KR0181410B1 - 열가소성 수지 쉬트의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 열가소성 수지가 다이를 통해 용융, 압출되어 용융쉬트의 형태로 성형되는 단계 및 상기 단계에서 성형된 쉬트가 정전인가공정을 거쳐 다이 하방에 설치되어 있는 냉각롤에 밀착되어 고화 쉬트로 제조되는 단계를 포함하는 열가고성 수지 쉬트의 제조방법에 있어서, 상기 정전인가선의 밀도가 10g/㎤이하, 파단강도가 5 내지 7GPa이고, 상기 정전인가선의 인장응력을 상기 정전인가선의 파단강도의 80~95%로 유지하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명의 방법에 의해 제조되는 열가소성 수지 쉬트는 코팅, 증착, 재단 및 인쇄 등의 후가공시 요구되는 종방향으로 균일한 두께를 가지고 있어서 포장용, 기록매체용, 공업용등의 용도에 적합하다.
Description
제1도는 냉각고화된 열가소성 수지 쉬트를 보여주는 도면이고,
제2도는 냉각고화된 열가소성 수지 쉬트의 두께 분포도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
S : 쉬트 A : 두께 파형
X : 평균 두께 △X : 주기적 두께 변화폭
본 발명은 열가소성 수지 쉬트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 열가소성수지를 다이를 통해 쉬트 형상으로 압출하여 정전인가공정을 거쳐 냉각롤에 밀착고화시키는 과정에서 정전인가선의 진동폭을 최소화하여 열가소성 수지 쉬트를 냉각롤에 균일하게 밀착시킴으로써 고화 쉬트에 야기되는 두께 결함을 방지하는 방법에 관한 것이다.
열가소성 수지는 포장용, 기록매체용, 공업용 등의 용도로 사용되는데, 열수축률, 두께, 기계적 강도 및 밀도 등의 물성이 진행방향(종방향)으로 불균일한 경우에는 코티이, 증착, 재단, 인쇄 등의 후가공시 문제가 야기되어 제품의 품질 및 생산성이 저하되기 쉽다. 따라서 진행방향으로 균일한 물성 특성을 갖는 열가소성 수지 쉬트의 생산이 절실하게 요구되어 왔다.
용융된 열가소성 수지는 다이를 통해 쉬트 형상으로 압출되어 냉각롤 표면에 밀착고화되어 고상의 쉬트로 제조되는데, 일반적으로 다이출구로부터 냉각롤 표면의 밀착지점까지의 구간(이하, 용융수지 쉬트 구간)이 짧을수록, 또한 용융수지가 냉각롤에 밀착될수록 냉각효율이 양호하여 제조된 쉬트의 두께가 균일해진다.
따라서 열가소성 수지의 성형공정에 있어서, 용융수지 쉬트 구간을 단축시키고 용융수지 쉬트가 냉각롤 표면에 밀착시키기 위하여 용융수지 쉬트에 정전기를 인가하는 것이 가장 일반적인 방법이다. 즉, 회전하는 냉각롤을 접지시킨 상태에서 정전인가선에 고전압을 걸어주면 정전인가선주위에서 제한된 이온화 방전이 일어나 공기를 하전시키고 하전된 이온이 인접한 용융수지 쉬트 표면을 하전시키고 하전된 용융수지 쉬트가 냉각롤쪽으로 이동하면서 정전기력에 의해 냉각롤에 견고하게 밀착되는 것이다.
정전인가선에 인가되는 전극은 전하 밀도가 큰 것이 바람직한데, 보통 직경이 작은 선(wire) 또는 바늘모양의 핀 형태를 사용한다. 이중에서도 일반적으로 금속선 형태의 정전인가선을 많이 사용하고 있다.
열가소성 수지 쉬트 제조시 정전인가방법에 대해서는 미국특허 제3,427,686호에 개시되어 있다. 이 방법에 따르면 작용 인장 응력하에서 용융수지 쉬트의 중간을 제외하고 용융수지 쉬트의 양단부만을 지지한 상태에서 정전인가가 이루어지는데, 외부 요인에 의해 정전인가선의 진동이 불가피하게 수반된다. 그 결과, 용융수지 쉬트의 두께 결함을 유발한다. 즉, 정전인가선의 진동으로 정전인가선과 용융수지 쉬트 표면과의 간격이 주기적으로 변화함으로써 정전인가력이 변하고 이로 인해 용융수지 쉬트의 냉각롤 밀착지점이 달라져서 열가소성 수지 쉬트의 두께는 제1도에 도시된 바와 같이 쉬트의 진행방향으로 주기적으로 달라진다. 특히 다이 주변의 기기에서 발생하는 기계적 진동의 주파수가 정전인가선의 고유주파수(100㎐이하)와 일치하는 경우에는 공명현상(resonance)으로 정전인가선이 심하게 진동하여 수지 쉬트의 두께가 불균일하게 되는 것이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하여 정전인가선의 진동폭을 최소화하여 열가소성수지 쉬트를 냉각롤에 견고하게 밀착시킴으로써 균일한 두께의 열가소성 수지 쉬트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에서는 열가소성 수지가 다이를 통해 용융, 압출되어 용융쉬트의 형태로 성형되는 단계 및 상기 단계에서 성형된 쉬트가 정전인가공정을 거쳐 다이 하방에 설치되어 있는 냉각롤에 밀착되어 고화 쉬트로 제조되는 단계를 포함하는 열가소성 수지 쉬트의 제조방법에 있어서, 상기 정전인가선의 밀도가 10g/㎤이하, 파단강도가 5 내지 7GPa이고, 상기 정전인가선의 인장응력을 상기 정전인가선의 파단강도의 80~95%로 유지하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조방법이 제공된다.
이는 정전인가선의 밀도, 파단강도 및 인장응력을 특정 범위로 조정하여 정전인가선의 고유주파수를 외부 요인에서 비롯된 진동의 주파수 범위 이상이 되도록 해서 정전인가선의 진동폭을 최소화시키고자 하는 것이다.
일반적으로 현의 진동에 있어서, 정상파의 에너지는 하기식 (1)과 같이 표시된다. 식 (1)로부터 알 수 있는 바와 같이 일정한 에너지를 갖는 정상파의 진폭은 진동수를 크게 할수록 작아진다. 따라서 쉬트의 두께가 균일해지도록 정전인가선의 진폭을 줄이기 위해서 그 진동수를 크게 해야 한다.
여기에서, I : 파동의 세기, A : 진폭, f : 주파수
본 발명에서는 현의 진동을 결정하는 다른 요소인 정전인가선의 밀도가 10g/㎤이하, 바람직하게는 5~9g/㎤이다. 정전인가선의 밀도가 10g/㎤를 초과하는 경우는 정전인가선의 단위 길이당 질량이 증가하여 정전인가선의 고유주파수가 100㎐이하의 범위로 전이됨으로써 정전인가선의 진동의 진폭이 증대되어 쉬트 진행방향으로 열가소성 수지 쉬트의 두께 품질이 저하된다.
본 발명에서는 열가소성 수지를 제조하는데 있어서, 파단강도가 5 내지 7GPa인 정전인가선이 사용된다. 이는 정전인가선의 진동수를 크게 하기 위하여 인장응력이 일정 범위이상이 되어야 하는데, 정전인가선의 파단강도가 작을 경우에는 정전인가선이 단선될 가능성으로 인하여 인장응력을 매우 작게 할 수 밖에 없기 때문이다. 즉, 정전인가선의 파단강도가 5GPa이하인 경우는 정전인가선의 작용인장력을 작게 하는 것이 불가피하고 이로 인해 정전인가선의 고유 주파수가 100㎐이하 범위로 전이되면서 진폭이 증대되어 고화 쉬트의 진행방향으로의 두께가 불균일하게 된다.
본 발명에서는 정전인가선의 인장응력이 정전인가선의 파단강도의 80~95%, 바람직하게는 85~90%이다. 정전인가선의 인장응력이 파단강도의 80% 미만인 경우에는 정전인가선의 고유주파수가 100㎐이하 범위로 전이되면서 진동의 진폭이 증대되어 고화 쉬트의 두께 품질이 저하디고 정전인가선의 인장응력이 파단강도의 95%를 초과하는 경우에는 정전인가선의 고유주파수가 100㎐ 이상의 범위로 전이되면서 진동의 진폭이 감소하여 고화 쉬트의 진행방향으로의 두께는 균일하지만 정전인가선의 인장응력이 파단강도에 거의 근접하기 때문에 정전인가선의 단선횟수가 빈번하게 된다.
본 발명에서 사용되는 열가소성 수지로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌-2,6-나프탈렌카르복실레이트, 액정폴리에스테르 등의 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 나일론, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 폴리페닐렌설파이드 등이 있다.
이하 실시예에 의해서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따라 제조된 열가소성 수지 쉬트의 성능 평가 및 본 발명에 따라 작업 효율이 향상되는 정도는 다음과 같이 평가하였다.
1) 쉬트 두께변화 주파수
쉬트의 두께변화 주파수는 미국 윈젠(Winzen) 사제 두께 측정기를 사용하여 쉬트의 두께를 측정한 다음 하기식에 의해 구해진다.
쉬트 두께변화 주파수 = 1초동안 진행된 쉬트 길이내에 존재하는 두께의 규칙적인 파형의 갯수
2) 쉬트 두께 변화율
쉬트의 두께 변화율은 제2도 및 하기식에 의해서 구해진다.
제2도는 냉각고화된 열가소성 수지 쉬트의 두께 분포를 도시한 것으로서 여기에서 A는 두께 파형, X는 평균 두께, △X는 주기적인 두께 변화폭을 나타낸다.
[실시예 1]
고유점도가 0.64, 온도 290℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트 용융체를 다이에서 쉬트 형상으로 용융압출시킨 뒤 밀도 7.8g/㎤, 파단강도 5.4GPa인 내열합금재질의 정전인가선에 작용인장능력을 4.5GPa로 정전인가공정을 거쳐 25℃로 유지되는 냉각롤상에서 냉각고화하여 두께가 200μ인 열가소성 수지 쉬트를 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 밀도가 7.8g/㎤, 파단강도 2.6GPa인 스테인레스-스틸재질의 정전인가선에 작용인장력을 2.3GPa로 정전인가공정을 거쳐 열가소성 수지 쉬트를 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 밀도가 7.8g/㎤, 파단강도 5.4GPa인 정전인가선에 작용인장응력을 3.0GPa로 정전인가공정을 거쳐 열가소성 수지 쉬트를 제조하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 밀도가 7.8g/㎤, 파단강도 5.4GPa인 정전인가선에 작용인장응력을 5.2GPa로 정전인가공정을 거쳐 열가소성 수지 쉬트를 제조하였다.
[비교예 3]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 밀도가 19.4g/㎤, 파단강도 3.1GPa인 텅스텐 재질의 정전인가선에 작용인장응력을 2.7GPa로 정전인가공정을 거쳐 열가소성 수지 쉬트를 제조하였다.
본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 정전인가선의 조건에 따른 쉬트 두께변화 주파수, 길이방향 두께 변화율 및 정전인가선의 단선 횟수를 표 1에 나타내었다.
표 1에서 알 수 있듯이 본 발명의 조건을 만족하는 실시예 1-2의 경우는 쉬트 두께 변화 주파수(정전인가선의 고유주파수)가 증가하면서 두께 변화율이 감소하여 열가소성 수지 쉬트의 진행방향 두께가 균일하다는 것을 알 수 있다.
정전인가선의 인장응력이 파단 강도의 80% 미만인 비교예 1의 경우는 길이 방향의 두께가 불량한 열가소성 수지 쉬트가 제조되었고 정전인가선의 인장응력이 95%를 초과한 비교예 2의 경우는 고화 쉬트의 길이방향으로의 두께는 균일하지만 단선횟수가 빈번하였다.
정전인가선의 밀도가 10g/㎤를 초과한 비교예 3의 경우는 진동에 의한 쉬트 두께 변화 주파수가 감소하면서 길이방향 두께 변화율이 증가하여 열가소성 수지 쉬트의 진행방향의 두께가 불균일함을 알 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조딘 열가소성 수지 쉬트는 코팅, 증착, 재단 및 인쇄 등의 후가공시 요구되는 종방향으로 균일한 두께를 가지고 있어서 포장용, 기록매체용, 공업용 등의 용도에 적합하다.
Claims (3)
- 열가소성 수지가 다이를 통해 용융, 압출되어 용융쉬트의 형태로 성형되는 단계 및 상기 단계에서 성형된 쉬트가 정전인가공정을 거쳐 다이 하방에 설치되어 있는 냉각롤에 밀착되어 고화 쉬트로 제조되는 단계를 포함하는 열가소성 수지 쉬트의 제조방법에 있어서, 상기 정전인가선의 밀도가 10g/㎤이하, 파단강도가 5 내지 7GPa이고, 상기 정전인가선의 인장응력을 상기 정전인가선의 파단강도의 80~95%로 유지하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 정전인가선의 밀도가 5 내지 9g/㎤인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 정전인가선의 인장응력이 그 파단강도에 대하여 85 내지 90%인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조방법.
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