1. 섬유의 정의

1. 섬유의 정의

 

섬유란 생물분야에서 생체의 조직을 이루는 가늘고 긴 실모양의 구조 단위를 뜻하기도 하는데,  섬유산업과 관련이 있는 사람들이 섬유에 대하여 가지고 있는 관념은 면이나 양모처럼 가늘고 길며  부드러운 물체라고 할 수 있다.

즉 섬유란 육안으로 직접 측정할 수 없을 정도로 가늘고 길이는 직경 또는 폭에 비하여 적어도 100배 이상인 고체로서 강도, 굴요성, 방적성과 같은 기본적인 성질과 실용적인 면에서 바람직한 흡습성, 탄성이나 화학적인 안정성과 같은 2차적인 성질을 가지고 있어야 한다.
특히 섬유 공업용 섬유는 굵기가 몇 십 μm 이하이며 길이는 굵기의 몇 백 배 이상 된다. 일반적인 섬유는 저분자가 중합되어 고분자 화합물을 이룬것이며 천연 생성물과 인공적으로 만든 합성 물질에 이르기까지 많은 종류가 있다.

섬유는 구조상 길이 방향으로 결정 단위 격자가 비교적 나란히 배열되어 있으며 섬유 제품의 재료로서 필요한 성질은 가공 조건이나 만들어진 다음의 소비 조건에 맞는 여러 가지 특성, 즉 일정한 범위 내의 유연성과 강신도, 포합성, 약품 및 용제에 대한 저항성, 가소성, 탄성 및 내열성 등을 갖추어야 한다.
이러한 성질상의 구비 조건 외에도 생산량이 많고 소재를 구하기 쉬우며 가격도 저렴해야 한다.
다음의 표 1 에는 섬유 거시적 구조가 사 및 직물에 나타나는 특성과의 관계를 나타내었다.

표1 섬유 거시적 구조가 사 및 직물에 나타나는 특성과의 관계

거시적 구조의 요소 특           성
섬유길이 연신성(드래프트성), 가방성
실의 강도
잔털의 크기
굵      기 방적성, 가방성
실의 균제성
직물의 태
섬유의 강력 방적성, 가방성
혼방물에서의 섬유의 분포
굴곡 및 굽힘특성
실 및 직물의 광택
섬유의 강성 방적성
실의 굴곡 및 굽힘특성
섬유의 태
섬유 단면 형상 굴곡 및 굽힘성
광택
섬유의 충진성(보온성,  벌키성)
섬유축방향의 형상 실 및 직물의 태
방적성
섬유표면의 형태 펠트성
직물의 태
방적성

 

 

2. 섬유의 분류

 

오늘날 사용되고 있는 섬유의 종류는 수십 종에 이른다. 이들 섬유를 화학적인 조성과 물리적 및
화학적 성질에 따라 분류하는 것은 섬유의 용도뿐만 아니라 염색 가공 등 기술적인면, 관리적인면, 거래 및 사무적인면 등 여러 목적을 위하여 필요하다.

우리나라에서도 한국산업규격(KSK 0904)으로 섬유의 분류 방법을 규정짓고 있으나 시대에 따라,
또 국가와 학자에 따라 다르다. 예를 들면, 인조섬유가 나오기 전까지는 식물성, 동물성, 광물성의
세가지 섬유로 분류되었으나 그 후 인조섬유가 나오게 되자 천연섬유와 인조 섬유로 나뉘게 되었다.

 

 

 

 

1) 천연섬유

천연섬유는 자연계에서 섬유 형태로 생산하여 직접 섬유로 이용할 수 있는 것을 말한다. 이 중에서
면, 아마 등과 같이 식물체에서 얻는 것을 식물성 섬유라 한다.
이들 섬유는 화학적으로 보면 모두 셀룰로오스(Cellulose)로 되어 있어 셀룰로오스계 섬유라고 한다. 또한, 동물체로부터 얻는 섬유를 동물성 섬유라 하고 화학적 성분이 단백질이므로 단백질계 섬유라고
한다.

식물성 단백질로부터도 섬유를 만들게 되었으며 이런 인조 단백질 섬유의 성질은 천연 식물성 섬유
보다는 천연 동물성 섬유에 가깝다. 이것은 섬유의 근원이 식물체 또는 동물체인 것보다는 섬유를
구성하는 화합물이 셀룰로오스계인지 또는 단백질계인지에 따라 결정되기 때문이다.
따라서 섬유를 식물성·동물성으로 분류하기보다는 화학적 조성에 따라 셀룰로오스계 섬유, 단백질계 섬유로 분류하는 것이 더욱 합리적이다.

셀룰로오스는 식물체의 골격을 형성하는 주요 성분으로 우리가 이용할 수 있는 형태로 존재하는
부분은 식물의 종류에 따라 다르다.

무명, 케이폭은 그 종자에 많은 솜털이 붙어 있어 이들 섬유를 종모 섬유라고 한다.
아마, 저마, 대마 등의 속껍질에는 가늘고 긴 섬유가 밀집되어 있어 이로부터 좋은 섬유를 분리 할 수  있으며 이렇게 얻은 섬유를 인피 섬유라고 한다
마닐라 마, 사이잘(Sisal) 마 등은 그 잎에서 섬유가 분리되므로 이들 섬유는 엽맥 섬유라 하고 야자
열매 껍질로부터 얻은 섬유를 과실 섬유라 한다.

단백질계 섬유는 동물의 털에서 얻는 섬유와 누에고치로부터 얻는 섬유가 있다. 동물의 털에서 얻는  섬유는 면양의 털로부터 얻는 모섬유와 산양, 낙타, 토끼, 말, 소, 기타 동물들로부터 얻는 헤어 섬유로 크게 나눌 수 있으며 헤어 섬유는 일반적으로 양털에 비해 거칠고 뻣뻣하다.
누에고치로부터 얻는 섬유, 즉 견섬유는 가잠과 야잠의 두 가지가 있으며 단백질계 섬유에서 헤어
섬유와 모섬유는 그 길이가 짧은 스테이플로 되어 있는데 비하여 견섬유는 길이가 긴 필라멘트로 되어 있다. 또 석면과 같이 섬유 상태로 산출되는 광물질계 섬유가 있다.

2) 인조 섬유

인구의 증가와 문화의 발달로 인하여 섬유의 수요가 급증하고 새로운 섬유 소재를 요구하게 되었으며 과학의 발달로 인공적으로 섬유를 만들 수 있게 되었고, 이와 같이 인공적으로 만들어진 섬유를 인조  섬유 또는 화학 섬유라고 한다.

인조 섬유는 원료 화합물이 유기 화합물 또는 무기화합물이냐에 따라 유기질 섬유와 무기질 섬유로  크게 나뉘고 유기질 섬유는 그 원료가 천연적으로 존재하였던 것으로부터 만든 천연고분자계와 원료  고분자를 인공적으로 합성하여 만든 합성 고분자계로 나눈다.
인조섬유의 초기에는 면 린터나 목재 펄프와 같이 천연 섬유 중에서 길이가 너무 짧아 직접 섬유
재료로 사용하기에 부적당한 원료를 비교적 간단한 화학적·기계적 조작을 거쳐 섬유로 이용하기에
알맞은 형태로 바꾸어 놓았다.

그 후 전혀 섬유의 형태를 갖지 않았던 우유, 콩, 옥수수 등의 단백질, 해조류의 알긴산으로도 섬유를  만들 수 있게 되었다.
이와 같이 자연에서 산출되는 원료로 만든 인조 섬유를 재생 섬유라고 한다.
천연 섬유나 재생 섬유를 구성하고 있는 셀룰로오스나 단백질은 대단히 큰 분자들이다.
이것을 고분자 또는 중합체라고 한다. 화학의 발달은 석유 화학 공업이나 석탄 화학 공업에서 얻어지는 간단한 화합물의 원료로부터 섬유를 만들 수 있는 중합체를 합성할 수 있게 하였으며, 이 합성 중합체로 섬유를 만들어 이용하게 되었다. 이와 같이 합성 중합체로 얻어지는 섬유를 합성 섬유라고 한다.
합성 중합체를 얻는 방법에는 축합 중합법과 부가 중합법의 두 가지가 있다. 폴리아미드, 폴리에스터, 스판덱스 섬유 등을 보기로 들 수 있다.

부가 중합형 고분자에는 폴리히드로카본 계열이 있으며 여기에 속하는 합성 섬유의 예를 들면,  폴리 에틸렌, 폴리염화비닐, 비닐론, 아크릴, 폴리프로필렌 등의 섬유가 있다. 인조 섬유 중 무기질 섬유에는 금속 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유 등이 있다.
 

 

3. 섬유의 일반적 특성


1) 섬유장 (Fiber length)

섬유는 가늘고 긴 것이 특성이며 섬유의 종류에 따라 그 길이가 다르다. 인조 섬유는 길이를 자유롭게 만들 수 있지만 천연 섬유의 길이는 한계가 있으며 실로서 사용할 경우 긴 것일수록 만들기 편리하고  외관이 좋으며 윤활성이 좋다.

천연 섬유는 같은 종류의 섬유일지라고 품종에 따라, 또 산지에 따라 그 길이의 차이가 있으며 면섬유는 20∼50mm 정도이다. 양모 섬유는 20∼200mm 이며 견섬유의 아주 긴 것은 2000∼3000m 인 것도 있으나 보통은 700∼800m 의 길이를 가진다. 생사, 인조 섬유 등은 단(單)섬유를 당겨서 가지런히 해 줌으로서 실로 만들 수 있지만 면, 모 마류 등은 복잡한 방적 공정을 거쳐서 단(短)섬유를 집합 연결시키지 않으면 실이 되지 않는다.

천연 섬유는 그 길이와 굵기가 다양하므로 만들고자 하는 실의 용도에 따라 적당한 것을 골라서 사용하며 인조 섬유 등과 같이 길이가 무한히 긴 것도 용도에 따라 짧게 잘라 방적하여 실을 만들기도 한다.  이러한 실은 단섬유를 집합하여 만든 실에 비하여 촉감, 보온력, 외관  등이 달라지며 이렇게 짧게 자른  섬유를 스테이플 파이버(Staple fiber)라고 한다.
표 2 에는 천연 섬유의 대략적인 길이를 표시한 것이다.

표 2 천연섬유의 길이

섬유의 종류

길이(mm)

섬유의 종류

길이(mm)

미면

40

저마

120∼180

인도면

25

아마

300∼600

이집트면

38

5∼10×105

양모

20∼200

해도면

45

 

2) 굵기

섬유의 굵기는 지름, 단면적 등으로 나타낼 수 있지만 대체로 섬유의 단면이 완전한 원형이 아니므로  정확하지 않다.
따라서 굵기를 표시하는 간접적인 방법으로 일정 길이에 대한 중량의 비 또는 그 역으로 일정 중량에  대한 길이의 비를  나타내는 번수, 예를 들어 데이어(Denier), 텍스(Tex)로서 나타내기도 한다.

그러나 이 방법에서는 섬유의 비중이 달라지면 같은 번수의 실이라도 외관상의 굵기는 달라지게 된다. 지름으로 나타낼 때의 단위는 mm 또는 μm이고 단면적으로 나타낼 때에는 mm2 또는 μm2 이다.
섬유는 대체로 가늘수록 우수하고 이용 가치도 높다. 가늘고 고급인 실을 만들려면 가느다란 섬유를  쓰지 않으면 만들 수 없고 또 굵은 실의 경우라도 굵은 섬유를 적게 사용하는 것보다 가는 섬유를 많이 사용하여 만든 실이 외관도 매끄럽고 촉감도 부드러워지는 장점이 있다.

인조섬유는 그 굵기를 어느 정도 자유롭게 만들 수 있지만 천연 섬유의 굵기는 섬유의 종류에 따라
어느 정도 한계가 있다.  주요 섬유에 대하여 굵기의 범위를 대략 나타내면 표 3과 같다.

표 3 섬유의 굵기

섬유의 종류

굵기(μm)

섬유의 종류

굵기(μm)

섬유의 종류

굵기(μm)

12∼18

라미

25∼50

인견(보통)

30∼40

양모

15∼42

대마

10∼30

인견(Multi)

10∼15

가잠견

18∼30

황마

6∼26

나일론

10∼30

아마

8∼25

마닐라마

10∼20

유리섬유

3∼20

3) 섬유의 단면

섬유의 단면을 현미경으로 관찰하면 섬유의 종류에 따라 각각 특징이 있다 (그림 1).
섬유는 굵기가 가늘어서 지름이 10∼30μm에 불과하지만 이 단면 모양은 섬유의 광택, 레질이언스,
피복성, 촉감 등 섬유의 성질 및 섬유 제품의 성질에 많은 영향을 미친다. 섬유의 단면이 원형 또는
원형에 가까우면 촉감이 아주 부드러운 반면 피복성은 나빠진다.

또 원형 단면 섬유는 위에 묻어 있는 오염을 확대·투과 함으로 불결하게 보인다. 천연 섬유 중에서는  양모, 인조 섬유 중에서는 나일론, 폴리에스터, 폴리프로필렌 등 용융 방사법에 의해서 만들어지는  섬유들이 원형 단면을 가진 대표적인 것으로서 촉감이 비교적 부드럽고 투명한 특성을 지니고 있다.

아세테이트는 그 단면형이 주름 잡혀 있기는 하지만 레이온처럼 날카롭지 않고 둥글기 때문에 촉감이 비스코스 레이온 보다 부드럽고 피복성은 단면이 원형인 나일론, 폴리에스터보다 좋다. 면은 편평한 단면을 가지고 있으므로 평면에서의 빛의 반사가 커서 광택과 피복성은 좋지만 촉감은 거칠다.

견은 우아한 광택과 부드러운 촉감이 있으며 이러한 특성은 단면이 삼각형인데 기인하므로 인조
섬유도 단면을 삼각형으로 만듬으로써 견섬유와 비슷한 특성을 얻고 있다.

이와 같은 특수한 단면을 가진 인조 섬유를 이형 단면 섬유라고 하며 삼각 단면 외에도 여러 가지 이형 단면 인조 섬유가  만들어 지고 있다.

그림 2 각종 섬유의 단면 및 형상

4) 균제도

섬유나 실 등이 가지고 있는 품질이나 외관 등의 균일한 정도를 균제도라고 하며, 특히 섬유의
길이와 굵기가 고르면 방적하는데 유리할 뿐만 아니라 방적사의 균제성과 강도 등의 향상에도 기여한다. 예를 들어 견에 있어서는 굵기가 균일하게 조사되어야 하고 섬유 길이의 불균일은 그 섬유로 만든 실의 굵기 불균일을 일으키는 원인이 되기도 한다.

5) 권축도

섬유가 가진 파상, 나선상의 주름을 권축(Crimp, Crul)이라한다.
이것은 방적 공정 중 섬유 간의 엉킴성을 좋게 하여 방적성을 향상시키고 제품에 탄성과 촉감, 보온성을 부여한다.
권축에 대한 계산은 다음과 같이 한다.

 

권축장 = B – A , 권축도 (%) = (B-A)×100 / B

여기서, A : 섬유에 처음 장력을 걸었을 때의 길이
B : 섬유에 장력을 부여하여 권축을 펼쳤을 때의 길이

 

6) 강력과 신도

섬유의 강력과 신장도는 가장 중요한 요소이다. 섬유제품의 내구성은 조직이나 구성법 등에 의해
달라지지만 같은 상태의 것이라도 사용한 섬유의 강신도의 크고 작음에 의해 좌우된다. 강력에는
인장에 대한 강력, 굴곡에 대한 강력, 마찰에 대한  강력 등과 같은 역학적 외력에 견디는 힘과 자외선, 온·습도, 화학 약품류 등에 의한 풍화, 취화에 견디는 힘 등이 있으며 이것이 총합되어 실이나 직물의 내구력이 결정된다. 이들 중에서 인장에 견디는 힘이 대표적인 것이며 측정도 쉽기 때문에 일반적으로 인장 강도를 가지고 섬유의 강력을 나타낸다.

섬유의 강신도는 흡습의 정도에 따라 크게 달라지기 때문에 비교할 때는 반드시 온도와 상대 습도를  일정한 조건으로 하지 않으면 의미가 없다. 일정한 조건을 표준 상태라 하여 온도 20±2℃, 상대 습도(RH) 65±2%로 한다. 일반적으로 온도  70°F 또는 20∼25℃, 상대습도 65%에서의 강신도를 건조시의  값으로 하고 있다. 또 물에 침지하여 인공적으로 습윤 시켰을때는  대기중의 자연 습윤하였을 때와 다른 결과를 나타내며 이것을 습윤 강도라 한다. 이 습윤 강도는 섬유가 세탁, 염색 가공 등 물속 또는 수용액에서 처리되기 때문에 물로 습윤 되었을때의 강도와 신장도, 기타 물리적 성질이 섬유를 취급함에 있어서 중요한 요소가 된다.

대체로 식물성 천연 섬유는 건조시보다 흡습시 및 습윤시의 강도가 크지만 인조 섬유 및 동물성 천연  섬유는 이것과 반대 현상을 나타낸다.
특히 섬유 소재의 인조섬유는 습윤시 크게 저하하는 것이 특징이다.
인장 강신도의 특징은 섬유의 한 끝을 고정시키고 다른한 끝에 하중을 가하여 그 하중을 점차 증가시켜 갈 때 섬유가 늘어나는 정도와 어느 하중에서 끊어지는가를 측정하는 것이다. (그림 2)

신장도는 하중을 가하여 늘어난 길이를 원길이로 나누고 100을 곱하여 %로 나타내며 강도는 절단될 때까지 섬유에 하중을 증가시켜 끊어질 때의 하중(gf)을 섬도(Denier 또는 Tex)로 나눈 값 즉, gf/d, gf/tex로 나타내거나 Kgf/mm2 과 같이 단위 면적당 Kgf 수로 나타낸다.

 

그림 3 섬유의 강신도

피복용으로 쓰이는 섬유는 최소한 2.5gf/d 의 강도를 필요로 한다. 강도가 큰 섬유는 일반적으로 작업복이나 산업용으로 쓰이며 적어도 7∼8gf/d 의 강도를 가져야 한다.
여러 가지 섬유의 강신도 곡선은 그림 2와 같고 주요 섬유의 강도와 신장도는 표 4와  같다.
표에서 강도비는 건강도(乾强度)에 대한 습윤 강도의 비를 %로 나타낸 것이다.

표 4 주요 섬유의 강도와 신장도

섬유

강도(gf/d)

강도비(%)

신장도(%)

3.0∼4.9

102∼110

3∼10

3.0∼4.0

75∼95

15∼25

양모

1.0∼1.7

76∼97

25∼35

인견(보통)

1.7∼2.3

44∼54

18∼34

아세테이트(보통)

1.2∼1.4

60∼70

24∼35

나일론(보통)

4.8∼6.4

85∼90

28∼42

폴리에스터

4.3∼5.5

100

20∼32

아크릴

2.2∼3.2

80

20∼38

아마

5.6∼6.6

105∼116

2.7∼3.3

폴리프로필렌

4.5∼75

100

25∼60

7) 흡습성

섬유는 대기중에서 스스로 수분을 흡수하는 성질이 있으며 흡수하는 수분의 양은 섬유의 종류에
따라 상당한 차이가 있다. 이것은 섬유를 구성하는 화합물의 친수성 정도에 차이가 있기 때문이다.
또한 같은 섬유라도 온도 및 상대 습도의 차이에 따라 흡수 한도가 달라진다.
일반적으로 습도의 증가에 따라 흡습량은 증가하지만 증가 비율은 반드시 습도의 증가에 정비례하지는 않는다.
일반적으로 함수율(함유 수분율 ; Mc)은 수분을 흡수하고 있는 시료의 무게에 대한 흡수된 물의 양의  백분율을 말한다.

<math>

</math>

 

그러나 섬유의 흡습량은 앞에서 말한 함수율과는 달리 건조 시료의 무게에 대한 섬유가 흡수하고 있는 물의 양의 백분율을 사용하며 이것을 수분율(수분 회복률 : Mr)이라고 한다.

<math>

</math>

Mc 와 Mr 의 관계는 다음과 같다.

<math>

</math>

 

섬유의 수분율은 대기중의 습도에 따라 크게 변화한다.
그림 4 는 여러 가지 섬유의 수분율이 공기중의 상대 습도에 따라 변화하는 모습을 나타낸 것이다.
또 수분율은 온도에 따라서도 변화한다. 그래서 섬유의 수분을 비교할 때에도 상대 습도 65%와 온도 20℃에서 측정한 값을 사용하며 이 때의 수분율을 표준 수분율이라고 한다.

그림 4 상대습도에 따른 수분율의 변화

섬유 원료는 모두 무게로 거래되므로 섬유가 함유하고 있는 수분의 차이는 그 가격에 크게 영향을 미치게 된다. 따라서 섬유의 거래에 있어서 표준이 되는 일정한 수분율을 국가에서 규정하고 이에 따라 거래하도록 하고 있으며 이것을 공정 수분율이라고 한다.
건조 중량에 공정 수분율을 가한 중량을 정량(正量)이라고 한다.

<math>

</math>

 

공정 수분율은 대체로 표준 수분율과 비슷하나 반드시 일치하지는 않는다. (표 5 참조)

표 5 주요 섬유의 표분 수분율과 공정 수분율(KS K 0301)                           (단위:%)

섬 유 의 종 류

표준 수분율

공정 수분율

섬 유 의 종 류

표준 수분율

공정 수분율


마류(대마,아마,저마)
레이온계섬유
아세테이트섬유
폴리아미드계섬유
폴리에스터계섬유

8
9
12
6.5
4
0.4

8.50
12.00
11.00
6.50
4.50
0.40

양                        모
정          련          견
아  크  릴  계  섬  유
폴리비닐알코올계섬유
올   레  핀  계  섬  유
유     리     섬     유

16
9
1.0∼2.5
5
0.01
0

18.25
12.00
2.00
5.00
0.00
0.00

 

섬유의 흡습성은 피복 재료의 성질과 그 용도에 크게 영향을 준다. 수분율이 작은 섬유로 만든 피복은 세탁 후 쉽게 마르고 형태 안정성이 대체로 좋아서 관리상 편리한 점이 있는 반면 흡습성·투습성이 나빠서 위생적이지 못하며, 특히 여름용 의복 재료로서 부적합하다.
또한 염색이 잘 안되며 겨울철과 같이 건조할 때는 표면에 정전기가 축적되어 의복을 입고 벗을 때
불쾌감을 주는 등의 단점이 있다.

 

 

8) 초기 탄성률

그림 5 섬유의 초기 탄성률

섬유를 인장할 때 신장도는 일정한 한계 내에서는 훅(Hooke)의 법칙에 따라 인장력에 정비례하여
증감하여 인장력을 제거하면 원래의 길이로 되돌아가지만 그 한계를 넘어서면 원래의 길이로 돌아갈 수 없게 된다. 즉 그림 5 에서 볼 수 있는 바와 같이 섬유의 인장 강신도 곡선이 원점 부근에서는 대략 직선으로 되어 있다. 그래서 이 신장의 초기에 있어서 신장도와 하중의 비, 즉 원점에서 강신도 곡선에 절선을 그었을 때 신장도와 강신도 곡선이 이루는 각()의 탄젠트(tan )를 초기 탄성률이라고 하며 다음 식에 의해서 구할 수 있다.

 

따라서 그림 5에서는가 된다.

 

초기 탄성률은 신장의 초기, 즉 아주 작은 신장에 필요한 힘의 크기를 나타내는 단위가 되므로 섬유의 강·연성을 나타낸다. 따라서 섬유의 초기 탄성률, 즉 각가 크다는 것은 그 섬유가 뻣뻣하다는 것을  의미한다.

그림 5 와 표 6 의 초기 탄성률을 보면 마, 견 등은 초기 탄성률이 큰 강직한 대표적 섬유이며 양모,
나일론은 초기 탄성률이 작은 유연한 섬유라는 것을 알 수 있다.

섬유가 너무 유연하면 힘이 없는 섬유가 되어 그 섬유로 만든 직물로 의복을 만들었을 때에는 축 늘어져 옷의 형태를 유지하지 못한다. 한편 섬유가 너무 강직하면 뻣뻣하여 불편하고 맵시가 없는 옷이 된다.

따라서 섬유의 초기 탄성률은 섬유의 성질, 그 섬유의 용도에 크게 영향을 미친다. 한 예로서 한복,
넥타이감으로서는 비교적 큰 탄성률을 가진 재료가 요구된다. 따라서 견이 좋은 재료가 되지만 나일론이 단독으로 사용되었을 때에는 초기 탄성률이 너무 작아 늘어져 볼품없는 모양이 된다.

표 5 주요 섬유의 초기 탄성률

섬 유

초기 탄성률(gf/d)

섬 유

초기 탄성률(gf/d)


저 마
양 모

폴 리 에 스 터

42∼82
180∼400
24∼34
76∼117
50∼100

레 이 온
폴 리 프 로 필 렌
아 세 테 이 트
니 일 론
아 크 릴

48∼68
45∼100
26∼41
15∼30
40∼60

물리학에서는 탄성률을 영률이라고 하여 kgf/㎟로 표시한다. 이것은 섬유의 초기 탄성률과 같은 뜻을  가지고 있으므로 섬유의 성질을 표시할 때 영률이 사용되는 경우도 있다. 단섬유에 대해서는 영률의  크고 작음이 그 섬유의 경도를 나타낸다고 보아도 큰 차이가 없으나 실이나 직물에 대해서는 섬유의  경도 외에 실의 꼬임·굵기, 직물의 조직·밀도·두께 등에 따라 탄성률이 변하게 된다.

9) 탄성

섬유를 잡아 당기면 늘어났다가 외력이 제거되면 다시 줄어 든다. 그러나 섬유의 종류와 신장의 정도에 따라서는 본래의 길이로 완전히 돌아가지 않는다.

그림 6 섬유의 탄성 회복성

그림 6 과 같이 섬유에 P만한 힘을 작용하면 섬유는 강신도 곡선 A에 따라 늘어나서OL만큼 늘어났다가 외력이 없어지면 곡선이 B에 따라 수축되어 L’까지는 곧 회복되고 다시 시간이 경과함에 따라 회복이 계속되어 L”까지 회복되며 OL”라는 영구 변형이 남게 된다. 이와 같이 섬유가 외력에 의해 늘어났다가 외력이 제거되었을 때 본래의 길이로 돌아가는 능력을 탄성이라 하고 늘어난 길이에 대한 회복된  길이의 백분율을 탄성 회복률이라고 한다.

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섬유의 탄성은 중요한 성질이며 탄성이 크다는 것은 외력에 의하여 변형된 섬유가 외력을 제거하면  바로 원형으로 되돌아간다는 것을 의미한다. 예를 들면 양모 섬유로 된 의복에 주름을 세우면 얼마  안가서 다시 펴지는 것 등이며 섬유의 리질리언스, 섬유 제품의 내추성, 형태 안정성에 크게 영향을  미치므로 섬유의 품질을 평가하는 중요한 인자가 된다.
그림 7 은 신장 탄성 회복률과 일탄성 회복률을 설명하고 있다.

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그림 7 신장과 일탄성 회복률

표 6 을 보면 천연 섬유 중에서 양모가 가장 좋은 탄성을 가졌으며 인조 섬유들은 모두 100%에 가까운 좋은 탄성 회복률을 가지고 있어 구김이 잘 생기지 않는다.

표6 섬유의 탄성 회복률(2% 신장시, 30초간)

섬 유 탄성회복률(%) 섬 유 탄성회복률(%)


아 마
저 마

양 모
레 이 온

74
64
52
92
99
82

아 세 테 이 트
나 일 론
폴리에스터
아 크 릴
올 레 핀
비 닐 론

94
100
97
99
90∼100
72

 

10) 리질리언스(resilience)

 

섬유가 외부 힘의 작용으로 굴곡, 압축 등의 변형을 받았다가 외부 힘을 제거 하였을 때 원래의 상태로  되돌아가는 능력을 리질리언스라고 하며 압축 탄성 혹은 일탄성 회복률이라고도 한다.
따라서 리질리언스는 카펫에 사용되는 섬유, 침구용 솜의 성능과 밀접한 관계를 가지며 옷이 구겨지지 않는 성질에도 크게 영향을 미친다.

섬유의 리질리언스는 섬유의 탄성과 밀접한 관계가 있는 성질이지만 섬유의 탄성 외에도 섬유의 굵기, 단면 모양 등 섬유의 형태에 따라서도 달라진다. 따라서 섬세한 섬유보다는 굵은 섬유의 리질리언스가 좋다. 따라서 카펫이나 방석솜에 사용되는 섬유는 옷감으로 사용하는 섬유보다 굵은 것이 사용된다.

11) 섬유의 비중

 

섬유의 비중은 그 이용 가치와 밀접한 관계가 있으며 오늘날과 같이 의복을 가볍게 입으려는 경향에  따라 비중이 작은 섬유가 애용된다. 그러나 비중이 너무 작으면 의복의 드레이프성이 좋지 못하고  폴리프로필렌 섬유와 같이 물보다 가벼우면 물에 떠서 세탁이 불편하며 고기잡는 그물의 경우에는  비중이 커야 가라 앉는 속도가 빠르게 된다.

비중은 보온성과도 관계가 있으며 비중이 작을수록 보온성이 대체로 크다.
섬유의 비중은 같은 종류의 섬유일지라도 개개의 섬유에 따라 다르며, 또한 섬유의 비중과 그 섬유로  만든 실제 섬유 제품에서 느끼는 중량감과는 상당한 차가 있을 때가 있다. 면과 레이온은 비중이 거의 같으나 레이온 직물이 면직물보다 무겁게 느껴지며 이것은 면직물의 함기량이 레이온 직물보다 많아  실제보다 가볍게 느끼게 되는 것이다.

 

표 7 섬유의 비중

섬 유 비 중 섬 유 비 중


아 마
양 모
견 (생 사)
비스코스레이온
아세테이트(이초산)
나 일 론

1.54
1.50
1.32
1.30
1.52
1.32
1.14

폴 리 에 스 터
아 크 릴
모 다 크 릴
비 닐 론
폴 리 프 로 필 렌
사 란
유 리

1.38
1.17
1.30
1.26
0.91
1.71
2.56

섬유마다 고유의 비중을 갖고 있어 비중은 섬유의 감별에 이용되기도 한다. 표 8 은 주요 섬유의 비중을 나타낸 것이다.

12) 마찰 계수 및 내마찰성

 

섬유의 마찰 계수 측정은 어려우며 마찰의 대상물에 따라 계수도 달라진다. 섬유의 마찰 계수는 방적
작업과 관계가 있으며 마찰 계수가 작은 것이 방적하기 좋다. (표 8 참조)
그러나 방적사의 강력면에서 볼 때는 섬유 상호간의 마찰 계수가 클수록 실의 강력이 크다.

 

표 8 각종 섬유의 마찰 계수

섬 유 마 찰 계 수 섬 유 마 찰 계 수
생 사
재 생 견 사
비 스 코 스 인 견
초 산 인 견

0.49
0.60
0.46∼0.60
0.20∼0.36

스 프 사
나 일 론
0.1% 급 유 인 견
1% 급 유 인 견

0.58∼0.65
0.34
0.63
0.49

내마찰성은 각종 마찰에 대한 저항을 말하며 피복의 내구력을 좌우하는 것이다. 그 측정법은 용이하며 저항력은 섬유에 따라 다르고 합성 섭유가 현저하게 강하다. (표  9 참조)

 

표 9 각종 섬유의 마찰 강도

섬 유 마 찰 강 도 (회) 섬 유 마 찰 강 도 (회)


양 모

39
3
9

인 견
나 일 론
폴 리 에 스 테 르

20
7000
1770

 

13) 방적성(spinnability)

펠트나 부직포를 제외한 대부분의 직물은 일단 실의 형태로 만들어 직물을 제조하는 것이므로 생사,  인조 섬유 등 필라멘트를 실로 만들어 사용하는 직물 외에는 짧은 섬유를 방적하여 실을 만들며 이와  같이 방적할 수 있는 성질을 방적성 또는 가방성이라 한다.

방적성은 섬유의 강도·섬유장·섬도·권축성·표면 마찰 계수 등에 따라 결정된다.
면은 권축성, 천연 꼬임으로 인하여 엉킴성이 강하게 되고 양모는 권축, 표면 인편(scale)으로, 마섬유는 마디(node)로 인하여 포합력, 마찰 계수가 커지므로 방적성이 우수하다. 인조 섬유에는 기계적 처리에 의하여 인공적으로 권축을 부여하여 방적성을 높일 뿐만 아니라, 외관을 좋게 하고 함기율을 증가시켜 보온성을 향상시키는 처리를 하고 있다.

14) 열전도 및 보온성

피복의 주요한 목적 중의 하나가 더위와 추위를 막는 것이다. 따라서 보온성을 높이려면 섬유의 열전도율이 낮아야 하고 체온의 발산을 위해서는 열전도율이 높아야 한다. 표 10 에서와 같이 양모의 열전도율이 낮으므로 보온성이 크고 아마 섬유의 열전도율이 크므로 몸에서 발생하는 열을 외부로 빨리 발산하게 되어 여름용 피복의 재료로서 적합함을 알 수 있다.

표 10 주요 섬유의 열전도율(cal/cm.s.℃)

종 류 열 전 도 율 종 류 열 전 도 율
(공 기)
양 모

0.000054
0.000092
0.000122


아 마
석 면

0.000136
0.000210
0.000043

피복의 보온성을 일차적으로 구성하고 있는 섬유 자체의 열전도율에 큰 영향을 받지만 열의 전달은  전도, 복사, 대류의 세 가지 경로를 밟기 때문에 섬유로 실, 직물, 편성물, 부직표 등이 만들어졌을 때  그들이 공기를 함유하는 양,  즉 함기량에도 크게 영향을 받는다. 그것은 공기가 열전도율이 가장 작기  때문이다. 따라서 소모 직물보다 방모 직물이,필라멘트사보다는 스테이플사나 텍스쳐사가, 그리고 직물보다는 편성물이 보온력이 좋다. 또한 직물의 색상에 따라서도 달라지며 옅은 색일수록 방열이 잘 되고 흰색은 더위를 막는 효과가 가장 좋다.

15) 내열성(heat resistance)

섬유 및 그 제품은 염색 가공, 세탁, 건조, 다림질, 기타 외부로부터 열의 작용을 받는 경우가 많아서  어느 정도의 열에 대해 견디는 성질이 있어야 하며 이것을 내열성이라고 한다.

천연 섬유는 대체로 열에 대하여 안정하지만 인조 섬유 중에는 열에 대하여 민감하여 다림질을 전혀 할 수 없는 것도 있다.  그러나 300℃에도 견디는 내열성 섬유가 개발되어 특수한 목적에 쓰이고 있다.

일반적으로 피복용 섬유는 100℃ 이하의 온도에서 변화가 생겨서는 안되며 150℃ 이상의 열에 견디어야 안전하게 다림질할 수가 있다.

표 11 에 섬유의 융점, 안전 다림질 온도를 표시하였으며 모든 천연 섬유는 융해되기 전에 분해된다.
섬유는 이들 온도이하에서도 장시간 가열하면 변색·변질되어 강도와 품질이 나빠진다.

표 11 주요 섬유의 융점과 안전 다림질 온도(℃)

섬 유 융 점 안전다림질온도 섬 유 융 점 안전다림질온도


아 마
양 모

비스코스레이온
아세테이트(이초산)
트리아세테이트
나 일 론 66

240℃에서분해
260 〃
205 〃
235 〃
240 〃
240℃에서 융해
300 〃
250 〃

220
230
150
150
180
130
200
200

나 일 론 6
폴리에스터
아 크 릴
모 다 크 릴
비 닐 론
폴리프로필렌
노 멕 스
215℃에서 융해
259 〃
235℃에서 연화
163℃에서 융해
220 〃
165 〃
371 〃

150
150
150
120
140
120

16) 열가소성

고체가 열이나 외부의 힘 또는 수분의 작용에 의해서 형태가 바뀌어지고 열과 힘, 수분을 제거한 후에도 그 형태를 그대로 유지하는 성질을 가소성(plasticity)이라 한다. 이 중에서 특히 열에 의한 가소성을  열가소성이라 한다.
섬유의 열가소성은 종류에 따라 다르며 면, 마 등 식물성 섬유는 열가소성이 작고 견, 양모 등은 비교적 크며 합성 섬유는 아주 크다.

섬유가 열가소성을 갖고 있으면 이러한 섬유로 된 옷은 형태 안정성이 매우 좋아진다.
특히 트리아세테이트, 나일론, 폴리에스터, 폴리프로필렌 등의 인조 섬유는 좋은 열가소성을 가졌다. 그리하여 이들 섬유나 섬유 제품을 그 섬유의 융점보다 조금 낮은 온도에서 형태를 잡아주면 그 형태는 거의 영구적이어서 세탁이나 다림질에 의해 변하지 않는다.

이러한 열처리에 의한 형태 고정을 열 고정(heat set)이라고 한다. 폴리에스터 주름 치마, 나일론  스타킹 스트레치사 등은 열가소성을 이용한 열 고정의 좋은 예이다.

17) 대전성

섬유는 건조 상태에서 마찰시키면 정전기가 발생하는 성질이 있다. 발생하는 전기의 종류는 서로 마찰되는 섬유의 종류에 따라 +로 되는 것과 -로 되는 것이 있다. 또 발생하는 전압은 전기 절연성이 높을수록 커진다.

표 12 은 섬유가 서로 마찰될 때 발생하는 전기 방향의 순으로 섬유를 나열한 것으로 이것을 대전 계열이라고 한다.
또한 표 13 는 섬유를 합성 고무로 문지를 때의 대전량을 표시한 것으로 섬유의 대전성은 섬유 자체의 화학적 조성에도 관계가 있으나 흡습성과 밀접한 관계가 있다.

그리하여 흡습성이 비교적 큰 천연 섬유는 마찰에 의해서 전기가 발생하더라도 발생된 전기가 섬유의 표면에 오랫동안 축적되어 있지 않기 때문에 대전량이 비교적 적으나 합성 섬유의 대부분은 전기  절연성이 좋고 흡습성도 작아서 전기가 섬유 표면에 오래 축적되어 정전기 발생이 용이하여 문제점으로 취급되고 있다.

 

표 12 섬유의 대전 계열

(+)양모-나일론-견-비스코스레이온-피부(사람)-유리  섬유-면-
폴리에스터-아크릴-폴리에틸렌(-)

표 13 섬유의 대전량

섬 유 대 전 량 섬 유 대 전 량


비스코스레이온
양 모
아 세 테 이 트

50
100
350
550

비 닐 론

아 크 릴
나 일 론

800
850
900
1050

 

섬유가 대전하면 제조 공정중 섬유끼리 반발하기도 하고 기계에 부착하기도 하며 먼지를 흡착하는 등 작업에 장애가 될 뿐만 아니라 이러한 섬유로 된 옷을 입으면 겉옷과 속옷이 들러 붙고 옷을 입거나  벗을 때 정전기의 발생으로 불쾌하며 먼지를 흡착하여 옷이 더러워지는 등 불편이 많다.

정전기 발생이 비교적 적은 천연 섬유, 즉 면이나 모의 경우에도 방적· 제직 공장에서 실내 습도가 맞지 않으면 작업에 장애가 되며, 특히 합성 섬유는 정전기 발생 상태가 아주 심하다. 이것을 완화시키기  위하여 섬유를 제조할 때 대전 방지제를 첨가하기도 하지만 아직 완전히 만족할 만한 대전 방지법이  개발되지 못한 상태이며 전기 전도성 섬유와 혼방하는 등 여러 가지 대전 방지법이 있다. 방적· 제직  공장 등에서는 분무 장치를 이용하여 실내 습도를 높게 유지함으로써 가능한 한 정전기의 발생을 방지하고 있다.

18) 취화(degradation) 및 내후성(weather resistance)

섬유는 오랜 시간 대기중에 노출되어 햇빛, 공기, 비 등의 작용을 받으면 점차 강도가 떨어져 약해진다. 이것을 섬유의 취화 또는 노화라고 하며 이러한 기후 조건에 견디어 약해지지 않는 성질을 내후성이라 한다.

섬유 중에서 견은 비바람에 의해 취화되는 정도가 다른 섬유보다 심하며, 면·마 등의 섬유소계 섬유는  견보다는 강하고 합성 섬유는 더욱 강하다. 취화의 원인은 햇빛 속의 자외선에 의한 영향이 크다.(그림 8 참조)

그 외에 공기 중의 산소, 수분 등에 의한 작용도 가미되어 이들이 서로 뒤섞여서 취화 작용을 일으키는 것으로 생각되고 있다.

 

그림 8 섬유의 내일광성

예를 들어 직접 비바람을 받지 않는 커튼 등도 오랜 시간이 지나는 동안 매우 부서지기 쉽게 되어 너덜너덜하게 찢어지게 된다. 또 섬유의 취화에는 이상의 작용 이외에 마무리 가공에서 사용한 풀 재료와  습기 때문에 곰팡이가 발생되고 이것이 썩어서 취화되거나 또는 염색 조제 등이 공기중의 수분과 화합하여 산류가 발생되고 이 산에 의한 취화 등도 있다.
이러한 취화는 염색 가공 등의 후처리에서의 주의를 기울이면 어느 정도 방지할 수 있다.

 

 

19) 내약품성

섬유 제품은 제조 공정과 사용중에 여러 가지 약품과 접할 기회가 많으므로 산, 알칼리, 표백제,
유기용매 등에 대해 충분히 견딜 수 있는 성질을 가져야 하며 화학 약품에 대한 저항성은 화학적 조성에 따라 상당한 차이를 나타낸다.

섬유소 섬유는 대체로 산에 약하나 알칼리에는 비교적 강하다. 이에 비하여 단백질 섬유는 알칼리에는 약하나 산에는 강한 편이다. 아세테이트도 알칼리에 의해서 가수 분해되므로 알칼리와의 접촉은 피해야 한다. 합성 섬유의 대부분은 산과 알칼리에 대하여 저항성이 있으나 나일론과 비닐론은 진한 산에 용해된다.

섬유소 섬유는 염소 계통의 표백제를 사용해도 괜찮으나 단백질 섬유와 나일론, 폴리우레탄과 같은
합성 섬유, 그리고 요소계 수지로 가공된 섬유나 그 제품에 염소계 표백제를 사용하는 것은 좋지 않다. 이것은 이들 섬유가 염소와 결합하여 어떤 물질을 만들고 다림질 또는 다른 열처리에 의해서 분해되어 염산 가스를 발생하여 섬유를 손상시키기 때문이다.
피복용 섬유는 드라이 클리닝에 사용되는 여러 유기 용매에 견디어야 함은 물론이다.

20) 염색성

섬유 제품에 쓰이는 섬유는 섬유의 원색 그대로 사용되는 경우도 있으나 대부분은 염색하여 사용되므로 염색성은 섬유 제품용 섬유의 필요한 조건이라고 할 수 있다.
섬유 제품의 염색에는 섬유 상태, 실 상태, 직물 상태에서의 염색 등이 있으며 인조 섬유 중 염색성이 좋지 못할 때는 원액 염색을 하는 수도 있다.

염색성은 첫째, 섬유의 화학적 조성에 크게 좌우된다. 즉, 섬유중에 염료와 결합할 수 있는 원자단을  가지고 있어야 한다. 예를 들어 섬유소 섬유나 단백질 섬유가 염색성이 좋은 것은 이들 섬유중에  수산기, 카르복시기, 아미노기 등 염료와 친화력이 큰 원자단을 많이 가지고 있기 때문이며 이에 반해서  올레핀 섬유는 이러한 원자단을 기지고 있지 못하므로 일반적인 방법으로는 염색하기 어렵다.
염색성과 흡습성은 밀접한 관계가 있으며 일반적으로 흡습성이 좋은 섬유가 염색성도 좋다. 이것은  염료를 잘 흡착하는 원자단이 수분도 잘 흡착하며, 또 대부분의 염색이 수용액을 사용하고 염료가  이수용액중에 녹아서 섬유 내부로 침투하며 염료가 자리잡는 곳도 섬유중의 수분이 침투할 수 있는  비결정 부분이기 때문이다. 따라서 섬유 내에 비결정 부분이 많은 섬유가 염색성이 좋고 결정이 발달하여  배향이 좋아질수록 염색성은 나빠진다.

섬유의 종류에 따라 그 화학적 조성이 다르므로 이와 친화성을 가진 염료의 종류도 다양하다. 따라서  각 섬유에 적절한 염료와 염색법이 선택되어야 한다.

21) 내충·내균성

천연 섬유 중에서 양모나 견은 그 성분이 단백질이므로 좀이나 기타 곤충의 침해를 받는다. 이 벌레에 의한 섬유의 침해는 양모가 가장 심하며 셀룰로오스 섬유도 반대좀(衣魚)이라는 일종의 좀의 침해를  받는다.

천연 섬유에는 균과 같은 미생물이 기생하며 이에 의하여 섬유가 분해되므로 강도가 감소된다. 이러한 미생물의 기생은 적당한 온도와 습도를 필요로 하므로 섬유 제품을 완전히 건조시켜 보존하는 것이  좋다. 또 해충이나 미생물이 섬유 자체보다도 섬유에 부착되어 있는 풀과 같은 물질 또는 오염에 기인하는 경우가 많다.  일반적으로 아세테이트나 합성 섬유는 해충, 미생물의 침해를 받지 않는다. (출처:텍스토피아)

 

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