면방공장에서의 품질 관리(8)

4. 제직공정에서의 무결점

4.1 직물의 품질 특성

직물의 품질은 다음에 의해서 결정된다<그림 1> :

- 소비자 입장에서의 기준

- 생산자 입장에서의 기준

과거에는 주로 직물의 품질과 직접적으로 관련된 소비자 입장에서의 품질 기준에 중점을 두었었다.

앞으로도 소비자 입장에서의 품질 기준이 계속적으로 우세할 것이다. 그러나 제직 성능 향상에 따른 생산 속도 증가는 실에 더 많은 응력이 부가됨을 의미하기 때문에 사 품질, 제직 준비공정 및 제직의 기술적 측면과 같은 생산 중심의 품질 기준이 점차 중요해질 것으로 추정되고 있다.

직기 속도의 증가에 따른 사 물성과 제직 중 실에 부여되는 인장 하중간의 상관성을 기초로 하여 품질 보장에 대한 결과를 다음 절 이하에 나타낼 것이다.

4.2 중요한 사 특성의 하나인 탄성률(m)

경사에 걸리는 하중에 영향을 주는 인자들중 일차적으로 속도와 무관한 인자를 배제하면 위입 중 실에 걸리는 최대 응력은 짧은 시간 동안 영향을 주는 피크 형태의 힘이다. 이러한 응력은 속도 변화가 최대인 단계에서 실에 부여된다.

간단히 설명하면 급격한 속도 변화가 있을 때 실은 에너지 상승을 흡수해야 하는데 이러한 에너지 상승은 실에 탄성 변형 또는 소성 변형을 발생시키고, 극단적인 경우에 사절을 발생시킬 수 있다.

면사의 경우 탄성 변형(신도)과 이와 같은 변형을 발생시키는데 필요한 힘과의 관계는 직선적이며, 낮은 인장력의 범위에서는 최소가 되며, '탄성률(m)'이라는 용어로 적절히 설명될 수 있다<그림 2>.

탄성률은 에너지 상승을 흡수할 경우, 선형 탄성 범위내에서 실에서 발생되는 인장력은 탄성률의 제곱근에 비례한다는 에너지적 관계로부터 구할 수 있다. 따라서 탄성이 좋은 실(탄성률이 낮음)인 경우 에너지가 상승되면 가해진 변형에 의해 실이 견딜 수 있는 수준의 장력 정도만 에너지 흡수가 일어난다[1].

<그림 3>은 실 구조와 구성 원료가 다른 여러 가지 실의 탄성률(m) 값 차이를 비교한 것이다.

<그림 4>은 두가지 정소면 링 방적사에 대해 위입 속도 증가에 따라 위사의 최대 장력(peak tension)이 증가하고 있음을 보여준다. 이러한 최대 장력은 에어젯 직기의 제동 상태(braking phase)에서 측정한 것이다.

<그림 5>은 동일한 번수의 다양한 방적사에 대해 위입 속도가 1500m/min인 에어젯 직기에서 예상할 수 있는 위사 하중의 이론적 정도를 나타낸 것[2]으로서 사 구조와 사 원료에 따라 확실한 차이가 있음을 알 수 있다. 필라멘트사는 하중-신장 거동이 더 우수하기 때문에 <그림 6>에서 보는 바와 같이 방적사의 변형률보다 필라멘트사의 변형률이 더 작다.

번수가 최대 하중을 감당할 수 있는 실의 능력에 대해 영향을 미친다는 사실 또한 탄성률(m)로서 설명될 수 있다. <그림 7>에 나타낸 것처럼 위사 강도는 사 번수(tex) 값이 증가할수록 즉, 실이 굵어질수록 감소한다.

4.3 사 절단 강력(CV_Fmax)의 변동

앞에서 논의할 때 위사 하중과 사 인장 특성은 모두 평균값으로 추정되었다. 모든 경우에 과도한 변형률하에서 절단이 일어나는 곳은 사 모집단의 최약점 부분이기 때문에 실의 품질은 인장 특성의 산포, 즉 강력 및 신도 변동(CV) 값에 의해서 결정된다.

실의 약점이 되는 사 결점의 형태 및 수에 대한 발생 원인은 원료 및 방적의 '적합성'에서 찾을 수 있다.

<그림 8>은 위사에 가해지는 최대 장력(cN)이 증가함에도 불구하고 임계 하중 한계(위사절 빈도)는 사 절단강력의 변동계수(CV_Fmax)가 감소할수록 더욱 직기 속도가 증가되는 쪽으로 이동하는 것을 나타낸 것이다.

그러나 사 물성 뿐만 아니라 위입 중 실의 속도에도 상당한 변동이 있기 때문에 이 두가지 중 어느 것이 더 중요한가 하는 점이 문제로 남는다. <그림 9>에 다양한 위입 시스템에 대해 일정한 위입 속도를 고려하여 위입 중 최대 피크 장력의 변동계수 값을 비교하였다. 그 결과 주로 기계에 의해서 영향을 받고 실에 의해서는 무시할 정도의 영향만을 받는 위사 하중 변동이 가장 적은 직기는 프로젝타일 직기인 것으로 나타났다.

<그림 10>은 절단 강도의 변동(표준 편차 "s")이 위사 피크 장력의 변동에 비해 5배 정도 높은 것(표준편차 s = 2.2 ∼ 0.45cN/tex)을 나타내며, 이것은 직기에서 어떤 조정장치에 의해서도 보상될 수 없다. 실의 이러한 품질 측면과는 별도로 직기 제조업자는 위입 속도 증가에 의해서 발생되는 실의 응력 증가를 감소시키는 방법을 연구하고 있다.

4.4 미래의 실질적 목적

본 절은 사 품질이 제직 공정에 미치는 영향을 나타내기 위한 것이다. 동일한 방법으로 사 품질이 편성 공정에 어떻게 영향을 미치는 가를 나타낼 수 있다. 방적이후 공정에서 비용과 품질에 대해서 보다 좋은 결과를 얻기 위해서는 실이 방적이후 공정에서 어떻게 처리되는가를 잘 아는 것이 필요하다. 방적기술자는 방적 이후 공정과 최종 제품의 외관 모두와 관련된 더 중요한 품질 특성에 대한 최적 조건을 보장해야 한다.