Reporting Date: November. 7, 2024
섬유의 전반적인 개념과 합성 섬유에 대해 다루고자 한다.
목차
01 천연 섬유
1. 면 (Cotton, 綿)
목화나무의 열매에서 얻어지며,
부드럽고 통기성이 뛰어난 특성을 가지고 있다.
그러나 물에 젖으면 구김이 잘 생기고
주름이 쉽게 지기 때문에 관리가 필요한다.
2. 모 (Wool, 毛)
양털에서 얻어지며, 뛰어난 보온성과 따뜻함을 제공한다.
하지만 빨래 후 사이즈가 줄어드는 경향이 있다.
3. 비단 (Silk, 絲)
누에고치에서 얻은 섬유로,
부드럽고 고급스럽고 아름다우며 고급 의류에 자주 사용된다.
그러나 내구성이 비교적 약하고, 세탁 시 손상되기 쉬운 단점이 있다.
또한, 가격이 상대적으로 높다.
02 합성 섬유
석탄이나 석유를 원료로 하여 화학적 과정을 통해 제조된다.
이 과정은 환경에 영향을 미칠 수 있지만, 내구성이 뛰어나고 다양한 용도로 사용된다.
천연섬유에 비해 땀과 습기를 잘 흡수하지 않으며 정전기가 발생하기 쉽지만,
세탁 후 빨리 마르는 장점이 있다.
1935년,
듀폰에서 월리스 캐로더스와 그의 연구팀이
최초의 합성섬유인 나일론(Nylon)을 개발한다.
웰스(S. Wells)와 로젠타울(E. Rosenbaum) 등
과학자들도 이 연구에 기여했다.
이는 합성섬유 산업에 큰 전환점을 가져왔다.
1938년 2월,
듀폰 회사는 기존의 돼지 털 대신
나일론을 처음으로 칫솔의 솔 소재로 상용화였다.
위생적이고 내구성이 뛰어난 특성으로 칫솔 산업에 큰 영향을 미쳤다.
돼지 털을 사용한 칫솔은 위생에 문제가 있을 수 있었고,
알레르기나 세균 번식 우려도 존재했기 때문에,
나일론은 훨씬 개선된 대체물로 자리잡았다.
1940년 5월 15일,
나일론을 사용한 스타킹이 판매되었다.
단순히 피부를 가리는 용도에 그쳤던 이전의 스타킹과 달리,
각선미를 강조하고, 더욱 편안하며 내구성이 뛰어났다.
나일론 스타킹은 여성들로부터 큰 호응을 얻었고,
출시 몇 시간 만에 400만 켤레가 팔리는 기록을 세웠다.
또한, 피부를 완전히 가리지 않는 특성 때문에,
미용과 패션에 대한 새로운 문화를 창출했다.
발래방에서는 나일론을 사용한 빨래망 등이 실용적으로 사용되었으며,
특히 나일론 스타킹은 여성들의 패션 아이템으로 자리잡았고,
그로 인해 미용과 패션에 대한 관심이 높아졌다.
군사적인 용도로도 큰 변화를 일으켰다.
낙하산의 천, 군용 텐트, 밧줄, 타이어 등 다양한 군사 장비에 사용되었다.
특히, 내구성과 경량성이 중요한 군사 분야에서 중요한 역할을 하였다.
그러나, 나일론은 일상적인 의류에는 다소 불편할 수 있다.
이는 통기성이 부족하고, 유연성이나 편안함이 떨어지기 때문이다.
1941년,
석유에서 추출하여
폴리에스터(Polyester) 섬유를 개발한다.
1946년, 영국에서 첫 상품화가 되었고,
1953년, 미국의 듀폰에서 본격적으로 상업화가 시작했다.
일반적인 옷감으로 널리 사용되며, 내구성, 주름 방지 특성,
색상 유지력이 뛰어나 일상복 및 여러 의류에 많이 사용된다.
생산이 용이하고, 세탁 후 형태가 잘 유지되며
내마모성이 높아 의류 산업에서 중요한 역할을 한다.
또한, 의류용으로 적합한 특성을 보유하고 있어,
현재 합성섬유 시장의 큰 비중(약 3분의 2)을 차지하고 있다.
1950년,
미국의 듀폰사는 석유에서 추출한
아크릴(Acrylic) 섬유를 "Orlon"이라는 제품명으로 생산하기 시작했다.
가볍고 부드러우며, 보온성이 뛰어나 겨울 의류나 따뜻한 옷감에 많이 사용된다.
이는 양털의 특성을 가지면서 가격이 저렴하고 세탁이 용이한 장점이 있다.
그러나 여름 의류나 다양한 용도에 적합하지는 않으며,
통기성이 떨어질 수 있다.
결과적으로, 합성 섬유는 천연 섬유에 비해
생산이 용이하고, 관리와 유지보수가 쉬워 대중적인 선택이 되고 있다.
03 기타 합성 섬유
1. 폴리우레탄
(Polyurethane)
신축성이 뛰어나며, 적은 양으로도 우수한 효과를 낼 수 있다.
이 소재는 활동성과 편안함을 중시하는
스포츠웨어나 레깅스, 수영복과 같은 기능성 의류에 많이 사용된다.
'스판덱스(Spandex)'라는
상표명으로도 알려져 있으며, 이는 고가의 상표명으로 사용된다.
이는 폴리우레탄 기반이지만 특수한 가공을 통해 더욱 높은 탄성과 내구성을 제공한다.
고무보다 뛰어난 내구성을 가지며, 최대 5배까지 늘어나도
원래 상태로 복귀하는 우수한 신축성을 가졌다.
또한, 산과 알칼리에 대한 높은 내화학성을 가지며,
주로 다른 섬유와 혼합되어 사용된다.
2. 아라미드
(Aramid, Aromatic Polyamides)
극한 환경에서도 잘 견디는 내열성과 강한 물성을 가진 합성 섬유.
고온과 마모에 강하며, 내화학성이 높고, 강철의 5배에 달하는 강도,
나일론의 10배에 이르는 신축성, 경량성, 그리고 우수한 난연성을 가진다.
이로 인해 중장비용 로프, 산업용 보호 의류와
장갑, 소방복, 방탄 재킷, 방탄 헬멧 등 다양한 용도에 활용되고 있다.
1973년,
듀폰에서 개발한 파라 아라미드 섬유 제품인 케블라(Kevlar)가 있다.
일반 아라미드 섬유의 강화 버전인 파라 아라미드 섬유는
방탄 조끼, 방검복, 우주 장비 등에서 활용된다.
머시룸 효과
(Mushroom Effect)
재료가 특정 충격을 받을 때 형태가 버섯 모양으로 퍼지는 특성.
주로 방탄복과 같은 보호 장비에서 충격을 완화하고 흡수하는 데 쓰이며,
충격이 가해지는 순간 표면적을 넓혀 피해를 최소화하는 원리로 작용한다.
3. 부직포
(不織布, Non-woven Fabric)
섬유를 직조하지 않고
랜덤하게 배치한 섬유를 접착제로 붙여 만든 소재.
직물과 달리 부직포는 신축성이 거의 없으며, 내구성이 낮아
약한 힘에도 쉽게 찢어질 수 있다.
그러나, 가볍고 통기성이 뛰어나며 보온성도 우수한 특성으로 인해
다양한 1회용 용도로 많이 사용되며, 대표적으로 마스크에 활용된다.
이는 직물에 비해 구조가 불규칙하고 미세한 면적이 많아
미세 이물질이 잘 통과하지 못하기 때문이다.
부직포는 미세먼지를 막는 2차 필터 역할을 하며,
정전기 처리된 3차 필터가 초미세먼지를 걸러낸다.
정전기는 약 8 ~ 9시간이 지나면 사라져 초미세먼지 차단 효과가 떨어지므로,
미세먼지가 심한 날에는 새 마스크를 사용하는 것이 좋다.
이와 같은 원리로 포장지에도 정전기 유지 기능을
적용하여 이물질 방지 효과를 높이고 있다.
원료로는 주로 폴리에스터(Polyester)와
폴리프로필렌(Polypropylene) 같은 섬유가 사용된다.
4. 탄소 섬유 강화 플라스틱
(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer)
강도 대비 가벼운 무게가 특징으로,
자동차 경량화 및 에너지 효율성을 위해 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 전기차 배터리는 평균 400 ~ 540kg에 달하는데,
이처럼 무거운 배터리는 차량의 전기 소모를 늘리고 타이어 마모를 가속화시킨다.
이를 해결하기 위해 자동차 제조업체는 CFRP를 사용해 차량의 무게를 줄이고 있다.
CFRP는 플라스틱에 탄소 섬유를 직물 형태로 붙이는 과정을
반복해 복잡한 모양을 제작할 수 있다.
초기에는 골프채와 낚싯대 같은 스포츠 장비에 주로 사용되었으나,
현재는 F1 경주용 자동차, 고압 가스통, 보잉 787에도 활용되고 있다.
예를 들어, BMW i7(2022)에서는 충돌 시 강한 힘을 받는 부위를 제외한
나머지 차체에 탄소 섬유를 적용해 경량화를 실현했다.
이처럼 탄소 섬유는 차량 경량화뿐 아니라
항공, 스포츠, 우주 기술 분야에서도 중요한 역할을 하고 있다.
자율 비행 개인 항공기(OPPAV)와 같은 차세대 항공기에서도 활용되지만,
배터리 소모량이 많아 현재 상용화에는 한계가 있다.
또한, 내구성을 활용하여 수소연료 보관용 고압 수소통 제작에도 사용된다.
런닝화의 경우 나이키(Nike)가 탄소 섬유 플레이트를 최초로 도입하였으며,
현재 전 세계 운동화 생산 시장에서 약 42%의 점유율을 보유하고 있다.
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