KR101879897B1 - 텐터 오븐 및 연신 필름의 제조 방법 - Google Patents

텐터 오븐 및 연신 필름의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열가소성 수지 필름을 그의 폭 방향으로 연신하기 위한 텐터 오븐에 있어서, 내부에 설치된, 가온된 에어를 필름 통과면을 따라 주행하는 필름에 분사하는 에어 분사 노즐이 그 에어 분출면에 형성된 에어 분출 개구가 슬릿으로 형성되고, 상기 에어 분출면과 상기 필름 통과면 사이의 거리(L)와 상기 슬릿의 슬릿 폭(B)이 식: (L/B)≤10의 관계를 만족시키며, 상기 거리(L)가 150mm 이하인 근접 노즐인 텐터 오븐에 관한 것이다.

Description

텐터 오븐 및 연신 필름의 제조 방법{TENTER OVEN AND MANUFACTURING METHOD FOR STRETCHED FILM}
본 발명은 열가소성 수지를 포함하는 연신 필름의 제조에 적합한 텐터 오븐(tenter oven), 및 이 텐터 오븐을 이용한 열가소성 수지를 포함하는 연신 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
열가소성 수지를 포함하는 연신 필름의 제조 방법으로서, 열가소성 수지를 포함하는 미연신 필름을 그의 길이 방향으로 연신함으로써 일축 연신 필름을 얻은 후, 얻어진 일축 연신 필름을 텐터 오븐에 도입하여 그 안에서 그의 폭 방향으로 연신하는 축차 이축 연신법이나, 열가소성 수지를 포함하는 미연신 필름을 텐터 오븐에 도입하여 그 안에서 그의 길이 방향 및 그의 폭 방향으로 동시에 연신하는 동시 이축 연신법이 알려져 있다.
열가소성 수지를 포함하는 연신 필름은 포장 용도를 비롯하여 각종 공업 재료 용도 등에 널리 이용되고 있다. 그 중에서도 폴리에스테르, 폴리올레핀이나 폴리아미드 수지의 축차 이축 연신 필름은, 그의 우수한 기계적 특성, 열적 특성, 전기적 특성 등에 의해, 미연신 필름으로는 사용에 견딜 수 없는 용도에 널리 사용되어 수요량도 증가하고 있다.
그러나, 열가소성 수지를 포함하는 연신 필름을 제조하기 위한 텐터 오븐의 문제점으로서, 필름이 주행할 때의 수반 기류나, 텐터 오븐 내에 공급되는 가온된 에어의 급기량과 텐터 오븐 내에서 배출되는 에어 배기량의 불균형 등에 기인하여, 텐터 오븐을 구성하는 각각의 방에서 에어의 순환이 완결되지 않아, 설정 온도가 상이한 에어가 인접하는 방으로 유입되거나 텐터 오븐 밖의 외기가 오븐 내로 유입되는 현상이 있다. 모두 방의 경계를 가로질러 필름의 주행 방향으로 에어가 흐르는 현상이며, 이러한 에어 흐름은 MD(기계 방향; Machine Direction의 약칭)류라고 불리고 있다.
MD류가 발생하면, 실외로부터 유입된 상이한 온도의 에어가 필름의 근방을 흐르면서, 실내의 에어 분사 노즐로부터 분출되는 가열 에어와 혼합되기 때문에 필름에 큰 온도 불균일이 발생한다. 필름 폭 방향의 온도 불균일은 필름의 두께 불균일 및 특성 불균일의 원인도 되어, 제품의 품질을 저하시킬 뿐만 아니라 텐터 오븐 내에서 필름 찢어짐을 일으키고, 생산성을 저하시키는 경우도 있다.
MD류에 의해 실내에 상이한 온도의 에어가 혼입되면, 예를 들어 방의 순환 에어의 설정 온도보다 낮은 온도의 에어가 순환 에어에 혼입되면, 순환 에어를 그 방의 설정 온도까지 재가열시키는 데 필요한 열교환기의 소비 증기량이 증가하여 에너지 효율이 저하된다. 수반 기류나 급배기의 불균형이 계기가 되어 분사 에어의 필름면으로 향하는 직진성이 상실되고, 분사 에어가 필름의 주행 방향으로 흐르기 쉬워진다. 이 상태가 형성되면 MD류가 증가하고, 분사 노즐 본래의 가열 성능을 기대할 수 없게 된다. 이 상태에 있어서 가열 성능을 유지시키기 위해서는, 필름의 연신 등에 필요한 온도까지 필름을 가열시키기 위한 분사 에어의 풍량을 증가시켜야만 하고, 그 결과 열교환기의 소비 전력량이 증가한다.
상기 문제의 해소를 목적으로 하여, 분사 에어의 풍량을 필름의 중앙부에 비하여 필름의 단부쪽에 많게 하여 필름의 폭 방향의 온도 불균일을 저감시키는 방법(특허문헌 1)이나, 온도 센서가 검출한 온도에 기초하여 열교환기를 제어하여, 필름의 폭 방향의 가열을 균일하게 하여 필름의 폭 방향의 온도 불균일의 저감을 행하는 방법(특허문헌 2 또는 특허문헌 3)이 알려져 있다.
MD류의 영향을 받기 어려운 에어 분사 노즐로서, 에어 분사 노즐의 에어 분출면에 형성된 에어를 분출하는 에어 분출 개구의 패턴을 다수의 둥근 구멍으로 함으로써, 에어 분출면으로부터 분출되는 에어를 이산화시켜 MD류의 영향을 받기 어렵게 한 다공판 유형의 노즐이 알려져 있다(특허문헌 4).
평탄부와, 이에 이어 형성된 경사부를 가진 노즐로부터 시트면에 평행류의 에어를 흘려, 시트의 요동을 억제하는 방법이 있다. 이에 의해, 시트와 노즐 사이의 갭을 좁힐 수 있어, 열 처리실의 입출구의 열의 출입을 억제하는 효과가 있는 것이 알려져 있다(특허문헌 5).
에어 분출구의 패턴을 다수의 둥근 구멍으로 하고, 다수의 둥근 구멍이 제1열과 제2열의 각 열에 있어서 간격(Py)을 두고 배열되며, 제1열에 있어서의 에어 분출 구멍의 배열과 제2열에 있어서의 에어 분출 구멍의 배열이 지그재그 배열이며, 제1열과 제2열은 간격(Px)을 두고 위치하며, 에어 분출면과 시트의 주행면은 거리(L)를 두고 대향하고, 에어 분출면에 있어서의 에어 분출 구멍은 직경(D)을 갖고, 식 (1): 6≤(L/D)/(Px/Py)≤9 및 식 (2): 4≤L/D≤8을 만족시키는 구멍 패턴을 채택함으로써, 필름의 폭 방향의 전열 효율의 불균일을 균일하게 하는 것이 알려져 있다(특허문헌 6).
JP05-096619A JP10-249933A JP2002-018970A JP2009-255511A JP2005-008407A WO2008-114586A1
그러나, 특허문헌 1 내지 3에 기재된 발명은 각각의 방 내에서 에어의 순환이 완결되어 있는 경우에는 효과를 발휘하지만, 임의의 방에 그 방의 설정 온도와는 상이한 설정 온도의 인접한 방의 순환 에어의 일부가 유입됨으로써 발생하는 온도 불균일이나, 텐터 오븐 내에 외기가 유입됨으로써 발생하는 온도 불균일에 대해서는 온도 균일화 효과가 얻어지지 않는다.
특허문헌 4에 기재된 발명은, 분사 노즐로서 다공판 유형의 노즐을 채택할 때 구멍의 배열에 기인하는 온도 불균일이 발생하기 쉽고, 에어 분출구의 패턴, 즉 구멍 직경, 필름의 주행 방향의 구멍 피치, 필름 폭 방향의 구멍 피치, 열의 수 등을 최적화하여야만 한다. 따라서, 에어 노즐의 에어 분출구의 패턴의 설계부터 생산으로 적용하기까지 많은 비용, 시간을 필요로 한다.
특허문헌 5에 기재된 발명은 필름을 안정 주행시키는 것을 주된 목적으로 하고 있고, 필름을 가열, 냉각 또는 건조시키는 기능을 목적으로 한 것이 아니다. 즉, 텐터 오븐 중에서 필름 가열용 노즐(또는 냉각, 건조용 노즐)의 능력을 충분히 확보하기 위해서 보조 수단으로서 이용하는 것으로, 특허문헌 5에 기재된 노즐 그 자체에 의한 MD류의 저감 효과는 작다.
또한, 특허문헌 5에 기재된 노즐을, 필름 통과면의 상면측에서 필름 통과면에 대향시키고, 또한 필름 통과면의 하면측에서 필름 통과면에 대향시켜 설치한 경우, 노즐에 의해 발생하는 코안다 효과, 즉 에어의 분사압과 흡인력에 의해 필름을 안정 주행시키는 효과가 필름 통과면의 상측과 하측에서 간섭하기 쉬워져서 필름의 요동을 억제한다는 특허문헌 5에 기재된 발명의 효과는 얻어지지 않는다. 따라서, 특허문헌 5에서는 그에 기재된 노즐을 필름 통과면의 한쪽측에만 설치하는 것으로 하고 있다.
특허문헌 6에 기재된 발명은, 특허문헌 4에 기재된 발명과 마찬가지로 분출 에어에 대하여 텐터 오븐 내를 흐르는 MD류의 영향을 받기 어렵게 하는 효과는 있지만, MD류를 근본적으로 차단하는 효과는 없다. 그로 인해, MD류에 기인하여 필름의 폭 방향의 물성 불균일이 발생할 우려나 텐터 오븐의 소비 에너지가 증가할 우려가 있다.
본 발명의 과제는, 텐터 오븐 내에 발생하는 MD류를 억제함으로써, 필름의 온도 불균일을 저감시키고, 필름의 폭 방향의 특성 및 두께가 균일한 열가소성 수지를 포함하는 연신 필름의 제조를 가능하게 함과 동시에, 필름을 소정 온도까지 가열시키고, 그 온도를 유지하는 데 필요한 소비 에너지의 삭감을 가능하게 하는 텐터 오븐을 제공하는 데 있다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 발명자는 에어 분사 노즐의 에어 분출면부터 필름 통과면까지의 거리에 착안하여 MD류의 발생을 억제할 수 있는 텐터 오븐의 구성을 발견하였다.
본 발명의 텐터 오븐은 다음과 같다.
한 끝에 열가소성 수지 필름을 포함하는 주행 필름의 입구를, 다른 끝에 상기 주행 필름의 출구를 갖고, 상기 입구부터 상기 출구에 걸쳐 형성되는 상기 주행 필름의 필름 통과면의 상면과 하면에 대향하여 상기 주행 필름에 가온된 에어를 분사하는 복수개의 에어 분사 노즐이 설치되고, 상기 에어 분사 노즐의 상기 필름 통과면에 대향하는 에어 분출면에 상기 가온된 에어를 분출하는 에어 분출 개구가 형성되어 있고, 상기 입구와 출구 사이에 상기 주행 필름을 그의 폭 방향으로 연신하는 연신 대역을 갖는 텐터 오븐에 있어서, 상기 복수개의 에어 분사 노즐 중 적어도 1개의 에어 분사 노즐이, 상기 에어 분출면에 형성된 상기 에어 분출 개구가 상기 주행 필름의 폭 방향으로 연장되는 슬릿에서 형성되고, 상기 에어 분출면과 상기 필름 통과면 사이의 거리(L)와 상기 슬릿의 상기 주행 필름의 주행 방향에 있어서의 슬릿 폭(B)이 식: (L/B)≤10의 관계를 만족시키며, 상기 거리(L)가 150mm 이하인 근접 노즐인, 텐터 오븐.
본 발명의 텐터 오븐에 있어서, 복수개의 상기 근접 노즐 중 적어도 1개가 상기 필름 통과면의 상면에 대향하여 설치되며, 다른 적어도 1개가 상기 필름 통과면의 하면에 대향하여 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 텐터 오븐에 있어서, 상기 필름 통과면의 상면에 대향하여 설치된 상기 근접 노즐과 상기 필름 통과면의 하면에 대향하여 설치된 상기 근접 노즐 중 적어도 1조(組)에 있어서, 각각의 상기 에어 분출면이 상기 필름 통과면을 개재하여 서로 대향하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 텐터 오븐에 있어서, 상기 근접 노즐의 상기 슬릿으로부터 상기 필름 통과면을 향하여 분출되는 에어의 흐름 방향의 상기 필름 통과면과 이루는 에어 분사 각도가 85 내지 95도인 것이 바람직하다.
본 발명의 텐터 오븐에 있어서, 상기 연신 대역의 상기 입구측에 상기 주행 필름을 예열하는 예열 대역이 설치되고, 상기 예열 대역의 적어도 일부에 상기 근접 노즐이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 텐터 오븐에 있어서, 상기 근접 노즐 중 적어도 1개가 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 그 내부에 공급원으로부터 공급되는 상기 가온된 에어의 유로를 가짐과 동시에, 그 일면에 상기 에어 분출면을 가지며, 상기 하우징이 고정 하우징과, 상기 고정 하우징의 양 단부에 상기 고정 하우징에 대하여 상기 주행 필름의 폭 방향으로 이동 가능한 가동 하우징을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 텐터 오븐에 있어서, 상기 텐터 오븐 내에 상기 주행 필름의 양 단부를 파지(把持)하는 다수의 클립을 상기 입구부터 상기 출구를 향하여 이동시키는 좌우의 클립 이동 장치, 상기 좌우의 클립 이동 장치를 안내하며, 상기 주행 필름의 폭 방향으로 간격 변경이 가능하도록 설치된 좌우의 레일과 상기 좌우의 레일을 덮는 좌우의 레일 커버를 갖고, 상기 각각의 가동 하우징이 각각에 가까운 측의 레일 커버에 연결 부재를 개재하여 상기 좌우의 레일 커버에 각각 연결되고, 상기 각각의 연결 부재에 의해 상기 좌우 레일의 간격 변경에 따라 상기 가동 하우징이 상기 주행 필름의 폭 방향으로 이동 가능하도록 되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 레일 커버란 레일을 둘러싸도록 설치되며, 레일과 일체로 폭 방향으로 이동하는 부재의 총칭이다.
본 발명의 텐터 오븐에 있어서, 상기 근접 노즐 중 적어도 1개가 상기 슬릿의 편측 또는 양측을 따라 설치된 상기 주행 필름의 상기 근접 노즐의 선단에 대한 접촉을 방지하는 보호 커버를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 연신 필름의 제조 방법은 다음과 같다.
열가소성 수지를 포함하는 미연신 필름 또는 일축 연신 필름이 주행 필름으로서 상기 본 발명의 텐터 오븐 중 어느 하나의 텐터 오븐의 상기 입구부터 상기 텐터 오븐 내에 도입되고, 상기 텐터 오븐 내에서 상기 슬릿 노즐로부터 분사되는 상기 가온된 에어에 의해 가열 처리되고, 그 동안에 상기 주행 필름이 그의 폭 방향으로 연신된 후, 상기 출구로부터 도출되어 이루어지는 연신 필름의 제조 방법.
본 발명의 텐터 오븐에 제공되는 열가소성 수지 필름을 형성하는 열가소성 수지로서는 예를 들어 다음의 것이 있다.
즉, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 등의 폴리올레핀 수지, 나일론6, 나일론 66 등의 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 폴리메틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-p-옥시벤조에이트, 폴리-1,4-시클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트, 및 공중합 성분으로서, 예를 들어 디에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 폴리알킬렌글리콜 등의 디올 성분이나, 아디프산, 세바스산, 프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산 등의 디카르복실산 성분 등을 공중합시킨 폴리에스테르 등의 폴리에스테르 수지, 그 외 폴리아세탈 수지, 폴리페닐렌술피드 수지가 있다.
특히, 본 발명의 보다 높은 효과를 얻기 위해서는 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지를 포함하는 필름이 바람직하다. 그 중에서도 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 수지나 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 포함하는 필름이 바람직하고, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 포함하는 필름은 저렴하기 때문에, 매우 다방면에 걸친 용도로 이용되어 본 발명의 적용 효과가 높다. 이들 열가소성 수지는 단독 수지일 수도 있고, 공중합 또는 블렌드일 수도 있다.
열가소성 수지 필름은 상술한 열가소성 수지와 함께 공지된 각종 첨가제, 예를 들어 산화 방지제, 대전 방지제, 결정핵제, 무기 입자, 감점제(減粘劑), 열 안정제, 윤활제를 함유하고 있을 수도 있다.
본 발명의 텐터 오븐에 의하면, 텐터 오븐 내의 MD류의 발생을 억제함으로써 분사 에어의 온도의 균일성을 확보할 수 있기 때문에, 텐터 오븐 내에서 발생하는 필름의 폭 방향의 온도 불균일이 저감되고, 필름의 특성 및 두께가 균일한 열가소성 수지를 포함하는 연신 필름을 제조하는 것이 가능해지고, 제품의 품질 향상과 텐터 오븐 내에서의 필름의 찢어짐이 저감됨으로써 제품의 생산성 향상이 가능해진다.
또한, 본 발명에 의해 순환 에어의 온도를 방의 설정 온도에 가까운 온도로 유지할 수 있기 때문에, 에어를 재가열할 때에 필요한 열교환기의 소비 증기량을 삭감시킬 수 있다. 또한, 에어 분사 노즐의 가열 효율이 더욱 향상됨으로써, 열교환기의 풍량을 삭감시킬 수 있고, 소비 전력량도 삭감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 텐터 오븐의 일 형태의 종단면 개략도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 A1-A1 화살표 방향의 평면 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 텐터 오븐의 에어 분사 노즐로서 이용되는 근접 노즐의 에어 분출면에 있어서 슬릿으로부터 필름 통과면을 향하여 분출되는 에어의 흐름 방향을 설명하는 근접 노즐의 길이 방향에 있어서의 종단면 개략도이다.
도 3b는 근접 노즐의 슬릿으로부터 필름 통과면을 향하여 분출되는 에어의 흐름 방향의 필름 통과면과 이루는 에어 분사 각도를 설명하는 도 3a에 나타내는 A2-A2 화살표 방향의 근접 노즐의 횡단면 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 텐터 오븐의 에어 분사 노즐로서 이용되는 근접 노즐의 일례의 횡단면 개략도이다.
도 4b는 도 4a에 도시한 근접 노즐의 에어 분출 개구부(T)의 확대 횡단면 개략도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 B1-B1 화살표 방향의 횡단면 개략도이다.
도 6은 고정 하우징과 가동 하우징을 포함하는 근접 노즐이 이용된 경우의 도 1에 나타내는 B1-B1 화살표 방향의 횡단면 개략도이다.
도 7은 내부에 필름의 처리 조건이 상이한 복수개의 대역을 갖는 본 발명의 텐터 오븐의 일 형태의 종단면 개략도이다.
도 8은 본 발명의 텐터 오븐을 구성하는 방을 모델화한 모델 테스트기의 모식 측면 개략도이다.
도 9는 도 8의 모델 테스트기에서 모의적으로 수반 기류를 발생시키고, MD류의 크기를 평가하는 방법을 설명하는 모식 측면 개략도이다.
도 10은 MD류의 풍속 측정 개소를 설명하는 도 9에 나타내는 C1-C1 화살표 방향의 모식 정면 개략도이다.
도 11a는 에어 분사 노즐로서 주행 필름의 폭 방향의 길이가 가변 가능한 근접 노즐이 본 발명의 텐터 오븐의 전체 대역에 설치된 경우의 도 7에 나타내는 D1-D1 화살표 방향의 평면 개략도이다.
도 11b는 도 11a에 도시한 근접 노즐의 단부와 레일 커버의 연결부의 확대 평면 개략도이다.
도 12는 본 발명의 텐터 오븐의 에어 분사 노즐로서 이용되는 주행 필름의 폭 방향의 노즐 길이가 가변 가능한 근접 노즐의 일례의 한쪽 단부와 거의 중앙부간 부분의 평면 개략도이다.
도 13은 종래의 텐터 오븐의 에어 분사 노즐로서 이용되는 다공판 유형의 분사 노즐에 있어서, 주행 필름의 폭 방향의 노즐 길이를 가변 가능하게 한 경우의 다공판 유형의 분사 노즐의 한쪽 단부와 거의 중앙부간 부분의 평면 개략도이다.
도 14a는 본 발명의 텐터 오븐의 에어 분사 노즐로서 이용되는 주행 필름의 폭 방향의 노즐 길이가 가변 가능한 근접 노즐의 에어 분출 개구(슬릿)의 근방에, 근접 노즐의 선단부에 대한 주행 필름의 걸림을 방지하기 위한 보호 커버를 설치한 경우의 근접 노즐의 일례의 필름의 주행 방향에 있어서의 종단면 개략도이다.
도 14b는 도 14a에 도시한 근접 노즐의 평면 개략도이다.
본 발명의 텐터 오븐의 몇 가지 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 텐터 오븐의 일 형태의 종단면 개략도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 A1-A1 화살표 방향의 평면 개략도이다. 도 1에 있어서, 텐터 오븐(TO1)은 한 끝에 열가소성 수지 필름을 포함하는 주행 필름의 입구(6)를, 다른 끝에 주행 필름의 출구(7)를 갖고, 입구(6)로부터 출구(7)에 걸쳐 형성되는 주행 필름의 필름 통과면(5)을 갖는다.
필름 통과면(5)의 상면측에 입구(6)로부터 출구(7)를 향하여, 즉 필름의 주행 방향으로 간격을 두고 5개의 상측 에어 분사 노즐(NUn)(n=1 내지 5)이 설치되어 있다. 각 에어 분사 노즐(NUn)의 에어 분출면(8)은 필름 통과면(5)에 대하여 간격을 두고 필름 통과면(5)에 대향하고 있다.
필름 통과면(5)의 하면측에도 입구(6)로부터 출구(7)를 향하여, 즉 필름의 주행 방향으로 간격을 두고 5개의 하측 에어 분사 노즐(NLn)(n=1 내지 5)이 설치되어 있다. 각 에어 분사 노즐(NLn)의 에어 분출면(8)은 필름 통과면(5)에 대하여 간격을 두고 필름 통과면(5)에 대향하고 있다.
통상, 에어 분사 노즐은 하우징에서 형성되고, 그 내부에 공급원으로부터 공급되는 가온된 에어의 유로를 가짐과 동시에, 그 일면에 하우징의 길이 방향(주행 필름의 폭 방향)을 따라 상기 에어 분출면(8)을 갖는다.
에어 분사 노즐(NUn, NLn)의 에어 분출면(8)에는 가온된 에어를 분출하는 에어 분출 개구(8a)가 형성되어 있다. 각 에어 분출 개구(8a)는 슬릿에서 형성되어 있다. 이하에 있어서 슬릿(8a)에서 형성되어 있는 에어 분출 개구를 갖는 에어 분출 노즐을 슬릿 노즐이라고 호칭한다.
텐터 오븐(TO1)의 내부는 필름의 입구(6)로부터 필름의 출구(7)에 걸쳐, 즉 필름의 주행 방향으로 필름의 처리 목적이 상이한 복수개의 대역으로 구분되어 있는 것이 바람직하다.
텐터 오븐에 있어서 필름의 처리 목적이 상이한 대역이란, 필름의 예열, 연신, 열 처리 또는 냉각 등을 행하는 필름의 처리 공정에 대응한 대역으로, 각 공정은 일반적으로 예열 대역, 연신 대역, 열 처리 대역, 냉각 대역 등이라고 불린다. 텐터 오븐이 복수개의 대역으로 구분되어 있는 경우, 입구(6)에 가장 가까운 측에 위치하는 대역이 예열 대역인 것이 바람직하다.
각 대역은 각 대역을 구획하는 칸막이가 없는 하나의 처리실 내에 형성될 수도 있지만, 일반적으로는 주행 필름의 입구(6)로부터 주행 필름의 출구(7)에 걸쳐, 즉 필름의 주행 방향으로 복수개의 처리실로 구획되고, 처리실마다 온도 설정을 변경할 수 있도록 구성된다. 텐터 오븐에 있어서의 처리실이란 주행 필름을 통과시키기 위해서 형성된 개구부, 및 필요에 따라 형성되어 있는 가온된 에어의 공급 및 배출을 위해서 형성된 개구부 이외가 벽으로 구획된 공간이다.
슬릿 노즐(NUn, NLn)이란 열풍(가온된 에어)을 분출시켜 필름을 가열하기 위한 노즐이다. 필름은 처리실 내를 입구(6)로부터 출구(7)를 향하여 주행하면서 슬릿 노즐(NUn, NLn)로부터 분출되는 가온된 에어에 의해 각각의 처리 목적에 따라 가열 또는 냉각된다. 필름의 온도가 가온된 에어의 온도보다 높은 경우에는 가온된 에어에 의해 필름은 냉각된다.
슬릿 노즐(NUn, NLn)의 주위에는 에어 흡입부(2)가 설치되어 있다. 필름에 닿고 튀어 되돌아오는 온도가 낮은 에어는 에어 흡입부(2)에서 흡인되어 텐터 오븐(TO1)에 병설되어 있는 열교환기(3)에 이르고, 열교환기(3)에 있어서 설정 온도까지 재가열되고, 순환 팬(4)에 의해 슬릿 노즐(NUn, NLn)로부터 분출된다.
슬릿 노즐(NUn, NLn)로부터 나온 에어의 흐름에는 초기 풍속을 유지하는 영역, 즉 포텐셜 코어(potential core)와, 포텐셜 코어로부터 이격되어, 주변의 정지 에어를 끌어들여 유속이 저하되는 영역, 즉 난류 영역이 존재한다. 슬릿 노즐(NUn, NLn)의 에어 분출면(8)의 에어 분출 개구(슬릿)(8a)로부터 나온 에어는 필름 통과면(5)에 접근할수록 포텐셜 코어에 있어서의 에어의 풍속이 약해지고, 난류 영역이 발달한다.
따라서, 필름 통과면(5)과 에어 분출면(8)의 거리가 길어지면 길어질수록 수반 기류 등의 외란에 대하여 분출 에어의 직진성이 약해지고, 그의 안정성이 상실되어 MD류가 되기 쉽다. 따라서, 슬릿 노즐(NUn, NLn)에 의한 필름의 가열 효율도 저하되기 쉽다.
에어 분출면(8)이란 슬릿 노즐(NUn, NLn)에 있어서 에어가 분출되는 면이고, 슬릿 노즐(NUn, NLn)의 선단면을 의미한다. 필름 통과면(5)이란 주행하는 필름의 표면이 통과하는 면을 의미한다.
MD류의 발생을 억제하는 방법으로서 분사 에어의 풍속을 높이는 것이 용이한 것으로 생각된다. 그러나, 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리가 큰 상태 그대로 분사 에어의 풍속을 높였다고 하더라도 MD류의 발생을 근본적으로 억제하기는 어렵다. 왜냐하면, 상기 포텐셜 코어의 길이 또는 강도는 에어 분출면(8)의 에어 분출 개구(슬릿)(8a)의 크기에 의존하고 있어, 풍속을 높이는 것만으로는 분사 에어의 안정성을 확보할 수 없기 때문이다.
풍속을 높이는 것은 에어 분출 개구(슬릿)(8a)의 크기가 일정하면 분사 에어의 풍량 증가를 의미하며, 필름면을 흐르는 수반 기류가 많아져서 MD류가 되기 쉽다. 또한, 풍량 증가에 의해 텐터 오븐의 소비 에너지(증기, 전력)도 증가한다.
따라서 MD류의 발생을 억제하기 위해서, 분사 에어의 포텐셜 코어의 직진성은 에어 분출면(8)의 슬릿(8a)의 필름의 주행 방향에 있어서의 간극(B)(슬릿 폭(B))(도 2 참조)에 영향을 받기 때문에, 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)와 슬릿 폭(B)이 식: (L/B)≤10을 만족시키고 있을 것이 요구된다. 거리(L)와 슬릿 폭(B)이 식: (L/B)≤5를 만족시키고 있는 것이 바람직하다. 거리(L)가 150mm인 경우, 슬릿 폭(B)은 15mm 이하인 것이 바람직하고, 이 경우 거리(L)와 슬릿 폭(B)이 식: (L/B)≤10을 만족시키는 것이 가능하다.
(L/B)의 값의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 슬릿 폭(B)의 값이 약 15mm 이하인 경우, 유지 보수성, 작업성 등을 고려한 거리(L)의 실용 범위가 약 30mm가 되기 때문에, 거리(L)와 슬릿 폭(B)이 식: 2≤(L/B)를 만족시키고 있는 것이 바람직하다.
슬릿 폭(B)이란 에어 분출면(8)이 슬릿 형상의 개구를 가질 때, 상기 개구의 필름의 주행 방향의 길이(폭)를 말한다.
MD류의 발생을 더욱 유효하게 억제하는 방법으로서, 슬릿 노즐(NUn, NLn)의 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)를 150mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리를 150mm 이하로 함으로써, 분사 에어의 포텐셜 코어가 필름 통과면(5)에 근접해지기 때문에 분사 에어가 MD류에 대하여 강력한 에어 커튼으로서 기능한다. 따라서, 처리실 또는 처리 대역 내에 설치되어 있는 슬릿 노즐(NUn, NLn) 중 적어도 1개의 슬릿 노즐에 있어서, 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)를 150mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
이하에 있어서 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리가 150mm 이하인 슬릿 노즐(NUn, NLn)을 근접 노즐(NUn, NLn)이라고 호칭한다.
이에 의해 MD류의 억제뿐만 아니라 분사 에어의 직진성 또는 안정성이 한층 개선됨으로써, 근접 노즐(NUn, NLn)에 의한 필름의 가열 효율이 한층 향상된다. 또한, MD류의 억제에 의해 필름에 발생하는 온도 불균일을 한층 저감시킴과 동시에, 순환 에어를 각 처리실의 설정 온도까지 가열시키는 데 필요한 소비 증기량을 한층 삭감시킬 수도 있다.
한편, 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)가 150mm를 초과하면, 분사 에어의 직진성이 상실되기 쉬워 MD류의 억제 효과는 저하되고, 에어 분사 노즐에 의한 필름의 가열 효율이 저하된다.
또한, 근접 노즐의 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)가 75mm 이하인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 분사 에어의 포텐셜 코어가 직진성을 유지한 채로 필름 통과면(5)에 도달함으로써 MD류의 억제 효과나 필름의 가열 효율이 향상된다.
근접 노즐의 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)는 50mm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 거리(L)를 50mm 이하로 함으로써 필름의 가열 효율은 더욱 향상된다.
통상, 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리는 열가소성 수지 필름의 텐터 오븐에 있어서는 170mm 이상 300mm 이하이다. 이 거리를 예를 들어 170mm부터 50mm로 접근시키면, 필름의 가열 효율은 20 내지 30% 향상되는 것이 판명되었다.
근접 노즐에 의해 필름의 가열 효율이 향상되는 만큼 순환 팬의 풍량을 저하시킴으로써 소비 전력량을 삭감할 수 있다. 이때, 근접 노즐을 설치하기 전과 비교하여, 근접 노즐을 적용한 경우, 필름의 특성 및 품질에 변화가 없는 것을 확인하면서 순환 팬의 풍량을 감소시키도록 하면 좋다.
주행 중인 필름에 느슨해짐이 있는 경우에는 분사 에어에 의해 필름이 상하 방향으로 요동하는 현상이 발생하기 때문에, 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)를 너무 작게 하면, 주행 필름이 근접 노즐의 선단면(에어 분출면)에 접촉하여 주행 필름에 찢어짐이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)의 하한은 주행 필름이 근접 노즐의 에어 분출면(8)에 접촉하지 않는 범위에서 설정하는 것이 좋다.
발명자는 후술하는 실시예의 범위에서, 주행 필름이 근접 노즐에 접촉하지 않고 연신 필름을 제조할 수 있는 것을 확인하였다. 주행 필름의 느슨해짐을 작게 하는 등의 고안을 하면, 거리(L)를 더욱 짧게 하는 것도 가능하다.
한편, 주행 필름이 텐터 오븐 내에서 분출 에어의 불균형 등에 기인하여 요동이 발생된 경우에 있어서 주행 필름의 근접 노즐의 선단면(에어 분출면)에 대한 걸림에 의한 필름의 찢어짐을 방지하기 위해서, 근접 노즐의 선단면은 가능한 한 예리한 부분이 없도록 가공해 두는 것이 바람직하다.
또한, 근접 노즐의 선단면을 매끄럽게 가공함과 동시에, 또는 그 대신에 근접 노즐의 선단면의 근방에 근접 노즐의 길이 방향(주행 필름의 폭 방향)을 따라 필름 걸림 방지용 보호 커버를 설치할 수도 있다. 보호 커버의 형상으로서는 예를 들어 막대 형상, 판 형상이 있다. 판 형상의 경우에는, 인접하는 근접 노즐 사이에 걸쳐 1매의 판을 설치할 수도 있다.
보호 커버가 인접하는 근접 노즐의 사이에 걸쳐 1매의 판으로 형성되는 경우에는, 1매의 판에는 배출 에어가 유통 가능한 에어류 통과 구멍이 형성되어 있는 것이 요구된다. 이는 인접하는 근접 노즐 사이에 형성되는 에어 흡입부(2)를 통하여 텐터 오븐에 병설되어 있는 열교환기(3)로 배출되는 에어의 유통로를 확보하기 위해서이다.
필름 걸림 방지용 보호 커버를 근접 노즐의 선단면의 근방에 설치하는 경우의 일례를 도 14a를 이용하여 설명한다. 도 14a는 본 발명의 텐터 오븐의 에어 분사 노즐로서 이용되는 주행 필름의 폭 방향의 노즐 길이가 가변 가능한 근접 노즐의 에어 분출 개구(슬릿)의 근방에, 근접 노즐의 선단면에 대한 주행 필름의 걸림을 방지하기 위한 보호 커버를 설치한 경우의 근접 노즐의 일례의 필름의 주행 방향에 있어서의 종단면 개략도이다.
도 14a에 있어서 근접 노즐(NL1, NL2) 각각은 주행 필름의 폭 방향의 노즐 길이가 가변 가능한 근접 노즐이다. 각 근접 노즐(NL1, NL2)은 고정 노즐 부분(고정 하우징)(14)과 고정 노즐 부분(고정 하우징)(14)에 대하여 접동(摺動) 가능하도록 신축하는 가동 노즐 부분(가동 하우징)(15)을 포함한다. 근접 노즐(NL1, NL2)의 에어 분출면(8)의 근방에, 근접 노즐의 선단면에 대한 주행 필름의 걸림을 방지하기 위한 보호 커버(42)가 설치되어 있다.
보호 커버(42)의 선단(38)이 근접 노즐(NL1)의 에어 분출면(8)보다 필름 통과면(5)측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 보호 커버(42)의 선단을 절곡하는 등 하여 예리한 부분이 없도록 하는 것이 좋다. 보호 커버(42)의 선단(38)이 근접 노즐(NL1)의 에어 분출면(8)보다 주행 필름(필름 통과면(5))에 가까운 위치에 위치함으로써, 주행 필름이 근접 노즐(NL1)의 선단면에 접촉하지 않고, 보호 커버(42)에 필요에 따라 접촉하기 때문에, 근접 노즐의 선단면에 대한 접촉에 의한 필름의 찢어짐이 방지된다.
에어 분사 노즐이 근접 노즐인 경우, 노즐의 유지 보수성이나 청소의 작업성등을 확보하기 위해서 필름 통과면(5)의 상면측에 위치하는 상측 근접 노즐(NUn)의 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)의 하면측에 위치하는 하측 근접 노즐(NLn)의 에어 분출면(8)까지의 거리를 50mm 이상으로 하여 작업 공간을 확보하는 것이 좋다. 즉, 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)를 25mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
근접 노즐을 이용하는 경우, 필름 통과면(5)에 대하여 에어 분출면(8)이 대향하여 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 근접 노즐이 필름 통과면(5)의 상측과 하측에 설치되는 경우, 각각의 근접 노즐의 에어 분출면(8)이 필름 통과면(5)을 개재하여 서로 대향하고 있는 것이 바람직하다.
만약 근접 노즐을 필름 통과면(5)에 대하여 그의 상측 또는 하측에만 설치한 경우, 근접 노즐이 설치되어 있지 않은 측에서 MD류가 흐르기 쉬워져서 근접 노즐의 MD류 억제 효과가 저감된다.
열가소성 수지 필름은 포백과 같은 재료와는 달리 상면과 하면 사이에 있어서 에어가 투과하기 어렵다. 필름의 상면측 또는 하면측으로부터만 에어를 분사하면, 분사 에어의 풍압에 의해 필름이 날아올라 필름의 요동이 커진다. 이것이 필름 찢어짐 등의 원인이 된다. 또한, 필름의 양면을 균일하게 가열, 냉각 또는 건조시키기가 어려워 필름에 물성 불균일이 발생하기 쉽다.
그로 인해, 필름의 에어가 분사되는 면에 대향하는 위치에, 필름의 요동을 방지하기 위한 장치(예를 들어, 누름 롤 등)를 설치하는 것이 바람직하다. 그러나, 필름의 요동을 방지하기 위해서는 필름 통과면(5)의 상면측과 하면측에 있어서 각각 근접 노즐을 필름 통과면(5)에 대향시켜 설치하는 것이 바람직하고, 상면측 근접 노즐의 에어 분출면과 하면측 근접 노즐의 에어 분출면이 서로 대향하고 있는 것이 더욱 바람직하다.
에어 분출면이 대향한다란, 상면측 근접 노즐의 에어 분출면을 필름 통과면(5)에 투영하였을 때의 투영면과, 하면측 근접 노즐의 에어 분출면을 필름 통과면(5)에 투영하였을 때의 투영면에 있어서, 양쪽의 투영면이 적어도 일부 겹치는 상태를 말한다. 양쪽의 투영면이 완전히 겹치는 상태에 있는 것이 보다 바람직하다.
이 상태를, 근접 노즐의 수를 n개로 하여 설명하면 다음과 같이 된다. 즉, 필름 통과면(5)의 상면측에 n개의 근접 노즐이 설치되고, 필름 통과면(5)의 하면측에도 n개의 근접 노즐이 설치되며, 각 근접 노즐의 에어 분출면이 필름 통과면(5)에 대향하여 위치하고 있는 것이 바람직하고, 상면측 근접 노즐의 에어 분출면과 하면측 근접 노즐의 에어 분출면이 서로 대향하고 있는 것이 더욱 바람직하다.
근접 노즐의 수의 n개는 n의 값이 1 이상의 정수이면 그 상한은 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로 n의 값은 300 이하의 범위로 선택할 수 있다.
MD류를 충분히 억제하여 필름의 가열, 냉각 또는 건조의 능력을 확보하기 위해서, 근접 노즐의 슬릿으로부터 분출되는 에어의 흐름 방향과 필름 통과면(5)이 이루는 에어 분사 각도가 수직인 것이 바람직하다. 에어 분사 각도가 수직이란, 근접 노즐의 슬릿으로부터 분출되는 에어의 흐름 방향(23)(도 3b 참조)과 필름 통과면(5)이 이루는 에어 분사 각도(22)가 90±5°인 범위 내를 의미한다.
이 관계를 도 3a와 도 3b를 이용하여 설명한다. 즉, 도 3b에 도시한 분사 각도(22)가 90°로부터 1°라도 벗어나면 수직에 해당하지 않는다는 것은 아니다. 통상, 근접 노즐의 설치 오차 등에 의해 분사 각도(22)가 90°로부터 다소 어긋나는 경우가 있다. 그 때문에, 바람직한 분사 각도(22)는 90±5°의 범위가 된다. 분사 각도(22)는 90±2°의 범위인 것이 보다 바람직하다.
분사 각도에는 필름의 주행 방향의 하류측에 있어서의 각도(도 3b의 각도(22))와 필름의 주행 방향의 상류측에 있어서의 각도가 있는데, 여기서 말하는 분사 각도는 필름의 주행 방향의 하류측에 있어서의 각도(도 3b의 각도(22))를 말한다.
텐터 오븐에 있어서의 MD류의 억제 효과는 분사 에어의 포텐셜 코어를 가능한 한 필름 통과면(5)에 근접시킴으로써, MD류에 대하여 강력한 에어 커튼을 형성함으로써 얻어진다. 따라서, 필름면에서의 분사 에어의 풍압이 높은 상태인 것이 바람직하다. 그 때문에, 분사 에어를 필름 통과면(5)에 수직으로 닿게 하는 것이 바람직하다.
분사 각도(22)가 90±5°로부터 벗어나면, 필름 통과면(5)을 통과하는 필름면(상면 또는 하면)에 대하여 분사 에어가 비스듬히 닿게 되어, 분사 에어 흐름의 필름면에 대한 직진성이 필름면의 수반 기류 등의 외란의 영향에 의해 상실되어 MD류를 형성하게 된다. 그로 인해, 필름 폭 방향의 물성 불균일이나 MD류에 의한 소비 에너지 증가 등의 문제가 발생한다.
분사 각도(22)를 필름 통과면(5)에 대하여 수직으로 하기 위해서, 도 4a에 도시한 바와 같이 근접 노즐(NUn, NLn)의 필름의 주행 방향에 있어서의 단면(종단면), 즉 노즐의 길이 방향에 직각인 방향에 있어서의 단면(횡단면)(24)에 있어서 에어 유로의 형상이 노즐 중심선(25)에 대하여 좌우 대칭인 것이 바람직하다.
도 4b는 도 4a에 도시한 근접 노즐의 에어 분출 개구부(T)의 확대 횡단면 개략도이다. 도 4b에 도시한 노즐의 에어 분출 개구부(T)의 횡단면에 있어서, 에어 분출면(8)에 있어서의 에어 분출 개구(슬릿)(8a)의 슬릿 간극(슬릿 폭)(B)과 에어 분출면(8)으로부터 노즐의 저면 방향의 거리(H)가 식: (H/B)≤10을 만족시키는 범위에서, 노즐에 있어서의 상기 에어 유로의 단면 형상이 좌우 대칭인 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 슬릿 간극(B)이 10mm인 경우, 식: H≤100mm를 만족시키는 범위에서 노즐에 있어서의 상기 에어 유로의 단면 형상이 좌우 대칭인 것이 보다 바람직하다.
도 5는 도 1에 도시한 텐터 오븐의 도 1에 있어서의 B-B 화살표 방향의 횡단면 개략도이다. 도 6은 도 5에 도시한 근접 노즐이 고정 하우징과 가동 하우징을 포함하는 경우의 텐터 오븐의 횡단면 개략도이다.
도 5에 도시한 텐터 오븐에 있어서, 필름 통과면(5)의 상면측 및 하면측에 근접 노즐(NUn, NLn)의 에어 분출면(8)이 필름 통과면(5)에 대향하여 위치한다. 이 텐터 오븐에 있어서, 그의 내부에 필름의 양 단부를 파지하기 위한 다수의 클립(11)을 입구(6)로부터 출구(7)를 향하여 이동시키는 좌우의 클립 이동 장치와, 좌우의 클립 이동 장치를 안내하고, 또한 주행 필름의 폭 방향의 간격이 가변 가능하도록 설치된 좌우의 레일(12)과, 좌우의 레일을 덮는 좌우의 레일 커버(13)가 설치되어 있다.
만약 레일 커버(13)와 근접 노즐(NUn, NLn)이 간섭하여 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리를 150mm 이하의 범위에 접근시킬 수 없는 경우, 근접 노즐(NUn, NLn)의 주행 필름의 폭 방향의 길이를 양쪽 레일 커버(13) 사이의 거리보다 짧게 하여 근접 노즐(NUn, NLn)이 양쪽 레일 커버(13) 사이에 수용되도록 할 수 있다.
도 6은 필름 통과면(5)의 상면측 및 하면측에, 근접 노즐(NUn, NLn)의 에어 분출면(8)이 필름 통과면(5)에 대향하여 위치하는 경우의 텐터 오븐의 횡단면 개략도이다. 도 6을 이용하여, 양쪽 레일(12)의 주행 필름의 폭 방향에 있어서의 간격(레일 간격)(26)이 변화하는 것에 대응하기 위한 근접 노즐의 구조의 일례를 다음에 설명한다.
도 6에 도시한 근접 노즐(NUn, NLn)은 레일 간격(26)의 폭의 변화에 추종하여, 주행 필름의 폭 방향으로 그 길이가 가변(신축) 가능한 근접 노즐이다. 레일 간격(26)의 폭의 변화에 추종하여 길이가 가변인 근접 노즐(NUn, NLn)의 일례는, 고정 노즐 부분(14)과 고정 노즐 부분(14)에 대하여 접동 가능하도록 출입하는 가동 노즐 부분(15)으로 구성되어 있다. 가동 노즐 부분은 복수개단의 가동인 부분으로 형성되어 있을 수도 있다.
이 경우에 있어서, 근접 노즐을 형성하는 고정 노즐 부분의 개수 및 가동 노즐 부분의 개수는 레일 간격(26)의 변화 폭에 따라 선정할 수 있다. 좌우의 가동 노즐 부분(15)을 좌우의 레일 커버(13)의 각각에 연결함으로써, 레일 간격(26)의 폭 변화에 추종시킬 수 있다.
길이가 그의 길이 방향(필름의 폭 방향)으로 가변인 근접 노즐에 있어서, 필름 걸림 방지용 보호 커버를 설치하는 경우, 보호 커버(42)(도 14a 참조)는 근접 노즐과 마찬가지로 레일 간극의 폭 변화에 추종해야 하기 때문에, 예를 들어 도 14b에 도시한 바와 같이 보호 커버(42)는 고정 커버 부분(40)과 고정 커버 부분(40)에 대하여 접동 가능하도록 출입하는 가동 커버 부분(39)으로 구성되는 것이 바람직하다. 가동 커버 부분(39)의 단부를 레일 커버(13)에 연결함으로써 레일 간극의 폭 변화에 추종시킬 수 있다.
보호 커버(42)가 필름의 주행 방향으로 인접하는 근접 노즐(NUn, NLn) 사이의 에어 흡입부(2)를 가로질러 설치되는 경우에는, 에어 흡입부(2)를 유동하는 에어의 유동을 방해하지 않도록 보호 커버(42)에 보호 커버의 개구부(41)를 형성하는 것이 요구된다. 이에 의해, 필름면으로부터 튀어 되돌아오는 에어의 유로(에어 흡입부(2))가 확보된다.
이 보호 커버의 개구부(41)의 형상은 도 14b에 도시한 원형의 다수의 구멍에 한정되지 않고, 보호 커버(42)의 강도, 제작 정밀도 등을 고려하여 보호 커버의 개구부(41)의 형상, 크기, 배열 등을 설계할 수 있다.
주행 필름의 폭 방향의 길이가 가변인 노즐의 에어 분출면의 에어 분출 개구의 패턴은 슬릿일 필요가 있다. 왜냐하면, 도 13에 도시한 바와 같이 다공판 유형의 에어 분출면을 갖는 에어 분사 노즐이 이용되고, 이 에어 분사 노즐이 고정 노즐 부분(14)과 가동 노즐 부분(15)으로 형성되어 있는 경우, 에어 분사 노즐의 폭이 변경될 때, 고정 노즐 부분(14)과 가동 노즐 부분(15)의 출입 개소에 구멍이 막히는 부분이 발생함으로써, 인접하는 구멍 간의 피치(35)의 변화나 실질적인 개구 면적(36)의 축소에 의해 분출 에어의 폭 방향의 분포가 불균일해지는 부분(37)이 존재하고, 필름 폭 방향의 물성 불균일을 균일하게 하는 것이 어려워지기 때문이다.
이 문제는 에어 분출면의 에어 분출 개구의 패턴을 슬릿으로 함으로써 해결된다. 즉, 노즐의 길이(노즐의 필름의 주행 방향에 직각인 방향의 길이)가 변화하였다 하더라도 노즐의 길이 방향으로 형성되어 있는 슬릿(8a)의 슬릿 간극의 크기(슬릿 폭)는 노즐의 길이 방향으로 일정하기 때문에, 슬릿의 개구 면적이 고정 노즐 부분과 가동 노즐 부분의 출입 개소에 있어서 불균일해지는 것이 방지되기 때문이다. 이에 의해, 노즐의 길이가 변화하더라도 원하는 균일한 물성을 갖는 연신 필름의 제조를 실현할 수 있다.
내부에 가온된 에어의 유로를 갖는 주행 필름의 폭 방향으로 연장되는 하우징을 포함하고, 이 하우징에 있어서 이 하우징의 주행 필름의 폭 방향의 양 단부의 각각이 주행 필름의 폭 방향으로 신축 가능하도록 된 근접 노즐에 있어서, 가동 노즐 부분(15)과 레일 커버(13)의 연결부는 레일(12)(또는 레일 커버(13))의 필름 주행 방향의 이동을 흡수할 수 있으며, 필름의 주행 방향 및 필름의 폭 방향에 대하여 자유롭게 회전할 수 있는 연결 부재로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
텐터 오븐은 도 11a에 도시한 바와 같이 필름을 폭 방향으로 늘리고, 필름에 소정의 물성을 부여하는 연신 공정을 갖는다. 즉, 좌우 레일 사이의 폭의 변경은 제품 폭이 상이한 품종의 절환시뿐만 아니라, 연신 공정에 있어서 필름에 다양한 연신 배율을 부여하는 경우에도 요구된다. 예를 들어, 연신 배율을 변화시키기 위해서 어떤 패턴 A의 상태의 레일(RPA)로부터 다른 패턴 B의 상태의 레일(RPB)로 좌우 레일 사이의 폭을 변경하는 경우, 패턴 A의 상태의 레일(RPA)에 있어서의 레일 커버(13)와 가동 노즐 부분(15)의 연결부(27)의 위치는 패턴 B의 상태의 레일(RPB)에서는 연결부(28)의 위치로 이동한다.
즉, 양쪽 레일 사이의 폭의 변경에 의해 연결부(27)가 필름의 주행 방향(MD 방향)으로 이동함과 동시에, 레일 커버(13)이 근접 노즐에 대하여 상대적으로 회전한다. 따라서, 가동 노즐 부분(15)과 레일 커버(13)가 단순하게 고정되어 있으면, 레일 커버(13)의 이동에 의해 근접 노즐이 손상될 우려가 있다. 또한, 필름의 연신 배율은 요구 품질에 따라 약 3 내지 7배의 범위에서 변화하는 경우가 있고, MD 방향의 레일의 이동량도 커지는 경우가 있다.
따라서, 텐터 오븐의 MD 방향에 복수개의 근접 노즐을 설치하는 경우, 연결부(27, 28)는 레일 폭의 변경에 의한 MD 방향의 이동량(30)을 흡수하면서 연결부(27, 28)가 필름의 주행 방향 및 폭 방향에 대하여 자유롭게 회전할 수 있는 구조로 하는 것이 바람직하다. 단순히 노즐의 길이가 필름의 폭 방향으로 신축하는 것만으로는 연신 배율의 변화에 추종할 수 없는 경우가 있기 때문이다.
이를 위한 대처책은 예를 들어 레일 커버(13)과 가동 노즐 부분(15)의 연결부(27)를 형성하는 연결 부재에 레일 이동량에 따른 긴 구멍을 형성하고, 이 긴 구멍에 핀 기구(31)(도 11b 참조)나 링크 기구 등을 결합시킴으로써 실현할 수 있다. 이 연결 부재는 예를 들어, 근접 노즐 단부의 가동 노즐 부분의 레일 측단부에 설치된 연결부(27)에 형성된 긴 구멍(27a)에, 레일 커버(13)에 설치된 암(arm)(31a)의 선단부에 설치된 핀(31b)을 이동 가능하도록 감합함으로써 형성된다.
단, 가동 노즐 부분과 레일 커버를 연결하지 않아도 가동 노즐 부분에 구동원을 설치하는 것도 가능한데, 이때에는 레일 커버의 움직임과 동기시키는 등 근접 노즐과 레일 커버의 간섭에 의한 손상을 피하는 대처책이 요구된다.
노즐의 길이가 가변 가능한 근접 노즐에 있어서, 근접 노즐의 슬릿에 슬릿 간극 유지용 연결 리브(32)(도 12 참조)를 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 연결 리브(32)의 폭(33)은 2mm 이하이고, 또한 인접하는 2개의 리브 간의 거리(34)가 10mm 이상인 것이 바람직하다.
에어 분출면이 슬릿 형상의 개구부를 갖는 경우, 즉 슬릿 노즐 또는 근접 노즐의 경우, 필름 폭 방향의 가열 효율을 균일화하기 위해서 고정 노즐 부분과 가동 노즐 부분의 각각의 슬릿 간극을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 구조의 노즐인 것이 바람직하다. 이는 도 12에 도시한 바와 같이 에어 분출면의 슬릿에 연결 리브(32)(슬릿 간극을 유지하는 보강 부재)를 노즐 폭 방향에 있어서 일정 간격으로 설치함으로써 실현할 수 있다.
연결 리브(32)의 존재에 의해, 연결 리브(32)의 근방을 통하는 에어의 흐름이 흐트러짐으로써 가열 효율의 불균일이 발생할 우려가 있다. 그러나, 발명자의 검토에 의하면, 연결 리브(32)의 폭(33)이 2mm 이하이고, 또한 연직 방향의 연결 리브(32)의 두께를 2mm 이하로 함으로써 이 우려는 해소된다. 이 범위를 초과하면, 가열 효율의 불균일이 커져서 두께 불균일 등 필름의 품질 문제를 일으킬 우려가 있다.
인접하는 2개의 연결 리브 간의 거리(34)는 적어도 10mm 이상인 것이 바람직하다. 거리(34)를 10mm 이상으로 함으로써 연결 리브(32)의 근방을 흐르는 에어의 유량 감소에 의한 영향이 작아지고, 필름의 품질에 대한 실해는 거의 없어진다. 거리(34)의 상한은 노즐의 에어 분출면의 강성에 의하기 때문에 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 500mm 이하이고, 보다 바람직하게는 100mm 이하이다.
연결 리브(32)의 폭(33)이란 슬릿의 길이 방향에 있어서의 연결 리브(32)의 폭이고, 연결 리브(32)의 두께란 연직 방향의 치수이다. 인접하는 2개의 리브의 거리(34)란 인접하는 리브의 폭의 중앙 위치 사이의 거리를 말한다.
연결 리브(32)의 형상은 직육면체 형상 또는 원형봉과 같은 형상일 수도 있다. 단, 연결 리브(32)의 형상, 노즐 폭 방향의 피치 등은 생산하고자 하는 필름의 불균일의 허용 수준에 따라 최적의 사양을 검토하는 것이 바람직하다.
노즐의 길이가 가변 가능한 근접 노즐에 있어서 가동 노즐 부분(15)의 고정 노즐 부분(14)에 대한 이동 개소에는 접동 기구가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
가동 노즐 부분(15)은 필름의 폭 방향에 있어서 고정 노즐 부분(14)과 충돌하지 않고, 양쪽 노즐 간에 일정한 간극이 유지되면서 낮은 접동 저항으로 이동하여 소정의 노즐 폭으로 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 그 때문에, 가동 노즐 부분(15)에 접동 기구를 설치하는 것이 좋고, 이 접동 기구로서는 예를 들어 가동 노즐 부분(15)에 차륜을 설치하고, 고정 노즐 부분(14)에 가동 노즐 부분(15)에 설치된 차륜이 주행하는 레일을 설치한 접동 기구가 고려된다.
또한, 접동 기구의 종류, 구조는 위에서 예시한 차륜식에 한정되는 것은 아니고, 리니어 가이드(linear guide)에 의한 접동, 윤활제를 침투시킨 금속판 간의 접촉에 의한 접동 등 다양한 방법이 고려되며, 유지 보수성(윤활제의 보급, 노즐의 수리, 점검), 비용, 접동 저항, 내열성 등을 고려하여 선정할 수 있다.
입구(6)로부터 출구(7)를 향하여 복수개의 대역으로 구분된 텐터 오븐에 있어서, 연신 공정 전의 대역을 예열 대역으로 하였을 때에 근접 노즐이 적어도 예열 대역의 일부에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다.
도 7은 복수개의 대역으로 구성되는 텐터 오븐의 일례의 종단면 개략도이다.
도 7에 있어서 텐터 오븐(TO2)은 입구(6)와 출구(7) 이외의 부분이 오븐 외벽(21)으로 둘러싸여 있다. 텐터 오븐(TO2)의 내부는 그에 요구되는 기능에 따라 예를 들어 예열 대역(ZPH), 연신 대역(ZD), 열 고정 대역(ZHS), 냉각 대역(ZC)으로 구분된다. 각 대역에는 필름 통과면의 상면과 하면에 대향하여 주행 필름에 가온되어 에어를 분사하는 복수개의 에어 분사 노즐이 설치되어 있다.
예열 대역(ZPH)이란 필름을 연신하기 전의 공정의 대역을 말한다. 예를 들어 열가소성 수지 필름이 폴리에스테르의 축차 이축 연신 필름이면, 필름의 결정화가 진행되지 않는 온도이며 필름을 연신 가능한 온도까지 가열하는 대역이다.
텐터 오븐(TO2)의 입구(6)에 가장 가까운 위치에 있는 대역인 예열 대역(ZPH)에 MD류가 발생함으로써, 설정 온도가 상이한 온도의 에어(예를 들어 오븐의 외기, 연신 대역의 순환 에어 등)가 유입되면, 분사 에어와 MD류가 혼합함으로써, 필름의 두께 불균일이나 연신성 불량, 또는 예열에 들어가기 전의 필름에 코팅이 실시되어 있는 경우에는 코팅의 건조 불균일 등의 문제가 발생한다.
예열 대역(ZPH)에서 발생한 이러한 품질 문제는 예열 대역(ZPH) 후의 연신 대역(ZD), 열 고정 대역(ZHS), 냉각 대역(ZC)에서 받는 열 이력에 의해 보다 현저해진다. 또한, 외기의 유입에 의해 순환 에어의 온도가 저하되어 열교환기의 소비 증기량이 필요 이상으로 증가한다.
발명자의 검토에 의하면, 텐터 오븐(TO2)의 일부(예열 대역)에만 근접 노즐을 설치함으로써, 텐터 오븐(TO2)의 전체 대역에 근접 노즐을 설치한 경우의 60% 이상의 에너지 삭감 효과가 얻어지는 전망을 얻었다.
한편, 텐터 오븐(TO2)의 후반의 대역, 예를 들어 열 고정 대역(ZHS)에는 올리고머의 퇴적물이 많이 존재하여, 거기에 노즐의 길이가 가변 가능한 근접 노즐(도 6 참조)을 적용하는 경우, 노즐의 가동 노즐 부분(15)과 고정 노즐 부분(14)의 접동 간극에 올리고머가 인입하여 경시적으로 퇴적함으로써 노즐이 고장날 우려가 있다. 또한, 이 접동 간극에 퇴적된 올리고머가 필름 표면에 낙하한 경우, 이물질 결점이 되어 요구되는 품질을 얻지 못할 우려도 있다.
이상의 이유로부터 근접 노즐을 예열 대역에 설치함으로써 노즐 고장의 우려가 없고, MD류의 억제 효과나 에너지 효율의 향상 효과를 크게 발휘할 수 있다. 근접 노즐을 예열 대역에 설치하는 경우에는, 예열 대역의 모든 에어 분사 노즐이 근접 노즐인 것이 더욱 바람직하다. 예열 대역의 모든 분사 노즐이 근접 노즐인 것에 의해 MD류의 억제 효과나 에너지의 삭감 효과가 커진다.
텐터 오븐의 환기에 의한 텐터 오븐 내의 진애를 저감시키는 목적으로, 실내에 급기 덕트와 배기 덕트가 설치되는 경우가 있다. 근접 노즐을 사용하는 경우, MD류의 억제의 효과를 높이기 위해서는 근접 노즐을 설치한 방 또는 대역에 있어서 급기량 합계와 배기량 합계의 비를 1로 하여 균형을 맞추는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 급배기량의 불균형에 의해 필름의 주행 방향으로 에어의 흐름이 발생하고, 그 흐름이 외란으로서 작용하기 때문이다. 따라서, 예열 대역에 근접 노즐을 사용하는 경우에서, 예열 대역에 급기 덕트와 배기 덕트가 있는 경우, 예열 대역의 급기량 합계와 배기량 합계의 비를 1로 하는 것이 바람직하다.
근접 노즐을 적용하는 방 또는 대역의 입구 및 출구에 있어서, 또한 필름 통과면의 상면 및 하면으로부터 에어 분출면 방향(수직 방향)으로 20 내지 50mm 이격된 곳에 에어 유입 방지용 셔터를 설치하면, 근접 노즐과의 상승 효과로서 MD류의 큰 억제 효과가 얻어진다.
MD류의 억제 효과 및 소비 에너지의 삭감 효과를 최대한으로 하기 위해서는 텐터 오븐의 모든 대역에 근접 노즐을 적용하면 된다. 이때, 대역 전체의 급기량과 배기량의 비를 1로 하는 것이 바람직하다.
그러나, 텐터 오븐의 모든 대역에 근접 노즐을 적용할 때, 도 6에 도시한 바와 같은 길이 방향(필름의 주행 방향에 직각인 방향)의 길이가 조정 가능한 근접 노즐은, 통상의 근접 노즐에 비하여 그 제작비가 비싸며, 그 구조에 기인하는 분출 에어의 미약한 풍속 불균일이 발생하기 쉽다. 따라서, 비용 대 효과, 제조되는 연신 필름의 품질에 대한 영향 등을 충분히 고려하여 길이 방향의 길이가 조정 가능한 근접 노즐의 적용 범위를 정하는 것이 바람직하다.
일반적으로 열가소성 수지를 구금으로부터 냉각 드럼 상에 압출함으로써 미연신 필름을 얻고, 필요에 따라 이 미연신 필름을 그의 길이 방향(주행 방향)으로 연신하여 일축 연신 필름으로 하고, 얻어진 일축 연신 필름을 텐터 오븐 중에서 폭 방향으로 연신하는 방법(축차 이축 연신법)에 의해 이축 연신된 열가소성 수지 필름을 얻는 것, 또는 상기 미연신 필름을 텐터 오븐 중에서 주행 방향과 폭 방향으로 동시에 연신하는 방법(동시 이축 연신법)에 의해 이축 연신된 열가소성 수지 필름을 얻는 것이 널리 행해지고 있다. 이러한 제조 과정에서 이용되는 텐터 오븐으로서 본 발명의 텐터 오븐이 바람직하게 이용된다.
본 발명의 연신 필름의 제조 방법은, 열가소성 수지를 구금으로부터 냉각 드럼 상에 압출하여 얻어지는 미연신 필름, 또는 이미 얻어져 있는 일축 연신 필름을 본 발명의 텐터 오븐에 도입하여 이축 연신된 연신 필름을 제조하는 것이다. 본 발명의 연신 필름의 제조 방법에 의해 제조되는 열가소성 수지를 포함하는 이축 연신된 연신 필름은 그의 폭 방향의 특성 및 두께가 균일하다. 또한, 그의 제조 공정에 있어서 필름의 승온에 필요한 소비 에너지를 종래의 경우에 비하여 대폭 삭감시킬 수 있다.
이어서, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 설명한다.
<실시예 1>
우선, 본 발명에 의한 효과의 평가 방법에 대하여 설명한다.
(1) MD류의 측정 방법
본 발명의 텐터 오븐을 구성하는 방을 모델화한 모델 테스트기를 제작하고, 이것을 이용하여 MD류를 측정하였다. 도 8은 이 모델 테스트기의 종단면 개략도이다. 테스트를 간편하면서도 저렴하게 실시하기 위해서, 열가소성 수지 필름의 대용으로서, 필름 통과면(5)의 위치에 필름의 주행 방향의 길이가 2.0m, 주행 필름의 폭 방향의 폭이 1.8m인 투명한 아크릴판(17)을 고정시켰다.
모델 테스트기의 방의 내형 치수는 필름의 주행 방향의 길이가 1.8m, 주행 필름의 폭 방향의 폭이 1.8m, 높이가 1.5m가 되도록 하였다.
모델 테스트기의 도 8에 있어서의 좌측 외벽(18)에는 필름의 입구(6)에 상당하는 개구(6)를 형성하고, 우측 외벽(18)에는 필름의 출구(7)에 상당하는 개구(7)를 형성하였다.
아크릴판(17)의 하측에는 에어 분사 노즐로서 4개의 근접 노즐(NLn)(n=1 내지 4)을 필름의 주행 방향으로 0.3m 피치 간극으로 설치하였다. 근접 노즐(NLn)의 에어 분출면(8)에 있어서의 에어 분출 개구(8a)는 필름의 주행 방향의 폭(간극)이 0.016m, 주행 필름의 폭 방향의 길이가 1.2m인 슬릿으로 하였다.
에어 분출면(8)은 아크릴판(17)의 하면에 평행하게 위치하고 있다. 모델 테스트기에는, 에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리(L)를 조정하는 기구가 설치되어 있다. 이 거리(L)는 근접 노즐(NLn)의 에어 분출면(8)으로부터 필름 통과면(5)까지의 거리(L)에 상당한다.
또한, 모델 테스트기에서는 열가소성 수지 필름의 대용으로서 아크릴판(17)을 사용하고 있기 때문에, 실제의 텐터 오븐에서 보이는 필름의 요동을 관찰할 수 없고, 에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리는 분사 에어의 풍속, 풍량, 경시 변화 등에 관계없이 설정된 거리로 유지된다. 근접 노즐(NLn)에는 입구(6)(개구(6))로부터 출구(7)(개구(7))를 향하여 차례로 No1 내지 No4의 번호를 붙였다.
인접하는 2개의 근접 노즐(No1, No2)에 1대의 순환 팬(4)(도 8에 있어서의 좌측에 위치하는 순환 팬(4))을, 또한 인접하는 2개의 근접 노즐(No3, No4)에 다른 1대의 순환 팬(4)(도 8에 있어서의 우측에 위치하는 순환 팬(4))을 설치하고, 아크릴판(17)에 닿은 분사 에어가 노즐 간을 통하여 순환되도록 하였다. 분사 에어의 풍속이 평균 약 20m/s가 되도록 각각의 순환 팬(4)의 풍량을 조정하였다. 또한, 열교환기는 설치하지 않고, 온도가 실온인 에어를 순환시켰다. 모든 근접 노즐(NLn)에 대하여 분사 각도(22)(도 3b 참조)가 90±5°가 되도록 하였다.
도 9는 도 8의 모델 테스트기에서 모의적으로 수반 기류를 발생시키고, MD류의 크기를 평가하는 방법을 설명하는 종단면 개략도이다. 도 9에 도시한 바와 같이 모델 테스트기의 입구(6)에 에어 발생 장치(20)를 설치하였다. 모델 테스트기에 있어서 순환 팬(4)에 의해 각 근접 노즐(NLn)로부터 에어가 분출되고 있는 상태에서, 에어 발생 장치(20)에 의해 모델 테스트기의 입구(6)로부터 출구(7)를 향하여 아크릴판(17)의 하면을 따라 에어를 흘렸다.
도 10은 MD류의 풍속 측정 개소를 설명하는 도 9에 나타내는 C1-C1 화살표 방향의 횡단면 개략도이다. 모델 테스트기의 출구(7)에 5개의 풍속계(19)를 필름의 폭 방향으로 거의 등간격을 두고 설치하였다. 에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리(L)의 변경에 따라, 출구(7)로부터 흘러 나가는 에어의 풍속을 풍속계(19)에 의해 측정하고, 측정된 풍속의 값을 MD류의 크기로 하였다. 에어 발생 장치(20)로부터 흘려지는 에어의 풍속은 모델 테스트기의 입구(6)에 있어서 약 3m/s, 필름의 폭 방향으로 ±0.5m/s의 정밀도가 되도록 조정하였다.
MD류의 측정 위치에 대하여 도 10을 참조하면서 설명한다.
MD류는 모델 테스트기의 출구(7)이면서도 아크릴판(17)의 바로 아래에 있어서, 필름의 폭 방향에 거의 등간격으로 설치한 5개의 풍속계(19)를 이용하여 P1, P2, P3, P4, P5의 5점에서 측정하였다. 풍속계(19)로서 80mm 베인식 풍속계를 이용하였다. 베인식 풍속계의 관측면을 필름의 주행 방향을 향하도록 하고 출구(7)에 있어서의 필름의 주행 방향으로 흐르는 에어의 풍속을 측정하였다. MD류의 풍속은 시간에 따라 변동하기 때문에, 샘플링 주기를 1초로 설정하고, 15초간 연속해서 측정하였을 때의 평균값을 MD류의 풍속으로 하였다.
(2) 온도 불균일의 측정 방법
모델 테스트기의 아크릴판(17)의 근접 노즐 No2가 위치하는 장소의 바로 위 중앙부의 위치에 있어서, 아크릴판(17)에 폭 150mm, 길이 150mm의 개구부를 형성하였다. 이 개구부에 폭 150mm, 길이 150mm의 시트 형상의 러버 히터(rubber heater)를 설치하였다. 또한, 아크릴판(17)의 상면으로부터 상방으로 0.7m 이격된 위치에 적외선 서모그래피를 설치하고, 시트 형상의 러버 히터의 면의 온도 분포를 동시에 촬영할 수 있도록 적외선 서모그래피의 측정 시야를 조정하였다.
러버 히터를 100℃로 가열하고, 근접 노즐로부터 러버 히터를 향하여 실온의 에어를 분사하면서 모델 테스트기의 입구(6)에 설치되어 있는 에어 발생 장치(20)에 의해 에어의 흐름을 발생시켰다. 이때, 적외선 서모그래피에 의해 러버 히터의 면의 온도 분포를 촬영하고, 얻어진 열 화상을 전용 해석 소프트웨어에 의해 모델 테스트기 내의 MD류에 의해 발생하는 러버 히터의 온도 불균일을 측정하였다.
(3) 가열 효율의 측정 방법
근접 노즐의 가열 효율은 상기 온도 불균일의 측정 방법과 마찬가지로, 가열한 러버 히터에 근접 노즐에 의해 에어를 분사하면서 러버 히터의 열소비량, 분사 에어의 온도, 에어 분사 후의 러버 히터 온도를 하기 식에 대입하여 근접 노즐의 열전달률을 구하고, 이것을 가열 효율로 하였다. 또한, 가열 효율의 측정시에 에어 발생 장치(20)는 미작동 상태로 하고, 근접 노즐 단체에서의 가열 효율을 측정하였다.
식: 열전달률[W/m2K]=러버 히터의 열소비량/[(에어 분사 후의 러버 히터 온도)-(분사 에어의 온도)]
여기서, 러버 히터의 열소비량[W]은 러버 히터가 분사 에어로 냉각될 때의 러버 히터의 전류값[A], 전압값[V]을 측정하고, 식: 열소비량[W]=전류값[A]×전압값[V]으로 계산하였다.
상기 모델 테스트기를 이용하여 에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리(L)를 50mm로 하고, L/B의 값을 3.1로 하였을 때의 MD류의 풍속[m/s], 가열 효율[W/m2K], 온도 불균일[℃]을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 2>
에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리(L)를 75mm로 하고, L/B의 값을 4.7로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MD류의 풍속[m/s], 가열 효율[W/m2K], 온도 불균일[℃]을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 3>
에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리(L)를 100mm로 하고, L/B의 값을 6.3으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MD류의 풍속[m/s], 가열 효율[W/m2K], 온도 불균일[℃]을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 4>
에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리(L)를 150mm로 하고, L/B의 값을 9.4로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MD류의 풍속[m/s], 가열 효율[W/m2K], 온도 불균일[℃]을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 5>
모든 근접 노즐(NLn)에 대하여 노즐로부터 분출되는 분사 에어의 방향과 필름 통과면이 이루는 각도(분사 각도)를 110±5°가 되도록 설정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MD류의 풍속[m/s], 가열 효율[W/m2K], 온도 불균일[℃]을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 6>
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(도레이(주)제, F20S) 펠릿을 감압 건조시킨 후, 압출기에 공급하고, 280℃에서 용융 압출하여 시트를 성형하였다. 얻어진 시트를 표면 온도 20℃로 유지시킨 직경이 1600mm인 냉각 드럼의 표면에 정전 인가법으로 밀착시키고, 냉각 고화시켜 두께 2100㎛의 열가소성 수지 필름을 얻었다.
이 열가소성 수지 필름을 가열된 롤군 및 적외선 히터로 가열하고, 그 후 주속차가 있는 롤군으로 주행 방향으로 3.2배 연신하여 일축 연신 필름을 얻었다.
얻어진 일축 연신 필름을 예열 대역, 연신 대역, 열 고정 대역, 냉각 대역으로 구성된 텐터 오븐에 도입하였다. 각 대역은 복수개의 도 1에 도시한 방으로 형성하였다. 즉, 예열 대역은 2방, 연신 대역은 4방, 열 고정 대역은 4방, 및 냉각 대역은 2방로 하였다. 각 방의 높이는 3m, 길이는 3m, 및 폭은 2m로 하였다. 각 방에 있어서 필름 통과면(5)의 상면측에 5개의 슬릿 노즐(NUn)을 설치하고, 필름 통과면의 하면측에도 5개의 슬릿 노즐(NLn)을 설치하였다. 전체 슬릿 노즐에 대하여 분사 에어의 방향과 필름 통과면이 이루는 각도(분사 각도)가 90±5°가 되도록 하였다.
예열 대역에 있어서의 모든 슬릿 노즐은 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리(L)가 50mm인 근접 노즐로 하였다. 그 이외의 대역에 있어서는 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리(L)가 170mm인 슬릿 노즐을 이용하였다.
슬릿 노즐 및 근접 노즐에 있어서의 슬릿의 슬릿 간극은 10mm로 하였다. 따라서, 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리(L)와 슬릿 간극(B)의 비율을 나타내는 L/B의 값은 예열 대역에서는 L/B=5, 그 이외의 대역에서는 L/B=17이었다.
각 방에 있어서, 각각 순환 팬에 의해 슬릿 노즐 또는 근접 노즐로부터 필름을 향하여 소정의 설정 온도까지 가열된 열풍이 분출되고, 원하는 필름의 열 처리가 행해졌다.
일축 연신 필름의 단부를 클립으로 파지하여 온도 100℃의 예열 대역을 통과시키고, 온도 130℃의 연신 대역으로 유도하여 일축 연신 필름을 그의 폭 방향으로 3.5배로 연신하였다. 이어서, 그 연신된 폭을 유지한 채로 온도 220℃의 열 고정 대역에서 필름의 열 고정 처리를 행하고, 또한 온도 100℃의 냉각 대역에서 필름의 냉각 처리를 한 후, 필름의 양 단부를 트리밍하고, 또한 권취 장치로 권취하여 두께 188㎛, 폭 3450mm의 이축 연신 필름을 얻었다. 각 대역의 온도는 슬릿 노즐 또는 근접 노즐로부터 분출되는 열풍의 온도이다. 필름의 주행 속도는 25m/min으로 하였다.
얻어진 이축 연신 필름에 대하여 양단으로부터 225mm씩 제외하고, 1000mm 폭으로 3등분하여 슬릿함으로써 폭 1000mm, 길이 2000m의 이축 연신 필름 롤 3개를 얻었다.
이 3개 중, 얻어진 이축 연신 필름의 중앙 부분의 필름으로부터 얻어진 롤을 이용하여 필름의 두께 불균일의 측정에 필요한 필름 롤 샘플을 제작하였다.
필름의 두께 불균일의 측정은 길이 1m, 폭 600mm의 필름 샘플로부터, 필름 샘플의 폭 방향 중심부 및 단부로부터 100mm의 위치를 샘플 중앙으로 하도록 하여 폭 40mm의 두께 측정용 샘플을 3군데에서 잘라냈다. 그 후, 접촉식 두께계(안리츠(주)제 KG60/A)를 이용하여 각 두께 측정용 샘플의 필름의 주행 방향의 두께를 연속적으로 측정하고, 차트 레코더(chart recorder)에 출력하였다. 출력된 두께의 프로파일로부터 필름의 주행 방향의 두께의 최대값 ㎛와 최소값 ㎛, 상기 두께의 프로파일로부터 얻어지는 연속 분포의 상가 평균값 ㎛(이하, 간단히 평균값 ㎛라고 함)를 구하였다. 그리고, 최대값과 최소값의 차의 평균값에 대한 백분율을 구하고, 그 값을 두께 불균일(R)[단위:%]로 하였다. 또한, 실시예에 있어서의 두께 불균일(R)은 3군데의 측정용 샘플의 두께 불균일(R)의 평균값이다.
MD류의 측정은 텐터 오븐의 출구에서, 도 10에서 도시한 바와 같이 필름의 폭 방향으로 등간격으로 5군데의 풍속을 측정하고, 평균값을 계산하였다.
근접 노즐을 적용하기 전에 대한 텐터 오븐의 전력 삭감률[%] 및 증기 삭감률[%]을 산출하였다. 근접 노즐을 적용하기 전이란, 텐터 오븐의 모든 노즐에 있어서 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리(L)가 170mm인 상태를 말한다.
전력 삭감률[%]은 근접 노즐을 적용하기 전후의 각 방의 순환 팬의 소비 전력[kWh]을 다음 식으로 산출하고, 각 방의 소비 전력의 합계(텐터 오븐 전체의 소비 전력)를 계산함으로써 구하였다.
식: 전력 삭감률[%]=[(근접 노즐을 적용하기 전후에 있어서의 소비 전력 합계의 감소분)/(근접 노즐을 적용하기 전의 소비 전력 합계)].
소비 전력[kWh]은 다음 식에 의해 구한다.
식: 소비 전력[kWh]=[순환 팬의 정격 용량[kWh]×(순환 팬의 운전 주파수[Hz]/순환 팬의 정격 주파수[Hz])3/인버터 효율].
증기 삭감률[%]은 근접 노즐을 적용하기 전후의 각 방 열교환기의 소비 증기량[t/년]을 다음 식으로 산출하고, 각 방의 소비 증기량의 합계(텐터 오븐 전체의 소비 증기량)를 계산하였다.
식: 증기 삭감률[%]=[(근접 노즐을 적용하기 전후에 있어서의 소비 증기량 합계의 감소분)/(근접 노즐을 적용하기 전의 소비 증기량 합계)].
소비 증기량을 Q[kg/h]로 하면,
P2＞0.5×P1인 경우,
Q=Cv×197.8×((P1-P2)×P2)0.5
P2≤0.5×P1인 경우,
Q=Cv×98.9×P1
여기서, P1[MPa] : 열교환기의 컨트롤 밸브의 일차측 절대 압력, P2[MPa] : 열교환기의 컨트롤 밸브의 이차측 절대 압력, Cv : 컨트롤 밸브의 형식과 Cv 개도(開度)로 결정되는 상수(밸브의 성능 곡선으로부터 판독함)이다.
텐터 오븐의 각 방에는 환기용 급기 덕트와 배기 덕트가 설치되어 있고, 근접 노즐을 설치한 예열 대역의 급기량 합계와 배기량 합계의 비율을 1이 되도록 급배기 팬을 조정하였다.
실시예 6에 있어서의 각종 조건 및 각종 측정값을 표 2에 나타낸다.
<실시예 7>
근접 노즐을 예열 대역과 연신 대역의 전체 슬릿 노즐에 적용하고, 예열과 연신 대역의 급기량 합계와 배기량 합계의 비를 1로 한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 텐터 오븐을 나온 필름의 폭 방향 두께 불균일[%], 텐터 오븐 출구에서의 MD류의 풍속을 측정하였다. 또한, 근접 노즐을 적용하기 전에 대한 텐터 오븐의 전력 삭감률[%] 및 증기 삭감률[%]을 산출하였다. 실시예 7에 있어서의 각종 조건 및 각종 측정값을 표 2에 나타낸다.
<실시예 8>
근접 노즐을 예열 대역, 연신 대역 및 열 고정 대역의 전체 슬릿 노즐에 적용하고, 예열과 연신, 및 열 고정 대역의 급기량 합계와 배기량 합계의 비율을 1로 한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 텐터 오븐을 나온 필름의 폭 방향 두께 불균일[%], 텐터 오븐 출구에서의 MD류의 풍속을 측정하였다. 또한, 근접 노즐을 적용하기 전에 대한 텐터 오븐의 전력 삭감률[%] 및 증기 삭감률[%]을 산출하였다. 실시예 8에 있어서의 각종 조건 및 각종 측정값을 표 2에 나타낸다.
<실시예 9>
근접 노즐을 텐터 오븐의 모든 대역(예열 대역부터 냉각 대역까지의 모든 대역)의 슬릿 노즐에 적용하고, 모든 대역의 급기량 합계와 배기량 합계의 비율을 1로 한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 텐터 오븐을 나온 필름의 폭 방향 두께 불균일[%], 텐터 오븐 출구에서의 MD류의 풍속을 측정하였다. 또한, 근접 노즐을 적용하기 전에 대한 텐터 오븐의 전력 삭감률[%] 및 증기 삭감률[%]을 산출하였다. 실시예 9에 있어서의 각종 조건 및 각종 측정값을 표 2에 나타낸다.
<실시예 10>
텐터 오븐의 모든 대역(예열 대역부터 냉각 대역까지의 모든 대역)에 있어서, 근접 노즐을 필름 통과면의 하측에만 각 방에 5개 설치한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 텐터 오븐을 나온 필름의 폭 방향의 두께 불균일[%], 텐터 오븐 출구에서의 MD류의 풍속을 측정하였다. 또한, 근접 노즐을 적용하기 전에 대한 텐터 오븐의 전력 삭감률[%] 및 증기 삭감률[%]을 산출하였다. 실시예 10에 있어서의 각종 조건 및 각종 측정값을 표 2에 나타낸다.
<실시예 11>
텐터 오븐의 모든 대역(예열 대역부터 냉각 대역까지의 모든 대역)에 근접 노즐을 설치하였다. 이때, 분사 각도를 110±5°로 하였다. 그 외에는 실시예 6과 마찬가지로 하여 텐터 오븐을 나온 필름의 폭 방향의 두께 불균일[%], 텐터 오븐 출구에서의 MD류의 풍속을 측정하였다. 또한, 근접 노즐을 적용하기 전에 대한 텐터 오븐의 전력 삭감률[%] 및 증기 삭감률[%]을 산출하였다. 실시예 11에 있어서의 각종 조건 및 각종 측정값을 표 2에 나타낸다.
<비교예 1>
실시예 1 내지 3에서 사용한 모델 테스트기에서 에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리(L)를 170mm로 하고, L/B의 값을 10.6으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MD류의 풍속[m/s], 가열 효율[W/m2K], 온도 불균일[℃]을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<비교예 2>
에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리(L)를 200mm로 하고, L/B의 값을 12.5로 한 것 이외에는, 비교예 1과 마찬가지로 하여 MD류의 풍속[m/s], 가열 효율[W/m2K], 온도 불균일[℃]을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<비교예 3>
에어 분출면(8)으로부터 아크릴판(17)의 하면까지의 거리(L)를 250mm로 하고, L/B의 값을 15.6으로 한 것 이외에는, 비교예 1과 마찬가지로 하여 MD류의 풍속[m/s], 가열 효율[W/m2K], 온도 불균일[℃]을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<비교예 4>
근접 노즐을 어느 대역에도 적용하지 않고, 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리(L)를 170mm로 하고, 모든 대역의 급기량 합계와 배기량 합계의 비율을 0.76으로 한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 텐터 오븐을 나온 필름의 폭 방향 두께 불균일[%], 텐터 오븐 출구에서의 MD류의 풍속을 측정하였다. 또한, 근접 노즐을 적용하기 전에 대한 텐터 오븐의 전력 삭감률[%] 및 증기 삭감률[%]을 산출하였다. 비교예 4에 있어서의 각종 조건 및 각종 측정값을 표 2에 나타낸다.
이들 실시예 및 비교예가 나타내는 결과로부터, 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리(L)를 150mm 이하로 함으로써, 필름의 온도 불균일을 저감시키고, 분사 노즐의 가열 불균일을 저감시킬 수 있다. 또한, 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리(L)를 150mm 이하로 한 근접 노즐을 텐터 오븐의 적어도 예열 대역에 설치함으로써 MD류를 억제하고, 필름의 두께 불균일을 개선할 수 있다. 또한, 근접 노즐은 텐터 오븐의 전력, 증기의 소비 에너지의 삭감에도 유효한 수단이라고 할 수 있다.
Figure 112013092951004-pct00001
Figure 112013092951004-pct00002
본 발명의 텐터 오븐은 그에 이용되고 있는 복수개의 에어 분사 노즐 중 적어도 1개의 에어 분사 노즐이, 노즐의 에어 분출면에 형성된 개구가 슬릿 형상이고, 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리(L)와 슬릿 간극의 폭(B)이 식: (L/B)≤10의 관계를 만족시키며, 상기 거리(L)가 150mm 이하인 근접 노즐인 것을 특징으로 하는 텐터 오븐이다.
이 때문에, 본 발명의 텐터 오븐에 있어서는 텐터 오븐 내에 발생하는 필름의 주행 방향으로의 에어의 흐름(MD류)이 억제되고, 그 결과 본 발명의 텐터 오븐은 두께 불균일이 적은 연신 필름의 제조에 바람직하게 이용된다.
본 발명의 텐터 오븐은 그 내부에 있어서 MD류가 억제되어 있기 때문에, 텐터 오븐에 있어서의 공정의 안정화, 소비 에너지의 삭감이 도모된다.
2 : 에어 흡입부
3 : 열교환기
4 : 순환 팬
5 : 필름 통과면
6 : 입구(주행 필름의 입구)
7 : 출구(주행 필름의 출구)
8 : 에어 분출면
8a : 에어 분출 개구, 슬릿
11 : 클립
12 : 레일
13 : 레일 커버
14 : 고정 노즐 부분
15 : 가동 노즐 부분
17 : 아크릴판
18 : 모델 테스트기의 외벽
19 : 베인식 풍속계
20 : 에어 발생 장치
21 : 오븐 외벽
22 : 에어 분사 각도
23 : 슬릿으로부터 분출되는 에어의 흐름 방향
24 : 노즐의 횡단면
25 : 노즐 중심선
26 : 레일 간격
27 : 레일 패턴 A일 때의 레일 커버와 가동 노즐 부분의 연결부
27a : 긴 구멍
28 : 레일 패턴 B일 때의 레일 커버와 가동 노즐 부분의 연결부
29 : 레일 단부의 고정 부분
30 : 연결부의 MD 방향의 이동량
31 : 레일 커버와 가동 노즐 부분을 연결하는 핀 기구
31a : 암
31b : 핀
32 : 연결 리브
33 : 연결 리브의 폭
34 : 인접하는 2개의 연결 리브 간의 간극
35 : 다공판 유형의 분사 노즐의 인접하는 구멍 간의 피치
36 : 다공판 유형의 분사 노즐의 구멍의 개구 면적
37 : 고정 노즐 부분과 가동 노즐 부분의 중첩에 의해 발생하는 불균일 부분
38 : 필름 걸림 방지용 보호 커버의 선단
39 : 가동 커버 부분
40 : 고정 커버 부분
41 : 보호 커버의 개구부
42 : 보호 커버
B : 슬릿 간극, 슬릿 폭
FRD : 필름의 주행 방향
FWD : 필름의 폭 방향
L : 에어 분출면으로부터 필름 통과면까지의 거리
NUn, NLn : 에어 분사 노즐, 슬릿 노즐, 근접 노즐
RPA : 패턴 A의 상태의 레일
RPB : 패턴 B의 상태의 레일
TO1 : 텐터 오븐
TO2 : 텐터 오븐
ZC : 냉각 대역
ZD : 연신 대역
ZHS : 열 고정 대역
ZPH : 예열 대역

Claims (9)

  1. 한 끝에 열가소성 수지 필름을 포함하는 주행 필름의 입구를, 다른 끝에 상기 주행 필름의 출구를 갖고, 상기 입구부터 상기 출구에 걸쳐 형성되는 상기 주행 필름의 필름 통과면의 상면과 하면에 대향하여 상기 주행 필름에 가온된 에어를 분사하는 복수개의 에어 분사 노즐이 설치되고, 상기 에어 분사 노즐의 상기 필름 통과면에 대향하는 에어 분출면에 상기 가온된 에어를 분출하는 에어 분출 개구가 형성되어 있고, 상기 입구와 출구 사이에 상기 주행 필름을 그의 폭 방향으로 연신하는 연신 대역을 갖는 텐터 오븐(tenter oven)에 있어서, 상기 복수개의 에어 분사 노즐 중 적어도 1개의 에어 분사 노즐이, 상기 에어 분출면에 형성된 상기 에어 분출 개구가 상기 주행 필름의 폭 방향으로 연장되는 슬릿에서 형성되고, 상기 에어 분출면과 상기 필름 통과면 사이의 거리(L)와 상기 슬릿의 상기 주행 필름의 주행 방향에 있어서의 슬릿 폭(B)이 식: (L/B)≤10의 관계를 만족시키며, 상기 거리(L)가 150mm 이하인 근접 노즐이고,
    상기 근접 노즐 중 적어도 1개가 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 그 내부에 공급원으로부터 공급되는 상기 가온된 에어의 유로를 가짐과 동시에, 그 일면에 상기 에어 분출면을 가지며, 상기 하우징이 고정 하우징과, 상기 고정 하우징의 양 단부에 상기 고정 하우징에 대하여 상기 주행 필름의 폭 방향으로 이동 가능한 가동 하우징을 갖는 것인, 텐터 오븐.
  2. 제1항에 있어서, 복수개의 상기 근접 노즐 중 적어도 1개가 상기 필름 통과면의 상면에 대향하여 설치되며, 다른 적어도 1개가 상기 필름 통과면의 하면에 대향하여 설치되어 있는 것인 텐터 오븐.
  3. 제2항에 있어서, 상기 필름 통과면의 상면에 대향하여 설치된 상기 근접 노즐과 상기 필름 통과면의 하면에 대향하여 설치된 상기 근접 노즐의 적어도 1조(組)에 있어서, 각각의 상기 에어 분출면이 상기 필름 통과면을 개재하여 서로 대향하고 있는 것인 텐터 오븐.
  4. 제1항에 있어서, 상기 근접 노즐의 상기 슬릿으로부터 상기 필름 통과면을 향하여 분출되는 에어의 흐름 방향의 상기 필름 통과면과 이루는 에어 분사 각도가 85 내지 95도인 텐터 오븐.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연신 대역의 상기 입구측에 상기 주행 필름을 예열하는 예열 대역이 설치되고, 상기 예열 대역의 적어도 일부에 상기 근접 노즐이 설치되어 있는 것인 텐터 오븐.
  6. 제1항에 있어서, 상기 텐터 오븐 내에 상기 주행 필름의 양 단부를 파지(把持)하는 다수의 클립을 상기 입구부터 상기 출구를 향하여 이동시키는 좌우의 클립 이동 장치, 상기 좌우의 클립 이동 장치를 안내하며, 상기 주행 필름의 폭 방향으로 간격 변경이 가능하도록 설치된 좌우의 레일과 상기 좌우의 레일을 덮는 좌우의 레일 커버를 갖고, 상기 각각의 가동 하우징이 각각에 가까운 측의 레일 커버에 연결 부재를 개재하여 상기 좌우의 레일 커버에 각각 연결되고, 상기 각각의 연결 부재에 의해 상기 좌우 레일의 간격 변경에 따라 상기 가동 하우징이 상기 주행 필름의 폭 방향으로 이동 가능하도록 되어 있는 것인 텐터 오븐.
  7. 제1항에 있어서, 상기 근접 노즐 중 적어도 1개가 상기 슬릿의 편측 또는 양측을 따라 설치된 상기 주행 필름의 상기 근접 노즐의 선단에 대한 접촉을 방지하는 보호 커버를 갖는 것인 텐터 오븐.
  8. 열가소성 수지를 포함하는 미연신 필름 또는 일축 연신 필름이 주행 필름으로서 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 텐터 오븐의 상기 입구부터 상기 텐터 오븐 내에 도입되고, 상기 텐터 오븐 내에서 슬릿 노즐로부터 분사되는 상기 가온된 에어에 의해 가열 처리되고, 그 동안에 상기 주행 필름이 그의 폭 방향으로 연신된 후, 상기 출구로부터 도출되어 이루어지는 연신 필름의 제조 방법.
  9. 삭제
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