부직포 제조공정

출처 : 섬유지식까페 철이색시님글

 

1. 개론

부직포란 “짜여지지 않은 천“, “방적, 제직, 편조에 의하지 않고 섬유집합체 또는 필름을 물리적, 화학적 수단에 의하거나 기계적 혹은 적당한 수분이나 열로서 섬유 상호 간을 결합시킨 것”, “웹(Web)상 또는 시트(Sheet)상의 섬유집합체를 Base로 하여 이것을 접착체로 결합시키거나 열가소성 섬유를 이용하여 섬유 간 접착을 강하게 한 것” 직물과 같이 실을 이용하여 제직, 제편하지 않고, 섬유를 적당히 배열하여 접착제나 섬유자체의 융착력이나 섬유들의 엉킴을 이용하여 직접 직물과 같은 형태로 제조하는 것 등으로 정의할 수 있다. 지금까지는 직물이나 편물의 대용품으로만 이용되었지만, 오늘날에는 부직포의 특성을 살린 다양한 용도의 제품들이 생산되고 있다. 이들 부직포의 특징은 복합화가 용이하고 생산성이 높으며, 제조 공정이 단순하여 제조 원가가 낮으며, 다종다양한 재질, 형상의 제품을 생산할 수 있어 새로운 제법들이 개발되고 있어 향후 많은 분야에서 활용될 수 있는 소재이다.

 

2. 부직포의 특성

1) 여과성 : 섬유와 수지의 결합으로 다공성 구조를 만들어 미세한 입자까지 걸러낼 수 있어 공기와 물의 여과에 응용 시킬 수 있다.

2) 보온성 : 미세한 화이버(fiber)로 만들어진 다공성 구조 내에 따뜻한 공기가 축적되어 따뜻하면서도 가벼운 방한 의류의 최적 소재이다.

3) 성형성 : 느슨한 다공성 구조로서 열 성형에 용이하므로 미세한 곡면을 가진 입체적인 성형에 응용할 수 있다.

4) 유연성 : 부드러운 촉감을 가지고 있어 신체에 쾌적한 감각을 주기 때문에 겉감을 지지해 주는 심지로서 최적의 소재이다.

5) 흡수성 : 높은 흡수, 보습성을 발휘하는 미세한 다공성구조를 가지고 있어 일회용 기저귀부터 연약한 지반의 배수를 위한 드레인보드(Drainboard)까지 광범위하게 응용할 수 있다.

6) 절연성 : 수지에 대한 침투가 용이하여 전기 절연을 필요로 하는 곳에 이용할 수 있다. 조건에 따라서 테이프(tape)상, 플레이트(plate)상 등의 가공이 용이하다.

7) 도전성 : 대전방지 처리를 통하여 정전기를 방지할 수도 있고, 역으로 에어필터 등에서 먼지를 흡착하기 위해 정전기를 주는 것도 가능하다.

8) 내후성 : 자외선에 의한 변색, 바람과 비에 의한 화학적 성질의 변형 등을 걱정할 필요가 없다.

9) 내약품성 : 섬유와 수지의 조합으로 내알칼리성, 내산성, 내유성 등 여러 가지 성질을 가질 수 있다. 의료용에 있어서는 드라이클리닝 내구성이 있다.

 

3. 용도

부직포는 값싼 펠트의 제조를 위하여 개발되었으나 생산기술, 생산설비, 원자재의 발달로 직물류 및 종이류의 많은 분야를 대체하여 그 적용범위는 의류용 · 공업자재용 · 토목 · 농업 · 건축용 · 인공피혁용 · 생활자재용 · 위생자재용 · 자동차내장재 · 고급 종이류 등으로 넓어지게 됐다.

현대에 들어서는 SL(Spunlace), MB(Meltblown) 등의 새로운 생산 공법 개발로 노맥스(Nomex), 케블라(Kevlar) 등의 특수 섬유를 사용한 부직포의 개발 등으로 그 용도는 무한히 확대되어 우주왕복선 · 방호복 등에도 사용되고 있다.

 

4. 부직포 원료

부직포에 사용하고 있는 섬유는 천연 섬유부터 합성 섬유에 이르기까지 그 범위가 제한적이지 아니하고 광범위하다. 흔히 세계적으로 사용되고 있는 원료는 폴리에스터, 비스코스레이온, 나일론, 폴리프로필렌 등과 면, 마, 양모, 석면, 유리섬유, 아세테이트 등이 있는데 국내에서는 특수한 경우를 제외하고는 폴리에스터, 비스코스레이온, 나일론, 폴리프로필렌 등이 사용되며, 면이나 레이온은 니들 펀치(needle punch), 케미컬 본드(chemical bond), 스펀 레이스(spun lace)법 등이 이용되며, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론 필라멘트는 주로 스펀 본드(spun-bond), 폴리에스테르, 폴리프로필렌 스테이플(staple)은 니들 펀치, 나일론 스테이플은 케미컬 본드, 아크릴은 니들 펀치, 비닐론, 유리섬유, 펄프는 주로 습식을 하고 있다.

그림 1.   부직포 제조 기계

     

 

5. 제조 방법별 종류

수 십년 전까지는 부직포 제조방법이 몇 가지로 단순하였지만, 오늘날에는 각종 새로운 방법들이 제안되거나 실용화되고 있어 여러 가지 제품들이 생산되고 있다.

1) 습식 부직포(wet-laid non-woven fabric) 

 습식 부직포는 종래의 제지 기술의 원리를 이용하여 수중에서 섬유를 적충한 웹을 사용하여 주로 접착제로 결합시킨 부직포를 말한다.

 

① 스펀본드 부직포(spun-bonded non-woven fabric)

필라멘트로 사용하기 때문에 장섬유 부직포라고 하며, 방사공정과 섬유간의 접합을 하는 공정을 필요로 하기 때문에 기본적으로 방사장치가 필요하며 노즐에서 나오는 섬유를 주행하는 콘베이어 위에 붙어 날려서 콘베이어 위에 긴 섬유의 층을 형성하여 만들어진 부직포의 일종이다. 제조 공정은 능률이 좋고 경제적으로도 유리하다.

 

② 스펀레이스 부직포(spunlace non-woven fabric)

제트수류를 웹에 분사하여 섬유를 결합하는 방법으로 제트수류를 받는 웹 밑에 설치된 판의 패턴에 따라 다양한 디자인을 얻을 수 있고, 접착제를 사용하지 않기 때문에 제품은 드레이프성, 흡수성, 벌키성 등이 우수하므로 의료용 스폰지, 수술용 가운, 심지, 코팅직물의 기포, 기저귀 카바, 위생팩(pack) 및 일회용 산업의복에 널리 사용되고 있다.

 

③ 멜트블로운 부직포(melt-blown non-woven fabric)

제조공정은 일반적으로 원재료의 투입 → 압출 · 방사 → 웹 형성 → 웹 냉각 → 웹 결합과정을 거친다. 멜트블로운 공정에서 제조된 부직포를 말하며, 사용된 웹은 극세 섬유이기 때문에 부드럽고, 보온성 및 고도의 여과성능 등 일반부직포에서 얻을 수 없는 장점을 가진다. 웹 강도가 매우 약한 것이 결점으로, 단독으로는 사용상 제약이 많아서, 스펀본드법에 의한 웹이나 펄프 또는 단섬유등과 복합하여 사용된다. 가장 많이 사용되는 원료섬유는 폴리프로필렌이다.

 

④ 열융착 부직포(thermally bonded non-woven fabric)

저융점의 열가소성 섬유를 용융시켜 섬유 상호간에 결합시킨 부직포를 말하며, 제조 장치는 캘린더, 재래식 컨베이어 오븐, Through-Air System, 초음파 본딩, 적외선 가열기 등이 주로 사용된다. 용도는 커버스톡(Coverstock), 쿠션재, 보온재, 필터, 토목자재, 도전성 시트(Sheet), 의료용 심지 등, 주로 얇고 부드러운 소프트한 부직포 생산에 많이 사용된다.

 

2) 건식부직포(dry-laid non-woven fabric)

소면기법, 에어 레이법 및 정전기법에 의해 건식 적층으로 형성된 웹을 열적, 물리적 및 화학적 결합방법과는 관계없이 제조된 부직포를 말한다.

① 건식적층(dry laying)

부직포에 이용하는 웹 제조에 있어 수분을 이용하지 않고, 완전 건조 상태에서 섬유웹을 적층하는 것을 말하며, 적층방법으로는 소면기법(carding)과 공기기류를 이용한 에어 레이법(air-lay) 및 정전기를 이용한 것이 있다.

 

② 니들펀칭법의 제조방법

웹을 기계적으로 결합하는 방법의 하나로서 부직포가 생기기 이전부터 펠트의 제조에 사용되었던 방법이다. 그러나 현재 NP 기술은 기존의 펠트제조에 사용되었던 설비보다 밀도가 높은 것이 사용된다. NP 부직포는 카드기 또는 에어레이(Air-Laid)법에 의해 형성된 웹을 Needle Loom을 통과시킬 때 니들이 붙은 침판을 상하 왕복으로 운동시켜, 2차원적인 랜덤한 섬유배열의 일부를 3차원적인 랜덤구조로 결합시키는 것이다.

 

③ 스테치본드법의 제조방법

ST법은 형성된 웹을 편침을 사용하여 재봉하는 방식으로 결합하는 방법이다. 주로 트리코트의 경편원리를 적용하여 일반심지용과 같은 웹을 형성하여 접착제를 사용하지 않고 실로서 누비는 것이다.

 

④ 케미칼본딩법의 제조방법

CB법에서 사용되는 접착제들은 여러 가지가 있으나 에멀전형의 접착제를 보편적으로 사용하고 있다. 이 에멀젼형 중에서도 아크릴과 SBR이 가장 많이 사용되고 있다. CB법은 웹 결합 시 주로 함침법, 스프레이(Spray)법, 거품법, 프린트(Print)법의 4가지 방법을 사용하는데, 결합방법에 따라 부직포의 특성에 크게 영향을 미치는데, 섬유간의 결합상태, 부드러움과 같은 외관과 인장강도, 신도 등과 같은 물성치의 차이를 나타낸다.

 

 

6. 펠 트

펠트(felt)는 양털이나 그 밖의 짐승의 털에 열, 수분, 압력을 가하여 수모섬유 집합체를 펠트화한 것으로 프레스 펠트(press felt)와 니들 펠트(needle felt)가 있으며, 모직물을 축융시킨 펠트 직물도 있다. 펠트화 공정은 웹을 물로 습윤 시킨 2매의 면포 사이에 끼우고 웹의 내부까지 증기가 충분하도록 가습 가온하여 이것을 2매의 가열금속판 사이에 끼워 압력을 가하면서 진동시켜 펠트효과를 부여한다.

 

1) 펠트 종류

① 폴리에스터 화이버

원료사용량을 기준으로 비율은 전체 소비량의 53.01%를 기록 하였으며 사용량이 계속 증가되어 지는 추세이다. Interlining, Padding, Felt 전 업종에 걸쳐 사용되며 의류용 소재 및 산자용 등 범용제품 제조 시 주요 원료로 사용되었다.

 

② 폴리프로필렌 화이버

주로 Felt 업종의 제품 제조 시 많은 양을 소비 하였으며 최근에는 서멀본딩(Thermal Bonding) 제품 생산 활기로 증가추세를 보여 전체원료 소비 구성비의 12.05%에 달 하였다. 사용용도별로 보면 Felt 분야업에서 토목용 및 일부 산업용자재를 제조 시에 사용되며 서멀본딩은 기저귀커버 스톡용으로 주로 소비된다.

 

③ 비스코스레이온 화이버

전량 수입에 의존하여 사용하고 있는 비스코스레이온은 주로 Interlining 중 섬유의 특성상 흡수성이 좋고 소프트한 타치 타입 생산이 가능한 원료로 단섬유류의 커버스톡용 및 고급 의류용도 생산에 사용되었다. 또한 최근에는 Felt 업 제품중 새로운 용도로 시장을 넓히고 있는 행주용을 비롯 꾸준히 사용되고 있는 숄드패드 및 양복앞판, 칼라크로스 등에 소비량을 증가시켜 나가고 있으며 최근 부직포원단의 기능성 부여가 강조되면서 원료의 고급화 추세로 이어지며 천연섬유(면, 양모 등) 대체원료로 각광을 받음에 따라 사용량이 점차 증가추세에 있다.

 

④ 나일론 화이버

매년 Interlining 중 Thermal Bonding 제조 시 공업용과 Felt 업의 인조수세미 등의 주요원료로 사용되었고 현재로 는 전체 원료소비량의 5.49% 정도 포지션을 보이고 있으며 최근 2~3년 전부터 소비량이 급격히 증가세를 보이고 있다. 앞으로의 용도 다변화에 따라 대폭 증가될 전망으로 보인다.

 

⑤ 접착제

Chemical Bonding 제조 시 Web(웹) 고착 시 사용되어온 접착제는 생산량 확대에 힘입어 사용량이 크게 증가되었다. 현재 전체원료소비량의 18.42%의 포지션으로 가격은 안정세를 유지 하고 있으며 최근에는 접착제에 함유해 있는 유해물질인 포르말린을 최소화한 논포르말린 접착제가 일부 사용되어 왔으나 아직 가격 및 공급측면에서의 문제점으로 논포르말린 접착제 사용량은 크게 증가치 못하고 있다.

 

표 1.   펠트의 주 용도와 요구성능

용도 용도 예시 요구 성능
여과용 각종 필터, 캬브레터, 가스방진 마스크, 토목, 공사용 배수시트, 철도궤도의 토석혼합방지필터 등 보집효율이 높고, 균일하며, 용량이 크다.
흡음, 차음제 홀, 방송실의 천정벽, 마루, 소음 방지벽, 항공기, 자동차, 방음재, 사무기기, 컴퓨터의 흡음제 등 소리의 흡음율이 크고, 투과율이 적다.
박 킹 재 각종 실링(sealing)재료 먼지, 기름의 유지와 투과성이 없다.
방진, 완충재 방진재, 각종 중기, 건축물, 각종 진동의 완충제, 각종쿠션, 운동기기 매트 마찰진동의 에너지를 흡수, 완화
미끄럼 억지재 이동기기의 저장, 선풍기, 타이프라이터, 전화기, 오디오, 레코드, 회전판커버, 직물 권취롤러 표면제 접촉면의 마찰계수가 크다. 마찰계수의 경시변화가 적다.
연 마 재 유리연마, 광학렌즈, 안경렌즈의 마무리 연마용, 치과용연마펠트, 가구, 목공품의 연마식포 탄력성, 유연성, 마모성
악 기 용 피아노 헤머, 펠트, 드럼의 발목, 단바펠트, 안다펠트, 베기음펠트, 키 펠트, 백레루, 벡첵크벨트 완충성, 흡음성, 장식성

 

 

 

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