KR100926298B1

KR100926298B1 - 균일한 두께의 플라스틱 시트 제조방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100926298B1
Application number: KR1020070114178A
Authority: KR
Inventors: 이관희
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 김성준
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-11-12
Also published as: KR20090048005A

Abstract

본 발명은 플라스틱 시트의 제조방법 및 그 장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 압출공정에 의한 플라스틱 시트 제조시 발생하는 두께 편차를 최소화하는 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다

본 발명에 의한 플라스틱 시트의 제조방법은, 제조된 플라스틱 시트의 두께를 측정하고, 그 측정된 데이터를 이용하여 압출기에서의 압출압력과 플라스틱 시트의 두께편차와의 관계를 산출하고, 설정된 두께편차에 따라 산출된 압출압력으로 조절하여 균일한 두께의 플라스틱 시트의 제조가 가능하게 한다.

플라스틱 시트를 제조시에 플라스틱 압출압력을 직접 조절하여 플라스틱 시트의 두께 편차를 최소화함으로써 최종 완성품의 성형성이 좋아지며, 보다 얇은 두께로 동일한 성형성을 유지할 수 있어 7% 이상의 원료 절감 효과가 있다.

플라스틱시트, 압출, 정압압출, 두께제어

Description

균일한 두께의 플라스틱 시트 제조방법 및 그 장치 {METHOD AND A APPARATUS OF UNIFORM THICKNESS PLASTIC SHEET MANUFACTURING }

본 발명은 플라스틱 시트의 제조방법 및 그 장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 압출공정에 의한 플라스틱 시트 제조시 발생하는 두께 편차를 최소화하는 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

플라스틱 시트 제조에 있어서, 두께의 균일성은 중요한 기본적 성질이다. 예를 들면, 전형적인 열가소성 수지 필름인 폴리에스테르 필름은 그 뛰어난 성질때문에 자기기록매체에 사용되는 필름, 캐패시터나 다른 전기 소자, 장치 등에 사용되는 절연재와 프린터 등과 같은 사무자동화 기계에 사용되는 재료에 적용되고 있다. 이러한 사용에 있어서 그 두께의 우수한 균일성이 요구된다.

두께의 변이가 발생하는 원인으로는, 다이로부터의 토출량의 변이, 다이와 냉각드럼 사이에서의 수지필름의 변이, 상기 냉각드럼의 회전속도의 변이 등의 여러가지 요인이 있다.

따라서 시트의 두께를 균일하게 하기 위한 여러가지 시트 제조방법이 제안되고 있다. 일본 특허 특개소55-99420호에는 용융된 수지를 냉각시키고 고체화시키는 캐스팅 드럼의 회전속도의 변이를 억제하기 위한 방법이 개시되어 있고, 일본 특허 특개소59-91121호에 정전기력에 의해 용융된 수지가 캐스팅드럼과 맞닿게 될 때, 상기 수지가 정전기력에 쉽게 적응할 수 있도록 용융된 수지를 개선시키는 방법이 개시되어 있다. 그리고 대한민국 특허공개번호 제2002-0050289호에서는 복수개의 두께조정수단을 이용한 다이를 이용해서 중합체를 압출하고, 성형해서 시트로 만드는 동시에, 그 시트의 폭방향에 있어서의 두께분포를 측정하고, 측정값 및 두께 조정수단과 두께측정위치와의 대응관계에 기초하여 상기 두께조정수단에 인가되는 조작량을 구하고, 이 조작량을 두께 조정수단에 출력해서 시트의 두께를 제어하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 특허 공개번호 제2002-0050298호에서는 시트 폭방향 두께를 전체폭에 걸쳐서 제어할 수 있는 시트의 두께제어장치 및 시트의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 다음과 같은 문제점들이 있다. 필름특성을 변경시킨것을 이용하여 원래 생산하고자 하는 플라스틱 시트의 물성이 떨어지거나, 그 생산성이 낮아 시트 생산에 적용하기 어렵다. 그리고, 시트 두께를 측정하여 시트 다이의 온도와 시트출구의 넓이를 조정하여 시트 두께 편차를 제어하는 기술들은 압출압력을 직접적으로 제어하여 시트를 제조하지 않기 때문에 두께 균일성을 확보하는 데 미약하며, 또한 상기 종래기술을 적용하는 시트 다이를 제조하는 것은 복잡하고 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 플라스틱 시트의 두께편차를 측정하여 압출압력과 두께 편차와의 상관관계를 도출하고 정압압출장치를 이용하여 두께편차가 작은 균일한 두께의 플라스틱 시트의 제조방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 플라스틱 시트의 생산과정에서 발생하는 품질 불량을 사전에 예방할 수 있는 품질검사 시스템을 구성하고자 한다.

본 발명에 의한 플라스틱 시트의 제조방법은, 플라스틱 원료를 압출기 투입구로 투입하여 압출기 실린더내에서 소정의 온도로 열을 가하여 겔 상태로 원료를 용융시키고 이송하는 단계와, 상기 이송된 플라스틱 용융물을 정압압출장치를 이용하여 일정한 압력으로 유지하는 단계와, 상기 정압압출장치에서 일정한 압력으로 유지된 용융물을 시트 다이를 통하여 소정의 두께로 압출시키는 단계와, 상기 압출된 시트를 롤에 통과시켜 냉각하면서 평탄화시키는 단계와, 상기 평탄화된 시트의 양쪽 폭방향의 두께를 측정하는 단계와, 상기 측정된 데이터를 분석하여 두께편차와 정압압출장치의 압출압력을 산출하는 단계와, 상기 산출된 압출압력을 정압압출장치의 압출압력으로 설정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

두께편차에 따른 압출압력을 산출하고 이에 따라 압출시에 일정한 압력으로 압출을 함으로써 균일한 두께의 시트를 제조하는 것이 가능하게 된다.
상기 압출압력을 산출하는 관계식은 압력 = (두께편차 × a) + b 로 이루어진다. 단, 상기 a와 b는 압력과 두께편차와의 관계에서 선형적으로 대응되는 상수로 a는 두께편차에 대한 압력변화의 기울기이고, b는 압력축에 대한 y절편값이다.

본 발명의 상기 압력산출단계에서 산출된 플라스틱 시트의 두께편차가 기준 두께편차값의 범위에서 벗어난 횟수를 측정하여 설정횟수을 넘는 경우, 시트 생산을 중단하고 수식을 다시 산출하라는 경고를 발생하는 단계를 포함한다. 본 단계는불량품 생산시 작업을 중지하여 불필요한 원료소비량을 절감시킬 수 있다.

본 발명에 대한 제조장치는, 실린더 내로 플라스틱 원료를 투입하는 원료투입장치(12)와, 상기 투입된 플라스틱원료를 용융시켜 이송하는 압출기 실린더(13)와, 상기 이송된 용융물을 시트형상으로 성형 압출하는 시트다이(16)와, 상기 압출된 시트를 냉각하면서 평탄화시키는 롤(18)로 구성된 플라스틱 시트 압출 제조장치에 있어서,

상기 압출기 실린더(13)와 시트다이(16) 사이에 플라스틱 용융물의 압력을 일정하게 조절하는 정압압출장치(14)가 설치되고, 상기 롤(18) 다음에 평탄화된 플라스틱 시트의 두께를 측정하는 두께측정센서(21, 22)가 설치되고, 상기 두께측정센서에 의해 측정된 데이터 값에 의해 두께편차에 따른 압력을 산출하는 품질검사장치(25)가 설치되고, 상기 품질검사장치에서 산출된 압력으로 정압압출장치의 압력을 조정하는 두께편차설정장치(26)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 두께편차에 따른 압출압력을 산출하는 관계식은 압력 = (두께편차 × a) + b로 이루어진다. 단, 상기 a와 b는 압력과 두께편차와의 관계에서 선형적으로 대응되는 상수로 a는 두께편차에 대한 압력변화의 기울기이고, b는 압력축에 대한 y절편값이다.

시트제조시 압출압력은 정압압출장치에 의해 균일하게 유지되며, 두께편차의 변화에 따라 두께편차설정장치에 의해 상기 품질검사장치에서 산출된 압력으로 정압압출장치의 압출압력을 변화시켜 플라스틱 시트제조시에 두께의 균일성을 확보할 수 있다.

또한 상기 품질검사장치에서 산출된 두께 편차가 기준값에서 벗어난 횟수를 측정하여 설정값보다 큰 경우, 시트 생산을 중단하고 수식을 다시 산출하라는 경고를 발생하는 불량횟수 측정장치(27)를 더 설치하여 불량품 생산시 발생하는 불필요한 원료소비량을 줄일 수 있다.

본 발명에 의하여 플라스틱 시트를 제조시에 플라스틱 압출압력을 직접 조절하여 플라스틱 시트의 두께 편차를 최소화 함으로써 최종 완성품의 성형성이 좋아지며, 보다 얇은 두께로 동일한 성형성을 유지할 수 있어 7% 이상의 원료 절감 효과가 있다.

품질검사 장치를 통하여 불량품으로 인한 제품 폐기를 최소화하여 제조시 소모되는 비용을 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 시트 제조방법의 개략도를 도3에 나타내었다. 이에 도3에 의하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 제조방법에서, 플라스틱 원료가 원료투입장치(12)를 통해 압출기에 투입된다. 압출기 실린더(13)내에서 플라스틱 원료의 용융온도에서 용융된 플라스틱이 압출기 말단으로 이송되고, 말단에 장착되어 있는 정압압출장치(14)에 이르게 된다.

정압압출장치(14)는 원료의 배출량을 조절하여 압출압력을 일정하게 유지하는 역할을 하는 장치이다. 일정한 압출압력을 유지하여 두께의 변이를 줄일 수 있다. 압출량의 편차는 1% 미만으로 제어하는 것이 바람직하다. 정압압출장치 말단에 부착되어 있는 압출압력센서(15)를 이용하여 압출압력을 정확하게 측정할 수 있다.

상기 정압압출장치(14)를 통해 일정한 압력으로 이동된 용융물을 시트다이(16)를 통해 시트로 압출되어 롤을 거쳐 냉각되면서 평탄화 되고, 그 이후에 부착되어 있는 좌, 우 두께측정센서(21, 22)에 의해 시트의 좌우 폭방향의 두께를 측정하게 된다. 좌, 우 두께측정센서(21, 22)는 시트의 두께를 1/100 이상의 정밀도로 측정하도록 하는 것이 바람직하다.

정압압출장치의 압출압력은 두께 편차 입력장치에서 입력된 값을 사용하여 다음과 같은 식으로 설정된다. a는 두께편차와 압력과의 선형적인 관계에서 기울기를 나타내며, b는 압력축의 절편을 나타낸다.

압력 = (두께편차 × a) + b (a와 b는 압력과 두께편차와의 관계에서 선형적으로 대응되는 상수)

플라스틱 시트의 두께 편차는 다음과 같은 식으로 구해진다.

두께편차 = (측정두께 - 기준두께)/기준두께

플라스틱 시트의 두께 편차와 압출압력의 상관관계는 정압압출장치의 압력을 변화시킬수 있는 최저값에서 최대값으로 변화시키면서 두께 편차값을 측정하여 구할 수 있다.

상기 압출압력과 두께편차 쌍의 값 (압력1, 두께편차1), …, (압력n, 두께편차n)을 통계적 기법을 사용하여 상기 수학식 1의 상관관계로 나타낼 수 있다.

설정하고자 하는 두께편차를 두께편차 설정장치(26)를 통하여 수식에 입력하 여 최적화된 압력을 구하고, 정압압출장치의 압력을 수식에 의해 산출된 값으로 설정하여 플라스틱 시트를 생산할 수 있다.

불량횟수 측정장치(27)는 생산되는 플라스틱 시트의 두께편차설정값의 범위를 벗어나는지를 판별하는 장치이다. 품질검사장치와 연결된 불량횟수 측정장치(27)에서 불량품의 생산 횟수를 설정하여, 그 지정 횟수보다 불량회수가 초과할 경우 시트의 생산을 정지하고 정압압출장치의 압출압력과 플라스틱 시트의 두께 편차 사이의 상관관계식을 다시 산출하라는 경고음을 발생시킬 수 있다. 경고음이 발생하게 되면 시트의 생산을 일단 정지하고, 상기 수식의 최적화 단계를 다시 수행하여 정압압출압력을 구하여 플라스틱 생산을 재개한다.

도 1은 종래 플라스틱 시트 제조방법의 개략도이다.

도 2는 도 1에 나타난 종래 플라스틱 시트 제조시 두께편차를 조절할 수 있는 시트 다이의 주요부분 확대 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 플라스틱 시트 제조방법의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 시트 2: 연신기

3: 압출기 4: 시트다이

5: 냉각롤 6: 권취기

7: 반송롤 8: 두께측정계

9: 제어수단 10: 두께조정수단

11: 간극 12: 원료투입장치

13: 압출기 실린더 14: 정압압출장치

15: 압출압력 측정센서 16: 시트다이

17: 시트 18: 롤

21: 왼쪽 두께 측정센서 22: 오른쪽 두께 측정센서

25: 품질검사장치 26: 두께편차 설정장치

27: 불량횟수 측정장치

Claims

플라스틱 원료를 압출기 투입구로 투입하여 압출기 실린더 내에서 소정의 온도로 열을 가하여 겔 상태로 원료를 용융시키고 이송하는 단계;

상기 이송된 플라스틱 용융물을 정압압출장치를 이용하여 일정한 압력으로 유지하는 단계;

상기 정압압출장치에서 일정한 압력으로 유지된 용융물을 시트 다이를 통하여 소정의 두께로 압출시키는 단계;

상기 압출된 시트를 롤에 통과시켜 냉각하면서 평탄화시키는 단계;

상기 평탄화된 시트의 양쪽 폭 방향의 두께를 측정하는 단계;

상기 측정된 데이터를 분석하여 두께편차와 정압압출장치의 압출압력을 산출하는 단계;

상기 산출된 압출압력을 정압압출장치의 압출압력으로 설정하는 단계로 이루어지되, 상기 압출압력을 산출하는 관계식은 압력 = (두께편차 × a) + b 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 시트 제조방법.

단, 상기 a와 b는 압력과 두께편차와의 관계에서 선형적으로 대응되는 상수로 a는 두께편차에 대한 압력변화의 기울기이고, b는 압력축에 대한 y절편값이다.
제1항에 있어서, 상기 압력산출단계에서 산출된 플라스틱 시트의 두께편차가 기준 두께편차값의 범위에서 벗어난 횟수를 측정하여 설정값보다 큰 경우, 시트 생산을 중단하고 수식을 다시 산출하라는 경고를 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 시트 제조방법.
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실린더 내로 플라스틱 원료를 투입하는 원료투입장치(12)와, 상기 투입된 플라스틱원료를 용융시켜 이송하는 압출기 실린더(13)와, 상기 이송된 용융물을 시트형상으로 성형 압출하는 시트다이(16)와, 상기 압출된 시트를 냉각하면서 평탄화시키는 롤(18)로 구성된 플라스틱 시트 압출 제조장치에 있어서,

상기 압출기 실린더(13)와 시트다이(16) 사이에 플라스틱 용융물의 압력을 일정하게 조절하는 정압압출장치(14)가 설치되고, 상기 롤(18) 다음에 평탄화된 플라스틱 시트의 두께를 측정하는 두께측정센서(21, 22)가 설치되고, 상기 두께측정센서에 의해 측정된 데이터 값에 의해 두께편차에 따른 압출압력을 산출하는 품질검사장치(26)가 설치되고, 상기 품질검사장치(26)에서 산출된 압출압력으로 정압압출장치(14)의 압력을 조정하는 두께편차설정장치(26)가 설치되되, 상기 두께편차에 따른 압출압력을 산출하는 관계식은 압력 = (두께편차 × a) + b로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 시트 압출 제조장치.

단, 상기 a와 b는 압력과 두께편차와의 관계에서 선형적으로 대응되는 상수로 a는 두께편차에 대한 압력변화의 기울기이고, b는 압력축에 대한 y절편값이다.
제4항에 있어서, 상기 품질검사장치에서 산출된 두께 편차가 기준값에서 벗어난 횟수를 측정하여 설정값보다 큰 경우, 시트 생산을 중단하고 수식을 다시 산출하라는 경고를 발생하는 불량횟수 측정장치(27)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 시트 압출 제조장치.
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