섬유물리학
Physical Properties of Textile Fibres
섬유의 물리적 성질을 다루는 학문 분야. 섬유공학을 셋으로 나누면 크게 섬유물리, 섬유화학, 섬유공정으로 나눌 수 있는데 그 중 하나에 들어간다. 이름에 물리학이 들어가긴 하지만 실제로는 농과대학에서만 가르치는 학문으로, 이 과목이 있어야 방사나 제포 등 우리가 입는 옷을 만드는 섬유의 제조공정을 배울 수 있다.
열전도도, 비열, 열팽창 계수, 녹는점, 잠열 등의 개념을 다룬다.
섬유 직물은 섬유 안에 공기가 많이 들어있기 때문에 열적 성질이 매우 복잡하다. 특히 흡습성 섬유의 경우 섬유의 수분율 변화가 또 영향을 미치게 된다.
Tensile Properties
섬유의 제조 과정 중에도 품질관리의 일환으로 실시되어 그 재료가 규격 내에 들어가는지를 확인함으로써 불필요한 폐기를 줄인다. 관련 개념으로는 응력 (Stress), 변형율 (Strain), 탄성계수 (Modulus of Elasticity) 등이 있다.
섬유가 Hooke의 법칙을 따른다면, load-elongation curve는 직선을 따른다. 이 때 work of rupture = (breaking load X breaking elongation) (1/2), work factor = 1/ (work of rupture) 이다.
또, 섬유의 stress-strain curve에서 처음에 가파른 기울기를 보이다가 갑자기 섬유를 연장시키기 쉬워지는데 이를 항복점 (yield point)이라 한다.
섬유의 굴곡을 권축 (crimp)이라 하고, 섬유의 단위 길이당 권축의 수를 권축수 (number of crimp)라 한다.
섬유 중에서도 스판덱스 같은 것은 고도로 신축성이 있는 탄성 섬유이고, 유리질이나 세라믹 섬유는 비신축성이라 할 만하다. Griffiths는 섬유의 취성 파괴에 대해 연구하였다. 하중이 일정 수준에 도달하면 균열이 시작되어 균열의 끝에서 응력이 집중되는 영향 때문에 섬유를 가로지르는 부드러운 균열이 급속하게 전파된다.
굴절률 (refraction index), 복굴절 (birefringence) 등의 개념과 그 측정을 다룬다. 굴절률은 섬유의 밀도나 swelling과 관계가 있고, 복굴절은 배향(orientation)과 관계가 있다.
엔트로피가 낮은 계는 자연상태에서 엔트로피가 높은 계로 이동하려 하는 성질을 가지고 있다. 사슬구조의 분자들로 이루어진 섬유는 외력에 의해 배향(orientation)하려는 성질을 갖는다. 이것이 광학적 성질에 직접적인 영향을 주는 것이다.
섬유의 광학 역시 물리학의 일종이기 때문에 미분방정식과 베셀 함수에 대해 알아야 한다.
1. 개요
섬유의 물리적 성질을 다루는 학문 분야. 섬유공학을 셋으로 나누면 크게 섬유물리, 섬유화학, 섬유공정으로 나눌 수 있는데 그 중 하나에 들어간다. 이름에 물리학이 들어가긴 하지만 실제로는 농과대학에서만 가르치는 학문으로, 이 과목이 있어야 방사나 제포 등 우리가 입는 옷을 만드는 섬유의 제조공정을 배울 수 있다.
2. 열적 성질
열전도도, 비열, 열팽창 계수, 녹는점, 잠열 등의 개념을 다룬다.
섬유 직물은 섬유 안에 공기가 많이 들어있기 때문에 열적 성질이 매우 복잡하다. 특히 흡습성 섬유의 경우 섬유의 수분율 변화가 또 영향을 미치게 된다.
3. 기계적 성질
3.1. 인장 성질
Tensile Properties
섬유의 제조 과정 중에도 품질관리의 일환으로 실시되어 그 재료가 규격 내에 들어가는지를 확인함으로써 불필요한 폐기를 줄인다. 관련 개념으로는 응력 (Stress), 변형율 (Strain), 탄성계수 (Modulus of Elasticity) 등이 있다.
섬유가 Hooke의 법칙을 따른다면, load-elongation curve는 직선을 따른다. 이 때 work of rupture = (breaking load X breaking elongation) (1/2), work factor = 1/ (work of rupture) 이다.
또, 섬유의 stress-strain curve에서 처음에 가파른 기울기를 보이다가 갑자기 섬유를 연장시키기 쉬워지는데 이를 항복점 (yield point)이라 한다.
섬유의 굴곡을 권축 (crimp)이라 하고, 섬유의 단위 길이당 권축의 수를 권축수 (number of crimp)라 한다.
3.2. 섬유 파손과 피로
섬유 중에서도 스판덱스 같은 것은 고도로 신축성이 있는 탄성 섬유이고, 유리질이나 세라믹 섬유는 비신축성이라 할 만하다. Griffiths는 섬유의 취성 파괴에 대해 연구하였다. 하중이 일정 수준에 도달하면 균열이 시작되어 균열의 끝에서 응력이 집중되는 영향 때문에 섬유를 가로지르는 부드러운 균열이 급속하게 전파된다.
4. 광학적 성질
굴절률 (refraction index), 복굴절 (birefringence) 등의 개념과 그 측정을 다룬다. 굴절률은 섬유의 밀도나 swelling과 관계가 있고, 복굴절은 배향(orientation)과 관계가 있다.
엔트로피가 낮은 계는 자연상태에서 엔트로피가 높은 계로 이동하려 하는 성질을 가지고 있다. 사슬구조의 분자들로 이루어진 섬유는 외력에 의해 배향(orientation)하려는 성질을 갖는다. 이것이 광학적 성질에 직접적인 영향을 주는 것이다.
섬유의 광학 역시 물리학의 일종이기 때문에 미분방정식과 베셀 함수에 대해 알아야 한다.