흡습성,이력 현상,흡수성,투습성,(공정)수분율,함수율

[john]

흡습성,이력 현상,흡수성,투습성,(공정)수분율,함수율

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♣흡습성(吸濕性, hygroscopicity):섬유는 대기중에서 어느 정도의 수분을 흡수하는 성질 즉  흡습성(어떤 물질이 공기 중의 습기를 빨아들이는 성질)을 가지고 있는데,그 흡수율은 섬유의 종류에 따라 다르다.일반적으로 습도가 늘면 흡수량도 늘지만 정비례하지는 않는다.섬유의 흡습성은 위생학적 견지에서 뿐만아니라  대전성,방직공정,염색공정과도 밀접한 관계를 가지고 있다.또 흡습에 의해서 섬유의 제성질이 변화하는 것도 중요하다.천연 섬유.재생섬유는 크고, 합성 섬유는 작다. 일반적으로 습도가 높아지면 흡습도는 올라가고 섬유가 보유하는 수분량은 많아진다. 섬유나 실은 무게로 거래되는 것으로서, 거래의 공정을 기하기 위해 각 섬유에 관해서 공정수분율이 정해져 있다.

▶흡습성:섬유가 수분을 흡수하는 성질. ▶흡습량 : 수분율로 표시. 

▶흡습성은 섬유가 공기 중의 수분을 흡수하는 성질을 말하며, 그 흡습 정도는 표준 상태(온도 20℃, 상대 습도 65%)에서 섬유가 흡수한 수분량을 건조시 섬유 무게에 대한 백분율로 나타낸 표준 수분율(%)로 나타내며 8~16%가 적당하다.섬유가 흡수하는 수분의 양은 섬유의 종류에 따라 상당한 차이가 있으며, 이것은 섬유를 구성하는 화합물의 친수성의 정도에 차이가 있기 때문이다. 섬유의 흡습성은 피복재료의 성질과 그 용도에 크게 영향을 준다. 수분율이 적은 섬유로 만든 피복은 세탁 후 쉽게 마르고,  형체안정성도 대체로 좋아서 다림질을 필요로 하지 않는 등 관리상 편리한 장점이 있는 반면, 흡습성, 투습성이 나빠서 위생상 좋지 못하며, 특히 계절용 피복재료로서 부적당하고 또 염색이 잘 안되며 표면에 정전기가 축적되는 등의 단점이 있다.
흡습성이 큰 천연 섬유는 위생적이며 염색성이 좋을 뿐 아니라 정전기 방생이 적다[장점]. 반면, 흡습성이 작은 합성섬유는 세탁 후 빨리 건조되고, 구김이 생기지 않는 장점이 있으나 대전성이 심하고, 비위생적인 단점이 있어서,보통 천연 섬유와 혼방하여 사용한다. 참조어 수분율(水分率) 예문1.보온성과 흡습성이 좋은 섬유  예문2.홑이불이나 베개 등 직접 피부에 닿는 것은 흡습성이 강한 무명 제품이 좋다.

▶흡습하면 일반적으로 섬유는 탄성을 감소하고,가소성이 증대한다.다림질을 할 때에 급습하는 것도 섬유에 흡습시켜 섬유재료의 변형(구김을 주거나 편다)을 쉽게하기 위해서이다.

(1)흡습 기구-①저습도(저온)에서의 흡습은 섬유의 구성 성분중의 친수성의 기(친수성 원자단) 즉 수산기(-OH기),amino기(-NH₂기),carboxyl기(-COOH기)등과의 화학적 결합에 의한 고착수분이며,따라서 섬유내부에 미세한구멍(비결정 영역)이 많을 수록 또 섬유분자가 친수성의 기 즉 친수성 원자단(-OH기,-NH₂기,-COOH기)을 많이 가지고 있을수록 흡습성이 크다.[▶섬유를 만드는 화합물이 수산기, 아미노기, 카복설기와 같이 친수성 원자단을 가진 경우 섬유의 흡습성은 커지고 그렇지 않으면 흡습성이 작아진다. 물론 같은 화합물로 된 섬유라 하더라도 섬유 내부구조, 즉 결정성과 배향의 정도에 따라 흡습성이 달라진다.]②고습도(고온)에서의 흡습은 섬유조직중의 미세한 모세관에서의 물리적 응축(凝縮)에 의한 자유수분이라고 생각된다.

▶응축(凝縮):내표면의 물분자가 겹쳐서 점점 액상수를 형성하여 섬유내부의 비결정 부분에 확산함을 모세관 응축이라 한다.

▶친수성의 활성기를 불활성기로 대치하면 화학적 흡습이 감소한다.

  (아세테이트 셀룰로스 레이온이 그 예이다.)

(2)흡습의 제현상-흡습의 정도는 섬유의 종류,관계습도,온도 등에 의해서 다르다.섬유의 종류로서는 일반적으로 단백질섬유는 흡수성이 크며,다음에 셀룰로스 섬유가 크지만,재생 셀룰로스 섬유는 천연의 것보다 흡습성이 크다.재생 셀룰로스는 결정화도 적고,섬유내부에 가는 구멍이 많기 때문에 흡습성이 크며,합성섬유,반합성섬유 및 무기질 섬유는 일반적으로 흡습성이 적으며,전혀 흡습하지 않는 것도 많다.      

합성섬유에서 비교적 흡습하는 것은 나일론,비닐론이며,수분흡수 많은 섬유(흡습성이 큰 섬유)를 친수성(親水性)섬유[천연섬유.레이온 등], 흡습성이 적은 섬유를 소수성(疏水性)섬유[아세테이트,합성섬유 등]라고 한다.

♣투습성(透濕性,moisture/vapor permeability):  직물, 편물의 일부에 습기가 흡수되고 섬유를 통하여 다른 면으로 나가 외부로 방산되는 현상을 습기가 투과된다고 한다. 구체적으로는 인체의 표면에서 발산된 수분을 안면에서 겉면으로 투과시키는 움직임으로 친수성 섬유(천연섬유 및 레이온의 흡습성이 큰 것)는 투습성이 크며, 이것에 반하여 소수성 섬유(아세테이트 및 합성 섬유의 흡습성이 작은 것)는 투습성이 작아서 착용하고 있을 때 무덥고 불쾌한 느낌을 준다. 특히 속옷, 내복은 투습성이 큰 섬유로 만든 제품이 바람직하다. 합성 섬유 등의 투습성 불량제품의 경우에는 올이나 코를 크게 하여 통기성( 通氣性,air permeability )을 크게 해 그 결점을 보완처리 하기도 한다.

▶섬유는 대기중에서 수분을 흡수하는 성질을 가지고 있는데, 그 흡수율은 섬유의 종류에 따라 다르다. 섬유의 수분흡수는 건조 중량에 대한 흡수 수분량 즉 건량기준의 수분율(moisture regains)이나 총중량중의 수분량 즉 습량기준의 함수율(moisture content)로 표시되며, 의복 성능 중의 하나는 인체의 피부가 항상 건조하도록 수분을 흡수하는 것이며 섬유의 수분 흡수는 발열반응이므로 이 흡습성은 곧 열저장 장치와 같은 역할을 하여 급변하는 외부조건으로부터 인체를 보호하는 작용을 한다.섬유의 흡습성은 이와 같은 위생학적 견지에서 뿐만 아니라 방적 및 염색공장에서도 밀접한 관계를 가지고 있다.  

(3)흡습 및 방습곡선(hysteresis 곡선)

온도가 상승하면 같은 관계습도에서도 물분자 운동이 활발하게 되어,그 결과 흡착량이 적어진다.

♠흡습과 온도효과 비교표

섬 유 명	(실온) 20℃	(실온) 25℃
양모	17.6%	17.4%
생사	15.0	14.25
견사	13.35	12.7
미국면	9.5	9.35

또 일반적으로 같은 관계습도에서도 섬유를 그것보다 더 낮은 습도에서 흡착시킨 경우(옮긴 경우)와, 그의 역의 경우는 평평수분율(평형율,平衡率)이 다르며,이력 현상(履歷現象,hysteresis)이 생긴다.이것은 물분자가 섬유내에 들어갈 때는 쉽사리 들어가지만,나올 때는 매우 힘든다는 것을 뜻한다 

▶흡습성은 섬유가 공기 중의 수분을 흡수하는 성질을 말하며, 그 흡습 정도는 표준 상태(온도 20℃, 상대 습도 65%)에서 섬유가 흡수한 수분량을 건조시 섬유 무게에 대한 백분율로 나타낸 표준 수분율(%)로 나타내며 8~16%가 적당하다.섬유가 흡수하는 수분의 양은 섬유의 종류에 따라 상당한 차이가 있으며, 이것은 섬유를 구성하는 화합물의 친수성의 정도에 차이가 있기 때문이다. 섬유의 흡습성은 피복재료의 성질과 그 용도에 크게 영향을 준다. 수분율이 적은(흡습성이 작은)섬유로 만든 피복은 세탁 후 쉽게 마르고, 형체안정성도 대체로 좋아서 구김도 잘 생기지 않아서 다림질을 필요로 하지 않는 등 관리상 편리한 장점이 있는 반면, 흡습성, 투습성이 나빠서 위생상 좋지 못하며, 특히 계절용 피복재료(속옷이나 여름 옷감등)로서 부적당하고 또 염색이 잘 안되며(어렵고), 표면에 정전기가 축적(대전성이 커지는 것)되는 등의 단점이 있다.
흡습성이 큰 천연 섬유는 위생적이며 염색성이 좋을 뿐 아니라 정전기 방생이 적다[장점]. 반면, 흡습성이 작은 합성섬유는 세탁 후 빨리 건조되고, 구김이 생기지 않는 장점이 있으나 대전성이 심하고, 비위생적인 단점이 있어서,보통 천연 섬유와 혼방하여 사용한다. 참조어 수분율(水分率) 예문1.보온성과 흡습성이 좋은 섬유  예문2.홑이불이나 베개 등 직접 피부에 닿는 것은 흡습성이 강한 무명 제품이 좋다.

▶흡습하면 일반적으로 섬유는 탄성을 감소하고,가소성이 증대한다.다림질을 할 때에 급습하는 것도 섬유에 흡습시켜 섬유재료의 변형(구김을 주거나 편다)을 쉽게하기 위해서이다.

(4)흡습량 표시법-(공정)수분율<건량 기준>,함수율<습량 기준>

흡습량 표시법에는 건량기준(乾量基準)과 습량기준(濕量基準)이 있으며

다음과 같다. 

♣건량기준(乾量基準):(공정)수분율

▶수분율 R (moisture regains)(%)

=[(흡습중량-건조중량)          /건조중량]x100 (%)

=[(함유된 수분의 중량 )        /건조중량]x100 (%)

[W =표준상태에서의 시료의 무게=함유된 수분의 중량[=흡습중량]

Wo =건조 후의 시료의 무게=절대 건조 무게=            [=건조중량]

함유된 수분의 중량(W) = 흡습중량-건조중량(Wo),

흡습중량=건조중량(Wo)+함유된 수분의 중량(W)

▶수분율(regain,水分率):섬유 및 섬유제품의 상거래에 있어서, 일정한 비율(%)로 규정한 함유 수분량.공정수분율(公定水分率)이라고도 한다. 수분율이란 자연상태 이상으로 건조한 섬유(건조무수물)를 표준 온도·습도의 대기 속에 방치할 때, 자연히 흡수하는 수분량을 의미한다. 한국산업규격(KS)에서는, 온도 18∼22℃, 상대습도 63∼67%의 표준상태로 보존한 경우의 흡착 수분량을 백분율로 나타내어 수분율로 한다. 실제의 상거래에 있어서는, 무수량(無水量)에 대해 수분율에 상당하는 수분을 가산한 무게를 그 상품의 거래상의 무게로 한다. 출처:두산백과

▶ 공정수분율(公正水分率,regain of allowance or standard regain):

대기의 표준상태(온도20℃ ,습도 65% R.H) 수분율에 가까운 것이 채용되고 있다.

▶섬유나 실은 무게로 거래되므로 거래의 공정을 기하기 위하여 각 섬유에 포함되는 수분율을 공식으로 정한 것. 동의어 흡습성

▶섬유는 대체로 중량 거래를 하므로 ,공정수분율(公正水分率,regain of allowance or standard regain)을 정해 놓고 거래를 하게 되며,공정수분율은

▶RH(relative Humidity,상대습도):상대습도를 나타내는 말로 각 온도별로 포화흡수할 수 있는 수분 대비 현재의 수분을 백분율로 나타냄.

▶[잠업]생실의 함수량은 공기의 건조상태에 따라 변하므로 상거래때는 표준수분률이 정하여져 있음. 생실 및 고치의 공정수분율은 KS, ASTM, ISA 규정상 11%임.  출처 농촌진흥청

▶표준상태: 섬유의 수분측정은 대기의 온도20℃,관계 습도65%의 상태에서 측정한 값으로 나타내며 이 상태를 표준상태라고 한다. 

♣습량기준(濕量基準):함수율

▶함수율 C (moisture content) =[(흡습중량-건조중량)  /흡습중량]x100 (%)

                                       =[(함유된 수분의 중량 ) /흡습중량]x100 (%)

                                       =[W/(Wo+W)]x100 (%)] 

함유된 수분의 중량(W) = 흡습중량-건조중량(Wo),

흡습중량=건조중량(Wo)+함유된 수분의 중량(W)

▶Wo =건조 후의 시료의 무게(=건조중량) :건조기 안에서 105~110℃의 온도를 유지하면서 수분을 방출 이를 꺼내어 냉각기 내에서 냉각시켜 무게를 측정한다.건조 무게가 일정하게 될 때까지 연속적으로 반복하여 항량(恒量)이 되면 이 때의 무게를 건조 무게로 한다.[참고:직물 원료의 재질 판정

->화학적 방법->수분(水分)측정에 의한 감별법 ] 

▶함수율(含水率,moisture content) :재료에 포함된 수분량의 비율을 재료의 질량을 기준으로 나타낸 백분율;수분이 들어 있는 비율. 

일반적으로 수분율이 널리 사용되고 있다.

♣ 수분율(moisture regains) 과 함수율(moisture content)과의 관계

   수분율 R=100C/(100-C) (%)   

   함수율 C=100R/(100+R) (%)  

♣정량 또는 표준중량:수분율을 구하는 식에서 수분율 R (%)가 공정 수분율인 경우에는 이식의 흡습중량을 정량 또는 표준중량이라고 한다.

▶정량(표준중량,흡습중량W)=W'+(W'xR)/100

                                     =W'(1+R/100)

                                     [단,W' =건조중량(무수 중량), R=공정수분율]

♣ 혼용제품의 흡습율(공정 수분율,R):

3종의 섬유의 흡습율(공정수분율)을 Ra,Rb,Rc%라고 하고,그 혼용율을 A%,B%,C%[A섬유의 공정수분율Ra%,혼용율A%/B섬유의 공정수분율Rb%,혼용율B%/C섬유의 공정수분율Rc%,혼용율C%]라 하면,

▶혼용제품의 흡습율(평균 공정수분율, R)= [(A xRa)+(BxRb)+(CxRc)]/100 (%)

♣ 이력 현상(履歷現象,hysteresis) :어떤 물리량(物理量)이 현재의 물리 조건만으로는 결정되지 않고, 그 이전에 그 물질이경과해온 상태의 변화 과정에 의존하는 현상. 이것이 뚜렷하게 나타나는 것에는 강자성체(强磁性體)의 자화(磁化), 탄성의 변형 등이 있다. 유의어   히스테리시스(hysteresis)

▶섬유는 흡습과 방습이 같은 경로를 밟지 않으며,일반적으로 같은 관계습도에 있어서 흡습시의 수분율이 방습시의 수분율보다 적다.이것은 일단 흡습한 수분은 방습하기 어렵다는 것(물분자가 섬유내에 들어갈 때는 쉽사리 들어가지만 ,나올 때는 매우 힘든다는 것)을 뜻한다.이것을 이력 현상(履歷現象,hysteresis)이라 한다. 

 ♣흡수성(吸收性,absorptiveness):물이나 땀 등을 흡수하는 성질;식탁염이 습기를 흡수하는 것 같이 수분을 흡수하기 쉬운 것. 염화칼슘 또는 실리카겔 등의 물질은 쉽게 수분을 흡수하기 때문에 건조제로 사용됨.

▶흡수성은 피부와 접촉하는 쪽에서는 땀을 재빨리 통과시키고 외기와 접하는 쪽에서는 그 수분을 흡수해 단시간에 수분을 빨아내는 섬유의 특징이다.

예문1.면직물은 튼튼하여 빨래나 열에 잘 견디고 흡수성이 커서 위생적이므로 피부에 직접 닿는 옷감에 적당하다. 예문2.나일론은 흡수성이 적어 속옷감으로는 적당치 않다.

Ex)  섬유의 수분측정에 있어서 표준상태란? ☞ 20℃ ,65% R.H

Ex.   생명주실 9m의 무게가 15mg인 경우 14D이지만 절대 건조 상대까지 건조시켜 12mg으로 되었을 때 수분율은? ☞ 25% 

▶수분율(moisture regains)(%)

=[(흡습중량-건조중량)          /건조중량]x100 (%)

=[(함유된 수분의 중량 )        /건조중량]x100 (%)

=[(W-Wo)/Wo]x100 (%)] 

=[(15-12)/12]x100 (%)=25% 이다.

[W =표준상태에서의 시료의 무게=함유된 수분의 중량[=흡습중량]

Wo =건조 후의 시료의 무게=절대 건조 무게=            [=건조중량]

함유된 수분의 중량(W) = 흡습중량-건조중량(Wo),

흡습중량=건조중량(Wo)+함유된 수분의 중량(W)

Ex.   시료의 건조중량이 50g 함유된 수분의 중량이 4.5g 이면,  수분율은?

        ☞ 9 % 

▶수분율 R (moisture regains)(%)

=[(흡습중량-건조중량)          /건조중량]x100 (%)

=[(함유된 수분의 중량 )        /건조중량]x100 (%)

함유된 수분의 중량(W)=4.5g,  건조중량(Wo)=50g

수분율(R) =(W/Wo)x100 (%)] 

             =(4.5/50)x100 (%)=9(%) 이다.

Ex.   시료의 건조중량이 63g 함유된 수분의 중량이 7g 이면,  함수율은?

        ☞ 10% 

                                       =[(함유된 수분의 중량 ) /흡습중량]x100 (%)

                                       =[W/(Wo+W)]x100 (%)] 

                                       =[7/(63+7)]x100 ]=10% 이다.

함유된 수분의 중량(W) = 흡습중량-건조중량(Wo),

흡습중량=건조중량(Wo)+함유된 수분의 중량(W)

 ▶수분율 R =100C/(100-C) (%) (단,C:함수율 ) 

                =(100x20)/(100-20) =2000/80=25 즉 25%이다.

Ex.   어느 직물의 수분율이 30%일 때,그 직물의 함수율은? ☞ 23%

 ▶함수율 C=100R/(100+R) (%) (단,R:수분율 ) 

Ex.   원면 100g을 건조기(drying oven)에 넣어 무수량 상태가지 건조시켰다.이 때의 중량이 90g이면,이 면의 정량은? ☞ 97.65g

▶정량(표준중량,흡습중량W)=W'+(W'xR)/100

                                     =90(1+8.5/100)=97.65g

                                     [단,W' =건조중량(무수 중량), R=공정수분율]

                                     (이때 면의 공정수분율 R=8.5)

               =(100 x30)/(100+30)=3000/130≒23% 즉 23%이다.

Ex.   어느 직물의 함수율이 20%일 때,그 직물의 수분율은? ☞ 25%

Ex.  면 50%,폴리에스터 50%로 된 혼방사의 평균 공정수분율은?☞4.45% 

▶함수율 C (moisture content) =[(흡습중량-건조중량)  /흡습중량]x100 (%)

▶흡습율(평균 공정수분율, R)= [(A xRa)+(BxRb)]1/100

                                     =(50x8.5+50x 0.4)x1/100=4.45% 

Ex.   다음 사항중 나일론이 속옷으로 부적당한 이유는?  ☞ ③

①비중이 가볍기 때문               ②흡습성이 좋기

③흡습성이 좋지 않기 때문         ④보온성이 크기 때문

▶나일론은 흡습성이 적어(공정 수분율 4.5%),체내에서 발산하는 땀을 흡수하지 못하고,또 정전기 발생 등의 단점을 동반하고 있어 내복류로는 부적당하다. 

Ex.   섬유의 흡습성에 대한 설명중 옳지 않은  것은?  

        ☞① (▶탄성을 감소하고,가소성이 증대한다.)

①섬유는 흡습하면 탄성이 증가하고 가소성이 감소한다.

②섬유는 흡습하면 열을 발생하며 방습시는 열을 흡수한다.

③섬유는 흡습(吸濕)과 방습(防濕)이 같은 경로를 밟지 않고 이력 현상(履歷現象,hysteresis)을 나타낸다.

④섬유가 흡습하는 것은 물분자의 화학적인 결합과 미세모관(微細毛管)이나,표면에 응축함에  의한 것이다.