공기주입형 무봉제 웰딩 스마트웨어 개발

Abstract

The purpose of this study is to develop air packing welding smartwear. For the purpose, the researcher analyzed characteristic of existing product, developed welding technology and applied inner wear of smartwear. In addition, the researcher developed the electronic device that senses and displays the temperature of external environment and packs air automatically and inserted the device into outer wear of smartwear. The function test of developed air packed welding smartwear was performed by applying the clothing combined with US military uniform to thermal mannequin, which was set by the temperature of human body, under the climatic chamber of -10℃ and analyzing thermal insulation of air packed inner wear by welding design. 1. Analysis on Characteristic of Existing Product From the result of analyzing DSC and SEM, it was analyzed that welding cloth was a permeable and waterproofed fabric, in which polyester knit was applied to outer fabric and right side and wrong side of inner layer. In addition, it was assumed that welding film was a hot melt adhesive of polyurathane series. When considering the surface characteristic of welding fabric, knit was adhered to rears of outer layer and inner layer as well as their surfaces. The welding thickness of existing product showed even distribution as 250±7.8μm. For welding type, it was found that welding film was perfectly molten and adhered on PTFE laminating film of outer fabric and inner fabric. For existing product, it was analyzed that the air pressure in air packing was about 2 and air volume at that time was about 3,147±0.08. 2. Development of Welding Technology Welding technology shall be developed in advance for manufacturing air packing inner wear. For the purpose, the researcher searched for the facility that could substitute high-cost welding machine. The researcher developed the welding technology that could pack air by selecting the welding film with an optimal function after collecting 19 kinds of domestic and overseas welding films. The researcher surveyed the SEM analysis result in the part that was welded to DSC curve by each of welding film in order to select the welding film with an optimal function. The researcher analyzed the bending property, pressing thickness and tensile strength of sample and tensile strength & elongation of welding seam and performed statistical analysis on the result with BIBD (Balanced Incomplete Block Design) method. The analysis result showed that D-121-100 was a welding film with an optimal function. 3. Development of Air Packing Welded Thermal Insulated Inner Wear The researcher gasped size contraction ratio, thickness and air volume when packing air in the unit area by classifying welding motif into bar, dot and ring type and subdividing the interval between motifs into 1cm, 2cm, 3cm and 4cm. The researcher considered the size contraction ratio by air packing motif, When motif was bar type, the contraction in the width direction was 71.51~83.91%. When motif was dot type, the contraction phase in the length direction was similar to that in the width direction. In addition, it showed a trend that contraction ratio decreased as the interval between dots was reduced with 90% in 1cm interval in the length and width direction, 85% in 2cm interval and 82% in both of 3cm and 4cm interval. The researcher measured the thickness of welding motif when maximum air volume was packed. The result showed that in case of sample, whose motif was welded by bar type, when motif intervals were 1cm and 2cm, the thicknesses were similar as 0.53cm~1.18cm and when motif intervals were 3cm and 4cm, the thicknesses were similar as 2.1cm~ 2.72cm. In case of sample, whose motif was welded by dot type, as motif interval between dots increased, the thickness increased gradually in air packing. The measurement of maximum air volume by welding motif showed various distributions from minimum 744 to maximum 3,687. 4. Development of Auto Air Packing Device The technology of other research field was applied to auto air packing device. It was developed in the way that display unit could show environmental temperature in real time and two buttons of control unit could set different air volume through 2 steps. The initially developed air packing device was unified type. It was developed by unifying driving unit, power supply unit and circuit board for control. However, there was a problem that the weight of device was leant to one side of clothing in the process to insert device into clothing. In the secondly developed air packing device, therefore, the researcher inserted device into clothing after separating outside temperature display unit and air packing control unit from relatively heavy, voluminous air packing pump in order to make device light and disperse weight. 5. Remodeling of Outer Wear of Air Packing Welded Smartwear The outer wear of air packing welded smartwear was designed not to give a feeling of embedded electronic devices in order to unify air packing inner wear and auto air packing device. Moreover, it was designed to attach pocket with transparent plates to sleeves of all jackets and insert electronic devices and air packing inner wears to the insides of jackets through the easy remodeling method making holes with eyelets. The researcher purchased permeable and waterproofed jacket of US army and embedded air packing device in the way that it did not disturb human's motion and allowed convenient operation in order to evaluate thermal insulation with standardized clothing and explain thermal insulation clearly. 6. Evaluation of Thermal Insulation of Air Packing Welded Smartwear The researcher analyzed thermal insulation of air packing inner wear by each welding motif by applying the clothing combined with US military uniform to thermal mannequin under the climatic chamber of -10℃ in order to evaluate thermal insulation of air packing welding smartwear. The result showed that the thermal insulation ranged from minimum 1.481 to maximum 1.541 and when comparing it by interval of same motif, the thermal insulation of bar type was better than dot type. When comparing air volume by welding motif, it was found that the thermal insulation of bar type motif was better than dot type although its air volume was lower than dot type. Especially, for 4cm ring, the thermal insulation was the best like 4cm bar. When comparing air volume, 4cm dot was 3,687, 4cm bar was 3,340 and 4cm ring was 2,190. Although air volume of 4cm ring was 59% of 4cm dot and 66% of 4cm Bar respectively, it showed the best thermal insulation.;본 연구는 보온을 목적으로 하는 공기주입형 무봉제 웰딩 스마트웨어를 개발하기 위하여 기존제품의 구조적 특징을 면밀하게 분석하고, 공기주입이 가능한 무봉제 웰딩기술을 개발하여 그 기술을 스마트웨어의 내피에 적용시켰다. 그리고 외기 환경온도를 감지하여 이를 디스플레이해주고, 자동 공기 주입이 가능한 공기주입 장치를 개발하여 스마트웨어의 외피에 삽입하였다. 개발된 공기주입형 스마트웨어의 성능평가는 -10℃의 인공기후실에서 인체의 체표온도로 세팅된 써멀마네킹에 미군복 및 기타 착의조합을 착용시켜, 공기주입형 내피의 웰딩도안별 보온력을 비교분석하는 방법으로 이루어졌다. 1. 기존제품의 구조적 특성분석 DSC와 SEM 분석결과, 웰딩원단 Outer Fabric과 Inner Fabric의 표면과 이면에 폴리에스터 니트가 붙어있는 투습방수포인 것으로 분석되었으며, 웰딩필름은 폴리우레탄계의 Hot Melt Adhesive인 것으로 추정되었다. 웰딩원단의 표면특성을 살펴보면, Outer Fabric과 Inner Fabric 모두 표면 뿐 아니라 이면에도 니트가 접착되어 있었다. 기존제품의 웰딩두께는 250±7.8μm정도로 균일한 분포를 보였으며, 웰딩양상은 Outer Fabric과 Inner Fabric의 PTFE 라미네이팅 필름을 경계로 완전하게 웰딩필름이 녹아서 접착되어있는 것을 확인할 수 있었다. 기존제품의 공기주입시 공기압은 약 2kPa 수준인 것으로 나타났으며, 그 때의 공기주입량은 3,147±0.08 인 것으로 분석되었다. 2. 웰딩기술 개발 공기주입형 보온내피 제작하기위해 웰딩기술을 개발이 선행되어야 했었다. 이를 위해 고가의 웰딩기계를 대체할 설비를 모색하였으며, 국산과 외산 웰딩필름 10종을 수집하여 최적의 성능을 지닌 웰딩필름을 선정함으로서 공기주입이 가능한 웰딩기술을 개발하였다. 최적 성능을 지닌 웰딩필름을 선정하기 위해 사양별 웰딩필름에 대한 DSC Curve와 웰딩부위의 SEM 분석결과를 살펴보았으며, 웰딩폭 3mm와 5mm로 웰딩하여 굽힘특성, 압축두께, 인장성, 웰딩 Seam의 인장강신도를 실험하여 그 결과를 BIBD (Balanced Incomplete Block Design)법으로 통계분석하였다. 분석결과, 웰딩필름 D-121-100이 최적 성능을 지닌 것으로 판정되었다. 3. 공기주입형 웰딩 보온내피의 개발 공기주입 웰딩도안을 Bar, Dot, Box으로 구분하고 각 모티프 간 간격을 1cm, 2cm, 3cm, 4cm로 세분화하여, 단위면적에 대한 공기주입시 사이즈 수축율과 두께 그리고 공기주입량을 파악하였다. 각 공기주입 모티프 도안별 사이즈 수축율을 살펴보면, 모티프가 Bar인 시료의 경우 길이방향의 수축이 거의 일어나지 않은 반면, 폭방향의 수축은 71.51~83.91%로 일어났으며, Dot 형식으로 만들어진 시료에서는 길이방향의 수축과 폭방향의 수축양상이 비슷하였으며 길이방향과 폭방향 모두 1cm 간격에서는 약 90%, 2cm 간격에서는 약 85%, 3cm 간격과 4cm 간격에서는 거의 82% 수준로 점차적으로 Dot의 간격이 좁을수록 수축율도 줄어드는 양상을 보였다. 웰딩 도안별 최대 공기주입시 웰딩도안의 두께를 측정한 결과, 모티프가 Bar형으로 웰딩된 시료의 경우에는 모티프 간격이 1cm와 2cm일 때 공기주입시 분석시료의 두께가 0.53~1.18cm 수준으로 비슷하게 나타났으며, 모티프의 간격이 3cm와 4cm 일 때의 두께는 2.10cm~2.72cm로 비슷한 양상을 나타났다. 모티프가 Dot인 시료의 경우에는 Dot의 모티프 간격이 넓어질수록 점차적으로 공기주입시 두께가 두꺼워졌다. 웰딩 모티프의 도안별 최대 공기주입량을 측정한 결과, 최소 744에서 최대 3,687에 이르기까지 다양한 분포를 보였다. 4. 자동 공기주입 장치의 개발 자동 공기주입 장치는 타 연구분야의 기술융합을 시도한 부분으로 장치의 디스플레이에서는 실시간으로 환경온도를 나타내주고, 제어부에 있는 두개의 버튼으로는 공기 주입량을 2단계로 달리하여 세팅할 수 있도록 개발하였다. 1차로 개발된 공기주입기는 일체형으로 구동부와 전원공급장치 그리고 제어용 회로기판을 하나의 장치로 모아서 개발하였으나 장치를 의복에 삽입하는 과정에서 장치의 중량이 의복의 한쪽으로 치우쳐서 배치되는 문제가 발생하였다. 따라서 이를 해결하기 위해 2차로 개발된 공기주입기는 장치를 경량화하고 무게를 분산하여 의복에 삽입할 수 있도록 외기온도 디스플레이부와 공기주입 제어부를 비교적 무겁고 부피가 큰 공기주입 펌프와 분리해서 개발하여 의복에 삽입시켰다. 5. 공기주입형 웰딩 스마트웨어의 외피 개조 공기주입형 내피와 자동 공기주입장치 그리고 이들을 통합 할 수 있도록 공기주입형 웰딩 스마트웨어 외피는 전자장치들이 내장되어있는 것이 가능한 느껴지지 않도록 설계하였다. 뿐만 아니라 어느 종류의 재킷이라고 할지라도 소매에는 투명판이 달린 주머니를 만들어 붙이고, 재킷 안쪽에는 아일릿으로 구멍을 뚫는 손쉬운 개조를 통해 전자장치와 공기주입형 보온내피를 삽입하여 착의할 수 있도록 설계하였다. 본 연구에서는 규격화된 의복으로 보온력을 평가하여 보온력에 대한 설명을 명료하게 표현하기 위해 미군 투습방수재킷을 구매하여 인체동작을 방해하지 않으면서 조작이 편리하도록, 공기주입기를 내장시켰다. 6. 공기주입형 웰딩 스마트웨어의 보온성 평가 공기주입형 웰딩 스마트웨어의 보온력을 평가하기위해, -10℃의 인공기후조건에서 써멀마네킨에 미군복 착의조합을 착의시키고 공기주입형 보온내피의 웰딩도안별 보온력을 분석하였다. 그 결과, 보온력은 최소 1.481에서 최대1.541까지 분포하고 있었으며, 동일한 모티프의 간격끼리 비교하였을 때 Dot형의 보온내피 보다는 Bar 형의 경우가 조금씩 더 보온력이 좋은 것으로 나타났다. 공기주입량과 비교하였을 때에도 웰딩도안별 공기주입량과 비교하여 보았을 때, 웰딩도안의 모티프가 Bar인 경우에는 Dot인 경우보다 공기주입량이 상대적으로 더 작으면서도 보온력이 높은 것을 알 수 있었다. 특히 4cm Box의 경우, 4cm Bar와 같이 보온력이 가장 높게 나타났음에도 불구하고 공기주입량을 비교해보았을 때, 4cm Dot가 3,687, 4cm Bar는 3,340, 4cm Box는 2,190로 4cm Box 공기주입량이 4cm Dot의 59%이며, 4cm Bar의 66% 밖에 되지 않음에도 불구하고 최고 수준의 보온력을 나타내었다.