KR100787661B1 - 플라스틱 고속필름 가공장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라스틱 재료를 압출하여 필름 형태로 제조 또는 가공할 때, 뽑힘성, 넥크-인(Neck-in), 연신 공명, 파단 등을 정량적으로 평가할 수 있는 플라스틱 고속필름 가공장치에 관한 것으로서, 상세히는 고온에서 용융된 플라스틱 재료를 압출기를 통하여 필름 상으로 토출할 때, 연신속도에 따른 필름의 뽑힘성, 필름 폭이 줄어드는 넥크-인을 측정함으로써, 플라스틱 재료의 최적의 가공조건을 결정하거나 모사할 수 있도록 고안된 가공장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 고온에서 플라스틱 재료를 필름 상으로 압출하는 압출기(1)와, 상기 압출기(1)를 통해 토출되는 필름 상의 표면을 냉각 결정화 시키기 위한 공기분사기(2)와, 반 용융상태의 필름을 신속히 냉각시키고, 안정된 연신가공 및 압출코팅이 가능하도록 한 냉각롤(3)과, 필름의 고속신장과 권취가 가능하도록 설계된 가이드롤(4)과, 권취롤(5)과, 권취장치(6)와, 고속가공된 필름의 형태를 감지하는 감지장치(7)와, 상기 감지장치(7)로부터 신호를 받아 2차원으로 프로세싱하여 결과를 산출하는 컴퓨터 시스템(8)으로 구성되는 장치를 통하여 플라스틱 재료의 뽑힘성과 넥크-인 및 가공성능을 분석할 수 있는 플라스틱 고속필름 가공장치 장치에 관한 것이다.
플라스틱 고속필름, 뽑힘성, 넥크-인, 연신 공명, 파단, 압출코팅
Description
도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 고속필름 가공장치에 대한 개략적인 구성도이고,
도 2는 상기 도 1에 도시한 냉각롤에 내장된 냉각장치의 개략적인 구성도이다.
(도면 부호의 설명)
1...압출기(Extruder), 2...공기 분사기,
3...냉각롤, 4...가이드롤,
5...권취롤, 6...권취장치,
7...감지장치(카메라 센서), 8...컴퓨터 시스템,
9...제어 패널, 10...권취 구동장치,
11...권취 구동장치 좌우이동 손잡이,
12...권취 구동장치 상하이동 손잡이,
13...공기 압력 밸브, 14...공기 호스,
15...냉각수(절삭류) 입구라인, 16...냉각수(절삭류) 출구라인.
본 발명은 플라스틱 재료를 압출하여 필름 형태로 제조 또는 가공할 때 가장 중요한 인자인 뽑힘성, 넥크-인(Neck-in), 연신 공명, 파단 등을 정량적으로 평가할 수 있는 플라스틱 고속필름 가공장치에 관한 것으로서, 상세히는 고온에서 용융된 플라스틱 재료를 압출기를 통하여 필름 상으로 토출할 때, 연신속도에 따른 필름의 뽑힘성, 필름 폭이 줄어드는 넥크-인을 측정함으로써, 플라스틱 재료의 최적의 가공조건을 결정하거나 모사할 수 있도록 고안된 가공장치에 관한 것이다.
근래에 플라스틱 재료의 압출과 합지 공정 등의 플라스틱 압출코팅 기술을 이용한 열접착성, 강성이나 강도의 보완, 인쇄나 증착된 기재의 보호, 수분이나 산소 등의 차단, 이형성, 환경 친화성 등의 새로운 기능을 도입함으로써, 복합필름의 용도를 확대시키고자 하는 연구가 거듭되고 있다. 이와 같은 제품 연구에 있어서 필수적인 가공 공정인 압출코팅을 요구하게 되는데, 비교적 고온에서 압출기의 압출 다이로부터 토출되는 수지 상을 서로 다른 수지나 기재를 사용하여 고속으로 연신하게 된다.
이러한 압출코팅과 고속 연신공정에서 가장 고려해야 할 사항은 플라스틱 재료의 넥크-인 물성과 뽑힘성이다. 넥크-인의 경우에는 다이에서 토출된 수지가 기재에 코팅될 때, 다이 폭에 비하여 실제 폭이 줄어드는 현상으로 이와 같은 현상은 필름 양 옆의 두께를 두껍게 만들어 생산에 나쁜 영향을 미치게 되므로, 우선적으로 제어해야 하며, 뽑힘성의 경우에는 플라스틱 재료를 블로운(Blown) 필름이나 캐 스팅(Casting) 필름 또는 압출코팅할 때 압출된 용융고분자가 연신 방향으로 배향을 하게 되는데, 이 때, 뽑힘 정도에 따라 생산 가공성이 좌우되게 되며, 또한 뽑힘 속도에 따라 파단이 발생하거나, 공명 현상, 넥크-인 등이 나타날 수 있으므로, 최적의 가공속도를 결정하여 작업하여야 한다.
이와 같은 물성 등은 플라스틱 재료의 미세 입체구조, 고차구조와 밀접한 관계가 있으므로, 촉매 및 중합공정 연구를 통하여 플라스틱 재료의 구조를 디자인 할 때, 예상되는 가공성능에 대한 예측을 보다 현실에 가깝게 평가할 수 있는 플라스틱 고속필름 가공장치가 필요하였다.
이를 해결하기 위한 방법으로 종래 독일 헤케사 등에서는 압출기에 온라인 연결하여 연신가공이 가능한 권치장치를 제시한바 있으나, 연신속도가 100m/min으로 제한되어 있어서, 고속 연신가공 등의 평가에는 적합하지 못하며, 냉각장치의 최대 냉각온도가 20℃ 정도로 유지되므로, 급냉각 등을 하고자 할 때, 곤란한 문제점을 갖고 있었다. 또한, 사용자들의 경험적인 통계수치에 의하면 장치의 작업안전성이 결여되는 문제점을 갖고 있는 것으로 알려져 있다.
이를 개선하기 위하여 독일의 콜린사가 제안한 캘린더 가공이 가능한 연신장치는 고속가공과 급냉각 등이 가능하나, 넥크-인 등의 자동감식이 어려운 점과 장치가 매우 고가인 단점을 갖고 있었다.
이러한 제반 문제점을 해결하기 위해서, 플라스틱의 초고속 필름가공과 넥크-인, 뽑힘성 등의 평가에 있어서, 자동감식이 가능하고 플라스틱 재료의 연신, 압출코팅을 모사할 수 있는 새로운 고속가공 장치 및 방법의 개발이 절실히 요구되 고 있는 실정에 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 플라스틱의 압출, 고속가공, 연신을 통한 가공성 및 넥크-인, 뽑힘성 등의 물성의 평가를 정확하게 할 수 있는 고속필름 가공장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 플라스틱 고속필름 가공장치는 플라스틱의 고속 연신을 통한 연신거동, 뽑힘성, 넥크-인 등을 정량적으로 측정할 수 있도록, 일정한 압력 및 온도에서 압출기의 압출다이를 통해 토출하는 시료를 압출연신시키고, 냉각 및 가이드 롤의 연신속도에 따른 고속권취를 통하여, 플라스틱의 뽑힘성, 넥크-인, 연신공명 현상, 파단 등을 평가할 수 있도록 되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플라스틱 고속필름 가공장치에 대한 구성을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 고속필름 가공장치에 대한 개략적인 구성도를 도시한 것으로서,
플라스틱을 고온에서 압출기(Extruder)를 통하여 압출연신시켜 필름 상의 고분자 물질을 빠른 속도로 뽑기 위해, 압출다이(1')가 연결된 압출기(1)와, 상기 압출다이(1')로부터 토출되는 반용융 상태의 필름 상의 시료에 공기를 분사하여, 일차적인 냉각 결정화를 유도하는 공기 분사기(2)와, 압출된 필름을 급냉각하고 연신하여 필름가공 및 압출코팅을 가능하게 하며, 롤 간격이 자유롭게 이동이 가능하도록 설계되어 있을 뿐만 아니라, 고속 연신할 때, 필름이 롤 표면에 붙지 않도록 상기 롤 표면을 연마 에칭하여 표면에 미세한 요철을 줌으로써, 반거울 타입의 엠보싱 형태로 제조된 냉각롤(3)과, 상기 냉각롤(3)로부터 이송되는 필름을 안전하게 고속뽑힙과 신장 및 권취가 가능하도록 설계된 가이드롤(4)과, 상기 가이드롤(4)로부터 이송되는 필름을 감기 위한 권취롤(5)과, 상기 압출다이(1')로부터 토출되는 고온용융 상태의 필름 상의 시료를 냉각롤(3)과 가이드롤(4) 및 권취롤(5)을 거쳐 빠른 속도로 권취할 수 있도록 하는 권취장치(6)와, 연신된 필름의 형태를 감지하여 자동으로 필름의 넥크-인과 뽑힘성을 관찰할 수 있도록 한 카메라 센서로 이루어진 감지장치(7)와, 상기 감지장치(7)로부터 신호를 받아 2차원으로 프로세싱하여 결과를 산출할 수 있는 소프트 웨어가 내장된 컴퓨터 시스템(8)과, 상기 동작과정들을 제어하는 제어 패널(9)과, 상기 냉각롤(3)과 가이드롤(4) 및 권취롤(5)을 구동시키는 권취 구동장치(10)와, 상기 권취 구동장치(10)를 좌우 및 상하로 이동시키는 손잡이(11)(12)와, 상기 공기 분사기(2)에 공기를 공급하기 위한 공기 압력 밸브(13) 및 공기 호스(14)와, 공정냉각수를 이용하여 신속히 냉각시킬 수 있도록 냉각수(절삭류) 입구라인(15)과 냉각수(절삭류) 출구라인(16)으로 구성되어, 상기 냉각롤(3)에 내장되는 냉각장치를 통하여 플라스틱 재료의 뽑힘성과 넥크-인 및 가공성을 평가할 수 있도록 한다.
이러한 본 발명에 따른 가공장치를 통하여 가공 및 평가하고자 하는 플라스틱 필름 시료를 압출다이(1')의 온도 180℃~320℃ 내에서 압출량을 변화시켜가며 토출하여, 고속 가공장치에 연결시킨 뒤, 냉각공정, 연신공정, 감지공정. 권취공정을 차례로 진행시켜 고속으로 가공하고 연신하여 권취하게 되며, 이 때, 플라스틱의 재료의 분자구조 물성 및 압출공정에 따른 시편의 뽑힘성, 넥크-인, 연신공명 현상, 파단 등 발생되는 여러 가지 상태를 감지장치(7)와 소프트 웨어가 내장된 컴퓨터 시스템(8)을 통하여 정량적인 평가를 실시하게 된다.
또한, 압출다이(1')로부터 토출되는 필름 상의 반용융 시료를 급냉각 연신시키기 위해서, 냉각롤(3)의 중심축에는 롤 표면의 온도를 일정하게 냉각 유지시킬 수 있도록 공정 냉각수 라인인 냉각수 입구라인(15)과 냉각수 출구라인(16)으로 구성된 냉각장치가 내장되어 있으며, 상기 냉각장치의 표면은 크롬, 니켈, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나가 코팅된 비철금속 재질을 사용하며, 롤 표면을 반거울 타입으로 연마하여 표면에 미세한 요철이 균일하게 형성되도록 함으로써, 필름이 롤에 부착되는 현상을 방지하고 고속으로 뽑힘이 가능하도록 하게 한다.
가이드롤(4)의 경우에는 거울타입으로 연마하여 사용한다. 냉각롤(3)의 온도는 0~20℃가 적당하며, 최적의 평가결과를 얻기 위해서는 압출다이(1')의 직경크기에 따라 첫번째 냉각롤(3) 사이의 간격이 적절하게 유지되어야 하는데, 압출다이(1')의 직경크기, 냉각롤(3)의 직경크기, 압출다이(1')와 냉각롤(3) 간격의 크기는 1 : 1.5~3.0 : 0.2∼1.0이 적합하다. 필름의 뽑힘성의 경우에는 플라스틱의 분자량이 크고 분자량 분포가 넓어짐에 따라 증가하며, 넥크-인의 경우에는 반대로 감소하는 경향을 나타내게 되는데, 이 두가지 인자는 상호 상관관계를 가지고 있으므로, 고속가공 연신할 때 압출다이의 온도, 압출량, 냉각온도, 권취속도를 최적화하여 사용하는것이 보다 효과적이다.
이상에서 설명한 바와 같이 압출기(1)에서 고온 용융된 상태의 플라스틱 재료를 압출 다이(1')를 통하여 토출시킨 뒤, 반용융 상태의 필름을 공기 분사기(2)를 통한 공기를 필름 표면에 불어 넣어 일차적으로 냉각 결정화를 유도하며, 냉각롤(3), 가이드롤(4), 권취장치(6)를 통하여 고속으로 필름을 연신가공하여 플라스틱의 뽑힘성, 넥크-인, 연신공명, 파단 등을 감지장치(7)를 통하여 검출하고, 이를 컴퓨터 시스템(8)을 통하여 정량화 함으로써, 플라스틱 재료의 고속연신 가공 및 이에 따른 물성을 평가할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 살펴본 바와같이 본 발명은 플라스틱 재료의 고속필름 가공을 통한 뽑힘성, 넥크-인, 연신공명, 파단 등의 검출을 정량화하여, 제품의 구조 물성에 따른 가공성을 정확하게 평가할 수 있게 하므로, 압출코팅 성형, 블로운 성형, 캐스팅 성형, 필름 연신공정 분야의 고분자 제품의 가공성능, 제품 불량원인 규명 및 플라스틱 압출코팅 복합체의 신제품 개발 분야에 기여하는 효과가 기대된다.
Claims (4)
- 압출다이(1')가 연결된 압출기(1)와;상기 압출다이(1')로부터 토출되는 반용융 상태의 필름 상의 시료에 공기를 분사하여, 일차적인 냉각 결정화를 유도하는 공기 분사기(2)와;압출된 필름을 급냉각하고 연신하되, 롤 표면을 반거울 타입의 엠보싱 형태로 제조한 냉각롤(3)과;상기 냉각롤(3)로부터 이송되는 필름을 고속뽑힘과 신장 및 권취가 가능하도록 설계된 가이드롤(4)과;상기 가이드롤(4)로부터 이송되는 필름을 감기 위한 권취롤(5)과;상기 압출다이(1')로부터 토출되는 고온용융 상태의 필름 상의 시료를 냉각롤(3)과 가이드롤(4) 및 권취롤(5)을 거쳐 권취할 수 있도록 하는 권취장치(6)와;연신된 필름의 형태를 감지하여 자동으로 필름의 넥크-인과 뽑힘성을 관찰할 수 있도록 한 감지장치(7)와;상기 감지장치(7)로부터 신호를 받아 2차원으로 프로세싱하여 결과를 산출할 수 있는 소프트 웨어가 내장된 컴퓨터 시스템(8);으로 구성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 고속필름 가공장치.
- 제1항에 있어서,상기 냉각롤(3)과 가이드롤(4) 및 권취롤(5)로 구성된 권취 구동장치(10)는 권취 구동장치 손잡이(11)(12)에 의해 상하 및 좌우로 이동이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 플라스틱 고속필름 가공장치.
- 제1항에 있어서,냉각수 입구라인(15)과 냉각수 출구라인(16)으로 구성된 공정냉각수 라인이상기 냉각롤(3)의 중심축에 냉각장치로서 내장되며, 상기 냉각롤(3) 표면은 반거울 타입으로 연마하고, 롤 표면은 크롬, 니켈, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나가 코팅된 금속재질인 것을 특징으로 하는 플라스틱 고속필름 가공장치.
- 제1항에 있어서,압출기(1)의 압출다이(1') 직경크기, 냉각롤(3)의 직경크기, 압출다이(1')와 냉각롤(3) 간격크기는 1 : 1.5~3.0 : 0.2~1.0으로 유지되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 고속필름 가공장치.
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