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고강력 섬유

고성능섬유1. 고강도 아라미드 섬유1) 파라계 아라미드 섬유 - 케블라아라미드섬유는 “방향족 고리사이에 아미드결합(-NHCO-)이 적어도 85% 이상 결합한 분자구조의 섬유”로 정의되어 있으며, 이는 같은 아미드결합을 가진 나일론섬유와 구별된다. 파라계 아라미드섬유는 전방향족 폴리아미드의 한 종류로서, 강도 29 g/d, 탄성율 1200 g/d의 고성능화를 통하여 수요확대 및 경쟁소재와의 격차를 늘려 나갈 예정이다.파라계 아라미드섬유는 아라미드섬유 중에서도 그 성능이 더욱 우수한 것으로 분류되며, 용도가 고무 보강재, 광케이블용 보강재 및 방탄 복합소재로 사용될 수 있는 상대적으로 강도가 큰 섬유이다.파라아라미드섬유는 현재 슈퍼섬유의 주종 제품이며 미국 듀폰(Du Pont)사 의 Kevlar, 네덜란드 Akzo사의 Twaron, 일본 테이진(Teijin)사의 Technora가 3대 제품이다. 파라아라미드섬유의 용도별 시장 점유율은 다음과 같다.○ 마찰재, 봉지재, 패킹류(packings) 20~25%○ 타이어 보강재(tire reinforcement) 20~15%○ 기타 산업용 고무 보강재 15~20%○ 공업용 섬유(방탄복, 방검복, 차량용 텐트 등) 15~20%○ 섬유 강화 복합재료(우주항공 및 전자 재료) ~10%○ 광섬유케이블, 로프, 네트 5 ~10%(1) 듀폰사의 Kevlar앞에서 언급한 바와 같이 미국 듀폰사는 1971년에 Kevlar를 출시하여 파라 아라미드 계열의 슈퍼섬유 시대를 열었다. Kevlar의 초창기 생산량은 1971년 에 200t/year, 1974년에 2,700t/year 수준으로 70년대에는 그 용도 개발에 있어 우주항공 소재, 타이어코드, 방호복(방탄조끼, 소방복, 전투복) 등의 용도를 개척했다. Kevlar는 방탄조끼의 실용화로 세상에 알려지게 되었다. 1980년대에는 소형, 경량화 제품, 1990년대에는 가정용 안전상품, 2,000년대에 들어서는 정보통신용 소재 등의 용도가 개발되고 있다.이러한 용도 개발에 따라 Kevlar의 발생하기 때문에 광섬유 케이블에 보강재를 사용해야 하며 이러한 목적에 사용되는 보강재를 텐션멤버라 한다. 그뿐만 아니라 금속제 텐션멤버를 사용하면 매설공사 중 낙뢰(落雷)에 의한 케이블 손상 문제가 발생하는 것이 비금속제인 Kevlar를 사용하는 이유가 된다.최근 휴대폰의 고성능화 및 대형 시장화에 따라 휴대폰에 사용되는 전자부품의 고밀도 실장을 가능케 하는 수지다층기판에 Kevlar가 사용되기 시작해 대규모 수요처가 될 것으로 예상하고 있다.Kevlar는 앞에서 언급한 용도 이외에도 타이어 및 고무(벨트, 호스) 보강재, 건설 및 해양용 로프, 와이어, 로드(rod), 복합재료 형태로는 항공기, 선체, 스피커, 스포츠용품, 내열 펠트(felt), 필터, 마찰재 등에 다양하게 용도개발이 지속되어 왔으며 앞으로도 용도개발이 더욱 가속화될 전망이다. 요인의 제거와 수요창출, 대체수요 등으로 지속적인 성장세를 유지할 것으로 전망된다.(2) Technora일본의 테이진(帝人)사는 파라아라미드와 메타아라미드의 공중합폴리머를 1973년에 독자 기술확보 후 시험생산 단계를 거쳐 1987년부터 Technora라는 상품명으로 800t/year 규모의 생산을 시작한 후 1999년에 1,400t/year, 2000년에 2,000t/year로 생산량을 늘리고 있다.Technora는 분자구조가 공중합체라는 점이 Kevlar와 다르며 따라서 액정방사공정이 아닌 반건반습방사공정으로 제조한다. 공중합체를 만들기 위하여 kevlar의 원료(monomer)인 테레프탈산클로라이드와 파라페닐렌디아민에 추가하여 제3성분을 투입했다. 에테르 결합을가진 디아민의 제3성분과 Technora 공중합폴리머의 분자구조를 나타낸다.Technora의 monomer 및 copolymer 의 분자구조Technora는 분자구조 내에 에테르결합을 도입하여 분자사슬에 유연성을 도입함으로써 다음과 같은 특징을 가진다.? 고강도 고탄성률은 유지하면서? 용해성과 섬유의 연신성을 개량하고? 제품의 표면이 평활하고 피브릴화를의 두 종류가 있다. 건분진의 집진용 소재인 필터백, 자동차 호스, 전기 절연용 Paper, 전기절연 및 열차폐용 프레스보드, 비행기 부품, 그리고 스포츠 용품 등 다양한 응용 분야에서 이용되고 있으며 소방복, 경주용 자동차 운전자를 위한 유니폼, 우주 비행사유니폼, 작업복 등의 내열용 의복 소재, 산업용 고온용 필터 등으로도 쓰인다.노맥스의 용도용도 및 재품명내용Electric Motors (고효율 모터), 자동차용 start motor, Microwave Ovens (전자레인지용 HVT), Transformers (변압기 - 건식, 유입식, 몰드 변압기), 전동기와 발전기 등에 쓰인다.전기절연 Paper 및 Pressboard여과기 및 상업용 기계Commercial Dryers Hot Gas Filters(산업용 고온용 필터), Photocopiers (사진복사기), Printing Blankets(인쇄용 덮개), Steam and Iron Press Covers (스팀 및 철 압축 커버) 등에 쓰인다.Aircraft Parts (항공기 구조물) , Engine Nacelles(엔진실), Helicopter Blades (헬리콥터 날개), Sporting Goods(스포츠 용품), Transportation (운송 수단용) 등에 쓰인다.Mechanical PaperAircraft Ground Personnel Clothing (공군복), Flight Suits (비행복) 등에 쓰인다.Military(군수용품)Firefighter Suits(소방복), Motor Car Racing Suits(자동차 경주복), Oil and Chemical Workers(유류 및 화학품 근로자복), Space Suits(우주복) 등에 쓰인다.Protective Apparel (보호복)기타그 밖에 제지용 Calendar roll, 금형 단열재 등에 이용된다.2. 초고강도 폴리에스터 섬유슈퍼섬유는 잘 끊어지지 않고 잘 늘어나지도 않는다는 의미에서 어느 수준 이상의 강도와 탄성률을되며, 용도는 정보통신용(광케이블), 전기/전자(초전도체 피복재, 레이더돔), 자동차, 항공/우주, 방위산업, 의료용 등 첨단산업의 핵심소재로 적극 활용 되고 있다. 따라서 초고분자량 폴리에틸렌 합성기술, 공정제어기술, 겔방사 기술, 초연신 기술 및 정밀가공 후처리 기술 등 고도의 기술이 복합적으로 확보되어야 하며, 이러한 기술들이 개발되지 않고서는 첨단 산업용 소재로 발전이 어려우며, 갈수록 수입 의존도가 심화될 것이다. 고강도 PE 섬유는 일부 선진국의 독점 품목으로 부가가치가 매우 높으며, 가격 면에서 기존의 범용섬유(＄2～5/kg)에 비해, 고강도 PE 섬유는 ＄50/kg의 고부가가치 제품이다. 초고강도 PE 섬유의 특성별 용도는 다음과 같다.초고강도 PE 섬유는 인류 역사상 두 번째로 강하고, 가장 가벼운 슈퍼섬유 이며, 개인보호 용구에서 산업용 경량자재에 이르기까지 무궁무진한 용도를 가지고 있는 섬유이다. 그러나 기술적 난이도가 높아 세계적으로 네덜란드, 일본, 미국 등 소수 선진국에서 밖에 생산하지 못하고 있는 실정이다. 향후 초고강도 PE 섬유는 경량성을 주무기로 하여 슈퍼섬유의 대중화를 주도하는 첨병이 될 것으로 전망된다.[표 5-7] 초고강도 폴리에틸렌 섬유의 분야별 용도3. 폴리벤즈옥사졸(PBO) 섬유최근에 상업화된 고성능 슈퍼섬유 중에서 가장 대표적인 것은 폴리벤즈옥사졸(Polybenzoxazole, PBO) 섬유이다. PBO는 대표적인 헤테로고리 방향족 고분자(Heterocyclic Aromatic Polymer)로서 유기고분자 중 내열성이 가장 우수하고 기계적 성질도 뛰어나며 압축특성, 내화학성 등이 우수하여 항공기용이나 군사용 분야에서 중요한 소재로 사용되고 있다. 특히 PBO는 ASTM E-1354 시험으로 미 연방항공국(FAA)에서 정한 화재 발생 시의 방염성 목표인 50kW/m2의 열 흐름에서도 불이 붙지 않는 유일한 유기물로 인정되고 있다.PBO 구조 내에 있는 벤젠고리와 헤테로고리는 규칙적인 반복단위로 구성되어 열적 안정성이신, 자동차/항공기 등 수송기기, 전기/전자 등 첨단산업에서 요구되는 아라미드를 대체할 수 있는 초고성능 섬유소재로의 용도개발이 가속화될 것으로 전망된다. Toyobo사는 Zylon PBO 섬유를 로프/케이블, 고무보강재, 방호복, 내열쿠션재, 스포츠용, 항공우주용 등 다양한 용도로 전개하고 있다.4. 탄소섬유의 응용탄소섬유는 유기섬유나 수지, 피치 등과 같은 유기재료를 방사하여 제조한 전구체섬유를 안정화 및 탄화, 2,500℃ 이상에서의 연신 흑연화를 시켜 얻어진 비흑연질 탄소로 이루어진 필라멘트를 지칭한다. 탄소섬유는 탄성계수와 강도가 크고 열팽창계수가 낮으며, 높은 전기 및 열전도도를 가지고 있다. 또한, 진동감쇄특성, 생체적합성, 크립(Creep) 저항성을 갖고 있으며 피로특성, 부식특성, 마찰 및 마모특성, 화학적 안정성등도 뛰어나다.고성능 섬유를 이용한 고성능 복합소재의 시초는 제2차 세계대전 중 영국이 개발한 유리섬유 강화플라스틱(GFRP, Glass Fiber-reinforced Plastic)이다. GFRP는 에폭시, 비닐에스터, 폴리에스터와 같은 열경화성 플라스틱에 직경 0.1mm 정도로 가늘게 만든 유리섬유로 짠 천을 넣어 경화시켜 제조한다. 1960년대부터는 유리섬유보다 훨씬 더 가볍고 강도나 탄성이 더욱 우수한 탄소섬유가 개발되면서, 탄소섬유 복합재가 집중적으로 개발되기 시작하였고 1980년대부터 테니스 라켓, 골프채, 스키와 같은 스포츠용품이나 경기용 보트, 자동차, 비행기, 건축자재, 헬멧, 악기 등에 널리 쓰이기 시작하였다.탄소섬유는 고강도 탄소섬유, 고탄성률 탄소섬유 및 기능성 탄소섬유의 3가지 종류로 분류될 수 있다. 고강도 탄소섬유는 주로 PAN 전구체섬유를 탄화하여 제조하고, 고탄성률 탄소섬유는 주로 피치계 전구체섬유를 탄화하여 제조하며, 그리고 기능성 탄소섬유는 합성법, 성장법, 전기방사된 나노섬유의 탄화법 등과 같은 다양한 방법으로 제조한다. 고성능 탄소섬유의 개발은 주로 일본 도레이사에 의해 주도되어 왔다.[그림 5-1

공학/기술| 2008.11.23| 20페이지| 3,000원| 조회(1,318)

탄소섬유, 케블라, 아라미드, 지오텍스타일, 노맥스

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재생섬유

재생섬유천연 또는 인조의 섬유상 고분자물질을 용해·융해 등에 의하여 균일한 상태로 만들고, 이것을 다시 섬유로 형성한 것이다.화학섬유를 대별하여 합성섬유와 재생섬유로 나눈다. 섬유는 고분자 화합물이어야 하나, 합성섬유는 저분자 화합물에서 합성하여 섬유 모양으로 만든 것이다. 재생섬유는 원래 고분자이지만 전혀 섬유의 형태로 되어 있지 않거나, 섬유 모양으로 되어 있어도 방직에 알맞은 형태로 되어 있지 않은 것을 일단 녹여서 섬유로서 이용하기 쉬운 형태로 재생한 것이다. 재생섬유는 크게 셀룰로오스계 재생섬유와 단백질계 재생섬유가 있다.셀룰로오스계 재생섬유는 목재펄프 중에서도 α-셀룰로오스분이 많은 용해펄프나 린터펄프를 원료로 한다. 비스코스법은 용해펄프에 가성소다와 이황화탄소를 작용시켜 물에 녹는 비스코스로 만들고, 이것을 가는 구멍으로부터 황산 속에 압출(押出)하는 방법이다. 큐프라법은 린터펄프를 구리 암모니아 수용액에 녹인 다음 물속에 압출하여 섬유 모양으로 만든다. 이들 셀룰로오스계 재생섬유를 레이온이라고 총칭하며, 여기에는 짧게 자른 스테이플과 긴 필라멘트가 있다. 또 셀룰로오스아세테이트(아세트산 섬유, 이른바 아세테이트)도 셀룰로오스계이나, 거기에 아세트산이 붙어 있으므로 반합성섬유라 하고, 재생섬유와 구별하는 경우가 많다.단백질계 재생섬유는 우유의 카세인, 콩의 단백질, 옥수수나 땅콩의 단백질 등 여러 가지 단백질을 가성소다나 암모니아 수용액에 녹이고, 황산성의 액 속에 압출하여 섬유상으로 만든 것, 또는 견 부스러기나 누에고치 찌꺼기 등을 원료로 한 재생견사이다. 일반적으로 약하나 부드러워 양털·레이온·면 등과 혼방하기도 한다.제 1절 재생 식물성 섬유셀룰로오스(Cellulose)에 있는 "수산기(히드록시기 : OH)"를 화학적으로 변화시켜 유도체화한 다음, 용제에 용해를 시켜 원료를 만든다. 셀룰로오스를 화학적으로 변화시키는 이유는 방사를 하기 위해서는 셀룰로오스를 용융시키거나 용해시켜야 한다. 하지만 셀룰로오스는 분자간의 결합력이 강하고 용제에 잘묽은 황산욕으로 처리한다. 로울러 사이에서 긴장, 연신되므로 신장만 된다.비스코오스 레이온 스테이플의 제조에 있어서 필라멘트 제조에 비햐여 노성시간이 짧고 방사구의 직경은 비슷하나 수가 다르다.[표 2-3] 비스코스레이온의 필라멘트와 스테이플 제조의 차이점비스코오스레이온 필라멘트 제조비스코오스레이온 스태이플 제조노성시간저온노성 : 20～25℃으로 40～70시간고온노성 : 40～60℃으로 4～6시간방사구의 구멍수(孔數)20～1,000 개2,000～3,000 개,방사구의 지름0.05～0.11mm0.05～0.11mm비스코오스 레이온 스테이플의 제조에는 두 가지 방법이 있다. 방사 후, 토우 상태에서 정련이나 표백 등, 후처리를 하고, 임의의 길이로 절단하는 후처리 후 재단법이 있으며, 방사하여 필라멘트를 얻은 후, 임의의 길이로 절단하고 단섬유 상태에서 정련이나 표백 등 후처리를 하는 후처리 전 재단법이 있다.의류 소재로써의 비스코오스레이온의 특성(1) 수분의 존재에 따라 강도와 신도의 변화가 크다.(2) 공정수분율이 11%로 정전기의 발생이 적다.(3) 비중이 1.52 이므로 약간 무거운 편이다.(4) 열에 의하여 황변하고 산과 알칼리에 약하다.(5) 중간 정도의 내일광성이다.(6) 면섬유보다 염료와의 친화력이 크다.(7) 탄성회복율이 작아 형태안정성이 적다.(8) 내충?내균성이 적다.(9) 면섬유 보다 균일한 섬도를 가지고 있다.(10) 원하는 광택을 얻을 수 있다.(11) 면보다 경제적이다.2. 구리암모늄 레이온구리암모늄 레이온은 영문자의 접두어를 따서 “큐프라(Cupra)"라고도 한다. 1890년 테페시스(Despaissis. L. H ;프랑스)가 특허를 취득한 이래 여러 학자들이 연구를 지속하였으며 1901년 실레(Thiele:영국)가 “긴장방사법“을 발명하였다. 독일의 벰베르크(Bemberg) 회사가 1918년에 특허를 얻어 최초로 생산하였다하여 “벰베르크 레이온(Bemberg rayon)" 이라고도 한다.원료는 일반적으로 α-셀룰로오스가 98% 이상인 , 모달, 리오셀(텐셜)등이 있다.가. 강력 레이온 필라멘트(Filament)강력 레이온 필라멘트(Filament)는 강력 비스코오스레이온의 배향도와 결정화도를 모두 향상시키면 인장강도는 향상되나 굴곡강도와 내피로성이 감소한다. 굴곡강도와 내피로성의 감소를 개선하기 위하여 결정화도는 낮게하고, 배향도는 현저히 증가시키는 방법을 채택한 레이온 섬유이다.원료는 목재 펄프와 린트로 일반적으로 순수한 목재 펄프를 사용하지만 고α-셀룰로오스, 저β-셀룰로오스, 저γ-셀룰로오스, '저 NaOH 용해도‘, ‘고중합도‘, ‘중합도 분포의 균일성’ 등이 요구된다. α-셀룰로오스 94% 이상이며, 중합도의 분포가 균일한 린트(lint) 혹은 아황산 펄프를 사용 하였지만 요즈음은 거의 아황산 펄프(황산염 펄프)를 사용한다. “용해 펄프”는 고품질의 화학 펄프를 정제하여 고순도의 셀룰로오스로 만든 펄프를 칭하며, 강력 레이온 SF, 폴리노직(Polynosic)도 같은 원료이다.방사원액은 고급 펄프인 ‘고 α-펄프‘를 사용하고 셀룰로오스의 중합도가 저하되지 않도록 노성시간을 짧게 한다. “황화시, 비교적 다량의 이황화탄소(CS2)를 사용하여 비스코오스의 숙성을 단축한다. 비스코오스 방사원액에, 연신이 잘되고 분자의 배향도를 높일 수 있도록 방사액에 변성제를 첨가 시킨다. 스킨-코어(Skin-core)형에서 울-스킨(Wool-skin)형의 강력 레이온을 만든다.여기서 변성제의 역할은 비스코오스의 재생을 억제시켜 강도와 내피로성 등을 향상시키기 위한 약제로 모노아민, 암모늄, 디티오카바민산 등이 있다. 이는 비스코오스의 분산성을 높이기 위하여 비스코오스 중에 있는 셀룰로오스의 농도는 보통 레이온 보다 적게 하고, 수산화나트륨(NaOH)의 농도는 약간 높게 한다.방사는 숙성시간을 다소 짧게하여 숙성도가 적은 상태(저숙성 상태)에서 방사시킨다. 연속식 방사법을 채용하며 “2욕 긴장 방사법”을 주로 사용된다. 왜냐하면 실이 굵고 (Denier가 크고) 사질조정과 후처리 조건이 용이하므로 방사드레이프성, 면보다 뛰어난 흡습성, 폴레에스테르 섬유에 비견되는 강한 내구성에 물세탁이 가능함으로써 Viscose와 Polynosic등의 기존Cellulose 섬유의 결정적인 단점을 해결하였다. 또한 생산공정에서는 일체의 오염물질이 발생하지 않으며 생산 공정시 유일하게 사용되는 용매인 아민옥사이드는 거의 95%이상 이 수거되어 재사용한다. 폐기시에도 한 달 동안 땅에 묻으면 생분해된다. 이러한 이유로 환경 친화적인 섬유라고 불리기도 한다. 또한 Tencel 이라는 브랜드명을 가지고 현재 시장에서 소비가 되고 있다.제조법은 레이온, 폴리노직과 같은 기존의 셀룰로오즈계 재생섬유가 화학약품을 이용하여 목재 펄프에서 셀룰로오즈 섬유의 분자를 분해하고 용해 방사하는데 비해 Lyocell계 섬유는 순수펄프를 용매(NMMO)에 녹여 Cellulose를 물리적 방법으로 추출하는 무공해 방식으로 제조된다. 화학적 반응이 없어 높은 중합도 및 강도의 유지가 가능하고 단면형태도 원형 및 평활한 구조로 포합성이 양호하다. 생산시간이 짧고, 부산물이 발생하지 않으며, 회수는 무공해 방식으로 제조된다. 생산시간이 짦고, 부산물이 정제, 회수(99.8%이상)되어 재활용된다. 다른 화학섬유와는 달리 제조 공정상 일체의 공해가 발생하지 않는 21세기 대표적인 환경 친화적 제조 공정이 특징이다.라이오셀은 물리특성을 아래 표에 나타내었다. 라이오셀을 여기에 나타낸 것처럼 다른 인조 cellulose섬유보다 훨씬 더 강하고, 특히, 인장강도는 poiyester에 필적한다. 섬유 단면은 원형이고 표면은 대단히 매끄럽고 톱니 모양 crimp가 가해져 있어 겉보기에는 합섬과 비슷하게 보인다.이들의 특징은 라이오셀 제조공정에 채택되고 있는 새로운 세정 건조 방식에 기인하는 바 크고 결과적으로 개섬 및 carding을 쉽게 해서 균일하고 nep이 없는 card wave를 만들기 쉽게 하고 있다. 또한 tow rayon에서 흔히 있을 수 있는 과장섬유의 발생이 적다. 섬유간 밀착성은 가공제의 종류와 cri의 종류셀룰로오스계단백질계비스코오스구리암모늄니트로셀룰로오스우유단백옥수수단백콩단백일반비스코오스새로운비스코오스텐셀(Tencel)모달(Modal)폴리노직리오셀벰베르크(큐프라)라니탈(Lanital) 아랄락(Aralac)메리노바(Merinova)피브롤란(Fibrollance)바이카라(Vicara)락트론(Raxtron)이르딜(Ardil)소이론(Soylon)[표 2-5] 우유단백질섬유의 물리적 특성강도 (g/d)신도(%)비중(比重)영률(kg/㎟)촉감기 타0.9～1.2(약하다)15～351.3600～700부드럽다크롬 처리하면 난연성이 된다[그림 2-1] 키틴의 구조식[표 2-6] 땅콩단백섬유의 물리적 성질색상강도(g/d)신도(%)염색성(염료에대한 친화력)기타황색(갈색)0.8(약하다)50양모보다 크다표백이 곤란하다키틴(Chitin) 섬유는 게, 새우, 등의 갑각류, 오징어 등의 연체동물류의 골격, 껍질 등에 존재하는 천연고분자를 구성하고 있는 글루코오스의 화학구조에서 2번 탄소(C-2) 위치의 수산기(OH)가 아세트아미드로 치환된 고분자화 구조이며 [그림 2-1]은 키토산의 원료인 키틴의 구조식이다.셀룰로오스 보다 난용성으로 강산이나 비스코오스에도 녹지 않는다. 또한 생체내에서 소화가 되고 면역성이 낮아 수술 후, 봉합사나 “창상피복보호제“로 아주 좋다. 아토피성피부염에 효과가 있어 유아용 속옷의 제조 시 사용되기도 한다.식물단백섬유중에는 대표적으로 땅콩단백섬유(Arachin fiber)가 있으며, 땅콩은 25～30% 정도의 단백질을 함유하고 있으며 그 중 73%가 ‘아라킨(Arachin)‘이다. 땅콩을 분쇄하여 분말형태로 유지분을 추출하여 ‘탈지땅콩‘을 만들고, 이를 이산화황(CS2)으로 PH 4.5 정도의 산성 처리하여 단백질을 침전시켜 단백섬유를 얻는다. 이 후 단백섬유를 묽은 수산화나트륨(NaOH)에 용해시켜 방사원액을 만들고 "황산(H2SO4)과 황산나트륨(NaSO4)의 혼합용액” 에 방사한다. 그리고 불용화제로 처리하여 내수성이 있도록 경화시킨 후, 토우(Tow)를 .

공학/기술| 2008.11.10| 22페이지| 2,000원| 조회(810)

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섬유와 고분자

제 1절 섬유와 고분자가. 섬유의 역사인조섬유 제조는 19세기에 면화와 같이 값싼 셀룰로오스계 천연섬유로부터 실크 같은 인조견을 만들려는 노력으로부터 시작되었다. 1885년 C.H.B.드 샤르도네는 셀룰로오스와 질산으로부터 합성된 니트로셀룰로오스에서 뽑은 실을 탈니트로화하여 처음으로 실용 레이온을 만들었다. 1891년 영국 화학자 C.F.크로스와 E.J.베번이 발명한 비스코스레이온은 1900∼67년 동안 대량 생산되었다.구리암모니아레이온(벰베르크레이온 또는 큐프라)은 셀룰로오스가 산화구리를 함유한 암모니아 수용액에 녹는 성질을 이용한 것으로, 1918년 E.틸레가 발명한 연신방사법으로 실용적인 인조견사를 만들었다. 최초의 합성섬유 나일론은 1938년 미국 뒤퐁사에서 W.H.캐러더스의 고분자 연구로부터 시작되어 합성고분자산업의 출발점이 되었다.영국의 J.R.윈필드와 J.T.딕슨이 발명한 폴리에스테르섬유는 51년 ICI사가 상품화하여 의류용으로 우수한 성질이 알려져 오늘날 세계에서 가장 많이 생산되는 합성섬유가 되었다. 양모와 비슷한 촉감이 있는 아크릴섬유는 50년 뒤퐁사가 생산을 시작한 뒤 세계 각국에서 생산되고 있다. 나일론·폴리에스테르·아크릴 등이 3대 합성섬유로 세계 합성섬유 생산량의 약 98%를 차지한다. 인류역사의 대부분에 있어 사람들은 이러한 천연섬유만을 사용하여 천을 만들어 사용했으나 근대 들어서 과학기술의 발달로 합성섬유를 제조하는 방법을 개발하였으며 현재에는 전체 섬유소비량의 3분의 2이상을 합성섬유가 차지하고 있다.동물이나 광물보다는 식물로부터 보다 많은 직물용 섬유를 얻었는데 면(Cotton)은 특유의 부드러움과 흡습성 때문에 옷감재료나 보(Sheet), 그리고 타올용 등으로 광범위 하게 사용되었으며, 마로부터 얻어지는 마직물(Linen)은 외관이 아름다워 고급 테이블보, 넵킨, 손수건 재료로 널리 이용되었다.동물성 섬유로는 울(Wool)과 견(Silk)을 들 수 있는데, 이들은 고급 직물로 사용 되었으며, 대부분의 Wool은 양털로 만들어졌가소성이 좋아 관리하기 편리하나 염색이 어렵고 표면에 정전기가 축척되며, 특히 여름철 의류로서 부적당하다.그 밖에 섬유는 정련, 표백, 염색, 가공등의 공정에서 물과 여러가지 용액에 대해서 필요한 투과성을 가져야 하고, 내약품성, 내열성 및 보온성이 있어야 하며 비중이 작을 수록 좋다. 또 생산량이 많고 값이 싸며 공급이 원활해야하고, 다공성과 보온성 또한 필요하며, 적당한 신장성이 있어야 한다는 여러 가지 필요조건들이 있다.3. 고분자의 정의와 역사분자량이 큰 분자를 고분자라고 하는데 분자량이 얼마 이상이어야만 고분자라고 할 수 있다는 명확한 정의는 없으나 일반적으로 고분자는 최소 10,000 이상의 분자량을 가진다. 고분자 공업은 약 100년 전에 여명기를 맞이하였으며, 제 2차 세계대전을 거치면서 눈부시게 발전하였다. 일반 용도로 많이 사용되는 범용 고분자로부터 엔지니어링 플라스틱, 초 고강도, 초 고탄성, 높은 내열성을 가진 고분자 재료 및 열, 빛 혹은 전기나 압력을 받았을 때 이 자극에 대하여 고유한 응답을 나타낼 수 있는 능력을 가진 기능성 고분자 및 의료용 고분자에 이르기 까지 인류 생활에서 바야흐로 고분자 시대가 열리고 있다. 하이어트는 이 새로운 물질에 '셀룰로이드'라는 이름을 붙였고, 1870년에 특허를 얻어 직접 셀룰로이드 회사를 설립하였다. 그가 세운 회사에서 처음으로 만들어 판 것이 셀룰로이드로 만든 틀니였는데, 그 후로 셀룰로이드는 여러 가지 용도로 쓰이기 시작하여 상자, 단추, 자, 필름 등 갖가지 물건의 주재료가 되었다. 이러한 하이어트의 발명을 시작으로 합성물질 발명의 붐이 일었고 1907년 드디어 Leo Bakeland(베이클란드)라는 벨기에 출신의 발명가가 페놀과 포름알데히드라는 물질이 서로 잘 반응한다는 사실에 착안하여 새로운 합성물질을 만들어 냈다.그는 자신이 만들어 낸 그 합성물질에 'Bakelite' (베이클라이트)라는 이름을 붙였다. 베이클라이트는 처음에 열을 가하여 물러졌을 때 여러 가지 모양으로 만들었다가, 다음●비중비중은 동일한 부피(체적)에서 표준물질(주로, 4°Ｃ의 물)의 무게에 대한 어떤 물질의 무게 비를 칭하는 것이며, 섬유의 이용가치와 밀접한 관계가 있다. 같은 비중이라도 함기량이 많으면 가벼운 느낌을 준다. 함기량에 영향을 주는 요인은 섬유표면의 요철과 다공성이 영향을 준다. 섬유의 비중에 영향을 주는 인자는 섬유의 형태, 섬유의 구조, 탄성도 및 초기 탄성도등이 있다. 비결정부분과 결정부분의 비중은 다르며 결정부분의 비중이 크다. 비중은 섬유의 감별에 이용되기도 한다.●마찰계수 및 내마찰성섬유의 마찰은 두 가지 상반되는 면이 있다. 마찰계수가 클 때 효과적인 면은 실의 강력이 크게 되고, 방적시, 섬유의 엉킴성이 향상이 된다는 장점을 가지는 반면에 마찰계수가 작을 때에는 방적공정에서 실이 사도를 통과하는 통과성이 양호하다. 즉, 방적성이 좋아진다. 이러한 이유 때문에 마찰계수가 높다고 해서 섬유의 물성이 무조건 좋아진다고 할 수는 없는 것이다. 섬유의 마찰계수는 섬유의 성능과 직물의 형태에 의하여 결정된다. 마찰에 대한 저항은 피복의 내구력과 관계가 있으며 합성섬유가 대체적으로 내마찰성이 크다. 수분을 흡수하여 섬유가 팽윤을 하면 접촉면적이 커져서 마찰력이 증가하며 아울러 탄성이 적어지므로 응력하에서 접촉면적이 커지므로 마찰력이 증가하게 되어 마찰계수가 커지게 된다.●내열성내열성은 어느 정도의 열에 견디는 성질을 칭하는 것이며, 섬유가 가지고 있는 내열성을 초과하는 온도로 가열을 하면 천연섬유는 분해가 되며, 인조섬유는 융해가 된다. 의복용 섬유는 100℃ 까지는 변화가 없어야 하고 150℃ 이상까지 견딜 수 있어야 한다.●연화점(Softing Point⇒ "Ts")고체는 가열할 때 어느 온도에 이르게 되면 유점성이 되어 부드러워 지는데 이때의 온도를 말한다. 기계적인 성질이 변하고 변형이 시작된다.●융점(Melting Point ⇒ "Tm")고체가 열을 받아 액체로 변화하는 온도를 칭한다. 액체로 변하기 전 고무상태로 된 후, 융해된다.●비점(Boil 중 무기질 섬유에는 금속 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유 등이 있다.제 2절 고분자 중합1. 단계반응단계반응의 대표적인 예로 축합중합, 공중합, 그라프트중합 등을 들 수 있으며, 이런 단계반응은 반응속도가 느리며, 비교적 균일하고 우수한 고분자를 얻을 수 있다는 장점을 갖는다. 또한 조건에 따라 여러 가지 형태의 고분자를 얻을 수 있다. 높은 온도에서 중합을 하게 되면 비교적 높은 분자량의 고분자를 얻을 수 있으며, 낮은 온도에서 중합을 하게 되면 낮은 분자량의 고분자를 얻을 수 있다. 단계반응은 중합되는 속도가 느리지만 임의의 단계에서 중단하여 필요한 분자량의 고분자를 얻는데 유용하다. 중간 생성물은 대개 안정하여 분리가 가능하다.단계반응의 예로 축합반응의 과정과 그 예를 들어 설명하겠다.X-A-R-A-X + Y-B-R'-B-Y → ( A-R-A-B-R'-B )n두 가지 성분의 단량체가 결합하여 복합적인 하나의 단량체를 형성하고, 이것이 반복되면서 쇄상 고분자를 형성하는 반응을 기본적으로 하고 있다. 위의 중합형태를 자세하게 설명하면, 특정 말단기(A-X와 B-Y)를 가지는 두 형태의 단량체가 중합하여 간단한 분자구조의 분자(X-Y)를 방출한다. 그리고 최종적으로 ( A-R-A-B-R'-B )의 형태의 분자를 만들어 내고 이것이 반복되면서 쇄상고분자를 만들어 내는 것이다.[대표적인 A-X 성분]-NH2, -SH, -CONH2, -OH, -NOH[대표적인 B-Y 성분]대표적인 각각 단량체에 분자의 말단기는 위의 물질들이 대표적으로 알려져 있다. 이러한 중합형태의 중합물의 예로는 폴리에스터와 폴리우레탄등의 섬유들이 있다. 간략하게 이들의 중합과정을 들어 보겠다.가. Polyester의 중합Diacid + Diol나. Polyurethane의 중합다. Polyurea의 중합라. 대표적인 단계반응 고분자Polyamide (Nylon)PolyurethanePolyurea- 섬유용- 생산 섬유의 절반은 타이어 코드로 사용- 로프, 벨트, 호스- 베어링이나 캠등에서의 금환류로 쉽게 이루어지나 용매에 대한 연쇄이동이 불가피하므로 가능한 한 연쇄이동을 적게 일으키는 용매를 사용할 필요가 있다. 또 중합완료 후 용액상태로 이용하는 경우가 아니면 중합체내에서 용매를 제거하기가 곤란하기 때문에 고체 중합체를 얻는 방법으로는 좋지 않은 방법이다. 용매가 단량체 뿐만 아니라 중합체도 녹이는 경우도 있고 중합체는 녹지 않는 경우도 있다. 전자에서는 중합체의 용액을 얻게 되므로 균일계중합이고 후자의 경우는 중합체입자가 석출하게 되므로 불균일계중합이며, 침전중합이라고도 한다.용매를 사용하기 때문에 중합체의 분자량(중합도)은 다른 중합법에 비해서 낮고 또 중합 속도도 느리다. 따라서 중합의 반응조건을 조절하기가 쉽고 균일한 중합체를 효율좋게 제조할 수 있다는 이점도 있다. 공업적으로는 acetate계의 접착제, polypropylene, polybutadiene계 고무, 비닐계 도료, 또는 일부 아크릴계 합성섬유의 방사원액 제조 등에 응용되고 있다.다. 서스펜션(suspension) 중합단량체와 이에 용해하는 개시제를 사용하여 이들을 물 속에 넣고 격렬하게 교반시키면 개시제가 녹아 들어간 단량체가 작은 유적으로 분산되고, 그 유적 중에서 중합이 시작되며 나중에 중합체의 소입자로 물 속에 분산된다 (보통 입경 0.01-0.5cm 정도). 최종적으로 진주나 염주와 같은 아름다운 구로써 침봉하기 때문에 이 서스펜션중합(현탁중합)을 진주중합(pearl polymerization) 또는 입상중합(bead polymerization)이라고도 한다. 유적이 뭉치는 것을 방지하여 서스펜션된 분산계를 안정화시키기 위해서 젤라틴, 녹말, methyl cellulose. PVA, CMC(이상 유기물)나 카올린, 규산 마그네슘, 수산화알루미늄, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탈크, 규조토(이상 무기물) 등이 사용된다. 이들을 서스펜션 안정제(suspension stabilizer)라 한다. 공업적으로 발포 폴리에틸렌의 beads, PVC의 분말, 폴리스틸렌, PMMS등의

공학/기술| 2008.11.10| 41페이지| 2,000원| 조회(484)

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