섬유 염색 과정 실시간 확인해 불량 줄인다

생기원, 염색변수 실시간 측정·분석하는 ‘염색정보 통합 모니터링 기술’ 개발

개발한 모듈을 통해 염색기의 가동 상태를 확인하고 있는 심재윤 그룹장(右)/사진=생기원

국내 섬유패션 산업에서 염색 가공 분야는 약 1500개 업체로 구성돼 있지만 대부분 영세하며 생산성도 낮다. 염색 가공의 대표적 생산성 지표인 염색 일발율(Right first time)은 평균 80~85% 수준이다. 염색 일발율은 고객이 주문한 색상이 염색기에서 단 1회의 염색만으로 재현되는 비율을 말한다. 신규 색상을 염색할 때는 60% 이하까지 떨어진다. 특히 염색 불량이 발생할 경우 수정할 때마다 시간·비용이 소요돼 생산단가도 높아질 수밖에 없다.

한국생산기술연구원(이하 생기원)이 염색 공정의 주요 변수들을 실시간으로 측정·제어해 불량 발생을 줄일 수 있는 ‘염색정보 실시간 통합 모니터링 기술’을 개발했다고 5일 밝혔다.

기존 공정에서는 IT기술보다는 전문 기술자들의 경험·노하우에 의존했기 때문에 염색 작업 때마다 달라지는 공정조건을 수기로 기록하고 관리해야 하는 불편이 따랐다. 또 전문 기술자의 수는 지속적으로 감소하는 반면 신규인력이 유입되지 않아 품질 관리에 한계가 있었다.

생기원 스마트섬유그룹 심재윤 그룹장 연구팀은 염색 일발율 증진을 목표로 2017년부터 3년간 연구를 수행해 염색 흡진율(물속 염료가 원단에 염색되는 비율), pH 농도, 색도 변화라는 3가지 주요 염색변수를 실시간 측정하고 그 변화를 PC 기반 전용 소프트웨어(SW)에서 시각적으로 구현해줄 수 있는 일체형 모듈을 제작했다.

일반적으로 염색기는 밀폐 구조로 돼 있어 가동 중에 염색 상태를 육안으로 확인하기 어려운데, 제작된 모듈은 염색기와 별도의 라인으로 연결돼 있어 염액을 실시간으로 추출해 분석할 수 있다.

추출된 염액은 모듈 내 장착된 염액 측정 센서, 산도(pH) 센서 등 사물인터넷(IoT) 염색 컨트롤러와 데이터베이스(DB) 시스템에 의해 측정·분석·저장되며, 그 결과가 그래프 형태로 시각화돼 작업자가 쉽고 빠르게 파악할 수 있는 것도 장점이다.

이외 염색 과정에서 소모되는 스팀, 용수, 전기와 같은 에너지 사용량을 모니터링하고 기간별로 집계할 수 있는 기능도 갖췄다.


이 기술을 활용하면, 작업자가 모듈 분석 값을 토대로 약품 투입 시점, 염색 종료 시점을 정확하게 파악하고 염색 조건들을 일정하게 유지·관리할 수 있어 작업 생산성을 높일 수 있다.

또 동일한 염색 작업을 수행할 경우 차후 염색시간이 기존보다 25%, 염색 후 세척시간은 30% 가량 단축되고 세척용수 사용량도 약 20% 줄일 수 있어 에너지 사용량도 절감된다.

해외에서 개발한 모듈의 경우, 염료흡착율, 산도(pH) 등 개별 변수만 측정할 수 있고 실험실 규모로 제작돼 현장 적용 시 전문가의 추가 보정 작업이 필요한 반면, 개발된 모듈은 3가지 변수 모두 동시에 측정할 수 있으며 보정도 필요 없어 현장 적용에 유리하다.

연구팀은 안산 융합생산기술연구소에 구축된 파일럿 플랜트에서 50㎏급 염색기를 대상으로 실증 테스트를 마쳤으며, 올해 하반기 섬유 제조 전문기업 S사 사업장에 모듈을 설치해 시범 운영할 예정이다. 이 기술은 2018년 10월 국내 특허 7건을 출원했으며 이 중 3건이 등록 완료된 상태다.

심재윤 그룹장은 “향후 모듈을 소형화하고 제작원가를 낮추는 한편 빅데이터 기술과 연계해 품질 예측 및 원격 제어가 가능한 스마트 염색가공 시스템으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다.