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방적
방적(紡績, spinning)이란 섬유에서 실을 뽑아내는 일이다. 직물 제조에 있어 가장 중요한 과정 중 하나로, 방적과 직조를 통틀어 방직이라 한다.
목차
개요
방적은 천연섬유 ·합성섬유로 만든 스테이플 섬유(단섬유) 등의 짧은 섬유를 조작하여 적당한 굵기의 기다란 실을 만드는 일이다.
원시적인 방적법은 방추(紡錘)를 쓰지 않고 두 손으로 섬유다발을 적당한 굵기로 잡아 늘이고 두 손바닥으로 비벼 꼬아서 실을 만드는 것이었다. 그 후에는 섬유를 일단 굵은 고치(sliver)로 만들어 방추를 써서 연속적으로 늘여가며, 방추를 돌려 꼬임을 주어 실을 만든 다음에, 적당한 물건에 실을 감아 꾸리를 만들었다. 이런 방적법은 점점 발달되어 물레[紡車]에 의한 방적이 등장하게 되었는데, 이것은 인도에서 기원된 것으로 알려져 있다. 한국에서는 고려 공민왕 때 문익점(文益漸)이 원(元)나라에 사신으로 갔다가 목화씨를 가져와 면사의 방적이 시작되었다. 그 방법은 수공업으로 근래까지 전래되었는데 목화씨를 빼는 데는 씨아[攪車]를, 솜을 타는 데는 활을 사용한다. 다음에 솜을 비벼서 짤막한 고치를 만든 다음, 물레로 가늘게 늘리면서 꼬아 꾸리에 감는다.
물레를 쓰는 방적법은 7세기에 유럽으로 전해졌는데, 초기의 물레는 실을 꼬는 동작과 실을 감는 동작이 분리되어 있었다. 그 후에는 꼬임을 주는 것과 실을 감는 것을 동시에 하는 방법이 고안되었다. 이 방법은 가락[錘:spindle]에 플라이어(flyer)라고 하는 팔 모양의 것을 달고, 가락에는 실을 감는 목관을 끼워서, 가락과 목관의 회전속도를 다르게 하여 꼬임과 감기를 동시에 하는 것인데, 본시 발명은 1500년경 레오나르도 다 빈치가 하였다는 설이 있다. 유럽에서는 그 원리에 따른 색스니 물레라는 방법으로 널리 보급되었다. 18세기의 산업혁명 직전에, 영국에서는 직물의 수요가 점점 커짐에 따라 수공업에서 기계화 방적으로 발달하였다.
1738년 J.와이엇, L.폴은 회전속도가 다른 여러 쌍의 롤러를 이용하여 연신작용을 하는 롤러 방적기를 발명하였으며, 1767년에는 J.하그리브스가 수동이기는 하지만 혼자서 비교적 많은 가락을 돌릴 수 있는, 제니 방적기를 발명하였다. 1768년에는 R.아크라이트가 수차식방적기(水車式紡績機)인 워터프레임(water frame)을 발명하였는데, 이것은 수력(水力)을 동력으로 하고, 롤러드래프트 방식을 이용한 자동방적기계였다. 1779년에는 S.크럼프턴이 뮬방적기(mule spinning machine)를 발명하였는데, 롤러드래프트법과 제니 방적기의 특징을 살린 것으로, 오늘날의 뮬 정방기와 같은 구조 원리로 된 것이다. 그러나 이 방적기는 그 동작이 연속적이 아니고 간단적(間斷的)이어서 생산능률은 연속적인 워터프레임에 미치지 못하였다. 그 후 증기기관이 동력으로 쓰이게 되고, 1797년 N.스노드그라스에 의한 타면기(打綿機) 발명 등으로 기계화가 진전되어, 1825년 영국의 R.로버츠가 완전자동화된 뮬정방기를 발명하였다. 1828년에는 미국의 J.소프가 캡정방기를 발명하였고, 1930년에는 미국의 젠크스가 플라이어 대신 원형의 루프(loop)를 이용한 링정방기를 발명함으로써 오늘날의 여러 가지 형식의 방적기가 나오게 되었다.
역사
방적의 기원은 상당히 오래되며 그 발명, 발견, 개량 등은 유사 이전의 것이 많은데 오늘날 보여지는 벽화와 조각들에서는 그 상황을 잘 상상할 수 있다. 처음에는 식물의 덩굴, 짐승가죽 등을 몸에 걸쳤던 인류는, BC 5000년 무렵 나무껍질을 찢어서 엮는 것을 익혀 거적모양의 것을 만들게 되었다. 그 중에는 꼰 것도 있었는데, 곧 식물로부터 섬유를 취하고 짐승의 털을 깎아내어 실을 만들어, 직물을 만들 수 있게 되었다. 이것은 원시기기의 고안과 서로 호응되고 있다. 발견된 직물로는 마·견이 있다. 그후의 방적 기술의 발달은 인류 생활의 기술적 면에서의 중요한 요소가 되며 후세에 대해 귀중한 사회적 유산을 남기고 있다. 그 발달 과정을 보면 1) 물레를 사용하지 않고 손으로 한 것, 2) 잡는 물레에 의한 것, 3) 굴리는 물레에 의한 것, 4) 매달린 물레에 의한 것, 5) 방차(紡車)에 의한 것, 6) 삭소니 방차에 의한 것(1930년), 7) 제니 방기(1767년), 8) 워터프레임에 의한 방적(1769년 영국인 R. Arkwright, 및 1737년 L. Paul & J. Wyatt의 롤러 드래프트 원리의 발명), 9) 핸드뮬에 의한 방적(1779년 S. Crompton)순으로 발전해 온 것이다. 1800년 이후부터 오늘날의 방적 형태가 갖추어졌다.
원시적 방적
처음에는 도구를 이용하지 않고 손 또는 손과 몸의 다른 부분 사이에서 섬유뭉치로부터 끌어낸 섬유다발을 회전시켜 꼬아 실을 만든 것이 확실하다. 아마도 뽑은 실을 막대에 감고 이 막대(물레의 가락；紡錘)를 회전시켜 꼬는 것을 생각, 가락바퀴[紡錘車(방추차)]를 사용하게 되었다고 짐작된다. 가락바퀴는 팽이의 축을 길게 한 것과 같은 것으로, 막대에 플라이휠(fly wheel)이 장치되어 있다. 서아시아·이집트에서는 BC 4000∼BC 3000년 무렵의 가락바퀴가 발견되고 있다. 실을 만드는 데에는 섬유다발을 일정한 방법으로 막대에 고정시키고, 잡아늘이면서 회전시켜 꼰다. 다음에 만들어진 실을 막대에 감고 이후 이것을 반복하면 되는데, 미리 손으로 가볍게 꼬아서 조사를 만들어놓는 방법, 원료를 잘 빗질하여 술모양으로 해서 직접 가락바퀴로 실을 만드는 방법 등이 있다. 가락의 회전방법은 지면에서 굴리거나, 지면에 비스듬하게 하여 윗부분을 돌 등의 위에 놓고 회전시키거나 섬유다발에 매달아 회전시키는 등 여러 가지가 있다.
물레에 의한 방적
물레는 인도에서 발명되어 중세에는 유럽에도 보급되었다고 짐작된다.
- 옛날 물레
가락의 축과 비교적 큰 도르래 사이에 끈을 걸고 도르래를 손으로 돌려 가락을 회전시키는 것으로, 실을 만드는 원리는 가락바퀴와 같다. 가락의 축방향으로 실을 잡아당기면서 꼰 뒤, 실을 축과 직각이 되게 하여 감는다.
- 플라이어부속물레
1480년 무렵 그려진 그림 등에서 볼 수 있으며, 가연원리는 현재의 플라이어정방기와 같다. 색스니물레에서는 제자리걸음으로 도르래를 회전시킨다. 조사를 중공(中空)의 가락 앞끝으로 넣어 구멍에서 밖으로 꺼내고, 플라이어의 팔에 장치한 핀(돌기)을 통과시켜 보빈(bobbin；실감개)에 감는다. 보빈을 회전시키고 플라이어는 실로 잡아당겨서 회전시키는 것과, 보빈과 플라이어를 독립적으로 회전시키는 것이 있다. 플라이어의 회전으로 꼬이며 보빈과 플라이어 회전수의 차이로 실이 감긴다. 이 방법은 16∼18세기까지 널리 이용되었다. 또 이 물레와는 반대방향으로 실을 이동시키는 현재의 이탈리아 연사기와 비슷한 견용(絹用)의 연사기도 14∼15세기의 문서나 스케치에서 볼 수 있다. 모방적의 준비공정에서는, 23㎝×15㎝ 정도의 판에 여러 개의 바늘을 단 소모기(梳毛機)·빗·활의 현(현의 진동으로 섬유를 분리) 등이 이용되었다. 빗은 현재의 소모형, 활의 현은 방모형의 실을 만들었다.
산업혁명 전후의 방적
1700년대 산업혁명 이전의 유럽에서는, 수공도구에 의존하는 공장시스템이 갖추어져 섬유산업의 번영은 곧 국력의 기초를 나타내었다. 1733년 J. 게이가 발명한 직기의 날북장치는 씨실을 박아넣는 능률을 비약적으로 증대시켰는데, 이를 계기로 방직법의 연구도 활발히 진행되었다. 1738년 J. 와이어트가 고안한 롤러드래프트의 특허를 L. 폴이 취득하였고, 1764년에는 J. 하그리브스가 플라이어가 없는 물레를 개량, 많은 가락을 한 사람이 돌릴 수 있는 제니방적기를 발명하였다. 이 기기는 수동식으로 조사파지부(把持部)를 후퇴시켜 조사를 잡아늘리면서 꼬는 것인데, 당시 노동자들이 실업을 두려워하여 발명자를 박해한 사실로도 유명하다. 그러나 날실용 면사에는 적합하지 않았다. R. 아크라이트는 1769년 와이어트의 롤러드래프트와 플라이어부속물레를 조합하여 수력(水力)으로 자동적으로 방적할 수 있는 수력방적기를 발명하였다. 이 기기의 원리는 오늘날의 플라이어정방기와 같은데, 생산성이 높고 날실용 면사에도 적합하였다. 또 1748년 폴 및 D. 본은 각각 카드(소모기)와 유사한 장치를 발명하였다. 79녀 S. 크럼프턴은 제니방적기를 개량한 것에 롤러드래프트법을 도입한 기기를 발명하고, 여기에 뮬이라는 이름을 붙였다. 이 뮬정방기에서 1대의 가락수가 비약적으로 증대되고 실의 품질도 향상되었다. 뮬은 1825년 R. 로버츠에 의해 자동화되고 증기기관도 도입되어, 도시에서는, 기기로 구성된 공장이 출현하였다. 이 밖에 1775∼1785년 아크라이트·카드·연조기·조방기를 고안하였고, 1797년에는 N. 스노드그라스가 타면기(打綿機)를 발명하였다. 1828∼1832년 미국에서 캡(cap) 정방기·링정방기가 발명되고 각종 기기의 개량이 이루어져, 19세기 중엽에는 거의 오늘날과 같은 방적기기의 원형이 이루어졌다.
20세기의 방적
주로 미국에서 고속화·자동화·라지패키지화가 진척되었는데, 화학섬유용의 독특한 기계 이외에는 원리적으로 새로운 것이 만들어지지 않았다. 그러나 1967년 체코슬로바키아에서 새로운 가연방식의 오픈엔드정방기(공기정방기)가 개발된 이후 결속방적 등의 혁신적인 방적법이 개발되고 있다.
원리
방적의 원리는 섬유의 배열조작(操作), 드래프트(draft)조작, 가연(加撚, 꼼)조작의 연속 또는 반복이라고 말할 수 있다.
1) 원료 섬유를 방적에 적당한 상태로 만든다(준비 공정).
2) 적당하게 가늘게 될 때까지 잡아늘린다(전방 공정). 이 중에는 얽혀져 있는 섬유를 풀고 가능한 한 가지런한 상태로 고르는 조작, 즉 카딩(英 carding)이 포함되어 있다.
3) 꼬임으로써 섬유를 압박하여 섬유 상호간의 포합력을 발생시켜 실로 만든다(정방).
4) 만들어진 실을 뒤얽히지 않도록 막대 모양 또는 공 모양의 것에 감는다(말아 감기) 등의 4공정으로 이루어져 있다.
방적법
섬유의 특징에 따라 각종의 방적법이 고안되어 있다.
- ① 섬유의 길이에 따른 분류: 단섬유방적(섬유길이 약 50㎜ 이하), 장섬유방적(섬유길이 약 50㎜ 이상)
- ② 원료에 따른 분류: 면방적 및 낙면방적(落綿紡績), 모방적(소모방적·방모방적), 견방적(장면방적·단면방적·명주실방적), 마방적(아마방적·저마방적·황마방적 등), 화학섬유방적(면방식·모방식·직방식·토방적) 등이다.
방적법에 있어서 단섬유·장섬유의 구별은 명확하지 않으며, 면과 같은 양식의 방적법을 갖는 경우가 단섬유방적, 소모와 같은 양식인 경우가 장섬유방적이다. 견의 단면방적에서는 70㎜ 정도인 섬유도 포함된다. 방적공정에서 단섬유의 제거라 하면 평균보다 매우 짧은 섬유를 제거하는 것이다. 또 실에는 방적사와 매우 긴 섬유를 잡아끌어 가지런히 정돈한 필라멘트사가 있는데, 필라멘트사로 만든 직물을 모두 장섬유직물이라 한다. 여기에서 장섬유란 필라멘트사를 가리킨다. 필라멘트사를 만드는 제사(製絲, 견)·방사(紡絲, 화학섬유) 등은 방적에 포함되지 않는다. 섬유의 방적성이란 섬유가 방적원료로 사용되는 데에 있어 갖추어야 할 필요충분조건을 말한다. 즉 섬유가 가지런히 배열되고 드래프트되어 꼬아지기 위해서는 소정의 섬유길이를 가져야 하고 표면마찰계수가 커야 하며, 또 섬유가 실로 만들어지기 위해서는 단섬유의 굵기가 일정 범위 내의 값을 가져야 한다. 이 밖에도 섬유길이, 분포의 균일도, 단섬유의 강신도(强伸度) 등이 있다.
방적의 주요 조작
- 불순물의 제거
씨·줄기·가지·토사 등은 기계적 방법으로 제거하고, 양모의 유지방분이나 마의 펙틴질, 견의 세리신 등은 온탕·약품 등을 사용하여 제련한다.
- 개섬(開纖)
찢고 두드리고 빗질하는 등의 수단으로 엉킨 섬유뭉치를 풀어 헤친다. 불순물의 제거도 겸한다.
- 카딩(carding；梳綿)
섬유를 톱니모양의 금속제철(metallic wire)이 감긴 큰 실린더 표면에 공급해서 그 위에 장치된 롤러 표면의 톱니모양의 칼끝 또는 캐터필러모양으로 연결된 플랫(flat)에 고정시킨 침포(針布)로 빗질하여, 섬유를 한 올씩 분리하면서 평행하게 편다. 실린더 표면에 뜬 단섬유는 플랫에 흡착되어 나와 출구에서 청소, 제거된다.
- 제조(製條)
끈모양의 연속된 슬라이버를 만든다.
- 코밍(combing；精梳綿)
빗으로 머리를 빗는 것과 같이 침포로 섬유를 빗질하여 완전히 평행하게 펴고, 단섬유·네프(nep；섬유의 작은 덩어리)·잡물을 제거한다. 슬라이버 속에 단섬유가 남아 있으면 나중에 드래프트공정에서 얼룩이 생기기 쉬우므로, 네프·잡물의 존재는 실의 품질을 저하시키는 요인이 된다.
- 더블링(doubling)
슬라이버를 균일하게 하기 위해 여러 개의 슬라이버를 함께 잡아늘여서 원래 굵기와 같은 정도의 슬라이버를 만든다.
- 드래프트
슬라이버 이외의 섬유다발을 아래·위 1쌍의 롤러 사이로 지나게 하여 가늘게 하는 것이다. 처음의 롤러 표면속도(공급섬유의 속도)를 , 나중의 롤러 표면속도(출구에서의 섬유속도)를 라 할 때 /를 드래프트비 또는 간단히 드래프트라고 한다. 이 드래프트과정은 섬유 앞끝의 만곡(hook)을 똑바로 펴서 섬유를 평행화하는 작용이 있다.
- 가연
슬라이버를 꼬아서 섬유 사이의 압력을 높여 마찰력을 크게 하고 조사(粗絲；로빙이라고도 한다), 또는 실의 강도를 높인다.
- 수납(收納)·권취(卷取)·반송(搬送)
나중의 공정인 만큼 슬라이버는 가늘어져서 매우 고속으로 하지 않으면 공정의 연속화가 이루어지지 않기 때문에, 조사 등의 처리 횟수를 늘려 능률을 올리고 있다. 그러므로 다음의 공정으로 이행하기 쉽고 또 출하하기 쉽게 슬라이버를 한 번에 수납하여 조사 및 실을 감는다. 이러한 중간제품을 다음 공정에 보내기 위한 반송도 중요한 조작으로 자동화가 진척되고 있다.
- 이종원료의 혼합
일반적으로 합성섬유는 흡습성이 적기 때문에 이것을 보완하기 위해 천연섬유를 혼합하고 반대로 천연섬유는 세탁에 의해 형태가 붕괴되기 쉬우므로 합성섬유와 혼합하여 실을 만든다. 면은 종류에 따라 품질도 다른데 매입시기가 다르면 어느 정도 다른 원면(原綿)을 구입해야 하는 경우도 있다. 그러므로 처음부터 각종 원면을 혼합해서 더 양질의 실을 만드는 것이 중요한 과제이다. 양모는 각종 색으로 염색한 섬유를 혼합해서 실을 만드는 것이 깊이 있는 색을 내기 위한 필요조건으로 되어 있다. 일반적으로 천연섬유와 화학섬유, 폴리에스테르와 레이온 등 성질이 다른 섬유를 혼합해서 방적하는 것을 혼방이라고 하며 산지와 격(格)이 다른 원면을 혼합하는 것을 혼면(混綿)이라 한다.
- 기타
바람에 흩날려 쌓인 섬유(風綿)의 제거, 온도·습도억제 등의 보조적 조작도 있다.
방적의 기본적 공정
- 원료준비공정
면은 수확한 실면(實綿)에서 씨를 분리(繰綿)하여 면섬유를 모으고, 양모는 양의 몸에서 털을 깎아내어 각각 압축·곤포(梱包)해서 출하한다. 그러나 이 공정은 방적에 포함되지 않으며, 방적은 이들 원료(원면·원모 등)의 대량 구입으로부터 시작된다. 원면은 곤포를 뜯은 그대로 사용하지만, 모·견부스러기·마 등은 일반적으로 용도에 따라서 원료를 선별하며 모는 세정, 견은 정련한다.
- 개섬공정
면에서는 혼면과 잡물제거를 겸하며 혼타면공정(混打綿工程)에서 개섬이 수행된다. 원모는 원면처럼 딱딱하지 않기 때문에 두드리거나 때리는 등의 조작을 가하지 않고 카딩을 충분히 실시한다.
- 제조공정
카딩 등의 방법으로 섬유를 한 올씩 분리해서 슬라이버를 만드는 공정이다.
- 코밍공정
면에서는 고급실을 만드는 경우에이 공정을 거친다. 소모방적에서는 모두 코밍공정을 거치고 있으나 방모에서는 이 공정을 하지 않는다.
- 전방공정(前紡工程)
더블링 및 드래프트를 반복하여 슬라이버를 균일하고 가늘게 하여 조사를 만드는 공정(면방에서는 練條 및 粗紡工程)이다.
- 정방공정(精紡工程)
정방기로 슬라이버 또는 조사를 드래프트한 다음 꼬아서 실을 만드는 공정이다. 가연방법이 다른 방법으로는
- ① 실연법(實撚法): 링(ring)·플라이어(flyer)·포트(pot)·뮬(mule)·오픈엔드(openend；로터식·흡착프릭션식 등)
- ② 가연법(加撚法): 결속법·교호연사법(交互撚絲法)
- ③ 무연법(無撚法): 호착법(糊着法)·융착법·인터레이스가 있다.
링정방기에서는 목관(木管)을 스핀들(spindle；가락)에 끼워넣고, 스핀들의 회전에 따라 가연·권취를 수행한다. 실의 생산량은 거의 이 스핀들의 수(가락수)에 따라 정해지기 때문에 방적공장의 규모는 이 스핀들 수로 나타낸다.
- 마무리공정
실을 출하하기 쉬운 형태로 되감거나, 용도에 따라서 합사·연사·실의 보풀(fleece) 태우기 등을 한다.
화학섬유의 방적
- 면방식 및 모방식
화학섬유의 스테이플파이버(단섬유)는 목적이나 섬유길이에 따라 면방식·모방식을 간략화한 방법으로 방적한다. 천연섬유와의 혼방은 면에서는 연조공정, 소모에서는 전방공정에서 하는 경우가 많다.
- 토(tow)방적
매우 긴 여러 필라멘트로 이루어진 굵은 섬유다발을 토라 한다. 토를 롤러 사이에서 드래프트하여 구성필라멘트를 무작위로 절단한 뒤, 권축가공하여 슬라이버를 만든다. 이 장치에는 펄록식과 터보스테이플러가 있다. 드래프트하여 절단하기 때문에 뒷 공정에서의 수축률에 크게 주의를 요하지만 부피가 큰 실을 만들기에는 정도가 좋다. 이 밖에 퍼시픽컨버터식도 있다. 슬라이버는 소모방적의 전방과 같은 방법으로 조사가 만들어져서 실이 된다. 또 가는 토를 드래프트해서 절단하고 즉시 실로 만드는 직방식도 있다.
- 견방적
양잠·제사에서 생긴 견부스러기로부터 실을 만드는 방적이다. 긴 양질의 원료를 사용하는 장면방적, 장면방적에서 생긴 견부스러기·중급원료를 사용하는 단면방적, 장·단면방적에서 생긴 견부스러기 등 하등원료를 사용하는 명주실방적 등이 있다.
- 장면방적
우선 정련으로 세리신(견사를 구성하는 단백질)을 적당히 제거하고 세정하여 정견면을 만들고 타견기(打繭機)·개견기(開絹機) 등으로 개섬한다. 다음에 절견기에서 술모양의 섬유다발을 만들고 원형소면기에서 빗질한다. 이 섬유다발을 정면(精綿)이라 한다. 계속해서 연견기로 띠모양의 랩(展綿)을 만들고 제조기로 연속된 슬라이버를 만든다(슬라이버 대신부잠사로부터 견방사를 만들 때의 중간제품인페니를 만들어 매매하는 것도 있다). 슬라이버는 전방공정을 거쳐 링정방기에서 실이 된다.
- 단면방적
섬유길이가 짧은 정면 등을 사용해서 롤러카드로 슬라이버를 만든다. 뒷 공정은 장면방적에 준한다. 또 명주용 실은 본래 손으로 자았으나 기계로 만드는 경우가 많아 수차방적방식도 이용되고 있다.
- 마방적
- 아마방적
제선작업(製線作業), 즉 침지(浸漬)·파경(破莖)·타마(打麻；moulin) 과정을 거친 정선(正線)을 해클링기로 빗질하여 장선(line)으로 하고, 속선기(續線機)로 슬라이버를 만든다. 그 다음 전방공정을 거쳐 플라이어정방기로 실을 만드는데, 드래프트하기 전에 더운 물 속을 통과시키는 경우가 많다(습식법).
- 저마방적
정련·표백한 뒤 견방적과 비슷한 방법으로 방적한다. 최근에는 마를 폴리에스테르섬유와 혼방하는 경우가 많다.
참고자료 =
- 〈방적〉, 《사이트명》
- 〈방적〉, 《두산백과》
- 〈방적〉, 《화학대사전》
- 물빛, 〈방적이란?(Spinning) 〉, 《네이버 블로그》, 2008-03-18
같이 보기
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