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ICT/정보통신 스마트 직물 섬유의 분류와 응용

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2021-02-08 12:57:00
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스마트 패브릭의 간단한 소개

 

스마트 패브릭이라는 말을 종종 듣게 되는데, 정확하게 스마트 패브릭이 무엇일까? 간단히 말하면, 고품질 고성능 섬유 제조, 하이엔드 텍스타일 스마트 제조 및 의료품(衣料品)이나 의류 브랜드로 대표되는 패션 업계를 대상으로 하는 말이다. 제품의 용도는, 라이프웨어 분야에서부터 의료와 건강, 생태학과 환경 보호, 군사와 항공 우주 분야에까지 이른다.

 

많은 국가는 또한 섬유 분야에서의 개발 전략을 도입하고, 섬유 분야에서의 국가 경제 개발에 다시금 초점을 맞추고 있다. 예를 들어 미국은 ‘스마트 텍스타일 플랜’을 제안하여, ‘혁신적인 섬유 및 섬유 제조 연구 센터’를 설립했다. 독일은 ‘미래의 섬유’ 국가 전략을 책정하고 ‘독일의 미래 섬유 동맹’을 결성했다. 중국 산업 정보 기술청이 발행한 섬유 산업 개발 계획의 키워드 ‘스마트 텍스타일’도 여러 번 등장하며, 전자기술, 정보기술, 섬유기술을 통합을 강화하여 스마트 텍스타일 제품의 개발을 제안하고 있다. 스마트 패브릭 텍스타일의 개발 전망은 무한하며, 스마트 패브릭 텍스타일은 앞으로 텍스타일 및 의류 산업의 중요한 개발 방향 및 중요한 경제 성장 포인트가 될 것으로 보인다.

 

여기에서는 스마트 패브릭 텍스타일의 기본 개념에서 시작하여, 스마트 패브릭 텍스타일의 주요 유형과 그 애플리케이션을 요약하고, 스마트 패브릭 텍스타일의 개발 동향을 간단하게 예측하며, 스마트 패브릭의 개발과 제조의 실무자에게 도움이 되는 정보를 제공한다.

 

스마트 패브릭 텍스타일의 기본적 정의

 

스마트 머티리얼

 

‘스마트 머티리얼’이라는 개념은 일본의 다카시 토시요시 교수에 의해 제안되었다. 그는 1989년에 정보과학의 내용을 재료의 구성 및 기능과 통합함으로써 이러한 개념을 제창했다. 스마트 머티리얼은 머티리얼 자체가 외부 자극을 감지하고, 외부 조건의 변화에 따라 대응하는 답변을 하고, 대응하는 행동을 실행할 수 있음을 의미한다. 일반적으로 스마트 머티리얼은 센싱 기능, 피드백 기능, 정보 인식 ‧ 축적 기능, 응답 기능, 자기진단 능력, 자기수복 능력, 적응 능력의 XNUMX가지 기능을 갖춘 새로운 기능 재료이다.

 

스마트 텍스타일 소재

 

스마트 텍스타일 소재란 일반적인 텍스타일 소재의 겉모습이나 촉감에 더하여, 외부 환경의 변화를 감지하고, 성능 파라미터를 변경함으로써 피드백을 실시하고, 외부 환경에 대응할 수 있음을 의미한다. 환경에 적응하는 새로운 유형의 텍스타일 소재를 실현하기 위해 스스로를 조정한다.

 

스마트 텍스타일

 

스마트 패브릭 텍스타일은 스마트 텍스타일 섬유를 원료로 하여 방직, 제직 등의 공정을 통해 얻어지는 패브릭 테스타일, 또는 스마트 머티리얼과 패브릭 텍스타일을 조합하여 얻어지는 스마트 패브릭 텍스타일을 가리킨다. 스마트 텍스타일 자체는 센싱 유닛, 피드백 유닛, 리스폰스(실행) 유닛을 포함하는 시스템이다. 스마트 섬유와 달리 센싱 요소, 피드백 요소 및 응답 요소를 통합함으로써 손쉽게 ‘인텔리전스’의 목적을 달성한다.

 

스마트 패브릭 텍스타일의 분류

 

현재 스마트 패브릭 텍스타일은 패시브 스마트 패브릭 텍스타일, 액티브 스마트 패브릭 텍스타일 및 고도의 스마트 패브릭 텍스타일로 분류된다.

 

** 패시브 스마트 패브릭 텍스타일

 

패시브 스마트 패브릭 텍스타일은 외부 환경의 변화 및 자극을 지각할 수는 있지만, 외부의 변화에 따라 조정할 수는 없다. 그들은 스마트 패브릭 텍스타일의 첫 세대이다. 항균 의류, 항균 패브릭 텍스타일, 세라믹 코팅 패브릭 텍스타일, 라이트가이드 패브릭 등은 모두 패시브 스마트 패브릭 텍스타일이다. 실제로 패시브 스마트 패브릭 텍스타일은 엄밀한 의미에서는 스마트 패브릭 텍스타일 범위에 이르지 못하며, 더 정확히 말하면 기능 패브릭 텍스타일이라 불려야 한다.

 

** 액티브 스마트 패브릭 텍스타일

 

액티브한 스마트 패브릭 텍스타일은 외부 환경의 변화나 자극을 감지할 뿐 아니라, 그에 따라 외계(外界)의 변화에 대응할 수도 있다. 이것은 스마트 패브릭 텍스타일의 제XNUMX 세대이다. 예를 들어, 형상 기억 패브릭 텍스타일, 방수성 및 투습성 패브릭 텍스타일, 상변화축열 의류 및 광써모크로믹 패브릭 텍스타일은 모두 액티브 스마트 패브릭 텍스타일이다.

 

** 고도의 스마트 패브릭 텍스타일

 

슈퍼 스마트 패브릭 텍스타일 및 어댑티브 스마트 패브릭 텍스타일이라고도 알려진 고도의 스마트 패브릭 텍스타일은 통신, 센싱, 인공지능, 생물학 및 그 밖의 하이테크 분야를 포함하는 제XNUMX 세대 스마트 패브릭 텍스타일이다. 그것은 외부 환경의 변화나 자극을 감지하고, 그에 따라 반응하며, 자기 조정을 통해 외부 환경에 적응할 수 있다. 현재 고도의 스마트 패브릭 텍스타일은 아직 요람기이며, 더 많은 연구가 이루어져야 한다.

 

스마트 패브릭 텍스타일의 주요 종류와 그 용도

 

 

색깔이 바뀌는 스마트한 패브릭 텍스타일

 

** 색깔이 바뀌는 스마트한 패브릭 텍스타일의 정의와 분류

 

색깔이 바뀌는 스마트한 패브릭 텍스타일이란 외부 자극(빛, 전기, 압력, 온도 등)의 변화에 의해 색깔이 바뀌는 패브릭 텍스타일을 가리킨다. 이러한 유형의 스마트 패브릭 텍스타일에는 주로 포토크로믹 패브릭 텍스타일, 써모크로닉 패브릭 텍스타일, 일렉트로크로믹 패브릭 텍스타일, 피에조크로믹 패브릭 텍스타일 및 웻크로믹 패브릭 텍스타일이 포함된다.

 

포토크로믹 패브릭 텍스타일은 다양한 광파(光波)의 작용하에서 물질A가 이성체 물질 B로 변환함으로써 색이 바뀌는 효과이다. XNUMX가지 물질A와 B는 서로 다른 흡수 스펙트럼과 에너지 준위 구조를 가진다. 광원을 제외하거나 다른 광원으로 바꾸는 등 B가 A로 변환되면 색이 원래대로 돌아온다. 써모크로닉 패브릭 텍스타일은 패브릭상의 안료의 분자 구조가 습도와 함께 변화할 가능성이 있기 때문에, 색의 변화를 일으킨다. 일렉트로크로믹 패브릭 텍스타일은 재료의 광학물성(반사율, 흡수율, 빛 투과율 등)을 가리키며, 외부 전계(電界)의 작용하에서 안정된 가역적 색 변화를 일으킨다. 감압성의 색이 변화하는 패브릭 텍스타일은 전도성 섬유를 섞어 짬으로서 형성된 매트릭스를 매개로 하여, 패브릭의 가압 부분의 색 변화를 감지한다.

 

** 색깔이 바뀌는 스마트한 패브릭 텍스타일의 적용

 

색깔이 바뀌는 스마트한 패브릭 텍스타일은 더욱 뛰어난 착용성을 갖추고 있으며, 민간, 군사 및 리스크가 높은 업계에서 사용할 수 있다. 군사 분야에서는 색깔이 바뀌는 제어 가능한 위장복 등 군사 위장에 사용할 수 있다. 의료 분야에서는 아기의 의류 등 의료 모니터링에 사용하여, 의류의 색깔 변화로 인해 아기가 열이 나는지와 같은 상태를 감시할 수 있다. 화학 물질에 대한 장기 노출 등 특별한 노동 안전보호 위험 또는 강한 방사선이 존재하는 환경에서는 옷의 색깔이 바뀐다. 일렉트로크로믹 의류 등의 디지털 분야는 의류의 TV화면 기능을 실현할 수 있다. 포토크로믹 우산, 포토크로믹 티셔츠 등의 패션 분야. 포토크로믹 티셔츠는 아래 그림과 같다.

 

<그림1> 포토크로믹 티셔츠

 

하이엔드 고도 제어 텍스타일

 

** 하이엔드 고도 제어 패브릭 텍스타일의 정의와 분류

 

하이엔드 고도 제어 패브릭 텍스타일은 외부 온도에 대한 자극 응답에 따라, 단열 패브릭 텍스타일, 냉각 패브릭 텍스타일 및 자동 온도 제어 패브릭 텍스타일 테고리로 분류할 수 있다.

 

단열 직물은 태양광 축열 섬유 또는 원적외선 섬유를 사용하여 단열한다. 태양광 축열 섬유는 흡수한 태양광으로부터 인체에 가시광선과 근적외선을 열의 형태로 방출하여 보온 효과를 발휘한다. 원적외선 섬유는 인체에서 방출되는 열을 특정한 파장 범위의 원적외선으로 변환한다. 그리고 인체에 다시 방사하여, 혈액순환을 촉진시켜 열 손실을 줄이고, 보온 효과를 발휘한다. 그러므로 원적외선 섬유의 보온 성능이 뛰어나다.

 

냉각 패브릭 텍스타일에는 주로 자외선 및 차열포, 냉각포 및 열방산포가 포함된다. 자외선과 차열포는 폴리머 용액 속에서 자외선을 반사하여 섬유로 만들어내는 미세한 세라믹 분말과 균일하게 혼합된다. 가시광선이나 근적외선의 흡수율이 낮고, 인체를 서늘하게 느끼게 한다. 이러한 천의 온도는 기존의 솜으로 만든 천보다 2~4℃가 낮다. 시원한 천은 폴리에스터 섬유에 금속산화물을 더하여 금속산화물을 통해 자외선 및 빛에 의한 옷의 퇴색을 막으며, 옷의 내부를 차갑게 하여 5~10℃를 낮출 수 있다. 열 방산포는 섬유의 금속 분체 도장과 혼합되어 있기 때문에, 인체에서 방출되는 열은 Fe, Cu, Al, Zn 등의 열 전도율이 높은 금속 분말을 통해 외계에 빠르게 방출된다.

 

자동 온도 조절 패브릭 텍스타일은 양방향의 온도를 조절할 수 있다. 일반적으로 상변화 기술과 섬유 제조 기술을 조합하여 만들어진다. 주위 온도의 상승과 하강에 따라 열 에너지를 흡수 ‧ 방출할 수 있다.

 

** 똑똑한 온도 제어 패브릭 텍스타일의 적용

 

그림2와 같이, 똑똑한 온도 제어 패브릭 텍스타일은 냉각 조끼, 스포츠웨어, 스키슈트 등 민간 의류에 사용할 수 있다. 우주복, 방화복, 다이빙슈트 등의 전문가 의류. 의료 목적을 위해 상처를 보호하기 위해 일정한 온도의 포대를 만들 수 있다. 국소적으로 온도가 너무 높거나 너무 낮아지는 일을 방지하기 위해. 자동차 제조 분야에서는 차내의 시트나 루프에 사용할 수 있다.

 

<그림2> 냉각 조끼

 

형상 기억 패브릭 텍스타일

 

** 형상 기억 패브릭 텍스타일의 정의와 분류

 

셰이프 메모리 패브릭 텍스타일은 외부 자극(온도, 습도, 빛, 자장, pH값 등)을 받은 다음, 패브릭의 형상, 사이즈 또는 내부 구조를 변경할 수 있는데, 원래 상태로 돌아갈 수 있는 패브릭 텍스타일을 가리킨다. 특정 조건 하에서. 형상 기억 합금 패브릭 텍스타일, 형상 기억 폴리머 패브릭 텍스타일 및 형상 기억 하이드로겔 패브릭 텍스타일을 포함한다.

 

형상 기억 합금 패브릭 텍스타일이란 열 자극 후에 다양한 서로 다른 결정 구조 사이에서 변형될 가능성이 있는 패브릭 텍스타일의 금속 합금을 가리킨다. 이로 인해 금-카드뮴 합금, 니켈-티탄 합금, 구리-알루미늄-니켈 합금 및 알루미늄-아연 합금. ; 형상 기억 폴리머 패브릭 텍스타일은 항속적인 물리적 또는 화학적 가교 방식에 의해 가동 매트릭트를 이식함으로써 형성된 폴리며이며, 매트릭스는 기계적 변형 에너지를 축적할 수 있어, 패브릭이 외부로부터 자극받은 후에 변형을 회복할 수 있다. 형상 기억 하이드로겔 패브릭 텍스타일은 물 속에서 팽창할 수 있지만, 물에 대한 수용성이 없는 하이드로겔을 통해 형상 기억을 실현한다.

 

** 형상 기억 패브릭 텍스타일의 응용

 

형상 기억 패브릭 텍스타일은 주로 비철, 내충격성, 그 밖의 기능 분야 및 화상 방지 의류 등의 미적 분야에서 사용된다. 의류가 고온에 노출되면 섬유는 평편한 표면에서 탑 형태로 변화하여, 인체를 보호하는 효과를 발휘한다. 형상 기억 하이드로겔 패브릭 텍스타일은 주로 해양 노동자의 유니폼에 사용된다. 형상 기억 의복에 대해서는, 그림3을 확인하기 바란다. 형상 기억 섬유는 주로 베개나 매트릭트의 충진재로도 사용된다.

 

<그림3> 형상 기억 합금

 

방수성과 통기성이 있는 패브릭 텍스타일

 

** 방수성과 통기성이 있는 패브릭 텍스타일의 정의와 분류

 

방수성과 투습성이 있는 패브릭은 ‘통기성 패브릭’이라 불리며, 일정한 수압에서 물에 젖지 않기 때문에 발수성이 있다. 동시에 인체에서 나오는 땀은 수증기 형태로 패브릭에 전달된다. 바깥쪽에서는 인체의 표면과 천 사이에 결로가 모이지 않으면 불쾌하다. 주로 네 종류의 방수 ‧ 투습 고밀도 천, 미공성(微孔性) 막, 비다공성 막, 스마트 타입이 포함된다.

 

방수성과 투습성이 있는 고밀도 패브릭은 고밀도에서 저밀도로 확산되는 가스 분자의 원리를 이용한다. 인체가 땀을 흘리면, 땀이 패브릭을 통해 바깥쪽으로 확산되고, 패브릭이 젖으면 섬유가 옆으로 부풀어 틈새가 좁아져 방수 효과가 생긴다. 미공성 막 방수성과 투습성을 가진 패브릭은 빗방울의 지름과 수증기의 분자 지름 차이에 따라 방수성과 투습성을 실현한다. 비다공질 막 방수성과 투습성을 가진 패브릭은 분자의 친수성(親水性) 특성을 통해 막의 표면을 개선한다. 장력은 방수 효과를 달성한다. 똑똑한 방수성과 투습성을 가진 패브릭은 패브릭이 다양한 환경 특성에 따라 투습성을 자동으로 조정할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 패브릭은 고온에서 높은 투습성을 가지며, 뛰어난 열 방출과 발한 효과를 실현하는데, 저온에서의 패브릭은 투습성이 낮아 열 발산을 줄이고, 가열을 개선한다.

 

** 방수성과 통기성이 있는 패브릭 텍스타일의 적용

 

방수성과 투습성을 가진 패브릭의 텍스타일은 파일럿 유니폼, 해군 제복 등 군복에 사용할 수 있다. 소방복, 경찰 제복, 수술복, 극지대의 방호복 등 특별한 작업복. 스키슈트, 등산복, 스포츠웨어 등에도 사용할 수 있다. 스포츠슈즈, 텐트 등. 일본의 미츠비시가 개발한 일기(日記)나 아제쿠라 건축양식(校倉造)은 체온에 의한 투습성을 제어할 수 있는 스포츠웨어나 아기용 종이기저귀 등에 사용할 수 있다. 방수성과 통기성이 있는 패브릭에 대해서는, 그림4를 참조하기 바란다.

 

<그림4> 방수성과 통기성이 있는 패브릭

 

전자 정보 스마트 텍스타일

 

** 전자 정보 스마트 패브릭 텍스타일의 정의와 분류

 

전자 정보 스마트 텍스타일은 유연한 마이크로 일렉트로닉스 컴포넌트와 패브릭 텍스타일의 조합이기 때문에, 센서는 외부 환경의 변화를 인식하고, 정보 처리 장치는 정보를 처리하며, 판단을 내려 지시를 하여 재료의 초기 상태를 변경한다. 드라이버를 통해 바깥 세계에 적응하는 환경의 변화, 자기진단, 자기 조정, 자기 수복 등의 기능을 실현한다. 마이크로 일렉트로닉스 컴포넌트와 패브릭 텍스타일을 조합하는 다양한 방법에 따라 채용된 주요 기술은, 모듈러 기술, 조합 기술 및 섬유 기반 기술이다.

 

모듈러 테크놀로지는 인간의 체온, 심장박동, 그 밖의 데이터를 감시하기 위해 다양한 센서를 패브릭에 직접 추가하는 등 전자 컴포넌트를 패브릭 텍스타일의 기능 모듈로서 직접 통합하는 것이다. 투입된 기술은 전도성 모직계열, 패브릭 기반의 유연한 센서, 집적회로 등을 통해 회로 기판을 접속하는 등 패브릭 내의 부품에 전자 부품을 직접 통합하는 기술이다. 섬유 기반의 테크놀로지는 섬유 또는 섬유를 사용하여 텍스타일 플렉시블 디스플레이, 플렉시블 감압 재료 등의 전자 컴포넌트 및 센서를 직접 형성한다.

 

** 전자 정보 스마트 텍스타일의 응용

 

전자 정보 스마트 패브릭 텍스타일은 널리 사용되고 있으며, 가장 유망한 스마트 패브릭 텍스타일은 5가지가 있다. 그림6처럼 의료용 슈트 등의 의료 및 건강 관련 분야에서 사용할 수 있다. 착용자의 체온, 심박수, 혈압 등의 데이터를 감시하여, 입원 중인 환자를 원격으로 감시할 수 있다. 긴급 상황이 발생하면, 병원은 슈트의 위치 시스템을 통해 슈트를 찾아낼 수 있다. 긴급 환자를 위해 의료 목적으로 사용되는 스마트 삭스, 스마트 베이비 점프슈트 및 그 밖의 비슷한 스마트 의류가 존재한다. 스포츠 및 피트니스의 경우, 사용자는 운동 시간, 강도, 거리, 에너지 소비량, 그리고 심박수를 비롯한 다른 운동 파라미터를 확인하기에 편리하다. 모니터링 브라는 그림7과 같다. Colmar 스마트 스포츠웨어 등. 그림XNUMX에 있는 뮤직 재킷 등의 멀티 미디어 디지털 제품에서 사용된다. 사용자가 사전에 저장한 음악을 재생할 뿐 아니라, 라디오 방송을 들을 수도 있다. 음악 재생 기능은 풀 패브릭 정전 용량식 키보드 컨트롤에 의해 제공된다. 주요 에너지원은 태양 에너지, 풍력 에너지 등이다. 병사가 부상당한 부분과 출혈하고 있는 부분을 식별할 수 있는 초마이크로 센서가 심어진 전투복 등의 군사 목적을 위한 것. 그 부분에 해당되는 유니폼이 곧바로 신축하여 출혈을 멈출 수 있다. 공기와 땅의 상태를 검출하여, 비행 방향과 속도를 시간 내에 변경하는 스마트 낙하산도 있다.

 

<그림5> 의료용 슈트

 

<그림6> 심박수 모니터링 브라

 

<그림7> 뮤직 재킷

 

스마트 패브릭 텍스타일의 개발 동향

 

스마트 패브릭 텍스타일은 텍스타일 산업의 변혁과 업그레이드를 촉진할 뿐 아니라, 파괴적인 신흥 산업의 발전도 촉진시킨다. 앞으로의 스마트 패브릭 텍스타일의 개발 동향은 다음과 같다.

 

단일 제품의 기능은 더욱 다양하다. 현재, 대부분의 스마트 패브릭 텍스타일의 기능은 비교적 단순하며, 생리학적 모니터링, 방수 및 투습성, 온도 제어 등의 기능은 단일 제품의 기능의 다양화를 위해 단일 의류에 집중시켜야 한다.

 

촬영 성능은 더욱 완벽하다. 스마트 패브릭 텍스타일에 대한 연구는 이제 막 시작됐을 뿐이며, 연구의 방향성은 주로 기능 면에 초점을 맞추고 있지만, 의류의 세탁성, 접힘성 및 착용감을 지속적으로 개선해야 한다.

 

제품은 더욱 안전하고 환경 친화적이다. 특히 전자 정보 스마트 패브릭 텍스타일은 전자기를 방사하는 등 인체에 입힐 수 있는 잠재적인 해를 줄이는 것 뿐 아니라, 제조 공정에서의 에너지 절약과 환경 보호에도 주의를 기울여야 한다.

 

가격은 더욱 저렴해진다. 스마트 패브릭 텍스타일은 사람들에게 부담 없는 가격이 되고, 일반적으로 소비자에게 받아들여지고 사용될 때에만 개발을 위한 더욱 폭넓은 여지가 생긴다.

 

결론

 

스마트 패브릭 텍스타일에는 폭넓은 용도가 있으며, 의료와 건강, 스포츠와 레저, 항공 우주, 군사, 그 밖의 측면에 큰 영향을 미친다. 직물이나 의류 소재, 전자 정보, 소재 등의 기술 개발을 촉진함과 동시에 사람들의 생활의 질을 크게 향상시켜 더 나은 생활로의 가능성을 넓혀준다.

 

 
 
[스마트 섬유 주요 활용분야별 기술개발 동향과 적용사례 및 산업분석] 보고서 상세 보기
 
 
 
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