KR100460738B1 - 피드블록형 다이 - Google Patents

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KR100460738B1 KR10-1999-0059078A KR19990059078A KR100460738B1 KR 100460738 B1 KR100460738 B1 KR 100460738B1 KR 19990059078 A KR19990059078 A KR 19990059078A KR 100460738 B1 KR100460738 B1 KR 100460738B1
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Abstract

복층화에 유리하고 점도가 다양한 수지를 이용하여 적층 필름을 제조하는 피드블록 다이에 있어서, n개의 가변쵸크바가 피드블록의 유로에 최소한 한쪽 폭방향으로 구성되고, 가변볼트가 가변쵸크바의 한쪽 단부에 연결되어 있으며, 고정부에 의해 상기 가변볼트가 앞뒤로만 이동하고 상하 및 좌우로는 고정되도록 구성된 유로 조정 장치를 피드블록에 설치함으로써 층을 이루는 용융 수지 간의 층간의 점도비가 1:2 이상인 경우에도 캡슐화가 이루어 지지 않음으로써 두께가 균일한 적층 필림을 제조할 수 있는 피드블록형 다이를 제공한다.

Description

피드블록형 다이 {The Feedblock Type Die}
본 발명은 적층 폴리에스테르 필름을 제조하기 위한 피드블록형 다이에 관한 것이다.
폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 화학적, 물리적으로 안정하고 기계적 강도가 높으며 내열성, 내구성, 내약품성 등이 우수하여 포장용, 자기 소재용, 각종 산업용 등으로 광범위하게 활용되어지고 있다.
이러한 용도로 제조된 폴리에스테르 필름은 대부분 단층으로 제조되어 왔으나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 만을 단독으로 사용하여 가스 차단 필름, 고강력 필름, 고밀도 자기 소재용 필름, 고평활성 필름 등과 같이 최근 들어 요구 및 수요가 점차 증대되고 있는 고 기능성 필름을 제조하는 것은 한계가 있다.
따라서, 이러한 고 기능성 필름을 제조하기 위하여 다양한 공압출 기술이 개발되어 왔고, 폴리에스테르 간의 공압출 필름, 폴리에스테르와 폴리올레핀 간의 공압출 필름 등이 제조되어 사용되고 있다.
공압출 필름을 제조하기 위하여 쉬트를 성형하는 다이는 그 구조에 따라 피드블록 다이와 멀티매니폴드 다이로 구분되어 진다.
도4는 종래로 부터 사용되고 있는 피드블록 다이의 단면도이고, 도5는 도4의 단면도로서, 피드블록 다이는 2개 이상의 압출기에서 토출된 용융 수지A와 수지B를 피드블록(FB)을 이용하여 적층하고, 적층된 수지를 하나의 매니폴드(MF)에서 쉬트로 성형하는 장치이다.
피드블록을 이용하는 경우, 구조가 다른 피드블록을 교환하는 것에 의하여 층수를 다양하게 할 수 있기 때문에 복층화에 유리하며, 다양한 필름을 제조하는 경우에 있어서 설비비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
그러나 점도차가 큰 두 종 이상의 용융 수지를 피드블록 다이를 사용하여 적층 필름으로 제조하는 경우에는, 피드블록(FB)에서 적층한 다음 매니폴드(MF)에서 쉬트를 성형하는 과정에서 점도가 큰 수지는 점도가 낮은 수지를 밀어내어서, 결과적으로 낮은 점도의 수지가 높은 점도의 수지를 감싸는 캡슐화(Encapsulation) 현상이 발생하게 된다.
이러한 이유로 피드블록 다이는 유사한 점도를 가지는 수지 간의 공압출 필름을 제조하는 경우에만 사용이 가능하다는 단점을 가지고 있었다.
이에 반하여 도6은 종래로 부터 사용되고 있는 멀티매니폴드 다이의 단면도이고, 도7은 도6의 사시도로서, 멀티매니폴드 다이는 다이 내부에 피드블록(FB)이 없이 여러 개의 매니폴드(MF)를 가지고 있어서 각각의 매니폴드(MF)에서 균일한 두께의 쉬트로 성형한 다음 적층부(LS)에서 적층을 하기때문에 폭방향으로의 총 두께 분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서 캡슐화 현상이 발생하지 않는 장점을 가지고 있다.
그러나 매니폴드(MF)의 수를 늘리는 것은 공간적으로 제약을 많이 받기 때문에 복층화에 한계가 있고, 층 수가 다른 필름을 제조하는 경우, 각각의 경우에 대하여 서로 다른 멀티매니폴드 다이가 필요하므로 여러 종류의 필름을 제조하는 경우에는 설비비가 많이 드는 단점을 가지고 있다.
상기와 같은 이유로 다양한 수지를 사용하는 고기능성 폴리에스테르 필름의 제조에 있어서 복층화가 유리하고 다양한 적층 구조를 가진 필름을 제조하는 것이 가능한 피드블록형의 다이가 주로 사용되어져 왔다.
피드블록형 다이를 사용하여 B/A/B형태의 삼층구성을 가지는 필름을 제조하는 경우에 2개의 압출기에서 토출된 용융 수지 A 및 용융 수지 B는 피드블록(FB)에서 적층된 다음, 매니폴드(MF)에서 쉬트 형태로 성형되고 다이립을 통과하여 토출된다.
그러나, 용융 수지 A와 용융 수지B 사이의 점도차이가 큰 경우에는 캡슐화 현상이 발생한다.
만일 용융 수지 A의 점도가 용융 수지 B의 점도보다 2배 이상 큰 경우에는 도8의 (가)와 같이 용융 수지 B가 용융 수지 A를 감싸는 현상이 발생하게 되고, 용융 수지 B의 점도가 용융 수지 A의 점도보다 2배 이상 큰 경우에는 도8의 (나)와 같이 양단에 용융 수지 B가 없고 용융 수지 A가 유로 중앙으로 몰리는 현상이 발생하게 되는데, 이와 같이 폭방향으로 층 두께 분포가 불균일 하면, 종방향 및 횡방향으로 연신할 때 연신 응력차이가 발생하여 전체적인 필름의 두께가 불균일하게 되며 필름의 위치에 따른 물성 편차가 커지게 된다.
따라서, 피드블록 다이를 사용하여 필름을 제조하는 경우에는 유사한 점도를 가지는 수지만을 사용할 수 있다는 제한을 갖게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 복층화에 유리하고 점도가 다양한 수지를 이용하여 적층 필름을 제조하는 피드블록 다이에 있어서, 피드블록에서 조절된 두께가 매니폴더로 넘어가더라도 두께의 변화가 일어나지 않음으로서 층을 이루는 용융 수지 간의 층간의 점도비가 1:2 이상인 경우에도 캡슐화가 이루어 지지 않게하여 두께가 균일한 적층 필름을 제조할 수 있는 피드블록형 다이의 제공을 목적으로 한다.
도1은 본 발명에 의해 가변 쵸크바가 설치된 피드블록의 단면도,
도2은 도1의 평면도,
도3은 도1의 유로 조정장치 부분에 대한 요부 단면도,
도4은 종래 기술에 의한 피드블록 다이의 단면도,
도5는 도4의 측면 단면도,
도6은 종래 기술에 의한 멀티매니폴드 다이의 사시도,
도7는 도6의 측면 단면도,
도8는 점도차에 의한 쉬트 층 두께 불균일 현상에 대한 모식도,
도9는 본 발명의 유로 조정 장치에 의한 유로 변화 예시도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
A : 수지A B : 수지B
D : 다이 토출 FB : 피드블록
Fx : 고정부 MF : 매니폴드
LS : 적층부 P : 유로
Pa : 수지A측 유로 Pb : 수지B측 유로
Vb : 가변볼트 Vc : 가변쵸크바
ℓ : 단위 가변쵸크바의 길이 w : 단위 가변쵸크바의 폭
g : 유로갭
Wf : 피드블록의 폭 Wm : 매니폴더의 폭
상기 목적을 달성하기위한 본 발명의 피드블록형 다이는 n개의 가변쵸크바 (Vc)가 피드블록의 유로(P)에 최소한 한쪽이라도 폭방향으로 구성되고, 가변볼트(Vb)가 가변쵸크바(Vc)의 한쪽 단부에 연결되어 있으며, 고정부(Fx)에 의해 상기 가변볼트(Vb)가 앞뒤로만 이동하고 상하 및 좌우로는 고정되도록 구성된 유로 조정 장치를 피드블록에 설치하고, 피드블록 폭과 매니폴더 폭의 비(Wf/Wm)가 0.15 내지 1.00인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 점도차에 의해 캡슐화 현상이 발생하여 적층 필름의 층간 두께 분포 불균일 현상이 발생하는 경우, 유로 조정 장치의 가변 볼트(Vb)를 조절하여 각 층의 폭방향 두께 불균일을 최소화하는 것이다.
이하 본 발명의 유로 조정 장치가 첨부된 도면을 가지고 자세히 설명하기로한다.
도1은 가변쵸크바(Vc)가 설치된 피드블록에 대한 측면에서의 단면도를, 도2는 평면도를 나타내고 있고, 도3은 유로 조정장치 부분에 대한 평면도로서, 가변쵸크바(Vc), 가변볼트(Vb) 및 고정부(Fx)로 구성되며, 각각의 가변쵸크바(Vc)는 가변볼트(Vb)에 의해 독립적으로 조절이 이루어지고, 각각의 가변 쵸크바(Vc)는 슬리이딩 방식으로 이동되기 때문에 이동 범위가 넓다는 장점을 가지고 있다.
적층 필름을 제조하는 경우에는 성형된 쉬트의 단면을 확인하여 층 두께가 불균일한 지점과 일치하는 부분의 가변볼트(Vb)를 조절함으로써 가변쵸크바(Vc)를 밀거나 당겨서 폭방향으로의 두께를 균일하게 조절할 수 있다.
이러한 유로 조정장치에서 가변쵸크바(Vc)의 형태 및 크기, 개수 등은 그 범위가 제한 받는 것은 아니지만 가변쵸크바(Vc) 하나의 폭(w)은 5 내지 100㎜ 범위를 갖는 것이 바람직하고, 피드블록의 폭방향으로 3개 내지 30개의 가변쵸크바를 배열하도록 구성하는 것이 바람직하다.
그리고 피드블록 폭과 가변쵸크바 하나의 폭비(w/Wf)는 0.02 내지 0.33이 바람직한데, 0.33보다 큰 경우에는 피드블록 폭에 비해 가변 쵸크바의 수가 너무 적어 층 두께 조절의 효율이 떨어지게 된다. 상기 폭비가 작을 수록 층 두께 불균일 현상이 완화되는데, 0.02보다 작은 경우에는 조절할 가변쵸크 수가 너무 많게 되어 작업성이 떨어지는 문제가 있다.
또한 가변쵸크바의 길이(ℓ)는 10 내지 100㎜의 범위를 갖도록 하여 이웃한 가변 쵸크바의 움직임에 의해 용융 수지가 누출되지 않도록 하며, 쵸크바의 이동시에는 쵸크바가 유로 갭(g)의 최대치에 대해 75% 이상을 넘지않도록 조정한다.
상기의 유로조정장치를 이용하여 층 두께 조절이 가능한 멜트간의 점도비는 1: 2 내지 1:20 이다. 점도비가 1:20를 초과하는 경우에는 유로 조정 장치를 이용한 층 두께 조절 효과가 매우 미미해지며, 1:2 미만인 경우에는 캡슐화의 정도가 적다.
또 피드블록 폭과 매니폴드 폭의 비(Wf/Wm)를 0.15 내지 1.00의 범위 내에서 유로장치를 이용하여 층 두께를 조절한다.
이때, 상기 폭비(Wf/Wm)의 값이 0.15보다 작은 경우에는 매니폴드 내의 용융 수지의 이동 거리가 증가하여 캡슐화 현상이 심화되어 유로조정장치의 사용에 한계가 있고, 1.00보다 큰 경우에는 캡슐화 현상의 발생 정도가 적다.
본 발명에 의해 A/B/A의 삼층으로 적층된 필름을 제조할 때, 층을 이루는 용융 수지 간의 점도차가 커서 캡슐화가 발생하는 경우 가변쵸크바를 사용하여 두께를 조절하는 구체적인 방법을 설명한다.
우선, 적층 필름을 제조하는 경우, 각각의 압출기를 통하여 용융 압출된 수지는 도관을 지나 다이로 유입된다.
피드블록형의 다이를 사용하여 필름을 제조하는 경우, 피드블록(FB)에서 적층된 멜트 층은 매니폴드(MF)에서 쉬트의 형태를 갖추게 되고, 토출되어 회전하는 냉각드럼에 밀착되어 고화된다.
이렇게 무정형, 무배향으로 고화된 쉬트를 종연신, 횡연신을 통하여 용도에 알맞는 필름으로 제조하게 된다.
이 과정에서 피드블록(FB)을 통과한 용융 수지가 매니폴드(MF)를 통과할 때 층을 이루는 용융 수지 간의 점도차이가 크면, 앞서 설명한 캡슐화 현상이 발생하게 된다.
도9는 점도차이에 의해 발생하는 캡슐화 현상의 조절 방법을 설명하는 그림으로, 도9의 (가)와 같이 가운데 층으로 토출되는 A의 점도가 B의 점도보다 높은 경우에는, A가 중심으로 올라가면서 점도가 낮은 B를 밀어내는 현상이 발생하게 된다.
따라서, A가 흐르는 유로의 중앙부를 좁혀주면서, 점도가 낮은 B가 흐르는 중앙 유로부를 넓혀주면, 캡슐화 현상이 완화되어 폭방향으로 중간층의 두께 분포가 균일한 필름을 제조할 수 있게 된다.
이와는 반대로 도9의 (나)와 같이 B의 점도가 A의 점도에 비해 높은 경우에는, B가 중심으로 몰리면서 점도가 낮은 A를 양단부로 밀어내는 현상이 발생하게 된다.
따라서, B가 흐르는 유로의 중앙부는 좁혀주면서, 점도가 낮은 A가 흐르는 유로의 중앙부를 넓혀주면 (가)의 경우와 마찬 가지로 캡슐화 현상이 완화된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 본 발명을 보다 자세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예1>
매니폴터의 폭이 520㎜이고, 피드블록의 폭이 130㎜이며, 가변 쵸크바는 폭이 26㎜이고 길이는 40㎜가 되도록 하였으며, 피드블록의 폭방향으로 5개의 가변쵸크바를 배치하여 피드블록 폭과 가변쵸크바 하나의 폭비(w/Wf)가 0.2가 되도록 하고 피드블록 폭과 매니폴드 폭의 비(Wf/Wm)가 0.25인 삼층 피드블록 다이에 점도가 150Pas인 폴리에틸렌테레프탈레이트(B)와 점도가 350Pas인 폴리에틸렌2,6-나프탈레이트(A)를 이용하고 각 층이 동일한 토출량으로 토출되도록 하여 전체 쉬트 두께가 900㎛인 적층 필름을 제조하였으며 층두께 균일도를 측정하여 표1에 나타내었다.
<실시예2>
실시예1과 동일한 장치와 방법을 사용하되, 가변 쵸크바는 폭이 13㎜이고 길이는 40㎜가 되도록 하였으며, 피드블록의 폭방향으로 20개의 가변쵸크바를 배치하여 w/Wf값이 0.05가 되도록 하여 적층 필름을 제조하였으며 층두께 균일도를 측정하여 실시예1과 함께 표1에 나타내었다.
<실시예3>
실시예1과 동일한 장치와 방법을 사용하되, 매니폴터의 폭이 1000㎜이고, 피드블록의 폭이 130㎜이며 Wf/Wm값이 0.13인 삼층 피드블록 다이를 사용하여 적층 필름을 제조하였으며 층두께 균일도를 측정하여 실시예1과 함께 표1에 나타내었다.
<실시예4>
실시예1과 동일한 장치와 방법을 사용하되, 가변 쵸크바는 폭이 26㎜이고 길이는 40㎜가 되도록 하였으며, 피드블록의 폭방향으로 5개의 가변쵸크바를 배치하여 w/Wf값이 0.2가 되도록하여 점도가 150Pas인 폴리에틸렌테레프탈레이트(B)와 점도가 2500Pas인 폴리프로필렌(A)을 이용하여 적층 필름을 제조하였으며 층두께 균일도를 측정하여 실시예1과 함께 표1에 나타내었다.
<비교실시예1>
실시예1과 동일한 장치와 방법을 사용하되, 피드블록에 유로조정장치가 설치되지 않은 피드블록다이를 사용하여 적층 필름을 제조하였으며 층두께 균일도를 측정하여 실시예1과 함께 표1에 나타내었다.
<비교실시예2>
실시예4와 동일한 장치와 방법을 사용하되, 피드블록에 유로조정장치가 설치되지 않은 피드블록다이를 사용하여 적층 필름을 제조하였으며 층두께 균일도를 측정하여 실시예1과 함께 표1에 나타내었다.
<평가 방법>
- 층두께 균일도
다이로 부터 용출된 용융 수지가 정전인가에 의해 캐스팅 드럼에 밀착, 냉각된 쉬트를 절단한 후, 가운데 층의 두께를 측정하여 중간층 두께 표준편차(㎛)와 쉬트 평균 두께에 대한 중간층 두께 표준편차의 비(%)로써 층두께 균일도를 평가하였으며, 상기 표준 편차의 비가 5%이상일 때를 불량으로 평가하였는데, 5% 이상일 때 폭방향 물성 불균일로 인하여 제품화가 어렵게 된다.
각 층의 성분 및 점도 w---Wf Wf___Wm 층두께 균일도
A층 B층 중간층 두께표준편차 (㎛) 중간층 두께 표준 편차/쉬트 두께 (%)
원료 점도 원료 점도
실시예1 PEN 350 PET 150 0.20 0.25 25 2.8
실시예2 PEN 350 PET 150 0.05 0.25 12 1.3
실시예3 PEN 350 PET 150 0.20 0.13 44 4.8
실시예4 PP 2500 PET 150 0.20 0.25 45 5.0
비교예1 PEN 350 PET 150 유로장치 없음 0.25 91 10.1
비교예2 PP 2500 PET 150 유로장치 없음 0.25 219 24.3
표1에서 PEN은 폴리에틸렌2,6나프탈레이트이고, PP는 폴리프로필렌이고, PET는 폴리에틸렌테레프탈레이트이다.
실시예 1 내지 실지예 4및 비교실시예 1 내지 비교실시예 2와 같은 장치와 방법으로 제조하고, 상기의 시험 방법에 의하여 측정한 결과는 표1의 내용과 같으며, 본 발명에 의해 제조한 실시예 1 및 실시예 4의 쉬트는 비교실시예 1 내지 비교실시예2에 의한 쉬트에 비해 우수한 층두께 균일도를 지니는 것으로 나타났다.
본 발명은 피드블록형 다이를 사용하여 적층 폴리에스테르 필름을 제조하는 경우에, 각각의 층을 이루는 용융 수지 간의 점도차에 기인하는 캡슐화 현상에 의하여 발생하는 폭방향의 층두께 불균일을 피드블록 유로의 형태를 변화킬 수 있는 가변 쵸크바를 설치하여 이를 조절함으로써, 모든 층의 두께가 균일한 쉬트를 성형하는 바람직한 방법인 것이다.

Claims (3)

  1. 점도비가 1:2 내지 1:20인 두종류 이상의 수지를 사용하여 적층 필름을 제조하는데 사용하기위하여 피드블록(FB)과 매니폴드(MF)로 구성된 피드블록형 다이에 있어서, n개의 가변쵸크바(Vc)가 피드블록의 유로(P)에 최소한 한쪽 폭방향으로 구성되고, 가변볼트(Vb)가 가변쵸크바(Vc)의 한쪽 단부에 연결되어 있으며, 고정부(Fx)에 의해 상기 가변볼트(Vb)가 앞뒤로만 이동하고 상하 및 좌우로는 고정되도록 구성된 유로 조정 장치를 피드블록(FB)에 설치하고, 피드블록 폭과 매니폴더 폭의 비(Wf/Wm)가 0.15 내지 1.00인 것을 특징으로 하는 피드블록형 다이.
  2. 제1항에 있어서, 피드블록 폭과 가변쵸크바 하나의 폭비(w/Wf)가 0.02 내지 0.33인 것을 특징으로 하는 피드블록형 다이.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가변쵸크바(Vc)의 갯수가 3 내지 30개인 것을 특징으로 하는 피드블록형 다이.
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