엔지니어들은 착용자를 시원하게 하고 따뜻하게 할 수 있는 고급 직물을 엮습니다.

2022년 10월 11일

신슈대학교

섬유 엔지니어들은 온도 변화에 반응하여 필요에 따라 착용자를 가열하고 냉각할 수 있는 직물을 생성하기 위해 결합된 상변화 물질과 기타 고급 물질의 일부로 만든 초미세 나노 스레드로 직조된 직물을 개발했습니다. .

재료 과학자들은 물질이 액체에서 고체로 상이 바뀔 때 많은 양의 열을 저장하고 방출할 수 있는 상 변화 물질을 코어에 포함하는 나노 규모의 실로 고급 직물을 설계했습니다. 효과를 강화하는 전열 및 광열 코팅과 실을 결합하여 본질적으로 착용자를 빠르게 식히고 조건 변화에 따라 따뜻하게 할 수 있는 직물을 개발했습니다.

제조기술을 기술한 논문이 8월 10일 ACS Nano에 게재되었습니다.

소방관부터 농장 노동자에 이르기까지 많은 직업은 혹독한 덥거나 추운 환경을 수반합니다. 냉장 보관소, 아이스 링크, 강철 단조 공장, 빵집 및 기타 여러 작업 현장에서는 작업자가 서로 다른 온도와 때로는 극한 온도 사이를 자주 전환해야 합니다. 이러한 규칙적인 온도 변화는 불편할 뿐만 아니라 질병이나 부상을 초래할 수 있으며 번거롭고 지속적인 옷을 갈아입어야 합니다. 스웨터는 차가운 고기 저장고에 있는 작업자를 따뜻하게 해줄 것이지만, 같은 작업자가 그 공간을 떠날 때 과열될 수 있습니다.

운동선수부터 여행자에 이르기까지 이러한 불편함을 겪는 근로자 또는 다른 모든 사람의 더위 또는 추위 스트레스를 완화하기 위한 한 가지 옵션은 개인용 열 관리 직물의 새로운 기술입니다. 이 직물은 신체 주변의 국부적인 온도를 직접적으로 관리할 수 있습니다.

이러한 직물은 종종 물질의 상(또는 물질의 상태, 예를 들어 고체에서 액체로)이 바뀔 때 많은 양의 열을 저장했다가 나중에 방출할 수 있는 상변화 물질(PCM)을 사용합니다.

그러한 재료 중 하나가 파라핀이며, 이는 원칙적으로 다양한 방식으로 직물 재료에 통합될 수 있습니다. 파라핀 주변 환경의 온도가 녹는점에 도달하면 파라핀의 물리적 상태는 열을 흡수하여 고체에서 액체로 변합니다. 그런 다음 온도가 파라핀의 어는점에 도달하면 열이 방출됩니다.

안타깝게도 고체 형태의 PCM은 본질적으로 견고한 강성과 액체 상태에서의 누출로 인해 웨어러블 열 조절 분야에 적용하는 데 방해가 되었습니다. 강성과 누출 문제를 극복하기 위해 '포장 효율성'을 향상시키기 위해 마이크로캡슐화(파라핀과 같은 PCM을 매우 작은 캡슐에 코팅하는 것)를 포함한 다양한 전략이 시도되었습니다.

"여기서 문제는 상변화 마이크로 캡슐의 제조 방법이 복잡하고 비용이 많이 든다는 것입니다"라고 논문의 교신 저자이자 신슈 대학 섬유 공학 연구소의 고급 섬유 엔지니어인 Hideaki Morikawa가 말했습니다. "더 나쁜 것은 이 옵션이 현실적으로 착용 가능한 응용 프로그램에 대한 유연성이 부족하다는 것입니다."

그래서 연구자들은 동축 전기방사라는 옵션을 선택했습니다. 전기방사는 나노미터 정도의 직경을 갖는 극히 미세한 섬유를 제조하는 방법입니다. 일반적으로 끝에 바늘이 달린 주사기와 같은 대용량 저장소에 들어 있는 고분자 용액이 고전압 전원에 연결되면 액체 표면에 전하가 축적됩니다.

곧 축적된 전하로부터의 정전기적 반발력이 표면 장력보다 커지는 지점에 도달하고 이로 인해 액체가 매우 미세하게 분사됩니다. 액체 제트가 비행 중에 건조됨에 따라 제트를 발생시킨 동일한 정전기적 반발력에 의해 액체 제트가 더욱 길어지고, 생성된 초극세 섬유가 드럼에 수집됩니다.