직물 기초: 복합재 제조를 위한 직조 패브릭 이해하기

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복합재 제조에서 둘 이상의 섬유 방향이 필요할 때, 0도와 90도 섬유 방향을 결합한 직물이 유용하다.

직조 패브릭의 기본 원리

직조 패브릭은 워프(0도) 섬유와 웨프트(90도) 섬유가 규칙적인 패턴이나 직조 스타일로 교차하여 생산된다. 패브릭의 무결성은 섬유의 기계적 맞물림으로 유지된다. 드레이프(복잡한 표면에 순응하는 능력), 표면 평활도, 안정성은 주로 직조 스타일에 의해 제어된다. 일반적인 직조 스타일은 다음과 같다.

평직(Plain Weave)

각 워프 섬유가 각 웨프트 섬유 아래로, 위로 번갈아 지나간다. 패브릭은 대칭적이며 안정성이 좋고 적절한 다공성을 가진다. 그러나 드레이프가 가장 어렵고, 높은 섬유 크림프(crimp)로 다른 직조 스타일 대비 상대적으로 낮은 기계적 특성을 보인다. 큰 섬유(고텍스)에서는 과도한 크림프로 인해 중량 패브릭에 잘 쓰이지 않는다.

능직(Twill Weave)

하나 이상의 워프 섬유가 둘 이상의 웨프트 섬유 위로, 아래로 규칙적으로 반복 교차한다. 직선 또는 끊어진 대각선 '립(rib)' 시각 효과를 낸다. 평직 대비 우수한 웨트아웃(wet-out)과 드레이프를 보이며 안정성은 약간만 감소한다. 크림프 감소로 표면이 더 매끄럽고 기계적 특성도 약간 높다.

새틴직(Satin Weave)

워프와 웨프트 교차점을 줄여 변형시킨 능직이다. '하네스(harness)' 번호(보통 4, 5, 8)는 패턴 반복 전 교차하고 지나가는 총 섬유 수다. '크로우풋(crowsfoot)' 직조는 반복 패턴의 스태거가 다른 새틴직 변형이다. 새틴직은 매우 평탄하고 웨트아웃이 좋으며 드레이프도가 높다. 낮은 크림프로 기계적 특성이 우수하다. 섬유를 최단 거리로 직조해 촘촘한 '타이트'한 직조 생산 가능. 그러나 낮은 안정성과 비대칭성은 고려해야 한다. 비대칭으로 한 면은 워프 방향, 다른 면은 웨프트 방향 섬유가 우세하다. 다중 레이어 적층 시 이 비대칭 효과로 부품에 응력이 생기지 않도록 주의해야 한다.

바스켓직(Basket Weave)

평직과 본질적으로 같으나 두 개 이상의 워프 섬유가 두 개 이상의 웨프트 섬유와 번갈아 교차한다. 2워프×2웨프트는 2×2 바스켓으로 표기하지만 대칭일 필요는 없어 8×2, 5×4 등도 가능하다. 평직보다 평탄하고 크림프가 적어 강하지만 안정성은 낮다. 두꺼운(고텍스) 섬유로 만든 중량 패브릭에 사용하여 과도한 크림핑을 피해야 한다.

레노직(Leno Weave)

낮은 섬유 수의 '오픈(open)' 패브릭 안정성을 개선한다. 인접 워프 섬유가 연속 웨프트 섬유 주위로 꼬여 나선 쌍을 형성, 각 웨프트를 효과적으로 '잠금'한다. 레노직 단독 사용 시 개방성이 높아 효과적인 복합재 부품 생산이 어려워 보통 다른 직조 스타일과 병용한다.

목 레노직(Mock Leno Weave)

평직 변형으로 간헐적 워프 섬유가 규칙적 간격(보통 몇 섬유 간격)으로 일반적인 번갈아 교차 패턴에서 벗어나 둘 이상의 섬유와 교차한다. 웨프트 방향에서도 유사 빈도로 발생. 전체적으로 두께 증가, 거친 표면, 추가 다공성 효과를 낸다.

직조 유리사 패브릭 vs. 직조 로빙(Woven Rovings)

사(yarn) 기반 패브릭은 일반적으로 단위 중량당 더 높은 강도를 내며, 더 가늘어 사용 가능한 중량 범위의 가벼운 쪽 패브릭 생산에 적합. 직조 로빙은 생산 비용이 낮고 웨트아웃이 더 효과적이다. 그러나 무거운 텍스로만 제공되어 중량~중후반 범위 패브릭만 생산 가능하므로 두꺼운 헤비 라미네이트에 더 적합하다.