혁신이 세상을 바꿉니다
겨울철 보온에서는 오랫동안 ‘두꺼울수록 따뜻하다’는 인식이 자리 잡아 왔습니다. 다운 재킷은 더 풍성할수록 따뜻한 경향이 있고, 보온 코트는 두꺼울수록 추위를 더 잘 막아줄 것으로 기대됩니다.
Y-Warm은 이러한 통념에 도전합니다. 두께가 0.7 mm에 불과한 이 나노 스케일의 유연한 단열 소재는 비교 가능한 조건에서 체감 온도를 약 10°C 높일 수 있습니다.
얇으면서도 높은 단열 성능을 내는 소재. 얼핏 상반되어 보이는 두 특성은 어떻게 함께 구현될 수 있을까요?
1. 단열의 기본 원리: 열 손실을 줄이는 것
그 원리를 이해하려면 먼저 단열의 기본적인 물리 원리를 살펴볼 필요가 있습니다.
인체는 지속적으로 열을 만들어 내지만, 단열 소재 자체가 열을 만들어 내는 것은 아닙니다. 단열 소재의 주된 역할은 체열이 주변 환경으로 전달되는 속도를 늦추는 것입니다. 이 과정에 영향을 미치는 핵심 물성 중 하나가 열전도율입니다. 열전도율이 낮을수록 소재는 열 전달을 더 효과적으로 억제합니다.
움직이지 않는 공기, 즉 정지 공기는 열전도율이 매우 낮아 우수한 단열 효과를 냅니다. 기존 단열 소재는 이러한 특성을 활용합니다. 다운, 면솜, 플리스와 같은 섬유 소재는 많은 양의 정지 공기를 가두는 구조를 형성하고, 그 안에 갇힌 공기층이 열 전달을 늦추는 역할을 합니다.
2. 기존 단열 소재에 두께가 필요한 이유
기존 단열 소재에 대체로 부피가 필요한 이유도 여기에 있습니다.
섬유 구조가 충분한 양의 정지 공기를 품으려면 그만큼 풍성하게 부풀어 있는 상태를 유지해야 합니다. 따라서 기존 방식에서는 단열 성능을 높이기 위해 단열층의 두께를 늘리는 경우가 많았습니다.
그러나 두꺼운 구조에는 다른 문제가 따를 수 있습니다. 큰 공극 내부에서는 공기가 움직여 단열 효율이 낮아질 수 있습니다. 소재가 수분을 흡수하면 열전도율이 크게 높아질 수 있고, 두꺼운 구조는 몸에서 발생한 수증기가 외부로 빠져나가는 것을 어렵게 만들 수도 있습니다.
기존 단열 방식은 두께를 확보해 보온성을 높여 왔지만, 그 과정에서 __부피와 무게 증가, 젖었을 때의 단열 성능 저하, 수분 관리 효율 감소__라는 상충 요소가 생길 수 있습니다.
3. Y-Warm의 접근 방식: 마이크로미터 크기의 폐쇄기포에 공기를 가두기
Y-Warm은 다른 구조적 접근 방식을 취합니다.
두껍고 부풀어 있는 섬유층에 많은 양의 정지 공기를 가두는 대신, 유연한 나노 폐쇄기포 구조를 이용해 마이크로미터 크기의 기공 안에 정지 공기를 가둡니다.
이처럼 훨씬 작은 공간에서 공기를 제어하면 기존 섬유 단열재와 같은 큰 부피를 확보하지 않고도 낮은 열전도율을 유지할 수 있습니다.
유연성도 그에 못지않게 중요합니다.
Y-Warm은 소재 시스템 설계를 통해 폐쇄기포 단열 구조에 실제 섬유 제품에 필요한 기계적 특성을 함께 구현했습니다. 얇은 막과 같은 형태이면서도 봉제와 세탁기 세탁이 가능하며, 의류 구조에 밀착되도록 적용할 수 있습니다.
이는 두께와 단열 성능의 관계를 다르게 바라보게 합니다.
Y-Warm의 얇은 두께는 단열 성능을 희생한 결과가 아닙니다. 더 효율적인 단열 구조를 통해 얇고 가벼운 형태를 구현한 것입니다.
4. 낮은 열전도율을 넘어: 단열 성능 유지를 위한 수분 관리
낮은 열전도율은 얇은 소재가 효과적으로 단열할 수 있는 이유를 설명해 줍니다. 하지만 그 성능을 유지하려면 또 하나의 중요한 변수인 수분도 관리해야 합니다.
단열 소재가 젖으면 구조 안에 있던 정지 공기의 일부를 물이 대신할 수 있습니다. 물은 공기보다 열을 훨씬 잘 전달하므로, 수분 함량이 늘어나면 단열 성능이 크게 저하될 수 있습니다.
겨울에 축축한 옷을 입었을 때 훨씬 더 춥게 느껴지는 이유 중 하나도 여기에 있습니다.
시험 자료에 따르면, Y-Warm은 친수성 작용기를 포함하며 수분 흡수 능력은 시험에 사용된 표준 비교 원단의 약 2배입니다. 이러한 특성은 몸에서 발생한 수분을 빠르게 흡수하고 이동시키는 데 도움이 됩니다.
수분 증발 속도 역시 비교 원단의 약 2배이며, 수분으로 완전히 포화된 뒤에도 약 1시간 만에 완전히 건조될 수 있습니다.
따라서 Y-Warm의 단열 효율은 두 측면에서 이해할 수 있습니다. 낮은 열전도율은 열 전달을 줄이고, 투습성과 속건성은 단열층을 건조하게 유지해 수분으로 인한 단열 성능 손실을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
5. 이러한 소재를 구현하기 어려웠던 이유
기공이 많은 구조를 단열에 활용한다는 개념 자체는 새로운 것이 아닙니다. 어려운 점은 이 개념을 실제로 사용할 수 있을 만큼 기계적으로 견고한 소재로 구현하는 데 있었습니다.
높은 기공률은 매우 낮은 열전도율을 구현하는 데 도움이 될 수 있지만, 기계적 강도가 낮아지는 경우가 많습니다. 이러한 취성, 즉 쉽게 부서지는 성질 때문에 많은 나노다공성 소재는 구부리거나 봉제하고 세탁하기 어려웠으며, 착용형 제품에 적용하는 데도 제약이 있었습니다.
__단열 성능과 기계적 내구성 사이의 상충 관계__는 나노다공성 단열 소재를 섬유 분야에 적용하는 데 주요 장벽 중 하나였습니다.
Y-Warm 개발팀은 나노다공성 소재의 기계적 한계를 해결하는 데 8년을 들였습니다. 세계 최초의 기술적 돌파구 세 가지를 마련해, 이 개념을 실제 사용 환경에 적용할 수 있는 유연하고 실용적인 단열 소재로 구현했습니다.
Y-Warm의 사용 온도 범위는 −50°C에서 150°C까지입니다.
6. 소재의 성능을 완제품의 성능으로 이어 가려면
소재의 성능이 우수하다고 해서 완제품에서도 같은 수준의 성능이 자동으로 보장되는 것은 아닙니다.
Y-Warm을 의류나 다른 제품에 적용하는 방식은 소재의 특성에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다. 공개된 기술 정보에 따르면, 지나치게 촘촘한 퀼팅은 소재의 촉감을 바꾸고 완제품을 더 뻣뻣하게 만들 수 있습니다. 100°C를 초과하는 온도에서 압력을 가하면 기공 구조의 복원 능력이 저하될 수 있으며, 전면 접착 라미네이션은 통기성과 수분 관리 성능을 저해할 수 있습니다.
이러한 제약은 최적의 단열 성능이 소재 자체뿐 아니라 후속 제조 공정과 제품 설계에도 달려 있음을 보여 줍니다.
실제로 단열 성능을 구현하는 일은 시스템 공학적 과제입니다. 소재 물성, 층 구성, 퀼팅, 라미네이션, 의류 구조, 제조 공정이 서로 맞물려야 의도한 성능을 얻을 수 있습니다.
두께를 더하는 방식에서 열 전달을 더 효율적으로 관리하는 방식으로
겨울철 보온의 기존 접근 방식이 달라지기 시작하고 있습니다. 단순히 두께를 늘리는 데서 열 전달을 더 효율적으로 관리하는 방향으로 나아가고 있습니다.
Y-Warm의 의미는 두께가 0.7 mm에 불과한 단열 소재를 만들었다는 데만 있지 않습니다. 더 중요한 점은 나노 스케일의 폐쇄기포 구조가 부피가 크고 풍성하게 부풀어 있는 구조에만 의존하지 않고 단열 효율을 높이는 또 다른 접근 방식을 보여 준다는 것입니다.
재료과학이 던지는 질문도 ‘따뜻함을 유지하려면 얼마나 두꺼워야 할까?’에서 다음 질문으로 옮겨 가고 있습니다.
“주어진 두께 안에서 열 손실을 얼마나 효율적으로 제어할 수 있을까?”
Y-Warm은 이 질문에 대한 하나의 해답이며, 경량 단열 소재의 설계 방식이 달라질 가능성을 보여 줍니다.
