탄성사란?

광범위한 섬유 소재 분야에서 탄성 실은 수많은 섬유 제품의 기능성과 편안함에 혁명을 일으킨 중요한 구성 요소로 두드러집니다. 우리가 가장 좋아하는 청바지의 신축성 있는 허리밴드부터 운동복의 몸에 꼭 맞는 직물에 이르기까지 탄성 실은 직물의 성능과 사용자 경험을 향상시키는 데 없어서는 안 될 역할을 합니다. 그러나 탄성사는 정확히 무엇이며, 이것이 현대 섬유 산업에서 그토록 중요한 부분이 되는 이유는 무엇입니까?

 

1. 탄성사의 정의

스트레치 얀이라고도 알려진 탄성 얀은 가해진 힘에 따라 크게 늘어나고 힘이 제거되면 원래 길이나 모양으로 돌아가는 능력을 보유한 실 유형을 말합니다. 이 고유한 탄성 특성은 일반적으로 신축성과 회복 능력이 제한적인 기존 원사와 차별화됩니다. 탄성사의 탄성은 분자 구조, 생산에 사용되는 재료 또는 제조 중에 사용되는 특정 가공 기술에서 파생됩니다.

상대적으로 고정된 길이를 유지하는 단단한 실과 달리 탄성 실은 유형과 디자인에 따라 원래 길이의 50%에서 1000%까지 늘어날 수 있습니다. 또한 복원력이 뛰어나 반복적인 스트레칭 후에도 영구적인 변형 없이 초기 형태로 되돌아갈 수 있습니다. 높은 신축성과 우수한 회복력이 결합된 탄성사는 유연성, 편안함, 형태 유지가 필수적인 용도에 이상적입니다.

 

2. 탄성사의 분류

탄성사는 사용된 원재료, 실의 구조, 제조 방법 등 다양한 기준에 따라 여러 범주로 분류될 수 있습니다. 각 카테고리에는 특정 애플리케이션에 적합한 고유한 특성이 있습니다.

2.1 원료에 따른 분류

원재료의 선택은 탄성사의 탄성특성, 내구성, 가격에 큰 영향을 미칩니다. 원료에 따른 주요 탄성사의 종류는 다음과 같습니다.

2.1.1 천연탄성사

천연 탄성 실은 고무나무와 같은 천연 자원에서 추출됩니다. 가장 일반적인 유형은 고무 나무에서 추출한 라텍스로 만든 천연 고무 원사입니다. 천연고무사는 신축성이 뛰어나고 신축률이 최대 800%에 달하며 복원력도 좋습니다. 또한 생분해성이므로 환경 친화적인 옵션입니다. 그러나 천연고무사는 내유성, 화학물질, 고온에 대한 저항성이 떨어지는 등 몇 가지 한계를 가지고 있습니다. 또한 햇빛과 산소에 노출되면 노화 및 분해되기 쉽습니다.

2.1.2 합성탄성사

합성 탄성사는 화학 반응을 통해 합성되는 인공-폴리머로 만들어집니다. 다양한 합성 폴리머를 사용할 수 있기 때문에 합성 탄성사는 높은 탄성, 우수한 내화학성 및 열 안정성과 같은 특정 성능 요구 사항을 충족하도록 맞춤화될 수 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 합성 탄성사는 스판덱스, 폴리에스테르 탄성사, 폴리아미드 탄성사 등이 있습니다.

스판덱스: 라이크라(인비스타의 브랜드명)라고도 불리는 스판덱스는 가장 널리 사용되는 합성탄성사 중 하나입니다. 연질 부분(폴리에테르 또는 폴리에스터)과 경질 부분(우레탄 그룹)으로 구성된 분할된 폴리우레탄 섬유입니다. 소프트 세그먼트는 원사에 높은 신축성을 제공하는 반면, 하드 세그먼트는 가교점 역할을 하여 양호한 복원력을 보장합니다. 스판덱스는 500~800%의 탁월한 신축률을 갖고 있으며, 신축 후 원래 길이의 10% 이내로 회복됩니다. 또한 화학물질, 오일, 햇빛에 대한 저항성이 뛰어나며 노화에도 잘 견딥니다. 스판덱스는 가볍고 부드러우며 착용감이 편안해 의류, 스포츠웨어, 의료용 섬유 등 다양한 용도에 적합합니다.

폴리에스터 탄성 원사: 폴리에스터 탄성사는 폴리에스터 섬유에 스판덱스 등의 탄성성분을 혼합하여 만든 원사입니다. 폴리에스터의 뛰어난 내구성, 구김방지, 내화학성에 스판덱스의 탄력성을 결합한 제품입니다. 폴리에스테르 탄성사는 일반적으로 100%~300% 범위의 적당한 신축률을 가지며 회복력이 좋습니다. 또한 퇴색 및 수축에 강하므로 아웃도어 의류, 수영복, 홈 텍스타일에 이상적입니다.

폴리아미드 탄성 원사: 나일론 탄성사라고도 불리는 폴리아미드 탄성사는 폴리아미드 섬유와 스판덱스 등의 탄성 소재를 혼합하여 만든 것입니다. 폴리아미드는 강도, 내마모성 및 수분-흡수 특성이 우수하며, 탄성 성분과 결합하면 신축성과 내구성이 모두 뛰어난 실을 형성합니다. 폴리아미드 탄성사는 약 150%~400%의 신축률을 가지며 복원력이 뛰어납니다. 신축성과 내구성이 모두 중요한 양말류, 속옷, 운동복 등에 많이 사용됩니다.

2.2 원사의 구조에 따른 분류

탄성사는 구조에 따라 코어-방적 탄성사, 피복 탄성사, 베어 탄성사로 나눌 수 있습니다.

2.2.1 코어-방적 탄성사

코어 실로도 알려져 있는 코어-방적 탄성 실은 중앙 탄성 코어와 면, 폴리에스터 또는 폴리아미드와 같은 비탄성 섬유로 이루어진 외부 피복층, 즉 2{1}}층 구조를 가지고 있습니다. 탄성 코어는 실에 신축성을 제공하고 외부 레이어는 실의 외관, 핸들링 및 내구성을 향상시킵니다. 외부 피복층은 링 스피닝, 로터 스피닝 또는 에어-제트 스피닝과 같은 다양한 스피닝 방법을 사용하여 방사될 수 있으며 이는 실의 특성에 영향을 미칩니다. 코어-방적 탄성사는 탄성과 복원력이 우수하며, 외층은 다양한 염색 및 가공 공정에 적합합니다. 신축성과 자연스러운 원단감의 조합을 원하는 데님, 캐주얼웨어, 작업복에 널리 사용됩니다.

2.2.2 피복된 탄성사

커버드 탄성사는 코어-방적 탄성사와 유사하지만 구조가 다릅니다. 이는 피복 기계를 사용하여 폴리에스테르 또는 폴리아미드와 같은 비{2}}탄성 원사로 구성된 하나 이상의 층으로 덮인 탄성 코어(일반적으로 스판덱스)로 구성됩니다. 피복 공정은 단일- 피복(한 층의 피복 실) 또는 이중- 피복(두 층의 피복 실, 반대 방향으로 꼬임)일 수 있습니다. 이중- 피복 탄성사는 단일- 피복사보다 안정성, 탄력성 및 걸림 저항성이 더 좋습니다. Covered 탄성사는 표면이 매끄럽고 신축성이 좋아 양말류, 속옷, 스포츠웨어 등에 적합합니다.

2.2.3 베어탄성실

베어 탄성사는 외부 피복층이 없는 탄성사입니다. 스판덱스 필라멘트와 같은 순수한 탄성 섬유입니다. 베어 탄성 실은 모든 탄성 실 유형 중에서 가장 높은 신축성을 가지며 신축률은 최대 800%입니다. 그러나 내마모성이 좋지 않고 가공 중에 다른 섬유에 달라붙는 경향이 있는 등 몇 가지 단점이 있습니다. 베어 탄성 실은 일반적으로 탄성을 제공하기 위해 제직 또는 편직 공정에서 다른 실과 조합하여 사용됩니다. 높은 탄성이 요구되는 스포츠웨어, 수영복 등의 신축성 있는 원단에 흔히 사용됩니다.

 

3. 탄성사의 제조공정

탄성사의 제조 공정은 사용되는 원사의 종류와 원재료에 따라 달라집니다. 여기에서는 스판덱스 원사, 코어-방적 탄성 원사, 커버드 탄성 원사 등 가장 일반적인 유형의 탄성 원사의 제조 공정에 중점을 둘 것입니다.

3.1 스판덱스 원사의 제조 공정

스판덱스 원사의 제조에는 폴리머 합성, 방사, 연신 및 와인딩을 포함한 여러 주요 단계가 포함됩니다.

3.1.1 고분자 합성

스판덱스 생산의 첫 번째 단계는 폴리우레탄 폴리머의 합성입니다. 이 공정에는 디이소시아네이트(예: 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, MDI)와 디올(예: 폴리에테르 디올 또는 폴리에스테르 디올)이 반응하여 프리폴리머를 형성하는 과정이 포함됩니다. 그런 다음 프리폴리머는 사슬 연장제(예: 에틸렌 디아민)와 반응하여 고분자-중량 폴리우레탄 폴리머를 형성합니다. 사용되는 디이소시아네이트, 디올, 사슬연장제의 종류와 비율에 따라 탄성, 강도, 내화학성 등 최종 스판덱스 원사의 특성이 결정됩니다.

3.1.2 스피닝

고분자가 합성된 후 용매(예: 디메틸포름아미드, DMF)에 용해되어 방사용액을 형성합니다. 그런 다음 방사 용액은 방사구금(작은 구멍이 많은 금속판)을 통해 응고조로 압출됩니다. 응고욕에는 폴리머가 침전되어 필라멘트를 형성하게 하는 비용매(예: 물)가 포함되어 있습니다. 필라멘트의 직경은 방사구금의 구멍 크기와 압출 속도에 따라 결정됩니다.

3.1.3 도면

응고조에서 형성된 필라멘트를 연신하여 고분자 분자를 정렬시키고 실의 탄성과 강도를 향상시킵니다. 드로잉은 일반적으로 필라멘트를 늘리기 위해 가열된 롤러를 사용하여 여러 단계로 수행됩니다. 연신 정도(연신 비율)는 스판덱스 원사의 특성에 영향을 미칩니다. 연신 비율이 높을수록 탄성과 강도는 높아지지만 신율은 낮아집니다.

3.1.4 권선

연신 후 스판덱스 필라멘트는 보관 및 추가 가공을 위해 보빈이나 원뿔에 감겨 있습니다. 균일한 장력을 보장하고 필라멘트의 엉킴을 방지하기 위해 와인딩 공정을 주의 깊게 제어해야 합니다.

3.2 코어-방적 탄성사의 제조 공정

코어-방적 탄성사의 제조에는 탄성 코어(일반적으로 스판덱스)와 비탄성 섬유로 구성된 외부 피복층의 조합이 포함됩니다.- 코어-방적 탄성사를 생산하는 가장 일반적인 방법은 링 방적입니다.

3.2.1 재료 준비

먼저, 탄성 코어(스판덱스 필라멘트)가 보빈에서 풀려 방사 프레임으로 공급됩니다. 면, 폴리에스테르 또는 폴리아미드와 같은 비탄성 섬유(예: 면, 폴리에스테르 또는 폴리아미드)를 카드, 연신 및 로빙하여 특정 두께를 갖는 연속 섬유 가닥인 로빙을 형성합니다.

3.2.2 링 스피닝

로빙은 링 회전 프레임으로 공급되어 두께를 줄이기 위해 드래프트(늘어짐)됩니다. 동시에 스판덱스 필라멘트가 드래프트된 로빙의 중앙으로 공급됩니다. 그런 다음 드래프트된 로빙과 스판덱스 필라멘트의 조합을 꼬아서 코어-방적 탄성 실을 형성합니다. 꼬임 수준은 실의 특성에 영향을 미칩니다. 꼬임 수준이 높을수록 실의 강도와 안정성이 향상되지만 탄성이 감소할 수 있습니다.

3.2.3 와인딩 및 마무리

방사 후 코어-방적된 탄성 실이 보빈에 감겨집니다. 또한 사이징(제직 성능 향상) 또는 열고정(실의 구조 및 탄성 안정화)과 같은 추가 마무리 공정을 거칠 수도 있습니다.

3.3 피복탄성사의 제조공정

커버드 탄성사의 제조에는 커버링 기계를 사용하여 하나 이상의 비탄성사 층으로 탄성 코어(스판덱스)를 덮는 작업이 포함됩니다.-

3.3.1 재료 준비

탄성 코어(스판덱스 필라멘트)는 보빈에서 풀려 커버링 기계로 공급됩니다. 비-탄성 커버링 원사(예: 폴리에스테르 또는 폴리아미드 필라멘트)도 보빈에서 풀려 기계에 공급됩니다.

3.3.2 취재과정

커버링 기계에는 스판덱스 코어를 고정하는 회전 스핀들이 있습니다. 비탄성 커버링 실은 스핀들이 회전함에 따라 스판덱스 코어 주위로 꼬이게 됩니다. 단일- 피복 탄성 실의 경우 피복 실의 한 층이 코어 주위로 꼬여 있습니다. 이중- 피복 탄성 실의 경우 두 층의 피복 실이 코어 주위에 반대 방향으로 꼬여 있습니다. 꼬임 밀도(단위 길이당 꼬임 횟수)는 실의 특성에 영향을 미칩니다. 꼬임 밀도가 높을수록 커버력, 안정성 및 걸림에 대한 저항성이 향상됩니다.

3.3.3 권선

덮은 후, 덮힌 탄성 실은 보관 및 추가 가공을 위해 보빈에 감겨집니다.

 

4. Elastic Yarn의 핵심 성과 지표

다양한 용도에 대한 탄성사의 품질과 적합성을 평가하기 위해 몇 가지 핵심 성과 지표가 사용됩니다. 이러한 지표에는 탄성, 회복, 강도, 파단 신율, 내마모성, 내화학성 및 열 안정성이 포함됩니다.

4.1 탄력성

탄성이란 가해진 힘에 따라 실이 늘어나는 능력을 말합니다. 일반적으로 신축률(stretch ratio)로 표현되는데, 이는 원래 길이에 대한 늘어난 길이의 비율입니다. 예를 들어, 신축률이 600%인 스판덱스 원사는 원래 길이의 6배까지 늘어날 수 있습니다. 탄성사의 탄성은 분자 구조, 사용되는 원재료의 종류, 제조 공정에 따라 결정됩니다. 높은 신축성은 신체의 움직임에 따라 직물이 늘어나야 하는 운동복 및 속옷과 같은 응용 분야에 필수적입니다.

4.2 복구

회복이란 가해진 힘이 제거된 후 실이 원래의 길이나 모양으로 돌아가는 능력을 말합니다. 일반적으로 복구율(Recovery Ratio)로 표현되는데, 이는 원래 길이에 대한 복구된 길이의 비율입니다. 우수한 회복률(일반적으로 90% 이상)은 반복적인 스트레칭 후에도 섬유 제품의 모양과 핏을 유지합니다. 회복은 탄성과 동일한 요소인 분자 구조, 원자재, 제조 공정의 영향을 받습니다. 예를 들어, 스판덱스 원사는 폴리우레탄 구조에 원사의 원래 모양을 복원하는 가교점 역할을 하는 하드 세그먼트가 존재하기 때문에 복원력이 뛰어납니다.

4.3 강도

강도는 실이 끊어지지 않고 인장력을 견딜 수 있는 능력입니다. 이는 일반적으로 단위 선형 밀도(예: 데니어당 그램)당 파괴 강도인 강도로 표현됩니다. 섬유제품의 내구성을 확보하기 위해서는 탄성사의 강도가 중요합니다. 예를 들어, 양말류의 경우 강도가 높은 탄성 원사가 착용 및 세탁 시 마찰과 장력을 견딜 수 있습니다. 탄성사의 강도는 원료의 종류(합성 탄성사는 일반적으로 천연 탄성사보다 강함)와 제조 공정(연신은 고분자 분자를 배열하여 실의 강도를 향상시킬 수 있음)에 따라 달라집니다.

4.4 파단신율

파단신율은 인장력 하에서 파단될 때 실 길이의 백분율 증가입니다. 실의 탄성과 관련이 있지만 실이 끊어지기 전에 견딜 수 있는 최대 신축성을 나타냅니다. 의료용 붕대 또는 고강도 용도의 신축성 직물과 같이 직물이 극도로 늘어나는 용도에는 높은 파단 신율이 바람직합니다. 탄성사의 파단 신율은 종류에 따라 다릅니다. 스판덱스 실은 파단 신율이 높은 반면(500% ~ 800%), 폴리에스터 탄성사는 파단 신율이 더 낮습니다(100% ~ 300%).

4.5 내마모성

내마모성은 마찰로 인한 마모에 저항하는 실의 능력입니다. 양말, 장갑, 운동복 등 사용 중 잦은 마찰을 받는 용도로 사용되는 탄성사에 대한 중요한 성능 지표입니다. 탄성사의 내마모성은 원료의 종류(폴리아미드 탄성사는 폴리아미드 고유의 특성으로 인해 내마모성이 우수함)와 실 구조(외부 피복층이 탄성 코어를 보호하기 때문에 피복된 탄성사가 일반 탄성사보다 내마모성이 우수함)에 따라 달라집니다.

4.6 내화학성

내화학성은 세제, 오일, 용제와 같은 화학 물질에 노출되었을 때 원사가 분해에 저항하는 능력을 의미합니다. 이는 의료용 직물(살균제와 접촉할 수 있음) 및 산업용 직물(오일 및 화학 물질에 노출될 수 있음)에 사용되는 탄성 원사에 중요합니다. 스판덱스, 폴리에스테르 탄성사와 같은 합성 탄성사는 천연 탄성사에 비해 내화학성이 우수합니다. 예를 들어, 스판덱스는 대부분의 세제, 오일, 유기용제에 대한 저항력이 있어 수영복(수영장에서 염소에 노출됨)과 운동복(세제로 자주 세탁함)에 사용하기에 적합합니다.

4.7 열적 안정성

열 안정성은 고온에서 실의 특성(예: 탄성 및 강도)을 유지하는 능력입니다. 이는 섬유 제품이 가공(예: 염색 및 마감) 또는 사용(예: 산업용 오븐) 중에 고온에 노출될 수 있는 응용 분야에 사용되는 탄성 실에 중요합니다. 탄성 실의 열 안정성은 원료 유형에 따라 다릅니다. 폴리에스테르 탄성 실은 스판덱스(열 안정성이 낮고 최대 온도 저항이 약 130도임)에 비해 열 안정성이 우수합니다(최대 150도까지 견딜 수 있음).