방적공장에서의 실험실적 오프라인 시험(1)

1. 공장실험실의 중요성

전자식 시험 설비가 방적공장 실험실에 처음 도입된 것은 40년 전이었다. 이전의 품질관리는 실의 타래강력, 실의 꼬임수 및 검척기 및 quadrant balance에 의한 실, 조사 및 슬라이버의 번수 측정으로 한정되어 있었다. 실의 시각적 평가(예를 들면, 사조판)가 균제도 및 넵 평가에 이용할 수 있는 유일한 방법이었다.

40년 전에는 정소면 링 방적사(Ne 42, 14 tex)를 시간당 160kg 생산하는데 40년 전에는 245대의 기계가 필요하였지만<그림 1>. 오늘날에는 같은 양의 실을 단 50대의 기계로 생산할 수 있는데, 생산량의 증가는 정방 공정 보다는 오히려 정방 이전의 공정에서 더 많이 이루어진 것으로 생각된다.

품질관리 면에서의 전자적 시험 장치 및 공장에서의 고속 생산 기계만이 방적을 특징 지우는 유일한 발전만이 되어서는 안되고, 품질 면에서 받아들일 수 있고 일정한 사품질이 실 제조업자의 목표가 되어야 한다.

<그림 1> 1947년에서 1987년 사이에 Ne 42(14 tex), 코우머 면사(100% 면)를 시간당 160kg

생산하는데 필요한 기계 대수의 변화

그러나 방적공장의 관리는 사품질, 생산수준 및 원면간의 균형을 유지해야 한다. 즉,

- 품질은 시장 조건에 따라 결정된다.

- 생산량은 기계와 공정에 의해 한정된다.

- 원면은 국제적인 시장 동향과 실 가격에 좌우된다.

이 3가지가 균형을 이루기 위해서는 다음의 항목이 보장되어야 한다.

- 생산 비용은 가능한한 낮아야 한다.

- 보다 값싼 원료로도 허용될 수 있는 사품질을 보장할 수 있어야 한다.

이것은 어떻게 이룩할 수 있는가?

생산원가를 줄이기 위해서는 최신 기계와 기술이 응용되어야 한다. 인건비를 줄이기 위해서는 기계내 및 기계간에 더 자동화가 되어야 하고, 통합된 전자 감시 시스템이 도입되어야만 한다.

허용되는 사품질을 보증하기 위해 다음과 같은 개념의 합격/불합격 한계가 설정되어야 한다.

번수 편차와 변동 → 허용 범위를 벗어나면 직물에서 줄무늬가 뚜렷하게 나타날 것이며, 후속공정에서 사절이 발생될 것이다.

100,000m 당 사 결점이나 매듭/스플라이스(클래시매트) → 허용 범위를 벗어나면 바늘이 부러져, 포에 결점이 발생되어 포의 등급이 저하될 것이다.

균제도/므와레(스펙트로그램) → 허용 범위를 벗어나면 직물의 외관에 클라우디 또는 패턴모양이 나타날 것이다.

결점 → 허용 범위를 벗어나면 직물의 품질이 저하될 것이다.

절단 강력과 신도 → 허용 범위를 벗어나면 사절이 일어날 것이다.

실의 각각의 특성은 상호 보완적이다. 단 하나의 특성이 허용 범위에서 벗어나도 요구되는 품질 수준에 도달하지 못하는 결과를 초래한다. 즉, 사슬에 있는 가장 약한 연결부분과 같다.

이들 실의 특성을 어떻게 결정하고 지속적으로 감시할 수 있는가?

여러 가지 가능성이 있지만 가장 경제적인 것은

- 정방 이전 공정에서의 온라인 품질관리 및 생산성 관리

- 정방공정에서의 온라인 품질관리 및 생산성 관리

- 공장 실험실에서의 오프라인 품질관리

이들은 또한 컴퓨터 통합 공정(CIM)으로 구성하는 것이 기본적으로 필요하다.

본 지에서는 공장실험실에서의 오프라인 품질관리를 제조 공정에 온라인 시스템을 운용할 경우에도 실험실에서 수행해야 한다는 측면에서 고려할 것이다. 즉,

- 섬유의 시험

- 온라인 시스템 점검

- 예외 상황분석

- 사품질 보증

- 새로운 공정, 섬유, 기계 및 블렌드 등에 대한 보다 상세한 분석 수행

- 온라인으로 측정될 수 없는 실, 조사 및 슬라이버의 특성 측정, 즉, 절단강력, 신도 및 헤어리니스 등

- Uster 통계값과의 비교

공장의 양호한 가동의 결과로 최적 사품질, 생산성 및 경제성을 보증하기 위한 온라인/오프라인 모니터링 시스템을 가정하여 실험실의 작업을 설명할 것이다.

2. 실험실에서의 섬유 시험

로우터 정방기, 특히 자동화된 로우터 정방기의 출현 및 높은 생산속도로 세번수의 실을 생산하는 경우, 단순히 섬유장 다이어그램을 통한 유효 스테이플 길이의 측정만으로는 충분한 정보를 얻을 수 없다. 오늘날 섬도, 강력 및 청결도는 특히 면섬유에 대해서는 매우 중요한 항목이다.

- 실 단면에 약 110∼120올의 섬유수를 유지하면서 가는 실을 방적하기 위해서는 가는 섬유가 필요하다.

- 새로운 정방시스템에 기인한 원료 특성의 낮은 활용도(특히 세 번수 실에 대해)에 대응하고 또한 강력저하에 대응하여 제직시 경사로 사용할 수 있도록 하기위한 강한 섬유가 필요하다.

- 잡물 및 미세 먼지가 가능한한 없는 섬유는 방적 거동의 개선 및 사절 감소를 위해 필요하다. 그러나 섬유장이 짧아질 정도로 조면을 과도하게 해서는 안될 정도의 깨끗한 섬유

Ne 30∼35(17∼20 tex) 범위의 로우터 정방 면사 제조시 적어도 마이크로네어 4.0의 섬도를 가진 섬유가 필요하다. 마이크로네어 3.5이하의 섬도를 가진 섬유는 절단 강력과 신도의 감소 및 넵의 증가를 초래하는 미숙면이 지나치게 많을 위험이 있다.

섬유의 절단 강력은 사 절단 강력과 직접적인 관계가 있어 매우 중요한 섬유 특성이다. 단섬유의 양은 사 절단 강력 및 로우터 사(특히 블렌드)에서 래퍼 섬유의 빈도에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

섬유의 청결도는 넵, 잡물 및 더스트의 함량에 좌우되고, 이들은 적층 성능에 제약을 가해 오프닝 로울러의 효율을 감소시키고 로우터 그루브를 막게 된다. 특히 고속 세번수 방적에 사용되는 매우 작은 직경의 로우터에서는 더 문제가 된다. 슬라이버 역시 매우 청결한 섬유로 보다 쉽게 만들 수 있다. 면 섬유의 타입에 따른 또 다른 특성은 "점착성" 즉, 허니듀 함량이다. 마지막으로 섬유색상은 측정 가능한 특성으로 섬유 외관을 일정하게하기 위해 조절되어야만 한다.

앞에서 언급한 모든 시험 특성은 공장 실험실에서 각각의 시험기로 일부분을 측정하는 실험실적 시험이다. 특히, 로우터 정방 및 링 정방에서 새로운 섬유 시료, 블렌드, 코우머 웨이스트 및 소면공정에서의 섬유 절단 등을 추정할 때 공장 실험실에서의 섬유시험은 통상의 이유 뿐만아니라 방적시 균일한 혼섬의 보장 필요성 때문에 매우 중요하다.

최근 몇 년 동안 HVI 시험기는 면 섬유 시험을 위해 도입되고 있다. 장래에 품선은 조면 및 베일링 후 HVI에 의해 수행될 것이며, 베일은 각각의 섬유 보증서를 가질 것이다. 이러한 상황하에서 공장실험실에서는 단지 도입된 섬유를 임의로 채취하여 확인하는 정도만이 하면되고, 섬유시험은 블렌드 결정 및 여러 공정 단계에서의 섬유 손상을 점검하기 위해 보다 많이 행해질 것이다.