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나노섬유 커버링絲의 소개
Chemical Fibers International
현재까지 나노섬유의 생산을 위한 다양한 전기방사 기술이 개발되었음. 그 결과 수 백종의 폴리머 용융체/용액을 활용하여 나노섬유의 방사가 이루어졌으며, 일반적인 나노섬유層 형태로 생산되었음. 그 밖에 다양한 무기소재도 전기방사에 의해 나노섬유化 되었으며, 무기 나노입자가 보조 폴리머에 삽입되어 열고정 처리를 통해 생산되고 있음.
1. 개요
위에서 언급한 기술을 통해 생산된 나노크기의 섬유層은 그 두께가 수 마이크로 미터에 불과함. 이는 필터멤브레인, 상처피복, 조직공학, 연료전지 등 다양한 목적으로 활용될 수 있는 소재가 될 수 있음. 그러나 얇은 두께와 낮은 기계적 특성으로 인해 일부 최종수요 분야에서는 사용이 제한적임.
따라서 최근에는 실(絲) 형태의 나노섬유 소재에 대한 관심이 증가하고 있음. 실 형태로 생산한 이후 직물, 니트, 부직포 등으로 가공할 수 있으므로 얇은 나노섬유層과는 달리 다양한 최종수요에 대응할 수 있음.
이미 나노섬유를 실(絲)형태로 생산하기 위한 방법이 다양하게 제기되었으나, 現 발전단계에서는 여전히 문제점이 잔존하고 있음. 일례로 실(絲)의 인장강도는 섬유가 단일방향으로 高배향되어 있어야 달성할 수 있으나, 전기방사 기술로는 부분 배향된 섬유집합체만을 얻을 수 있기 때문임.
인장강도의 부족은 실(絲)의 가공시 문제점을 야기하며, 생산능력의 한계로 나노섬유의 실(絲)/제품은 高價가 될 수 밖에 없어 산업용 분야의 활용이 제한될 수 있음.
위에서 언급한 바와 같이 평면상의 나노섬유層/실(絲)에 관련된 문제를 해결하기 위해 섬유중심에 위치한 바탕실(base yarn)과 동 표면에 나노섬유層으로 구성된 복합섬유의 생산에 집중하고 있음. 그 중 바탕실은 최종제품의 강도, 직경, 선밀도, 가격하락 등에 영향을 줄 수 있으며, 나노섬유層은 복합섬유의 특성을 좌우하게 됨.
2. 나노섬유 커버링絲의 구조 및 특징
동 커버링絲의 바탕실과 나노섬유層은 모든 종류의 폴리머로 생산이 가능하며, 다양한 선밀도 및 구조를 발현하게 됨. 그러나 표면에 위치한 나노섬유層의 내마찰특성은 상대적으로 낮아 1~2개의 보호용 섬유로 감아줄 필요가 있음.
hollow-spindle 공정은 동 보호섬유의 생산에 통합되어 이루어짐. 대략적인 모습을 보면, 내부에 바탕실을 외부 나노섬유層이 둘러싸고 있으며, 이를 X字형태로 감아서(커버링) 고정하고 있음. 동 복합섬유는 다음과 같은 요구조건을 가지고 있음.
1) 바탕실(base yarn)의 선밀도 및 특성은 텍스춰드絲 혹은 방적사로서 低 DPF 및 선밀도가 20~200tex가 요구됨.
2) 나노섬유 생산에 사용된 폴리머, 나노섬유層의 선밀도 등은 폴리우레탄과 같은 탄성 폴리머로서 내마찰성이 우수해야 함. 선밀도는 0.5~5tex가 적합함. 바탕실의 표면에 위치한 나노섬유의 물량은 나노섬유 소재의 선밀도에 따라 정해질 수 있음.
3) 보호용 섬유의 종류 및 선밀도, 비틀림각(helix angle) 등도 중요한 요소임.
3. 나노섬유 커버링絲의 생산기술
나노섬유 커버링絲는 개선된 Nanospider 전기방사 설비를 활용하고 있음.
일반적인 Nanospider 설비는 롤러 및 이와 유사한 방사전극, 그리고 납작하거나 유사한 형태의 포집전극으로 구성되어 있음. 나노섬유 커버링絲를 생산하는 설비에 위치한 포집전극은 뒤틀린 형태의 1쌍의 롤러로 대체될 수 있음. 바탕실은 고리형태의 롤러쌍을 통과하며 포집전극으로서 작용함. 포집전극은 전기전도성을 갖추어야 하며, 접지되어 있어야만 함.
이에 따라 바탕실은 영구적 혹은 일시적으로 전도성을 가질 수 있으며, 방사기 내부로 진입하기 전에 전도성 용액을 적용하여 일시적인 전도성을 갖도록 할 수 있음.
동 공정에 따라 高품질의 단일 나노섬유層이 바탕실의 표면에 생성되며, 이러한 나노섬유層의 품질향상을 위해 2가지 요소가 조화를 이루어야 함. 이는 세로 방향의 가이드롤러간 絲의 회전 및 루프數임.
그 밖에 나노섬유 커버링絲의 생산과 관련된 다양한 요소는 보호섬유의 유무 및 개수, 제품의 견본 등이 있을 수 있음.
4. 나노섬유 커버링絲의 가공
나노섬유 커버링絲는 기존의 섬유기술을 활용하는 2차원像의 섬유소재와 같이 추가적인 가공이 가능함. 이는 보호용 섬유가 나노섬유層의 손상을 방지할 수 있기 때문임.
5. 나노섬유 커버링絲의 최종수요 확대가능성
일반적으로 2차원像 및 직선상의 나노섬유는 각각의 최종수요분야가 크게 다르지 않음. 그럼에도 불구하고 나노섬유 커버링絲를 활용할 경우 2차원像의 소재가 제직, 편직 및 기타 가공을 거쳐 강도가 높아지므로 기존의 2차원像 나노섬유層에 비해 우수하다고 볼 수 있음. 박테리아, 동물 혹은 인체의 세포는 나노섬유소재의 표면에서 쉽게 증식이 가능함. 적합한 박테리아가 생존하고 있는 고체형상의 나노섬유소재는 가정/공공用 폐수처리분야 등에 활용될 수 있음. 나노섬유 커버링絲, 편직 혹은 제직제품은 조직공학 및 외과수술 분야에서 크게 각광받을 수 있음. 그 밖에 특수센서의 기반으로서도 활용될 수 있을 전망임.
출처: 한국화섬협회
관련링크
http://www.kcfa.or.kr/bbs/view.php?id=fabric_data&page=1&sn1=&divpage=1&sn=off&ss=on&sc=on&select_arrange=headnum&desc=asc&no=66
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