인조섬유 제조에는 다양한 방법들이 사용되며 재료로 사용되는 면 린터나 목재 펄프의 경우에는 길이가 너무 짧아서 직접적인 활용이 어려운 부분이 있기 때문에 특수 방사법을 사용하는 경우들이 있습니다. 합성 중합체의 경우 라면 섬유의 형태로 제조해야 하며 해당 공정이 필요합니다. 긴 섬유를 만들기 위한 방법으로 화학적인 방법과 함께 기계적인 조작을 거쳐야 하는데 이를 화학 방사 라고 합니다. 아래 글에서 인조섬유제조 방법 가운데 특수 방사법 이라고 할 수 있는 액정방사, 겔방사, 전기방사 등에 대해서 알아보겠습니다.
인조섬유제조 특수 방사법, 액정방사, 겔방사, 전기방사
액정방사
액정이란 이방성의 강직한 분자쇄를 가지는 함성고분자 용융액 혹은 용액을 의미하게 됩니다. 일반적으로 고체를 가열하게 된다면 액체로 상이 변화하게 되며 액정고분자는 고체에서 액체로 변하지 않고 액정이라는 중간 상태를 거쳐 액체로 전이되는 화합물을 가르키게 됩니다. 대표적인 액정고분자로는 방향족 폴리아미드 방향족 폴리에스터 방향족 폴리아미드 등이 있습니다.
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액정방사는 액정고분자를 섬유화 하는 방사 방법이며 방사과정에서 결정 부분은 섬유축 방향으로 평행하게 배열되는데 보다 효과적으로 배향시키기 위해서 방사용액이 방사구로 부터 토출되는 경우 약 1cm의 짧은 공기중으로 노출된 후 응고욕으로 들어가는 반건 반습 방사법으로 방사를 진행하게 됩니다. 또한 연신은 불필요 하며 결정성을 높이기 위해서 높은 온도에서 열처리 하게 됩니다.
합성고분자 액정방사의 경우 듀폰사의 연구원 이었던 스테퍼니 퀄렉 박사에 의해서 1968년 발견되었고 이를 통해서 파라 아라미드 섬유인 케블라 가 탄생했습니다. 그 외 PBO 섬유와 폴리아크릴레이트 섬유도 액정방사로 제조되고 있습니다. 이렇게 액정방사를 통해서 제조되는 섬유들은 고강도 고탄성률 내열성 내화학성및 난연성등의 특성을 거쳐서 산업용 섬유분야의 신소재로 활용되고 있습니다.
겔방사
겔방사는 점성이 있는 겔 상태의 고분자를 이용해서 균일한 구조를 가진 미연신 섬유를 방사한 후 초고배율로 연신하여 고강도 섬유를 만드는 방사 방법으로 알려져 있습니다. 따라서 고분자가 구조적으로 결함이 없으며 중합도 및 분자량이 높아야만 가능합니다.
기존 방사 방식에 비해서 방사원액의 성질 자체가 특수하고 중합체의 구조와 분자량에 의존하게 됩니다. 폴리에틸렌 섬유와 비닐론을 겔방사를 통해서 제조하게 된다면 고강도 내충격성 내후성 등의 매우 우수한 부분이 있습니다.
전기 방사
전기방사는 전기로 하전된 고분자 용액이나 용육액에 외부의 전기장을 적용하여 섬유화 하는 방법입니다. 고전기장하에서는 액체가 불안정해지면서 콘을 형성하게 되며 이때 임계전압 이상의 전압을 가하면 액체 표면에 표면 장력을 극복하는 전하가 유발되고 스프레이 현상을 보이게 됩니다. 이와 같은 정전 스프레이 방식을 변경하여 충분한 점도를 가진 고분자용액이나 용융체에 정전기력을 제공하게 되면 연속상의 섬유를 방사하게 될 수 있습니다.
고분자 용액의 경우에는 고분자를 용해하는 유기용매는 매우 빠르게 증발되며 결과적으로 전기적으로 하전된 나노섬유만 남게 됩니다. 따라서 전기방사법으로 하전된 고분자 용액 혹은 고분자의 길이가 충분히 길어서 분자간 얽힘이 있는 용융물에만 유효한 방식 입니다.
전기방사를 통해서 만들어지는 섬유의 경우 전기장의 균일성 고분자의 점성 전기장의 강도및 노즐과 컬렉터 사이의 거리 등에 따라서 그 물성이 달라지게 됩니다. 전기방사를 통해서 생성된 나노 웹이 매우큰 비표면적과 다공성및 작은 크기의 기공을 갖게 됩니다. 나노 섬유를 비교적 간단하게 만들 수 있다는 장점을 지니고 있습니다. 특히 전기방사 공정을 통해서 만들어진 나노섬유의 경우 여과장치 필터 보호복 분자 템플릿및 신경조직 분야 등 많은 부분에서 사용이 가능하게 됩니다.
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인조섬유제조 특수 방사법, 액정방사, 겔방사, 전기방사
인조섬유를 제조 할 때 합성 중합체 경우 섬유의 형태로 제조해야 하며 방사 공정이 필요합니다. 긴 섬유를 만들기 위한 방법이며 화학적인 방법과 함께 기계적인 조작을 거쳐야 하는데 이를 화학방사 라고 합니다.
특수 방사법으로 액정방사 방법에서 액정이란 이방성의 강직한 분자쇄를 가지는 함성고분자 용융액 혹은 용액을 의미하게 됩니다. 겔방사는 점성이 있는 겔 상태의 고분자를 이용해서 균일한 구조를 가진 미연신 섬유를 방사한 후 초고배율로 연신하여 고강도 섬유를 만드는 방사 방법으로 알려져 있습니다. 전기방사는 전기로 하전된 고분자 용액이나 용육액에 외부의 전기장을 적용하여 섬유화 하는 방법입니다.