Evaluation of Wearability of Army CBRN Protective Clothing with Different Materials for Inner Layers: Comparisons between Activated Carbon Beads and Activated Carbon Fibers

Sang-Hyun Roh; Ho-Joon Lee; Jaein Lee; Minsun Park; Joo-Young Lee

doi:10.21086/ksles.2024.08.31.4.241

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Research Article

Journal of The Korean Society of Living Environmental System. 31 August 2024. 241-257
https://doi.org/10.21086/ksles.2024.08.31.4.241

Evaluation of Wearability of Army CBRN Protective Clothing with Different Materials for Inner Layers: Comparisons between Activated Carbon Beads and Activated Carbon Fibers

육군 화생방보호의의 내피 소재에 따른 인체 착용성 평가: 구슬형 활성탄과 섬유형 활성탄 소재 비교

Sang-Hyun Roh¹

Ho-Joon Lee²

Jaein Lee³

Minsun Park³

Joo-Young Lee¹²⁴^*

노 상현¹

이 호준²

이 재인³

박 민선³

이 주영¹²⁴^*

¹Research Institute for Human Ecology, Seoul National University, Seoul, Korea

²Department of Fashion and Textiles, Seoul National University, Seoul, Korea

³SG Safety Corporation, Pyeongtaek, Korea

⁴Graphene Research Center for Convergence Technology, Advanced Institute of Convergence Technology, Suwon, Korea

¹서울대학교 생활과학연구소

²서울대학교 의류학과

³에스지생활안전 주식회사

⁴차세대융기원 그래핀융합기술센터

^{*Corresponding Author}

License (open-access, https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/):

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

ABSTRACT

We assessed postures and movement suitability of wearers when wearing three types of CBR protective clothing: (1) with an inner layer made of activated carbon beads which were laminated on felt (ACB), and two others made of activated carbon fibers which were laminated on felt (ACF-Felt) and fabric (ACF-Fabric). A total of 12 male subjects participated in posture and mobility tests. The posture assessment consisted of 18 postures, while the mobility test consisted of 15 consecutive movements. Using the posture assessment based on movements of the arm, waist, legs, and head/neck joints, we found that ACF-Felt and ACF-Fabric conditions showed relatively less restriction in arm, waist, and leg movements when compared to the ACB condition. The mobility test revealed that there were no significant differences among the three conditions in completion time, heart rate, microclimate temperature and humidity inside the back and thigh areas. However, interviews, which were conducted immediately after the mobility test, indicated that subjects experienced more discomfort and restriction due to the stiffness of materials for the ACB condition when compared to the other two conditions. In summary, this study suggests that body restriction and discomfort during various movements can be improved through changes in the inner and support layer materials without imposing additional cardiovascular or microclimate burdens on the wearer. However, it should be noted that these results were conducted under thermo-neutral conditions without wearing respiratory protective masks.

Keywords

Posture assessment

Mobility test

Practical performance test

Thermal comfort

Military service

MAIN

1. 서 론
2. 연구 방법
2.1. 피험자
2.2. 화생방보호의
2.3. 인체착용평가_자세 평가
2.4. 인체착용평가_동작성 평가
2.5. 결과분석
3. 결 과
3.1. 자세 평가
3.2. 동작성 평가
3.3. 심층 인터뷰
4. 논 의
4.1. 화생방보호의 내피층 소재가 자세 및 동작적합성에 미치는 영향
4.2. 화생방보호의 내피층 소재가 심리·생리 부담에 미치는 영향
4.3. 화생방보호의 디자인 개선 요소
5. 결 론

1. 서 론

전세계적으로 전쟁, 테러, 범국가적인 감염병 유행이 지속적으로 발생함에 따라 군인이나 극한 환경에 노출된 작업자를 보호하기 위한 개인보호구(Personal Protective Equipment, PPE)에 대한 관심도 점점 증가하고 있다. 전신을 감싸는 개인보호구는 불침투성 소재와 과도한 중량으로 인해 인체 열 생산을 증가시킴과 동시에 방열을 억제하여 착용자의 서열 부담을 가중시킨다는 문제점이 지적되어 왔다(Lee, Bakri, Kim, Son, & Tochihara, 2013). 군용 화생방보호의는 세균이나 공기 중 유해화학물질에 대한 피부 노출을 막기 위해 유해물질 흡착성능과 함께 발수/발유/방염성 등을 갖추어야 하기 때문에 여러 층의 불침투성 소재로 제작된다. 화생방보호의에 대한 대부분의 선행연구들은 착용자의 인체 생리 부담이나 작업 인내(Work Tolerance)를 다루는데, 화생방보호의 착용 시 저온 환경에서도 고강도 작업으로 인해 고체온증이 유발될 위험이 있으며, Cortili, Mognoni와 Saibene (1996)은 습도가 높은 환경에서 화생방보호의를 착용하고 작업할 경우 의복 내 환기 시스템이 필요함을 시사하였다. Lee, Eom, Jung, Cho와 Lee (2022a)는 화생방보호의가 착용자의 피부온도와 의복내 온습도를 상승시켰으며, 적절한 의복 환기를 통해 열부담을 효과적으로 낮출 수 있다고 언급하였다.

현재 대한민국 육군에서 운용 중인 화생방보호의는 분말형 활성탄(Activated Carbon Powder)이 내피에 라미네이트된 구조를 가지는데, 이 활성탄 층이 유해화학물질을 흡착하여 장병의 피부를 보호하는 역할을 한다. 그러나, 이러한 활성탄 내피층으로 인해 장병의 열부담이 가중될 뿐만 아니라, 소재의 유연성 부족은 착용자의 동작을 제한하고 불쾌감을 증대시킨다. 해당 화생방보호의를 대상으로 진행된 동작적합성 평가에 따르면 동작 수행의 불만족 비율이 매우 높았으며, 특히 팔과 무릎 관절을 크게 움직이는 경우 불편함이 증가하는 것으로 나타났다(Lee, Eom, & Lee, 2022b). 1990년대 미군은 분말형 활성탄의 단점을 보완하기 위해 JSLIST(Joint Service Lightweight Integrated Suit Technology) 프로젝트를 수행하였고, 기존 분말형 활성탄 대신 구슬형 활성탄(Activated Carbon Beads, ACB; Activated Carbon Spheres, ACS; 약 0.3∼0.8 mm/bead)을 사용한 화생방보호의를 개발하였다. 이는 기존 분말형 활성탄 내피 보호복에 비해 가볍고 통기성이 좋으며 두께도 줄어들어 착용 편의성이 향상되었다고 보고되었다(Kang, Seo, Park, Ryu, & Park, 2012; Sathe et al., 2019). 최근 섬유형 활성탄(Activated Carbon Fibers, ACF)을 이용한 화생방보호의가 새롭게 개발되고 있는데, 이는 5층 구조로 제작되는 구슬형 활성탄 화생방보호의 대비 4층 구조로 제작이 가능하기에 착용자에게 덜 무겁고 덜 벌키한 보호의 제공이 가능하여 활동성을 개선시킬 수 있을 것으로 사료된다(Dhyani et al., 2022; Tripathi, Singh, Sathe, Thakare, & Singh, 2018; Sathe et al., 2019). 이미 독일(Karcher사)이나 프랑스(Paul Boye사), 영국(CQC사)에서는 ACF 기반 화생방보호의를 제작하여 군에 보급하고 있다.

우리나라 군용 화생방보호의의 시험평가는 주로 소재의 물성 평가에 집중되어 있으며, 완제품의 성능 평가 기준은 매우 부족하다. 완제품 단계에서 이루어지는 인체착용평가는 착용자의 열 스트레스와 동작적합성을 실질적으로 평가할 수 있는 핵심적인 평가 방법이므로(Tochihara, Lee, & Son, 2022), 개선된 보호복의 실효성을 평가하기 위해 인체착용평가는 반드시 필요한 단계이다. 일반적으로 개인보호구는 여러 겹으로 구성되기 때문에 벌키하고 무거워 착용자의 동작적합성을 평가하는 연구들이 진행되고 있으나(Kim et al., 2024; Lee, Shin, Kim, Park, & Lee, 2016; Salsabila, Kim, & Lee, 2023), 화생방보호의를 대상으로 보고된 연구들은 많지 않다. 특히, 내피 소재를 구슬형 활성탄(ACB)과 섬유형 활성탄(ACF)으로 제작한 화생방보호의의 인체 착용성을 비교 분석한 연구는 거의 없다. 이에, 본 연구는 내피 소재를 구슬형 활성탄(ACB)과 섬유형 활성탄(ACF)으로 제작한 화생방보호의의 착용성을 자세 및 동작적합성 평가를 통해 비교 분석하였다. 인체 주요 관절 부위의 움직임을 고려한 자세 평가와 화생방 대응 상황에서의 움직임을 반영하여 개발된 동작 프로토콜 수행 시 인체 생리적, 주관적 반응을 평가하여, 내피 소재에 따른 동작적합성의 차이를 분석하였다.

2. 연구 방법

2.1. 피험자

건강한 20대 한국인 남성 12인(나이 24.8±3.2세, 신장 176.4±3.9 cm, 체중 77.2±5.2 kg, 체질량지수 24.7±2.1 kg/m², 체지방률 19.7±4.6%, 가슴둘레 95.5±4.7 cm, 허리둘레 84.4±5.7 cm, 넓적다리둘레 56.4±3.3 cm)이 참여하였으며, 화생방보호의 착용 시 체형이나 체격에 의한 동작성 차이를 최소화하기 위하여 비슷한 인체 사이즈 조건(일상복 상의 사이즈 L과 XL 착용하는 남성을 모집함)의 대상자를 선별하였다(Table 1). 실험 참여 전, 모든 피험자는 실험 내용에 대해 충분한 설명을 듣고 이해하였으며 자발적인 참여 의사를 보였다. 피험자는 실험 참여 24시간 전부터 과도한 운동 및 음주를 하지 않았으며, 실험 시작 3시간 전부터 카페인 및 음식물 섭취를 제한하였다. 일주기 리듬에 의한 영향을 고려하여 모든 실험은 동일한 시간대(9:00∼14:00)에 진행되었다.

Table 1.

Anthropometric and Physical Characteristics of Subjects in the Present Study

No	Age (yr)	Height (cm)	Weight (kg)	BMI (kg/m²)	Body fat (%)	Circumference (cm)
No	Age (yr)	Height (cm)	Weight (kg)	BMI (kg/m²)	Body fat (%)	Chest	Waist	Thigh
1	21	176.0	71.70	21.1	17.0	91.5	84.6	56.0
2	23	178.0	84.34	26.6	20.6	102.0	84.0	60.0
3	24	175.0	76.55	25.0	18.4	93.0	84.0	55.0
4	23	169.6	70.36	24.3	20.2	90.0	77.0	55.5
5	23	179.3	75.04	23.4	13.4	90.0	74.0	55.0
6	31	181.2	82.21	25.1	21.8	96.5	92.0	58.0
7	23	171.3	82.36	28.2	29.6	99.0	88.5	62.0
8	24	175.4	80.53	26.3	20.3	97.5	86.0	58.0
9	23	173.0	71.72	24.0	20.3	97.5	85.0	52.0
10	30	177.6	74.82	23.9	25.0	92.5	85.0	56.5
11	24	183.3	72.75	21.7	12.9	92.5	79.0	50.3
12	29	176.8	84.12	26.9	16.9	104.5	94.0	59.0
Mean±SD	24.8±3.2	176.4±3.9	77.2±5.2	24.7±2.1	19.7±4.6	95.5±4.7	84.4±5.7	56.4±3.3

BMI=Body mass index.

2.2. 화생방보호의

피험자는 기본 의복으로 팬티, 양말, 반팔티, 전투화, 전투복 상·하의(총 의복중량 약 2.5 kg)를 착용하였다. 기본 의복 위에 화생방보호의(상하의)와 화생방 보호장갑, 화생방 보호덧신을 추가 착용하였다. 호흡기마스크는 피험자 안전(예: 착용 시 과도한 불쾌감 및 불안감) 등을 고려하여 착용되지 않았다. 본 실험을 위해 자체 제작된 화생방보호의 상·하의는 총 3종으로 내피(흡착층+지지층)의 중간 흡착층을 구성하는 소재에 따라 분류되었다. 나일론 소재의 펠트 지지층에 구슬형 활성탄(ACB)이 부착된 종류 1종, 섬유형 활성탄으로 제작된 직물이 아라미드/폴리에스터 혼방 펠트(ACF-Felt) 지지층에 부착된 종류 1종, 섬유형 활성탄으로 제작된 직물이 폴리에스터 직물(ACF-Fabric)의 지지층에 부착된 종류 1종이었다(Table 2). 각 화생방보호의의 뻣뻣함을 정량화하기 위해 KS K 0815에 따라 시험편의 수직 투영 면적과 시험편의 면적을 이용하여 드레이프 계수를 계산하였다(계수 1의 경우 가장 뻣뻣함, 계수 0의 경우 가장 부드러움). 내피 단일 레이어의 드레이프 계수는 ACB 조건 0.81, ACF-Felt 조건 0.75, ACF-Fabric 조건 0.70이었으며 전체 레이어(외피+내피+안감)의 드레이프 계수는 ACB 조건 0.90, ACF-Felt 조건 0.82, ACF-Fabric 조건 0.82였다.

Table 2.

Characteristics and Thermal Insulation of the Three Experimental Clothing Conditions: ACB, ACF-Felt, and ACF-Fabric

		ACB	ACF-Felt	ACF-Fabric
Images
Absorbent layer	Absorbent	Activated carbon beads	Activated carbon fibers	Activated carbon fibers
Absorbent layer	Support layer	Nylon 6 felt	Polyamide 6/Polyester felt	Polyester fabric
Drape coefficient	Total layer	0.90	0.82	0.82
Drape coefficient	Absorbent layer	0.81	0.75	0.70
Clothing mass (g)	Top	1,287±86	1,210±26	1,201±46
	Bottom	1,262±60	1,179±15	1,212±23
	Total	2,549±71	2,389±14	2,413±59
Thermal insulation (I_T, Clo)	Single ensemble	1.27	1.27	1.27
Thermal insulation (I_T, Clo)	Total ensemble	1.85	1.90	1.91

ACB: Activated Carbon Bead, ACF: Activated Carbon Fiber.

화생방보호의 상·하의 평균 중량은 ACB 2,549±71 g, ACF-Felt 2,389±14 g, ACF-Fabric 2,413±59 g이었다. 화생방보호의의 보온력(I_T)은 기온 21°C, 상대 습도 50% RH, 기류 0.15 m/s 이하인 표준 환경에서 체표면적 1.68 m²의 서멀마네킹(Newton, Thermetrics, USA; 마네킹의 평균 표면온 33°C 유지)을 이용하여 ISO 9920 (2007) 기준대로 직접 측정되었다. 화생방보호의 상·하의만 착용시킨 조건과, 기본 의복, 화생방 보호장갑, 보호덧신, 화생방보호의 상·하의 모두 착용한 조건에서 의복의 총보온력(I_T)이 측정되었다. 모든 측정은 3회씩 반복되었고 3회 평균값을 각 측정의 대푯값으로 사용하였다. 화생방보호의 상하의의 보온력은 3조건 모두 1.27 clo로 동일하였으며, 기본 의복 및 액세서리류를 포함한 실험의복 조건의 보온력은 세 조건 모두 1.85∼1.91 clo 수준이었다(Table 2).

2.3. 인체착용평가_자세 평가

화생방보호의 착용 시 인체 주요 관절의 움직임에서 느껴지는 구속력 유무를 평가하기 위하여 진행된 자세 평가는 팔 관절(자세 #1∼5), 허리 관절(자세 #6∼10), 다리 관절(자세 #11∼14), 머리/목 관절(자세 #15∼18) 움직임을 반영하는 총 18개의 자세로 구성되었다(Table 3). 자세 평가 시 피험자는 기본 의복과 화생방 보호 장갑, 보호 덧신, 화생방보호의를 모두 착용하였으며, 화생방보호의 상·하의 3종의 착용 순서는 라틴방격법에 의해 랜덤하게 배정되었다. 피험자들에게 실험 의복 세 조건은 블라인드되어 본인이 착용하는 의복이 어떠한 종류의 화생방보호의인지 인지할 수 없도록 하였다. 자세 평가는 화생방보호의 상의 후드도 착용한 상태에서 진행되었다. 피험자는 각 자세를 5초씩 유지하는 동안 다음 여섯 개 질문에 대해 응답하였다(Q1. 인체 특정 부위에서 구속이 느껴집니까[낍니까]?, Q2. 상의가 짧아집니까[허리나 배 부위가 노출됩니까]?, Q3. 소매가 짧아집니까[손목 부위가 노출됩니까]?, Q4. 하의가 짧아집니까[발목 부위가 노출됩니까]?, Q5. 재킷, 바지, 장갑, 신발 등에서 서로 잘 조화되지 않는 부분들이 있습니까?, Q6. 옷의 특정 부위가 헐렁(부)해집니까?). 각 질문에 대한 응답은 다음 5점 척도를 사용하여 응답하였다(0점_전혀 그렇지 않다[전혀 불편하지 않다], 1점_약간 그렇다, 2점_그렇다, 3점_매우 그렇다, 4점_매우 매우 그렇다[매우 매우 불편하다]).

Table 3.

Eighteen Postures for the Postural Assessments

Body region	Posture	Posture
Arms	① Extending arms up over your head and bending them down toward your back	② Raising forearms to your chest, extending them out, and bending toward the body
	③ Stretching arms forth at shoulder level, bending toward the body	④ Stretching arms down alongside your body, bending toward the body
	⑤ Stretching arms forth at shoulder level, crossing them
Waist	⑥ Twisting the waist from side to side	⑦ Bending the waist from side to side
	⑧ Bending the torso forward	⑨ Bending the torso backward
	⑩ Touching the ground and standing up straight
Legs	⑪ Squatting down and getting up	⑫ Squatting down
Legs	⑬ Raising each leg to waist level	⑭ Lunging forward one leg at a time
Head/ Neck	⑮ Rolling the neck	⑯ Bending the head down
Head/ Neck	⑰ Stretch the neck back	⑱ Turning the head left and right

2.4. 인체착용평가_동작성 평가

동작성 평가를 위해 군 및 민간 전문가의 자문을 바탕으로 화생방 대응 상황을 대표하는 15가지 동작으로 구성된 동작 프로토콜을 개발하였다(Figure 1a). 동작 평가는 15 × 5 m의 직사각형 실내에서 실시되도록 구성되었다. 최초 기본 의복만 착용한 상태에서 화생방 보호 장갑, 보호 덧신, 화생방보호의 상·하의를 착용(동작 1)하는 동작을 시작으로, 해당 의복들을 탈의하는 동작(동작 15)까지 총 15개 동작을 연속 수행하였다(Figure 1b). 대부분의 동작은 동작별로 정해진 위치에서 수행되었으나, 동작 5, 7, 9, 12, 14의 경우 15 m 거리를 왕복하도록 구성되었다. 화생방보호의 상·하의 3종의 실험 참여 순서는 랜덤하게 배정되었으며, 피험자들은 화생방보호의 상의의 후드도 항상 착용하였다. 피험자들에게 실험 의복 세 조건은 블라인드되어 본인이 착용하는 의복이 어떠한 종류의 화생방보호의인지 인지할 수 없도록 하였다. 초시계를 이용하여 1번 동작을 시작하는 순간부터 15번 동작을 완료하는 시점까지 소요된 시간을 기록하였다. 심박수는 가슴에 착용하는 벨트 형태의 센서와 손목시계 형태의 무선 데이터 로거(H10, Polar Electro, Finland)를 사용하여 1초 간격으로 연속 기록하였으며, 의복내 온습도는 휴대용 의복내 온습도기(TR-72wb, T&D, Japan)를 사용하여 등과 넓적다리 부위 의복내 최내층에서 1초 간격으로 연속 기록하였다. 동작 프로토콜 시작과 종료 직후 정신·심리적 반응을 측정하였다. 전신 한서감은 9점 척도(–4: 매우 춥다, –3: 춥다, –2: 서늘하다, –1: 약간 서늘하다, 0: 보통이다, +1: 약간 따뜻하다, +2: 따뜻하다, +3: 덥다, +4: 매우 덥다)로 응답하게 하였으며, 전신 온열쾌적감은 7점 척도(–3: 매우 불쾌하다, –2: 불쾌하다, –1: 약간 불쾌하다, 0: 보통이다, +1: 약간 쾌적하다, +2: 쾌적하다, +3: 매우 쾌적하다), 전신 습윤감은 7점 척도(–3: 매우 건조하다, –2: 건조하다, –1: 약간 건조하다, 0: 보통이다, +1: 약간 습하다, +2: 습하다, +3: 매우 습하다)를 사용하였다. 동작 프로토콜 종료 직후, 구조화된 인터뷰 용지를 사용하여 각 동작별 불편사항을 기록하였다. 모든 실험은 기온 25±1°C, 습도 50±5%RH로 유지되는 실내 체육관에서 실시되었다.

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Figure 1.

Mobility test protocols: schematics (a) and photos (b) of the practical performance test.

2.5. 결과분석

통계분석을 위해 SPSS 23.0을 사용하였다. 자세 평가의 경우 질문 문항별 응답에 대해 빈도분석을 실시하였다. 동작성 평가의 모든 결과는 평균과 표준편차로 나타내었다. 심박수와 의복내 온습도 결과는 동작 프로토콜 수행 중 평균값으로 제시되었다. 등과 넓적다리 간 의복내 온습도 차이는 Paired t-test로 분석되었다. 세 집단 간 비교를 위해 반복측정 분산분석이 사용되었다. 통계적 유의도는 P < 0.05로 정하였다.

3. 결 과

3.1. 자세 평가

팔 부위 관절의 움직임에 따른 불편감을 측정한 결과, ACF-Felt와 ACF-Fabric에 비해 ACB에서 불편하다는 응답이 다소 많았다(Table 4). 특히 자세 1, 2, 3, 5번을 취하는 동안 질문 1번(인체 특정 부위에서 구속이 느껴집니까[낍니까]?)에 대해 ACB 착용 시 피험자 12인 중 절반 이상이 ‘2점(그렇다[불편하다])’ 이상으로 응답하며, 해당 자세를 취하는 동안 강한 구속감을 느끼는 것으로 나타났다. 또한, 3번 자세를 취하는 동안 질문 3(소매가 짧아집니까[손목 부위가 노출됩니까]?)에 대해 5인이 ‘2점(그렇다[불편하다])’, 3인이 ‘3점(매우 그렇다[매우 불편하다])’고 응답하였다. 반면, ACF-Felt와 ACF-Fabric 간의 응답은 큰 차이없이, ‘매우 불편하다’ 혹은 ‘매우 매우 불편하다’는 응답은 거의 발견되지 않았다. 화생방보호의 세 조건 모두, 다섯 가지 팔 관절 자세 중 1번 자세(한 팔을 위로 올리는 자세)에서 가장 큰 불편함이 응답되었다.

Table 4.

Responses to Six Questions during the Arm Posture Assessments (N=12)

Arm Posture		ACB					ACF-Felt					ACF-Fabric
		Scale*					Scale					Scale
		0	1	2	3	4	0	1	2	3	4	0	1	2	3	4
Posture ①	Q1	0	1	5	6	0	2	4	6	0	0	2	5	3	2	0
	Q2	4	6	2	0	0	3	6	3	0	0	3	1	7	1	0
	Q3	3	2	7	0	0	4	7	1	0	0	4	4	3	1	0
	Q4	11	0	0	1	0	11	0	1	0	0	11	0	1	0	0
	Q5	8	3	1	0	0	7	4	1	0	0	8	3	0	1	0
	Q6	11	0	1	0	0	8	3	1	0	0	9	3	0	0	0
	Sum	37	12	16	7	0	35	24	13	0	0	37	16	14	5	0
	%	51.4	16.7	22.2	9.7	0.0	48.6	33.3	18.1	0.0	0.0	51.4	22.2	19.4	6.9	0.0
Posture ②	Q1	3	3	3	3	0	6	4	2	0	0	5	5	2	0	0
	Q2	9	1	1	1	0	10	1	1	0	0	7	4	1	0	0
	Q3	2	5	4	1	0	8	3	1	0	0	5	4	3	0	0
	Q4	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q5	9	3	0	0	0	11	0	1	0	0	10	1	1	0	0
	Q6	11	1	0	0	0	10	2	0	0	0	11	1	0	0	0
	Sum	46	13	8	5	0	57	10	5	0	0	50	15	7	0	0
	%	63.9	18.1	11.1	6.9	0.0	79.2	13.9	6.9	0.0	0.0	69.4	20.8	9.7	0.0	0.0
Posture ③	Q1	1	1	5	4	1	1	6	5	0	0	4	2	5	1	0
	Q2	5	2	5	0	0	7	4	1	0	0	3	8	1	0	0
	Q3	2	2	5	3	0	3	6	1	2	0	3	5	2	2	0
	Q4	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q5	6	4	1	0	0	8	3	1	0	0	10	1	0	1	0
	Q6	11	1	0	0	0	8	4	0	0	0	11	1	0	0	0
	Sum	37	10	16	7	1	39	23	8	2	0	43	17	8	4	0
	%	51.4	13.9	22.2	9.7	1.4	54.2	31.9	11.1	2.8	0.0	59.7	23.6	11.1	5.6	0.0
Posture ④	Q1	9	1	2	0	0	11	1	0	0	0	9	3	0	0	0
	Q2	8	2	2	0	0	7	4	1	0	0	6	5	1	0	0
	Q3	7	5	0	0	0	9	3	0	0	0	10	2	0	0	0
	Q4	11	0	1	0	0	12	0	0	0	0	10	2	0	0	0
	Q5	8	4	0	0	0	11	1	0	0	0	11	1	0	0	0
	Q6	10	1	1	0	0	6	3	3	0	0	9	3	0	0	0
	Sum	53	13	6	0	0	56	12	4	0	0	55	16	1	0	0
	%	73.6	18.1	8.3	0.0	0.0	77.8	16.7	5.6	0.0	0.0	76.4	22.2	1.4	0.0	0.0
Posture ⑤	Q1	0	6	4	2	0	4	5	3	0	0	3	8	1	0	0
	Q2	7	5	0	0	0	8	3	1	0	0	8	4	0	0	0
	Q3	4	6	1	1	0	7	5	0	0	0	5	4	3	0	0
	Q4	11	1	0	0	0	12	0	0	0	0	10	2	0	0	0
	Q5	8	3	1	0	0	10	2	0	0	0	11	0	1	0	0
	Q6	8	2	2	0	0	8	3	1	0	0	10	1	1	0	0
	Sum	38	23	8	3	0	49	18	5	0	0	47	19	6	0	0
	%	52.8	31.9	11.1	4.2	0.0	68.1	25.0	6.9	0.0	0.0	65.3	26.4	8.3	0.0	0.0

*0: Comfortable, 1: A little uncomfortable, 2: Uncomfortable, 3: Very uncomfortable, 4: Very very uncomfortable; ACB: Activated Carbon Bead, ACF: Activated Carbon Fiber.

허리 부위 관절의 움직임에 따른 불편감에서도 팔 부위 응답과 마찬가지로, ACF-Felt와 ACF-Fabric에 비해 ACB에서 불편하다는 응답이 다소 많았다(Table 5). ACB 착용 시 자세 10번을 취하는 동안 질문 1번(인체 특정 부위에서 구속이 느껴집니까[낍니까]?), 2번(상의가 짧아집니까[허리/배 부위가 노출됩니까]?) 3번(소매가 짧아집니까[손목 부위가 노출됩니까]?)에 대해 ‘2점(그렇다[불편하다])’ 이상의 응답자가 각각 11인, 7인, 8인으로 절반 이상의 피험자들이 불편함을 느끼는 것으로 응답하였다. 반면, ACF-Felt와 ACF-Fabric은 질문 1, 2 3번에 대해 ‘2점’ 이상의 응답자가 절반 이하로 불편함을 느끼는 피험자가 ACB와 비교하여 상대적으로 적은 결과를 보였다. ACB는 선 자세에서 허리를 바닥으로 구부릴 때 ACF-Felt와 ACF-Fabric에 비해 착용자에게 구속력이 느껴지고 상의와 소매가 짧아지는 것으로 나타났다. 화생방보호의 세 조건 모두, 다섯 가지 허리 관절 자세 중 10번 자세(허리를 바닥까지 쭉 구부리는 자세)에서 가장 큰 불편함이 응답되었다.

Table 5.

Responses to Six Questions during the Waist Posture Assessments (N=12)

Waist Posture		ACB					ACF-Felt					ACF-Fabric
		Scale*					Scale					Scale
		0	1	2	3	4	0	1	2	3	4	0	1	2	3	4
Posture ⑥	Q1	6	2	3	1	0	7	2	3	0	0	6	5	1	0	0
	Q2	9	2	0	1	0	10	2	0	0	0	9	3	0	0	0
	Q3	10	1	1	0	0	12	0	0	0	0	10	2	0	0	0
	Q4	11	1	0	0	0	12	0	0	0	0	11	1	0	0	0
	Q5	8	2	1	1	0	10	2	0	0	0	10	2	0	0	0
	Q6	9	1	2	0	0	8	4	0	0	0	9	3	0	0	0
	Sum	53	9	7	3	0	59	10	3	0	0	55	16	1	0	0
	%	73.6	12.5	9.7	4.2	0.0	81.9	13.9	4.2	0.0	0.0	76.4	22.2	1.4	0.0	0.0
Posture ⑦	Q1	8	4	0	0	0	4	7	1	0	0	5	6	1	0	0
	Q2	7	4	1	0	0	6	4	2	0	0	4	7	1	0	0
	Q3	9	3	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q4	12	0	0	0	0	11	1	0	0	0	11	1	0	0	0
	Q5	9	3	0	0	0	9	2	1	0	0	10	2	0	0	0
	Q6	9	3	0	0	0	9	2	1	0	0	9	3	0	0	0
	Sum	54	17	1	0	0	51	16	5	0	0	51	19	2	0	0
	%	75.0	23.6	1.4	0.0	0.0	70.8	22.2	6.9	0.0	0.0	70.8	26.4	2.8	0.0	0.0
Posture ⑧	Q1	8	3	1	0	0	4	6	1	1	0	7	4	1	0	0
	Q2	8	2	2	0	0	6	2	4	0	0	5	6	1	0	0
	Q3	10	1	1	0	0	12	0	0	0	0	10	2	0	0	0
	Q4	11	1	0	0	0	10	2	0	0	0	11	1	0	0	0
	Q5	10	1	1	0	0	9	3	0	0	0	10	1	1	0	0
	Q6	8	2	2	0	0	9	1	1	1	0	7	4	0	0	1
	Sum	55	10	7	0	0	50	14	6	2	0	50	18	3	0	1
	%	76.4	13.9	9.7	0.0	0.0	69.4	19.4	8.3	2.8	0.0	69.4	25.0	4.2	0.0	1.4
Posture ⑨	Q1	5	6	0	0	1	5	5	2	0	0	4	6	1	1	0
	Q2	5	2	5	0	0	5	4	2	1	0	2	9	1	0	0
	Q3	10	2	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q4	10	1	1	0	0	10	2	0	0	0	10	1	1	0	0
	Q5	10	2	0	0	0	9	3	0	0	0	11	1	0	0	0
	Q6	9	3	0	0	0	9	2	1	0	0	11	1	0	0	0
	Sum	49	16	6	0	1	50	16	5	1	0	50	18	3	1	0
	%	68.1	22.2	8.3	0.0	1.4	69.4	22.2	6.9	1.4	0.0	69.4	25.0	4.2	1.4	0.0
Posture ⑩	Q1	1	0	7	3	1	1	5	5	0	1	2	4	6	0	0
	Q2	4	1	4	3	0	3	5	4	0	0	3	6	2	1	0
	Q3	1	3	4	4	0	5	3	4	0	0	2	7	3	0	0
	Q4	8	2	2	0	0	7	3	2	0	0	8	3	1	0	0
	Q5	7	2	1	2	0	5	7	0	0	0	6	5	1	0	0
	Q6	8	1	3	0	0	9	1	2	0	0	8	2	1	0	1
	Sum	29	9	21	12	1	30	24	17	0	1	29	27	14	1	1
	%	40.3	12.5	29.2	16.7	1.4	41.7	33.3	23.6	0.0	1.4	40.3	37.5	19.4	1.4	1.4

*0: Comfortable, 1: A little uncomfortable, 2: Uncomfortable, 3: Very uncomfortable, 4: Very very uncomfortable; ACB: Activated Carbon Bead, ACF: Activated Carbon Fiber.

다리 부위 관절을 움직이는 동안 피험자들은 ACF-Felt와 ACF-Fabric 조건에 비해 ACB 조건에서 불편하다는 응답이 다소 많았다(Table 6). 자세 11, 12, 13번을 취하는 동안 피험자들은 ACB를 착용하는 경우 인체 특정 부위에서 구속감이 느껴지는가를 묻는 질문 1번에 대해 9인, 9인, 7인이 ‘2점(그렇다[불편하다])’ 이상으로 응답하며, 구속감에 의한 불편함을 느끼는 것으로 나타났다. 피험자들은 ACF-Felt와 ACF-Fabric을 착용하고 자세 11, 12번을 취하는 경우에도 ACB 조건에서보다는 적으나 구속감에 의한 불편함이 느껴진다는 응답이 높았다. 앉았다 일어나는 자세는 화생방보호의 착용자에게 높은 구속감을 주는 자세로 확인되었다. 화생방보호의 세 조건 모두, 네 가지 다리 관절 자세 중 12번 자세(한 쪽 다리를 기역자로 허리 수준으로 올리는 자세)에서 가장 큰 불편함이 응답되었다.

Table 6.

Responses to Six Questions during the Leg Posture Assessments (N=12)

Leg Posture		ACB					ACF-Felt					ACF-Fabric
		Scale*					Scale					Scale
		0	1	2	3	4	0	1	2	3	4	0	1	2	3	4
Posture ⑪	Q1	0	3	4	2	3	2	3	3	4	0	2	4	5	1	0
	Q2	9	0	3	0	0	9	3	0	0	0	11	1	0	0	0
	Q3	10	2	0	0	0	11	1	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q4	6	2	3	1	0	5	3	4	0	0	4	3	5	0	0
	Q5	7	3	1	1	0	6	6	0	0	0	7	4	1	0	0
	Q6	8	2	1	0	1	9	2	1	0	0	6	4	2	0	0
	Sum	40	12	12	4	4	42	18	8	4	0	42	16	13	1	0
	%	55.6	16.7	16.7	5.6	5.6	58.3	25.0	11.1	5.6	0.0	58.3	22.2	18.1	1.4	0.0
Posture ⑫	Q1	0	3	3	1	5	1	3	4	2	2	3	2	4	3	0
	Q2	5	5	2	0	0	7	3	2	0	0	7	5	0	0	0
	Q3	10	2	0	0	0	10	1	1	0	0	10	2	0	0	0
	Q4	2	6	4	0	0	5	3	4	0	0	4	4	4	0	0
	Q5	6	3	1	1	1	5	5	2	0	0	7	3	1	1	0
	Q6	9	2	0	0	1	9	2	1	0	0	8	2	1	1	0
	Sum	32	21	10	2	7	37	17	14	2	2	39	18	10	5	0
	%	44.4	29.2	13.9	2.8	9.7	51.4	23.6	19.4	2.8	2.8	54.2	25.0	13.9	6.9	0.0
Posture ⑬	Q1	3	2	7	0	0	3	6	3	0	0	6	4	2	0	0
	Q2	12	0	0	0	0	11	1	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q3	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q4	3	4	5	0	0	4	3	5	0	0	4	4	4	0	0
	Q5	6	4	1	1	0	6	6	0	0	0	7	4	1	0	0
	Q6	11	0	0	0	1	9	2	1	0	0	6	4	2	0	0
	Sum	47	10	13	1	1	45	18	9	0	0	47	16	9	0	0
	%	65.3	13.9	18.1	1.4	1.4	62.5	25.0	12.5	0.0	0.0	65.3	22.2	12.5	0.0	0.0
Posture ⑭	Q1	4	4	2	2	0	3	7	1	1	0	4	3	5	0	0
	Q2	9	3	0	0	0	11	1	0	0	0	11	0	0	1	0
	Q3	8	2	1	1	0	12	0	0	0	0	10	0	2	0	0
	Q4	4	3	3	2	0	3	3	6	0	0	3	4	5	0	0
	Q5	7	2	3	0	0	5	6	0	1	0	5	3	3	1	0
	Q6	8	1	2	1	0	8	4	0	0	0	7	4	1	0	0
	Sum	40	15	11	6	0	42	21	7	2	0	40	14	16	2	0
	%	55.6	20.8	15.3	8.3	0.0	58.3	29.2	9.7	2.8	0.0	55.6	19.4	22.2	2.8	0.0

*0: Comfortable, 1: A little uncomfortable, 2: Uncomfortable, 3: Very uncomfortable, 4: Very very uncomfortable; ACB: Activated Carbon Bead, ACF: Activated Carbon Fiber.

머리와 목 부위 관절의 움직임에 있어서, 화생방보호의 3종(ACB, ACF-Felt, ACF-Fabric) 간 현격한 차이는 관찰되지 않았다(Table 7). 머리와 목 부위 자세는 다른 관절 부위의 움직임에 비해 피험자가 느끼는 불편함이 적었다.

Table 7.

Responses to Six Questions during the Head/Neck Posture Assessments (N=12)

Head/Neck Posture		ACB					ACF-Felt					ACF-Fabric
		Scale*					Scale					Scale
		0	1	2	3	4	0	1	2	3	4	0	1	2	3	4
Posture ⑮	Q1	9	2	0	1	0	6	5	1	0	0	7	4	1	0	0
	Q2	12	0	0	0	0	8	4	0	0	0	10	2	0	0	0
	Q3	12	0	0	0	0	11	1	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q4	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q5	11	1	0	0	0	10	2	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q6	9	0	1	2	0	9	2	1	0	0	10	2	0	0	0
	Sum	65	3	1	3	0	56	14	2	0	0	63	8	1	0	0
	%	90.3	4.2	1.4	4.2	0.0	77.8	19.4	2.8	0.0	0.0	87.5	11.1	1.4	0.0	0.0
Posture ⑯	Q1	8	4	0	0	0	10	2	0	0	0	7	4	1	0	0
	Q2	12	0	0	0	0	11	1	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q3	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q4	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q5	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q6	10	1	1	0	0	10	2	0	0	0	10	1	1	0	0
	Sum	66	5	1	0	0	67	5	0	0	0	65	5	2	0	0
	%	91.7	6.9	1.4	0.0	0.0	93.1	6.9	0.0	0.0	0.0	90.3	6.9	2.8	0.0	0.0
Posture ⑰	Q1	7	3	2	0	0	6	5	1	0	0	5	6	1	0	0
	Q2	12	0	0	0	0	11	1	0	0	0	11	0	1	0	0
	Q3	11	1	0	0	0	11	1	0	0	0	11	1	0	0	0
	Q4	11	1	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q5	11	1	0	0	0	11	1	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q6	9	1	2	0	0	11	1	0	0	0	9	3	0	0	0
	Sum	61	7	4	0	0	62	9	1	0	0	60	10	2	0	0
	%	84.7	9.7	5.6	0.0	0.0	86.1	12.5	1.4	0.0	0.0	83.3	13.9	2.8	0.0	0.0
Posture ⑱	Q1	9	1	1	0	1	5	4	3	0	0	6	4	1	1	0
	Q2	12	0	0	0	0	10	2	0	0	0	11	1	0	0	0
	Q3	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q4	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q5	11	1	0	0	0	11	1	0	0	0	12	0	0	0	0
	Q6	9	0	1	1	1	10	2	0	0	0	11	1	0	0	0
	Sum	65	2	2	1	2	60	9	3	0	0	64	6	1	1	0
	%	90.3	2.8	2.8	1.4	2.8	83.3	12.5	4.2	0.0	0.0	88.9	8.3	1.4	1.4	0.0

*0: Comfortable, 1: A little uncomfortable, 2: Uncomfortable, 3: Very uncomfortable, 4: Very very uncomfortable; ACB: Activated Carbon Bead, ACF: Activated Carbon Fiber.

3.2. 동작성 평가

동작 프로토콜을 수행하는데 소요된 시간은 ACB 조건의 경우 607±87초, ACF-Felt 조건은 588±93초, ACF-Fabric 조건 577±76초로 화생방보호의 3종 간 통계적으로 유의한 차이는 발견되지 않았다(Figure 2a, P = 0.691). 심박수는 ACB 조건에서 134±22 bpm, ACF-Felt 조건 142±19 bpm, ACF-Fabric 조건 139±25 bpm으로 통계적으로 유의한 차이는 발견되지 않았다(Figure 2b, P = 0.672).

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/ksles/2024-031-04/N0630310401/images/ksles_31_04_01_F2.jpg

Figure 2.

Completion time (a) and heart rate (b) for the three experimental conditions (ACB: Activated Carbon Bead, ACF: Activated Carbon Fiber).

동작 프로토콜 수행 중 등 부위 의복내 온도는 ACB 조건에서 31.5±0.9°C, ACF-Felt 조건 32.3±1.1°C, ACF-Fabric 조건 32.2±1.0°C로 화생방보호의 3종 간 통계적으로 유의한 차이는 발견되지 않았다(P = 0.180). 등 부위 의복내 습도는 ACB 조건에서 70±12%RH, ACF-Felt 조건 62±16%RH, ACF-Fabric 조건 66±13%RH로 유의한 차이는 발견되지 않았다(P = 0.359). 피험자 별 등 부위 의복내 습도에서의 최대값은 세 조건 간 유의한 차이는 없었으나, ACB 조건의 경우 81±6%RH, ACF-Felt 조건 78±7%RH, ACF-Fabric 조건 80±6%RH였다. 동작 프로토콜 수행 중 넓적다리 부위의 의복내 온도는 ACB 조건에서 31.7±0.7°C, ACF-Felt 조건 31.5±0.7°C, ACF-Fabric 조건 31.7±0.7°C로 통계적으로 유의한 차이가 발견되지 않았으며(P = 0.961), 의복내 습도는 ACB 조건 48±11% RH, ACF-Felt 조건 51±9%RH, ACF-Fabric 조건 45±8%RH로 유의한 차이를 보이지 않았다(P = 0.453). 피험자 별 넓적다리 부위 의복내 습도의 최대값은 ACB 조건의 경우 64±8%RH, ACF-Felt 조건 61±10%RH, ACF-Fabric 조건 59±7%RH였다. 화생방보호의 세 조건 모두에서 등 부위 의복내 습도가 넓적다리 부위 습도에 비해 높았다(all Ps < 0.05).

전신 한서감은 동작 프로토콜 수행 전 ACB 조건에서 –0.2±0.9점, ACF-Felt 조건 –0.3±1.1점, ACF-Fabric 조건 –0.3±0.8점으로 평균 ‘보통이다’ 수준이었다. 동작 프로토콜 종료 시점에서 ACB 조건의 경우 2.8±0.8점, ACF-Felt 조건 2.5±0.9점, ACF-Fabric 조건 2.5±0.6점으로 ‘덥다’ 수준까지 증가하였으며, 화생방보호의 3종 간 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다(Figure 3a, P = 0.571). 전신 온열쾌적감은 동작 프로토콜 종료 시점에서 ACB 조건의 경우 –2.1±0.8점, ACF-Felt 조건 –1.9±0.9점, ACF-Fabric 조건 –1.8±0.9점으로 평균적으로 ‘불쾌하다’는 응답을 보였으며, 세 조건 간 유의한 차이는 나타나지 않았다(Figure 3b, P = 0.617). 전신 습윤감의 경우 동작 프로토콜 종료 시점에서 ACB 조건에서 2.0±0.6점, ACF-Felt 조건 2.1±0.4점, ACF-Fabric 조건 2.0±0.7점으로 평균적으로 ‘습하다’ 수준까지 상승하였으나, 세 조건 간 통계적으로 유의한 차이는 발견되지 않았다(Figure 3c, P = 0.857).

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/ksles/2024-031-04/N0630310401/images/ksles_31_04_01_F3.jpg

Figure 3.

Pre and post overall thermal sensation (a), thermal comfort (b), and humidity sensation (C) during the mobility test (ACB: Activated Carbon Bead, ACF: Activated Carbon Fiber).

3.3. 심층 인터뷰

자세 및 동작 프로토콜 종료 직후 이루어진 심층 인터뷰 결과, 피험자 모두 공통적으로 화생방보호복 상·하의에 대해 구속감과 소재에 대한 불만을 표현하였다. 피험자들은 ACB 조건에 비해 ACF-Felt와 ACF-Fabric 조건에서 긍정적인 평가를 보여 주었다. 구속감과 관련된 응답 중 ACB는 옷의 구속감이 심하여 인체 활동이 심하게 제한되고 자유로운 활동이 불가능하며, 동작 수행에 무리가 있다는 응답이 다수 관찰되었다. 반면, ACF-Felt와 ACF-Fabric에 대해서는 인체 관절 움직임 시 불편함이 적어 각 동작을 무리없이 수행할 수 있었으며, 두 종류 간 큰 차이를 느끼지 못하였다는 응답이 다수 관찰되었다. 화생방보호의 소재와 관련된 응답으로는 ACB는 옷 재질이 두껍고 뻣뻣하여 입고 벗기가 불편하고 동작 수행에 어려움을 느낀 반면, ACF-Felt와 ACF-Fabric은 ACB 조건에 비해 재질이 가볍고 부드럽다는 응답이 다수 얻어졌다. 다만, 화생방보호의 하의 길이가 길고 통이 넓어 달리는 동안 걸려 넘어지지 않도록 주의하였다는 응답들이 발견되었다. 화생방보호의 3종 중 불만도가 가장 높았던 ACB 조건에 대해 서술된 인터뷰 내용들 중 피험자들에게서 공통적으로 발견된 의견들을 요약 정리하면 아래와 같다.

“세 종류의 보호의 중 구속감이 가장 심하여 자유로운 활동이 불가능했다.”

“짐을 머리 위 선반에 높이 올려 놓는 동작에서 상의 재킷의 밑단이 들리고, 소매도 많이 짧아졌다.”

“아래 있는 물건을 높이 올릴 때 재킷이 겨드랑이를 잡아 당기는 듯 뻣뻣했다.

“팔을 앞으로 쭉 뻗을 때 불편했다.”

“허리를 구부릴 때 상체가 조여지는 느낌이었다.”

“쪼그리고 앉을 때 사타구니 쪽이 끼었고, 가랑이 부분에 여유가 너무 없어 불편했다.”

“담을 올라가는 동작에서 가랑이가 너무 끼어 아팠다.”

“바지 길이가 다소 길어 달리기를 하면서 발에 밟히는 느낌이 들었다.”

“다른 두 조건에 비해 옷이 좀 무거웠다.”

“다른 두 조건에 비해 옷이 너무 뻣뻣해서 불편했다.”

“전체적으로 두껍고 뻣뻣하여 입고 벗는데 시간이 오래 걸렸다.”

“소재가 너무 뻣뻣하고 신축성이 없어 다른 두 조건에 비해 바지를 입고 벗는 게 상당히 불편했다.”

“후드 부분이 헐렁해서 정면이나 위, 옆을 응시하기가 힘들었다. 후드가 제대로 고정이 되지 않았다.”

“후드의 챙이 상당히 앞으로 나와 있어 달리거나 이동할 때 시야가 차단되었다.”

“바지 멜빵끈에 길이 조절 기능이 없어서 불편했다.”

“멜빵이 크로스 형태로 되어 있어 착용하기 불편했고 줄 꼬임 등의 문제도 있었다.”

“멜빵의 수축으로 보폭 범위가 짧아져 방향 조절이 힘들었고, 멜빵이 자세를 구속하여 가랑이 부분이 더 아팠다.”

“바지가 전투화에 걸리면서 벗는 시간이 더욱 오래 걸렸다.”

“전투화 위에 화생방용 덧신을 신고 벗는데 시간이 너무 많이 소비되었다.”

“걷거나 뛸 때 덧신이 고정되지 않고 움직여 불편했다. 미끄러져 넘어질 뻔했다”

화생방보호의 3종 중 ACB에 비해 만족도가 높았던 ACF-Felt와 ACF-Fabric 조건에 대해 피험자들에게서 얻어진 공통 의견들을 요약 정리하면 아래와 같다.

“세 종류의 보호의 중 구속감이 가장 적었고, 옷이 가벼워 움직임이 편하였다”

“다양한 동작 수행 시 등이나 팔 등에서 걸리는 부분이 상대적으로 적었다”

“넓적다리와 엉덩이가 약간 끼이는 느낌은 들었지만 활동에 큰 지장을 주지는 않았다”

“재질이 부드러워 입고 벗기 편했다”

“허리를 숙이거나 팔을 뻗는데 옷이 거슬리지 않았고, 안에 입은 군복의 착용감과 거의 같았다”

“질감이 부드러워, 아래에 놓인 물건을 위로 쌓을 때 수월했다”

4. 논 의

4.1. 화생방보호의 내피층 소재가 자세 및 동작적합성에 미치는 영향

화생방보호의의 내피 지지층에 유해물질 흡착을 위해 사용되는 흡착제로 구슬형 활성탄(ACB)과 섬유형 활성탄(ACF) 등이 있다. 전술한 바와 같이, 미국 및 유럽 여러 나라들에서는 다양한 흡착 소재 기반으로 제작된 화생방보호의들이 보급되고 있다(예: 독일 Karcher사의 ACF 직물 기반 화생방보호의[Karcher Safe Guard 3002A1], 독일 Karcher사의 ACF 부직포 기반 화생방보호의 [Safe Guard 2002HP], 이스라엘 Shalon사 AC beats/foam 기반 화생방보호의, 프랑스 Paul Boye사의 니트 ACF 기반 화생방보호의, 영국 CQC사의 ACF 기반 화생방보호의)(Sathe et al., 2019). 이러한 화생방보호의에 사용되는 흡착제는 지지층(예: 면 또는 나일론)에 라미네이트되기 때문에 뻣뻣하게 느껴지게 되며, 화생방보호의의 외피는 보호 특성상 발수성, 발유성, 방염성을 지니고 있어 화생방보호의의 뻣뻣함은 가중된다. 게다가 기존 전투복 위에 화생방보호의를 추가 착용하므로 장병들이 느끼는 불편감은 극대화된다.

본 연구에서 사용된 화생방보호의 세 종류 모두 드레이프 계수가 0.82 이상이었기 때문에 매우 뻣뻣한 수준으로 볼 수 있으나, ACB 소재가 ACF 소재에 비해 약 8% 정도 덜 뻣뻣하였기 때문에, 8% 정도의 향상 만으로도 실제 착용 시 동작 불편감을 어느 정도 개선할 수 있음을 알 수 있다. 본 실험 피험자들에게 세 가지 실험 의복 조건은 블라인드되었고, 세 가지 조건 참여 순서는 랜덤하게 배정되었기 때문에 피험자가 가질 수 있는 편견 또는 실험 참여 순서의 영향은 최소화되었다고 볼 수 있다. 개인보호복의 동작적합성을 비교한 선행연구를 살펴 보면, 3개국 소방복의 동작성을 비교한 연구(Quinn et al., 2021), 소방복 내 냉각의류 추가 착용 유무에 따른 동작적합성을 비교한 연구(Kim, Jung, Kim & Lee, 2019), 다양한 디자인의 화학보호복(Level A) 착용 시 동작적합성을 비교한 연구(Salsabila et al., 2023), 다른 보호 수준의 감염병 대응 의료진용 보호복 착용 시 동작적합성을 비교한 연구(Lim, Lee, Chun, & Lee, 2021; Kwon et al., 2022)등이 있으나 대부분 디자인이나 의복의 패턴, 총중량, 착용매수 등의 영향을 평가한 연구들이며 본 연구와 같이 외관 디자인은 유사하면서 내피 소재만 다르게 제작된 보호복 착용 시 동작적합성을 비교분석한 연구는 거의 없다. 본 연구는, 전신 보호복의 외관 디자인과 사이즈, 겉감 소재, 총중량, 보온력 등이 유사함에도 내피 소재 변경만으로 착용자의 동작적합성이 개선될 수 있음을 확인하였다는 점에서 의의가 있다.

4.2. 화생방보호의 내피층 소재가 심리·생리 부담에 미치는 영향

일반적으로 보호복 소재의 열저항이나 수증기 증발저항, 공기투과도 등이 착용자의 열부담에 영향을 미친다고 알려져 있다(Kim & Lee, 2023). 그러나 본 연구 결과 화생방보호의 패턴 및 외관 디자인은 동일하게 유지하면서 내피를 ACB 소재, ACF-Felt 소재, ACF-Fabric 소재로 변경을 준 경우, 동작을 완료한 시간이나, 평균 심박수, 의복내 온습도에서 세 가지 조건 간 유의한 차이는 발견되지 않았다. 서멀마네킹으로 직접 측정된 보온력도 세 조건 모두 1.27 clo로 동일하였으며, 전신 한서감이나 온열쾌적감, 습윤감에서도 세 가지 화생방보호의 조건 간 통계적 유의차 없이 유사한 값이 발견되었다. 즉, 화생방보호의의 패턴이나 외부 디자인 변형 없이, 보온력이 유지되는 수준에서 내피의 소재만을 바꾼 경우, 인체 심혈관계 부담이나 정신·심리적 부담에 유의한 영향을 미치지는 않는 것으로 판단된다. ACB 조건이 ACF-Felt 조건에 비해 160 g 더 무거웠으나 이러한 차이가 인체 부담에 유의한 영향을 유발하지는 않았다. 기본 의복을 포함한 화생방보호의 총중량도 약 2.5 kg이었기 때문에 총중량에 의한 인체 부담도 유의할만한 수준은 아닌 것으로 판단할 수 있다.

다만, 동작 프로토콜을 수행하는 동안 등 부위 최내층 의복내 습도에서 세 조건 간 유의한 차이는 없었지만, ACB 조건의 경우 70±12%RH, ACF-Felt 조건 62±16%RH, ACF-Fabric 조건 66±13%RH, 최대값은 ACB 조건에서 81±6%RH, ACF-Felt 조건 78±7%RH, ACF-Fabric 조건 80±6%RH로, 일반적으로 쾌적하다고 알려진 의복내 습도 50%RH 수준을 크게 상회하는 값이 발견되었다. Salsabila 등(2023)의 연구에서도, 기온 19°C, 습도 57%RH 환경에서 전신 화학보호복을 착용하고 동작성 평가를 수행하는 동안 평균 완료 시간이 24분 이내였음에도, 가슴 부위 의복내 습도는 85%RH 이상까지 상승하는 등 과도하게 상승된 의복내 습도가 착용자의 쾌적에 영향을 주는 문제로 언급된 바 있다. 반면, 등과 넓적다리 부위 최내층 의복내 온도는 세 가지 화생방보호의 조건 모두에서 쾌적 수준으로 알려진 32±1°C를 보였기 때문에 본 연구에서도 의복내 온도보다 의복내 습도에 관심을 둘 필요가 있으며, 과도하게 상승된 몸통 부위 의복내 습도를 저하시킬 수 있는 디자인 요소 개발이 필요하다. 외기 유해 물질로부터 인체를 보호해야 하기 때문에 환기를 통한 의복내 습도 저하보다, 제습 기능의 내피 소재 혹은 소형 제습제 부착과 같은 디자인이 적용될 수도 있을 것이다. 하지만, 본 실험 결과는 기온 25±1°C, 습도 50±5%RH의 열중성 환경에서, 호흡기 마스크 미착용 조건에서 얻어졌기 때문에 여름철 고온 환경이나, 호흡기 마스크를 착용한 경우에 직접 적용될 수 없으며, 추가 연구가 필요하다.

4.3. 화생방보호의 디자인 개선 요소

자세 및 동작성 평가 직후 얻어진 인터뷰 결과를 바탕으로 화생방보호의의 자세 및 동작 편의성 개선을 위해 고려해야 할 디자인 요소들을 아이템별로 제시하면 다음과 같다. 화생방 상의에 부착된 후드의 경우 고개를 좌우 또는 상하로 움직일 때 시야가 확보될 수 있도록 디자인되어야 한다. 후드 사이즈가 너무 크면 고개를 움직일 때 시야를 가리고 쉽게 벗겨지므로 후드 사이즈를 조절할 수 있도록 뒤통수 부분 스트링 등의 장치가 추가될 필요가 있다. 후드 앞 챙이 길면 시야를 방해하므로 접이식 챙 디자인도 가능하다. 전신 개인보호복 연구에서 후드 혹은 바이저에 대한 불만은 종종 보고된다. 암벽등반용 하드쉘 재킷에 대한 동작적합성 평가 이후 얻어진 인터뷰 결과, 클라이머들은 좌우 또는 상하 시야 확보를 위해 후드 사이즈를 착용자의 머리에 맞게 조절할 수 있도록 디자인 요소 추가를 요구했다(Cho & Lee, 2024). 응급구조대용 전신 화학보호복의 착용성 평가 연구에서도, 시야 확보를 위해 Level A 보호복에 부착된 바이저의 투명창 크기가 확대되어야 한다는 의견들이 다수 수집된 바 있다(Salsabila et al., 2023).

또한, 허리를 굽히는 자세, 혹은 팔을 위로 높이 뻗는 경우 상의나 소매의 길이가 너무 짧아지지 않도록 총기장 및 소매 길이를 충분히 길게 디자인할 필요가 있다. 세균이나 유해 화학물질에 노출된 환경에서 허리나 손목 부위가 외기에 노출되지 않도록 디자인하는 것이 매우 중요하다. 화생방 상의의 품이 너무 넓은 경우 다양한 움직임을 취하는 동안 걸리적거릴 수 있다. 상의 소매 겨드랑이 부위 및 바지 가랑이(샅) 부위에 신축성 있는 소재로 별도 구성하여 구속감을 최소화할 필요가 있다. 화생방보호의는 기존 전투복 상하의 위에 추가로 착용하는 보호의임을 고려하여, 쪼그려 앉는 자세에서 가랑이 통증이 없도록 바지 가랑이 부위 여유분이 충분히 확보되어야 한다. 바짓부리 폭을 넉넉히 두어 전투화를 신은 상태에서도 화생방보호의 바지를 입고 벗기 편하게 구성할 필요가 있다. 보호의 하의 멜빵은 길이 조절이 가능해야 하며 멜빵 스트랩 폭을 조금 더 넓게 하여 쪼그려 앉는 자세 등에서 어깨 부위에 몰리는 힘을 분산시킬 필요가 있다. 전투화 위에 신는 화생방용 보호화는 걷거나 뛸 때 미끄러지지 않도록 미끄럼 방지 밑창 등을 사용할 수 있다.

5. 결 론

본 연구는 내피층의 흡착제로 구슬형 활성탄(Activated Carbon Beads, ACB)이 적용된 화생방보호의 1종과 섬유형 활성탄(Activated Carbon Fibers, ACF)이 적용된 화생방보호의 2종(ACF-Felt, ACF-Fabric) 착용 시, 착용자의 자세 및 동작 적합성을 비교분석하였다. 팔 관절과 허리, 다리, 머리/목 관절 움직임을 바탕으로 구성된 자세 평가지를 사용하여 옷의 구속 및 불편감 등을 평가한 결과 ACB 조건에 비해 ACF-Felt와 ACF-Fabric 조건에서 팔과 허리, 다리 움직임에서 구속감이 덜함이 발견되었다. 화생방 대응 상황을 반영하여 개발된 동작 프로토콜 수행 결과, 동작 완료시간이나 심박수, 등과 넓적다리 부위에서의 의복내온습도 등에서 화생방보호의 세 조건 간 유의한 차이가 발견되지 않았으나, 동작성 평가 종료 직후 이루어진 인터뷰에서 피험자들은 다른 두 조건에 비해 ACB 조건 착용 시 소재의 뻣뻣함으로 인한 구속감과 연속 동작에서 상대적으로 더 불편함을 호소하였다. 본 연구 결과는, 화생방보호의 3종의 총보온력이 동일한 수준이었음을 고려해 볼 때, 내피 지지층의 소재 변경만으로도 착용자의 심혈관계나 최내층 의복기후에 대한 부담 없이 다양한 자세 및 동작 편의성 개선이 가능함을 시사한다. 단, 본 실험 결과는 호흡기보호구를 착용하지 않은 열중성 환경 조건에서 얻어진 것이므로, 여름철 고온 환경에서 호흡기보호구를 착장한 조건에서의 추가 실험을 통해 확인될 필요가 있다.

References

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Journal of The Korean Society of Living Environmental System ISSN:1226-1289(Print) 한국생활환경학회

Preview

Evaluation of Wearability of Army CBRN Protective Clothing with Different Materials for Inner Layers: Comparisons between Activated Carbon Beads and Activated Carbon Fibers

ABSTRACT

MAIN

Table 1.

Anthropometric and Physical Characteristics of Subjects in the Present Study

Table 2.

Characteristics and Thermal Insulation of the Three Experimental Clothing Conditions: ACB, ACF-Felt, and ACF-Fabric

Table 3.

Eighteen Postures for the Postural Assessments

Figure 1.

Mobility test protocols: schematics (a) and photos (b) of the practical performance test.

Table 4.

Responses to Six Questions during the Arm Posture Assessments (N=12)

Table 5.

Responses to Six Questions during the Waist Posture Assessments (N=12)

Table 6.

Responses to Six Questions during the Leg Posture Assessments (N=12)

Table 7.

Responses to Six Questions during the Head/Neck Posture Assessments (N=12)

Figure 2.

Completion time (a) and heart rate (b) for the three experimental conditions (ACB: Activated Carbon Bead, ACF: Activated Carbon Fiber).

Figure 3.

Pre and post overall thermal sensation (a), thermal comfort (b), and humidity sensation (C) during the mobility test (ACB: Activated Carbon Bead, ACF: Activated Carbon Fiber).

References