Notebook LM을 이용한 Process Study(3)

맥주를 발효시키고 나서 시장에 유통시키기 위해 효모를 제거해야 하는데, 열처리를 해서 제거할 수 있지만 그럼 맛이 없지요. 그래서 다공성 세라믹 필터를 이용해서 효모를 거르고 생맥주를 유통시킨다고 알고 있었는데, 최근 들은 정보로는 다공성 부직포 필터를 사용한다고 합니다. 그래서 다공성 부직포 필터를 제조하는 프로세스를 Notebook LM을 이용하여 정리해보았습니다

 

 

1. 주요 테마 및 핵심 아이디어 요약

이 문서들은 기술 섬유 및 부직포(Nonwoven) 직물의 발전과 다양한 산업 분야에서의 중요성을 강조합니다. 특히, 고성능 섬유의 개발, 직물 제조 공정의 혁신(직조, 편성, 비직포), 기능성 부여를 위한 후가공(염색, 코팅, 마감), 그리고 국방, 의료, 토목 공학, 운송, 여과 및 환경 보호와 같은 광범위한 응용 분야를 다룹니다. 최근 연구는 지속 가능한 복합 재료, 특히 재활용 탄소 섬유(rCF)를 사용한 비직포의 기계적 성능 향상에 초점을 맞추고 있으며, 이는 친환경적이고 에너지 효율적인 생산 방식을 추구하는 현대 산업의 흐름을 반영합니다.

2. 세부 내용 및 중요 사실/개념

2.1. 기술 섬유의 정의와 범위 

• 정의의 진화: 기술 섬유 시장의 발전은 용어와 산업 범위의 정의를 명확히 하는 것에서 시작됩니다. 기존 산업 통계의 많은 정의와 범주는 제품의 기능적 또는 시장 기반 관점보다는 주요 제조 부문의 역사적 구분을 반영합니다.
• 포함 및 제외: 복합 재료 산업 내에서 유리, 탄소 섬유 및 아라미드와 같은 유기 고분자 재료로 만들어진 직조, 편성, 브레이드, 비직포 및 권사 보강재는 이제 널리 기술 섬유 제품으로 받아들여집니다. 반면, "잘게 썬 섬유 매트, 분쇄 유리 및 펄프 유기 섬유와 같이 느슨하게 구조화된 보강재는 종종 제외됩니다."
• 성장 동력: 기술적, 상업적, 글로벌 요인들이 산업을 발전시키고 있습니다. 21세기 첫 10년 동안 중국 및 기타 신흥 공업 지역의 새로운 지리적 시장 출현이 기술 섬유 제조의 성장과 위치에 주요 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.
• 시장 개요 (2000-2005년): 2000년부터 2005년까지 기술 섬유의 전 세계 소비량은 총 11,320톤에서 13,690톤으로 연평균 3.9% 성장했으며, 가치 면에서는 60,260백만 달러에서 72,340백만 달러로 연평균 3.7% 성장했습니다. 특히 비직포와 복합 재료가 가장 높은 성장률을 보였습니다.

2.2. 기술 섬유의 종류 및 특성 

• 재생 섬유: 비스코스 레이온은 1910년경 개발된 최초의 상업용 합성 섬유로, 타이어 및 기타 기계 고무 제품의 보강재로 사용되었습니다. 높은 균일성, 강인성, 탄성률 및 우수한 내열성이 특징입니다.
• 고강도 및 고탄성률 유기 섬유:아라미드: 1960년대 초 DuPont이 개발한 이 섬유는 "초고강도 및 고탄성률 유기 섬유"로, 강철보다 강하고 가벼워 탄도 보호복, 로프, 복합재 등에 사용됩니다. 상업화 초기부터 성공적으로 시장에 진입했습니다.
• 탄소 섬유: 1960년대부터 상업적으로 이용 가능했지만 높은 비용으로 인해 항공우주 분야와 같은 "선택된 고부가가치 시장에 주로 국한되었습니다." 1995년 세계 수요는 8천~9천 톤이었으나, 2005년에는 1만 9천 톤으로 증가할 것으로 예상됩니다. 민간 항공우주, 스포츠 용품, 풍력 터빈 블레이드, 지진 지역 건물 보강 등 새로운 응용 분야가 나타나면서 가격 하락이 예상됩니다.
• 고내화학성 및 내연소성 유기 섬유: Nomex, Conex, Kermel, PBI, Panox, PEEK, PPS 등이 포함되며, 높은 산소 한계 지수(LOI)와 열악한 환경에 대한 내성을 가집니다.
• 고성능 무기 섬유:석면: "높은 분해 온도(약 550°C)를 가진 우수한 내열성"을 가졌으나 발암성 위험으로 인해 사용이 감소했습니다.
• 탄소 섬유: 고순도 열분해 아크릴 기반 섬유로 분류되며, 높은 강도와 탄성률로 인해 에폭시 또는 열용융성 방향족 수지와 결합한 복합재에 가장 잘 활용됩니다.
• 세라믹 섬유: 알루미노실리케이트, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물 섬유는 고온 저항성이 뛰어나 용광로 단열재 및 석면 대체재로 사용됩니다. 붕소 섬유는 취약하지만 텅스텐 또는 탄소 코팅과 함께 경량, 고강도, 고탄성률 복합재에 사용됩니다.
• 초극세 및 신규 섬유:초극세 섬유 (Microfibres): 폴리에스터와 나일론 고분자로 만들어지며, "가볍고 부드러운 방수 직물에 대한 필요성" 때문에 개발되었습니다. 직경이 1.0dtex 이하로, 직조 시 높은 필라멘트 밀도로 인해 물방울에 불침투성이면서 공기와 수증기 순환을 허용합니다. 광학 및 정밀 미세전자 산업의 닦는 천, 의료 산업의 박테리아 차단 직물에 사용됩니다.
• 신규 섬유: 지르코늄 카바이드 함량으로 빛을 열로 전환하는 Solar-Aloha, 열에 민감한 염료로 색이 변하는 Toray의 열변색 직물 등이 있습니다.

2.3. 기술 섬유 제조 공정

2.3.1. 원사 

• 스테이플 섬유 원사:링 방적 (Ring Spinning): 짧은 섬유를 사용하여 고품질 원사를 생산하는 전통적인 방법이지만 생산 속도가 상대적으로 느립니다.
• 로터 방적 (Rotor Spinning): 높은 생산 속도가 장점이지만, 원사 강도가 낮아 중간에서 굵은 원사에 제한적입니다.
• 마찰 방적 (Friction Spinning): 고속 생산(최대 300m/분)이 가능하며, 원사 직경에 관계없이 높은 연사 속도를 달성할 수 있습니다.
• 랩 방적 (Wrap Spinning): 코어 섬유 주위에 바인더 섬유를 감아 만듭니다.
• 필라멘트 원사: 연속적인 필라멘트로 구성되며, 모노필라멘트(단일 필라멘트) 또는 멀티필라멘트(다중 필라멘트)가 있습니다.
• 텍스처링 (Texturing): 필라멘트 원사의 부피감, 다공성, 부드러움, 탄성을 높이기 위해 사용됩니다.
• 기술 원사의 종류: 아라미드, 유리 필라멘트, 탄소 필라멘트, HDPE 필라멘트 원사 등이 있습니다. HDPE 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어지며, 매우 높은 강인성, 비탄성률, 낮은 신율, 낮은 밀도가 특징입니다.

2.3.2. 직조 직물 (Woven Fabrics) 

• 기본 직조: 평직(Plain Weave)은 가장 단순한 직조 패턴입니다. 능직(Twill Weave)은 대각선 패턴을 형성합니다. 공단직(Satin/Sateen)은 부드러운 표면을 만듭니다.
• 특수 직조:레노직 (Leno Weave): 개방형 구조에서 실의 움직임과 직물 변형을 방지하는 데 사용됩니다.
• 삼축 직물 (Triaxial Fabrics): 두 세트의 경사와 한 세트의 위사가 60도로 교차하여 정삼각형의 패턴을 형성합니다.
• 셀비지 (Selvedges): 직물 가장자리로, 직조 방식에 따라 다양한 형태(헤어핀, 레노, 나선형, 박음형, 밀봉형)가 있습니다.
• 직조기: 단상(Single Phase) 기계와 다상(Multiphase) 기계로 나뉘며, 위사 삽입 방식(셔틀, 발사체, 레이피어, 에어/워터 제트)에 따라 분류됩니다.

2.3.3. 편성 직물 (Knitted Fabrics) 

• 정의: 코스(course, 가로)와 웨일(wale, 세로)로 구성된 루프(loop) 형태로 만들어집니다.
• 주요 변수: 스티치 밀도, 스티치 길이, 원사 선밀도, 타이트니스 계수, 면밀도 등이 직물의 특성을 결정합니다.
• 위사 편성 (Weft Knitting): 싱글 저지, 더블 저지(립, 인터록) 기계가 있습니다.
• 경사 편성 (Warp Knitting): 트리코와 라셀 기계가 대표적입니다. 편성 직물은 의료용 제품, 항공기 노즈 콘 등 다양한 기술 응용 분야에서 인기를 얻고 있습니다.

2.3.4. 부직포 직물 (Nonwoven Fabrics) 

• 정의: "실제로 부직포는 섬유가 실로 만들어지지 않고 직물 형태로 직접 가공되는 재료입니다." 
• 공정 단계: 원료 선택, 웹 형성, 웹 결합, 마무리 처리로 구성됩니다. 
• 웹 형성 방법:건식법 (Dry-laid):에어레이드 (Airlaid): 섬유를 공기 흐름으로 무작위 배열하여 흡수성이 뛰어난 웹을 만듭니다. 
• 카딩 (Carded): 카드 기계로 섬유를 배열하여 균일하고 방향성 있는 웹을 만듭니다. 
• 습식법 (Wet-laid): 종이 제조 공정과 유사하며, 섬유를 물에 분산시킨 후 스크린에서 여과하여 균일하고 고밀도의 웹을 만듭니다. 이 방법을 "습식 부직포"라고 부르며, 단열재, 필터, 식품 포장, 의료 용품 등 광범위한 용도로 사용됩니다. 
• 멜트블로운 (Meltblown): 용융 고분자를 노즐에서 고속 열풍으로 미세 섬유로 만든 후 웹을 형성합니다. "높은 필터링 성능"에 적합합니다. 
• 스펀본드 (Spunbond): 고분자를 용융 방사하여 연속적인 필라멘트를 형성하고 냉각 후 웹을 만듭니다. "고강도와 내구성"이 특징입니다. 
• 플래시스펀 (Flash Spun): 고압 하에서 고분자 용액의 용매를 급속히 증발시켜 미세 섬유를 형성합니다. "매우 가벼우면서도 뛰어난 배리어성"이 특징입니다. 
• 웹 결합 방법:기계적 결합: 니들펀칭 등 
• 화학적 결합 (Saturation bonding, Foam bonding, Spray bonding): 바인더(접착제)를 사용하여 섬유를 결합합니다. 
• 열결합 (Thermal bonding): 열과 압력을 가해 섬유를 결합합니다. "높은 속도로 실행할 수 있고, 건조 및 경화 단계에 비해 공간을 적게 차지하며, 에너지 효율적"입니다. 
• 캘린더링 (Calendering): 열 롤러 사이에서 가압하여 표면을 평활화하고 섬유 간 결합을 촉진합니다. 

2.4. 마무리 처리 

• 목적: 직물의 매력과 유용성을 높이는 것으로, 기능성(예: 방수, 난연, 항균)과 심미성(예: 광택, 촉감)을 개선합니다. 
• 기계적 마감:캘린더링 (Calendering): 열과 압력으로 직물 표면을 변형시켜 평활성, 광택, 불투명성, 촉감 등을 개선합니다. 
• 레이징 (Raising): 강철 와이어로 섬유를 표면에서 끄집어내어 보푸라기(nap)를 만듭니다. 
• 시어링 (Shearing): 직물 표면의 돌출된 섬유를 균일한 높이로 잘라냅니다. 
• 압축 수축 (Compressive Shrinkage): 습식 공정 후 발생할 수 있는 경사 방향 수축을 최소화합니다. 
• 열 고정 (Heat Setting): 합성 섬유의 치수 안정성을 높이고 수축을 방지합니다. 
• 화학적 공정:난연 처리: Proban (인 기반), Pyrovatex (교차결합 수지 기반) 등. 
• 발수/발유 처리: 액체 침투를 방지하여 위생 용품, 의료 용품, 건축 자재 등에 적용됩니다. 
• 항균/방취 처리: 특정 화학 물질이나 천연 성분을 사용하여 세균 증식을 억제하고 불쾌한 냄새를 방지합니다. 
• 정전기 방지 처리: 합성 섬유의 정전기 발생을 줄입니다. 
• 유연/경화 처리: 촉감을 개선하거나 특정 부위의 형태를 유지합니다. 
• 염색/프린트 처리: 색상 및 패턴을 부여하여 외관을 개선합니다. 
• 자외선 (UV) 보호 처리: 자외선으로 인한 열화를 방지하여 제품 내구성을 높입니다. 
• 표면 가공 (Embossing): 표면에 특정 질감이나 패턴을 부여합니다. 

2.5. 코팅 및 라미네이팅 (Coating and Laminating) 

• 화학: 폴리염화비닐(PVC), 스타이렌-부타디엔 고무(SBR), 부틸 고무, 폴리클로로프렌(네오프렌), 실리콘 고무, 폴리우레탄(PU) 등 다양한 고분자가 코팅 재료로 사용됩니다. 이들의 특성은 최종 제품의 내구성과 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 코팅 기술: 릭 롤(lick roll), 나이프 코팅(knife coating), 핫멜트 코팅(hot-melt coating), 라미네이팅(laminating) 등 다양한 방법이 있습니다.
• 접착 심지 (Fusible Interlinings): 의류 제조에 사용되며, 직물의 강성과 형태 유지에 기여합니다.

2.6. 염색 및 프린팅 (Coloration) 

• 염료 종류: 산성, 매염, 아조, 직접, 반응성, 분산, 배트, 설퍼, 안료 등이 다양한 섬유(양모, 실크, 폴리아미드, 셀룰로스, 폴리에스터, 아크릴)에 적용됩니다.
• 대량 착색 (Mass Coloration/Mass Pigmentation): 섬유 제조 과정에서 착색제를 혼합하는 방식으로, 특히 폴리프로필렌 섬유의 주요 착색 방법입니다. "내광성 및 내후성에 대한 높은 견뢰도"가 필요한 텐트, 차양, 카펫 등에 사용됩니다.
• 전처리: 염색 및 프린팅 전에 섬유의 불순물을 제거하여 균일하고 재현성 있는 착색을 보장합니다.
• 색상 측정: 분광광도계를 사용한 객관적인 색상 측정은 시각적 평가보다 우수하며, 색차 단위(DE)로 정밀도를 수치화할 수 있습니다.
• 염색 기계: 윈치 염색기, 지그 염색기, 고온 빔 염색기, 제트 염색기, 패드 배치 염색기, 연속 염색기 등이 있습니다.
• 프린팅 방식: 직접 프린팅, 날염, 스크린 프린팅(평판, 로터리), 디지털 잉크젯 프린팅 등이 있습니다.
• 견뢰도 (Colour Fastness): 최종 사용 중 다양한 요인(빛, 세탁, 마찰 등)에 노출되었을 때 염색 또는 프린트된 기술 섬유의 성능을 평가합니다.

2.7. 주요 응용 분야

2.7.1. 국방 (Defence) 

• 역사: 19세기 말까지 밝고 화려한 군복을 입었으나, 20세기 초 장거리 무기 발달로 위장(camouflage)이 중요해지면서 카키색 유니폼이 도입되었습니다.
• 현대 요구 사항: "가장 가볍고, 작고, 내구성이 뛰어나고, 고성능 개인 의류 및 장비"가 필요하며, 환경 및 전장 위협으로부터 개인을 보호하는 것이 중요합니다.
• 주요 기술 섬유 응용:환경 보호: 극지방, 온대, 정글, 사막 등 전 세계 모든 기후 조건에서 작전 수행을 위한 의류 및 장비. 속옷은 주로 위생을 위해 착용되며, 보온성보다 촉감이 중요합니다. 흡수성이 낮은 합성 섬유는 면보다 빠르게 건조됩니다.
• 단열 재료: 침낭, 의류 등에 사용되며, 섬유와 공기의 비율, 섬유 배열이 효율성을 결정합니다. 수분은 단열 성능을 크게 저하시킵니다.
• 방수/투습 재료: Ventile® 면직물, 미세 다공성 또는 친수성 막/코팅 라미네이트 등 다양한 유형이 있습니다. 착용자의 편안함과 신체 온도 조절을 위해 중요합니다.
• 위장, 은폐, 기만:자외선(UV) 파장대: 백색 직물은 UV 반사율이 낮아 탐지될 수 있으므로, 설상 위장 시 티타늄 이산화물 대신 황산바륨과 같은 안료가 필요합니다.
• 가시광선 파장대: 주변 환경의 색상, 패턴, 광택, 질감을 모방합니다.
• 근적외선(NIR) 파장대: 잎사귀의 "엽록소 상승(chlorophyll rise)"과 같은 특성을 모방하는 염료 및 안료가 필요합니다.
• 열화상 위장: 적외선 파장대에서 열 신호를 줄이기 위해 온도와 방사율을 낮추는 재료를 사용합니다. 알루미늄 또는 기타 광택 금속박 필름을 포함하는 복합 라미네이트가 사용됩니다.
• 난연 및 내열 섬유: 소방관, 폭발물 처리반(EOD), 핵/생물/화학(NBC) 보호복, 전차 승무원, 해군, 공군 승무원, 특수 부대 등. 열가소성 섬유는 녹아서 피부에 들러붙는 위험이 있습니다. Proban 면, 아라미드, Zirpro 양모, 모다크릴, 난연 비스코스 등이 사용됩니다.
• 방탄 재료: 고강도, 고탄성률, 저신율 섬유(유리 섬유, 나일론 6.6, 아라미드)가 파편 방호복(flak jackets), 헬멧, 세라믹 삽입물과 함께 소총탄 방호복에 사용됩니다.
• 생화학전 보호: 활성탄이 함침된 비직포 내층과 기계적 강도 및 내열성을 제공하는 외층으로 구성된 NBC 보호복 등이 있습니다.

2.7.2. 의료 및 위생 (Medical and Hygiene) 

• 분류: 비이식성 재료(드레싱, 붕대), 체외 장치(인공 신장/간/폐), 이식성 재료(봉합사, 혈관 이식편, 인공 인대), 의료/위생 제품(침구, 의류, 수술복) 등이 있습니다.
• 시장 성장: 1980년부터 1990년까지 연평균 11% 성장했으며, 2000년에는 760억 달러에 이를 것으로 예상되었습니다. 유럽 의료 섬유 시장은 기술 섬유 시장의 10%를 차지합니다.
• 섬유 요구 사항: 모든 섬유는 "비독성, 비알레르기성, 비발암성"이어야 하며, 물리적/화학적 특성 변화 없이 멸균이 가능해야 합니다.
• 비이식성 재료: 상처 드레싱(면, 비스코스), 수술복, 수건, 붕대, 위생 제품(물티슈, 기저귀) 등에 사용됩니다.
• 체외 장치: 인공 신장, 간, 폐에 사용되는 막(셀로판, 중공 섬유) 및 다층 필터가 포함됩니다.
• 이식성 재료:봉합사: 생분해성(콜라겐, 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드) 또는 비생분해성(폴리아미드, 폴리에스터, PTFE)이 있습니다.
• 연조직 이식편: 인공 힘줄(PTFE, 폴리에스터), 인공 인대(폴리에스터, 탄소) 등이 있습니다.
• 정형외과 이식편: 섬유 강화 복합 재료가 뼈와 관절 대체에 사용되며, PTFE 비직포 매트는 조직 성장 촉진을 위한 인터페이스 역할을 합니다.
• 심혈관 이식편: 혈관 이식편(폴리에스터, PTFE) 및 인공 심장 판막에 사용됩니다.
• 비직포의 중요성: "생산 주기가 짧고, 유연성과 다용성이 높으며, 생산 비용이 저렴하다"는 장점으로 인해 의료 섬유 분야에서 널리 사용됩니다.

2.7.3. 토목 및 농업 공학 (Civil and Agricultural Engineering) 

• 지오텍스타일 (Geotextiles): 1950년대 후반부터 발전했으며, 보강, 분리, 여과, 배수 등의 기능을 수행합니다. 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 산업 분야 중 하나입니다.
• 종류: 직조, 열 접착 비직포, 니들펀칭 비직포, 편성 및 섬유/토양 혼합 등 다섯 가지 범주가 있습니다.
• 섬유: 폴리프로필렌, 폴리에틸렌이 가장 흔하며, 고강도에는 폴리에스터가 사용됩니다. 폴리아미드는 일반적으로 지오텍스타일에 사용되지 않습니다.
• 크리프 (Creep): 장기간 하중을 받을 때 섬유가 서서히 변형되는 현상으로, 폴리에스터가 가장 낮은 크리프 특성을 가집니다.
• 필터링 메커니즘: 지오텍스타일은 토양 필터 영역을 형성하여 물이 통과하면서 입자를 걸러냅니다. 다층 직물 시스템은 막힘 없이 여과 기능을 개선할 수 있습니다.
• 자연 섬유 지오텍스타일: 황마, 코이어, 삼베, 마 등의 자연 섬유는 지속 가능한 대안으로 떠오르고 있습니다. 특히 단기적인 군사 응용 분야에서 철거가 쉽고 환경에 미치는 영향이 적다는 장점이 있습니다.

2.7.4. 운송 및 항공 (Automotive and Aeronautics) 

• 응용 분야: 타이어, 히터 호스, 배터리 분리막, 브레이크 및 클러치 라이닝, 에어 필터, 안전벨트, 에어백, 자동차 내장재 등 매우 다양합니다.
• 복합 재료: 섬유/플라스틱 복합 재료는 금속 부품을 대체하여 무게를 줄이고 연료 효율성을 높이는 데 기여합니다.
• 난연성: 밀폐된 공간에서의 탈출 경로 제한으로 인해 난연성 요구 사항이 중요합니다.
• 자동차 내장재:섬유 선택: 폴리에스터가 내광성(UV 저항성)과 내마모성 때문에 가장 많이 사용됩니다. 폴리프로필렌은 저밀도, 저비용, 쉬운 재활용성에도 불구하고 낮은 융점과 낮은 연신율 때문에 제한적입니다.
• 원사 유형: 주로 부풀린 연속 필라멘트(BCF) 텍스처 폴리에스터 원사가 사용됩니다.
• 직물 구조: 평직, 평직 벨벳, 경사 니트 트리코, 라셀 더블 니들 바 니트, 원형 니트 등이 사용됩니다.
• 구성: 일반적으로 면직물, 폴리우레탄 폼, 그리고 뒷면의 스크림 라이닝으로 구성된 삼층 라미네이트입니다.
• 염색 및 프린팅: UV 흡수제를 사용한 염색 및 디지털 프린팅 기술이 발전하고 있습니다.
• 재활용: 자동차 수명이 다한 후 재활용이 중요한 이슈이며, 유럽 연합의 규제는 재활용 목표를 강화하고 있습니다.
• 타이어: 고무/직물 복합 재료이며, 레이온, 나일론, 폴리에스터, 아라미드 등의 섬유가 보강재로 사용됩니다.
• 안전벨트: 주로 폴리에스터 섬유로 만들어지며, 고강도, 내UV성, 내마모성이 요구됩니다.
• 에어백: 고강도 멀티필라멘트 나일론 6.6 직물로 만들어지며, 높은 인열 강도, 제어된 공기 투과성, 장기간 보관 중 열화 방지가 중요합니다.

2.7.5. 여과 (Filtration) 

• 분류: 고체-기체 여과(집진) 및 고체-액체 여과로 나뉩니다.
• 집진 (Dust Collection):메커니즘: 관성 충돌, 확산, 차단, 중력 침강, 정전기 침착 등의 방식으로 먼지 입자를 포집합니다.
• 청소 메커니즘: 쉐이크 방식, 역기류 방식, 펄스 제트 방식 등이 있습니다. 펄스 제트 방식이 가장 널리 사용됩니다.
• 섬유 선택: 폴리에스터, 폴리아라미드, 폴리이미드, 셀룰로스, 실리카, 아크릴, 폴리프로필렌, PTFE, 폴리아미드, 양모, PPS, PEEK 등이 사용되며, 내화학성, 내마모성, 최고 작동 온도, 정전기 방지 특성 등을 고려합니다.
• 직물 구조: 니들펠트가 다공성 구조로 우수한 효율성을 제공하며, 직조 직물(새틴 직조)도 사용됩니다.
• 마무리 처리: 열 고정(치수 안정성), 보푸라기 제거(먼지 이탈), 레이징(표면 섬유화), 캘린더링(평활성 및 밀도 조절), 화학 처리(발수/발유, 화학 물질 보호) 등이 있습니다.
• 액체 여과 (Liquid Filtration):섬유 선택: 폴리프로필렌이 내화학성으로 인해 널리 사용됩니다.
• 여과 요구 사항: 여과액의 투명도, 처리량, 케이크 수분 함량 감소, 막힘 방지, 케이크 이탈 용이성 등이 중요합니다.
• 직물 구조: 모노필라멘트 직물(단일 필라멘트 원사)은 높은 유속과 케이크 이탈 용이성이 특징입니다. 멀티필라멘트 직물(다수 필라멘트 원사)은 높은 강도와 신축 저항성이 특징입니다. 스테이플 섬유 직물(짧은 섬유 원사)은 입자 포집 효율이 높습니다. 링크 구조(코스한 모노필라멘트)는 응집된 슬러지 여과에 사용됩니다.
• 양조용 필터 미디어 (Awa Paper): 주로 천연 셀룰로스를 사용하여 양조 과정에서 쌀 입자, 효모 고형분 등을 걸러냅니다. 균일한 기공이 특징이며, 250~320 g/m²의 평량과 0.6~0.8 mm 두께로 제작 가능하여, 여과 대상 크기에 최적화된 필터 미디어 설계가 가능합니다.

2.8. 환경 및 지속 가능성 

• 환경 문제:섬유의 열화: 사용 중 직물은 열, 빛, 습기, 미생물, 화학 물질 등으로 인해 분자 변화를 겪으며 열화됩니다.
• 자원 고갈: 재생 불가능한 자원의 사용과 에너지 소비는 지구의 자원 고갈을 초래합니다.
• 오염: 섬유 생산 및 사용은 대기, 수질, 소음 오염을 유발하며, 염색 폐수, 유해 화학 물질 배출, 소음 등이 대표적입니다.
• 환경 피해 감소:재활용: 폐기물로부터 새 제품을 만드는 과정은 에너지 소비와 오염을 유발하지만, 자원 고갈을 늦출 수 있습니다.
• 친환경 섬유: 유기농 면, 천연 염색 등 친환경 소재 사용이 증가하고 있습니다.
• 오염 감소: 공정 변경, 폐기물 농도 감소, 친환경 화학 물질 사용, 폐수 처리 등을 통해 오염을 줄입니다.
• 지속 가능한 복합 재료 (2025년 논문):탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFRP)의 환경 문제: 뛰어난 기계적 특성에도 불구하고 "에너지 집약적인 생산 및 폐기"로 인해 환경 문제가 발생합니다.
• 재활용 탄소 섬유 (rCF)의 필요성: "폐기물 감소, 자원 보존, 순환 경제 촉진, 에너지 사용 및 온실가스 배출량 감소" 등 많은 이점이 있습니다.
• 에너지 절감: vCF 생산에 464~704 MJ/kg의 에너지가 필요한 반면, rCF 재활용에는 2.03~30 MJ/kg만 필요합니다.
• rCF 공급원: 수명이 다한 제품, 프리프레그 잔여물, 탄소 섬유 오프컷 등이 있습니다.
• rCF 비직포 복합 재료의 기계적 성능:습식법(WL) vs. 건식법(DL): 습식법 비직포는 섬유 분산이 더 좋고 섬유 뭉침이 적어 일반적으로 더 균일한 미세 구조를 가집니다. 반면 건식법 비직포는 카드 공정으로 인해 90도 방향으로 섬유 정렬이 더 두드러지는 경향이 있습니다.
• 기계적 특성: WL-TS (습식법 비직포/열경화성)는 0도 방향에서 높은 인장 강도(337.18 MPa)와 탄성률(21.4 GPa)을 보였습니다. DL-TS (건식법 비직포/열경화성)는 90도 방향에서 인장 강도(308.10 MPa)와 탄성률(25.6 GPa)이 더 높았습니다. 전반적으로, WL-TS는 더 강한 섬유 분산으로 인해 더 높은 기계적 성능을 나타냈습니다.
• 파손 메커니즘: 섬유 파손, 섬유-매트릭스 계면 파손(섬유 끝단 손상 및 박리), 매트릭스 균열 등이 관찰되었습니다. DL 재료는 짧은 섬유로 구성되어 파손 시 파편화가 더 쉽게 일어났습니다.
• 결론: rCF 강화 고분자 복합재는 표준 단섬유 강화 재료보다 우수한 재료 특성을 보였으며, 특히 자동차 응용 분야에 적합합니다. 이는 다가오는 ELV (End-of-Life Vehicle) 지침의 재활용 목표를 충족할 수 있는 지속 가능한 대안입니다.

2.9. 혁신적인 부직포 기술 

• 분리막의 필요성: 수처리 및 의료 분야에서 분리막은 필수적이지만, 막 자체의 강도가 약해 물리적 강도를 높이는 지지체가 필요합니다.
• 기존 지지체의 과제: 단층 비직포(또는 직조 직물)를 지지체로 사용할 경우, 기공 크기 조정과 강도 및 두께 확보를 동시에 달성하기 어렵습니다.
• 굵은 섬유 사용 시: 강도와 두께는 확보되지만, 기공이 커져 분리막 형성용 코팅액이 쉽게 지지체를 통과하여 뒷면으로 새는 문제 발생.
• 가는 섬유 사용 시: 기공은 작아지지만, 지지체 자체의 강도, 두께, 통기성 부족으로 분리막의 유량 저하 및 기계적 강도 부족 초래.
• 이종 이층 비직포 (異種二層不織布)의 기술 혁신: 
• 구조: 다른 특성의 섬유 층을 두 층으로 적층한 비직포로, 표면층(表層)과 이면층(裏層)으로 구성됩니다.
• 표면층: 가는 섬유(예: 0.1 dtex 극세 섬유와 0.6 dtex 섬유 혼합)로 구성되어 작은 기공을 가진 치밀한 층을 형성하며, 수지 용액 침투 방지 및 수지 유지 기능 제공.
• 이면층: 굵은 섬유(예: 6-12 dtex 섬유)로 구성되어 두께와 기계적 강도를 확보하는 성긴 층을 형성하며, 지지체 전체의 강도와 내압성을 보장.
• 통합성: 두 층이 일체화되어 층간 박리 우려가 없습니다.
• 제조 방법: 주로 습식 초조법(종이 제조법)을 사용하여 직렬로 연결된 두 대의 초지기에서 순차적으로 표면층과 이면층을 형성한 후 건조 및 열압착하여 만듭니다. 롤투롤 방식으로 연속 생산이 가능하며, 3층 이상으로 확장 가능합니다.
• 사용 가능 재료: 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론, 비닐론, PPS, 폴리아미드, 아라미드 등 기존 비직포에 사용되는 모든 합성수지 섬유를 사용할 수 있습니다. 섬유 길이는 수 mm(예: 3mm)로 짧게 자른 섬유가 사용됩니다.
• 활용 예시: 역삼투막(RO 막), 나노여과막(NF), 한외여과막(UF) 등 수처리 및 액체 분리 분야의 박막 분리막 지지체에 적합합니다. 수지 용액의 뒷면 누출을 방지하고 균일하며 얇은 지지층을 형성하여 최종적으로 고성능 복합 분리막을 얻을 수 있습니다.

3. 결론

기술 섬유 산업은 고성능 섬유, 혁신적인 직물 제조 기술(직조, 편성, 비직포), 정교한 마무리 및 코팅 공정을 통해 지속적으로 발전하고 있습니다. 국방, 의료, 토목 공학, 운송, 여과 등의 분야에서 그 응용 가능성은 무궁무진하며, 특히 지속 가능성에 대한 요구가 높아지면서 재활용 탄소 섬유와 같은 친환경 소재의 개발 및 적용이 가속화되고 있습니다. 이종 이층 비직포와 같은 새로운 구조의 개발은 기존 기술의 한계를 극복하고 분리막과 같은 고기능 제품의 성능을 더욱 향상시키는 데 기여할 것입니다. 이러한 발전은 기술 섬유가 미래 사회의 다양한 요구를 충족시키는 핵심 소재로 자리매김하게 할 것입니다.