)of the electrospun nanofiber web laminates. 에따라직물의마찰음및심리음향학적특성이증가한것으로사료된다. 특히 SPL의경우 C1과 C2의차이가두드러지게나타났는데 (Fig. 3), C1과 C2가기반직물의특성에차이를둔시료라는점을미루어볼때, SPL은기반직물의특성에영향을받은것으로보인다. 즉, 고밀도 PET 기반직물이일반 PET 직 3.3. 나노섬유웹라미네이트소재의역학적특성나노섬유웹라미네이트소재 3종의역학적특성을 KES-FB system 을이용해측정하였으며, 항목별결과를 Fig. 8~13에나타내었다. 인장특성은직물에한방향으로힘을작용시켜인장또는신장시킬때, 힘과변형및신장과의관계로서인장선형성 (LT), 인장에너지 (WT), 인장회복성 (RT), 그리고신장성 (EM) 의 4가지항목으로구성된다 (Kim et al., 2006; Youn & Lee, 2010). 인장선형성 (LT) 은 Fig. 8-(a) 에서보여지듯, 세시료가비교적유사한값을나타내었다. 인장선형성 (LT) 값이크다는것은인장초기에신도저항이증가하여착용감이좋지않은것인데, 세시료모두선행연구 (Youn & Lee, 2010) 의 PTFE 라미네이트직물이나 PU 코팅직물의값보다낮은값을나타냈다. 인장회복성 (RT) 은 Fig. 8-(b) 에서보는바와같이 C1이두드러지게높은값을나타내는데, 이를통해 C1이탄성회복성및치수안정성이좋은직물임을알수있었다. 굽힘특성은직물의미끄럼저항이나드레이프성, 촉감그리고구김이나주름과관련된성질로서굽힘강성 (B), 굽힘이력 (2HB) 으로구성되며, 직물의태에영향을미친다. 세시료중 C3가굽힘강성 (B), 굽힘이력 (2HB) 모두높은값을나타내었으며 (Fig. 9), 이를통해 C3가가장굽히기어렵고뻣뻣한촉감을가진직물임을알수있었다. 이는 3-layer로이루어진 C3 가 C1, C2에비해두께가두껍기때문인것으로사료된다. 반
나노웹을이용한라미네이트소재의마찰음특성 625 Fig. 8. Tensile properties of electrospun nanofiber web laminates. Fig. 9. Bending properties of electrospun nanofiber web laminates. 대로 C1은두항목모두가장작은값을보였으며이는직물의탄력이풍부하고변형이비교적쉬워신체의곡선을나타내기용이한직물임을나타낸다 (Kim, 2001). 전단특성은굽힘특성과마찬가지로직물의드레이프성에영향을미치는요소로의복의외관, 형태그리고착용감과밀접한관계가있다 (Kim et al., 2006; Youn & Lee, 2010). 전단강성 (G) 과전단이력 (2HG, 2HG5) 모두 C3가대체로높은값을보이며 (Fig. 10), 굽힘특성과마찬가지로 C3의 3-layer 구조때문인것으로사료된다. 표면특성은직물의평활함과관련되는특성으로세시료의표면특성은 Fig. 11을통해확인할수있다. 평균마찰계수 Fig. 10. Shear properties of electrospun nanofiber web laminates. Fig. 11. Surface properties of electrospun nanofiber web laminates.
626 한국의류산업학회지제 15 권제 4 호, 2013 년 Fig. 12. Compression properties of electrospun nanofiber web laminates. Table 2. Correlation between sound characteristics and mechanical properties of electrospun nanofiber web laminates Fig. 13. Thickness & weight properties of electrospun nanofiber web laminates. (MIU) 와평균편차 (MMD) 는 Fig. 11-(a) 와같이 C1이가장큰값을보였으며, 표면의거칠기 (SMD) 는비교적낮은값을나타내어세시료중 C1은표면이매끄럽고마찰력이균일한직물임을알수있었다. 압축특성은직물의부피감과섬도, 두께와관련된특성으로 Fig. 12에나타내었으며, 압축선형성 (LC), 압축에너지 (WC) 모두 C3가높은값을, 압축회복성 (RC) 은 C2가가장높은값을보였다. 두께및무게는 Fig. 13에서보여지듯 C3가가장두껍고무거운직물인것으로나타났다. 이는 C3가 3-layer 구조로인해다른시료들에비해두께및무게가증가했기때문이며, 두께는직물의외관과쾌적성에, 무게는착용감에영향을주는요소이다 (Kim et al., 2006; Youn & Lee, 2010). 3.4. 나노섬유웹라미네이트소재의역학적특성과소리특성과의관계나노섬유웹라미네이트소재의역학적특성과직물의소리특성간의상관관계를분석한결과는 Table 2와같다. Loudness (Z) 는인장선형성 (LT) 과부적상관관계를, Sharpness(Z) 는두께 (T) 와, Roughness(Z) 는굽힘이력 (2HB) 과두께 (T) 와정적상관관계를나타내었다. SPL Loudness (Z) Sound characteristics Sharpness (Z) Roughness (Z) Fluctuation Strength(Z) EM -.537 -.896 -.990 -.979 -.733 LT -.888 -.998* -.926 -.949 -.976 WT -.760 -.987 -.988 -.996 -.900 RT -.909 -.561 -.273 -.336 -.774 B.761.987.987.996.901 2HB.717.975.996 1.000**.870 G -.780 -.342 -.029 -.095 -.596 2HG.216.691.883.850.456 Mechanical 2HG5.265 properties.727.906.876.501 MIU -.992 -.912 -.737 -.781 -.991 MMD -.995 -.663 -.394 -.454 -.849 SMD.233.703.891.859.471 LC.576.916.996.987.764 WC.534.895.990.978.731 RC.601.099 -.219 -.153.379 T.700.969.998* 1.000**.858 W.770.989.985.994.907 *p <.05, **p <.01 인장특성의 4가지항목중특히인장선형성 (LT) 은 Loudness(Z) 와부적 (-) 상관관계를보였는데이는인장초기신도저항이적은직물일수록마찰음이시끄럽게인지됨을의미한다. Sharpness(Z) 의경우두께 (T) 와정적 (+) 상관관계를보여두께가두꺼운직물일수록날카로운소리로인지됨을알수있었다. 굽힘이력 (2HB) 과두께 (T) 는거칠기 (Roughness(Z)) 와정적 (+) 상관관계를보였으며, 이를통해물리적힘에의한직물의굽힘이어렵고두께가두꺼운직물일수록소리가거칠게인지됨을알수있었다. 직물의역학적특성과소리특성간의관계를좀더자세히알아보기위해, 소리특성과역학적특성간에상당히높은유
나노웹을이용한라미네이트소재의마찰음특성 627 의한값을가지는상관관계를보인변수들 (Table 2) 을중심으로회귀분석을실시하였다 (Fig. 14~Fig. 17). 회귀분석을실시한결과, 마찰계수의표준편차 (MMD) 와인장선형성 (LT) 은소리특성인 SPL과 Loudness(Z) 에부적관계를보이기때문에, 마찰계수의표준편차 (MMD) 값과인장선형성 (LT) 값이작을수록직물의소리가더크고, 시끄럽게느껴짐을알수있었다 (Fig. 14, Fig. 15). 반면, 두께 (T) 와굽힘이력 (2HB) 은소리특성인 Sharpness(Z) 와 Roughness(Z) 에정적관계를보여, 두께 (T) 가두꺼울수록날카로운소리로, 굽힘이력 (2HB) 값이클수록거친소리로느껴짐을알수있었다 (Fig. 16, Fig. 17). 선행연구 (Yang & Cho, 2009) 에따르면, 직물마찰음을불쾌하게느끼기시작하는총음압은 50 db이다. 이를 Fig. 14의회귀식에대입하면, 역학적특성인마찰계수의표준편차 (MMD) 가 0.1296 값을가질때, 직물의마찰음중하나인총음압 (SPL) 이 50 db임을알수있다. 심리음향학적크기를살펴보면, 1 sone은 1,000 Hz에서음압레벨이 40 db인순음에서느끼는주관적소리크기의값으로, 조용한방안의환경음이약 1 sone에해당하는것으로보고되고있으며 (Schiffman, 1976), 2 sone~5 sone 정도는나지막한대화소리에해당된다. 이를 Fig. 15의회귀식에대입하면, 역학적특성인인장선형성 (LT) 이 0.8460 값을가질때, 직물의소리특성중 Loudness(Z) 가 5sone임을알수있다. 목관악기의날카로움이약 0.5acum~2.0acume 정도 (Goad, 1991) 이므로, Fig. 16의회귀식에대입하면, 역학적특성인두께 (T) 값이 0.0384 mm를가질때, 직물의소리특성중 Sharpness(Z) 가 2.0 acum임을알수있다. 또한심리음향학적거칠기를살펴보면, Fig. 17의회귀식에따라역학적특성인 2HB가 0.0553 gf cm/cm를가질때, 직물의소리특성중 Roughness(Z) 는 2.8 asper임을알수있다. 따라서나노섬유웹라미네이트소재의소리특성과역학적특성의회귀예측모델결과에따라, 마찰계수의표면특성 Fig. 15. Regression model and threshold between LT and Loudness(Z). Fig. 16. Regression model and threshold between T and Sharpness(Z). Fig. 17. Regression model and threshold between 2HB and Roughness(Z). Fig. 14. Regression model and threshold between MMD and and SPL. (MMD) 값이 0.1296, 인장선형성 (LT) 값이 0.8460, 두께 (T) 값이 0.0384 mm, 그리고굽힘이력 (2HB) 값이 0.0553 gf cm/
628 한국의류산업학회지제 15 권제 4 호, 2013 년 cm의역학적특성을가지는나노섬유웹라미네이트소재가착용자에게심리생리적으로쾌적한감성을불러일으키는소리특성을가지는것으로예측할수있다. 4. 결론본연구에서는새로운투습발수소재인나노섬유웹라미네이트소재의기반직물의특성및적층구조에차이를두어제작한 3종의나노섬유웹라미네이트소재에대해, 잔향이발생하지않는무향실에서직물소리발생장치를이용하여직물의마찰음을측정하였다. 또한심리음향학적특성을분석하여직물의역학적특성과의상관관계를살펴보았으며, 유의한상관관계를가지는결과값을중심으로회귀분석을실시하여역학적특성과소리특성간의관계를살펴보고역치를산출하였다. 결과요약및결론은다음과같다. 1. 나노섬유웹라미네이트소재간기반직물및적층구조에따라직물의마찰음에차이가있었다. 나노섬유웹라미네이트소재의 SPL은 61.2dB~65.1dB의범위를나타냈으며, C1 이최소값을나타내고, C2, C3 순서로값이증가하였다. 심리음향학적크기, 날카로움, 거칠기, 변동강도모두 C1이최소값을, C3가최대값을보였다. 이는 C1에서 C3로갈수록직물의소리특성은심리적으로더크고, 날카롭고, 거칠게인지됨을나타낸다. 선행연구를통해일반적인투습발수직물에비해총음압은현저히낮은값을보임을알수있었고, 시료간의총음압, 심리음향학적크기의결과값을토대로기반직물의두께및무게, 적층구조의차이가직물의마찰음및심리음향학적특성에영향을준것으로사료된다. 2. 나노섬유웹라미네이트소재의역학적특성과심리음향학적특성간의상관관계를분석한결과, 인장선형성 (LT) 은심리음향학적크기 (Loudness(Z)) 와부적 (-) 상관관계를나타냈고, 날카로움 (Sharpness(Z)) 은두께 (T) 와정적 (+) 상관관계를보였다. 또한거칠기 (Roughness(Z)) 는굽힘이력 (2HB), 두께 (T) 와정적 (+) 상관관계를나타내었다. 마찰계수의표면특성 (MMD) 값이 0.1296, 인장선형성 (LT) 값이 0.8460, 두께 (T) 값이 0.0384 mm, 그리고굽힘이력 (2HB) 값이 0.0553 gf cm/cm의역학적특성을가지는나노섬유웹라미네이트소재의소리특성이착용자에게쾌적감을불러일으킬수있을것으로예측할수있었다. 이상의결과에서나노섬유웹라미네이트소재의기반직물의특성및적층구조에따른직물마찰음의차이를알수있었다. 동일한나노섬유웹과라미네이팅공정을거쳤으나, C1 의기반직물은 C2, C3의기반직물에비해더가벼운고밀도직물이었기에직물의마찰음을최소화한것으로사료된다. 특히 C3의경우 3-layer 구조로인해다른두시료에비해무겁고두꺼웠기때문에직물의마찰음이가장시끄럽게인지된것으로판단된다. 따라서마찰음을최소화한직물을만들기위해서는무게와두께를최소화하고인장초기신도저항을크게하며, 굽힘성질이우수한기반직물을사용할것을제안한다. 본연구는투습발수성능을가진나노섬유웹라미네이트소재의기반직물의특성및적층구조에따라직물의마찰음을최소화할수있는요인을확인하였다. 이는나노섬유웹라미네이트소재의직물마찰음을최소화할수있는조건을제시하고심리생리적으로쾌적감을주는투습발수직물개발을위한기초자료로사용될수있을것으로사료된다. 직물의마찰음을최소화한나노섬유웹라미네이트소재는위장이필요한전투복용소재나경찰복소재등특수복소재는물론, 감성적측면까지고려한아웃도어의류용소재, 스포츠웨어용소재, 일상복소재등다양한분야에사용될수있을것으로기대된다. 감사의글 이논문은 2013년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된연구임 (No. NRF-2011-0015658). References Bishop, D. P. (1996). Fabrics: Sensory & Mechanical Properties. Textile Progress, 26(3), 1-57. Cho, S. M., & Cho, G. S. (2012). Minimizing frictional sound of PU- Nanoweb and PTFE film laminated vapor permeable water repellent fabrics. Fibers and Polymers, 13(1), 123-129. Chung, H. J., Kim, C. J., & Cho, G. S. (2003). Effect of fabric sound from active wear on electrodiagnosis and subjective sensation and sensibility. Korean Journal of the Science of Emotion & Sensibility, 6(1), 27-32. Goad, P. (1991). Sharpness measurements for musical instrument timbres. Journal of the Acoustical Society of America, 89, 1270-1277. Jin, E. J. (2012). Effect of frictional sound of combat uniform fabrics on autonomic nervous system responses. Unpublished master s thesis, Yonsei University, Seoul. Kang, Y. K., Park, C. H., Kim, J., & Kang, T. J. (2007). Application of electrospun polyurethane web to breathable water-proof fabrics. Fibers and Polymers, 8(5), 564-570. Kim, C. J., & Cho, G. S. (2006). Development of rustling sound generator using reciprocating motion and evaluation of its fabric sound. Korean Journal of the Science of Emotion &Sensibility, 9(2), 133-140. Kim, H. E. (2001). Effect of after treatments for washing on mechanical properties of knitted fabrics. Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles, 3(2), 174-179. Kim, M. O., Uh, M. K., & Park, M. J. (2006). A study on the mechanical and hand properties of the lining fabric. Journal of the Korean Society for Clothing Industry, 8(3), 357-362. Kwon, M. S., & Kwon, J. (2008). A study on the dynamic performance of waterproof and breathable materials. The Journal of the Korean Society of Costumes, 58(4), 26-34. Lee, J. H., Lee, K. L., Jin, E. J., Yang, Y. J., & Cho, G. S. (2012a). Effect of fabric sound of vapor permeable water repellent fabrics for sportswear on psychoacoustic properties. Korean Journal of the Science of Emotion & Sensibility, 15(2), 201-208.
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