KR101068072B1 - Sensitivity Analysis in Polymer Film Process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분자 휠름 가공 공정의 민감도 분석 방법을 개시한다. 본 발명은 고분자 휠름 가공 공정에 대해 유도된 2차원 지배방정식을 유지하는 단계-상기 2차원 지배방정식은 공정 중 발생할 수 있는 주기적 외란이 싸인 함수로 정의되는 경계조건을 포함함-; 상기 지배방정식을 이용하여 상기 싸인 함수의 주파수를 달리하면서 휠름 두께, 폭 및 단면적 중 적어도 하나에 대한 과도해를 계산하는 단계 및 상기 계산된 과도해를 이용하여 각 주파수에서의 진폭비를 계산하여 민감도를 분석하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 2차원 지배방정식 및 주기적인 외란을 모사하는 싸인 함수의 도입을 통해 실제 공정에 적용 가능한 정확한 민감도 분석이 가능하다는 장점이 있다. The present invention discloses a method for sensitivity analysis of polymer wheel processing. The present invention maintains a two-dimensional governing equation derived for a polymer wheel processing process, the two-dimensional governing equation comprising boundary conditions defined as a function of the periodic disturbances that may occur during the process; Calculating a transient solution for at least one of wheel thickness, width, and cross-sectional area while varying the frequency of the sine function using the governing equation; and calculating the amplitude ratio at each frequency using the calculated transient solution. Analyzing. According to the present invention, there is an advantage that accurate sensitivity analysis applicable to an actual process is possible through the introduction of a two-dimensional governing equation and a sign function that simulates periodic disturbance.
고분자, 휠름 캐스팅, 민감도, 진폭비, 점탄성, 지배방정식, 싸인파 외란 Polymer, wheel casting, sensitivity, amplitude ratio, viscoelasticity, governing equation, sine wave disturbance
Description
본 발명은 고분자 휠름 가공 공정의 민감도 분석 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고분자 휠름 가공 공정, 특히 휠름 캐스팅 공정에서 발생하는 주기적 외란에 따른 제품 불균일성을 제어할 수 있도록 민감도를 분석하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing the sensitivity of the polymer wheel processing process, and more particularly, to a method for analyzing the sensitivity to control the product non-uniformity caused by the periodic disturbance generated in the polymer wheel processing process, in particular the wheel casting process. .
전형적인 신장 변형 공정 (extensional deformation process)인 휠름 캐스팅은 도 1에 나타난 바와 같이, 다이(die, 100)로부터 연속적으로 배출되는 고분자 용융체(polymer melt)를 흐름 축 방향으로 냉각롤(chill roll) 또는 권취롤(take-up roll)이 잡아당김으로써 얇은 고분자 휠름을 생산하는 공정이다. Wheel casting, a typical extensional deformation process, shows a chill roll or winding of polymer melt continuously discharged from a
권취점(take-up, 102)에서 잡아당기는 힘에 의해 휠름이 축방향으로 연신되고 그 결과 휠름 내의 분자 배향을 촉진시켜서 제품의 성질을 좋게 만들게 된다. 권취점(102)에서의 속도와 다이 출구에서의 속도의 비인 연신비(drawdown ratio, r)와 축방향 길이와 다이 폭의 비인 거리비(aspect ratio)를 조정하거나, 물질의 점탄성적 특성(데보라 수, Deborah number)에 따라 휠름 캐스팅 공정의 제품 물성 을 원하는 설계대로 제어할 수 있다. The pulling force at the take-
휠름의 단면적이나 폭이 주기적으로 변하는 연신 공명(draw resonance), 휠름의 모서리 부분의 두께가 중심 부분의 두께보다 큰 현상(edge beads)과 다이 출구에서 권취점에 이르기까지 휠름의 폭이 감소하는 현상(neck in)과 같은 휠름 캐스팅 공정의 불안정성이 발견된 이래, 많은 연구 그룹에 의해 휠름 캐스팅 공정의 불안정성에 대한 이론적, 실험적 연구가 진행되어 왔다. Draw resonance in which the cross sectional area and width of the wheel change periodically, edge thickness of the wheel is larger than the thickness of the center (edge beads), and the width of the wheel decreases from the die exit to the winding point Since the instability of the wheel casting process such as (neck in) has been discovered, many research groups have conducted theoretical and experimental studies on the instability of the wheel casting process.
그러나, 이러한 불안정성에 대한 선형 안정성, 과도해 도출이나 일차원 모델에 대한 분석 등은 진보되어 왔으나, 싸인파 외란에 대한 과도 응답(transient response) 분석을 이용한 민감도 분석은 실제 공정을 반영하는 다차원 모델에 대해서 확립되어 있는 않은 상태이다.However, the linear stability of such instability, derivation of transients and analysis of one-dimensional models have been advanced.However, sensitivity analysis using transient response analysis of sine wave disturbances is used for multi-dimensional models that reflect actual processes. It is not established.
실제 공정에 있어 고분자 용융체를 공급해주는 펌프의 맥동 현상, 권취점에서의 냉각롤 또는 권취롤과 같은 롤(roll) 속도의 일정치 않는 현상 등의 외란이 필연적으로 도입되게 되고 따라서 이에 대한 제품의 불균일성에 미치는 영향을 파악하는 것이 중요하다. In the actual process, disturbances such as pulsation of the pump supplying the polymer melt, unevenness of the roll speed such as the cooling roll or the winding roll at the winding point are inevitably introduced and thus the product non-uniformity It is important to understand the impact on your business.
일차원 모델을 사용한 분석 방법은 휠름의 두께가 폭에 따라 일정하다고 가정하였기 때문에, 실제 공정을 제대로 모사하지 못하는 단점이 있어 해석 결과도 실제 현장에 적용하기가 불가능하다. The analytical method using the one-dimensional model assumes that the thickness of the wheels is constant along the width, so that the actual process cannot be simulated properly. Therefore, the analysis results cannot be applied to the actual site.
즉, 실제 공정에서는 휠름의 두께가 폭에 따라 달라지는 것이 일반적인데, 종래의 일차원 모델에 근거한 분석 방법은 이러한 점을 무시한 상태에서 민감도를 분석하기 때문에 정확한 민감도 분석이 어려운 문제점이 있다.That is, in the actual process, it is common that the thickness of the wheels varies depending on the width. However, the conventional one-dimensional model-based analysis method has a problem in that accurate sensitivity analysis is difficult because the sensitivity is analyzed in a state where these points are ignored.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 현장 적용 가능한 이차원 모델을 사용하여 휠름 폭 방향으로 두께가 달라지는 현상도 예측하여 보다 실제 공정과 가깝게 민감도를 분석할 수 있는 고분자 휠름 가공 공정의 민감도 분석 방법을 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention is a polymer wheel processing process that can analyze the sensitivity closer to the actual process by predicting the phenomenon that the thickness varies in the direction of the wheel width using a two-dimensional model applicable in the field We propose a method for analyzing sensitivity.
본 발명의 다른 목적은 주기적 외란을 싸인 함수로 정의하여 보다 엄밀한 이론적 분석이 가능한 고분자 휠름 가공 공정의 민감도 분석 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for sensitivity analysis of a polymer wheel processing process, which allows a more rigorous theoretical analysis by defining periodic disturbances as a sign function.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 고분자 휠름 가공 공정의 민감도를 분석하는 방법으로서, (a) 상기 고분자 휠름 가공 공정에 대해 유도된 2차원 지배방정식을 유지하는 단계-상기 2차원 지배방정식은 공정 중 발생할 수 있는 주기적 외란이 싸인 함수로 정의되는 경계조건을 포함함-; (b) 상기 지배방정식을 이용하여 상기 싸인 함수의 주파수를 달리하면서 휠름 두께, 폭 및 단면적 중 적어도 하나에 대한 과도해를 계산하는 단계; 및 (c) 상기 계산된 과도해를 이용하여 각 주파수에서의 진폭비를 계산하여 민감도를 분석하는 단계를 포함하는 고분자 휠름 가공 공정의 민감도 분석 방법이 제공된다. According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, a method for analyzing the sensitivity of the polymer wheel processing process, (a) maintaining the two-dimensional governing equations induced for the polymer wheel processing process- The two-dimensional governing equations include boundary conditions defined as a function of the periodic disturbances that may occur during the process; (b) calculating a transient solution for at least one of wheel thickness, width and cross-sectional area while varying the frequency of the sine function using the governing equation; And (c) analyzing the sensitivity by calculating the amplitude ratio at each frequency using the calculated transient solution.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고분자 휠름 가공 공정의 민감도를 분석을 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으 로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서, (a) 상기 고분자 휠름 가공 공정에 대해 유도된 2차원 지배방정식을 유지하는 단계-상기 2차원 지배방정식은 공정 중 발생할 수 있는 주기적 외란이 싸인 함수로 정의되는 경계조건을 포함함-; (b) 상기 지배방정식을 이용하여 상기 싸인 함수의 주파수를 달리하면서 휠름 두께, 폭 및 단면적 중 적어도 하나에 대한 과도해를 계산하는 단계; 및 (c) 상기 계산된 과도해를 이용하여 각 주파수에서의 진폭비를 계산하는 단계를 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a program of instructions that can be executed by a digital processing apparatus for the purpose of analyzing the sensitivity of a polymer wheel processing process is tangibly implemented and can be read by a digital processing apparatus. a) maintaining a two-dimensional governing equation derived for the polymer wheel processing process, the two-dimensional governing equation comprising a boundary condition defined as a function of a periodic disturbance that may occur during the process; (b) calculating a transient solution for at least one of wheel thickness, width and cross-sectional area while varying the frequency of the sine function using the governing equation; And (c) using the calculated transient solution to calculate the amplitude ratio at each frequency.
본 발명에 따르면 휠름의 폭 방향으로 두께가 달라지는 점까지 고려하여 고분자 휠름 가공 공정의 민감도를 분석하기 때문에 분석 결과를 실제 공정에 적용할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, since the sensitivity of the polymer wheel processing process is analyzed in consideration of the point that the thickness varies in the width direction of the wheel, there is an advantage that the analysis result can be applied to the actual process.
또한, 본 발명에 따르면, 냉각롤 또는 권취롤의 속도에 싸인 함수가 도입되어 주기적 외란을 모사하기 때문에 실제 공정을 보다 정확히 반영하여 고분자 휠름 가공 공정의 정확한 민감도 분석이 가능한 장점이 있다. In addition, according to the present invention, since a function wrapped in the speed of the cooling roll or the winding roll is introduced to simulate periodic disturbance, there is an advantage that accurate sensitivity analysis of the polymer wheel processing process can be accurately reflected by reflecting the actual process more accurately.
나아가, 본 발명에 따르면 정확한 민감도 분석 결과를 다른 고분자 휠름 가공에서 발생하는 불안정성을 면밀히 분석할 때도 쉽게 응용될 수 있는 장점이 있다.Furthermore, according to the present invention, there is an advantage that can be easily applied when analyzing the instability generated in the processing of other polymer wheels precisely the result of sensitivity analysis.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 자세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that another component may exist in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate a thorough understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same means regardless of the number of the drawings.
본 발명은 고분자 휠름 가공 공정에서 주기적 외란에 발생하는 경우를 고려하여 민감도를 분석하는 것으로서, 넓은 주파수 범위에서 각 공정 조건 또는 물질의 점탄성적 특성에 따른 민감도를 분석할 수 있는 방법을 제시한다. 여기서 본 발명에 따른 과정은 미리 설정된 알고리즘에 따른 프로그램을 통해 이루어질 수 있다.The present invention analyzes the sensitivity in consideration of the occurrence of periodic disturbance in the polymer wheel processing process, and proposes a method for analyzing the sensitivity according to the viscoelastic properties of each process condition or material in a wide frequency range. Here, the process according to the present invention may be performed through a program according to a preset algorithm.
하기에서는 본 발명에 따른 민감도 분석이 고분자의 신장 변형 공정인 휠름 캐스팅 공정에서 수행되는 것을 중심으로 설명할 것이나, 이에 한정됨이 없이 롤(roll)이 사용되며 주기적 외란이 적용되는 다른 고분자 휠름 가공 공정에도 적용될 수 있다는 점을 당업자는 이해하여야 할 것이다. In the following, the sensitivity analysis according to the present invention will be described based on the process performed in the wheel casting process, which is the stretch deformation process of the polymer, but is not limited thereto. A roll is used and other polymer wheel processing processes in which periodic disturbance is applied. Those skilled in the art will appreciate that they can be applied.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휠름 캐스팅 공정의 민감도를 분석하는 과정을 도시한 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a process of analyzing a sensitivity of a wheel casting process according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 우선, 점탄성 유체특성을 고려한 지배방정식을 유도한다(단계 200).Referring to FIG. 2, first, a governing equation in consideration of viscoelastic fluid properties is derived (step 200).
본 발명에서 사용된 휠름 캐스팅 공정의 2차원 지배방정식은 다음에 제시한 바와 같다. The two-dimensional governing equations of the wheel casting process used in the present invention are as follows.
지배방정식을 유도하기 위해 결정화를 무시한 등온 조건을 가정하며, 두께 방향으로 속도와 응력 변화를 무시한다. 이러한 가정을 통해 유도된 지배방정식은 연속식(수학식 1), 운동식(수학식 2), 고분자 유체의 유변학적 거동을 모사하기 위한 구성방정식(수학식 3)을 포함한다. To derive the governing equation, an isothermal condition is assumed that ignores crystallization, and the velocity and stress changes in the thickness direction are ignored. The governing equations derived from these assumptions include continuous equations (Equation 1), kinetic equations (Equation 2), and constitutive equations (Equation 3) to simulate the rheological behavior of polymer fluids.
운동식의 경우, 고점도의 고분자에 대해 유변학적인 힘이 매우 지배적임을 가정하였고 다른 이차적인 힘들은 본 발명에서 얻고자 하는 분석 방법론에 영향을 끼치지 않는 것으로 가정된다.In the case of exercise, it is assumed that the rheological forces are very dominant for high viscosity polymers and other secondary forces do not affect the analytical methodology to be obtained in the present invention.
여기서, here,
여기서, here,
여기서, here,
그리고, 공정 변수의 과도해를 계산하기 위한 경계조건은 다음과 같이 설정된다.The boundary conditions for calculating the transient solution of the process variable are set as follows.
상기한 수학식 1 내지 4에서, e는 무차원 휠름 두께, w는 무차원 휠름 폭, v 는 무차원 휠름 속도, s 는 무차원 전체 응력 텐서, τ는 무차원 엑스트라(extra) 응력 텐서, t는 무차원 시간, D 는 무차원 변형률 텐서, De는 데보라(Deborah) 수, λ는 풀림시간, ε과 ξ는 PTT(Phan Thien-Tanner) 모델 변수, Dr은 연신비, d은 외란의 진폭, n 는 수직 벡터, 는 영점 전단 점도, 는 진동수를 각각 뜻한다. 또한, 하첨자 0은 원점, x, y는 각각 축 방향과 폭 방향을 각각 나타낸다. 또한 중심(center)에서의 경계조건은 대칭 조건을 의미한다.In
본 발명에 따르면, 수학식 4의 경계조건 (iii)에 나타난 바와 같이, 냉각롤 또는 권취롤과 같은 롤 속도(귄취 속도)를 특정 주파수를 갖는 싸인 함수로 정의하며(단계 202). 싸인 함수를 통해 공정 중에 발생할 수 있는 주기적인 외란을 수학적으로 모사한다. 본 발명에 따른 싸인 함수는 휠름 두께, 폭 및 단면적의 과도적인 변화로 응답한다. According to the present invention, as shown in the boundary condition (iii) of
여기서, 과도해는 시간에 따라 공정 변수들이 변하게 될 때 상기한 수학식 1 내지 3을 통해 도출되는 해이다. Here, the transient solution is a solution derived through the
본 발명에 따르면, 다음의 수학식 5를 통해 싸인파 외란에 대한 과도 응답(과도해)의 진폭비를 계산한다(단계 204).According to the present invention, the amplitude ratio of the transient response (transient solution) to the sine wave disturbance is calculated through
여기서, e max 는 휠름 두께, 폭 또는 단면적의 최대값, e min 은 최소값을 의미한다.Here, e max means the maximum value of the wheel thickness, width or cross-sectional area, and e min means the minimum value.
도 3은 휠름 캐스팅 공정에서 싸인파 외란에 대한 권취점에서의 휠름 단면적(take-up area)의 변화를 도시한 도면으로서, 도 3(a) 내지 도 3(c)는 싸인파 외란의 주파수를 높여가면서 계산한 휠름 단면적의 진폭비 변화를 도시한 결과이다. 3 is a view showing a change in the wheel take-up area at the winding point for the sine wave disturbance in the wheel casting process, and FIGS. 3 (a) to 3 (c) show the frequency of the sine wave disturbance. This is a result showing the change in amplitude ratio of the wheel cross-sectional area calculated as it increases.
본 발명에 따르면, 단계 204는 도 4에 도시된 바와 같이, 넓은 범위의 주파수 영역에 대하여 수행될 수 있다. According to the present invention, step 204 may be performed over a wide range of frequency domains, as shown in FIG.
이후, 각 주파수에서의 진폭비를 통해 휠름 캐스팅 공정의 민감도를 분석한다(단계 206).The sensitivity of the wheel casting process is then analyzed via the amplitude ratio at each frequency (step 206).
도 3 내지 도 4는 싸인파 외란에 대한 권취점에서의 휠름 단면적 변화를 도시한 것이나, 본 발명에 따르면, 권취점에서의 휠름의 중심 두께(center thickness)와 모서리 두께(edge thickness), 휠름 폭(width)의 진폭비가 각 주파수의 싸인파 외란에 대해 계산될 수 있다. 3 to 4 show the change in the cross-sectional area of the wheel at the winding point for the sine wave disturbance, but according to the present invention, the center thickness, edge thickness, and width of the wheel at the winding point are shown. The amplitude ratio of (width) can be calculated for the sine wave disturbance of each frequency.
도 5는 점탄성 유체(Phan-Thien and Tanner: PTT 모델)를 도입한 시스템의 민감도를 나타낸 것으로서, 도 5(a)는 LDPE(Low Density PolyEthylene)과 같은 extension thickening(신장 점도 상승) 유체에 대한 싸인파 외란에서의 휠름의 중심 두께(center thickness), 모서리 두께(edge thickness), 휠름 폭(width)의 진폭비를 도시한 도면이다. FIG. 5 shows the sensitivity of a system in which a viscoelastic fluid (Phan-Thien and Tanner (PTT model)) is introduced, and FIG. 5 (a) is a sign for an extension thickening fluid such as LDPE (Low Density PolyEthylene). It is a figure which shows the amplitude ratio of the center thickness, edge thickness, and wheel width of a wheel in a wave disturbance.
한편, 도 5(b)는 HDPE(High Density PolyEthylene)과 같은 extension thinning(신장 점도 하강) 유체에 대한 싸인파 외란에서의 휠름의 중심 두께(center thickness), 모서리 두께(edge thickness), 휠름 폭(width)의 진폭비를 도시한 도면이다. Meanwhile, FIG. 5 (b) shows the center thickness, edge thickness, and wheel width of wheels in sine wave disturbances for extension thinning fluids such as HDPE (High Density PolyEthylene). It is a figure which shows the amplitude ratio of width.
도 5(a) 내지 도 5(b)를 참조하면, 유체의 물성에 관계없이 넓은 범위의 주파수 영역에서 휠름의 중심 부분의 두께가 모서리 부분이나, 휠름 폭의 변화보다 민감도가 크다는 점을 확인할 수 있다. 5 (a) to 5 (b), it can be seen that the thickness of the center portion of the wheel is more sensitive than the change of the corner portion or the width of the wheel in the wide frequency range regardless of the physical properties of the fluid. have.
한편, 본 발명에 따르면 싸인파 외란의 주파수 변화뿐만 아니라, 공정 조건 및 물질 변수의 변화에 따른 민감도 분석이 수행된다(단계 208).Meanwhile, according to the present invention, the sensitivity analysis according to the change of the process conditions and the material variables as well as the frequency change of the sine wave disturbance is performed (step 208).
여기서, 공정 조건은 연신비(D r ) 또는 거리비(A r )를 포함할 수 있으며, 물질 변수는 물질의 점탄성적 특성을 나타내는 데보라 수(De)일 수 있다. Herein, the process conditions may include an elongation ratio D r or a distance ratio A r , and the material variable may be a Deborah number De representing the viscoelastic properties of the material.
도 6은 점탄성 유체를 도입한 시스템에서 공정 조건에 따른 민감도를 도시한 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating sensitivity according to process conditions in a system incorporating a viscoelastic fluid.
도 6(a)는 연신비에 따른 권취점에서의 휠름 단면적 변화를 나타낸 도면으로서, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 연신비가 커짐에 따라 휠름 단면적의 진폭비가 크게 변화하며, 이를 통해 연신비가 커짐에 따라 휠름 캐스팅 공정의 민감도가 커지는 점을 확인할 수 있다. Figure 6 (a) is a view showing the change in the cross-sectional area of the wheel at the winding point according to the draw ratio, as shown in Figure 6 (a), as the draw ratio increases, the amplitude ratio of the wheel cross-sectional area is greatly changed, through which the draw ratio As it increases, the sensitivity of the wheel casting process increases.
한편, 도 6(b)는 거리비에 따른 권취점에서의 휠름 단면적 변화를 나타낸 도면으로서, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 거리비가 작아짐에 따라 휠름 단면적의 진폭비가 작게 변화하며, 이를 통해 거리비가 작아짐에 따라 휠름 캐스팅 공정의 민 감도가 커지는 결과를 확인할 수 있다. On the other hand, Figure 6 (b) is a diagram showing the change in the cross-sectional area of the wheel at the winding point according to the distance ratio, as shown in Figure 6 (b), the amplitude ratio of the wheel cross-sectional area changes as the distance ratio is smaller, this As a result, as the distance ratio decreases, the sensitivity of the wheel casting process increases.
도 7은 점탄성 유체(extension thinning 유체)가 도입된 시스템에서 데보라 수(Deborah number)가 민감도에 미치는 영향을 나타낸 것이다. FIG. 7 shows the effect of Deborah number on sensitivity in a system in which an extension thinning fluid is introduced.
여기서, 도 7 (a)는 HDPE 유체의 데보라 수에 따른 휠름 모서리 부분 두께에 대한 진폭비, 도 7(b)는 데보라 수에 따른 휠름 중심 부분 두께의 진폭비, 도 7(c)는 데보라 수에 따른 휠름 두께 방향의 넓이, 즉 단면적의 진폭비를 도시한 도면이다. Here, Figure 7 (a) is the amplitude ratio to the thickness of the wheel edge portion according to the Deborah number of HDPE fluid, Figure 7 (b) is the amplitude ratio of the thickness of the wheel center portion according to the Deborah number, Figure 7 (c) is according to the Deborah number It is a figure which shows the width | variety of a wheel thickness direction, ie, the amplitude ratio of a cross-sectional area.
도 7(a) 내지 도 7(c)에 도시된 바와 같이, HDPE와 같은 extension thinning 유체의 경우, 데보라 수 증가, 즉 점탄성적 성질이 증가함에 따라 공정의 민감도가 커진다는 점을 확인할 수 있다. As shown in Figure 7 (a) to 7 (c), it can be seen that in the case of extension thinning fluid such as HDPE, the sensitivity of the process increases as the number of Deborah increases, that is, the viscoelastic properties increase.
상기한 도 6 내지 도 7의 결과를 통해 HDPE를 이용한 휠름 캐스팅 공정에서는 공정의 민감도를 낮추기 위해 공정에서 연신비를 작게, 거리비를 크게 설정하고, 점탄성적 성질을 감소시키기 위해 다이에서의 압출 속도를 감소시키거나 소정의 첨가제를 첨가하여 휠름 캐스팅 공정을 수행하는 것이 바람직하다는 점이 확인된다. In the wheel casting process using HDPE, the draw ratio in the process is set to be small in order to reduce the sensitivity of the process, the distance ratio is set high, and the extrusion speed in the die is reduced in order to reduce the viscoelastic properties. It is found that it is desirable to carry out the wheel casting process by reducing or adding the desired additives.
한편, 도 8은 점탄성 유체(extension thickening 유체)가 도입된 시스템에서 데보라 수(Deborah number)가 민감도에 미치는 영향을 나타낸 것이다. Meanwhile, FIG. 8 illustrates the effect of Deborah number on sensitivity in a system in which an extension thickening fluid is introduced.
여기서, 도 8(a)는 LDPE 유체의 데보라 수에 따른 휠름 모서리 부분 두께에 대한 진폭비, 도 8(b)는 데보라 수에 따른 휠름 중심 부분 두께의 진폭비, 도 8(c)는 데보라 수에 따른 휠름 두께 방향의 넓이, 즉 단면적의 진폭비를 도시한 도면이 다.Here, Figure 8 (a) is the amplitude ratio of the thickness of the wheel edge portion according to the Deborah number of LDPE fluid, Figure 8 (b) is the amplitude ratio of the thickness of the center portion of the wheel according to the Deborah number, Figure 8 (c) according to the Deborah number It is a figure which shows the width of the wheel thickness direction, ie, the amplitude ratio of a cross-sectional area.
도 8(a) 내지 도 8(c)에 도시된 바와 같이, LDPE와 같은 extension thicking 유체의 경우, 데보라 수 증가, 즉 점탄성적 성질이 증가함에 따라 공정의 민감도가 작아진다는 점을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 8 (a) to 8 (c), in the case of an extension thicking fluid such as LDPE, the sensitivity of the process decreases as the number of Deborah increases, that is, the viscoelastic properties increase. .
상기한 도 6 및 도 8의 결과를 통해 LDPE를 이용한 휠름 캐스팅 공정에서는 공정의 민감도를 낮추기 위해 공정에서 연신비를 작게, 거리비를 크게 설정하고, 점탄성적 성질을 증가시키기 위해 다이에서의 압출 속도를 증가시켜 휠름 캐스팅 공정을 수행하는 것이 바람직하다는 점이 확인된다. 6 and 8, in the wheel casting process using LDPE, in order to reduce the sensitivity of the process, the draw ratio in the process is small, the distance ratio is set high, and the extrusion speed in the die is increased to increase the viscoelastic properties. It is found that it is desirable to increase the wheel casting process.
본 발명에 따르면, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 휠름 캐스팅 공정의 민감도가 양분된 성질(dichotomous behavior)을 가질 수 있으며 어떠한 종류의 유체를 공정에 사용하느냐에 따라 공정의 민감도에 정반대의 영향을 나타낼 수 있다는 점을 확인할 수 있다. According to the present invention, as shown in Figs. 6 to 8, the sensitivity of the wheel casting process may have a dichotomous behavior and the opposite effect on the sensitivity of the process depending on what kind of fluid is used in the process. We can see that
이를 통해 민감도를 최소화할 수 있는 공정 조건 및 물질 변수를 도출할 수 있다. This can lead to process conditions and material variables that can minimize sensitivity.
본 발명을 이용하면, 첫째로 싸인 함수를 이용하여 외란을 모사함으로써 실제 공정에서 각 공정 조건이나 물질 변수가 미치는 영향을 이론적으로 분석할 수 있고, 둘째로 도 7 및 도 8의 결과와 같이 물질에 따라 민감도에 미치는 정반대의 영향을 예측할 수 있으며, 셋째로 기존의 일차원 모델의 분석 방법으로는 판별할 수 없었던 휠름 폭 방향으로 두께 차이의 민감도를 구별할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, first, the influence of each process condition or material variable in the actual process can be theoretically analyzed by simulating disturbance by using the sine function, and secondly, as shown in the results of FIGS. 7 and 8. Therefore, the opposite effect on the sensitivity can be predicted. Third, the sensitivity of the thickness difference can be distinguished in the direction of the wheel width, which cannot be determined by the conventional one-dimensional model analysis method.
한편, 상기에서는 민감도 분석을 휠름 캐스팅 공정에 대해서만 설명하였으 나, 본 발명에 따른 민감도 분석은 싸인파 외란이 적용되는 고분자 휠름 가공 공정에 일반적으로 적용될 수 있을 것이다. On the other hand, in the above described the sensitivity analysis only for the wheel casting process, the sensitivity analysis according to the present invention will be generally applicable to the polymer wheel processing process is applied to the sine wave disturbance.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.
도 1은 일반적인 휠름 캐스팅 공정의 모식도. 1 is a schematic diagram of a typical wheel casting process.
도 2는 본 발명에 따른 고분자 휠름 가공 공정의 민감도 분석 과정의 순서도. Figure 2 is a flow chart of the sensitivity analysis process of the polymer wheel processing process according to the present invention.
도 3은 휠름 캐스팅 공정에서 싸인파 외란에 대한 권취점에서의 휠름 단면적(take-up area)의 변화를 도시한 도면.3 shows a change in the wheel take-up area at the winding point for sine wave disturbance in the wheel casting process.
도 4는 싸인파 외란의 주파수를 넓은 영역에 걸쳐서 도입하고, 그 진폭비를 구한 결과를 도시한 도면. Fig. 4 is a diagram showing the results of introducing the frequency of the sine wave disturbance over a wide range and calculating the amplitude ratio.
도 5는 점탄성 유체(Phan-Thien and Tanner: PTT 모델)를 도입한 시스템의 민감도를 나타낸 도면.5 shows the sensitivity of a system incorporating a viscoelastic fluid (Phan-Thien and Tanner (PTT model)).
도 6은 점탄성 유체를 도입한 시스템에서 공정 조건에 따른 민감도를 도시한 도면.FIG. 6 shows the sensitivity to process conditions in a system incorporating a viscoelastic fluid.
도 7은 점탄성 유체(extension thinning 유체)가 도입된 시스템에서 데보라 수(Deborah number)가 민감도에 미치는 영향을 나타낸 도면. FIG. 7 shows the effect of Deborah number on sensitivity in a system in which an extension thinning fluid is introduced. FIG.
도 8은 점탄성 유체(extension thickening 유체)가 도입된 시스템에서 데보라 수(Deborah number)가 민감도에 미치는 영향을 나타낸 도면.FIG. 8 shows the effect of Deborah number on sensitivity in a system in which an extension thickening fluid is introduced. FIG.
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KR20010061650A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-07 | 이구택 | Method for estimating crystallinity of a polymer film by computer simulation |
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논문1:J.Rheol. |
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