섬유정보팀

텍스토피아 유료정보/2012/10/29

목 차

1. LMP 섬유의 정의 및 특징 ···························································································· 1

1-1. 정의 ······················································································································ 1

1-2. 특징 ······················································································································ 1

2. LMP 섬유의 개발동향 ·································································································· 2

2-1. 상품전개현황 ········································································································· 2

2-2. 시장 규모 ·············································································································· 3

2-3. 화섬사 열융착 섬유의 종류 ···················································································· 4

2-4. LM 제품군의 소재별 현황 ······················································································ 6

2-5. 용도(상품화 전개 현황) ························································································· 1 0

3. LMP 섬유의 핵심기술 ································································································· 1 2

3-1. 폴리머 제조기술 ··································································································· 1 2

3-2. 원면&원사 제조기술 ····························································································· 1 6

3-3. 후공정(부직포, 제직 등) ························································································ 2 0

4. 맺음말 ························································································································· 2 1

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1. LMP 섬유의 정의 및 특징

1-1. 정의

  LMP(Low Melting Polyester) 섬유소재는 일반 Regular 폴리에스터의 융점(Tm)이 255℃인데

비해 융점이 낮은 특징을 활용하여 순수환 열융착 목적으로 사용하기 위해 제조되는 폴리에스

터 섬유를 의미한다.

기존에 LMP 섬유가 나오기 전에는 부직포나 다른 소재와 접착하여 사용되는 제품에 있어서

는 에폭시 수지를 물에 용해 후 열처리하여 사용하였는데 에폭시 수지를 제조하는 공정이 불

편하고, 에폭시 수지를 열처리하게 되면 他소재와 접착 시 Curing이 되어 재사용이 어렵다는

단점때문에 에폭시를 사용하지 않는 친환경 물질을 개발하기 위해 폴리머와 섬유의 단면을 설

계하여 제조기술을 상업화한 제품이 LM섬유라 정의할 수 있다.

따라서 LMP 섬유는 일반 섬유와는 달리 낮은 온도에서 他소재와 혼용하거나 단독으로 사용

할 경우 낮은 온도에서 열접착이 가능한 친환경 섬유이다. 명칭에 있어 원면 LMP(Low

Melting Polyester)라 부르고, 원사 LMF(Low Melting Filament)라 부른다. 이 외에 원면에

PE/PP(위생용)와 심지용 LM 등도 있다.

1-2. 특징

용융 접착용 Polyester는 일반 PET와 개질한 저융점 PET(LM)를 복합 방사(Sheath/Core)하

여 LM 성분이 열처리에 의해 용융 접착되는 차별화 폴리에스터이다. 다양한 온도(110~200℃)

에서 용융 접착되므로 LM 100% 또는 他소재와 결합 후 일정하게 형태를 유지하는 능력이 뛰

어나다.

섬유 단면(Cross Section)

그림 1. LM과 他 섬유의 부직포 접착형태 및 섬유 단면(S/Core)

가장 일반적이고 많이 사용되는 LMP는 융점이 110℃ Grade인 원면 LMP로, 제조 기술은

일반 폴리에스터에 개질제를 공중합하여 LM 폴리머를 제조한 다음 Sheath/Core(Sheath部는

LM, Core部는 Regular)형태의 단면으로 복합 방사하게 된다. 이렇게 제조한 후, 공정에서 건

열 열처리(약 160~170℃)하여 함께 사용되는 他소재와 Bonding할 때 LM은 용융되고 Regular

은 용융되지 않아 형태를 유지하면서 他 소재와 Bonding이 이루어진다.

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일반적으로 LMP를 방사할 때 S/Core 비율은 50:50이 대부분이나, 제조된 LMP와 후공정에

서 他소재와 30~40% Mixing하여 제품을 제조하는데 사용된다(즉, 원면의 LM성분이 전체 완

제품에서는 15~20% 정도 있다고 생각하면 된다).

따라서 LMP 섬유는 일반 섬유와는 달리 낮은 온도에서 타 소재 혼용하거나 단독으로 사용

시 낮은 온도에서 열접착이 가능한 친환경 섬유이다.

일본에서도 원면의 LMP가 먼저 개발되고 시장이 커서 상업화가 먼저 이루어졌으며, 원사의

LMF는 용도 개발이 되지 않아 시장의 주목을 많이 받지 못했으나, 최근에 시장이 점점 확대

되면서 LMF도 다양하게 제품이 제조되고 있다. LM 제품은 우수한 Bonding성(접착), 균일한

용융성과 우수한 개섬성, 우수한 형태 안정성, 탄성회복력 및 수지접착제(에폭시 수지)를 대체

할 수 있는 친환경 섬유라는 것이 큰 특징이다.

2. LMP 섬유의 개발동향

2-1. 상품 전개 현황(일본 에스테르: Unitika와 Kanebo의 원면이 합병된 회사)

회사명 상품명 제조기술 특 성(용 도)

KaneboBell-couple 폴리머개질, 복합방사(LMF) S/Core섬유, 産資用

ES 시리즈 異폴리머, 복합(PE/PP, 1.5~6d) 식품, 메디컬

일본 폴리

에스테르

4080 폴리머개질, 복합방사(2d,4d,15d) 부직포, 産資, 충전면(100℃)

4000 폴리머개질, 복합방사(6d) 바인더섬유(110℃)

1680 폴리머개질, 복합방사(3d) 심초형 복합 바인더(220℃)

2080 폴리머개질, 복합방사(4d) 심초형 복합 바인더(200℃)

6080 異폴리머, 복합방사(2d) PE/PET(심초형, 130℃)

동양방적 에스나랄F 異폴리머, 복합방사(PE/PET)심초형 복합 바인더, 부직포

(융점:125~135℃)

Chisso 異폴리머, 복합방사(PE/PP, 2~6d) 위생 자재용, 산업용

휴비스

LM 폴리머개질, 복합방사(2d,4d,15d)자동차 내장재,Mattress

(110,130.150.200℃)

LOMELA 폴리머개질, 복합방사(75d,150d) 홈가구용, 아웃웨어(형태안정)

THF 폴리머개질, 단독방사 심지용(230℃, Nylon혼용)

O-LM 異폴리머, 복합방사(PE/PP, 2~6d) 위생재, 산업용(기저귀, 필터)

웅진

케미칼

EZBON-L 폴리머개질, 복합방사(2d,4d) 자동차내장재, 매트리스(110℃)

EZBON 폴리머개질, 복합방사(50,75,150d)블라인드, 버티칼, 커튼, 심지

에폭시, 아크릴 수지 공정 생략

EZBON-H 異폴리머, 복합방사(PE/PP, 2~6d)위생용, 포장지, 부드러운 촉감

우수한 수분흡수력

표 1. 화섬사별 LM 상품전개 현황

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LMP 섬유는 주로 일본 화섬사에서 1980년 초 원면(Staple Fiber)으로 먼저 개발하였으며, 한

국에서도 1980년대 중반부터 개발을 시도하여 현재는 국내 양사에서 대량으로 25년 가까이 생

산을 하고 있는 제품의 수명도 길고, 대량으로 생산되는 좋은 제품군이다(한국 생산량: 25만

톤/년).

이후 원면 LMP 외에 원사 LMF도 여러 가지 융점과 원사 Spec‘을 바꾸어 에폭시와 아크릴

을 사용하는 공정을 생략하는 친환경 제품에 사용된다. LMP는 용도에 따른 다양한 소재의

Spec'과 D/Dyed 등도 개발되었으며, LM이 열에 약하기 때문에 열적 변형에 강한 다시 말해

서, 유리전이온도를 높이고 융점을 적당히 조절하여 자동차 내장재 등의 용도에 적합한 차별

화 LM소재도 개발되고 있다.

지금도 일반적인 LMP 외에 용도 개발에 따른 융점과 Spec'이 다양한 LMP 등을 요구하는

고객이 계속되고 있어 LMP가 생산한지 25년이 지난 지금도 LM차별화의 연구개발은 지속되

고 있다. 뒤에서는 LM소재 Grade별인 LMP와 LMF(원사), LM(PE/PP, PE/PET) 및 기타 심지

(芯地)용으로 나누어 살펴보고자 한다.

2-2. 시장 규모

구 분 현재의 시장규모( 2010년 ) 예상 시장규모( 2014년 )

세 계 시 장 규 모 6,250,000톤 7,500,000 톤

한 국 시 장 규 모 15,000톤 20,000 톤

표 2. LMP의 시장 규모

* 산출근거 : 국내 생산량이 전 세계 생산량의 40%를 차지함

* 예상시장규모는 지금까지 성장률을 감안하여 산출한 量임.

구 분 현재의 시장규모( 2010년 ) 예상 시장규모( 2014년 )

세 계 시 장 규 모 12,000 톤 15,000 톤

한 국 시 장 규 모 1,000 톤 1,300 톤

표 3. LMF의 시장규모

* LMF의 시장은 정확히 예측이 되지 않고 있으나, 현재 국내 생산량을 예측하여 시장 규모를 세계시장

을 예측하였다.

* 예상시장규모는 지금까지 성장률을 감안하여 산출한 量임.

구 분 현재의 시장규모( 2010년 ) 예상 시장규모( 2014년 )

세 계 시 장 규 모 30,000 톤 36,000 톤

한 국 시 장 규 모 1,500 톤 1,800 톤

표 4. Olefin(PE/PP, PE/PET) LM 시장

* Olefin 시장은 정확히 예측이 되지 않고 있으나, 현재 국내 생산량을 예측하여 시장 규모를 세계시장

을 예측하였다.

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2-3. 화섬사 열융착 섬유의 종류

(1) 섬유형태에 따른 종류

열융착 섬유는 섬유의 형태 및 소재에 따라 먼저 단일성분형과 이성분형으로 나눌 수 있고,

이성분형은 섬유의 모양에 따라 Sheath/Core와 Side by Side 및 해도형 등으로 나눠진다(통상

적으로 Sheath/Core형 Type가 대부분임).

(2) 융착 방법에 따른 종류

열 융착법에 의한 부직포의 제조에는 열융착섬유를 연화하거나 녹여서 융착시키는 것이므

로, 충분한 열에너지의 전이가 있어야 한다. 따라서 이러한 열융착에 필요한 장치 혹은 방법에

는 여러 가지가 있는데 대체로 다음의 다섯 가지로 요약될 수 있다.

① Calender ② 재래식 Conveyer Oven ③ 스루에어 오븐(Through-air Oven) ④ 초음파

Bonding ⑤ 적외선 가열기 등이다

(3) 소재에 따른 종류

열융착 섬유의 소재로는 Polyester계, Polyolefin계, Nylon계 등이 있는데 소재별로 나누어

살펴보기로 하겠다.

ⓛ Polyester계

255℃의 융점을 갖는 폴리에스터는 융착제로 접착하기에는 융점이 너무 높아 에너지가 필요

하다. 따라서 이러한 폴리에스터의 융점을 낮추어 줄 필요가 있는데 통상 이러한 목적을 달성

하기 위해서는 폴리에스터에 방향족 또는 지방족 2가 알코올 등을 공중합하는 방법이 사용된

다.

공중합에 의해 융점을 낮추는 것 이외에도 여러 가지 열융착섬유가 갖추어야 할 요건이 있

는데 가령 耐용제성, 내세탁성, 유연성, 耐가수분해성 등 각각의 용도에 맞게 요구되는 특성도

다양하다. 가령 결정화도의 경우 얻어진 공중합체의 결정화도가 높을 경우, 용융상태에서 냉각

되어 결정상태가 되면 일반적으로 부피가 감소하게 되므로 중합체 내부에 보이드(Void)가 생

성되고 이것은 결국 내부 응력이 발생하면서 彼융착제와의 접촉을 어렵게 한다.

따라서 열융착제로서 역할을 하기 위해서는 결정화도가 낮아야 하는데 15~25%의 결정화도

를 갖는 것이 적정하다는 보고가 있다. 이외에도 분자량의 경우를 살펴보면 피융착제로의 도

포성이나 젖음성의 측면에서 본다면 분자량이 낮을수록 좋으나, 융착 강도의 측면에서는 중합

도가 높아야 할 것이다.

대체로 폴리에스터 열 융착제는 극한점도가 0.50~0.70 정도의 중합도를 갖는 것이 적당하다.

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폴리에틸렌 테레프탈레이트

↓ ← 공중합성분 도입

공중합 폴리에스터

저결정화 저융점화

분자량 유리전이온도

결정화속도 용융점도

↓

폴리에스터계 열융착섬유

융착성 유연성

내수성 촉 감

내용제성 내후성

내열성 등

표 5. 공중합 폴리에스터 수지의 설계

② Polyolefin계

대표적인 소재로는 비결정성 폴리프로필렌, 폴리에틸렌의 공중합체, 또는 폴리프로필렌과

A-olefin의 공중합체를 들 수 있다.

용도로는 같은 폴리올레핀 소재의 융착에 주로 사용된다. 위생재, 포장재, 단열 및 방음부직

포의 융착, 자동차 시트 내장재의 융착, 카펫 Base 부분의 융착 등이다. 대표적인 제품으로는

Chisso의 ES 시리즈가 있고, 국내는 H사의 O-LM과 W사의 EZBON-H가 있다.

품 종 Denier 융점(℃) 특징 및 용도ES 1.5, 3, 6, 18

130

건식 일반용

ES - Tow 3, 6(700,000) 건식 성형용ES - V 1.5, 3.0 식품, 메디컬용ES - G 3.0 난연용도ES - HB 6, 18 High BulkyES - DD 6, 18 원착사ES - L 6, 18 125 축감 Soft

ES -G 2.0 130 고강력 TypeEA 3,6 저융점 GradeEHS 3.0 130 고권축 Type(ES, EA)Chop 3.0 130, 110 습식용

표 6. Chisso(日) ES 섬유시리즈의 품종과 일반적 용도

▣ 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 Sheath/Core 또는 Side by Side형 열융

착 섬유는 1.5 ~ 6.0denier의 범위에서 여러 종류가 있으며, 열융착섬유는 130 ~ 155℃의 범위

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를 갖는다. Bulky성을 향상시킨 ES-B Fiber, 난연성을 부여한 ES-G Fiber 등 특수한 품종도 있

다.

③ Nylon계

1960년 후반 Nylon12를 주성분으로 한 저융점 저 결정성의 공중합 Nylon이 개발되어 열융

착섬유 소재로 각광을 받아왔다. 이러한 소재는 섬유상태 뿐만 아니라 필름상태, 분말상태 등

으로 만들어져 금속, 제혁 등 여러 분야에 걸쳐 활용되고 있다.

Nylon계 융착제 혹은 열융착섬유는 강인성, 고집착성, 내용성이 우수하며 특히 결정화 속도

가 빨라 고속 융착이 가능한 반면, 흡습성이 높아 융착 내수성이 약한 단점이 있다.

2-4. LM 제품군의 소재별 현황

(1) LMP(원면) 소재의 특성 및 Spec'

LMP는 일본에서 1980년 초, Batch 중합으로 LM 폴리머가 개발된 후 한국에 와서 꽃을 피

우게 되었다. 일본 화섬사 중 LMP개발에 가장 앞선 회사는 Unitika이다. 이후 원면 부분만

Kanebo와 합병하여 ‘일본 폴리에스터‘라는 회사가 되었다. 당시 Unitika의 'Melty' 4080 Type

제품이 IPA가 공중합된 110℃ Grade로 가장 먼저 상품화된 제품이다. Melty는 앞에서 언급한

대로 단면이 Sheath/Core=50:50 비율로 제조된 제품이며 당시에는 시장이 적어 한국의 H업체

에서 수입하여 에폭시 수지를 대체하기 위해 소량씩 사용하여 왔다. 하지만 당시 소재의 수입

가격이 비싸서 1985년도 국내 S화섬사에서 본격적으로 개발에 착수하게 되었다. 또한, Unitika

외에 일본의 Kanebo社 등이 LM 부분의 폴리머를 바꾸어 여러 가지 소재를 다양하게 개발하

였다. 특히, Kanebo의 LMF는 품질이 우수하며, Polyolefin LM 소재도 Chisso 못지않게 제품

용도를 다양하게 개발하였다. 따라서 Kanebo 제품을 사례로 상세히 살펴보고자 한다.

▣ 일본 Kanebo社의 제품(원면 LMP)

① Bell Combi

Kanebo社(日)의 LM 제품은 IPA와 DEG를 공중합한 폴리머를 저온에서 융착하는 것이 특징

으로서, 단일성분형과 이성분형태의 제품이 있다. 각각의 용도별로 140~200℃의 온도 범위에서

열융착온도가 다르게 되어 있는 제품이다. 소재 특성상 융착에 우수한 물성을 나타내며 용도

는 Quilting Felt 및 Mattress 등에 사용된다. 특히, 건축소재 분야에 있어 방음 및 단열 충진재

로 사용된다.

② Bell Loft

폴리에스터 중공복합섬유를 주체로 하여 목적에 부합하는 항균성, 난연성 등을 보유한 기능

성 섬유와 이들을 결합시키기 위해 열융착섬유(Bell Combi)를 사용하여 성형한 쿠션재로 병원,

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호텔, 인테리어 가구, 철도, 자동차 건축자재 등 광범위한 분야에 사용되고 있다. 표 7은 Bell

Loft의 물성표이다.

항목 단위Bell Loft

우레탄폼 시험방법F-20 F-35 F-40

두께 mm 100 100 100 97.6 JIS K6767

밀도 g/cm 0.020 0.035 0.040 0.033

압축경도 kgf/cm 3.6×10-2 10.8×10-2 15.7×10-2 4.2×10-2 -

압축응력

(30%압축시)% - 130 - 45 JIS K6406

통기도 cc/cm/sec 84.2 84.4 83.2 11 JIS L1096A

투습도 % 25 18 16 5 自社法

인장강도 kgf/cm 0.37~0.72 1.11~1.83 0.86~1.33 JIS L1085

인장신도 % 29~36 22~31 27~39 - -

표 7. Bell Loft의 물성표

▣ 국내 H社와 W社의 제품

국내는 H社가 합병하기 전 주)삼양사에서 1985년도 연구를 시작하여 상품화하였다. 당시는

시장의 수요가 적어 에폭시로 접착하는 회사들에게 LMP제품을 제공하여 제품의 선호도가 높

았다. 그 이유는 LMP를 사용하므로 에폭시 조제공정이 없어지고, Hot Air로만 접착이 가능해

졌기 때문에 당연히 선호할 수밖에 없었다. 당시는 Mattress 등 몇 가지 용도에 사용되다가 시

간이 흐름에 따라 자동차는 물론 산업용, 패딩용 등의 시장으로 국내외에서 확대되었다. 당시

폴리머를 중합 BATCH에서 생산하여 진공건조기로 건조하는 비효율적인 방법을 바꾸어 1997

년경 연속중합(CP)에서 생산제조기술을 성공하여 대량으로 생산하게 되었다. 그 뒤에 W사에

서 2004년도 연속중합 공정으로 대량 생산할 수 있는 설비를 구축하여 국내의 총 생산량이 전

세계 약 40% 정도의 시장을 확보하고 있다. LMP는 가장 범용 Spec'이 4d×51mm이며, 그 외

에 2d급 등 몇 가지 품종이 더 있고, D/Dyed Black 제품 등은 별도의 설비를 활용하여 제조

되면서, 국내 양사의 생산량이 25만 톤/년에 이르는 거대생산국이 되었다. LMP제품이 다른

섬유제품보다 중요한 점은 25년이라는 세월이 흘렀음에도 불구하고 지금도 시장이 매우 크다

는 점으로, 이러한 점이 화섬회사로서는 매우 보기 드문 차별화 소재로 인식되고 있다.

(2) LMF 소재의 특성(원사)

▣ 일본의 LMF 제품

원사용 LMF는 Kanebo가 열융착 섬유로서 가장 먼저 개발하여 상품화를 이루었다. 따라서

대표적인 Kanebo 원사에 대해 원사 품종별 특성 및 물성에 대해 설명하고자 한다. 상품명은

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상당히 Brand인지도가 높은 Bell Couple이 있다.

① Bell Couple

Bell Combi와는 달리 원사로서 Washable Blind Curtain 등의 인테리어 소재로서 활용될 뿐

만 아니라 인쇄 Screen Filter 및 기타 생활 및 의류 자재에 사용되어 진다. Sheath부와 Core부

위 비율은 용도에 따라 조금씩 다르며 융착 가공온도가 140~200℃ 범위인 품종이 생산되고 있

다. 아래 표 8은 Bell Couple의 대표적인 품종과 물성을 나타낸 것이다.

품 종 섬도(d/f,실측값) 강도(g/d) 신도(%) 용융온도(℃)

75/24 LHC 73.5/24 5.80 20.0 160~205℃

50/12 LHC 49.0/12 5.80 20.0 160~205℃

30/12 LHC 29.4/12 5.80 20.0 160~205℃

250/16 LCO 245.0/16 4.50 33.0 160~205℃

30/12 LCO 29.4/12 4.80 30.0 160~205℃

표 8. Bell Couple의 물성

그림 2. Bell Couple 원사의 단면과 열융착후의 표면사진

▣ 국내의 LMF 제품 특성

국내에서는 H사와 W사가 LMF 소재를 2000년도에 개발하여 다양한 용도로 판매하고 있다.

LMF의 특성은 국내외 모두 LMP와는 다른 몇 가지 특성이 있다. 첫째는 용도가 다르기 때문

에 융점이 다르고, 방사 시 섬유의 Sheath-Core의 단면 비율이 원면보다 LM이 적어도 사용하

는데 문제가 없다는 점이다.

또한 사용량이 원면 LMP보다 적기 때문에 모두 중합 Batch와 방사 시 저온 건조기를 별도

로 설치해야 하는 단점이 있다.

① H社의 ‘LOMELA’

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H社의 ‘LOMELA’는 특수 제사한 신소재로서, 가공 시 열처리에 의해 원사간에 쉽게 융착되

어 특별한 후가공 없이도 Coating 또는 Bonding 효과가 발현되면, 열처리 온도를 조절하여 우

수한 형태 안정성과 반발 탄성으로 다양한 용도 전개가 가능하다. 제품은 LOM과 LOM-C가

있다.

② W社의 ‘EZBON'

W社의 ‘EZBON'은 Kanebo社나 국내 H社와 같이 TPA 대신 저융점 가능한 개질제를 사용

하여 폴리머와 원사를 상기 회사와 유사한 방법으로 제조한 제품이다. 원사 단면의 Sheath(바

깥 부분)에 Low Melting Polyester 배치하여 건열 처리시 Low Melting 부분이 용융되어 원사

간 접착이 실현되도록 제조한 것으로 되어 있다. 즉, Kanebo의 Bell Couple과 H社의

‘LOMELA’, W社의 ‘EZBON'이 아시아권에서는 가장 시장을 많이 확보하고 있고, 해외에 수출

도 많이 하고 있다. 단, 원면용 LMP와 다른 점은 Sheath-Core의 비율이 다른 것이 특징이다.

그림 3. H社의 ‘LOMELA’(上)와 W社의 EZBON 단면 및 융착 형태(下)

 

③ PE/PP, PE/PET류 위생용 LM(원면)

▣ Chisso제품(일본)

PE/PP(Sheath/Core Type)소재는 주로 위생용에 사용된다. 제품은 일본의 Chisso 제품이 품

질도 양호하고 시장 점유율도 상당히 높은 것으로 알려져 있다.

PE/PP 제품은 특히, 위생용(기저귀용 등)으로 많이 사용하므로 피부에 민감한 부분이 있어

국제적 인증을 받는데 많은 시간을 필요로 한다. 국내에서는 원면 공정을 갖고 있는 H사와 W

사가 생산을 하고 있으며, 국내 소비보다는 수출(유럽 등)에 많이 치중하고 있다.

PE/PP Olefin 폴리머의 경우는 국내 화섬사에서 제조할 수 없으므로 유화업체에서 위생재

제조에 적합한 MI(Melt Index) 수치를 갖는 폴리머를 구입하여 생산하고 있다(MI는 일반적으

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로 Spunbond용과 달리 15.0~20.0 범위를 사용함).

H사 OEP (PE/PP 단면 및 열융착 W사의 PE/PP, PE/PET 단면

그림4. H社(左)단면/열융착 및 W社(右)의 단면

2-5. 용도(상품화 전개 현황)

(1) LMP(원면)

LMP 용도는 주로 부직포에 아래와 같이 부직포(자동차, 패딩용, 흡음재 등)에 대량으로 사

용되며, 초기에는 에폭시 수지와 아크릴수지 공정을 생략하는 군대용 Mattress 등 제품에 주로

사용되다가 용도가 확대됨에 따라 아래와 같이 다양하게 사용되고 있다.

그림 5. LMP에 사용되는 대표적인 제품

▷ 차량용(내장재): Door Trim, Headlining, Spaker Insulator 등

▷ 침장류 : Mattress, Quilting, Padding 등

▷ 산업용 : 토목 자재, 건축 자재(흡음재, 단열재), 필터류 등

▷ 위생재 : 위생재 Bonding용, 포장지, 의료용 등

(2) LMF(원사)

Kanebo(日)의 폴리에스터계 저융점 원사는 일본에서 비가 많이 내리므로 S/Core의 LM 부

분이 Core로 제조하여 우산을 접고 펴는데 사용되는 부분에도 사용되며, 각종 Skirt Racer,

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Home furnishings 등에 사용되고 있다.

국내 H社의 경우 Home Furnishings, Outwear, Casual Jackets, Skirts, Trousers, Fashion

Accessories 의복이나 인테리어 용도 등에 사용되는 것으로 알려져 있다. 국내 W사의 경우는

버티컬, 커튼 심지 외 많은 필터류에도 사용되고 있다. 원사용 LMF도 원면용과 같이 에폭시나

아크릴 수지를 대체하는 친환경 제품은 마찬가지이다.

(3)PE/PP, PE/PET LM용도(Staple Fiber)

Olefin류의 LM은 위생재는 유아용 기저귀, 여성용 생리대, 수유 Pad, Cleaner 등이 있으며,

산업용으로는 의료용, 필터류, 식품포장대 등 다양하게 사용되고 있다.

그림 6.기저귀, 생리대 및 필터제품

(4) 芯地用 외 기타(LM)

앞에서 심지용에 대해 명칭만 언급하였는데 이 제품은 일본에서도 개발되었고, 국내 H사에

서도 1990년대에 이미 개발되어 패딩분야 용도에 사용되는 친환경이면서 他 소재(Nylon이 대

부분)와 Mixing하여 사용하는데 Bonding성도 좋은 제품이다. 심지용은 LM제품으로서는 융점

(230℃)이 높은 섬유에 속하지만, Bonding 용이하고 일반 PET와 친화성이 우수하여 에폭시 수

지를 사용 않고 열처리에 의한 성형성이 우수한 친환경 제품이다. 시장은 크지 않지만, 유용한

제품이므로 일부 제품에 고밀도 제품에 국한적으로 사용되고 있다. 심지용 폴리머는 주로 IPA

가 아닌 2가 알코올계 지방족 물질을 사용하여 제조하며 방사는 단독방사로 제조한다. 융점

(Tm)이 높아 건조하기에도 용이하다. 아래 그림 7은 심지용 소재와 Padding한 완제품이다.

그림 7. 심지용 원면LM의 Bonding사진(左)과 Padding 완제품(右)

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3. LMP 섬유의 핵심기술

3-1. 폴리머 제조기술

(1) 원면용(LMP)

주로 개질제는 TPA를 바꾸어 선상 구조를 바꾸는 물질을 사용하여 제조된다. 중합에 사용

되는 촉매나 중합온도 등은 Regular와 유사하다. 개질제 물질은 여러 가지로 선정할 수 있으

나, 일반적으로 방향족(Aromatic)계인 IPA(Isophthalic Acid)가 가장 많이 사용되고, 그 외에 원

료 가격이 싼 다른 지방족(Aliphatic) 개질제를 함께 사용하기도 하며, 제조공정도 LMP 같은

경우는 제조원가를 낮게 제조하여 제품의 경쟁력을 높이기 위해 국내에서 세계 최초로 1997년

Batch 중합에서 연속중합(CP)으로 중합의 공법을 바꾸어 제조기술에 성공하여 제품의 경쟁력

을 한 단계 더 높였다.

그림 8. 연속중합 공정도(CP)

(2) 원사용(LMF) 폴리머

원사용이나 원면용에서도 시장이 크지 않고 연속중합으로 제조가 어려운 경유에는 중합

Batch 공정(ES, PC)을 통해 칩을 제조하며 방사는 건조기가 필요하다. 그림 9와 그림 10은 폴

리머를 제조하는 중합 Batch 공정 모형도이다.

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그림 9 중합 BATCH 반응기의 ES공정

그림 10. 중합 BATCH 반응기의 PC(중축합) 공정

원사용 LM은 원면용과 같이 IPA(Isophthalic Acid)가 가장 많이 사용되고, 그 외에 원료 가

격이 싼 다른 지방족(Aliphatic) 개질제를 함께 사용하기도 하나, 융점이 LMP에 비해 낮지 않

으므로 일반적으로 IPA 단독으로 사용하는 경우가 대부분이다. IPA의 특성은 TPA와 달리

Benzene Ring에서 COOH基가 화학적 용어로 meta- 위치에 있는 물질이다. 그렇기 때문에

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TPA와 EG의 직선형 분자구조를 갖고 있는 Regular 폴리머에 IPA가 공중합됨으로 인해 분자

쇄가 직선형(linear)이 아닌 불규칙성으로 되어 여러 가지 물성이 변하게 된다.

그 중에서도 열적 부분은 융점(Tm)이 낮아지고, 결정온도(Tc)가 적어지면서 완전히 비정형

(Amorphous) 상태가 되고, Tm도 없어지게 되는 특성을 갖고 있는 물질이다. 또한 IPA량을

늘림에 따라 유리전이온도(Tg)도 (0.25℃/몰%당) 변하는 공중합 개질제인데 반해, 다른 개질제

에 비해 비싼 것이 단점이다.

그래프 1. IPA와 융점(Tm)의 상관관계 식

앞의 그래프 1에서 보듯이 통상 IPA 1.0몰%당 융점이 2.5℃ 낮아진다. 하지만, IPA를 50~60

몰%이상 투입했을 때는 계속 직선형으로 융점이 낮아지는 것은 아니다. 유리전이온도(Tg)도

30~40몰%까지는 떨어지는 경향이 있으나, 그 이상을 투입하면 유리전이온도가 거꾸로 상승하

는 변형점이 있다. 아래 그래프 2는 DEG 함량별 유리전이온도의 회귀식을 그래프화한 것이다.

IPA와 2가 알코올인 DEG 등은 국내외 논문 등에 여러 가지 특성, 물질량에 따른 물성변화

등 많은 Data들이 있어 깊이 있게 다루지는 않겠다.

2가 알코올의 대표적 물질인 DEG는 LMP나, 심지용 LM을 제조하는데 사용되므로 그 특성

을 간단히 살펴보겠다. DEG는 IPA와 달리 방향족이 아닌 지방족 물질이므로 그 특성이 IPA

와는 열적 특성에 있어 다른 양상을 나타낸다.

DEG는 통상 폴리머에 대해 3.3℃/wt%당 낮아지는 특성을 갖고 있다. DEG도 IPA와 같이

투입량을 많이 투입한다고 하여 Tm이 직선형으로 계속 떨어지는 것이 아니고, 어느 부분에서

는 평형점에 도달하게 된다.

DEG는 IPA 대비 가격이 저렴한 장점도 있지만, 유리전이온도가 그래프 2와 같이 상대적으

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로 많이 떨어지는 단점이 있다. 이렇게 되면 동일한 융점을 가진 폴리머라도 열적 변형성이

낮은 것이 단점으로 작용한다. 따라서 제품에 따라 적절히 조절하여 사용하는 것이 중요하다.

그래프 2. DEG와 유리전이온도(Tg)의 상관관계

IPA나 DEG 모두 ES공정에서 에스테르화 반응을 한 다음 PC반응을 하는 것이 일반적이고,

사용하는 촉매나 열안정제도 일반 Regular와 유사한 것이 다른 개질 폴리머에 비해 장점이기

도 하다(단, IPA는 TPA와 같이 별도의 IPA/EG Slurry를 만들어야 하는 설비와 Slurry농도를

재설정하는 기술도 필요하다).

아래 화학식은 TPA와 EG를 사용하여 제조된 일반 폴리에스터 분자식과 IPA와 DEG의 화

학구조를 나타낸 것이다.

그림 11. 일반 폴리에스터와 IPA(左)와 DEG(右) 분자구조

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3-2. 원면 & 원사 제조기술

(1) 원면 제조기술

통상적으로 원면은 4d×51mm가 가장 일반적 용도이다. 그 외에 2d, 15d, Dope Dyed Black

LM의 제품이 있다. 복합방사 제품 중 LMP는 해도면, 분할면, Conjugate, Olefin용 제품군이

있는데 이 중에서도 LMP 제품의 제조가 용이하다고 할 수 있다. 그 이유는 직방화되면서 건

조기의 Trouble이 없어지기도 했지만, 폴리머의 Window Process가 넓고 섬유 단면이 S/Core

Type이므로 다른 구금에 비해 제조가 용이하다. 아래 그림 12는 복합방사 원면공정 모형도이

다.

그림 12. 원면 복합방사와 연신 공정의 모형도

LMP섬유를 제조시 Sheath/Core Type은 구금(Nozzle)이 Pin Type과 Pinless Type이 있는데

두 개가 각각의 장, 단점이 있다. Pin Type은 섬유 단면의 흔들림이 없이 중앙에 Core部가 정

확한 반면 구금 값이 비싸고, Pack실에서 Pin관리 세정 등을 해야 하므로 관리 항목이 많아진

다. 또한 때로는 Pin이 절단될 수 있으므로 선택이 중요하다.

LMP의 수요가 적은 1980년대와 1990년 초에는 Pin Type이 대부분이였으나, 연속중합 직방

으로 대량생산하면서 구금의 Hole수가 많아짐에 따라 Pinless Type으로 생산해도 섬유단면에

큰 문제가 없고, 고객 공정에서도 문제가 발생치 않아 관리도 쉽고, 가격도 저렴한 Pinless로

바꾸어 대량 생산하게 되었다.

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그림 13. LMP 섬유의 Bonding과 산업용 Dope/Dyde 단면

(2) 원사 제조기술(LMF)

원사 LMF는 용도에 따라 원사의 Spec'이 매우 다양하다. 통상 50d, 75d, 150d, 250d가 주류

를 이루고 있다. 용도도 의류용과 산업용에 따라 사용되는 원사 Spec'이 다르고, 필터에 사용

되는 가정용 또는 산업용에 따라 사용되는 원사의 Spec'이 다르다.

원사 LMF는 원면과 달리 중합에서 연속중합으로 대량 생산하지 않고, Batch 중합으로 생산

이 되므로 중합은 공중합 물질만 정확히 넣어 주면 큰 어려움이 없다. 다만, 방사 부분에 있어

공중합된 폴리머의 결정이 상당히 낮아지므로 건조가 어려워, Bridge 발생의 위험이 높으므로

LMF용 특수 건조기가 필요하다.

LM 건조기는 일반적으로 진공건조기와 열풍건조기가 있는데, 과거에 진공건조기를 많이 사

용하였으나, 최근 건조의 효율을 높이기 위해 생산측면에서 효율적인 열풍건조기를 사용하는

경우가 늘고 있다.

구금의 경우는 섬유단면이 Sheath/Core Type으로 제조하는데 큰 문제가 없으나, 폴리머의

건조온도에 민감하므로 까다로운 측면도 있다.

원면 LMP는 방사 비율도 50 : 50%가 많지만, 일본의 Kanebo Bell Couple 등의 제품을 보

면 방사 비율이 30 : 70%(Sheath/Core)가 많다. 그 이유는 용도가 원면용과 다르므로 LM 폴

리머 비율이 30%로 제조되어도 Bonding 등 용도 전개에 전혀 문제가 없기 때문이다. 또한 융

점도 여러 가지가 있지만, LMP와 달리 150 ~ 200℃ 제품이 가장 많다.

구금 또한 원면 LMP와 달리 원사의 LMF는 Sheath部 비율이 30%로 낮으므로 Sheath/Core

의 단면형태를 정확히 형성하는 부분이 관리 Point이다. 따라서 구금은 Pin Type, Semi-Pin

Type과 Pinless Type 등 세 종류 Type이 있지만, 가급적이면 Pin Type을 사용하는 것이 좋다

고 생각된다. 그 이유는 단면 형성이 정확하기 때문에 화섬사에서는 Pin 관리의 어려움이 있

더라도, 고객의 품질을 위해서는 Pin Type을 사용하는 것이 품질의 안정성에 있어서 좋다.

방사 시 Extruder가 2개 사용되므로, 온도는 각각 다르게 설정하면 되고, S/Block의 온도를

흐름성이 적절하게 설정하면 된다(LM 폴리머의 용융점도가 당연히 낮고 Shear Rate에 따른

용융점도(Melt Viscosity) 변화를 연구단계에서부터 사전에 데이터를 확보하여야 방사온도 설

정에 도움이 된다).

통상적으로 Shear Rate에 따라 용융점도가 급격히 변하는 폴리머도 있지만, LM 폴리머는

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공중합체의 특성이 Shear Rate에 따라 급변하는 물질이 아니므로 온도 조절하기가 좋은 폴리

머라 생각할 수 있다.

즉, 원사 제조 시 Process Window 폭도 매우 넓어 약간의 온도에 아주 민감하게 물성이 변

하는 폴리머가 아니다. LM 원사의 제조기술에 있어서는 앞에서 언급한 폴리머의 점도, 건조

등 여러 가지 폴리머와 원사의 상관관계를 잘 알아두면 연구개발 및 제조기술을 효율적으로

할 수 있다.

그림 13. 원사 SDY 방사기 모형도

(3) Olefin(PE/PP, PE/PET) 원면LM 제조기술

일본에서는 Chisso 제품과 Kanebo 제품이 가장 먼저 개발되었으며, 품질과 시장 비율이 높

다. 그 이유는 제품을 먼저 개발하여 시장을 선도한 부분이 가장 큰 역할을 하기도 했지만, 품

질도 시장에서 가장 호평을 받고 있다.

PET계 LM 제품이 Bonding 제품에 사용되지만, Olefin계는 폴리머의 특성이 PET계와 다르

므로 원면의 제조기술과 용도의 차이점이 있다. Olefin LM은 PE/PP(S/Core) 제품과 Side by

Side 제품도 있다. 여기에서는 요즘 주요 시장을 형성하는 PE/PP(S/Core) 제품에 대해 살펴보

고자 한다.

PE/PP LM도 방사 단면 비율은 원면 폴리에스터 LM과 일반적으로 50:50이 대부분이다.

PE와 PP칩은 분자구조로 보면 공정수분율이 '0%'이므로 건조기가 필요 없다는 것이 장점이다.

하지만, 폴리머 제조방법이 PET와 완전히 다르므로 화섬업체들은 칩을 모두 유화업체를 통해

구입하여 사용하고 있다.

원면으로 제조되는 PE/PP 제품은 위생용으로 가장 많이 사용되며, 섬유 굵기는 2d와 6d가

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주류를 이룬다.

용도가 앞에서도 언급하였지만, 위생용, 산업용, 의료, 필터류 등 다양하게 사용되므로 Clean

하게 제조하는 것이 가장 중요하며, 사용하는 유제 등 모든 물질 등도 국제적 인증기준에 맞

게 제조가 되어야 한다(유아의 피부 등).

그림 14. Olefin류( PE/PP, PE/PET) 원면 공정 모식도

방사, 연신 기술은 폴리머가 Olefin류이기 때문에 열적 특성이 상당히 다르다. 즉 Tg도 낮고

융점 등은 PE는 130℃, PP는 165℃이나 열적 융용은 잘되나, 耐약품성이 매우 강한 물질이다.

그래서 일반적으로 분자량을 측정 시 용액점도를 측정하지 않고 MI 수치로 나타낸다.

MI는 폴리머별로 ASTM, JIS, KS 등에 규정되어 있는데, 폴리머별로 온도와 추의 무게를 정

해 놓고 10분간 흐르는 양으로 수치를 환산하여 정한 수치이다. 따라서 MI값이 높다는 의미는

용융점도가 낮다는 의미이다.

PP의 예를 들면, Melt Blown에 사용되는 PP 등은 수치가 몇 백 또는 1,000을 넘어가기도

하고, 일반 Spunbond 부직포용은 30 ~ 35 수준을 가장 많이 사용하며, 여기에서 언급된

Olefin LM의 Core에 사용되는 PP는 15 ~ 20 범위가 많다.

PE의 경우는 용도가 Sheath에 있어 Bonding용으로 사용되므로 방사 및 마지막 Bonding 후

부직포의 강도 등이 중요하므로 PP와 점도의 관계가 있어 주로 유사한 MI값을 사용하는 경우

가 많다.

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방사, 연신 공정에서 온도와 구금 및 고화(Quenching), 유제 등 몇 가지 부분의 기술이 다르

지만, 원면의 원천 제조기술은 PET계와 큰 차이는 없다.

3-3. 후공정 (부직포, 제직 등)

(1)원면용 LMP

LMP 부직포의 후가공법은 크게 건식과 습식으로 구분된다. 특수한 초지를 빼고는 건식법이

대부분이다. 건식에도 Mechanical bond, Chemical bond(Bonding agent), Spunbond 및

Spunlace법으로 나뉜다.

Web Forming은 Carding법과 Air-lay법이 있고, Web Bonding은 Mechanical bond에서도

Thermal bonding, Felting, Stitching 및 Needle punching법이 있다

Chemical bond(Bonding agent)는 Carding법과 Air-lay법은 같으나, Web Bonding은 5가지

종류로 LMP와는 상관없다.

LMP는 4d급이 주종이므로 일반적으로 7d 고권축 Fiber, Conjugate 7d 외에도 여러 소재와

혼합하여 Carding 공정을 거쳐 열처리에 의해 부직포를 제조한다. 이때 온도를 160℃ 전후하

여 온도와 약간의 압력을 주면 LM Fiber의 Sheath部가 용융되어 Fiber간 융착을 형성하여 제

품이 제조된다. LM Fiber가 사용되는 비율은 용도에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 30~40%

정도이다.

그래도 Bonging성은 충분하며, 각종 자료에 보면 Bonding된 부직포 상태의 섬유 SEM 사진

형태를 찾아 볼 수 있다. 국내, 해외에 LMP 소재를 구입하여 부직포를 제조하는 중소업체가

많으므로 업체를 방문하면 쉽게 볼 수 있다.

LM은 다른 섬유와 달리 염색공정이 필요 없다. 자동차용의 Black Color 제품을 요구하는 경

우가 있는데, 이런 경우는 Black Carbon을 사용하면 되고 혹시 다른 Color를 요구하는 경우에

도 필요하면 안료를 사용하여 Color를 충분히 낼 수 있다.

(2) 원사용 LMF

원사용은 Washable Blind-Curtain 등의 인테리어 제품과 인쇄 스크린 필터 및 기타 생활용

자재에 사용되므로 일반적으로 제직(Air-Jet) 또는 Tricot 공정을 거쳐 제조되기도 한다. 융착

온도는 원면 LMP에 비해 약 70℃ 정도 높으므로 이에 적합하게 열처리를 하여 Bonging을 하

면 된다. 또한 용도는 향후에도 지속적으로 개발 중에 있는 제품군이므로 용도에 따라 가공

방법도 따라서 바꿔져야 한다.

(3) 芯地用 LMP

이 제품의 폴리머 및 소재는 앞에서 설명하였듯이 지방족 물질을 사용하여 제조하는 것이

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일반적이며, 융점도 230℃ Grade로 높고 방사 및 연신 후 섬도도 1.4d급이 주종이며, 기존의

LM과 달리 단독 방사하는 제품이다.

Kanebo의 Bell Combi와 국내 H사의 'THF'가 여기에 속하는 제품이라 할 수 있다. 주로

PET와 친화력이 우수하여 혼용하여 사용되며, Nylon 제품과도 혼용하여 고밀도 부직포 제품

에 사용된다. 심지용은 일본에서는 신사복 칼라, Quilting Felt 및 Mattress 등에도 사용되고 있

다. 특히 건축소재의 방음 및 단열충진재로 사용된다.

(4) 원면 Olefin(PE/PP) LM

이 제품은 위생용으로 가장 많이 사용된다. 유아용 기저귀 등에 사용될만큼 부드럽고, 장기

간 사용 시 피부에 부작용이 없다는 특징이 있다. 따라서 제품을 다룰 때 Up-Down 스트림간

품종의 특성을 이해하여 모든 공정이 Clean공정으로 이루어져야 한다. Sheath部가 PE(융점

130℃)로 되어 있으므로 균일한 접착성이 중요하다.

앞에서도 언급한대로 유아용이나 생리대에 사용되므로 부드러운 것이 매우 중요한데, PE 소

재를 선정한 이유도 PE가 낮은 Modulus를 갖고 있어 부드럽기 때문이다. 고객의 기능에 따라

친수성과 소수성을 제조할 수 있다. 위생용에서는 Top Sheet 부분에 사용된다. 위생용은 여러

가지 소재와 층이 형성되는데 특히, Top Sheet 부분 제조 시 가공이 잘 되어야 한다.

여성용 생리대의 경우도 완제품을 분해해보면, PET계 LM과 SAP(고흡수성 수지)와 Olefin계

Short Cut Fiber와 섬유장이 Olefin(PE/PP) 등이 함께 조합하여 사용되는데 위생용이므로 소

재 등에 대한 가공 등이 중요하다.

4. 맺음말

1) 섬유로서 에폭시 수지 또는 아크릴 등을 대체할 수 있는 친환경 폴리에스터계 LM(원면, 원

사)과 Olefin계의 제품이 20~30년 전부터 개발되어 시장에 확대됨에 따라 최근 지구 온난화가

Issue가 되는 시점에서 에폭시 수지 등을 대체할 수 있으며, 재활용이 가능한 LM(저융점) 친

환경 섬유라는 것은 엄청난 경제적, 환경적 파급효과가 있다. 또한 LMP 등은 한국이 세계 시

장의 40% 이상의 마켓을 가지고 있다는 것은 고무적이다. 하지만, 이러한 제품개발이 한국이

최초가 아니라는 점은 다소 아쉽다(응용도 중요하지만, 지식재산권을 가질 수 있도록 최초 연

구 방향 설정이 중요하다).

2) 모든 산업분야가 그렇듯이 섬유부분의 LM을 보면 초기에는 미약하였으나, 시간이 흐름에

따라 폭발적인 제품이 된다는 것을 보면서 향후 개발되는 제품도 미래 20~30년 후에 어떻게

될 것인가를 전략적으로 기획하여 기초와 상업화 연구를 산, 학, 연이 공동으로 연구하는 것이

중요하며 또한 Up- Down Stream이 많이 활성화되었지만, 앞으로 세계 최초로 연구 개발하여

과거에 개발되었던 LM과 같은 제품들이 한국에서 나오기를 기대해 본다(LM 제품군을 깊이

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생각해 보면 미래에 개발하는 섬유 소재에 他山之石이 될 것으로 생각된다).

3)이제는 한국도 과거와 달리 R&D 비율이 점점 높아지므로 섬유에 종사하는 한 사람으로서

이제는 섬유가 개발 제품이 아닌 他 신사업 제품군에 많이 적용되고 있으므로 타 산업의 발전

동향과 정보를 교류하는 것이 중요하다고 생각한다.

(예) 반도체, 산업용(우주선, 비행기, 자동차 등), 생활용, 의류용, 의료(메디컬) 등의 연구가 他

산업과의 융합기술이 되어야 하고, 이에 앞서 대학의 기초연구와 화학회사들의 원료에 대한

원천기술 등이 화섬사와 상호간 연계되어야 한다.