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추위 비켜! 발열섬유로 따숩게
발열섬유

보온효과에 대한 논란 속에서도 ‘발열’을 핵심으로 하는 기능성 섬유의 진화는 계속되고 있다. 시중에 판매되고 있는 발열섬유의 원리도 종류도 제각각. 몸의 땀을 열로 바꾸는 흡습 발열섬유에서부터 신체열 반사, 원적외선, 태양광 등을 이용한 섬유에 이르기까지 다양한 제품이 상용화되면서 발열 경쟁이 ‘후끈’ 달아오르고 있다.

기술을 입는다! 발열섬유의 대활약
찬바람이 불기 시작하면서 발열 기능을 내세운 의류 광고가 봇물을 이루고 있다. 발열섬유는 말 그대로 ‘스스로 열을 내는 섬유’란 뜻이다. 두꺼운 패딩점퍼의 경우 공기를 가두어 몸에서 나온 열이 밖으로 빠져나가는 것을 막는 단열 기능을 한다면, 발열섬유는 섬유 자체가 열을 발생시킨다는 점에서 다르다. 열선 없이 발열이 가능하기 때문에 얇지만 따뜻하고, 세탁도 편리하다. 지금의 발열섬유가 좀 더 진화하면 조만간 두꺼운 옷들이 사라질지도 모른다.
이미 잘 알려져 있듯이 세계 최초의 발열섬유는 글로벌 SPA 브랜드인 유니클로가 일본 화학섬유기업 도레이와 함께 개발한 히트텍(Heattech)이다. 히트텍은 몸에서 배출된 땀이 섬유에 달라붙을 때 발생하는 흡착열을 이용해 발열한다. 이 흡착열이 기체에서 액체 상태로 변화할 때 응축열이 발생하고, 이러한 원리로 물 분자의 운동에너지가 열에너지로 전환되는 것이다. 몸에서 나는 땀을 이용하기 때문에 가만히 앉아 있을 때는 효과를 느끼지 못하다가도 조금 움직이면 따뜻해지는 것을 느끼는 것은 이런 이유 때문이다. 이 때문에 사람마다 체감하는 보온효과도 제각각일 수밖에 없다. 흡습성이 높을수록 열을 많이 발생하기 때문에 아크릴레이트와 레이온, 폴리에스테르 등이 주로 사용된다.
흡습발열을 이용한 섬유에 속건 기능까지 갖출 경우 보온효과는 더 올라간다. 습기로 열을 내지만, 아예 젖을 정도로 축축하면 발열이 일어나지 않기 때문이다. 내의 전문기업인 남영비비안이 새로 출시한 내의 브랜드 ‘솔리스트’는 속건 기능을 강화해 보온효과를 더 높인 제품이다. 일본 도호텍스타일이 개발한 원단으로 제작된 이 제품은 원단 내의 모세관 현상을 통해 습기와 속건 기능을 강화해 착용감이 쾌적하면서도 발열효과가 높은 것이 특징이다.

확대보기대표적인 발열섬유인 유니클로의 히트텍. 몸에서 배출된 땀이 섬유에 달라붙을 때 발생하는 흡착열을 이용해 발열한다.

확대보기컬럼비아의 ‘옴니히트’는 은색 점 패턴의 안감이 몸에서 복사되는 열을 반사해 보온력을 높이는 원리로 발열한다(출처 : 콜롬비아 공식 홈페이지).

흡습·반사·태양열 등 발열 기술경쟁 ‘후끈’
몸에서 발생하는 적외선을 이용해 발열하는 섬유도 있다. 우리 몸에서 발생하는 적외선은 같은 파장의 적외선과 만나면 공명현상을 일으키는데, 이 과정에서 열이 발생하게 된다. 이러한 원리를 이용해 적외선에 반응하는 세라믹이나 옥, 백탄 숯 등을 섬유에 코팅하면, 몸에서 발생하는 적외선을 금속 입자가 흡수한 후 활발해진 분자가 충돌하는 과정에서 열이 발생한다. 내의 전문기업인 BYC는 보온 내의 ‘보디히트’의 2010년 모델부터 적외선 발열 기능을 넣었다. 대기 중의 적외선을 열에너지로 바꿔 보온성을 유지하는 기능성 웨어다.
몸에서 발생하는 열을 다시 반사해서 보존하는 발열섬유도 있다. 은이나 알루미늄 등의 금속을 코팅해 몸에서 복사되는 열을 반사해 보온력을 높이는 것인데, 보온병 안에 알루미늄을 코팅하는 것과 같은 원리다. 은색 점 패턴을 안감으로 사용한 컬럼비아의 ‘옴니히트’가 이 원리를 이용한 대표적인 예다.
여기서 한발 더 나아가 태양열을 이용한 발열섬유도 등장했다. 이것을 ‘흡광축열 섬유’라고도 하는데, 말 그대로 빛을 흡수해서 열을 비축한 후 이것이 밖으로 빠져나가지 못하게 한다. 섬유 안에 태양광을 효과적으로 흡수하는 탄화지르코늄, 산화지르코늄을 넣어 제작하면 이 물질이 태양에서 나오는 원적외선을 받아 분자끼리 충돌해 진동을 일으키고, 이 과정에서 열이 발생한다.
발열효과를 높이기 위해 각 방식의 장점을 결합한 제품도 등장했다. 다운 소재 브랜드 프라우덴이 선보인 패딩 ‘히트업 코팅 다운’은 낮시간에 실외에서는 태양광의 근적외선을, 저녁이나 실내에서는 신체의 원적외선을 흡수해 발열한다.
다소 엉뚱한 발열섬유도 등장했다. 매운 고추에 들어 있는 캡사이신 성분을 섬유에 코팅해 발열효과를 내는 기술인데, 이 성분이 몸의 신진대사를 촉진해 열을 내는 방식이다. 그러나 캡사이신이 피부에 닿을 때 일어날 수 있는 알레르기 반응 때문에 실제 상용화 단계에는 이르지 못했다.

아웃도어는 물론 농업, 건축 등 응용분야 무궁무진
발열섬유는 주로 내의나 보온의류에 사용되고 있지만, 생각보다 응용분야가 넓다. 자동차 시트나 의료용 기기 분야에서도 최근 탄소섬유 발열체를 이용한 제품이 등장했다. 탄소섬유 발열체는 섬유에 전압을 가하면 탄소 나노 입자에서 파동이 발생하고, 이 파동이 공기 중에 있는 수분 입자를 진동시켜 온도를 높이는 원리다. 탄소섬유 발열체는 전기만 공급하면 스스로 열을 내기 때문에 열선으로 인한 전자파 걱정이나 누전 등의 염려가 없는 것이 장점이다. 일반 전기열선의 경우 열선 주변만 따뜻한 반면, 최근에 개발이 활발한 면 형태의 탄소섬유 발열체의 경우 면 전체가 따뜻해지기 때문에 보온효과도 더 높다.
최근 각 지자체에서 경쟁적으로 도입하고 있는 버스정류장 발열의자도 탄소섬유 발열체를 이용한 대표적인 예다. 탄소섬유로 제작되어 낮은 소비전력만으로도 열의 전도를 높이는 것이 장점이다. 설정 온도에 따라 야외가 영하로 떨어져도 의자 표면온도는 35∼38℃를 유지한다. 2014년 11월 전주 시내버스 정류장에 이 발열의자가 등장한 이후로 부안, 속초 등 각 지자체에서 겨울에 승객들을 위해 속속 도입하고 있다. 겨울에 버스를 기다릴 때 추위에 떨지 않아도 되므로 시민들의 반응은 뜨겁다.
같은 원리로 전기 온열매트나 발열장갑, 자동차 시트 히터 등의 제품도 출시되고 있다. 특히 히터를 사용하기 어려운 환경에 있는 근로자를 위한 발열조끼나 캠핑용 발열침낭, 발열텐트 등 아웃도어와 스포츠 분야로 적용 대상이 점차 확대되고 있다.
최근에는 산업분야에서도 탄소섬유 발열체를 응용하려는 움직임이 가속되고 있다. 콘크리트 양생스틸 거푸집 전문기업인 한영아이앤씨는 지유엠아이씨로부터 탄소섬유 발열체 기술을 이전받아 겨울철에도 콘크리트 양생 작업을 할 수 있는 특수 거푸집 상용화를 추진 중이다. 이 특수 거푸집이 상용화될 경우 각종 건축공사 기간이 크게 단축될 것으로 기대된다.
물론 발열 기술이 지니는 한계점도 분명히 존재한다. 신체의 열이나 땀, 외부의 태양광과 상관없이 진정으로 스스로 열을 내는 섬유는 아직 발견되지 않았다. 아직 정복되지 않은 분야이지만, 지구상에 차가운 겨울이 계속되는 한 발열섬유는 계속 진화할 것임에 틀림없다.

임숙경 전문기자

조회수 : 5,638기사작성일 : 2017-12-01
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