같은 원사인데 어떤 로트는 가연기에서 매끄럽게 지나가고, 어떤 로트는 가이드에서 걸려 사절(絲切)과 모우(毛羽)가 늘어납니다. 방사유제(스핀 피니시) 부착량을 바꿨는데 실제로 마찰이 얼마나 달라졌는지 숫자로 말할 수 없다면 개선 방향을 정하기 어렵습니다. 실마찰 측정기(얀 프릭션 테스터)는 바로 이 "실이 지나갈 때의 미끄러짐"을 정량화하는 장비입니다. 이 글은 무엇을 알고 싶은지에서 출발해 어떤 시험·규격·장비를 골라야 하는지를 정리한 선택 가이드입니다.
3초 요약 — 실과 가이드·핀 등 고체면의 마찰은 ASTM D3108, 실과 실의 마찰은 ASTM D3412로 측정하며, 두 규격 모두 캡스턴 방식으로 μ = ln(T2/T1) / θ(T1·T2 = 입·출구 장력, θ = 접촉각[rad])로 계산합니다. 장비는 실을 일정 속도로 인출하며 장력을 기록하는 실마찰 측정기(Tensometric RK SS-26, 인출속도 0.1~200mm/min 무단 조절·2단 프리셋)를 사용합니다. 필름·시트의 면 대 면 마찰계수(ASTM D1894 슬레드법)와는 장비가 다릅니다.
한눈에 보는 선택표 — 목적별 시험·규격·장비
| 알고 싶은 것 | 어떤 시험 | 적용 규격 | 어떤 장비 |
|---|---|---|---|
| 실이 금속·세라믹 가이드를 지날 때의 마찰 | 실↔고체면 캡스턴 인출 시험 | ASTM D3108 | 실마찰 측정기 (RK SS-26) |
| 실끼리 스치는 마찰(권취·연사·직조 중) | 실↔실 캡스턴/트위스트 시험 | ASTM D3412 | 실마찰 측정기 (RK SS-26) |
| 스틱-슬립으로 인한 장력 변동 폭 | 정속 인출 중 장력 파형 기록 | 사내 규격(속도·접촉 조건 고정) | 실마찰 측정기 (RK SS-26) |
| 방사유제·오일링·코팅 조건의 효과 비교 | 조건별 마찰계수·변동 폭 비교 | ASTM D3108 기반 사내 비교시험 | 실마찰 측정기 (RK SS-26) |
| 필름·시트·종이의 면 대 면 미끄럼성 | 슬레드(sled) 방식 COF 시험 | ASTM D1894 · ISO 8295 · TAPPI T549 | 마찰계수 측정기 (FP-2260) |
| 공정 중 실에 걸리는 장력 자체 | 주행사 장력 측정 | — | 실·와이어 장력계(텐션미터) |
실마찰 측정기란 — 인출 장력의 변화로 마찰을 읽는다
실마찰 측정기는 실·필라멘트를 일정한 속도로 인출하면서, 접촉체(가이드·핀·롤러 또는 다른 실)를 지나기 전과 후의 장력 차이를 기록하는 장비입니다. 실이 미끄러지기 어려울수록 접촉면을 빠져나온 뒤의 장력(T2)이 들어가기 전 장력(T1)보다 크게 올라가므로, 이 장력비가 곧 마찰의 크기를 나타냅니다.
핵심은 속도를 일정하게 유지하는 구동부입니다. 인출 속도가 흔들리면 장력도 함께 흔들려 마찰 때문인지 구동 때문인지 구분할 수 없기 때문입니다. Tensometric RK SS-26은 감속 기어 모터와 고뎃(godet)으로 실을 끌어당기며, 인출 속도를 0.1~200mm/min 범위에서 노브로 무단 조절하고 LCD로 확인합니다.
어떤 마찰을 볼 것인가 — 실↔고체면(D3108) vs 실↔실(D3412)
먼저 정해야 할 것은 무엇과 무엇 사이의 마찰인지입니다. 두 가지는 규격도, 시험 구성도, 개선 방향도 다릅니다.
- 실 ↔ 고체 재료 (ASTM D3108) — 주행 중인 실이 금속·세라믹 가이드, 핀, 트래블러, 히터 표면 등 고체면과 접촉할 때의 동마찰을 측정합니다. 가이드 마모, 가공 중 사절, 히터 걸림 문제를 볼 때 기준이 되는 시험입니다.
- 실 ↔ 실 (ASTM D3412) — 실이 다른 실과 스칠 때의 마찰을 측정합니다. 권취 패키지 내부의 미끄러짐, 연사·합사, 직조 시 경사 간 간섭, 패키지 붕괴 같은 문제와 직결됩니다.
실무에서 방사유제(스핀 피니시)를 조정할 때 두 값이 반대 방향으로 움직이는 경우가 있습니다. 가이드 마찰을 낮추려고 유제를 늘렸더니 실↔실 마찰까지 낮아져 권취 패키지가 무너지는 식입니다. 그래서 두 마찰을 함께 관리하는 것이 원칙입니다.
어떻게 계산하나 — 캡스턴 식 μ = ln(T2/T1)/θ
ASTM D3108과 D3412는 모두 캡스턴(capstan) 방식을 사용합니다. 실을 원통면에 일정 각도로 감아 통과시키고, 입구 장력 T1과 출구 장력 T2를 측정한 뒤 오일러(캡스턴) 식으로 마찰계수를 구합니다.
μ = ln(T2 / T1) / θ
μ = 마찰계수(무차원), T1 = 접촉 전 장력, T2 = 접촉 후 장력, θ = 접촉각(라디안). D3412의 캡스턴 옵션은 접촉각 180°(= π ≈ 3.1416 rad)를 사용합니다.
장력비 → 마찰계수 환산 (접촉각 180° 기준)
| 장력비 T2/T1 | ln(T2/T1) | 마찰계수 μ (θ = 3.1416 rad) |
|---|---|---|
| 1.1 | 0.095 | 약 0.030 |
| 1.2 | 0.182 | 약 0.058 |
| 1.5 | 0.405 | 약 0.129 |
| 2.0 | 0.693 | 약 0.221 |
| 3.0 | 1.099 | 약 0.350 |
표에서 보듯 접촉각이 고정되어야 값을 비교할 수 있습니다. 같은 장력비라도 감긴 각도가 90°냐 180°냐에 따라 마찰계수가 2배 차이 납니다. 사내 비교시험을 설계할 때 접촉체 재질·직경·접촉각·인출 속도·전처리(온습도) 조건을 문서로 고정해 두어야 로트 간 비교가 의미를 갖습니다.
평균값만 보면 놓치는 것 — 스틱-슬립(stick-slip) 변동
스틱-슬립은 실이 접촉면에 붙었다가(stick) 한계를 넘는 순간 튕기듯 미끄러지는(slip) 동작이 반복되면서 장력이 톱니 모양으로 진동하는 현상입니다. 정마찰과 동마찰의 차이가 클수록 진폭이 커집니다.
여기서 중요한 점은 평균 마찰계수가 같아도 공정 결과가 다를 수 있다는 것입니다. 진폭이 크면 순간 장력이 평균보다 훨씬 높게 튀어 다음과 같은 불량으로 이어집니다.
- 사절(絲切) — 순간 장력 피크가 실의 강력을 넘는 지점에서 끊어짐
- 모우(毛羽)·보풀 — 슬립 순간의 충격으로 단사가 손상
- 권취 불균일 — 장력 변동이 패키지 밀도 편차로 남음
- 염색 얼룩 — 연신·열처리 중 장력 편차가 배향 차이로 이어짐
그래서 실마찰 시험에서는 평균 마찰계수와 장력 변동 폭(진폭)을 함께 기록하고, 인출 속도를 바꿔가며 속도 의존성을 확인합니다. 스틱-슬립은 보통 저속에서 두드러지고 속도가 올라가면 완화되는 경향이 있어, 공정 속도 근처와 그보다 낮은 조건을 함께 보는 것이 유용합니다.
실마찰 측정기 — Tensometric RK SS-26 (인출속도 0.1~200mm/min)
독일 Tensometric-Messtechnik GmbH의 RK SS-26은 실·얀의 스틱-슬립 마찰을 측정하는 Stick-Slip Drawing-off Device입니다. 감속 기어 모터와 고뎃으로 실을 일정 속도로 인출하며, 마찰로 인한 장력 변동을 정밀하게 기록합니다.
| 항목 | 사양 |
|---|---|
| 측정 항목 | 실·얀의 스틱-슬립 마찰 (인출 마찰) |
| 구동 | 감속 기어 모터 + 고뎃(godet) |
| 인출 속도 | 0.1 ~ 200 mm/min 무단 조절(노브) |
| 프리셋 속도 | 0.1 ~ 200 mm/min 추가 프리셋 1단 + 전환 스위치 (2단 운용) |
| 표시 | LCD 인출 속도 표시 |
| 제조 | Tensometric-Messtechnik GmbH (독일) |
실무에서 유용한 부분은 2단 속도 프리셋입니다. 두 가지 인출 속도를 미리 설정해 두고 스위치로 즉시 전환할 수 있어, 속도 A ↔ 속도 B를 반복 비교하는 시험(스틱-슬립의 속도 의존성 확인, 저속·고속 조건 재현)을 노브를 다시 맞추는 오차 없이 수행할 수 있습니다. 방사유제 부착량·종류, 코팅, 연신·가연 조건을 바꿔가며 가공성과 품질을 관리하는 용도에 적합합니다.
혼동하기 쉬운 시험 — 마찰계수(COF) 측정기와 무엇이 다른가
검색할 때 "마찰계수 측정기"로 나오는 장비의 대부분은 슬레드(sled) 방식입니다. 일정 무게의 슬레드를 시험편 위에 놓고 끌면서 힘을 재는 방식으로, ASTM D1894 · ISO 8295 · TAPPI T549가 여기에 해당하고 FP-2260 같은 장비를 씁니다. 대상은 필름·포장재·종이처럼 넓은 면입니다.
반면 실·얀은 선(線) 형상이 곡면에 감겨 지나가는 접촉이라 슬레드 방식이 성립하지 않습니다. 그래서 캡스턴 방식(ASTM D3108·D3412)의 실마찰 측정기가 별도로 필요합니다. 두 시험은 같은 "마찰계수"라는 단어를 쓰지만 서로 대체되지 않습니다. 필름의 슬립성 관리는 마찰계수(COF) 시험 가이드를 참고하세요.
시험 전 체크리스트 — 재현성을 만드는 6가지
- ① 온습도 전처리 — 섬유의 마찰은 수분율에 민감합니다. 표준 온습도에서 충분히 조습한 뒤 시험합니다.
- ② 접촉체 재질·표면 — 금속·세라믹, 표면 조도, 직경을 기록합니다. 마모된 접촉체는 값을 바꿉니다.
- ③ 접촉각(θ) 고정 — 계산식에 직접 들어가는 값입니다. 시험마다 동일하게 유지합니다.
- ④ 인출 속도 — 공정 속도와의 관계를 정해두고, 속도별로 별도 기록합니다.
- ⑤ 입구 장력(T1) — 초기 장력이 다르면 접촉 상태가 달라집니다. 프리텐션을 규정합니다.
- ⑥ 시료 길이·반복수 — 실은 길이 방향으로 유제 부착이 고르지 않으므로 충분한 길이·반복 측정으로 평균과 편차를 함께 봅니다.
정리 — 목적에서 시작해 장비로
실마찰 시험의 설계는 '무엇과 무엇 사이의 마찰을, 어떤 속도에서 보는가'에서 출발합니다. 가이드·핀 등 고체면과의 마찰이면 ASTM D3108, 실끼리의 마찰이면 ASTM D3412를 기준으로 캡스턴 식(μ = ln(T2/T1)/θ)으로 계산하고, 평균값과 함께 스틱-슬립 변동 폭을 봐야 사절·모우·권취 편차의 원인을 잡을 수 있습니다. 장비는 인출 속도를 재현성 있게 제어하는 실마찰 측정기(Tensometric RK SS-26)를 사용합니다. 필름·시트의 면 대 면 마찰계수는 슬레드 방식(FP-2260)으로 별도 관리합니다.
세경하이테크는 독일 Tensometric의 실마찰 측정기·실 장력계와 마찰계수 측정기 라인업을 공급합니다. 측정 대상 실 종류(폴리에스터·나일론·아라미드·탄소섬유 등)와 데니어, 목표 인출 속도, 시험 목적을 알려주시면 구성을 안내해 드립니다.
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