섬유의 기초이론(제직준비/권사공정)

[쉬메릭]

권사공정의 개요

면사, 모사, 혼방사, 필라멘트사 등 모든 실을 총괄하여 여러 종류의 실을 생산할 때는 실의 종류 및 방적이나 방사, 그 밖의 실 제조기술이 다르다 하더라도 실을 제조하는 최후 공정에서는 방출되어 나오는 실을 일정한 형태로 감아야 하는데 실을 이용하여 섬유제품을 만드는 경우에 있어서도 각 공정의 목적에 따라서 공급된 사를 다시 일정한 형태와 조건으로 다시 감아서 사용하는 경우가 많다. 실을 감을 때에는 공정 특성에 따라서 한 올의 실을 동일한 패키지에 일정한 형태의 크기와 모양으로 감는 경우가 있는 반면 나란히 배열된 수많은 실들을 동시에 동일조건으로 하나의 커다란 빔에 감는 경우도 있다. 실 상태의 재료 또는 섬유 및 실의 시트상태의 집합체를 감아주는 동작을 일반적으로 통틀어서 권취(winding)라고 한다. 

특히 실 상태의 재료를 감아주는 동작을 권사라고 하며 이때 쓰이는 기계를 권사기(Winder)라고 하는데 이 권사기의 목적은 작업에 따라서 여러 종류가 있다. 직기빔에 감는 경사의 길이는 작업능율을 고려할 때 길면 길수록 좋다. 대량생산을 하는 면직물이나 필라멘트 직물의 경우 길이는 최근에 빔 플랜지(Beam flange)의 대형화로 수천미터 까지 감을 수가 있다. 따라서 직기빔을 준비하기 위한 정경에 있어서는 필요한 실의 길이는 수만미터 또는 수십만 미터가 되기 때문에 정경작업에 투입되는 실의 패키지는 충분한 길이를 가지고 있어야 하며 수많은 경사가 동시에 투입되어 사용되기 때문에 각 패키지의 
길이는 동등한 길이가 요구되며 품질면에서도 균일하고 양호한 것이 요구되고 있다. 원사 제조단계에서 품질의 균일성을 위하여 공정 관리를 철저히 하여 출하하지만 제직공장에 공급된 원사에는 불량원사도 있을 수가 있다. 

따라서 원사가 포함하고 있는 불량부분을 미리 제거시키고 패키지에 감긴 실의 길이도 일정하게 하며 실의 품질도 일정하게 하여 다음 공정에서의 작업을 원활히 진행하고자 하는 것이 권사의 중요한 목적 중의 하나이다. 원사의 하조형태가 원사제조자에 의하여 주로 결정되어지나 특수한 경우에 있어서 제직공장에서도 실시하는데 이러한 변화는 생산 합리화면에서 바람직한 현상이라 할 수 있다. 권사작업은 많은 인원을 요구해 왔기 때문에 이를 해결하기 위한 권사기의 연구개발에 많은 노력을 기울려 왔다. 따라서 권사기는 자동화와 고속화가 크게 진전되어서 과거의 RTW(Rotary traverse winder), QTW(Quick traverse winder)에서부터 완전자동 권사기로까지 발전하게 되었다. 

또한 품질의 고급화와 후 공정 능률향상을 위하여 실 결점을 제거하는데 전자식 슬러브 개쳐(Slub catcher)가 널리 사용하게 되었으며 고속화 면에서도 권취속도가 크게 향상되었다. 또 1인당 추 관리를 증가시키기 위하여 노터(Knotter)의 개선 및 성능향상을 비롯하여 공목관의 보급, 풀 패키지의 도핑, 공급관사의 보급 등이 자동화됨으로서 아주 크게 성력화가 이루어졌다. 치즈나 콘에 있는 실의 이음매듭은 그 크기가 실 지름의 3∼4배 정도가 되기 때문에 제직공정에서 사절의 주 원인이 된다. 특히 방적공장에서 생산되는 콘이나 치즈는 이음매듭이 많으며 이 매듭에 의해서 기계능률을 저하시키고 직물의 품질에도 영향을 주기 때문에 매듭 없는 실이 요구되어 왔는데 최근에는 기계식 노터 대신에 공기스플라이서(Air splicer)가 개발되어 매듭 없이 실을 이을 수 있어 제직 작업성이나 직물 품질향상에 크게 공헌하게 되었다. 권사공정의 기술수준은 합리적인 권사기개발에 집중되어 권사기 고속화, 자동화, LP화, 성력화를 위해서 계속 노력하여 왔으며 현재는 상당한 수준에 도달하였다고 볼 수 있다.

권사공정의 기술적 조건

권사공정의 목적은 원사에 존재하고 있는 결점을 제거하여 실의 품질을 높임으로서 생산의 효율화와 제품의 품질을 향상시키는데 있다.

권사공정의 목적을 살펴보면 다음과 같다.

  ①실에 알맞은 장력을 부여하여 후 공정에서 작업하기 쉬운 형태의 모양으로 감는다.
  ②실에 함유되어 있는 결점을 일정수준 이하로 감소시킨다.
  ③후 공정에서 설정된 작업속도로 해사할 때 어떠한 문제도 발생되지 않도록 해야한다.
  ④패키지의 크기, 모양, 권취형태 등은 용도에 따라 적당하게 형성되어야 한다.
  ⑤패키지의 크기는 경제적 측면을 고려하여야 한다.
  ⑥실의 길이를 연장하여 후 공정에 작업능율을 높여주어야 한다.

권사동작은 정해진 패키지로부터 실을 풀어내어 목적에 따라서 새로 정한 조건으로 새로운 패키지에 실을 다시 감는 동작으로 이루어지며 좋은 품질의 패키지를 형성시키기 위해서 패키지로부터 실이 풀릴 때의 거동과 새로운 패키지에 감길 때의 거동파악은 기술적인 검토사항인 것이다. 패키지는 해사성이 좋고 해사저항의 변동이 없도록 형성되어야 하며 해사성이 불량할 때에는 해사장력이 불균일하게 되든지 이상적으로 장력이 증가되어 사절이 많아지기 때문에 가능한 해사저항의 변동치가 적은 범위안에서 해사될 수 있도록 패키지가 형성되어야 한다.

권사장치

(1)트래버스 장치

트래버스운동은 와인더에 있어서 가장 중요한 운동중의 하나이다. 이 운동은 캠(Cam), 맹글 휠
(Mangle wheel), 링크(Link)등의 기구나 홈 로울러(Grooved roller) 트래버스기구 등을 이용하고 있으며 운동성질에 따라서 여러 가지 다른 모양의 패키지를 얻을 수 있다. 트래버스 운동에는 슬로우 트래버스(Slow traverse, ST)와 퀵 트래버스(Quick traverse, QT)가 있다.

ST는 트래버스 속도가 느려서 보빈에 감긴 실은 코일의 피치(pitch)가 접근하여 거의 평행한 상태가 되고, QT는 코일의 피치가 거친 그물모양이 되며 테가 없는 보빈에 감아 주어도 가장 자리가 무너지는 일이 없이 치즈를 형성할 수 있다. 또 트래버스 왕복운동 거리를 점차 단축시켜 주면 테이퍼(taper) 모양이 만들어진다.

(a)캠 트래버스 기구 (b)홈 로울러 트래버스 기구

<그림2-1>왕복 트래버스기구

(a)평행감기                           (b)교차감기                         (c)테이퍼 감기

<그림2-2>실감기 종류

(2)권사기계(Winder)

권사기계는 크게 마찰 구동방식과 직접 구동방식이 있다. 전자는 실의 감기는 속도는 일정하나 감길 때 마찰을 받기 때문에 실이 손상되기 쉬우며 주로 방적사용으로 많이 사용된다. 후자는 스핀들 회전에 의해 직접 구동되기 때문에 실은 손상을 잘 받지 않으나 실이 감김에 따라 실 층이 점차 크게 되므로 스핀들 회전속도를 점차 감속하지 않으면 실의 감기는 속도가 점점 빨라지게 되어 장력이 증가하게되므로 회전속도 조절장치를 일반적으로 사용하며 이것은 주로 필라멘트사에 많이 사용된다.

1)QT 와인더(Quick traverse winder)

이것은 일정한 속도로 회전하고 있는 로울러에 패키지를 접촉시켜서 마찰구동으로 실을 감는다. 
트래버스는 로울러에 가깝게 설치되어 있는 슬릿가이드(Slit guide)에 의해 이루어진다. 이 슬릿가이드는 트래버스 캠 등의 기구에 의해 퀵 트래버스하여 치즈를 만든다.

  2)RT 와인더(Rotary traverse winder)

이것은 트래버스 로드(Traverse rod)를 사용하지 않으며 실은 구동드럼에 새겨진 홈을 따라서 
트래버스하게 되어 있다. 감기는 속도는 QT 와인더의 2∼3배정도 빠르며 치즈로부터 기울기가 큰 인크리스드(increased cone) 콘까지 자유롭게 감을 수 있다.

<그림2-3>QT 와인더                                    <그림2-4>RT와인더

홈이 있는 드럼은 원통 또는 원추형이 표면에 트래버스 할 수 있도록 홈을 새긴 것으로 플라스틱제와 금속제의 것이 있다. 전자는 마모되기도 하고 홈이 생기기도 하는 결점이 있다. 치즈 감기에는 트래버스각이 일정한 평행드럼을 사용하나 콘 감기에는 베이스로부터 노즈로 트래버스각이 크게되어 있는 엑셀레이트 드럼(Accelerate drum)을 이용한다.

3)자동 와인더(Automatic winder)

자동 와인더는 RT 와인더에 자동으로 실을 이어주는 노터(Knotter)와 자동 도핑장치가 부착되어 있다. A, B는 드럼이 고정되어 있고 노터가 순회하는 형이다. A는 기계양쪽에 설치된 여러개의 드럼을 1∼2개의 노터가 화살표 방향으로 실 이음을 해주는 형이다. 그러나 중간실 이음이나 패키지 공급 등은 작업자가 실시하여야 한다. B는 한쪽에 설치된 소수의 드럼을 1개의 노터가 왕복하여 실 이음을 해 주는 것인데 전체의 작업을 자동화 할 가능성이 있다. C, D, E는 노타가 고정되어 있고 드럼이 순회하는 형이다. 

C는 긴 원형으로 설치된 다수의 드럼군이 화살표 방향으로 순회하여 고정된 노터의 위치까지 올 때 패키지의 교환과 동시에 실을 이어주는 방식이다. D는 드럼수를 줄여서 중간 잇기를 할수 있게 한 것이다. E는 D를 원형으로 한 것이고 F는 각 드럼마다 노터를 가지고 있으므로 설비비는 많이 들지만 기계 효율이 좋다. 일반적으로 1개의 담당드럼 수가 적을수록 기계효율이 좋으며 1개의 노터가 100개의 드럼을 담당한다면 패키지 한 개당 실 절단 횟수는 0.2회 정도가 한계이다.

<그림2-5>자동와인더의 모형도

  4)프리시전 와인더(Precision winder)

이 기계는 회전 스핀들에 종이관 등을 끼워서 직접 실을 감는 와인더로 캠으로 슬릿가이드를 왕복시켜 트래버스 한다. 또 스핀들의 회전속도가 항상 일정한 것과 패키지가 커짐에 따라서 스핀들의 회전속도가 늦어지는 것이 있다. 스핀들의 회전속도가 일정한 형은 실 층이 증가함에 따라 실의 감기는 속도가 커지게 되고 실의 장력도 커지므로 실에 일정한 장력이 걸리도록 조절해 주어야 한다.

<그림2-6>프리시전와인더

  5)보틀 와인더(Bottle winder)

이것은 병처럼 생긴 보틀보빈에 실을 감아주는 와인더로서 실의 감기는 속도가 일정한 것과 보빈의 회전속도가 일정한 것의 두 가지형이 있다. <그림2-7>은 감기는 실의 속도가 일정한 형식의 보틀와인더를 나타낸 것이다. 얀가이드(yarn guide) a, b 사이를 왕복운동하고 크레이들(cradle)은 a'를 따라 출발하여 패키지가 커짐에 따라서 b'방향으로 이동한다. 이렇게 되면 콘 풀리와 접촉하고 있는 아이들러 풀리의 접촉위치가 달라져서 보빈의 회전수는 감소하고 감기는 속도는 일정하게 된다. 보빈의  회전속도가 일정한 형은 실 층이 커짐에 따라서 생기는 장력의 커짐을 방지해 주는 장력 조절장치가 부착되어 있다. 이 기계는 보빈을 취급하기 쉽고 잘 풀리며 값이 싼 장점이 있다.

A:콘풀리 B:아이들러 풀리 C:크레이들
D:마이크로스크루 E:얀가이드 F:보틀보빈
G:실층 H:실

<그림2-7>보틀 와인더

  
  6)타래기(Hank winder)

 타래기는 실을 릴(Reel)에 감아서 타래를 만드는 기계인데 생명주실은 거의 타래로 취급되며 실 염색을 하기 위해서 타래로 하는 경우도 많다. 타래에는 실을 한 타래의 폭으로 트래버스하여 감는 능 타래와 한 타래의 폭을 여러 개로 나누어서 감는 보통 타래가 있다. 방적실의 경우에는 보통 타래로 만들어서 사용하였으나 최근에는 능 타래로 하여 사용하는 경향이 있다. <그림2-8>은 보통 타래기의 운동가구를 나타낸 것으로 전동기 M의 회전이 2조의 풀리를 거쳐서 타래 릴의 주축 S로 전달된다. 주축에 붙어있는 교환기어 A를 돌려준다. 교환기어가 1회전할 때마다 레버 B를 움직이고 D에 붙어있는 E를 위로 올려서 가이드 바 F를 화살표 방향으로 스프링의 힘에 의해 이동시킨다. 이 이동에 따라 얀 가이드가 단계적으로 이동하여 타래의 나눔 감기가 이루어진다.

<그림2-8>보통타래기의 운동기구

(표2-1)와인더의 특징비교

	일반명칭	권취방법	권취모양	실의속도(m/분)
마찰구동형	QT와인더	롤과슬릿가이드	치즈, 콘	100∼300
	RT와인더	홈이있는 드럼	치즈, 콘,  인크리스드콘	300∼1,000
	자동와인더	홈이있는 드럼	치즈, 콘,  인크리스드콘	600∼1,200
직접구동형	프리시젼와인더	수평스핀들과 슬릿가이드	치즈, 콘,  파인애플콘	100∼800
	보틀와인더	슬릿가이드	보틀 콘	100∼300
	로켓와인드		로켓보빈	400∼1,200

타래릴은 육각테로 그 둘레가 1.5m이며 보통 1타래는 약70g정도로 한다. 방적사는 둘레 1.5야드의 릴를 쓰고 840야드를 1타래로 한다.

(3)권사기의 부속장치

와인더에는 실감기의 목적을 달성하기 위하여 실 얼룩 제거장치, 장력 조절장치, 노터 및 측정장치 등이 이용되고 있다.

  1)실 얼룩 제거장치

실의 불량부분이나 실에 붙어있는 잡물을 제거하는 장치로서 슬릿게이지(Slit gauge)나 스나알캐쳐(Snarl catcher)를 쓴다. 실은 이 장치를 거쳐서 감기게 되므로 큰 매듭, 실의 얼룩, 실에 붙어있는 잡물을 제거할 수 있다. 최근에는 슬러브(slub)나 큰 매듭을 전기적으로 탐지하여 제거하는 장치도 있다.

<그림2-9>실 얼룩의 종류

  2)실의 장력 조절장치

 보빈에 실을 적당한 경도로 감아주기 위해서는 실의 장력을 조절해 주어야 한다. 이 장치에는 자동적으로 장력을 보정 해주는 컴펜세이팅(Compensating) 장력장치가 있고 또 서로 다르게 설계된 막대사이에 실을 통과시킨 다음 스프링으로 눌러서 실과 막대와의 접촉면적을 증감하여 실 장력의 변동을 균일화하는 게이트(Gate) 장력장치가 있다. 이 밖에도 추를 릴의 축에 거는 방법, 볼 드레그, 와셔장치 등이 있다.

<그림2-10>컴펜세이팅 장력장치

   ①컴펜세이팅 장력장치

이 장치는 RT와인더에 사용되며 <그림2-10>에 레버형 컴펜세이팅 장력장치를 나타낸 것이다. 실은 디스크를 거쳐 레버의 자유단에 있는 핀위를 지나 보빈에 유도된다. 실의 장력이  커지면 레버를 밀어 올려서 스프링의 압력을 감소시켜 장력을 약하게 한다. 이와 반대로 장력이 약해지면 레버가 내려가서 스프링의 압력을 증가시키기 때문에 장력이 커지게 된다. 이와 같이 끊임없는 장력을 조정해 줌으로서 항상 일정한 장력으로 보빈에 실을 감을수 있다.

<그림2-11>게이트 장력장치

   ②게이트 장력장치

 이것은 적극 구동형 와인더에 사용되며 활 모양으로 구부러진 2장의 장력 격자판사이로 실을 통과시킨다. 이 격자판은 서로 추의 무게에 의해서 교차하려고 하며 1장의 격자판은 보빈의 바깥둘레에 항상 
접촉하고 있는 필러(Feeler)에 연결되어 있으므로 감겨지는 보빈의 실 층이 증가하면 교차정도를 알게 하여 실에 걸리는 장력을 적게 해 주고 항상 균일한 경도로 감을 수 있도록 조절해 준다.

(a)릴의 축에 거는 추                  (b)볼 드래그                  (c)와셔 장력장치

<그림2-12>장력장치

   ③추를 릴의 축에 거는 법

이 방법은 면이나 레이온 등의 타래 실 감기에 많이 쓰인다.

   ④볼 드래그

밑에 구멍이 있는 도자기 컵에 금속제의 볼을 넣은 다음 그 밑으로 실을 통과시키면 볼의 자중에 의하여 실에 장력이 걸리게 된다. 주로 면사나 털실을 감아 주는데 많이 쓰인다.

   ⑤와셔 장력장치 

이것은 도자기제나 크롬으로 도금된 금속와셔를 몇 장 겹쳐 놓은 다음 그 사이에 
실을 통과시키면 와셔의 무게에 의해 실에 장력이 걸리게 된다.

(a)밀폐형:실 끝을 끼워야 함  (b)개방형:실 끝을 끼울 필요가 없음

<그림2-13>얀 가이드의 모양

  3)얀 가이드(Yarn gauge)

  실을 해사시키거나 권취할 때 실이 지나가는 행로를 제어하는 것은 아주 중요한 일이다. 측방인출(側方引出) 방식으로 실을 해사시킬 경우에 실은 거의 일정한 주행로에 따라서 해사시킬 수 있으며 실은 풀릴 때 실떨림현상도 별로 일어나지 않는다. 그러나 실을 상방인출(上方引出) 방식으로 해사할 경우에 실은 일정한 행로에 따라 해사되지 못하고 패키지를 회전하면서 풀리게 되기 때문에 벌룬이 형성된다. 

이 때 실속도, 패키지 크기, 얀 가이드 위치에 따라서 벌룬의 모양이 결정되어 실의 장력이 결정되기 때문에 얀 가이드의 위치는 대단히 중요하다. 얀 가이드는 부단하게 실과 일정한 압력으로 접촉되어 마찰을 받고 있기 때문에 마모되지 않는 재질의 소재로 만들어야 한다. 일반적으로 자기제품, 금속제품, 표면처리 가공제품, 그 밖의 특수재료의 제품이 쓰이고 있다. 얀 가이드의 형상에도 여러 가지 종류가 있기 때문에 사용하는데 편리한 형태의 적절한 것을 선택하여야 한다. <그림2-13>은 얀 가이드의 여러 가지 형상을 나타낸 것이다.

<그림2-14>각종 실잇기 방법

(4)실잇기

실매듭은 될 수 있는 데로 적게 하고 잘 풀리지 않게 이어 주어야 한다. 노터를 부착하여 자동적으로 실을 이어주는 자동 와인더나 압착공기 등을 사용하여 각 올의 실 끝 꼬임을 풀어서 서로 중첩시키고 여기에 꼬임을 주어 이어 주는 무결점사 이음기(Airsplicer)를 사용하는 와인더가 많이 활용된다. 

<그림2-14>는 일반적으로 많이 사용되고 있는 실 잇기 방법이다.

해사(解擡, Yarn unwinding)

(1)패키지 해사

패키지로부터 실을 풀어내는 방법은 두 가지가 있는데 그 첫째는 측방인출법(側方引出法, Side withdrawal)으로서 패키지의 축방향에 90도 방향으로 실을 이끌어 내는 방식이다. 이 방법은 플랜지가 달린 보빈 또는 정경빔이나 직기빔에서 실이 인출되는 경우가 여기에 속한다. 이 경우 패키지는 실에 이끌려서 소극적으로 회전이 되던가 또는 패키지 자체가 적극적으로 회전하여 실을 풀어주지 아니하면 실은 인출되지 못한다. 이때 패키지의 자체중량 및 패키지의 회전을 억제시키는 요소 등은 해사장력을 지배하는 요소가 되어 실의 장력변화와 밀접한 관계를 가지므로 해사장력의 균일화를 위한 적당한 조치가 있어야 한다. 

두 번째 방법으로는 상방인출법(上方引出法, Over end withdrawal)이 있는데 이것은 패키지 축의 위쪽 방향으로 인출하는 방식으로 패키지는 회전될 필요가 없으며 정지상태에서 인출이 가능하며 실이 인출되기 위해서는 감긴방향의 반대방향으로 회전하면서 풀어야 한다. 따라서 실은 1회전 시마다 꼬임이 한 개씩 증가하거나 감소하게 되는데 이 정도의 꼬임변화는 실제적인 면에서 큰 영향을 주지 않기 때문에 무시하고 있다. 상방인출방식으로 해사될 때 실은 벌룬을 형성하면서 풀려 나오는데 벌룬의 크기는 실의 해사되는 위치인 해사점의 위치변화 및 해사시 발생되는 해사저항 등에 의하여 영향을 받으며 해사장력을 결정하는 요소가 된다.

(2)부가장력(附加張力)

패키지를 형성시키기 위해서는 반드시 초기장력이 필요하다. 패키지에 감기는 실에 부가되는 장력은 해사의 영향을 고려하지 않고 오직 일정한 속도로 풀어진다고 하더라도 장력조절장치 통과 후에는 실의 트래버스운동에 의한 속도의 변동, 실의 불균제에 의한 장력변동, 장력조절장치의 탄성유지에 따른 장력의 변동 등이 장력조절장치에 의해서 부가된 평균장력에 중첩되어 나타나게 된다. 실제로 장력조절장치는 이 평균장력의 변동부분을 용이하게 제어할 수 있지만 그 밖의 다른 주파수가 높은 변동부분에 대해서는 적절하게 제어할 수 없다. 장력조절장치로서 요구되는 성능은 실의 불균제 및 실속도의 변속에 관계없이 장력조절장치에 의해서 새로 실에 부가되는 장력, 평균장력을 일정하게 할 수 있어야 한다. 
패키지 품질을 고려하면 패키지 형성 후의 응력이 각 실 층에서 일정하게 되도록 하고 또 패키지 가장자리 면이 부풀어지지 않도록 장력을 제어하는 것이 필요하다.

<그림2-15>해사방식

(3)해사저항(解擡抵抗)

직기의 회전이 증가함에 따라서 패키지의 해사성 중요도가 높아지고 있다. 경사용 패키지나 위사용 패키지의 해사저항은 벌룬이 형성됨으로서 발생되며 이로서 공기저항을 유발시키게 되고 경우에 따라서는 보빈과의 마찰저항도 받게 된다. 해사점에서 얀가이드(Yarn guide)까지의 거리는 벌룬의 루프(Loop)수와 관계되며 해사될 때 벌룬의 높이는 서서히 변화되기 때문에 해사저항도 완만하게 변화한다. 

벌룬의 루프수가 변화하면 장력은 급격하게 일어난다. 벌룬의 높이가 증가하면 루프수가 많아지며 장력이 증가하면 루프수는 감소되는 경향이 있다. 이러한 변화는 실속도가 빨라지면 크게 나타나며 일반적으로 루프수가 적은편이 벌룬의 안정성이 좋다. 얀가이드까지의 거리를 변경할 경우 이 거리가 극단적으로 짧으면 루프수는 1로서 안정화되며 장력은 서서히 증대된다. 이 거리가 길어지면 루프수가 많아지고 루프수의 변동과 마찰의 영향으로 장력이 급격하게 변화한다. 실속도의 영향을 보면 해사저항은 
저항장력, 권사기에서의 트래버스에 의한 장력변동을 무시한 평균적인 장력이라고 보더라도 엄밀하게는 일정하지 않다. 

보빈 표면과의 마찰에 의해서 급격하게 변동되기도 하며 해사저항은 실의 권취속도가 빨라지면 서서히 증가된다. 해사장력은 <그림2-16>에서 보는 바와 같이 해사점(解擡點, Unwinding Point)에서의 보빈지름과 벌룬의 높이(ballon height) 및 해사속도에 의해서 결정되는데, 이들 조건이 일정하다 하더라도 실의 번수에 영향을 받으며 이들 요소들과 해사장력 T와는 다음과 같은 관계가 
있다.

여기서 v : 해사속도 n : 벌룬의 개수 N1 : 영구시 번수 h : 벌룬 1개의 길이 H : 총벌룬의 길이 (H=nh) r : 해사점에서의 보빈의 반지름 A, B : 상수(고일용, 테이퍼각, 공기저항 등 에 의해서 결정됨)

<그림2-16>실이 패키지에서 풀리는 형태                                                                    

　

실의 권취

실의 권취시 교려해야 할 요소는 패키지 형성에 있어서 패키지 품질 및 안정성에 크게 영향을 미치는 
요소인 패키지 표면에서 실의 권취각 치즈의 경도, 그 밖의 요소에 대해서도 고려하여야 한다.

(1)능각도

능각도의 최적치는 패키지의 용도에 따라서 결정되어야 하는데 이는 기계적으로 권취속도 및 트래버스 조건을 변경함으로서 조정된다.

  1)권취상태 불량

 패키지 형성중에 트래버스된 실이 패키지의 표면에서 미끄러져서 권취상태가 불량하게 되는 경우이다. 이를 방지하기 위해서는 능각도에 제한이 있다. 콘을 감을 때 트래버스 조건과 실의 미끄러짐과의 관계를 살펴보면 실 층과 실과의 마찰계수를 인자로 하여 그 값 λ와의 관계를 보면 그림2-17과 같다. 여기서 λ=v₀/ωγ₀로서 v₀ 및γ₀는 콘의 베이스 엔드(Base end)에서의 트래버스 속도 및 반지름이고 ω는 권취시의 각속도이다. 능각도가 크면 무른 패키지가 되는데 특히 치즈 권사시에는 큰 극이방성(極異方性)을 나타내어 반지름방향으로의 압축변형량이 크고 압축변형에 따라서 실 층에 큰 응력의 완화를 주고 축 방향으로 변형을 일으킨다. 능각도가 극단적으로 작아져도 패키지가 불량하게 되어 안정성이 나빠진다.

  2)사밀도

실의 권사량을 크게 하고자 할 때 또는 치즈염색을 할 때와 같이 무르게 패키지를 형성하고자 할 때는 이에 따라서 적합한 능각도를 결정하여야 한다.

<그림2-17>패키지 위에서 미끄러지지 않은 범위 

 3)트래버스용 기구 및 캠 설계상의 한계

트래버스용 기구에서 실의 유도용 홈을 설계할 때 노즈엔드(Nose end) 쪽으로 향하는 트래버스 곡선의 구배가 클 경우에는 실의 트래버스가 노즈엔드 부근에서 불능이 되는 경우가 있기 때문에 능각도에 제한이 있다.

  4)그 밖의 고려사항

패키지가 배럴(Barrel)모양으로 된다던가 실이 띠(Band)모양으로 감긴다던가 패키지의 가장자리가 균정하게 형성되지 않는 등의 문제가 발생되는데 이 경우에도 능각도를 조절하여 이를 어느 정도 방지할 수 있다.

(2)치즈경도

 치즈의 단단한 정도 즉 패키지의 경도는 패키지 품질을 평가하는 하나의 척도가 된다. 패키지 경도의 적정치를 결정하는 문제는 패키지의 안정성, 실의 해사성, 패키지의 크기 및 모양, 실의 특성 등을 고려하여 결정되어야 하기 때문에 이론적으로 결정되기보다는 경험적 근거에 의해서 주로 결정되고 있다. 패키지의 경도는 일반적으로 권취할 때의 여러 가지 조건에 의해서 영향을 받는데 패키지의 지름, 무게, 권취속도, 실의 장력, 그 밖의 프레스 로울러의 압력 등이 중요한 인자라 할 수 있으며 패키지의 경도를 균일하게 하기 위해서는 이들 인자들에 대한 정확한 관리가 필요하다고 생각된다.

(3)실의 감김형태와 패키지의 모양

 실을 권취할 때의 패키지 표면에서의 실의 배열상태 또는 감기는 모양과 전체패키지의 형태는 권취시의 스핀들의 회전수와 트래버스속도 및 1회 트래버스하는 거리 및 트레버스 위치에 따라서 결정된다. 
패키지의 실의 감긴 형태는 트레버스조건에 따라서 세 가지의 유형이 있는데, 평행형 패키지, 근사평행형 패키지 및 교차형 패키지이다.

  1)평행형 패키지

 평행형 패키지는 수많은 실들이 나란히 배열되어 하나의 큰 패키지에 감긴 것으로서, 정경빔이 여기에 속한다. 이 경우에는 패키지는 플랜지가 있어야 하며 그렇지 않을 때는 패키지의 안정성이 없어서 실이 엉키게 된다.

  2)근사평행형 패키지

이 패키지의 특징은 한 가닥의 실이 먼저 감긴 실에 가깝게 인접되어 평행하게 감긴다는 점이다. 
이 경우에는 패키지의 안정성을 유지하기 위해서 패키지의 하부와 상부를 경사지게 하는데 이것은 
패키지에 플랜지를 달지 않을 경우이고, 플랜지가 있을 경우에는 그럴 필요는 없다.

<그림2-18>패키지의 실감김 형태

  3)교차형 패키지

이 패키지의 특성은 실이 패키지에 나선모양으로 감기는데 있다. 이는 패키지의 안정성을 유지하기 위함이며 이때 능각도는 패키지의 안정성이나 품질에 밀접한 관계가 있다. 이상의 세 가지 형태의 모양을 비교하여 보면 <그림2-18>과 같다.

(4)권사중의 실의 장력조절

권사할 때 실의 장력은 사속, 장력조절장치 함수율 , 트래버스상태, 그밖에 실의 해사성에 영향을 받는다. 실의 장력은 패키지의 품질을 고려할 때 가장 중요한 요소이다 권사할 때 실에 가해지는 장력은 패키지의 안정성을 유지할 수 있는 최소한의 장력으로 하여야 하며 장력이 과대하게 가해지면 실이 신장되어 실 품질을 손상시키기 때문에 실의종류, 실의 번수 등에 따라 알맞는 장력범위에서 유지될 수 있도록 조정되어야 한다. 실의 장력을 조절하기 위해서는 여러 가지 종류의 장력조절장치가 고안되어 사용되고 있는데 이것들의 성능에는 많은 차이가 있다. 장력조절장치에는 기구면에서 세 가지 종류로 크게 대별되는데 이에 대하여 알아보면 다음과 같다.

  1)적산형 장력조절장치(Capstan or multipli cative tensioner)

적산형 장력조절기구는 실과 접촉하고 있는 부분인 회전하지 않는 원형단면의 봉 또는 기둥(post)과 실과의 마찰 및 실의 접촉각에 의하여 장력조절기능을 나타내는 것으로서 장력장치에 들어올 때의 장력을 T_in 이라 하고 장력장치를 거쳐나간 후의 장력을 T_out 이라 하면 T_out 장력은 다음과 같이 표시된다.

                        T_out = T_in e^μθ

                      여기서 θ : 접촉각
                                 μ : 실과 접촉체 와의 마찰계수
                                 e 2.718
                      이 기구에 있어서는 θ를 조정함으로서 T_out 장력을 조절할 수 있다.

  2)가산형 장력조절장치(Additive tensioner)

가산형 장력조절기구는 플레이트(plate) 와 실과의 마찰(μ) 및 가중플레이트에 의해서 실에 가해지는 힘(F)에 의해서 장력이 조절되는 기구이다. 이 경우에 T_out은 다음과 같은 관계가 있다.

                          T_out = T_in + 2μF

만일 실과의 접촉체가 회전하는 원형의 로울러인 경우에는

                          T_out = T_in + μW

로 표시할 수 있는데, 여기에서 W는 회전부의 중량이다
가산형에 있어서는 다음의 특징을 찾아볼 수 있다.

   ①주어진 시스템에서 μ와 F가 일정하다면 T_out 장력은 T_in 장력에 2μF 값이 가산된 값을 갖는다.
   ②T_in 장력이 0이라 하더라도 T_out 장력은 2μF값을 갖는다.
   ③T_out 장력은 F값을 조절함으로써 조정된다.

  3)혼합형 장력조절장치

 권사기에서 일반적으로 많이 채용되고 있는 것은 혼합형 장력조절 장치이다. 이 기구는 적산형과 가산형이 혼합된 복합기로서 장력의 조절기능이 우수하기 때문에 가장 많이 채용되고 있다. 이 기구에서 T_out 장력은 기구의 혼합방식에 따라서 결정되며, 가장 간단한 경우 다음과 같이 표시할 수 있다.

                          T_out = T_in e^μθ+2μ'F

여기에서 μ는 실과 적산부와의 마찰계수, μ'는 실과 가산부와의 마찰계수이다.
<그림2-19>는 여러 가지 형식의 장력 조절장치를 나타낸 것이다.

<그림2-19>장력조절기구

권사공정의 계산

(1)마찰구동형의 경우

1일단 1드럼이 감는 실의 길이를 L(m), 생산량을 W(g)이라 하면 다음 식으로 나타낼 수 있다. 
단, 실 감기속도는 드럼의 표면속도와 같다.

   L = 0.6KDπNT

          0.6KDπNT       453.6
   W = ---------- × ------
               S             768.1

   D : 드럼의 지름(㎝)
   N : 드럼의 회전수(rpm)
   K : 작업능률
   T : 작업시간
   S : 번수(영국식 면사번수)

(2)직접구동형의 경우

1일 스핀들 당의 감는 길이 L(m)은 다음과 같다.

   L = 0.6K₁ × 1/2(D₁ + D₂)πN₁T₁
  
   D₁ : 콘 보빈의 중앙부의 지름(㎝)
   D_{2 :} 감겨진 실 층의 중앙부의 지름(㎝)
   N₁ : 스핀들 회전수(rpm)
   T₁ : 작업시간
   K₁ : 작업능률