KR0166946B1 - 자기테이프용 테이프 받침대 - Google Patents
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- B29C45/56—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using mould parts movable during or after injection, e.g. injection-compression moulding
- B29C45/561—Injection-compression moulding
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- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
- B29C48/07—Flat, e.g. panels
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
- B29C48/07—Flat, e.g. panels
- B29C48/08—Flat, e.g. panels flexible, e.g. films
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M107/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound
- C10M107/02—Hydrocarbon polymers; Hydrocarbon polymers modified by oxidation
- C10M107/04—Polyethene
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B15/00—Driving, starting or stopping record carriers of filamentary or web form; Driving both such record carriers and heads; Guiding such record carriers or containers therefor; Control thereof; Control of operating function
- G11B15/60—Guiding record carrier
- G11B15/605—Guiding record carrier without displacing the guiding means
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B15/00—Driving, starting or stopping record carriers of filamentary or web form; Driving both such record carriers and heads; Guiding such record carriers or containers therefor; Control thereof; Control of operating function
- G11B15/60—Guiding record carrier
- G11B15/61—Guiding record carrier on drum, e.g. drum containing rotating heads
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/50—Details of extruders
- B29C48/505—Screws
- B29C48/64—Screws with two or more threads
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2023/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
- B29K2023/04—Polymers of ethylene
- B29K2023/06—PE, i.e. polyethylene
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2023/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
- B29K2023/04—Polymers of ethylene
- B29K2023/06—PE, i.e. polyethylene
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
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- B29K2995/0088—Molecular weight
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
- C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
- C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08J2323/06—Polyethene
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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- C10M2201/04—Elements
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C10M2213/00—Organic macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2213/02—Organic macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions obtained from monomers containing carbon, hydrogen and halogen only
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- C10M2213/00—Organic macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2213/06—Perfluoro polymers
- C10M2213/062—Polytetrafluoroethylene [PTFE]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C10M2219/00—Organic non-macromolecular compounds containing sulfur, selenium or tellurium as ingredients in lubricant compositions
- C10M2219/04—Organic non-macromolecular compounds containing sulfur, selenium or tellurium as ingredients in lubricant compositions containing sulfur-to-oxygen bonds, i.e. sulfones, sulfoxides
- C10M2219/044—Sulfonic acids, Derivatives thereof, e.g. neutral salts
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- C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
- C10N2040/02—Bearings
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C10N2040/14—Electric or magnetic purposes
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- C10N2040/14—Electric or magnetic purposes
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- C10N2040/14—Electric or magnetic purposes
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- C10N2040/14—Electric or magnetic purposes
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- C10N2040/14—Electric or magnetic purposes
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- C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
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- C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
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Abstract
본 발명은 점도평균분자량 300,000 내지 2,000,000의 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 원료 폴리에틸렌을 시이트상으로 압출성형시켜 두께 100내지 300㎛의 시이트상 물질로 성형시킨 초고분자량 폴리에틸렌 시이트를 소정의 형상으로 제조하여 얻어지는 것임을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌으로 이루어진 자기테이프용 테이프 받침대에 관한 것이다.
Description
종래, VTR용 자기 테이프 카세트의 구성부품인 테이프 받침대 및 플로피 디스크용 간지(slip sheet)와 같은 박판상 또는 시이트상 습동부재로서 열가소성 수지가 널리 이용되어 왔는 바, 테이프 받침대란 자기 테이프가 카세트내를 주행할 때 처짐현상과 마구 감기는 현상을 방지하기 위해 고안된 박판상의 구성부품으로서 지금까지 이러한 테이프 받침대는 주로 PET필름으로 제조되어져 왔다.
예컨대, 테이프 받침대는, 대전방지 처리된 PET필름이나 또는 PET필름이 지지체로 보강된 필름으로서, 자기 테이프와의 접촉부분에 내마모성을 고려하여 대전방지 처리된 두께 약 100 내지 200μm의 초고분자량 폴리에틸렌 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 제안되어 왔다(일본특개 소 57-37950호, 특개 소56-105373호 및 특개 소 56-105374호). 일반적으로, 열가소성 수지에는 전기장이 발생되기 쉽기 때문에 탄소와 같은 대전방지제를 첨가시키므로써 테이프 표면과 접촉되는 부분에서 발생되는 전하를 제거시킬 수 있다.
통상적으로, 테이프 받침대에는 다음과 같은 특성들이 요구된다 :
(1) 자기 테이프의 주행도중 처짐현상이 발생되는 것을 방지하기 위한 적당한 장력,
(2) 테이프 받침대 및 그와 접촉되는 테이프가 마모되는 것을 방지하기 위한 내마모성,
(3) 테이프가 주행하는 것을 돕기 위한 저마찰력 및
(4) 테이프에 흠이 생기는 것을 방지하기 위해 충분한 곡율을 갖는 습동면,
따라서, 통상적으로 초고분자량 폴리에틸렌 필름 또는 시이트는 다음과 같은 제조방법에 의해 제조되어 왔다.
(a) 압축성형기를 사용하여 시이트상 또는 로드상의 성형품을 만든 후, 이를 압출시켜 필름 또는 시이트상물로 절단시키는 방법;
(b) 초고분자량 폴리에틸렌을 유기용매에 융해시킨 다음, 이것을 주조하여 필름 또는 시이트를 형상하는 방법; 및
(c) 초고분자량 폴리에틸렌을 유기용매에 융해시켜 압출한 다음, 이 압출물로부터 유기용매를 휘발시켜 피막 또는 시이트상으로 형성시키는 방법 (일본특공 소 63-
19327호).
상기 방법 (a)는 생산성면에서 매우 떨어지고 시이트표면의 평활성이 불량하며, 상기 방법 (b)는 초고분자량 폴리에틸렌 용액의 점도가 매우 높아 취급시 곤란함이 따를 뿐만 아니라, 온도조건에 따라 결정이 석출되는 등 안정하지 못하다. 또한, 생산성이 낮아 상업적으로 만족할 만한 제조방법이라고 할 수는 없다. 상기 방법 (c)는 유기용매를 초고분자량 폴리에틸렌에 투입시키는 공정, 이것을 압출시키는 공정 및 압출된 시이트로부터 용매를 제거해내는 공정의 3단계 공정을 거치게 되는바, 이 방법은 상기 방법 (a)와 (b)에 비해서 그 단계들이 매우 간단하여 상당히 편리함을 제공해 준다. 그러나, 방법 (c)에서의 문제점은 용매가 포함된 수지를 압출성형시 가열시켜야 하기 때문에 인화의 위험성이 있고, 용매를 제거해내기 위해서는 휘발시켜야 하므로 에너지 효율면에서 불리하며, 또한 이 용매를 회수하는 데에도 시간과 노력이 많이 소모된다고 하는 단점이 있다.
이와 같은 통상적인 테이프 받침대의 몇몇 문제점들은 사용된 원료물질의 특성 및 적용기술상에서 발생되는 것들이다. 이러한 문제점을 원료물질의 특성면에서 볼때, 기본적으로 마찰 또는 마찰학상 운동량이 큰 물질은 운동량이 작은 물질에 비해 제조가 어렵다. 즉, 테이프물질(PET필름)은 테이프 받침대에 비해 기본적으로 제조하기가 어렵다. 이러한 조건하에서 마모량을 최소화시켜야 하고, 또한 서로 접촉되는 물질이 동일한 것일때 그들의 상대적인 마모량은 증가되기 쉬운 경향이 있다.
그러나, 마찰학적면에서 볼때 통상적으로 테이프 받침대에 사용되는 물질, 특히, PET필름 자체를 테이프 받침대에 사용하는 것은 전혀 이상적인 상태가 아니다. 왜냐하면, 이때에는 테이프 받침대용 고분자 물질과 자기 테이프용 기본 필름, 즉, 두개의 PET필름 사이에서 마모가 발생되기 때문이다.
한편, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 마찰계수가 작다고 하는 점에서 이상적이기는 하나, PTFE는 자기를 마모시키므로써 저마모계수를 유지하는 특성 때문에 장기간 사용할 수 없다고 하는 내마모성의 문제가 있다.
현재, 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위한 일환으로서, 테이프 받침대의 접촉면에 초고분자량 폴리에틸렌 필름과 같은 고내마모성 필름을 지지제 또는 보강재로서 PET필름에 적용시킴에 의해 테이프 받침대가 마모되는 것과 테이프의 자성면에 흠이 생기는 것을 방지하고 있다(일본특개 소 57-37950호, 특개 소 56-105373호 및 특개 소 56-1.5374호).
그러나, 상기와 같은 방법에서는 초고분자량 폴리에틸렌 필름을 PET필름에 부착시켜야 하는 부가적인 공정을 거쳐야 하기 때문에 생산량과 가격면에서 문제점이 뒤따르게 된다.
또한, 현재에는 폴리에틸렌 시이트의 형성시 단일 압출공정으로 시이트를 압출성형시키는 데에는 후가공을 거쳐야 한다는 기술적 미비함이 있다.
종래, 폴리에틸렌을 압출시켜 시이트상으로 제조할 때는 일반적으로 분자량 20,000 내지 200,000의 원료폴리에틸렌을 사용하여 왔는 바, 이러한 분자량을 갖는 폴리에틸렌은 비교적 용이하게 압출시킬 수 있으나, 상기 범위를 초과하여 벗어난 분자량을 갖는 폴리에틸렌의 경우는 용매의 점도 상승으로 인해 압출시 많은 어려움이 있었다.
그러나, 분자량 20,000 내지 200,000의 상기 폴리에틸렌은, 분자량 200,000을 초과하는 폴리에틸렌과 같은 초고분자량 폴리에틸렌에 비해 내마모성과 내충격성이 떨어진다고 하는 단점이 있다. 한편, 상기 초고분자량 폴리에틸렌을 시이트상으로 형성시킬 수 있는 기술로는 램 압출방법 (ram extrusion)이 주로 이용되고 있으나, 이것은 단지 두꺼운 제품 (예컨대, 약 1mm또는 그 이상)을 얻는데 국한되게 된다.
본 발명은 초고분자량 폴리에틸렌의 시이트상 성형물에 관한 것으로서, 특히, 자기 테이프용 테이프 받침대 및 플로피 디스크용 간지와 같은 박판상 또는 시이트상 습동부재(褶動部材)에 관한 것이다.
제 1도는 본 발명에 따른 폴리에틸렌 시이트 제조용 압출기의 스크류를 예시한 개요도이고,
제 2a와 제 2b도는 압출형성기의 틀을 예시한 단면도이며,
제 3a도, 3b도, 3c도, 3d도, 3e도 및 4a도는 테이프 받침대를 기하학적으로 나타낸 것이고,
제 4b도는 비디오 테이프 카세트 본체의 개요를 나타낸 것이며,
제 4c도는 상기 비디오 카세트에 테이프 받침대가 부착되어 있는 부분 확대도이고,
제 5도는 압출성형기와 로우러 유니트의 배열을 나타낸 개요도이며,
제 6a도와 제 6b도는 스코어 절단기를 나타낸 것이고,
제 7도는 스코어 절단기에 의해 잘린 시이트 단면을 기하학적으로 나타낸 것이다.
상술한 바와 같은 통상적인 기술의 면에서 볼때, 본 발명의 목적은 내마모성, 내충격성 및 습동특성이 우수한 초고분자량 폴리에틸렌을 압출시켜 두께 100 내지 300μm의 시이트상 압출성형물과 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 이와 같이 하여 얻어진 초고분자량 폴리에틸렌 시이트로부터 VTR 자기테이프용 테이프 받침대 및 플로피 디스크용 간지와 같은 박판상 또는 시이트상 습동부재를 제공하는데 있다.
본 발명은 점도평균분자량 300,000 내지 6,000,000의 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 원료 폴리에틸렌을 시이트상으로 압출시킨 두께 100 내지 300μm의 시이트 형태인 것을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌 시이트인 것이다.
본 발명에서 상기 원료 폴리에틸렌은, 하나 또는 그 이상의 비교적 고분자량의 폴리에티렌과 하나 또는 그 이상의 비교적 저분자량의 폴리에틸렌을 혼합시킨 것이거나, 또는 여기에다 부가적으로 무기물질을 첨가시켜 얻어진 폴리에틸렌 혼합물이다.
본 발명은 점도평균분자량 300,000 내지 6,000,000의 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 원료 폴리에틸렌을 스크류 압출기를 사용하여 시이트상으로 압출시킨 두께 100 내지 300μm의 시이트 형태인 초고분자량 폴리에틸렌시이트로서, 이때 사용되는 스크류 압출기는 스크류 플라이트의 길이(L)와 스크류 직경(D)의 비율(L/D)이 20 내지 40이고, 코우트행거(coathanger)의 개구부 각도는 120 내지 170°으로 고정되어 있다.
본 발명에 따르는 자기테이프용 테이프 받침대는 상기에서 얻어진 시이트를 소정의 형태로 절단 및 드로우잉시켜 얻어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 종래에서와 같이 습동특성이 우수한 물질을 테이프 받침대 물질에 부착시키는 등의 공정이 불필요하여 제조공정이 간단하고 가격면에서도 유리하다고 하는 잇점이 있다.
이하 본 발명을 VTR 자기테이프용 테이프 받침대의 제조방법을 예로 들어 설명하겠으나, 본 발명이 단지 여기에만 국한되는 것은 아니다.
일반적으로, 제 1도의 VTR 자기테이프용 테이프 받침대는 제 3a도 내지 제 3e도 및 4a도에 나타난 바와 같이 스트립형태로 되어 있는 바, 예컨대, 폭이 약 13.5mm이고 길이가 약 25mm이며 두께는 약 160μm이다. 이러한 것들은 ½인치 VTR용 자기테이프를 대상으로 한 것이므로 테이프의 폭과 카세트 테이프의 구조에 따라서 테이프 받침대의 폭, 길이 및 두께가 다양하게 변화될 수 있다.
상기 테이프 받침대는 단순히 스트립상 기하구조에만 국한되는 것이 아니고, 테이프가 주행하는 동안 최적의 굴곡 모듈러스를 갖을 수 있는 임의의 기하구조를 갖을 수 있는 바, 즉, 상기 기하구조에는 박막부와 연결부 등이 포함된다. 기본적으로 테이프 받침대는 테이프와 접촉되는 면이 균일하고 굴곡(R)을 갖는 것이 바람직하다.
바람직하기로는, 본 발명에 따른 테이프 받침대로 사용되는 물질은 분자량 300,000 내지 2,000,000의 폴리에틸렌이고, 더욱 바람직하기로는 그 말단부가 분자량 800,000 내지 1,500,000의 초고분자량 폴리에틸렌인 것이 좋다.
본 발명자들이 자기테이프 표면과 폴리에틸렌으로 된 테이프 받침대 표면사이의 마찰을 측정한 결과, 상기 폴리에틸렌의 분자량이 300,000미만인 경우에는 폴리에틸렌 표면이 마모되는 반면, 2,000,000을 초과하는 경우에는 테이프 표면에 흠이 생겼다.
즉, 일반적으로 테이프 받침대는 테이프에 손상을 주지 않기 위해 내마모성, 견고성, 영구성(viz., nerve) 및 저마찰성이 요구되는 바, 본 발명자들은 분자량 300,000미만의 폴리에틸렌은 내마모성과 견고성면에서 볼때 통상적인 고점도 폴리에틸렌과 동일하므로, 테이프 받침대에 요구되는 기능을 만족시킬 수 없는 반면에, 2,000,000이상의 고분자량을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌은 표면 경도 때문에 테이프 표면에 흠이 생기게 된다.
폴리에틸렌 테이프 받침대와 테이프 표면은 상호간의 마찰로 인한 마모 이외에도 마찰전기 및 정전기 문제가 대두된다. 테이프 표면에 PET필름을 형성시킨 것과 폴리에틸렌은 모두 우수한 절연물질이고, 그들 표면에서 전하의 분극현상이 발생된다. 왜냐하면 PET필름과 폴리에틸렌 테이프 받침대 사이에서 전하의 인력으로 인해 상기 필름은 테이프 받침대 쪽으로 끌리게 되고 테이프 자성면에 흠이 생기기 쉽다.
이러한 문제점들은 폴리에틸렌이나 특성 첨가제, 즉, 하나 또는 그 이상의 무기 첨가제를 첨가시키므로써 효과적으로 해결하거나 극복할 수 있는 바, 상기 무기 첨가제의 예로는 탄소, 금, 은, 알루미늄, 구리, 크롬, 니켈, 철, 납, 몰리브덴, 아연, 주석, 인듐, 비스무스, 백금, 셀레늄, 마그네슘, 망간, 코발트, 텅스텐, 티탄, 게르마늄 및 수은 등이 있는 바, 이들은 모두 전기전도체이다. 더욱 바람직하기로는, 탄소, 금, 은, 알루미늄, 구리, 철, 납 및 니켈을 첨가시키는 것이 좋고 이들을 단독으로 사용하거나 또는 둘 그 이상을 배합시켜 사용하는 것이 경제성과 전기적 특성을 고려해 볼때 효과적이다.
또한, 유기 첨가제를 첨가해도 테이프 받침대에 대한 테이프 표면의 습동성을 개선시킬 수 있는 바, 이러한 유기 첨가제로는 탄화수소계 올리고머, 폴리에틸렌 왁스, 실리콘 오일, 불소계 열가소성 수지, 불소계 계면활성제 등이 있다. 이들의 사용량은 0.01 내지 10중량%인 것이 바람직하고, 상기 폴리에틸렌에 첨가되는 유기물질은 한가지 형태에 국한되지 않고 테이프 받침대의 특성에 따라 달라지게 된다.
상기 폴리에틸렌에 첨가되는 전기 전도성 물질은 0.1 내지 20중량%, 바람직하기로는 1 내지 8중량% 첨가시키는 것이 좋다.
폴리에틸렌의 습동 특성을 개선시키기 위한 전기 전도성 물질 또는 첨가제들을 첨가시켜 제조할 때에는 상기 첨가제들을 폴리에틸렌 수지와 함께 그들의 융점 또는 그보다 낮은 온도에서 빠르게 교반시키고 이 수지와 첨가제의 마찰로 인해 발생되는 열을 사용한다. 만일, 교반하는 분위기가 불활성 기체라면 폴리에틸렌의 산화로 인해 분자량이 감소되는 것을 방지할 수 있고, 사용된 폴리에틸렌 수지의 입자크기는 10 내지 300μm, 바람직하기로는 50 내지 200μm이고, 첨가제의 입자크기는 0.01 내지 100μm, 바람직하기로는 0.05 내지 10μm인 것이 좋다.
이 혼합물을 제조하는 방법에 대해서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
폴리에틸렌 입자를 불활성 기체 분위기하에서 첨가제와 함께 고속으로, 예컨대 100 내지 10,000rpm, 바람직하기로는 300 내지 3,000 rpm으로 교반하여 혼합시키고 챔버의 초기온도는 50℃로 고정시킨 후, 교반으로 인한 마찰열이 발생되어 80 내지 120℃의 온도가 될때까지 계속 교반시켜 준다.
본 발명자들은 상기 조건하에서 상기 폴리에틸렌 수지 입자표면에 첨가제를 밀착시키고, 성형시 소량의 첨가제를 사용함으로 인해 전기 전도성 및 습동성을 부여시켜 주게 된다. 상기 배합조건을 만족시키는 가능한 한가지 수단이 헨쉘 혼합기(Henschel mixer)이다. 이에 대해서는 일본특공 소 63-011906호, 특공 소 61-008698호, 특공 소 61-008699호 및 특공 소 61-016183호에 상세히 기재되어 있는 바, 본 발명에서는 상기 특허에서 설명된 기술을 이용해도 좋다.
이하 상기 방법에 의해 얻어진 혼합물을 함유하는 초고분자량 폴리에틸렌을 압출성형시키는 방법에 대해 설명하겠다.
우선, 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 개량시키고, 그것의 용융점도가 매우 높기 때문에 그대로 초고분자량 폴리에틸렌을 압출시키는 것은 어렵다는 것을 유의해야 한다. 그러나, 이론상 초고분자량 폴리에틸렌을 압출시키는 것은 그 용융점도를 감소시키고 유동성을 부여하므로써 가능하다. 왜냐하면, 수지를 압출기 스크류에 투입하고 폴리에틸렌 왁스와 같은 저분자량 구성성분을 첨가시켜 개선시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방법을 사용하게 되면 바람직한 결과를 얻기 위해서는 여러 가지 조건들을 조절하기가 어렵다. 또한, 이러한 방법을 사용해서 얻어진 시이트상 또는 박막상 부분들은 실제적으로 사용할 수 없고 공동이 생기게 된다. 따라서, 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 범용 폴리에틸렌과 혼합시켜 사용하는 것이 적당하지만, 이런 경우에는 내마모성 및 내충격성 등과 같은 초고분자량 폴리에틸렌 고유의 우수한 특성을 잃게 되거나, 어떤 경우에는 분자량의 감소가 야기될 수도 있다.
본 발명자들은 고분자량 폴리에틸렌이 초고분자량 폴리에틸렌보다 분자량은 작으나 내마모성이 비교적 우수하고 좀더 용이하게 압출시킬 수 있는 바, 고분자량 폴리에틸렌을 초고분자량 폴리에틸렌과 상기 건조 혼합법에 따라 배합시켜 적어도 1,000,000의 분자량을 갖는 혼합물을 제조하게 되었다. 이것은 초고분자량 폴리에틸렌 고유의 특성을 가진 상태에서 압출시키므로 요구되는 특성을 그대로 유지하면서 시이트상 부분 또는 조각으로 압출시킬 수 있다. 그 예로서 분자량 2,900,000의 초고분자량 폴리에틸렌 1부와 분자량 950,000의 고분자량 폴리에틸렌 1부를 상기 방법에 따라 혼합시키면, 분자량 약 1,800,000의 초고분자량 폴리에틸렌의 특성을 손상시키지 않으면서 압출성형 가능한 초고분자량 폴리에틸렌 혼합물을 얻을 수 있다.
이하, 상기와 같은 혼합계가 포함된 초고분자량 폴리에틸렌 조성물에 대해 설명하겠다.
본 발명에서 사용가능한 초고분자량 폴리에틸렌 조성물은, 점도평균분자량 1,000,000 내지 6,000,000의 초고분자량 폴리에틸렌과 점도평균분자량 300,000 내지 1,000,000의 고분자량 폴리에틸렌을 포함하고, 필요에 따라서는, 상기의 무기 물질을 포함하는 조성물로서, 이 복합화합물의 점도평균분자량은 300,000 내지 2,000,000이다.
상기 초고분자량 폴리에틸렌 조성물을 제조하기 위해서, 초고분자량 폴리에틸렌과 고분자량 폴리에틸렌을 혼합시키고, 이 혼합물을 불활성 기체분위기하에서 빠른 교반하에 건조혼합시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌은 점도평균분자량이 1,000,000 내지 6,000,000이고 예컨대, 시판되는 분말형 제품인 하이-섹스 밀리온 240M(Hi-zex million 240M ; 분자량 2,900,000 ; 일본 밋슈이 석유화학사 제품)과 호스테렌 GUR 412(Hosteren GUR 412 ; 분자량 2,400,000 ; 서독 호에흐스트사 제품)을 사용하는 것이 좋다. 또한, 가교제나 전자파 조사 등에 의해서 가교된 소위 가교 폴리에틸렌인 점도평균분자량 1,000,000 내지 6,000,000의 합성 중합제를 사용해도 좋다. 본 발명에서 사용되는 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 그 입자크기가 10 내지 300㎛로 미세하고, 바람직하기로는 균일하게 혼합시킬 수 있도록 하기 위해서 50 내지 200㎛인 것이 좋다.
상기 고분자량 폴리올레핀으로는 점도평균분자량 300,000 내지 1,000,000의 고분자량 폴리에틸렌 및/또는 점도평균분자량 300,000 내지 1,000,000의 폴리프로필렌으로 이루어진 것을 사용하여 80 내지 90℃의 온도에서 혼합시키면 좋다. 이러한 고분자량 폴리올레핀에는 시판되고 있는 루브머(Lubmer) L5000P(일본 밋슈이 석유화학사 제품 ; 분자량 950,000), 루브머 L3000P(일본 밋슈이 석유화학사 제품 ; 분자량 300,000) 및 루 폴렌 (Lu Polen) 5261Z(서독 BASF사 제품 ; 분자량 330,000)이 포함된다. 상기 제품들의 입자크기는 10 내지 300㎛인 것이 사용하기 좋다.
상기 조성물에서 고분자량 폴리올레핀의 점도평균분자량이 300,000 미만이면 성형시 수지와 기타 다른 물질과의 사용성이 저조하기 때문에 본 발명에 따르는 조성물은 길이가 감소되고 내마모성이 저하되게 된다.
고분자량 폴리올레핀을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌이 함유된 혼합물의 외관상 분자량 M은 다음 방정식에 의해 결정된다.
M = n X (초고분자량 폴리에틸렌의 점도평균분자량)-(1-n)
x (고분자량 폴리올레핀의 점도평균분자량)
윗식에서, n은 0<n<1이다.
본 발명에 따르는 조성물을 제조하기 위해서, 초고분자량 폴리에틸렌과 고분자량 폴리올레핀을 함께 혼합시키고, n과 그들의 분자량은 선택하되 결과혼합물의 외관성 분자량이 적어도 1,000,000이 되도록, 바람직하기로는 1,200,000 내지 2,000,000이 되도록 한다. 초고분자량 폴리에틸렌에 대한 고분자량 폴리올레핀의 혼합비율이 1 : (1-n/n)이 되도록하고, 이들은 원하는 성형특성에 따라 달라질 수 있다.
상기 올레핀에 첨가되는 무기질로는 상기에서 언급한 단일 원소들이 사용될 수 있는 바, 예컨대, 탄소, 금 ,알루미늄, 구리, 크롬, 니켈, 철, 납, 몰리브덴, 아연, 주석, 인듐, 비스무스, 백금, 셀레늄, 마그네슘, 망간, 코발트, 텅스텐, 티탄 및 게르마늄 등이 있고, 이들은 모두 전기전도체이다. 더욱 바람직하기로는 탄소, 금, 은, 알루미늄, 구리, 철, 납 및 니켈을 첨가시키는 것이 좋고, 이들은 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상을 결합시켜 사용하는 것이 경제성과 전기적 특성을 고려해 볼 때 효과적이다. 이 물질들은 0.1 내지 20중량%, 바람직하기로는 1 내지 8중량% 첨가시키고, 이들의 입자크기는 0.01 내지 100㎛, 바람직하기로는 0.05 내지 10㎛인 것이 좋다.
또한, 여기에 내열성 물질, 계면활성제, 착색제, 윤활제 및 안정제등을 첨가혼합시켜도 좋다.
또한, 내열성과 강도를 향상시키기 위해, 세라믹 물질을 더 혼합시킬 수도 있는바, 상기 세라믹 물질은 산화알루미늄, 지르코늄, 칼슘 및 실리콘등의 물질 또는 탄소섬유 및 케플러 섬유와 같은 단섬유이다. 이러한 물질들은 0.1 내지 20중량%, 바람직하기로는 1 내지 10중량% 첨가시키되 입자크기는 0.01 내지 100㎛, 바람직하기로는 0.05 내지 10㎛인 것이 좋다.
또한 계면활성제로는 불소계 계면활성제를 사용하고, 이 불소계 계면활성제에는 퍼플루오로알칼리 술폰산의 암모늄염, 퍼플루오로알칼리 술폰산의 칼륨염; 및 퍼플루오로알칼리 카본산의 칼륨염 등의 음이온성 계면활성제와 퍼플루오로알칼리 4급 암모늄의 요오드화물 등의 양이온성 계면활성제 및 퍼플루오로알킬 폴리옥시에틸렌 에탄올과 플루오로알킬에스테르 등의 비이온성 계면 활성제 등이 포함된다. 이들은 모두 자기 테이프 물질은 폴리에스테르 필름에 대해 습동성을 개선시키는 효과가 있다. 이들중 음이온성 계면활성제가 가장 습동성 개선 효과가 좋고, 음이온성, 양이온성 및 비이온성 계면활성제중 비이온성 계면활성제가 폴리에틸렌과의 상용성이 매우 낮기 때문에 소량만 첨가해도 성형품 표면에 존재하게 된다. 이러한 불소계 계면활성제는 0.01 내지 5중량%, 바람직하기로는 0.1 내지 1중량% 사용하는 것이 좋다.
이와 같은 불소계 계면활성제는 분말 또는 점성의 액체형태인데, 혼합시키는 동안 균일하게 분산시키기 위해서는 이들을 비교적 저온에서 증발시킬 수 있는 유기용매에 용해시켜 저농도로 희석시키게 되는데, 이때 사용가능한 용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 아세톤 및 메틸에틸케톤이 있다. 상기 혼합 용액은 균일하게 분산시키기 위해 혼합하는 동안 분사 등에 의해 원자화된다.
또한, 평균입자크기 5 내지 20㎛의 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 불소계 수지의 미세분말을 첨가시켜도 좋다. 이러한 불소계 수지 분말은 0.1 내지 50중량%, 더욱 바람직하기로는 5 내지 25중량%의 양으로 첨가시킨다.
상기 초고분자량 폴리올레핀 조성물은 자기 테이프용 테이프 받침대 제조시, 습동특성을 향상시키기 위해 수평균 분자량 400 내지 4000의 탄화수소계 올리고머, 예컨대, 에틸렌-α-올레핀 올리고머를 첨가해도 좋고, 그 사용량은 0.1 내지 20중량%, 바람직하기로는 3 내지 10중량%인 것이 좋다.
이하, 상기 조성물의 제조방법에 대해 설명하겠다.
우선, 초고분자량 폴리에틸렌, 고분자량 폴리올레핀 및 첨가제로서 무기물질을 혼합시키고, 필요에 따라서는 헨쉘 혼합기(Henschel mixer)와 같은 고속 교반기를 사용한다. 이어서, 다음과 같은 교반건조하에서 건조혼합시키게 되는 바, 즉 고분자량 폴리올레핀을 상온으로 부터 연화점(80 내지 90℃) 사이의 온도로 질소등의 불활성기체 분위기에서 10 내지 10,000 rpm, 바람직하기로는 300 내지 3,000 rpm으로 2 내지 8분 동안 교반시킨다. 이와같이 하면 분말입자 표면, 주로 초고분자량 폴리에틸렌 표면에 무기성분이 물리적으로 부착되게 된다. 그 결과 상기 혼합된 물질들이 충분히 분산되었으므로 성형기의 베럴에서 각 성분의 분산성을 향상시키기 위해 필요이상으로 가열시키거나 전단력을 가하므로써 기재의 분자량이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 원료 폴리에틸렌을 사출성형시킬 수도 있다.
이하 상기 원료 폴리에틸렌을 압출시켜 시이트로 만드는 방법에 대해 설명하겠다.
상기의 혼합된 초고분자량 폴리에틸렌에 고분자량의 폴리에틸렌을 첨가하여 건조혼합시켜 유동성을 부여시켰으나, 이 혼합물은 일반적으로 사용가능한 스크류 또는 성형 틀을 갖는 압출기로는 균일하게 압축시킬 수가 없다.
이와 같은 수지를 균일하게 압츌성형시키기 위해서는 바람직한 스크류의 형상, 즉, L/D의 비율이 20 내지 40이고 압축율이 1.2 내지 2.0인 것이 좋다. 수지의 경사각을 작게함에 따라 수지의 추진력을 증가시킬 수 있다는 바, 더욱 구체적으로는, 최소 미세 경사각인 13.0°내지 통상적인 스크류 직경에 상응되는 17.7°범위인 것이 좋다.
상기 스크류는 3개의 범위, 즉, 피이드부, 압축부, 및 미터링부로 나눌수 있는 바, 피이드부와 압축부는 미터링부 보다 긴 것이 바람직하다. 피이드부, 압축부, 미터링부의 플라이트 숫자면에서 볼 때, 그 비율은 5∼8 : 7∼8 : 4인 것이 바람직하고, 이러한 비율범위내에서는 실험결과가 안정하게 나왔다.
수지의 고분자량 구성성분의 용융을 촉진시키기 위해 고전단부를 설치하는 것이 좋은 바, 고전단부의 예로는 UCC홈형, 고리장벽형, 혼합핀형, 둘메이지형(Dulmage type) 및 2중 리이드(나선형 장벽)형이 있다. 그러나, 원통형 벽면과 연속적인 작은 틈에 의해 고전단부를 형성하는 방법은 초고분자량 폴리에틸렌을 압출성형시에는 분자량을 감소시키고 수지의 막힘이 발생되어 부적당하다. 이중 미터링부에 고전단력의 2중리이드형을 설치하는 것이 가장 바람직하다.
이하, 상기 압축기에 의거하어 실례를 들고, 그것을 다음 표 1에 나타내었다.
L/D 비 율경사각플라이트 총수피이드부의 플라이트 수(F)압축부의 플라이트 수(C)미터링부의 플라이트 수(M)스트레이트 단면부 M의 플라이트 수2중리이드부(W)의 플라이트 수스트레이트 단면부 M의 플라이트 수 | 2815.2°3210148242 |
이하 초고분자량 폴리에틸렌용 성형틀에 대해 설명하겠다.
상기 복합 초고분자량 폴리에틸렌의 용융점도는 통상의 초고분자량 폴리에틸렌의 그것에 비해 작으나, 범용 폴리에틸렌 예컨대, 고밀도 또는 저밀도 폴리에틸렌 등과 비교해서는 10부 이상 높다. 그러므로 범용 폴리에틸렌용으로 이용되는 설계틀을 사용하여 수지를 균일하게 압축시킬 수 없다. 따라서, 수시 유동면을 깊게 하고, 코우트행거 개구부의 각도가 최적, 즉 120 내지 170°로 하는 것이 바람직하다. 또, 두께 140 내지 250㎛의 시이트를 얻기 위해 불규칙한 수지의 유동면에 성형틀 덮개를 사용할 수 있다. 이상과 같은 점에 의거하여 초고분자량 수지용 성형틀의 실례를 제 2a도와 제 2b도에 나타내고, 여기서 기호 10은 수지 유동면이고 기호 11은 성형틀의 덮개이며 기호 θ는 코우트행거 개구각이다.
이하 성형 또는 압출조건에 대해 설명하겠다.
초고분자량 폴리에틸렌의 용융점도가 현저하게 높기 때문에 점도를 낮추기 위해 통상의 폴리에틸렌 성형온도보다 높은 온도에서 성형시키는 것이 좋다. 그러나, 성형온도를 승온시킴에 따라 폴리에틸렌 분자쇄가 절단되기 쉽기 때문에, 성형온도를 승온시키는 데에는 한계가 있다, 그러므로, 분자량 저하를 방지하기 위해 질소기체와 같은 불활성기체를 공급시켜 수지의 산화를 방지하는 것이 바람직하다. 성형조건의 범위를 다음 표 2에 나타내었다.
성 형 조 건 | |
실 린 더 온 도 | |
피이드부 온도압축부 온도미터링부 온도성형틀 온도로울러 온도스크류의 분당 회전수 | 70∼220℃200∼260℃210∼280℃230∼300℃40∼90℃10∼120 rpm |
상기 피이드부의 온도는 범위가 매우 넓은 바, 즉, 수지를 스크류에 공급시 침투성이 나쁠 경우, 공급부에서는 수지의 융점이하의 온도에서 수지를 용융시키지 않고 분말형태로 압축부로 보내기 때문에 안정화되지 못한다. 만일, 수지를 스크류에 공급시 침투성이 우수하다면 피이드부를 저온으로 유지시킬 필요가 없다. 이와 같은 수지, 압출형성장치 및 성형 조건에 의해 복합 초고분자량 폴리에틸렌을 시이트 상태로 압출시킬 수 있다.
이하 압출용 로울 유니트 구조에 대해 설명하겠다.
일반적으로, 분자량 300,000이상, 특히 800,000 이상의 고분자량 폴리에틸렌 또는 초고분자량 폴리에틸렌은 용융점도가 높고, 더욱이 수지가 성형틀에서 토출될 때 성형틀의 팽창현상(수지두께가 계속 증가)이 커지고, 미 용융겔이 존재하기 때문에 박막화시키는 것은 매우 곤란하다.
본 발명자들은 로울러 유니트의 조작조건을 연구함에 따라 상기 문제점을 극복할 수 있음을 발견하였는 바, 즉, 제 5도에서와 같은 압출시스템배열을 연구했다. 압출성형기(50)의 성형틀부(51)에서 압출된 시이트(40)는 제 1로울러(52), 제 2로울러(53) 및 제 3로울러(54)를 매체로 하여 냉각로울러(55a, 55b 및 55c)를 거쳐 인수장치(56)로 회수된다. 특히, 두께 100 내지 300㎛의 시이트상을 얻기 위해 로울의 온도는 60 내지 120℃, 바람직하기로는 65 내지 95℃인 것이 좋다.
또한, 제 5도에서, 제 1로울러(52)와 제 2로울러(53) 사이에서 시이트를 압착시, 선형압력은 40 내지 90㎏ f/㎠인 것이 좋고, 더욱이 제 2로울러(53)는 가능한 한 제 1로울러(52)에 가깝게, 예컨대, 많아야 50㎛ 사이가 되도록 접근시킨다. 이와 같이 하면, 두껍게 토출된 수지 입자를 압착시켜 입자간의 밀착정도를 우수하게 할 수 있다.
본 발명에서 상기와 같은 부착정도가 되게 하면서 시이트 흐름방향에 대해 끌어 당기고, 일축방향으로 연신시키기 유리한 바, 일축연신시킴에 따라 분자가 배향되고, 그 흐름 방향의 강도를 증가시킬 수 있게 된다.
이와 같이 하기 위해서, 선압 100㎏ f/㎠ 정도의 유압 유니트, 이 선압을 견딜 수 있는 편심정도는 10㎛ 이하이며, 고강성 금속용의 고강도를 얻기위해 모우터가 달린 로울 유니트를 사용한다.
이하, 본 발명에 따른 폴리에틸렌의 조표면에 대해 설명하겠다.
본 발명의 시이트를 테이프 받침대로 적용시킬 경우, 접촉시 자기 테이프 뒷면에 흠이 생기는 것을 방지하기 위해 테이프 습동면에 조표면이 형성되는 것을 엄격하게 방지하는 것이 중요하다. 본 발명자에 따르면, 평균표면조도 Ra와 그의 최대치 Rmax를 다음 범위내에서 한정시키는 것이 바람직하다.
0.1㎛ ≤ Ra ≤ 2㎛
0.1㎛ ≤ Rmax ≤ 10㎛
본 발명에서, 시이트 표면의 거친 정도는 상기와 같이 로울의 표면조도를 임의로 조절함에 따라 선택될 수 있다.
스크류 압출기에서 압출된 시이트를 압출시키는 로울러 쌍이 서로 다른 온도로 고정될 수 있다면, 시이트를 원하는 상태로 압출시킬 수 있는 바, 권축정도를 테이프 받침대 말단부의 구조에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 복합 초고분자량 폴리에틸렌 시이트를 테이프 받침대로 제조하는 방법에 대해 설명하겠다.
테이프에 요구되는 단면 R의 가공에 대해서는, 이형압축성형방법, 후가공, 즉 절단가공을 생각할 수 있으나 본 발명에서는 용융점도가 현저하게 높은 초고분자량 폴리에틸렌을 사용하기 때문에 체적 정확도를 고려해야 하는 이형압출성형은 불가능하므로, 후가공에 의한 단면 R가공 방법에 대해 설명하겠다.
상기의 복합 초고분자량 폴리에틸렌 시이트를 이용하여 이를 필요한 폭으로 절단한다.
(1) 가열법 : 시이트를 전열선과 같은 발열하는 선에 통과시키거나 절단부를 열로 용화시켜 원만하게 한다.
(2) 레이저법 : 레이저 빔으로 시이트를 절단한다.
(3) 물 분출법 : 고속 및 고압으로 시이트를 절단한다.
(4) 절단법 : 일반적으로 공지된 절단기에는 다음과 같은 것이 포함되는데, 이들을 사용하여 절단한다.
i) 회전 절단기,
ii) 갱 절단기 및
iii) 리이더 절단기.
가열법은 분자량이 작고 용융점도가 작은 물질의 시이트에 대해서는 부적당하다. 그러므로 시이트의 분자량이 크고 용융점도가 현저하게 높기 때문에 단면이 둥글게 되거나 구를 형성하고, 또는 말단부가 두꺼워지거나 절단부를 따라 진동하게 된다.
레이저법은 건조공정이라는 잇점이 있으나 폐기 가스가 생기고, 절단면에 흠이 생기며 가격면에서 불리하고, 본 발명에는 적합하지 못하다.
물 분출법은 두께가 너무 얇아 수압에 의해 뒤틀리는 문제점과 습식법이라 본 발명에 적당하지 못하고, 또한 물을 제거하기 위한 후가공이 필요하다.
절단법은 결과단면이 매우 날카롭게 각이 생겨 테이프에 흠을 낼 수 있기 때문에 습동부재 가공법으로는 부적당하다.
본 발명자들은 각종 절단방법을 연구한 결과, 스코어 절단기를 사용하므로써 초고분자량 폴리에틸렌 시이트 단면을 정확하고 효과적으로 둥글게 할 수 있는 방법을 발견했다. 스코어 절단법을 이용한 방법은 다른 방법과는 달리 압력을 주기 때문에 단면을 두께 방향으로 열가소적 변형시킬 수 있고, 단면 형태도 양호한 원만한 형태로 얻어진다.
제 6a도는 정면도이고 제 6b도는 횡단면도이다. 절단시에 이 절단기는 슬릿터의 조시이트 공급회전로울러 표면의 반대방향으로 힘을 받게 되는데, 절단 칼날의 끝 각도는 20 내지 90°, 더욱 바람직하기로는 45 내지 60°인 것이 좋다.
스코어 절단기 사용시에 로울러의 경도를 고려하는 것이 바람직한데 예컨대, 스코어 절단기가 공구철, 베어링 철의 로울 및 세라믹으로 형성되었다면 단지 절단기의 수명을 연장시킬 수는 없으나 시이트 말단부 곡면구조를 개선시킬 수는 있다. 역으로 로울이 더욱 손상되고 마모가 점점 더 촉진되므로 로울보다 강도가 큰 물질을 스코어 절단기의 칼날로 사용하는 것은 바람직하지 못하다. 바람직하게는, 로울러가 딱딱한 물질 즉, 세라믹이나 딱딱한 물질 및 절단기 보다는 약한 물질로 제조된다. 이와 같은 방법에 따르면, 실온 및 열의 부재하에 절단을 실시하는 것이 필수적이다.
상기 방법에 의해 절단된 단면의 전형적인 구조가 제 7도에 나타나 있고, 다음과 같은 조건을 만족시키는 바, 즉, 다음 식(I), (II)와 같다.
X2/ (t/2)2+ y2/l2≤ 1 (I)
(X - t/2)2/t2+ y2/l2≤ 1 (II)
여기서, l은 폭방향의 길이를 나타낸다.
이 방법에 의해 얻어진 단면은 y≥0인 상기 식(I)에 의해 정의되어 있다.
이때, 폭 방향 길이 l은 다음과 같이 정의된다.
t/4 ≤ l ≤ 1.5t,
특히, t/2 ≤ l ≤ t.
이상과 같은 스코어 절단기에 의해 테이프상 조시이트 슬릿을 제조할 때, 임의적으로, 엠보싱가공, 박피가공, 절곡 또는 기타 가공을 하고, 이는 종래의 PET로 구성된 테이프 받침대 및 초고분자량 폴리에틸렌 PET와 결합된 테이프 받침대 보다는 내마모성이 현저하게 향상되었다.
테이프 폭이 ½인치인 경우, 테이프 받침대는 두께가 100 내지 300㎛, 바람직하기로는 150 내지 200㎛이고, 길이는 10 내지 30㎜, 바람직하기로는 15 내지 24㎜이며 너비는 12.11 내지 16㎜, 바람직하기로는 14.5 내지 15.2㎜인 것이 좋다. 또한, 상기 테이프 받침대는 원하는 목적에 맞게 박막화, 절곡 또는 엠보싱시킬 수 있다. 제 3a도 내지 제 3e도에 그 바람직한 몇가지 예가 나타나 있는 바, 기호 1a는 자기테이프 습동부재이다.
상기 방법에 의해 얻어진 테이프 받침대는 다음과 같은 점에서 우수하다.
(A) 마찰론에 따르면, 종래의 PET로만 된 통상적인 테이프 받침대는 자기표면에 흠을 준다. 그러나 폴리에틸렌 테이프 받침대는 테이프 받침대에 흠을 주지 않으므로 매우 우수하다.
(B) PET필름이 적용된 초고분자량 폴리에틸렌 또는 테플론(PTFE)은 상기 (A)의 잇점을 충족시켜 주기는 하지만, 생산성과 가격면에서 떨어진다. 그러나, 폴리에틸렌을 천공시킴에 따라 간단한 방법으로 폴리에틸렌 시이트를 제조할 수 있는 본 발명은 생산성과 가격면에서 통상적인 방법과 비교해 볼 때 매우 우수하다.
(C) 절단과 동시에 단면 R가공이 가능하며, 제조단계를 감소시킬 수 있다.
(D) 더욱이, 본 발명에 따른 생산품은 일체로 제조될 수 있고, 상기 (B)에서 언급된 PET필름이 적용된 초고분자량 폴리에틸렌이 이탈되지 않으므로 경시 안정성이 있으며, 초고분자량 폴리에틸렌수지 자체가 내약품성이 뛰어나 외부 조건의 변화에 매우 안정되기 때문에 본 발명에 따른 초고분자량 폴리에틸렌은 경시 안정성이 뛰어나다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
헨쉘 혼합기를 사용하여, 분자량 3,500,000의 초고분자량 폴리에틸렌 50중량부와 분자량 900,000의 고분자량 폴리에틸렌 50중량부에다 이들 중합체 전체 양에 대해 5중량부의 카본블랙을 첨가시킨 후, 이것을 질소분위기 및 80℃의 온도에서 5분동안 고속으로 교반하여 건조혼합시켰다. 이때 얻어진 복합 초고분자량 폴리에틸렌의 분자량은 약 2,200,000이었다.
이어서, θ가 45, L/D 비율이 30, 압축비율이 2.0이고, 피이드부에 10개의 플라이트, 압축부에 14개의 플라이트, 미터링부에 8개의 플라이트등 모두 32개의 플라이트를 갖고, 상기 미터링부에는 고전단부의 2중리이드가 설치된 일축스크류 압출기를 사용하여, 상기 수지를 다음과 같은 조건하에서 시이트상으로 압출성형시켰다.
피이드부 온도 : 70℃
압축부 온도 : 200℃
미터링부 온도 : 250℃
성형틀 온도 : 270℃
로울러 온도 : 60℃
스크류 : 50rpm
성형틀 덮개 틈새 : 150㎛
인취속도 : 25m/분
상기 조건하에서 수지를 압출성형시킨 결과, 생성물의 분자량은 2,000,000이었다.
실시예 2
분자량 1,500,000의 초고분자량 폴리에틸렌 100중량부와 카본블랙 5중량부를 건조혼합시켜 복합 초고분자량 폴리에틸렌을 제조한 후, 이것을 상기 실시예 1에서와 동일한 압출조건하에 압출시킨 결과, 생성물의 분자량은 1,400,000이었다.
실시예 3
분자량 1,800,000의 초고분자량 폴리에틸렌 50중량부와 분자량 300,000의 고분자량 폴리에틸렌 50중량부에다 이들 중합체 전체량에 대해 5중량부의 카본블랙을 첨가하여 건조 혼합시켰다. 이때 얻어진 복합 초고분자량 폴리에틸렌의 분자량은 약 1,000,000이었다. 이것을 상기 실시예 1에서와 동일한 조건하에 압출성형시킨 결과, 생성물의 분자량은 900,000이었다.
결과적으로, 상기 실시예 1,2 및 3을 통해 얻어진 시이트의 두께는 160㎛였고, 이들 시이트는 어떠한 두께의 변화, 즉 불규칙성이 없어 외관이 양호했다. 각 시이트를 스코어 절단기를 사용하여 폭 23.2㎜로 절단시켜 테이프상 시이트를 얻었다. 스코어 절단기에 의해서 잘린 시이트의 양끝은 둥근형상인 바, 제 4a도에서 보는 바와 같이, 일반적으로 스트립(1)은 길이 5㎜이고, 이와 수직되는 방향으로 비디오 카세트 몸체에 부착된 띠(2)가 형성되어 있다. 이것을 제 4b도와 제 4c도에 의거하여 설명하면, 테이프 받침대(1)는 테이프 주행시험을 위해 비디오 카세트 몸체(3)에 일정부분이 부착되어 있다.
테이프 주행시험은 -5℃에서 빠르게 공급 및 되감으며 테이프를 역주행시키면서 100회 반복 실시하였고, 이어서, 40℃ 및 90%RH에서 100회 더 반복실시하였다. 이때, 20dB 및 15㎲이상의 드로포우트(dropout)를 측정하였는 바, 이때 통상적인 테이프 받침대를 기준으로하였고 기록신호에 어떠한 잡음도 발견되지 않았다.
현미경으로 상기 자기테이프 표면을 관찰한 결과, 표면에 어떠한 흠도 없었고, 더욱이 시험후에 그 내부의 하우징을 관찰하기 위해 비디오 카세트 몸체를 떼어냈다. 그 결과, 상기 마모분말과 같은 것은 관찰되지 않았고, 테이프 받침대에서 어떠한 마모도 볼 수 없었을 뿐만 아니라, 중량의 손실도 없었다.
이어서, 진동수 10 내지 200Hz에서 즉석 테이프 받침대가 부착된 비디오 테이프에 대해 24시간 동안 진동수 시험을 하였다. 시험결과 어떠한 진동수에서도 비디오 테이프에 흠이 생기지 않았고, 테이프 받침대는 그 기능을 충분히 만족시켰다.
상기 결과로부터, 즉석 테이프 받침대는 통상적인 테이프 받침대 보다 가격이 저렴하면서도, 시험을 실시하기에는 거의 동일하거나 더 우수하였고, 그 특성면에서도 아무런 문제가 발생하지 않았다.
실시예 4 (분자량 : 900,000)
헨쉘 혼합기를 사용하여, 분자량 900,000의 고분자량 폴리에틸렌(루브머 L-5000P ; 밋슈이 석유화학사 제품) 100중량부에 카본블랙(#33, 밋슈이 화학사 제품) 5중량부를 첨가한 후, 이것을 질소분위기 및 80℃의 온도에서 5분동안 교반 혼합시켜 복합 고분자량 폴리에틸렌을 얻었다. 이어서, θ가 45, L/D 비율이 30, 압축비율이 2.0이고, 피이드부에 10개의 플라이트, 압축부에 14개의 플라이트, 미터링부에 8개의 플라이트등 모두 32개의 플라이트를 갖고, 상기 미터링부에는 고전단부의 2중리이드가 설치된 일축 스크류 압출기를 사용하여, 상기 수지를 다음과 같은 조건하에서 시이트상으로 압출성형시켰다.
피이드부 온도 : 220℃
냉각로울 온도 : 75℃
스크류 : 50rpm
성형틀 덮개 틈새 : 150㎛
금속 로울러 : 표면조도 0.5x
로울러 압력 : 70㎏/㎠
로울러의 회전속도: 4.0m/분
인취속도 : 5m/분
실시예 5 (분자량 : 1,500,000)
헨쉘 혼합기를 사용하여, 분자량 900,000의 고분자량 폴리에틸렌(루브머 L-5000P ; 밋슈이 석유화학사 제품) 100중량부와 분자량 2,900,000의 초고분자량 폴리에틸렌(Hi-zex million 240M : 밋슈이 석유화학사 제품) 100중량부에다 이들 중합체 전체량에 대해 10중량부의 카본 블랙(#33, 밋슈이 석유화학사 제품)을 첨가한 후, 이것을 질소분위기 및 80℃의 온도에서 5분동안 고속으로 교반시켜 건조혼합시켰다. 이 때 얻어진 복합 초고분자량 폴리에틸렌의 분자량은 약 1,500,000이었다.
이것들을 상기 실시예 1과 동일한 조건하에 압축시켰다.
상기 실시예 4와 5에 따르는 시이트의 두께는 180㎛로 일정하였으며 공동도 없고 외관이 양호하였다. 이 시이트의 물성을 다음 표 3에 나타내었다.
물성 | 측정치 |
두께장력(길이방향)장력(폭 방향) | 180±5(㎛)520(㎏/㎠)350(㎏/㎠) |
상기 두께는 전형적으로 100포인트에서 측정했고, 각 방향에서의 장력은 ASTM 기준에 따라 폭 6㎜ 덤벨형태 및 20 포인트에서 시편에 천공시켜 측정했다.
실시예 6 (분자량 : 2,220,000)
헨쉘 혼합기를 사용하여, 분자량 900,000의 고분자량 폴리에틸렌(루브머 L-5000P ; 밋슈이 석유화학사 제품) 100중량부와 분자량 2,900,000의 초고분자량 폴리에틸렌(Hi-zex million 240M : 밋슈이 석유화학사 제품) 200중량부에다 이들 중합체 전체량에 대해 15중량부의 카본 블랙(#33, 밋슈이 석유화학사 제품)을 첨가한 후, 이것을 질소분위기 및 80℃의 온도에서 5분동안 고속으로 교반시켜 건조혼합시켰다. 이 때 얻어진 복합 초고분자량 폴리에틸렌의 분자량은 약 2,200,000이었다. 이것을 상기 실시예 4와 동일한 조건하에 압축시켰다.
상기 실시예 4와 5에 따르는 시이트의 두께는 180㎛로 일정하였으나, 상업적으로 이용할 수 없었고, 두께가 다양하게 변화되고 동공 및 표면 불규칙성이 나타났다.
실시예 7 (두께 100㎛, 분자량 : 900,000의 시이트)
θ가 45, L/D 비율이 30, 압축비율이 2.0, 피이드부에 10개의 플라이트, 압축부에 14개의 플라이트, 미터링부에 8개의 플라이트등 모두 32개의 플라이트를 갖고, 상기 미터링부에는 고전단부의 2중리이드가 설치된 일축 스크류 압출기를 사용하여, 상기 수지를 다음과 같은 조건하에서 시이트상으로 압출성형시켰다.
피이드부 온도 : 240℃
냉각로울러 온도 : 100℃
스크류 : 50rpm
성형틀 덮개 틈새 : 100㎛
로울 압력 : 90㎏/㎠
로울의 회전속도 : 8.0m/분
인취속도 : 11m/분
실시예 8 (두께 100㎛, 분자량 : 1,500,000의 혼합계)
헨쉘 혼합기를 사용하여, 분자량 900,000의 고분자량 폴리에틸렌(루브머 L-5000P ; 밋슈이 석유화학사 제품) 100중량부와 분자량 2,900,000의 초고분자량 폴리에틸렌(Hi-zex million 240M : 밋슈이 석유화학사 제품)에다 이들 중합체 전체량에 대해 10중량부의 카본 블랙(#33, 밋슈이 석유화학사 제품)을 첨가한 후, 이것을 질소분위기 및 80℃의 온도에서 5분동안 고속으로 교반시켜 건조혼합시켰다. 이 때 얻어진 복합 초고분자량 폴리에틸렌의 분자량은 약 1,500,000이었다. 이것을 상기 실시예 7과 동일한 조건하에 압축시켰다.
상기 실시예 7과 8에 따르는 시이트의 두께는 100㎛로 일정하였으며 공동도 없고 외관이 양호하였다. 이 시이트의 물성을 다음 표 4에 나타내었다.
물성 | 측정치 |
두께장력(길이 방향)장력(폭 방향) | 100±8(㎛)650(㎏/㎠)330(㎏/㎠) |
상기 표 4에서 보는 바와 같이 길이 방향에서의 장력은 상기 실시예 4에서 보다 큰 값이고 일축 연신시켜 몇가지 효과를 얻었다.
실시예 9(엠보싱 로울러 사용)
상기 실시예 4의 조건과 동일하게 실시하되, 금속로울러로 압축시키고 매트-끝면의 조도 Ra는 20㎛였다.
그 결과, 조도 Ra가 16㎛인 매트상 시이트를 얻었다.
실시예 10(권축방향 결정)
상기 실시예 4에서와 동일하게 실시하되, 냉각 로울러의 온도가 제 1로울러는 70℃, 제 2로울러는 75℃, 제 3로울러는 70℃로 고정시켰다.
실시예 11
상기 실시예 4와 동일하게 실시하되 냉각 로울러의 온도는 제 1, 제 2, 제 3로울러 모두 70℃였다.
실시예 12
상기 실시예 4에서와 동일하게 실시하되, 냉각 로울러의 온도가 제 1로울러는 70℃, 제 2로울러는 65℃, 제 3로울러는 70℃로 고정시켰다.
상기 실시예 10, 11, 12에서 얻어진 시이트의 권축방향은 다음 표 5에 나타내었다.
권축방향 | 측정 |
실시예 10 : 시이트의 뒷면에서권축 발생실시예 11 : 권축이 발생되지않음실시예 12 : 시이트의 앞면에서권축 발생 | + 0.4 (mm/20mm)+ 0.1 (mm/20mm)- 0.3 (mm/20mm) |
이상에서 보는 바와 같이, 시이트의 권축 방향은 제 2 로울의 온도를 다양
다양하게 변화시켜 결성할 수 있다.
실시예 13
상기 실시예 4에서 얻은 시이트를 스코어 절단기를 사용하여 폭 15.0mm로 절단했다.
실시예 14
상기 실시예 4에서 얻은 시이트를 갱 절단기를 사용하여 폭 15.0mm로 절단했다.
실시예 15
상기 실시예 4에서 얻은 시이트를 피이더 절단기를 사용하여 폭 15.0mm로 절단했다.
실시예 16
상기 실시예 4에서 얻은 시이트를 가열선 절단기로 15.0mm 길이로 절단하고, 상기 4개 방법에 의해 형성된 슬릿의 절단면은 폭이 정확하였다. 이것을 다음 표 6에 나타내었다.
실시예 | 절단기 | 폭 오차 | 단면 형성 |
13141516 | 스코어 절단기갱 절단기피이더 절단기가열선 절단기 | 15.0 0.05mm15.0 0.08mm15.0 0.08mm15.0 0.15mm | 곡면 (약 0.15R)곡면 없음곡면 없음곡면 (약 2R) |
* 열권축으로 인해 단면의 두께가 500㎛까지 감소됨.
이상에서 보는 바와 같이, 실시예 16의 가열선 절단기는 R을 부여하여 단면이 두께와 폭이 정확하지 않으며, 상기 실시예 14와 15의 절단기는 폭은 정확하나 단면에 곡면형상을 부여하지 못한다. 따라서 스코어 절단기는 곡면과 슬릿의 정확성을 부여해 준다.
실시예 17
상기 실시예 4의 시이트는 실시예 12의 기술에 따라 얻어지며, 테이프 받침대 형상에 천공시킨 것이다.
실시예 18
상기 실시예 5의 시이트는 상기 실시예 13과 동일하게 하되 테이프 표면에 천공시켰다.
실시예 19
분자량 200,000의 고밀도 폴리에틸렌의 두께가 180㎛가 되도록 상기 실시예 13의 기술에 의해 절단시키고, 테이프 받침대 형상으로 천공시켰다.
실시예 20
분자량 2,500,000의 초고분자량 폴리에틸렌의 두께가 180㎛가 되도록 상기 실시예 13의 기술에 의해 천공시키고, 테이프 형상으로 천공시켰다. 이 천공이 테이프 받침대의 특성을 다음 표 7에 나타내었다.
실시예 | 강도 | 테이프 받침대에 생긴홈 | 테이프 뒷면에 생긴홈 |
17181920 | 2.0∼2.6(g)2.2∼2.8(g)1.5∼1.9(g)1.8∼2.2(g) | 없음없음있음(긁힌 자국)없음 | 1∼32∼42∼510∼13 |
강도를 측정하기 위해 폭 15㎜의 슬릿 쌤플을 길이 10㎝로 둥글게 절단하여 위치를 1㎜ 변화시킨후, 1분이 경과되자 쌤플의 하중을 초기 하중과 비교하였다.
각 테이프 받침대를 비디오 테이프에 부착시켜 빠르게 회전 및 역 회전을 300회 반복 실시한 후, 테이프 받침대와 테이프 뒷면의 흠집을 세어서, 흠집 측정을 실시했다.
이상에서 보는 바와 같이, 상기 고밀도 폴리에틸렌 시이트는 강도가 낮고, 이로 부터 얻어진 테이프 받침대는 흠집이 생기기 쉽다. 분자량 2,500,000의 절단된 시이트는 유동 방향으로 연신되지 않았기 때문에 어느 정도 강도가 낮고, 테이프 뒷면에 훨씬 많은 흠집이 생기기 쉽다.
이러한 결과로 부터, 압축성형된 초고분자량 폴리에틸렌 시이트는 테이프 받침대로 사용되기에 매우 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시이트는 박판상 습동부재 또는 자기 테이프 카세트의 부품인 테이프 받침대와 같이 박판상 또는 시이트상으로 형성되고, 플로피 디스크용 간지로 널리 이용될 수 있다.
Claims (9)
- 점도평균분자량 300,000 내지 2,000,000의 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 원료 폴리에틸렌을 시이트상으로 압출성형시켜 두께 100내지 300㎛의 시이트상 물질로 성형시킨 초고분자량 폴리에틸렌 시이트를 소정의 형상으로 제조하여 얻어지는 것임을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌으로 이루어진 자기테이프용 테이프 받침대.
- 제 1항에 있어서, 상기 원료 폴리에틸렌은 점도평균분자량 800,000 내지 1,500,000의 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 자기테이프용 테이프 받침대.
- 제 1항에 있어서, 상기 원료 폴리에틸렌은 고분자량의 폴리에틸렌과 저분자량의 폴리에틸렌으로 부터 선택된 적어도 두 종류의 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 자기테이프용 테이프 받침대.
- 제 1항에 있어서, 상기 원료 폴리에틸렌은 부가적으로 무기물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 자기테이프용 테이프 받침대.
- 제 1항에 있어서, 시이트는 표면에 미세요철이 형성된 것을 특징으로 하는 자기테이프용 테이프 받침대.
- 제 1항 내지 제 5항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시이트는 굴곡면을 갖는 것임을 특징으로 하는 자기테이프용 테이프 받침대.
- 제 1항 내지 제 5항중 어느 하나의 항에 있어서, 테이프 받침대는 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시이트를 소정의 형상으로 제조하여 얻어진 시이트를 비가열하에 스코어 절단기를 사용하여 소정의 형상으로 절단시킨 것임을 특징으로 하는 자기테이프용 테이프 받침대.
- 제 7항에 있어서, 상기 스코어 절단기 칼날의 말단부분 각도는 20 내지 90。 범위임을 특징으로 하는 자기테이프용 테이프 받침대.
- 제 7항에 있어서, 상기 스코어 절단기에 의해 절단된 단면은 둥근형태임을 특징으로 하는 자기테이프용 테이프 받침대.
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