Manufacture and Application of Electrospun Polyvinylidenefluoride(PVDF) Ultrafine Fiberwebs : 전기방사된 폴리비닐리덴플로라이드 초극세 섬유웹의 제조와 응용

이영수 忠南大學校 大學院 2003 국내박사

지식정보화 시대에 부가가치가 높은 산업용 섬유의 수요가 요구됨에 따라 섬유산업에도 나노기술의 급격한 부각과 함께 전형적인 건식, 습식 및 용융방사의 섬유제조법과 달리 나노섬유 제조가 가능한 전기방사법에 대해 많은 관심이 모아지고 있다. 전기방사법은 기존 섬유에 비해 단위 면적당 표면적이 매우 높아 고효율 여과소재, 전도성소재, 생체적합성소재, 전지분리막 등 매우 광범위한 산업용 섬유소재에 적용가능하다. 따라서, 본 논문에서는 전기방사법으로 시도되지 않았던 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidenefluoride: PVDF)를 사용하여 초극세섬유를 제조하였다. 전기적 성질이 우수한 PVDF 전기방사에서 원료인자와 공정인자인 고분자농도, 용매, 점도, 전위차 그리고 방사거리를 변화시켜 각 조건에서 방사거동과 형태학구조를 조사하여 최적방사조건을 결정하였다. 또한, 다양한 제조인자를 변화시켜 섬유직경 분포를 조사하여 초극세섬유 제조조건을 확립하였다. 아울러, 용도다변화를 위해 PVDF 나노섬유 웹의 전기전도도 향상을 위해 무기입자를 첨가하여 복합나노섬유 웹을 제조하였다. 카본블랙, TiO_(2), ZrO_(2), Al_(2)O_(3) 등 다양한 무기입자 함량변화에 따른 고분자용액의 전기전도도를 관찰하고, 용액전기전도도 차이가 방사거동에 미치는 영향과 제조된 복합나노 섬유 상에 분포되어 있는 무기입자의 분산성과 제조된 나노섬유웹의 물리적 특성을 조사하였다. 최종적으로, 복합나노섬유를 실제 응용하기 위하여 구성 나노섬유 간의 내구성을 증가시키는 열처리 및 마이크로파 처리를 하였으며, 아울러 정전필터소재로의 활용가능성을 조사하였다. 이러한, 실험 연구로부터, 댜음과 같은 결론을 얻었다. 1. 고분자농도 20wt.%, 방사거리 15cm, 그리고 전위차를 10kV로 유지하여 전기방사하였을 경우에 비드가 거의 없는 균일한 초극세섬유의 PVDF 전기방사가 가능하였다. 2. 제조된 PVDF 섬유의 직경은 방사거리가 감소하고 전위차가 증가할수록 감소하는 경향을 보였으며, 본 연구의 최적 조건에서 제조된 전기방사 PVDF 심유의 평균직경이 500nm 미만으로 나타났으며, 균일한 분포를 나타내었다. 3. 나노크기의 초극세 섬유를 제조하기 위해서 공기압을 100mmH_(2)O로 적용시킨 결과, 공기압에 의해 제트가 연신되어 평균직경이 120nm로 나타났다. 외부력이 적용되지 않았을 경우 보다 시료의 평균직경이 약 1/3배 감소되었다. 4. 무기입자 함량변화에 따라 제조된 용액의 전기전도도는 무기입자 함량이 증가되면서 높아졌다. 특히, 4가지 무기입자 중 카본블랙의 용액전기전도도가 가장 높게 나타났다. 한편, 일정한 전기력에서 용액전기전도도 변화에 따라 방사거동이 상이하게 나타났다. 이는 일정한 전기력에서 유체내에 발생하는 전하밀도를 변화시켜 방사거동의 차이를 나타낸 것으로 용액전기전도도가 일정한 값을 나타낼 경우 전기력 변화에 따른 방사거동의 변화도 유사하게 나타났다. 5. 전기방사하여 제조된 PVDF/무기입자 복합나노섬유내에 무기입자의 분산성은 Al_(2)O_(3), TiO_(2), ZrO_(2), 카본블랙 순으로 우수하였다. 특히, 카본블랙은 입자자체의 전기전도성이 우수하여 입자사이의 응집성이 가장 높게 나타났다. 6. 무기입자 첨가에 의해 제조된 복합 나노섬유웹의 표면전기전도도는 순수 PVDF 나노섬유 웹보다 높게 나타났다. 특히, 카본블랙이 2.0wt.% 첨가된 복합부직포의 전기전도도는 순수 PVDF 부직포보다 약 40배정도 증가된 5.7×10^(-8)S/cm로 나타났다. 이는 카본블랙 입자가 나노섬유와 결합하여 전기적 성질을 향상시켰기 때문이다. 7. 전기방사하여 제조한 PVDF/무기입자 복합나노섬유의 기공크기는 순수 PVDF의 기공크기보다 작게 나타났으며, 여과효율은 높게 나타났다. 이는 제조된 복합나노부직포의 전기전도도가 증가하여 미세분진의 포획 효율이 증가되었기 때문이다.

이종(異種) 이반응(二反應)형 브릿지 화합물을 이용한 면섬유/합성섬유 복합소재의 단일염료 일욕염색 연구

김미경 慶北大學校 2012 국내박사

engBlends dyeing such as polyester/cotton and nylon/cotton is usually carried out by two-bath or one-bath-two-step dyeing method using proper dyes and chemicals for each fibers. However, these dyeing methods are relatively time- consuming and complicated. The dyeing method of one-bath-two-step dyeing process is shorter than the two-bath method but there are some problems such as lower dyeability and poor reproducibility since different kinds of dyes are used in the same bath. In this regard, several researches have been conducted to improve the dyeability of blended fabrics. In the present study, in order to dye cotton/polyester and cotton/nylon blend fabrics by one-bath dyeing process with single disperse or acid dye, a novel hetero-bifunctional bridge compound (DBDCBS) was utilized. The DBDCBS was designed to contain two different reactive groups of α,β-di- bromopropionylamido and dichloro-s-triazinyl groups. The α,β-dibromopropionyl- amido group shows considerable reactivity towards amines or amino groups at acidic condition and high temperature. In contrast, the dichloro-s-triazinyl group has reactivity towards hydroxyl groups at alkaline condition and room temperature. The perfect one-bath dyeing method using a hetero-bifunctional compound (DBDCBS) to dye cotton/polyester blend by disperse dyes having amino groups was tried. One-bath one-step dyeing of cotton/polyester blend was successfully carried out using disperse dyes having amino groups and hetero-bifunctional bridge compound(DBDCBS). The dichloro-s-triazinyl group of DBDCBS reacts with hydroxyl groups of cellulose, and α,β-dibromopropionylamido group react with amino groups of disperse dye, forming covalent bridge between cotton and disperse dye. The optimum dyeing condition was pH 4 and 115℃. Color fastness, tensil strength, and handle were relatively good because of the colvalent bridge. Also, cotton/nylon blend fabrics were dyed with amino-containing acid dyes(C. I. Acid Blue 127:1, C. I. Acid Violet 19) using DBDCBS. DBDCBS forms covalent bridge between cotton and acid dye in the same manner. Optimum dyeing conditions were pH 4 and 100℃. Consequently, the solid color was obtained on cotton/nylon blend fabrics in one-bath dyeing process using only acid dyes. The DBDCBS did not show any negative effect on nylon side in terms of dyeing and physical properties.

Preparation and characterization of TiO2 composite nanofibers by electrospinning and their photocatalytic activity

리강 忠南大學校 大學院 2009 국내박사

최근에 환경보호에 대한 의식이 높아짐에 따라 TiO2 광촉매는 큰 각광을 받고 있다. 그러나 anatase 결정구조를 가지는 TiO2의 밴드갭이 3.2eV이므로 자외선조사(<390nm) 에 의해서만 광촉매활성을 나타낸다. 그러므로 태양광 혹은 일반 램프의 조사조건에서 광촉매효율을 높이기 위해서는 반드시 밴드갭을 줄여야 한다. 질소도핑은 질소의 2p와 산소의 2p를 믹싱함으로써 밴드갭이 줄어든 질소가 도핑 된 TiO2를 제조할 수 있으며 가시광선을 조사하여도 광촉매특성이 쉽게 활성된다. 전기방사방법은 폴리머, 세라믹 혹은 복합나노섬유를 제조하는데 있어서 아주 심플하고도 간편한 제조방법으로서 직경이 균일하고 몇십나노미터에서 몇마이크로미터에 달하는 섬유를 제조할 수 있다. 최근에 많은 연구자들이 전기방사방법으로 나노구조를 가지는 다양한 TiO2 복합박막 혹은 나노섬유를 제조하고 있다. 나노알갱이들은 agglomerate 혹은 클러스터를 형성하는 경향이 있으므로 “나노효과”로 쉽게 응집되어 제조과정이 복합하고 복합나노섬유를 얻기 힘들며 광촉매활성이 떨어진다. 본 논문에서는 전기방사방법으로 TiO2/폴리머 형태의 복합나노섬유를 제조하여 광촉매활성을 평가하였다. 우선, as-spun 나노섬유를 제조하기 위하여 복합섬유의 형상과 특성에 영향을 주는 공정변수들인 TiO2와 폴리머의 혼합비율, hybrid sol에서의 폴리머의 농도, 인가전압, 주사기팁부터 collector까지의 거리 (TCD) 등 변수들에 대해 분석하였다. 다음으로 asspun 섬유를 가수분해, 열처리, 질소도핑, 고온에서의 탄화처리를 거쳐 anatase TiO2/폴리머, 질소를 도핑한 TiO2/PAN 나노섬유, TiO2/carbon 나노섬유를 제조하여 주사전자현미경, x선회절, ATR-IR 스펙트럼, TGA-DTA, 광촉매활성 등 특성을 연구분석하여 다음의 결론을 얻었다. Anatase TiO2/폴리머 나노섬유의 평균 직경은 600~850nm이다. XRD패턴으로부터 TiO2복합나노섬유는 anatase 혹은 rutile 구조를 가짐을 알 수 있었다. 또한 TiO2/폴리머 복합나노섬유는 다양한 처리를 거쳐 MG dye 의 photodegradation 실험으로부터 자외선조사뿐만 아니라 가시광선을 조사하여도 좋은 광촉매활성을 나타냈다.

Sheath-core 구조 전도사 섬유센서의 염색 가공조건에 따른 전기·물리학적 접근

조광년 경북대학교 산업대학원 2010 국내석사

Recently IT fusion textile has been developed more friendly and human centered technology. As the diversified studies on physical factors such as comfort, usability, ergonomics and technology for user have been examined, the IT fusion textile has been progressed in diverse aspects. There are many hundreds of different electronic sensor that have been developed for use in a wide variety of industrial, medical, scientific, military, consumer, communication and other fields since the discovery of electricity and development of electronic device during the 1800s. This paper focuses primarily upon sensors and computing systems used within wearable application. Specially, fiber and IT combine product by development of electric conductive yarn and fibers which were endowed electric functions was one of the representative case in industry amalgamation. These fiber based sensors have many advantages such as space, body assessment and comfort compare with IT sensors and it will expect substantially increase of market demands in a few years. Fiber based sensor has some different detecting factors such as pressure, voltage, current and capacitance to operate sensing performance. Capacitance detecting method is most simple and useful method for sensor platforms like fiber based solutions but recently research of sensor that capacitance used sensor product was at an early stage and insufficient. Thus, we produce the fiber based sensor fabric and investigate relationship between capacitance changes and load applying. And we also performed the direct control to induct voltages with load on signal detector. And we investigate physical and electric properties of fiber based sensor. But we must consider that final product need dyeing and finishing process to be satisfied with demands of consumers. Therefore, we investigate an influence of various dyeing and finishing conditions to produce a fiber based sensor fabric and deduct their relationship. And we also derivate an optimum dyeing and finishing conditions using signal detecting circuit from the viewpoint of electrical properties.

Roller Draft Zone에서 混紡纖維의 運動狀態와 均齊度에 關한 硏究

장석윤 漢陽大學校 大學院 1967 국내석사

에어젯 정방사의 기하학적 구조에 관한 연구

이윤희 全南大學校 1991 국내석사

에어젯 정방사를 구성하는 섬유의 3차원 궤적을 추적섬유 방법으로 구하여 이 실의 구조적 특징을 찾아내었다. 에어젯 정방기는 MJS(Murata Jet Spinner)를 이용하였고 여러 가지 정방공정 조건하에서 수회 연조공정을 거쳐 1% 정도의 추적섬유가 섞인 슬라이버를 투입시켜 폴리에스터(100%) 에어젯 정방사를 방출하였다. 정방조건으로는 방출속도를 120m/min, 150m/min 및 180m/min의 3단계, 두 번째 노즐 압력에 대한 첫 번째 노즐 압력의 비가 3/4, 3.5/4 및 4/4의 3단계 그리고 방출번수를 Ne 20'S, 30'S 및 40'S의 3단계로하여 총 27개 샘플 에어젯 정방사를 방적했다. 또 같은 조건으 슬라이버를 이용하여 일반적인 니팅 및 제직용사 정방조건 하에 Ne 20'S, 30'S 및 40'S의 링사와 오우픈 앤드 로우터사 샘플 6개를 추가 방출하였다. 이렇게 방적된 샘플실을 구성하는 추적섬유의 기하학적 구조를 편광 현미경을 사용하여 관찰하고 또 이들 실의 구조사진을 얻었고 구조사진들로부터 추적섬유의 3차원 좌표를 얻었다. 얻어진 3차원 좌표로부터 실을 구성하는 섬유들의 배향분포와 충진밀도분포를 구해내고 SAS팩키지를 이용하여 통계분석을 하였다. 섬유의 배향은 극각과 방위각으로 표시하였는데 모든 실 내부에서 방위각은 랜덤하게 분포함을 알았고 극각은 Γ-분포를 함을 알았다. 링사나 O.E.로우터사의 경우 섬유 요소의 극각분포는 실의 반경방향에 따라서 변화하지 않지만 MJS사의 경우는 실의 중앙부에 실축과 평행한 섬유가 많이 분포한다. 또 MJS사에서 결속섬유의 절대량은 실의 굵기에 따라서 크게 변화하지 않는 것을 알았고 섬유의 선단과 후단부는 실의 외곽부쪽에 많이 분포함을 발견했다. 실을 구성하는 섬유의 극각분포는 일반적으로 Γ-분포를 했다. 또 방출속도와 첫 번재 노즐압력이 증가하면 MJS사를 구성하는 섬유의 극각 평균치는 증가한다. Structural characteristics of air-jet spun yarns were studied through the three dimensional configuration of the tracer fibre. MJS (Murata Jet Spinner) was chosen as an air-jet spinner. 100% polyester air-jet spun yarns were spun from the drawn sliver which includes about 1% tracer fibre at various spinning conditions. Spinning conditions are the spinning speeds, the ratios of the pressure at the first nozzle to that at the second nozzle, and the linear densities of yarns. The steps of the spinning speeds were 120m/min, 150m/min and 180m/min and those of the ratio of the pressure at nozzles were 3/4, 3.5/4 and 4/4. The steps of the linear densities of yarns were Ne 20'S, 30'S and 40'S, hence 27 air-jet sample yarns were spun. By the way, conventional ring yarns and open-end rotor yarns were spun from the same sliver at the linear densities of Ne 20'S, 30'S and 40'S. The configuration of the tracer fibre in all sample yarns was observed and photographed by a polarization microscope. The three dimensional position of the tracer fibre was calculated from the photograph. Further the distribution of the fibre orientation and that of the fibre packing density were obtained from the three dimensional position and were analyzed by statistical-analysis-system package. The orientation of fibres was described by polar angles and azimuthal angles. It was shown that the polar angles had gamma densities but the azimuthal angles were distributed randomly. The distributions of the polar angles of the fibres in ring yarns or open-end rotor yarns do not vary according to the change of radial position. But in case of MJS yarns, there are many straight fibres in the core, which are parallel to the yarn axis. Numbers of fasciate fibres are not proportional to the thicknesses of MJS yarns. The head and tail parts of a fibre are located to the outermall of the yarn. Polar angles of fibres in the considering yarns in this paper have gamma densites. The mean values of polar angles of fibres in MJS yarns increase with increase of the spinning speed or the pressure at the first nozzle.

링 정방에서 조사의 물리적 특성 및 섬유장 비에 따른 트레이서 섬유의 거동

이승호 慶北産業大學校 産業大學院 1993 국내석사

실 속에서의 섬유의 이동은 조사의 종류, TTF 비 그리고 꼬임상수의 변화에 영향을 받는다. 이를 실험적으로 규명하기 위하여 섬유위치평균, 섬유위치평군의 표준편차 그리고 평균이동강도 등의 인자를 사용할 수 있다. 본 연구에서는 면, 폴리에스터-면 혼섬, 비스코오스 및 양모 조사에 검은 색으로 염색한 면 트레이서 섬유를 한 올씩 넣어 실 속에서 트레이서 섬유가 이동하는 상태를 관찰하였으며, 이를 통하여 섬유이동 인자를 구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 양모, 비스코오스, 폴리에스터-면 혼섬, 면 조사의 순으로 트레이서 섬유의 섬유위치평균과 평균이동강도는 큰 값으로 나타났고, 섬유위치평균의 표준편차는 작은 값으로 나타났다. (2) TTF 비를 변화시키며 실험한 결과, TTF 비가 증가할수록 트레이서 섬유가 실의 중심부에 위치하려는 경향을 보여 주었고, 섬유위치평균의 표준편차는 TTF 비가 커짐에 따라 약간씩 감소하였으며, 평균이동강도는 TTF 비가 클수록 약간씩 증가하였다. (3) 조사를 구성하는 섬유의 종류, TTF 비의 변화에 관계없이 꼬임상수가 클수록 섬유위치평균은 다소 크게 나타났으며, 섬유위치평균의 표준편차와 평균이동강도는 꼬임상수가 클수록 더 큰 값을 나타내었다. To investigate the migration behavior of tracer fibers in ring spinning, the various experiments were performed. The materials used in these experiments were cotton, polyester-cotton blend, viscose and wool roving and the used tracer fibers were cotton fibers. The tracer fibers were dyed in black color and put into the roving at middle roller. By observing the tracer fiber behavior in a yarn, the following conclusions were obtained. (1) In the order of wool, viscose, polyester-cotton blend and cotton roving, the values of mean fiber position and mean migration intensity of tracer fibers were increased, and the values of r.m.s. deviation of tracer fibers were decreased. (2) The higher TTF ratio, the higher mean fiber position, r.m.s. deviation and mean migration intensity of tracer fibers. (3) When the twist multiplier increased, mean fiber position, r.m.s. deviation and mean migration intensity of tracer fibers also increased.

탄소나노튜브와 그래핀의 기능화 및 나노탄소 복합체 섬유

유혜진 건국대학교 2013 국내박사

The polymer composites incorporating carbon nanotubes (CNTs) and graphene can be used as high performance materials with superior mechanical, electrical, and thermal properties. The dispersion, interfacial strength, and alignment of nanocarbon in the polymer matrix are very important for achieving high performance of composites. In this study, an investigation of structure, morphology, and properties of composite fibers based on the CNTs and graphene was carried out, particularly the effects of nanocarbon on the crystallization and properties of the composite micro/nano fibers prepared by melt spinning and electrospinning were focused. In Chapter 2, the poly(ethylene terephthalate)(PET) based on the functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were prepared by melt spinning, where the pristine MWNTs, acid treated MWNTs (MWNT-C), and MWNTs functionalized with 2-phenylethyl alcohol (MWNT-2P) and 4-phenyl-1-butanol (MWNT-4P) were used as the reinforcing fillers of PET. The MWNT-2P and MWNT-4P showed better dispersion in the PET matrix, compared to the pristine and acid treated MWNTs. The melt-spun composite fibers were also used after drawn at different draw ratio and annealed in order to investigate the molecular orientation and crystallization behavior of PET composite fibers. It was found that the mechanical properties for the melt-spun and drawn fibers decreased with an increase of CNT content. It is different from the results which have been reported for many cases of polymer/CNT composites. However after annealing of the melt-spun fibers at 190 ℃, the breaking stress of the fibers increased with increasing the CNT content. Also the crystallinity of the annealed composite fibers increased highly with the increase of CNT content. This phenomenon could be explained by the presence and absence of stress acted on the composite fibers during the crystallization. That is, the PET crystallization of composite fibers does not occur sufficiently in the stressed state such as melt spinning and drawing, however is facilitated in the relaxed state such as annealing in free constraint. It is because the presence of CNTs entangled with PET molecules in the constraint state disturbs the crystallization of PET molecules. In Chapter 3, two kinds of PET/CNT composite nanofibers with the functionalized MWNTs were prepared by electrospinning. One is the single composite nanofibers composed of PET and CNTs, and the other one is the sheath-core nanofibers composed of pure PET and PET/CNT composites in the core and sheath parts, respectively. The diameter of both single composite and sheath-core nanofibers tended to decrease with increasing the CNT content. The single PET/CNT nanofibers showed better mechanical properties than the sheath-core nanofibers at the same CNT loading. It is ascribed to the difference in diameter of the single nanofibers and sheath-core nanofibers. That is, it is because the breaking stress of nanofibers decreases as the diameter increases. However the increasing tendency of breaking stress as well as modulus was larger for the sheath-core nanofibers than for the single composite nanofibers. It can be explained by a little higher alignment of CNTs along the nanofiber axis in the sheath part rather than in the core part. The crystallization temperature and crystallinity of PET for both single composite and sheath-core nanofibers increased with the increase of CNT content. On the other hand, the X-ray diffraction peaks, which was not shown in the electrospun nanofibers, appeared in the PET nanofibers drawn at a draw ratio of 2. It is well corresponded to the FT-IR results that the fraction of trans to gauche conformation of PET molecules increases with drawing of nanofibers. As a result, the breaking stress of drawn nanofibers increased with the draw ratio, and the increasing tendency was significantly higher in case of the nanofibers including functionalized CNTs. The shape memory polyurethane (SMPU) composite nanofibers incorporating graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (RGO), and functionalized GO with poly(ε-caprolactone)-diol (PCL-diol) at different molecular weights were prepared by electrospinning. The structure and morphology including functionalization of graphene with PCL-diol were confirmed by measurements of FT-IR and Raman spectroscopy, scanning and transmission electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. The SMPU used as the matrix of composites was synthesized using PCL-diol as the soft segment in a prepolymerization method. It was found that the incorporation of the graphene nanomaterials improved the thermal stability and crystallization of SMPU from the thermogravimetric and DSC measurements, respectively. The SMPU nanofibers having the GO functionalized with PCL-diol at molecular weight of 3000 g/mol showed the highest mechanical properties, which is due to the increased interaction between SMPU and functionalized GO. Also the graphene-incorporating nanofibers indicated good shape recovery of higher than 90 % for all the nanofiber samples, even though it is dependent on the graphene content. Particularly it should be noted that the shape recovery rate of the graphene-incorporating nanofibers was faster than that of graphene-incorporating films and pure SMPU nanofibers, which is ascribed to the combined effects of high thermal conductivity and high specific surface by graphene and nanofibers, respectively. The conclusions derived from this study elucidate importance and effects of nanocarbon on the fiber structure, crystallization, and properties by suggesting the possible models of polymer crystallization in the stressed and relaxed states and a direction for fabrication of high performance nanocarbon-based composite fibers in melt spinning and electrospinning. 탄소나노튜브 (CNT)와 그래핀을 함유하는 고분자 복합체는 우수한 역학적, 전기적 및 열적 성질을 갖는 고성능 소재로 이용될 수 있다. 그러나 고분자 나노복합체의 경우, 고분자 매트릭스에서의 나노탄소 분산과 배향 및 고분자-나노탄소 계면에서의 상호작용력 등은 나노복합체의 물성에 큰 영향을 미치기 때문에 나노복합체에서는 이들의 효과적인 제어가 아주 중요하다. 본 연구에서는 CNT와 그래핀의 기능화를 이용하여 나노탄소의 존재가 나노복합체의 특성과 물성에 미치는 영향을 고찰하고, 이를 토대로 용융방사 및 전기방사에 의하여 각각 제조된 마이크로섬유 및 나노섬유에서 나노탄소의 분산, 모폴로지 및 나노복합체의 구조와 특성을 분석하였다. 본 연구에서 다룬 나노탄소 물질은 다중벽 탄소나노튜브 (MWNT)와 그래핀이며, poly(ethylene terephthalate) (PET)와 polyurethane (PU)을 매트릭스로 사용하였다. 제 2 장에서는 CNT를 여러 가지 방법으로 기능화하여 용융방사방법으로 제조한 PET/CNT 섬유에 대해 연구하였다. 산처리 및 2-phenyl ethyl alcohol, 4-phenyl-1-butanol 등으로 기능화한 CNT는 기능화하지 않은 CNT에 비하여 PET에 대한 분산 및 상호작용력이 크게 향상되었다. 미연신 섬유는 연신과 열처리한 시료와 함께 섬유의 구조와 역학적 성질을 측정하였으며, PET의 결정화 및 배향 거동도 함께 비교 분석하였다. 미연신 섬유와 연신한 섬유의 역학적 성질은 복합체 필름의 경우와는 달리 CNT 첨가에 의해서도 순수한 PET 섬유와 비교하여 낮게 나타났다. 이는 CNT가 응력이 존재하는 용융방사 및 연신과정에서 PET의 결정화를 방해하여 결정화가 충분히 이루어지지 않았기 때문으로 보인다. 그러나 열처리한 복합체 섬유는 CNT 첨가에 따라 역학적 성질이 향상되었다. 이는 응력이 존재하지 않는 상태에서 결정화가 이루어질 경우 CNT가 강화재의 역할 뿐만 아니라 결정핵제로서의 역할을 동시에 함으로써 PET의 결정화도를 증가시킬 수 있었기 때문이다. 따라서 CNT 복합체 섬유에서의 PET의 결정화는 응력의 존재에 크게 영향을 받으며 이는 섬유의 역학적 성질로 이어진다는 것을 알 수 있다. 제 3 장에서는 나노탄소 함유 나노섬유에 관한 연구를 PET/CNT 복합체에 대하여 수행하였다. 나노섬유의 제조는 전기방사에 의하여 단일 및 sheath-core 복합체 나노섬유 형태로 이루어졌으며, 나노탄소 기능화에 따른 나노섬유의 구조와 물성을 비교하였다. 나노섬유의 직경은 CNT 함량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 2-phenylethyl alcohol로 기능화한 CNT를 함유한 나노섬유는 다른 나노섬유에 비하여 높은 결정화도를 나타내었는데, 이는 CNT 표면에 도입된 2-phenylethyl alcohol과 PET 사슬간의 큰 상호작용력 때문으로 생각된다. PET 나노섬유를 연신한 결과 X-선 회절 곡선에서 PET의 결정화 피크가 크게 증가하였는데 이는 나노섬유의 강도 증가로 나타났다. 한편, core를 순수한 PET로 구성하고 sheath 부분을 PET/CNT 복합체로 구성한 sheath-core 나노섬유를 제조하였으며, 단일 복합체 섬유에 비하여 큰 직경을 가졌다. 균일한 단일 복합체 나노섬유가 sheath-core 나노섬유에 비하여 역학적 성질이 다소 높게 나타나는데 이는 CNT가 나노섬유 전체에 분포되어 있으며, 직경이 sheath-core 섬유보다 작기 때문으로 보인다. 이는 CNT 나노섬유에서의 물성 향상을 위한 fabrication 방향을 나타낸다. 제 4 장에서는 그래핀과 형상기억 폴리우레탄 (SMPU)의 복합체에 관한 나노섬유 연구로 그래핀은 graphene oxide (GO), 환원 그래핀옥사이드 (RGO) 및 분자량이 서로 다른 poly(ε-caprolactone)diol (PCL-diol)을 GO에 기능화한 GO-P400과 GO-P3000을 이용하였다. GO, RGO 및 GO-P400과 GO-P3000에 대한 구조와 기능화 분석은 FT-IR, Raman 및 전자현미경 측정을 통하여 행하였다. PCL-diol로 기능화한 GO는 GO와 RGO에 비하여 박리된 구조를 보여 주었으며, 그 결과 나노섬유 웹의 열안정성을 크게 향상시켜 주었고 결정화 온도도 그래핀의 함량 증가에 따라 크게 증가하였다. 특히 GO-P3000을 함유하는 나노섬유 웹이 가장 우수한 인장 특성을 보였다. 또한 나노섬유 웹의 형상회복 특성은 필름에 비하여 형상회복 속도 면에서 빠르게 나타났다. 본 연구는 CNT와 그래핀의 나노탄소를 기반으로 하는 마이크로 섬유 및 나노섬유에 관한 고찰로서 나노탄소의 존재와 기능화가 섬유 상태에서의 나노탄소 분산 및 고분자 결정화에 미치는 영향을 분석하고 모델을 제시하고 섬유의 물성 향상을 위한 fabrication 방향을 제시하였다는 점에서 매우 의미가 크다.

纖維集合體의 熱的特性과 保溫性에 관한 硏究 : 羊毛纖維集合體의 關係溫度 變化에 따른 空氣層別 保溫性

정순필 檀國大學校 大學院 1986 국내석사

本 硏究는 被服用 소재로서 重要한 비중을 차지하고 있는 毛纖維集合體 두께(5㎜), 充塡密度(0.030g/㎤), 氣空度 (99.5 %)을 試料로 하였으며 保溫性이 크게 影響하는 吸濕性을 因子로 하여 人體 標準熱量을 기준으로 一定 熱量供給 試驗機로서 空氣層의 有無에 따른 熱的 特性과 保溫性에 관하여 比較檢討하였으며 그 結果는 다음과 같다. 1. 放熱板과 毛纖維集合體의 高溫表層 사이에는 相當한 溫度差가 있으므로 熱的 特性의 測定에 있어서는 放熱板의 溫度보다 毛纖維集合體의 高溫表層의 溫度를 適用하는 것이 바람직하다. 2. 空氣層이 없는 경우 毛纖維集合體의 熱傳導度는 漸次 增加하는 경향을 보이고 있으나 關係濕度 增加幅에 비하여 별로 增加하지 않는데 이는 羊毛纖維의 特性에 起因한 것이다. 3. 空氣層이 있는 경우 毛纖維集合體의 熱傳達係數는 空氣層의 두께가 增加할수록 漸次 減少하나 空氣層의 두께가 12㎜ 이후는 減少幅이 크게 둔화된다. 4. 空氣層이 없는 경우 毛纖維集合體의 保溫性은 關係濕度의 增加에 따라 漸次 減少하며, 空氣層이 있는 경우의 保溫性은 空氣層이 增加함에 따라 保溫性은 漸次 增加하나 空氣層의 두께가 12㎜ 이후는 增加幅이 둔화된다. Thermal properties and warmth retaining properties of wool fiber bundles that have been obtained an important position of the materials of textile goods are examined by a regular thermal supply testes which is based on standard thermal unit od human body, Wool fiber bundles that are equalized as 5mm. thickness, 0.030g/㎤. stuff density and 99.5% porosity are tested the thermal properties comparing with warmth retaining properties. The results are as follows... 1) When examining thermal properties, it is desirous to adopt the surface temperature of fiber bundle rather than the temperature of heat plate because there are all the difference of temperature between heat plate of the testes and the surface of wool fiber bundles. 2) Heat transfer of wool fiber bundles are increased gradually when there are not air layer between heat plate and the samples, this tendencies are getting less increasing that of the relative humidity because typical property of wool fiber. 3) When there are air layer between heat plate and the samples, the heat transfer coefficient of wool fiber bundles are decreased gradually as increasing the thinkness of air layer, but this tendencies are getting more less decreasing curves over 12mm. of air layer. 4) When there are not air layer between the heat plate and the sample the warmth retaining properties of wool fiber bundles are decreased gradually as increasing relative humidity, but there are air layer, this tendencise are increased gradually as increasing air layer until 12mm. thickness of layer.

V-단면 방사구를 통한 폴리에스테르의 용융방사

박준원 建國大學校 大學院 1998 국내박사

본 연구에서는 다양한 모서리각을 갖는 V-단면 방사구를 통한 폴리 에스테르의 용융방사에 관한 수치모사와 실험이 수행되었다. 수치모사부분에서는 방사구를 통과하는 내부유동흐름과 방사선상의 외부유동흐름을 지배방정식의 계산을 통해 방사구에서의 속도편차와 방사선상의 응고점등과 같은 용융체의 특성을 파악하였다. 실험부분에서는 섬유의 모서리각과 단면형태에 방사 조건이 미치는 영향을 파악하기 위해 용융방사를 실시하고, 단면내의 위치별 복굴절율을 조사하였으며, 수치모사의 결과와도 비교하였다. 방사구를 통과하는 내부유동의 수치모사에서 V-단면의 중앙부에서 양날개부분보다 빠른 유동속도가 나타났고, 방사구의 모서리각이 작을수록 중앙부와 양날개부의 속도편차가 크게 나타났다. 이 현상은 방사공정중 방사구 직하에서 발생하는 곡사현상의 원인이 될 수 있다. V-단면 방사구로부터 토출된 방사선상의 외부유동특성이 단면형태에 미치는 영향을 고찰하기 위해서는 해석이 용이하고 단면내의 물성편차가 무시될수 있는 원형단면 모델을 이용하여 방사구로부터의 거리(x)에 따른 유동특성을 구하였다. 수치모사결과 용융체의 유리전이온도(T_(g))가 되는 웅고점은 방사구로부터 약 38 cm에서 발생하였고, 응고점에서의 속도와 웅력은 각각 1200 cm/s와 2×10^(7) Pa로 나타났으며, 실험에서는 V-단면 방사구를 통한 방사선의 온도와 장력을 위치별로 측정하므로써 계산된 결과와의 비교를 시도하였다. 실험을 통해 방사되어진 섬유의 단면을 방사구의 모서리각과 방사조건, 즉 토출량, 방사온도, 권취속도, 냉각방향, 풍속, 그리고 풍은 등의 함수를 변화시켜가며 조사하였다. 일반적으로 방사된 섬유의 단면은 두 개의 날개를 사이에 두고 일정한 각을 가지며, 방사구단면의 형태와 상당히 다른 형태를 나타내므로, 섬유단면의 형태를 분석, 고찰하기 위하여 단면특성비(FCR; fiber charateristic ratio), 형태계수(K) 그리고 두 날개사이의 모서리각(α)을 각각 정의하였다. 분석결과, α는 방사구의 모서리각(θ)보다 항상 켰으며, θ가 커질수록 증가하였다. θ에 대한 α는 30°근처에서 2배이상을 나타냈지만, 120°나 150°정도의 큰 각도에서는 약 1.1배정도로 나타났다. FCR과 K는 θ가 커질수록 증가하였다. V-단면의 방사구를 통해 토출되는 PET는 방사공정 중 방사구 직하에서 곡사현상이 발생하는 것이 관찰되었으며, 방사구의 모서리각이 작을수록 곡사현상은 심해졌다 이 실험결과는 용용체 단면내의 속도 편차를 나타내는 내부유동의 수치모사결과와 좋은 일치를 나타냈다. 방사구로 부터의 위치별로 방사선의 용융체를 채취하여 분석한 결과, 방사선의 단면은 고화되기 이전까지 방사구 단면의 형태로부터 원형으로 변화되는 경향을 나타내었으며, 위치별 단면적은 수치모사결과와 일치하지만, 둘레는 V-단면에서 훨씬 크게 나타나므로 표면적증가에 의한 사온도의 강하가 약간 빨라지고 응고점도 약간 높게 나타났다. 권취된 섬유단면의 분석결과, 방사조건은 권취된 섬유단면의 형태에 영향을 미치는 인자이며, 토출량의 증가, 냉각풍속의 증가, 냉각풍온의 감소, 안쪽방향으로의 냉각, 그리고 방사온도의 감소는 섬유단면의 단면특성비와 형태계수를 증가시했다. 방사조건중 방사온도와 냉각공기의 방향이 섬유단면의 형상을 결정짓는 가장 민감한 인자였다. 같은 원사단면내에서도 부분별로 물성이 다르게 나타났으며, 원사단면의 중앙부로부터 섬유표면쪽으로 갈수록 복굴절율과 결정화도가 증가하였다. 편광현미경 관찰과 알칼리 감량실험을 통해, 섬유의 동일단면내의 복굴절율과 결정화도 편차가 나타나는 것을 알수 있었으며, 단면내의 중앙부는 양날개부음보다 낮은 복굴절율과 낮은 결정화도를 나타내었다. 이러한 단면내의 물성불균일은 단면내의 열수축거동차이나 연신거동차이로 인하여 섬유축방향으로 자연스러운 권축을 발현하였으며, 단면내의 물성차이가 크게 발현되는 작은 모서리각의 섬유에서 더욱 많이 발현하였다. A study was caned out on the melt spinning of PET through V-shaped spinneret holes with various bent angles. The first half of this study deals with numerical simulation of internal flow through the spinneret hole and external flow along the spinline. This part traces the melt flow characteristics such as velocity distributions in the spinneret and solidification point on the spinline. The second half of this study discusses the effect of spinning conditions on the bent angle and shape of the spun fibers on the experimental bases. In the numerical simulation of the internal flow, the maximum flow rate occurs around the center of the bent section of the V-shaped spinneret hole and minimum flow rate occurs at both wing sections. This phenomenon may offer a clue to the threadline bending extern flow right after spinneret observed in experiments. The numerical simulation of external flow by using simple circular cross section model revealed that solidification point was 38 cm from spinneret and the velocity and stress at that point were 1200 cm/s and 2×10^(7) Pa, respectively. The cross section of spun fibers was investigated in terms of bent angles of the spinneret holes and spinning conditions such as spinning temperature, spinning speed, direction and speed of quenching air, and throughput rate. The cross section of spun fiber generally had much different angle and shape from that of spinneret. For the analysis, the cross section of the fiber was defined by fiber characteristic ratio(FCR) and shape factor(K) as well as fiber V-angle(α). α was always greater than spinneret V-angle(θ) and it was increased as θ was increased. However the rate of angle spreading(α/ θ) was decreased with increasing θ, values of FCR and K were increased with θ as well. During the spinning process, melt-threadline bending was observed due to velocity distribution in the cross section of spinneret. Holes with smaller θproduced greater melt threadline bending because of greater difference in velocity distribution. The appearance agreed well with computer simulation result of internal flow through V-shaped spinneret hole. Fiber cross section of spinline during spinning was changed with distance from the spinneret hole to the solidification point due to surface tension. The cross section area of V-shaped spinline was in harmony with computer simulation of external flow with circular cross section. However the perimeter of V-shaped spinline was larger than that simulated for circular cross section due to increased surface area, and the V-shaped spinline showed faster solidification behavior. Among spinning conditions, spinning temperature and direction of quenching air proved to be two most dominant factors determining the shape and angle of fiber cross section. The physical properties in the same fiber cross section varied with distance from the center of fiber cross section. The birefringence and degree of center crystallization of central part were lower than those of wing parts. The unbalanced physical properties led to natural-like crimp after heat treatment due to different local shrinkage. These results will be applied to design the spinneret hole in obtaining expected irregular shaped fiber.