Minimizing wrinkles on woven fabric using point-contact clamps

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 기계공학부, 2022. 8. 김호영.의류에서 발생하는 원단 외 변형인 주름(wrinkle)은 우리의 일상 생활에서 흔히 발견되며 원단을 다루는 의류 제조 공정에서는 결함으로 분류되어 생산 품질 결정에 큰 영향을 미친다. 의류 봉제 공정에서 발생하는 오류 중 하나인 주름을 방지하기 위하여 본 연구에서는 평직 직조 원단의 주름 발생 메커니즘을 탐색하고 주름 완화를 위한 클램핑 방법을 도출하였다. 비신장성 섬유로 구성된 원단에서는 섬유간 네트워킹인 직조 구조와 단일 섬유가 가진 크림프 구조에 의해 주름이 발생하며, 임의의 형상의 원단에 인장력을 가하기 위해 점 접촉 클램프를 사용할 경우 두 가지 메커니즘으로 나누어 주름의 발생 과정을 분석할 수 있다. 첫 번째로 탄성 시트와 유사하게 포아송 효과에 의해 주름이 발생하는 경우, 섬유의 신장이 아닌 섬유 크림프 레벨의 교환에 의해 원단에 수축이 발생하며 원단 내에서 광범위한 형태로 나타나게 된다. 두 번째로 마찰력에 의해 섬유가 호 형태로 변형될 경우 직조 구조에서 전단 변형이 발생하여 주름이 발생하게 되고, 이 주름은 클램프 근처에서 locking angle이라는 임계값을 지난 후에 인장력의 45 도 방향으로 주름이 발생하게 된다는 것을 발견하였다. 본 연구의 주름 발생 메커니즘을 적용하여 다양한 클램핑 방법을 적용하면 직조 구조에 평행한 방향과 45 도 방향의 힘이 공존할 때 주름이 최소화됨을 알 수 있다. 평직 직조 원단은 방사형(radial) 클램핑을 사용하는 경우 주름이 완화된다는 것을 이론과 실험적으로 예측하였으며, 이 결과를 바탕으로 실제 의류 산업에 적용할 수 있는 원단 장력 인가 장치를 설계하였다. 방사형 장력 인가를 구현하는 장치를 사용하여 봉제하였을 때 실제 봉제 평가 프레임을 통과하는 준수한 결과물을 도출하였으며, 본 연구의 주름 발생 메커니즘의 이해는 노동 집약적인 의류 산업의 자동화에 기여할 것으로 기대한다.Wrinkles, which are out-of-plane deformations that occur in fabric, can be observed not only in clothing but also in the garment manufacturing process classified as defects. In this study, the wrinkling mechanism of plain weave fabrics and the clamping method are explored to minimize wrinkles to prevent significant errors of production quality in garment sewing process. In fabrics composed of non-extensible fibers, wrinkles occur due to the weave structure, which is networking between fibers, and the crimp structure of a single fiber. We analyze the wrinkling theory using a point contact clamp to apply a tensile force to an arbitrary shape fabric. First, like elastic sheets, when wrinkles occur due to the Poisson effect, compression occurs by the exchange of the fiber crimp level, not the elongation of the fiber as we known, and it appears in a wide range of shapes. Second, when the fiber is deformed into an arc shape due to friction force, shear deformation occurs near clamp boundary 45°with respect to tension direction after locking angle. To minimize wrinkles in plain weave fabric, we declare radial clamping extension based on wrinkling mechanism and extension experiments. Also, we design a fabric tension exerting device using our theory and this device can contribute to the automation of the labor-intensive garment industry.1. 서 론 1 1.1 연구의 배경 1 1.2 연구의 내용 4 2. 실험 장치 및 실험 방법 5 2.1 실험 대상 5 2.2 실험 장치 구성 7 2.3 실험 방법 9 3. 실험 결과 및 분석 10 3.1 주름 발생 메커니즘 10 3.1.1 포아송 효과의 압축에 의한 주름 14 3.1.2 마찰력의 전단 변형에 의한 주름 19 3.2 클램핑 방법에 따른 주름 양상 23 4. 원단 장력 인가 장치 27 4.1 원단 장력 인가 장치 설계 27 4.2 원단 장력 인가 장치 성능 평가 30 5. 결 론 33 참고문헌 34 Abstract 37석