주미방 원사: 선진 섬유 재료로 아름다운 생활을 짜다

사진은 청도즉발성보방직유한회사 방직지능생산라인이 고급섬유를 생산하고있는 장면이다량효붕 찍음 (신화사 발)

2024년 6월, 창어 6호 착륙선이 휴대한 오성홍기가 달 뒷면에서 성공적으로 전개되었는데, 이 눈에 띄는"중국 붉은색"은 현무암이 끌어낸 가는 견직물로 섬유 재료 기술의 최전방을 대표한다.일찍이 상고시대에 인류는 동물의 가죽과 털, 나무껍질과 풀잎 등 천연 섬유 재료를 이용하여 옷을 만들어 추위를 막기 시작했다.인류사회와 동시에 발전한 섬유재료는 일련의 신기술을 빌어 새로운 모습을 발산하고 있으며 옷을 봉제하는 옷감에서 의식주와 생산생활의 모든 방면에 봉사하는 선진적인 기초재료로 진화하고 있다.

　　인류와"동갑내기"이며 시종 혁신을 발전시키고 있는 실용 기술

섬유 재료 기술은 실용적인 수요에서 탄생했다.체모가 점차 퇴화됨에 따라 인류는 리넨, 면화, 양모와 잠사 등 동식물에서 섬유를 추출하여 더욱 부드럽고 내구성이 있는 옷감으로 정제하는것을 배웠다.고대 인도에서는 면화가 옷감으로 짜여 세계 각지에 퍼졌다;고대 이집트인들이 리넨으로 옷 만들기;중국의 실크는 실용과 미적 감각을 겸비할 뿐만 아니라 이를 유대로 세계를 소통하는 실크로드를 형성하여 무역 발전과 문명 교류를 추진하였다.이런 천연섬유는 대자연에서 온것으로서 원래의 재료나 인공사육배양한 동식물로부터 직접 취득한것으로서 보편적으로 비교적 좋은 흡습성, 통기성, 친피부성과 환경친선특성을 갖고있어 주로 방직공업에 응용되고있다.

천연섬유는 세도와 길이가 고르지 않고 신장능력이 약하여 화학섬유기술이 생겨났다.일찍 1664년에 과학자들은 천연고분자 또는 인공합성고분자재료를 가공처리하여 섬유재료를 만든다는 구상을 제기하였다.그러나 당시 섬유의 기본 구조에 대해 잘 알지 못했기 때문에 이 아이디어는 200여 년이 지난 19세기에 이르러서야 실현되었다.1891년에 레이온 (접착제 섬유) 이 처음으로 제조에 성공하여 인류가 화학 섬유를 제조할 능력이 생겼음을 상징한다.1935년에 폴리아미드 섬유의 발명으로 합성 섬유의 역사를 열었다.이 섬유 재료에는 사람들이 잘 아는 속칭 나일론도 있다.나일론은 내마모성이 면화의 10배, 강도가 면화보다 1~2배, 양모보다 4~5배 높으며 만차의 굴곡을 견딜 수 있고 끊어지지 않으며 화학적 안정성이 강하여 옷, 로프 등의 이상적인 재료로 여러 분야에서 천연섬유를 빠르게 대체하고 있다.그 뒤를 이어 유기농 이원산과 이원알코올이 화학적으로 축합돼 얻은 합성 고분자로 만든 폴리에스테르 섬유(폴리에스테르), 석유정제 부산물인 프로필렌을 원료로 만든 폴리프로필렌 섬유(아크릴) 등 합성섬유가 잇따라 나왔다.

나일론, 폴리에스테르, 아크릴 외에 흔히 볼 수 있는 합성 섬유로는 아크릴, 염소, 폴리에스테르, 스판덱스, 폴리에틸렌 탄화수소 탄력사 등이 있다.이런 섬유재료는 모두 합성된 고분자화합물로 만들어졌는데 마치 자연계의 새로운 종처럼 그 독특한 특성과 우세로 섬유재료의 응용범위를 넓혔으며 일상생활에서 중요한 역할을 하고있을뿐만아니라 공업생산에서도 거대한 잠재력을 보여주었다.

20세기 하반기에 합성 섬유 재료는 고속 발전 시기를 맞이했다.인공합성 고분자 재료의 대량 출현과 현대 고분자 과학의 진보에 따라 고성능 섬유는 합성 섬유 가족의 새로운 구성원으로서 점차 두각을 나타내고 있다.과학자들은 분자설계, 고분자합성과 섬유가공기술을 교묘히 리용하여 성능이 우수한 일련의 선진섬유재료를 창조해냈다.례를 들면 탄소섬유는 탄소함유량이 90% 이상인 고강도 고모섬유로서 고강도, 경질과 고온에 견디는 특성을 갖고있으며 직경은 머리카락의 1/10~1/12에 불과하지만 강도는 알루미니움합금의 4배 이상으로 항공우주, 체육기자재와 고속철도자동차 등 분야에서 크게 솜씨를 발휘하고있다.또한 방향족 폴리아미드 섬유 (방향론) 와 같이 방탄, 방화 및 내화학 부식의 특성으로 산업 보호 및 군사 분야에서 중요한 위치를 차지한다.초고분자량 폴리에틸렌 (UHMWPE) 섬유도 있어 매우 높은 강도와 우수한 내마모성으로 고강도 로프의 선호도가 높다.

　　감지할 수 있고, 착용할 수 있으며, 응용이 넓고, 신형 섬유 재료는 공상 과학 장면을 현실로 만들 수 있을 것이다

재료 성능만 놓고 보면 합성섬유는 이미 한계에 도달한 것 같지만 과학기술 발전은 영원히 상상력을 필요로 한다.적지 않은 공상과학영화에서 사람들의 몸에 있는 옷은"72변화"할수 있을뿐만아니라 각종 전자제품도 집적되여 마치 지혜가 출중한 유능한 조수와 같다.재료과학이 끊임없이 발전하고 광학, 전자학, 정보기술 등 기타 학과와 교차융합됨에 따라 지능섬유재료는 공상과학장면을 현실로 변화시킬수 있다.

지능형 섬유 소재는 센서와 다양한 기능 소재를 통합하여 외부 환경의 미묘한 변화를 예민하게 감지하고 응답할 수 있다.이러한 특성은 다자도 정밀 구조, 독특한 빛, 전기, 힘, 열, 자기 에너지 및 유연성 기능에서 비롯됩니다.이를 통해 휴대용 전자제품, 휴먼 컴퓨터 인터페이스 전극, 에너지 저장 및 변환 장치 등은 모두 섬유 모양의 스마트 소재에 통합될 수 있으며 웨어러블, 대응 가능, 미화 가능한 플렉시블 방직품으로 짜여져 스마트 모니터링, 스마트 의료, 스마트 교통, 스마트 생활 등 분야에서 중요한 역할을 발휘한다.

신형"무플러그"지능섬유를 례로 들면 인체와 일치하는 에너지상호작용메커니즘을 기반으로 무선에너지수집, 정보감지와 전송 등 기능을 한몸에 지니고있다.이런 섬유로 짜여진 지능방직품은 전통적인 칩과 전지에 의존할 필요가 없이 발광디스플레이, 터치 등 인간과 컴퓨터의 상호작용기능을 실현할수 있으며 웨어러블설비와 지능방직품의 하드웨어구조를 효과적으로 간소화하여 현재 웨어러블설비의"불편한"난제를 해결할수 있다.이 획기적인 성과는 사람과 환경의 스마트 인터렉션에 새로운 가능성을 열어주고 스마트 섬유 재료의 광범위한 응용 전망을 보여준다.앞으로 지능섬유는 생산생활 각 분야와의 융합발전에서 우리와 함께 더욱 지능적이고 편리하며 쾌적한 미래생활에 진입하게 된다.

교차융합 이외에 신형 섬유재료도 가장 기초적이고 가장 본질적인 재료원천에서 돌파를 실현하기 위해 노력한다.과학자들은 먼 달에 눈을 돌려 신기한 섬유 재료인 월양 섬유를 만들었다.월양, 달 표면을 덮은 이 신비한 베일은 작은 암석과 광물 알갱이, 미세한 유리구슬로 구성되어 있다.규산염, 산화물, 소량의 금속원소를 포함한 주요성분은 고온용융과 견사기술을 통해 탁월한 성능을 가진 섬유재료로 전환될수 있다.지구상에서 현무암섬유는 우수한 력학성능, 내부식성, 넓은 작업온도범위와 저열전도률로 건축, 교통 등 분야의 중요한 재료로 되였다.월양은 지구의 현무암 광석과 성분과 성질에서 놀라운 유사점을 가지고 있다.지구상 현무암 섬유의 제조 기술을 참고하여 월양을 이용하여 당긴 섬유는 달 기지 건설 재료가 되어 제자리 취재 수요를 만족시킬 수 있을 것이다."집을 짓는"재료가 있으면 지구 밖에 장기간 거주하며 에너지 개발을 하는 것이 현실이 될 수도 있고, 나아가 인류가 우주 깊은 곳으로 가는 문을 열 수도 있다.

과학 기술이 끊임없이 진보함에 따라 신형 섬유 재료의 연구 응용은 새로운 단계로 나아가고 있다.현재 과학연구일군들은 재료과학, 물리화학, 전자정보, 시스템과학 등 다학과지식을 충분히 리용하여 끊임없이 신형의 섬유재료를 창제하고 전례없는 성능과 기능을 부여하고있다.직경이 더욱 가늘고 사슬의 취향이 더욱 좋으며 구조결함이 더욱 적어 최소에네르기로 더욱 복잡한 기능과 더욱 높은 성능을 실현하여 신형의 섬유재료의 발전방향으로 되였다.성능상의 비약뿐만 아니라 미래의 섬유 재료는 자연에 더욱 우호적일 것이다.인류의 지속가능한 발전에 기초하여 생물기섬유와 생물분해성섬유의 혁신개발은 우리가 환경오염문제를 해결하는데 새로운 사고방식을 제공하게 될것이다.

하나의 섬유는 인류의 발전을 목격하고 미래의 생활을 연결한다.천연섬유의 소박함부터 합성섬유의 다양성, 지능섬유의 기묘함에 이르기까지 섬유재료는 매번 기술혁신마다 인류생활에 새로운 색채를 더하고 새로운 놀라움을 가져다주고있다.현재 섬유재료과학은 이미 여러 학과가 교차하는 연구의 최전선이 되었고 섬유기술도 현대 공업 발전의 중요한 구성 부분이 되었다.우리는 더욱 많은 선진섬유재료가 생산생활에 편리를 가져다주고 우리 나라 산업의 형태전환과 고도화에 동력을 주입하기를 기대한다.(저자: 주미방)

(저자는 중국과학원 원사, 동화대학 재료과학과 공정학원 원장)

출처: 인민일보 (2024년 08월 16일 20면)