KR20060109460A

KR20060109460A - 폴리머 필름의 산소 농축 화염 천공 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20060109460A
Application number: KR1020067008762A
Authority: KR
Inventors: 조엘 에이. 겟쉘; 마크 에이. 스트로벨; 마이클 제이. 울쉬
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-10-20
Also published as: EP1673202B1; CN100532032C; US7622064B2; ATE378158T1; US20070096356A1; EP1673202A1; US20050073070A1; CN1878644A; JP2007507362A; DE602004010168T2; US7160095B2; WO2005039840A1; US20070084402A1; DE602004010168D1; BRPI0415068A; US7402033B2; TW200520935A

Abstract

본 발명은 폴리머 필름을 산소 농축 화염으로 화염 천공하기 위한 장치와 방법을 제공한다. 상기 장치의 한 실시예는 프레임과, 프레임에 부착된 지지 표면과, 연소성 혼합물 내에 산소의 양을 증가시키기 위한 산소 농축 시스템과, 지지 표면에 대향된 프레임에 부착된 연소기와, 지지 표면과 접촉하는 필름을 포함하고, 지지 표면은 복수의 패인 부분을 포함하고, 연소기는 안정된 화염을 지지하고, 연소기의 화염은 필름이 천공되도록 필름을 향해 배향된다. 폴리머 필름을 화염 천공하는 방법의 일 실시예는 안정적인 화염을 형성하도록 산소 농축된 연소성 혼합물을 점화하는 단계를 포함하고, 산소 농축된 연소성 혼합물에 의해 발생된 화염은 보다 균일한 천공을 제공한다.

산소 농축 시스템, 연소성 혼합물, 화염, 지지 표면, 연소기

Description

폴리머 필름의 산소 농축 화염 천공 방법 및 장치 {METHODS AND APPARATUS FOR OXYGEN ENRICHED FLAME-PERFORATION OF A POLYMER FILM}

본 발명은 필름을 화염 천공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

천공된 폴리머 필름을 만들기 위한 다양한 방법은 공지되어 있다. 예를 들면, 미국 특허 제3,012,918호[샤르(schaar)] 및 영국 특허 명세서 제GB 851,053호 및 제GB 854,437호 모두에는 필름의 특정 영역이 용융되어 천공 패턴을 형성하도록 가스 가열된 공기의 제트가 필름의 표면 상으로 지향되면서, 원하는 천공 패턴을 갖는 냉각된, 중공의 회전하는 금속 실린더 또는 지지 롤 상으로 필름을 통과시킴으로써 폴리머 필름의 열기밀성을 개선하기 위한 공정과 장치가 일반적으로 설명되어 있다.

미국 특허 제3,394,211호[맥더프(MacDuff)]는 열수축 가능한, 2축으로 배향된 폴리프로필렌 필름의 화염 천공을 개시하고 있다. 영국 특허 명세서 제GB 1,012,963호 및 제GB 1,073,605호에는 열에 의한 연화 및 용융 가능한 적절한 열가소성 필름을 화염 천공하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다.

산소 농축 화염(oxygen-enriched flame)은 폴리머 필름의 습윤성과 부착 특성을 개선하는 데 사용되고 있다. 이러한 사용은 미국 특허 제3,153,683호, 제 3,255,034호, 제3,347,697호, 제3,361,607호, 제3,375,126호, 제3,431,135호, 제3,783,062호, 제4,622,237호 및 제5,891,967호를 포함하는 특허 문헌에 개시되어 있다. 이러한 특허는 폴리머의 표면 변경을 위한 산소 농축 화염의 사용을 설명하고 있다.

본 발명의 일 태양은 산소 농축 화염으로써 필름을 천공하기 위한 장치를 제공한다. 화염 천공을 위한 장치는 프레임과, 프레임에 부착된 지지 표면과, 지지 표면에 대향된 프레임에 부착된 연소기와, 연소기에 연결된 연소기 파이프와, 연소기 파이프에 연결되어 산소 농축 연소성 혼합물(oxygen-enriched combustible mixture)을 연소기 파이프에 공급하는 산소 농축 시스템과, 지지 표면과 접촉하는 필름을 포함하며, 지지 표면은 복수의 패인 부분을 가지며, 연소기는 화염을 지지하고, 연소기의 화염은 필름을 향해 지향된다. 본 장치의 일 실시예에서, 연소기 파이프에 연결된 혼합기는 산소 농축 연소성 혼합물을 형성하도록 적절한 체적의 산소, 공기 및 기상 탄화 수소 연료의 혼합을 촉진시킨다. 상기 장치의 다른 실시예에서, 장치는 프레임에 부착된 백킹 롤을 추가로 포함하며, 백킹 롤은 지지 표면을 가지며, 필름은 백킹 롤의 지지 표면의 적어도 일부 주위를 감싼다. 본 실시예의 한 태양에서, 장치는 지지 표면에 인접한 프레임에 부착된 예열 롤을 추가로 포함하고, 예열 롤은 외부 표면을 가지며, 예열 롤의 외부 표면은 연소기 전에 필름을 예열하기 위해 가열된다. 본 실시예의 또 다른 태양에서, 예열 롤의 외부 표면은 연소기 전에 필름을 예열하기 위해 74 ℃(165 ℉)보다 높게 가열된다. 또 다른 실시예에서, 예열 롤은 백킹 롤에 인접한 프레임에 부착된 닙 롤이고, 필름은 닙 롤과 백킹 롤 사이에 존재한다. 본 실시예의 또 다른 태양에서, 연소기는 연소기와 닙 롤 사이에 측정된 각도가 45°미만이 되도록 위치되고, 각도의 정점이 백킹 롤의 축에 위치된다.

또 다른 실시예에서, 상기 장치는 백킹 롤에 인접한 프레임에 부착된 온도 제어되는 쉴드를 추가로 포함하고, 온도 제어되는 쉴드는 연소기와 닙 롤 사이에 위치된다.

다른 실시예에서, 장치는 지지 표면 상에 공기 또는 액체를 인가시키기 위해 지지 표면에 인접한 프레임에 부착된 분사기를 추가로 포함한다.

본 발명의 다른 태양은 산소 농축 화염으로써 필름을 화염 천공하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 측면 및 제1 측면과 대향된 제2 측면을 갖는 필름을 제공하는 단계와, 복수의 패인 부분을 갖는 지지 표면과 필름의 제2 측면을 접촉시키는 단계와, 가열된 표면과 필름의 제1 측면을 접촉시키는 단계와, 필름의 제1 측면으로부터 가열된 표면을 제거하는 단계와, 연소성 혼합물을 산소로 농축하는 단계와, 연소기에 의해 지지되고 산소 농축 연소성 혼합물에 의해 연료 공급되는 안정적인 화염을 형성하도록 연소성 혼합물을 점화하는 단계와, 그 이후, 필름을 천공하도록 연소기로부터의 화염으로 필름의 제1 측면을 가열하는 단계를 포함한다. 방법의 일 태양에서, 천공 단계는 지지 표면의 복수의 패인 부분에 상응하는 패턴으로 필름을 천공한다.

전술한 방법의 일 실시예에서, 농축 단계는 연소성 혼합물을 제공하도록 산화제를 산소로 농축하고 기상 탄화 수소 연료를 산소 농축 산화제와 결합시키는 단계를 추가로 포함한다. 전술한 방법의 다른 태양에서, 산소 농축 단계는 산소 비율이 0.21보다 크고 0.35 이하인 산화제를 제공한다.

본 발명의 다른 태양에서, 방법은 49 ℃(120 ℉)보다 낮은 온도로 지지 표면을 냉각하는 단계를 추가로 포함한다. 방법의 다른 실시예에서, 예열된 닙 롤은 필름의 제1 측면과 접촉하기 위해 사용되고, 닙 롤은 백킹 롤에 인접한 프레임에 부착되고, 필름은 닙 롤과 백킹 롤 사이에 존재한다.

전술한 방법의 또 다른 실시예에서, 연소기는 연소기와 닙 롤 사이에 측정된 각도가 45°미만이 되도록 위치되고, 각도의 정점이 백킹 롤의 축에 위치된다.

필름을 화염 천공하기 위한 방법의 다른 실시예에서는, 방법이 지지 표면을 갖는 백킹 롤을 제공하는 단계와, 닙 롤을 제공하는 단계와, 산소로 연소성 혼합물을 농축하는 단계와, 연소기에 의해 지지되고 산소 농축 연소성 혼합물에 의해 연료 공급되는 안정적인 화염을 형성하도록 연소성 혼합물을 점화하는 단계와, 지지 표면에 대해 필름을 접촉시키는 단계와, 필름을 예열하도록 닙 롤과 백킹 롤의 지지 표면 사이에 필름을 가압하는 단계와, 그 이후, 연소기의 화염으로 필름을 천공하는 단계를 포함하며, 지지 표면은 복수의 패인 부분을 가지며, 닙 롤은 외부 표면을 가지며, 닙 롤의 외부 표면은 가열되고, 연소기는 연소기와 닙 롤 사이에 측정된 각도가 45°미만이 되도록 위치되고, 각도의 정점은 백킹 롤의 축에 위치된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 추가로 설명되고, 동일한 구조에는 몇몇 도면에 걸쳐 동일한 도면 부호를 사용하였다.

도1은 본 발명의 화염 천공 장치의 측면도,

도2는 명료함을 위해 생략된 두 개의 아이들러 롤러와 모터 및 가상선으로 도시된 백킹 롤을 갖는 도1의 장치의 부분 정면도,

도3은 장치 내부에 필름 경로를 따라 이동하는 필름을 포함하는 도1의 장치의 측면도,

도4는 필름이 도1의 화염 천공 장치로 천공된 후, 필름의 천공 패턴의 평면도,

도5는 도4의 필름을 포함하는 테이프의 단면도이다.

본 발명은 연소성 혼합물용 산소 농축 시스템을 포함하는 필름을 화염 천공하기 위한 장치 및 필름을 화염 천공하기 위한 방법의 실시예를 제공한다. 천공을 위해 사용되는 산소 농축 화염은 허용 가능한 필름의 품질을 유지시키면서 프레임 천공된 필름의 웨브 속도를 증가시키는데 도움을 준다. 허용 가능한 필름의 품질은 주름이나 절개(tears), 열 손상 등의 다른 결함 없이 필름에 완전하게 그리고 균일하게 개방되며, 일정하게 형성된 천공을 포함하며, 또는 천공을 부분적으로 형성하는 것을 포함한다. 천공된 엘라스토머 또는 폴리머 필름의 이러한 품질은, 수작업 절개하는 동안의 테이프의 바람직하지 않은 신장 없이, 종방향과 횡방향 모두에서 용이하며 직선인 수작업 절개성을 가지며, 낮은 비용으로 높은 인장 강도와 우수한 정합성을 갖는 접착 테이프 백킹을 제공하는 등의 특정 최종 용도(end use)에 있어서의 사용을 위해 매우 중요하다.

산소 농축 화염의 사용은 천공 공정의 속도를 증가시키고 천공의 물리적 균일성을 종종 개선시킨다. 본 발명을 사용함으로써 얻어질 수 있는 천공 속도는 산소 농축 시스템이 채용되지 않은 곳의 속도보다 매우 빠를 수 있다. 또한 부가적으로, 천공 균일성에서 상당한 개선이 달성될 수 있다.

화염은 화염 동력(flame power)과 연료에 대한 산화제의 몰 비율(molar ratio)의 두 가지 특성으로써 설명될 수 있다. 화염 동력은 단위 시간 당 연소되는 연료의 체적과 연료의 열함량의 곱이다. 화염 동력에 대한 일반적인 단위는 와트(W) 또는 Btu/hr이다. 화염 동력은 연소기의 치수를 고려하여 표준화될 수 있고, W/㎠ 또는 Btu/hr-in와 같은 단위로 나타낸다.

완전 연소를 위해 요구되는 연료에 대한 산화제의 정확한 비율은 화학량적 비율(stoichiometric ratio)로서 공지되어 있다. 예를 들면, 메탄의 완전 연소를 위해 필요한 건조 공기의 정확한 양은 메탄 체적 당 9.55의 건조 공기 체적이고, 따라서, 공기 : 메탄 화염에 대한 화학량적 비율은 9.55 : 1이며, 또는 대안으로 단지 9.55로 표현된다. 당량비는 화학량적 산화제 : 연료비를 실질적인 산화제 : 연료비로 나눈 것으로서 정의된다. 연료-부족(fuel-lean) 또는 산화성 화염에 대해, 산화제는 화학량적 양보다 많이 존재하고 따라서 당량비(equivalence ratio)는 1.00 미만이다. 화학량적 비율에서 산화제 : 연료 혼합물에 대해, 당량비는 1.00이다. 연료 과잉 시스템(fuel-rich system)에 대해, 당량비는 1.00보다 크다.

본 발명의 명세서에서, 산소 농축은 천공을 위해 사용되는 층류의 사전 혼합된 탄화 수소 화염(laminar, premixed hydrocarbon flame)을 지지하는 데 사용되는 연소성 혼합물에 산소를 부가하는 것을 포함한다. 연소성 혼합물의 산소 농축은 증가된 화염 온도, 증가된 층류 화염 속도 및 연소기를 통해 통과하는 연소성 혼합물의 전체 유동의 감소 등을 포함하는 화염에 몇몇 변화를 발생시킨다. 화염 온도의 증가는 연소 반응에 의해 가열되는 불활성 질소가 작게 존재하기 때문에 발생된다. 화염 속도의 증가는 주어진 화염 동력에 대해 크기가 감소되도록 리본 연소기(ribbon burner) 상에서 안정화되는 발광 화염을 발생시킨다. 즉, 연료의 주어진 유동률에서 발광 화염 콘의 높이는 혼합물 내의 산소 농도가 일정한 당량비로 증가할 때 감소된다. 연소성 혼합물의 유동의 감소는 산화제 내에 질소량이 감소됨으로써 발생된다.

도1 및 도2는 본 발명의 화염 천공 필름을 만들기 위한 장치의 한 실시예를 도시한다. 도1은 장치(10)의 측면도를 도시하고, 산소 농축 시스템(45)의 일 실시예를 도시한다. 도2는 가상선으로 도시된 백킹 롤(14)과, 명료성을 위해 생략된 아이들러 롤러(55, 58) 및 모터(16)를 갖는 장치(10)의 일부의 정면도를 도시한다.

장치(10)는 프레임(12)을 포함한다. 프레임(12)은 상부 부분(12a)과 하부 부분(12b)을 포함한다. 장치(10)는 외부 지지 표면(15)을 갖는 백킹 롤(14)을 포함한다. 바람직하게는, 지지 표면(15)이 패인 부분(lowered portions, 90)의 패턴을 포함한다. 이러한 패인 부분(90)과 패인 부분 사이의 지지 표면(15) 부분은 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)을 집합적으로 구성한다. 패인 부분(90)은 지지 표 면(15) 내에 만입부 패턴을 형성한다. 패인 부분(90)은 지지 표면(15)을 따라 복수의 함몰된 또는 리세스된 부분 또는 복수의 만입부일 수도 있다. 바람직하게 이러한 패인 부분(90)은 지지 표면(15) 내부에 에칭된다. 대안으로, 패인 부분(90)의 패턴은 지지 표면(15) 내부에 드릴링, 제거(ablated), 또는 조판될 수 있다. 패인 부분(90)은 바람직하게 타원형의 형상이고, 바람직하게 약 0.1778 cm(70 mils) 이하의 길이, 약 0.0762 mm(30 mils) 이하의 폭 및 약 0.02032 cm(8 mils) 이상의 깊이를 각각 갖는다. 천공의 패턴의 한 예는 2002년 2월 14일에 공개된 제목이 "직물류 폴리머 필름(Cloth-like Polimeric Films)"[잭슨 등(Jackson et al.)]인 국제 공개 번호 제WO 02/11978호에 시사되어 있고, 상기 패턴은 참조로써 본원에 합체된다.

일 실시예에서, 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)은 장치(10) 둘레의 주변 온도에 대해 온도 제어된다. 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)은 본 기술 분야에 공지된 임의의 수단에 의해 온도 제어될 수도 있다. 바람직하게, 백킹 롤(14)의 지지 부분(15)은 냉각수를 중공 샤프트(56)의 입구 부분(56a) 안으로, 백킹 롤(14) 안으로, 그리고 중공 샤프트(56)의 출구 부분(56b)의 외부에 제공함으로써 냉각된다. 장치(10)는 프레임의 하부 부분(12b)에 부착된 모터(16)를 포함한다. 모터는 벨트(18)를 구동시켜 백킹 롤(14)에 부착된 샤프트(56)를 회전시킴으로써, 그 축(13) 주위로 백킹 롤(14)을 구동시킨다.

장치(10)는 연소기(36)와 연소기 배관(38)을 포함한다. 장치(10)는 장치(10) 상에 장착된 선택적인 배출 후드(도시 생략)를 포함할 수도 있다. 연소 기(36) 및 연소기 배관(38)은 연소기 지지부(35)에 의해 프레임(12)의 상부 부분(12a)에 부착된다. 연소기 지지부(35)는 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)에 대해 연소기(36)를 이동시키도록 액튜에이터(48)의 이동에 의해 피봇점(37) 둘레로 피봇된다. 지지부(35)는 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)으로부터 이격되거나 또는 인접하는 소정의 거리로 연소기(36)를 위치시키도록 액튜에이터(48)에 의해 피봇될 수도 있다. 연소성 혼합물은 연소기 배관(38)을 거쳐 연소기(36)로 제공된다. 연소기 배관(38)은 연소기 파이프(38a) 및 연소기 파이프(38b)로 분리되고, 이들은 연소기(36)의 각 단부에 연결된다. 장치(10)는 연소기(36)로부터 떨어진 연소기 배관(38)의 대향 단부에 연결된 산소 농축 시스템(45)을 포함한다. 산소 농축 시스템(45)의 일 구성 요소는 벤튜리 혼합기(39)를 거쳐 연소기 배관(38)에 연결된 공기 라인(41)이다. 공기 라인(41)을 통한 공기의 유동은 공기 유동 제어기(41a)에 의해 조절된다. 산소 라인(43)은 산소 유동 제어기(43a)에 의해 조절되고 산소 입구 포트(43b)에서 공기 라인(41) 내부로 제공된다. 산소 농축 공기 유동은 공기 라인(41)을 거쳐 산화제 입구 포트(41b)로 벤튜리 혼합기(39)로 운반된다. 연소성 혼합물의 연료 구성 요소는 일반적으로 기상 탄화 수소 연료이고 연료 라인(47)을 통해 연료 입구 포트(47b)에서 벤튜리 혼합기(39) 내부로 연료 유동 제어기(47a)에 의해 조절된다. 적절한 체적의 기상 연료와 산소 농축 공기가 벤튜리 혼합기(39) 내부에서 조절되어, 연소성 혼합물을 생성한다. 일 실시예에서, 연료는 천연 가스이다.

산소 비율은 산화제의 모든 구성 요소의 전체 유동에 대한 산화제에 존재하 는 분자 산소의 전체 유동의 비이다. 산화제 내에 산소 비율은 산화제가 공기와 산소를 포함하는 경우 다음의 식에 따라 연산된다.

산소 비율 = (F_O2 + 0.21F_공기)/(F_O2 + F_공기)

여기서, F_O2는 산소의 유동률(lpm 또는 cfh)이고 F_공기는 공기의 유동률(lpm 또는 cfh)이다. 공기에서 산소 비율은 거의 0.21이라는 것을 알아야 한다. 산소 비율이 증가함에 따라, 과열로 인한 연소기의 손상 및 위험한 플래시백(flashback)에 대한 가능성이 증가될 수 있다. 따라서 대부분의 상업적으로 입수 가능한 리본 연소기는 0.35 이하의 산소 비율에서만 안전하게 작동될 수 있다. 이론적으로, 예를 들면 다른 연소기 리본과 연소기 하우징 재료 뿐만 아니라 변경된 연소기 포트 크기와 연소기 포트 분배부를 포함할 수도 있는 새로운 연소기 설계는 보다 높은 산소 비율에서 작동 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 장치(10)는 프레임(12)의 하부 부분(12b)에 부착된 예열 롤(20)을 포함한다. 예열 롤(20)은 외부 롤 층(22)을 포함한다. 외부 롤 층(22)은 외부 표면(24)을 포함한다. 외부 롤 층은 예를 들면 엘라스토머, 예를 들면 고서비스 온도(high-service-temperature) 엘라스토머로 만들어 질 수도 있다. 예열 롤(20)은 예를 들면 닙 롤(20)과 백킹 롤(14) 사이에서 필름을 물도록(nip) 백킹 롤(14)에 대해 위치될 수도 있는 닙 롤일 수도 있다. 그러나, 예열 롤(20)은 반드시 닙 롤일 필요는 없고, 대신에 예열 롤은 백킹 롤(14)과 접촉하지 않도록 백킹 롤(14)로부터 이격되어 위치될 수도 있다. 닙 롤(20)은 그 샤프 트(60) 주위로 자유롭게 회전하고 롤 지지부(62)에 장착된다. 연동기(46)는 롤 지지부(62)에 부착된다. 닙 롤(20)은 액튜에이터(44)를 사용하여 백킹 롤(14)과 마주보게 위치될 수도 있다. 액튜에이터(44)가 확장될 때(도3에 도시됨), 연동기(46)는 반시계 방향으로 회전하고, 그 다음 닙 롤(20)이 백킹 롤(14)과 접촉할 때까지 롤 지지부(62)가 반시계 방향으로 회전한다. 액튜에이터(44)는 닙 롤(20)과 백킹 롤(14) 사이에 이동을 제어할 수도 있고, 따라서 닙 롤(20)과 백킹 롤(14) 사이의 압력을 제어할 수도 있다. 정지부(64)는 하부 프레임(12b) 상으로 연동기(46)의 이동을 방지하는 하부 프레임(12b)에 부착되고, 이는 백킹 롤(14)에 대항하여 닙 롤(20)에 의해 인가된 압력을 제한한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 장치(10)는 하나의 조립체를 형성하도록 브래킷(66)에 의해 지지부(62)에 부착된 온도 제어되는 쉴드(26)를 포함한다. 따라서, 상기 설명된 바와 같이 액튜에이터(44)가 닙 롤(20) 주위로 회전할 때, 쉴드(26)는 닙 롤과 함께 이동한다. 쉴드(26)는 브래킷(66)에 부착된 볼트(32) 및 슬롯(34)에 의해 닙 롤(20)에 대해 위치될 수도 있다. 온도 제어되는 쉴드(26)는 복수의 물 냉각되는 파이프(28)를 포함할 수도 있다. 그러나, 온도 제어되는 쉴드를 제공하는 다른 수단은 물 냉각되는 판, 공기 냉각되는 판 또는 본 기술 분야에서의 다른 수단이 사용될 수도 있다. 온도 제어되는 쉴드(26)는 연소기(36)와 닙 롤(20) 사이에 위치될 수도 있다. 이러한 위치에서, 쉴드(26)는 연소기(36)로부터 생성되는 임의의 열로부터 닙 롤(20)을 보호하고, 따라서 닙 롤(20)의 외부 표면(24)의 온도를 제어하는 데 사용될 수도 있고, 이는 높은 필름 속도를 유지하면서, 연소기(36) 에 의해 수행되는 화염 천공 단계에서 필름 내의 주름 또는 다른 결함을 감소시키는 이점을 갖는다.

또한 본 발명의 다른 실시예에서, 장치(10)는 프레임(12)의 하부 부분(12b)에 부착된 선택적인 분사기(applicator, 50)를 포함한다. 분사기(50)는 분사기(50)에 연결된 복수의 노즐(52)을 포함한다. 일 실시예에서, 분사기(50)는 백킹 롤(14) 상에 공기를 인가하기 위한 공기 분사기이다. 다른 실시예에서, 분사기(50)는 백킹 롤(14) 상에 액체를 인가하기 위한 액체 분사기이다. 바람직하게, 액체는 물이지만, 다른 액체가 대신 사용될 수도 있다. 액체가 분사기(50)에 의해 인가된다면, 바람직하게, 그 다음 공기도 백킹 롤 상으로의 분사 전 액체를 분무시키도록 개별 노즐에 공급된다. 공기 또는 물이 백킹 롤(14)에 인가되는 방식은 노즐(52)을 통해 펌핑되는 공기 또는 물의 압력, 비율 또는 속도에 따라 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 변경될 수 있다. 아래에 설명된 바와 같이, 임의의 이론을 떠나, 공기 또는 물이 지지 표면(15)과 필름을 접촉시키기 전, 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)에 인가되는 경우, 공기 또는 물의 이러한 분사는 지지 표면(15) 상에 축척된 임의의 응축을 제거하는 데 도움을 주거나 또는 필름과 지지 표면 사이의 물의 양을 능동적으로 제어하도록 부가적인 물을 인가함으로써, 연소기(36)에 의해 행해지는 화염 천공 단계에서 필름 내에 형성되는 주름 또는 다른 결함을 제거하는 데 도움을 주는 것으로 여겨진다.

장치(10)는 프레임(12)의 하부 부분(12b)에 부착된 제1 아이들러 롤러(54), 제2 아이들러 롤러(55) 및 제3 아이들러 롤러(58)를 포함한다. 각각의 아이들러 롤러(54, 55, 58)는 그 자체 샤프트를 포함하고 아이들러 롤러는 그 샤프트 주위로 자유롭게 회전할 수도 있다.

다양한 연소기(36)가 예를 들면 뉴욕주 뉴 로켈(New Rochelle, NY)의 플라인 버너사(Flynn Burner Corporation), 영국의 알톤(Alton)의 에어로젠 컴퍼니 엘티디(Aerogen Company, Ltd.) 및 영국 템즈(Thame)의 셔만 트리터 엘티디(Sherman Treater Ltd.)로부터 상업적으로 입수 가능하다. 리본 연소기는 폴리머 필름을 화염 천공하는데 일반적으로 바람직하지만, 드릴링된 포트와 같은 다른 타입의 연소기 또는 슬롯 구조 연소기가 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 상기 장치는 본 발명의 화염 천공 공정에서 사용되는 화염을 제공하기 전 산화제와 연료를 결합하도록 혼합기(예를 들면, 벤튜리 혼합기)를 포함할 수도 있다. 도1 및 도3에 도시된 실시예에서, 산소는 공기 스트림 내로 처음 도입되어, 산소 농축 산화제 스트림을 생성한다. 그 후 산소 농축 산화제 스트림은 산소 농축 연소성 혼합물을 생성하도록 벤튜리 혼합기 내에 연료 스트림과 결합된다. 그러나, 혼합기의 사용이 필수적인 것은 아니며, 공기, 산소 및 연료 라인의 배열(순서)은 최종 연소성 혼합물이 공기에 비해 증가된 산소의 양을 갖고 연료와 산화제의 적절한 체적이 균일하고 안정적인 화염을 지지하도록 연소 전에 결합된다면, 대부분 임의의 구성일 수도 있다.

도3은 필름이 장치(10)를 통해 이동하는 경로와 필름을 화염 천공하는 바람직한 한 방법을 도시한다. 필름(70)은 제1 측면(72) 및 제1 측면(72)과 대향하는 제2 측면(74)을 포함한다. 필름은 장치(10) 안으로 그리고 제1 아이들러 롤러(54) 주위로 이동한다. 그곳으로부터, 모터 구동식 백킹 롤(14)이 필름을 당긴다. 이 위치에서, 필름은 닙 롤(20)과 백킹 롤(14) 사이에 위치된다. 이러한 공정의 단계에서, 필름(70)의 제2 측면은 물로 냉각된 백킹 롤(14)에 의해 냉각되고 필름(70)의 제1 측면(72)은 예열 또는 닙 롤(20)의 외부 표면(24)에 의해 동시에 가열된다. 연소기(36)로 필름을 화염 천공하기 전에, 닙 롤(20)의 닙 롤 외부 표면(24)으로 필름(70)을 예열하는 이러한 단계는 예상외로 천공된 필름 내에 주름 또는 다른 결함을 감소시키는 이점을 제공한다.

백킹 롤(14)의 외부 지지 표면(15)의 온도는 샤프트(56)를 통해 백킹 롤(14)을 통해 유동하는 물의 온도에 의해 제어될 수도 있다. 외부 지지 표면(15)의 온도는 화염으로부터 많은 양의 열을 발생시키는 연소기(36)와의 근접 정도에 따라 변경될 수 있다. 또한, 지지 표면(15)의 온도는 지지 표면(15)의 재료에 좌우될 수도 있다.

닙 롤(20)의 외부 층(22)의 외부 표면(24)의 온도는 다수의 인자에 의해 제어된다. 첫째, 화염 동력과 화염의 온도는 닙 롤(20)의 외부 표면(24)의 온도에 영향을 준다. 둘째, 연소기(36)와 닙 롤(20) 사이의 거리는 외부 표면(24)의 온도에 영향을 준다. 예를 들어, 연소기(36)에 보다 근접하게 닙 롤(20)을 위치시키는 것은 닙 롤(20)의 외부 표면(24)의 온도를 높인다. 반대로, 연소기(36)로부터 보다 멀리 닙 롤(20)을 위치시키는 것은 닙 롤(20)의 외부 표면(24)의 온도를 낮춘다. 닙 롤(20)의 축과 연소기(36)의 연소기 면(40)의 중앙부 사이의 거리는 백킹 롤(14)의 축(13)을 각도의 정점으로 사용하여 각 α로 나타낸다. 각 α는 백킹 롤 의 원주부의 부분 또는 닙 롤(20)과 연소기(36) 사이의 백킹 롤의 아크의 부분을 나타낸다. 외부 표면 상의 재료가 열화되기 시작하는 닙 롤이 연소기로부터의 상당한 열을 받지 않도록 하면서, 각 α는 가능한 작게 만드는 것이 바람직하다. 예를 들면, 각 α는 바람직하게 45°이하이다. 셋째, 닙 롤(20)의 외부 표면(24)의 온도는 브래킷(66)의 볼트(32)와 슬롯(34)을 사용하여, 닙 롤(20)과 연소기(36) 사이의 온도 제어식 쉴드(26)의 위치를 조정함으로써 제어될 수도 있다. 넷째, 닙 롤(20)은 상기 설명된 백킹 롤(14)과 유사하게 닙 롤을 통해 유동하는 물을 냉각할 수도 있다. 이 실시예에서, 닙 롤을 통해 유동하는 물의 온도는 닙 롤(20)의 외부 표면(24)의 표면 온도에 영향을 줄 수도 있다. 다섯째, 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)의 표면 온도는 닙 롤(20)의 외부 표면(24)의 표면 온도에 영향을 줄 수도 있다. 마지막으로, 닙 롤(20)을 둘러싸는 공기의 주변 온도는 닙 롤(20)의 외부 표면(24)의 온도에 큰 영향을 줄 수도 있다.

백킹 롤(14)의 지지 표면(15)의 온도는 7 ℃ 내지 54 ℃(45 ℉ 내지 130 ℉)의 범위일 수 있으며, 다른 실시예에서는, 10 ℃ 내지 41 ℃(50 ℉ 내지 105 ℉)의 범위일 수 있다. 닙 롤(20)의 닙 롤 표면(24)의 온도는 74 ℃ 내지 204 ℃(165 ℉ 내지 400 ℉)의 범위일 수 있으며, 다른 실시예에서는, 82 ℃ 내지 121 ℃(180 ℉ 내지 250 ℉)의 범위일 수도 있다. 그러나, 닙 롤 표면(24)은 닙 롤 표면 재료가 용융되거나 악화되기 시작할 수도 있는 온도 이상으로 상승되면 안된다. 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)의 온도와 닙 롤(20)의 닙 롤 표면(24)의 온도를 전술하였지만, 본 출원의 사상의 이점에 기초하여 본 기술 분야에 숙련된 자는 감소된 수의 주름 또는 결점을 갖는 필름을 화염 천공하도록 필름 재료와 백킹 롤(14)의 회전 속도에 따라 지지 표면(15)과 닙 롤 표면(24)의 온도를 선택할 수 있다.

예열 롤(20)과 백킹 롤(14) 사이의 이러한 위치에서, 공정 단계로 복귀하면, 예열 롤은 연소기의 화염으로써 필름과 접촉하기 전에 필름(70)의 제1 측면(72)을 예열한다. 예상밖으로, 예열 롤의 온도는 화염 천공 단계에서 필름 내에 주름 또는 다른 결함을 제거하는 데 결정적인 도움을 준다.

공정의 다음의 단계에서, 백킹 롤(14)은 연속적으로 회전하여 연소기(36)와 백킹 롤(14) 사이의 필름(70)을 이동시킨다. 이 특정 단계가 도3에 도시되어 있다. 필름이 연소기(36)의 화염과 접촉할 때, 금속의 우수한 열 전도성으로 인해, 냉각된 금속 지지 표면에 의해 직접 지지되는 필름의 부분은 화염의 열이 필름 재료를 통과하여 백킹 롤(14)의 차가운 금속에 의해 필름으로부터 이격되어 바로 전도되기 때문에 천공되지 않는다. 그러나, 공기의 포켓은 냉각된 지지 재료의 에칭된 만입부 또는 패인 부분(90)을 커버하는 필름 재료의 부분 뒤에서 포획된다. 만입부 내에 포획된 공기의 열 전도성은 둘러싸는 금속보다 훨씬 작고 결국 열은 필름으로부터 멀리 전도되지 않는다. 만입부 상에 놓여지는 필름의 부분은 그 후 용융되고 천공된다. 그 결과, 필름(70)에 형성된 천공은 패인 부분(90)의 형상에 일반적으로 상호 대응된다. 필름 재료가 패인 부분(90)의 구역 내에서 용융되는 거의 동일한 시간에, (도4 및 도5에만 도시된) 상승된 리지 또는 에지(120)는 가열시 수축되는 천공의 내부로부터의 필름 재료로 구성되는 각 천공의 주변에 형성된다.

연소기(36)가 필름을 화염 천공한 후, 백킹 롤(14)은 필름(70)이 아이들러 롤러(55)에 의해 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)으로부터 최종적으로 멀리 당겨질 때까지 연속적으로 회전한다. 그곳으로부터, 화염 천공된 필름(70)은 다른 구동 롤러(도시 생략)에 의해 아이들러 롤러(58) 주위로 당겨진다. 화염 천공된 필름은 편리한 저장과 수송을 위해 롤로서 권취될 수 있는, 길고 폭이 넓은 웨브로 장치(10)에 의해 생산될 수 있다. 대안으로, 필름(70)은 도5를 참조하여 설명한 바와 같이, 테이프를 제공하도록 감압(pressure-sensitive) 접착제 또는 다른 필름의 층과 결합될 수도 있다.

상기 언급한 바와 같이, 장치(10)는 백킹 롤(14)과 닙 롤(20) 사이에 지지 표면과 필름(70)이 접촉하기 전에 백킹 롤(14)의 지지 표면(15)으로 공기 또는 물을 인가시키기 위한 선택적인 분사기(50)를 포함할 수도 있다. 임의의 이론을 떠나, 필름(70)과 지지 표면(15) 사이의 물의 양을 제어하는 것은 화염 천공된 필름에서 주름 또는 다른 결함의 양을 감소시키는 데 도움을 준다고 여겨진다. 필름(70)과 지지 표면(15) 사이의 물의 양을 제어하는 데에는 두 가지 방법이 있다. 첫째, 분사기(50)가 지지 표면 상에 공기를 불어 넣는다면, 이러한 작업은 필름(70)과 지지 표면(15) 사이에 축적된 물의 양을 감소시키는 데 도움을 준다. 축적된 물은 물 냉각된 지지 표면(15)이 주위 환경과 접촉할 때, 백킹 롤 표면 상에 형성된 응축의 결과이다. 둘째, 분사기(50)는 지지 표면(15)에 물 또는 임의의 다른 액체를 인가시켜서 필름(70)과 지지 표면 사이의 액체의 양을 증가시킬 수 있다. 둘 중 어떤 방법이든지간에, 필름(70)과 지지 표면(15) 사이의 임의 양의 액체가 필름(70)과 지지 표면(15) 사이의 견인력을 증가시키는 데 도움을 줄 수도 있 고, 그 다음 화염 천공된 필름의 주름 또는 다른 결함의 양을 감소시키는 데 도움을 준다고 여겨진다. 연소기(36)의 중심선에 대한 분사기(50)의 노즐(52)의 위치는 각 β로 나타내ㅁ, 여기서 각도의 정점은 백킹 롤(14)의 축(13)에 있다. 일 실시예에서, 분사기(50)는 공기 또는 물이 닙 롤(20)에 앞서 백킹 롤(14)에 인가되도록 각 α보다 큰 각 β로 존재한다.

도1을 참조하여 전술한 바와 같이, 연소기 지지부(35) 및 액튜에이터(48)는 연소기(36)와 백킹 롤(14) 사이의 상대 거리를 조정할 수도 있다. 화염은 연소기에 의해 지지되는 발광 콘이고, 그 높이는 연소기 하우징 면으로부터 화염의 팁까지, 본 기술 분야에 공지된 수단으로써 측정될 수 있다. 실제로는, 리본 연소기(36)가 복수의 화염을 갖고, 바람직하게는 모든 화염 팁이 연소기 하우징에 대해 동일한 위치에 존재하고, 바람직하게는 길이가 균일하다. 그러나, 화염 팁은 예를 들면 비균일한 리본 구성 또는 리본 내에 비균일한 가스 유동에 따라 변경될 수 있다. 간단하게, 복수의 화염은 하나의 화염으로 칭한다. 연소기(36)의 면(40)과 필름(70)의 제1 측면(72) 사이의 거리는 연소기 대 필름 틈새 거리로서 칭한다.

바람직하게는, 필름(70)이 폴리머 기판이다. 폴리머 기판은 화염에 의한 천공을 허용하는 임의 형상일 수 있으며, 예를 들어, 필름, 시트, 다공성 재료 및 기포를 포함한다. 이 폴리머 기판은 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리메틸펜텐과 같은 폴리올레핀, 폴리올레틴 폴리머와 올레핀 코폴리머의 혼합물, 폴리(에틸렌 비닐라세테이트), 폴리(에틸렌 메타아크릴레이트), 폴리(에틸렌 아크릴산)와 같은 올레핀 세그먼트를 포함하는 폴리올레핀 코폴리머, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(부틸렌 프탈레이트) 및 폴리(에틸렌 나프탈레이트)와 같은 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리(염화 비닐), 폴리(이염화 비닐리덴), 폴리(비닐 알콜) 및 폴리(비닐 부티랄)와 같은 비닐, 폴리(산화 에틸렌) 및 폴리(산화 메틸렌)와 같은 산화 에테르 폴리머, 폴리에테르에테르케톤과 같은 케톤 폴리머, 폴리이미드, 그 혼합물 또는 코폴리머를 포함한다. 바람직하게는, 필름은 배향된 폴리머로 만들어지며, 더 바람직하게는 2축으로 배향된 폴리머로 만들어진다. 2축으로 배향된 폴리프로필렌(BOPP)은 텍사스주 하우스톤(Houston, TX)의 엑손모빌 케미컬 컴퍼니(ExxonMobil Chemical Company), 영국 스윈던(Swindon, UK)의 컨티넨탈 폴리머스(Continental Polymers), 타이완의 타이베이 시티(Taipei City, Taiwan)의 카이저스 인터네셔날 코포레이션(Kaisers International Corporation) 및 인도네시아 자카르타(Jakarta, Indonesia)의 PT 인도폴리 스와카르사 인더스트리(PT Indopoly Swakarsa Industry)를 포함하는 몇몇 공급자로부터 상업적으로 입수 가능하다. 적절한 필름재료의 다른 예는 제목이 "직물류 폴리머 필름"(잭슨 등)인 국제 공개 번호 제WO 02/11978호에 시사되어 있다.

도4는 도1의 화염 천공 장치로 천공된 후 필름의 천공 패턴의 평면도를 도시한다. 천공은 각 천공의 주축이 인접한 천공과 교차하거나 또는 인접한 천공 근처로 통과하는 방식으로 배열된 통상 종장형 타원, 직사각형 또는 다른 비원형(non-circular) 또는 원형 형상이다. 도5에 도시된 바와 같이, 이러한 천공된 폴리머 필름(114)은 내구성 또는 불투과성을 제공하는 상단 층 또는 접착성을 제공하는 바닥 층과 같은 하나 이상의 부가적인 층 또는 필름에 결합될 수 있다.

폴리머 필름(114) 내에 형성된 천공 패턴은 본 발명의 천공된 필름과 테이프 백킹의 절개 및 인장 특성에 강한 영향을 준다. 도4에서, 일반적인 천공 패턴(128)의 확대된 배치도의 부분이 도시되고, 기계 방향(machine direction)은 아래 위로 배향되고, 횡단 방향은 좌우로 배향된다. 도시된 천공 패턴(128)은 천공(1a, 1b, 1c)들을 갖는 제1 열로, 천공(2a, 2b, 2c)들을 갖는 제2 열로, 천공(3a, 3b, 3c)들을 갖는 제3 열로, 천공(4a, 4b, 4c)들을 갖는 제4 열로, 그리고 천공(5a, 5b, 5c)들을 갖는 제5 열로 나타낸 일련의 천공 열(rows of perforations)을 포함한다. 천공 패턴(128)은 제1 열 내지 제5 열과 유사한 다른 열의 천공을 포함한다. 각 천공은 상승된 리지 또는 에지(120)를 포함한다. 특정한 실시에서는, 이러한 상승된 리지(120)는 천공된 필름(114)의 강화된 절개 특성을 제공한다는 것이 관찰되었다. 상승된 리지(120)는 필름(114)이 직물류 재료와 매우 유사하게 되게 하는 슬라이트 텍스튜어(slight texture)를 부여할 수도 있다. 일반적으로 천공은 필름 표면의 대부분 또는 전부를 따라 연장하는 패턴을 형성하고, 따라서 도4에 도시된 패턴은 이런 패턴 하나의 바로 한 부분이다.

도4를 참조하여 전술한 바와 같이, 필름(114)에 형성된 천공 패턴(128)은 백킹 롤(14)의 지지 표면(15) 내에 형성된 패인 부분(90)의 패턴과 일반적으로 상호 대응한다. 도4에 도시된 필름은 다수의 천공을 포함하고, 그 각각은 일반적으로 타원 형상이고, 바람직하게는 길이가 폭보다 약 3배 크다. 그러나, 본 기술 분야에 숙련된 자는 다른 천공 패턴 또는 크기를 형성하도록 백킹 롤(14)의 지지 표면(15) 내에 임의의 패턴의 패인 부분(90)을 선택할 수 있다.

본원에 설명된 필름은 많은 접착 테이프 백킹 적용예에 대해 적절하다. 천공 패턴의 상단 필름의 존재는 임의의 실시예에서 폴리 코팅된 직물 기초 테이프 백킹과 유사한 외관을 제공할 수 있다. 인장 및 절개 특성으로써 결합된 이러한 외관은 덕트 테이프, 개퍼스 테이프(gaffer's tape) 등을 위한 백킹으로서 필름을 유용하게 만든다. 특히 덕트 테이프에 대해, 상단 필름 안으로의 은백색 착색을 위한 공지된 적절한 안료의 구현은 시장에서 요구되는 친숙한 외관에 기여한다. 백킹은 정합 가능하기 때문에, 마스킹 테이프 백킹으로서도 유용하다.

도5는 테이프 백킹으로서 도4의 필름을 포함하는 테이프(112)의 일 실시예의 단면도를 도시한다. 테이프(112)는 제1 주표면(116)과 제2 주표면(118)을 갖는 천공된 필름(114)을 포함한다. 천공된 필름(114)은 그 두께를 통해 연장하는 천공(115)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 제2 주표면(118)을 따르는 각각의 천공(115)의 에지는 상승된 부분(120)을 포함한다. 천공된 필름(114)은 일반적으로 배향된 필름, 예를 들어 2축 배향된 필름이다.

폴리머 테이프(112)는 상단 필름(122) 및 바닥층(124)을 추가로 포함한다. 도시된 실시예에서, 상단 필름(122)은 폴리머 테이프(112)에 내구성을 제공하고, 강도를 추가로 증가시킬 수 있고 테이프(112)에 유체 불투과성을 부여한다. 바닥층(124)은 예를 들어 접착제 복합물이다. 부가적인 층 또는 대체층은 테이프(112)를 생성하도록 사용될 수 있다. 층의 배열은 변경될 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 접착제는 천공된 층보다는 상단 필름(122)에 직접 인가될 수 있다.

본 발명의 작동이 다음의 상세한 예에 관하여 추가로 설명된다. 이러한 예 는 다양한 구체적이고 바람직한 실시예와 기술을 추가로 도시하도록 제공된다. 그러나, 많은 변경예와 변형예는 본 발명의 범위 내에 유지되면서 행해질 수도 있다는 것을 알아야 한다.

예

미국 특허 출원 제10/267538호에 설명된 주문 설계된 화염 천공 시스템은 산소 농축 시스템을 부가함으로써 변경되었다. 유동 제어 하드웨어는 공기 스트림 안으로의 산소의 주입이 가능하게 사용되어, 산화제 스트림과 천연 가스 연료가 연소성 혼합물을 형성하도록 결합되는 벤튜리 혼합기 바로 전에 산화제 스트림을 형성하였다. 276 kPa(40 psi)의 게이지 압력에서, 미네소타주 세인트 폴(St. Paul MN)의 옥시전 서비스 코.(Oxygen Service Co.)로부터 입수 가능한 초 고순도 산소(> 99.99%)의 유동은 밀리포어 틸란 FC-2921V-J(Millipore Tylan FC-2921V-J) 질량 유동 제어기를 사용하여 측정되었다. 산화제 스트림 내의 산소 비율은 전술한 바와 같이 연산되었다.

2축 배향된 폴리프로필렌(BOPP)의 천공된 필름의 예는 다음의 작동 조건에서 생산되었다. 더스트 필터링된 25 ℃의 압축된 공기는 상기 전술한 바와 같이 산소와 함께 주입되었고, 그 후 연소성 혼합물을 형성하도록, 뉴욕주 뉴 로켈(New Rochelle, NY)의 플라인 버너사(Flynn Burner Corporation)로부터 입수 가능한 벤튜리 혼합기 내에서 (0.577의 비중, 9.6 : 1의 건조 공기 대 천연 가스의 화학량적 비율 및 37.7 kJ/L의 열함량을 갖는) 천연 가스 연료와 혼합되었다. 천연 가스와 공기의 유동률은 독일 슈투트가르트의 폭스보로-에카르트 게엠바하(Foxboro-Eckardt GmbH of Stuttgart, Germany)로부터 입수 가능한 제어 밸브로써 제어되었고, 애리조나주 피닉스(Phoenix, AZ)의 플로우 테크놀러지 잉크(Flow Technology Inc.)로부터 입수 가능한 질량 유동 미터로 측정되었다. 모든 유동은 0.96의 화염 당량 비율과 1600 W/㎠의 표준화된 화염 동력이 되도록 조정되었다. 연소성 혼합물은 뉴욕주 뉴 로켈의 플라인 버너사에 의해 공급된 시리즈 850, 브래스 하우징 내에 장착된 33 cm × 1 cm, 6-포트 주름진 스테인레스 스틸 리본을 포함하는, 리본 연소기로 3 미터 길이의 파이프를 통해 통과하였다.

연소기는 오하이오 스토우(Stow Ohio)의 에프. 알. 그로스 컴퍼니 잉크.(F.R. Gross Company Inc.)로부터 입수 가능한 35.5 cm의 직경, 46 cm의 외폭(face-width), 스틸의, 이중 쉘 처리된(double-shelled) 나선형으로 귄취된 냉각된 백킹 롤 부근에 장착된다. 백킹 롤의 온도는 7.2 ℃(45 ℉)의 온도에서 227 l/min(60 gal/min)의 물의 재순환 유동에 의해 제어되었다. 스틸 백킹 롤 쉘은 220 비커스 경도의 0.5 mm의 구리로써 도금되었고, 그 다음 미국 특허 출원 제10/267538호의 도6에 도시된 천공 패턴으로써, 펜실베이아주 뉴 캐슬(New Castle, PA)의 커스톰 에치 롤스 잉크(Custom Etch Rolls Inc.)의 제품에 의해 조판되었다. 69 kPa/㎡(10 psi)의 압력에서 필터링되고, 압축된 공기는 백킹 롤의 패턴화된 부분 상에 축척된 물의 응축 양을 제어 가능하게 감소시키도록 냉각된 백킹 롤 상으로 배향되었다.

전기 스파크는 연소성 혼합물을 점화시켰다. 안정된 원추형의 화염은 연소 기 하우징의 면으로부터 약 9 내지 20 mm의 거리에서 팁으로써 형성되었다. 0.21, 0.23, 0.25 및 0.27의 산소 비율에 대해, 화염 콘의 크기는 각각 약 20 mm, 16 mm, 12 mm 및 9 mm였다. 연소기(36)의 리본(42)과 면(40) 사이의 거리는 3 mm이다. 0.03 mm(1.2 mil)의 두께와 30 cm의 폭을 갖는 열 압출 성형되고, 2축 배향된 폴리프로필렌(BOPP) 호모폴리머 필름은 냉각된 백킹 롤 주위로 감싸도록 아이들러 롤러에 의해 안내되었고 조정 가능한 속도로 시스템을 통해 처리되었다. 필름 웹은 약 1.5 N/linear cm(0.8 lbs/linear inch)의 상류 및 하류 인장으로 유지되었다.

BOPP 필름과 냉각된 백킹 롤 사이의 밀접한 접촉을 보장하도록, 6 mm의 VN 110[80 쇼어 두로미터(Shore A durometer)] VITON 플로오르엘라스토머로 덮힌, 위스콘신주 캔사스빌의 아메리칸 롤러 컴퍼니(American Roller Company, Kansasville, WI)로부터 입수 가능한, 10 cm 직경, 40 cm 외폭의, 인바운드 닙 롤은 냉각된 백킹 롤의 인바운드 측면 상에 연소기에 대해 약 45도의 위치에 위치되었다. 닙 롤과 연소기 사이에 위치되기 때문에, 물 냉각된 쉴드는 재순환하는 물과 50 ℉(10 ℃)로 유지되었다. 닙 롤 대 백킹 롤 접촉 압력은 약 50 N/lineal cm로 유지되었다.

표1은 산화제 스트림 내의 산소 비율이 0.21, 0.23, 0.25 또는 0.27로 유지되면서 연소기 대 필름 거리[연소기 면(40) 하우징의 표면과 필름(70)의 제1 측면(72) 사이의 거리]가 5 내지 14 mm 사이로 변경된 실험의 결과를 도시하고, 여기서 0.21의 산소 비율은 산소 비농축으로서 실질적으로 공기이다. 예를 들면, 95 m/min의 최대 웨브 속도는 5 mm의 연소기 대 필름 틈새와 0.27의 산소 비율의 공정 조건 하에서 허용 가능한 구멍 크기를 유지하면서 달성되었다. 화염 콘의 크기가 연소기 상에서 약 9 mm라 가정하면, 화염은 역 4 mm만큼 필름을 침범한다.

100배율의 대안 렌즈를 갖는 올림퍼스 SZH-1LLD 광학 현미경을 사용하여, BOPP 필름 내에 발생된 천공(구멍)의 치수가 측정되었다. 미국 특허 출원 제10/267538의 도6에 도시된 바와 같이, 천공된 구멍은 주축 및 제2 축 모두를 갖는 타원 또는 타원형 형상이었다. 모든 축은 적어도 50개의 랜덤하게 선택된 구멍 상에서, 또는 대안으로 50개의 측정이 정규 분포를 아직 형성하지 않는다면 측정 데이터의 정규 분포를 생성하도록 충분한 수의 랜덤하게 선택된 구멍 상에서 측정되었다. 정규 분포를 발생시키도록 측정되는 데 요구되는 최대 구멍의 수는 75이다. 구멍 치수 측정의 정규 분포는 데이터가 천공 품질을 유지하도록 통계적으로 보다 양호하게 분석될 수 있는 것이 바람직하다.

공정 조건(연소기 대 필름 틈새와 산소 비율)의 각각의 조합을 위해, 최대 필름 속도는 30 cm BOPP 필름의 전체 폭을 걸쳐 100 % 개방된 천공이 항상 가능하도록 결정되었다. 각각의 공정 조건에서 천공은 0.813 mm(32.0 mil)의 거의 동일한 평균 주축 치수를 갖도록 요구되었다. 조사된 공정 조건의 모두에서 동일한 크기의 천공을 유지함으로써, 보다 일정한 속도와 품질 비교가 행해졌다.

따라서, 천공 품질에 대한 산소 농축된 화염의 효과를 평가하도록, 필름의 전체 폭에 걸쳐 100 % 개방된 천공을 연속적으로 제공하는 최대 필름 속도(meters/min)는 각각의 산소 비율 레벨과 연소기 대 필름 틈새 거리에 대해 결정되었다. 즉, 전술한 통계적 측정 수단을 통해, 천공 구멍 크기는 산소 비율과 연 소기 대 필름 틈새의 공정 조건이 최대 공정 속도를 결정하도록 변경되면서, 일정하게 유지되었다. 대부분의 경우에서, 천공 균일성은 산소 비농축을 사용한 화염 천공 공정과 비교할 때, 개선되었다.

	최대 천공 속도(m/mim)
연소기 대 필름 틈새(mm)	0.21 O₂ 공칭 공기	0.23 O₂ 산소 농축된	0.25 O₂ 산소 농축된	0.27 O₂ 산소 농축된
5	53	83	93	95
6	50	75	80	85
7	52	63	72	80
8	50	55	61	68
9	50	57	60	65
10	45	53	53	60
11	45	50	55	65
12	40	42	47	56
13	38	41	44	49
14	36	39	41	48

본 발명의 예상 가능한 변경예 및 대안예가 본 발명의 범위와 사상으로부터 벗어나지 않고 본 기술 분야에 숙련된 자에게는 명백히 가능할 것이다. 본 발명은 예시적인 목적을 위해 본 출원 내에 개시된 실시예에 제한되어서는 안된다.

Claims

필름을 화염 천공하기 위한 장치이며,

프레임과,

복수의 패인 부분을 가지며, 프레임에 부착된 지지 표면과,

화염을 지지하며, 지지 표면에 대향되어 프레임에 부착된 연소기와,

연소기에 연결된 연소기 파이프와,

연소기 파이프에 연결된 산소 농축 시스템을 포함하는 화염 천공 장치.
제1항에 있어서, 지지 표면과 접촉하는 필름을 포함하며, 연소기의 화염이 필름을 향해 지향되는 화염 천공 장치.
제2항에 있어서, 프레임에 부착된 백킹 롤을 추가로 포함하며, 백킹 롤은 지지 표면을 갖고, 필름은 백킹 롤의 지지 표면의 적어도 일부 주위를 감싸는 화염 천공 장치.
제2항에 있어서, 지지 표면에 인접한 프레임에 부착된 예열 롤을 추가로 포함하며, 예열 롤은 외부 표면을 갖고, 예열 롤의 외부 표면은 연소기 전에 필름을 예열하기 위해 가열되는 화염 천공 장치.
제4항에 있어서, 예열 롤의 외부 표면은 연소기 전에 필름을 예열하기 위해 74 ℃(165 ℉)보다 높게 가열되는 화염 천공 장치.
제4항에 있어서, 예열 롤은 백킹 롤에 인접한 프레임에 부착된 닙 롤이고, 필름은 닙 롤과 백킹 롤 사이에 있는 화염 천공 장치.
제6항에 있어서, 백킹 롤에 인접한 프레임에 부착된 온도 제어식 쉴드를 추가로 포함하고, 온도 제어식 쉴드는 연소기와 닙 롤 사이에 위치되는 화염 천공 장치.
제6항에 있어서, 연소기는 연소기와 닙 롤 사이에서 측정된 각도가 45°미만이 되도록 위치되고, 각도의 정점은 백킹 롤의 축에 위치되는 화염 천공 장치.
제1항에 있어서, 연소기 파이프에 연결된 혼합기를 추가로 포함하고, 혼합기는 산소 농축 연소성 혼합물을 형성하도록 적절한 체적의 산소, 공기 및 기상 탄화 수소 연료의 혼합을 촉진시키는 화염 천공 장치.
제1항에 있어서, 지지 표면 상에 공기를 불어 넣기 위해 지지 표면에 인접한 프레임에 부착된 공기 분사기를 추가로 포함하는 화염 천공 장치.
제1항에 있어서, 지지 표면 상에 액체를 인가시키기 위해 프레임에 부착된 액체 분사기를 추가로 포함하는 화염 천공 장치.
필름을 화염 천공하는 방법이며,

제1 측면 및 제1 측면과 대향된 제2 측면을 갖는 필름을 제공하는 단계와,

복수의 패인 부분을 갖는 지지 표면과 필름의 제2 측면을 접촉시키는 단계와,

가열된 표면과 필름의 제1 측면을 접촉시키는 단계와,

필름의 제1 측면으로부터 가열된 표면을 제거하는 단계와,

연소성 혼합물을 산소로 농축하는 단계와,

연소성 혼합물을 점화시켜 연소기에 의해 지지되고 산소 농축 연소성 혼합물에 의해 연료 공급되는 안정적인 화염을 형성하는 단계와,

연소기로부터의 화염으로 필름의 제1 측면을 가열하여 필름을 천공하는 단계를 포함하는 화염 천공 방법.
제12항에 있어서, 농축 단계는 연소성 혼합물을 제공하도록 산소로 산화제를 농축하고 기상 탄화 수소 연료와 산소 농축 산화제를 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 화염 천공 방법.
제13항에 있어서, 산소 농축 단계는 산소 비율이 0.21보다 큰 산화제를 제공 하는 화염 천공 방법.
제13항에 있어서, 산소 농축 단계는 산소 비율이 0.21보다 크고 0.35 이하인 산화제를 제공하는 화염 천공 방법.
제12항에 있어서, 천공 단계는 필름을 지지 표면의 복수의 패인 부분에 대응하는 패턴으로 천공하는 화염 천공 방법.
제12항에 있어서, 49 ℃(120 ℉)보다 낮은 온도로 지지 표면을 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 화염 천공 방법.
제17항에 있어서, 냉각 단계는 필름의 제2 측면을 냉각하도록 41 ℃(105 ℉)보다 낮은 온도로 지지 표면을 냉각하는 단계를 포함하는 화염 천공 방법.
제12항에 있어서, 가열된 표면은 74 ℃(165 ℉)보다 높은 화염 천공 방법.
제12항에 있어서, 예열된 닙 롤은 필름의 제1 측면과 접촉하기 위해 사용되고, 닙 롤은 백킹 롤에 인접한 프레임에 부착되고, 필름은 닙 롤과 백킹 롤 사이에 있는 화염 천공 방법.
제20항에 있어서, 연소기와 닙 롤 사이에 측정된 각도가 45°미만이 되도록 연소기를 위치시키는 단계를 추가로 포함하고, 각도의 정점은 백킹 롤의 축에 위치되는 화염 천공 방법.
필름을 화염 천공하기 위한 방법이며,

복수의 패인 부분을 갖는 지지 표면을 갖는 백킹 롤을 제공하는 단계와,

가열되는 외부 표면을 갖는 닙 롤을 제공하는 단계와,

연소성 혼합물을 산소로 농축하는 단계와,

연소성 혼합물을 점화하여 연소기와 닙 롤 사이에서 측정된 각도가 45°미만이 되도록 위치되며, 각도의 정점은 백킹 롤의 축에 위치되는 연소기에 의해 지지되며, 산소 농축 연소성 혼합물에 의해 연료 공급되는 안정적인 화염을 형성하는 단계와,

지지 표면에 대해 필름을 접촉시키는 단계와,

닙 롤과 백킹 롤의 지지 표면 사이에 필름을 가압하여 필름을 예열하는 단계와,

필름을 연소기의 화염으로 천공하는 단계를 포함하는 화염 천공 방법.
제22항에 있어서, 농축 단계는 연소성 혼합물을 생성하도록 산화제를 산소로 농축하고 산소 농축된 산화제와 기상 탄화 수소 연료를 결합하는 단계를 추가로 포함하는 화염 천공 방법.
제23항에 있어서, 산소 농축 단계는 산소 비율이 0.21보다 큰 산화제를 제공하는 화염 천공 방법.
제24항에 있어서, 산소 농축 단계는 산소 비율이 0.21보다 크고 0.35 이하인 산화제를 제공하는 화염 천공 방법.
제22항에 있어서, 천공 단계는 필름을 지지 표면의 복수의 패인 부분에 대응하는 패턴으로 천공하는 화염 천공 방법.
제22항에 있어서, 온도 제어식 쉴드를 제공하는 단계를 추가로 포함하고, 온도 제어식 쉴드는 연소기와 닙 롤 사이에 위치되는 화염 천공 방법.
제22항에 있어서, 49 ℃(120 ℉)보다 낮은 온도로 지지 표면을 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 화염 천공 방법.
제28항에 있어서, 냉각 단계는 필름의 제2 측면을 냉각하도록 41 ℃(105 ℉)보다 낮은 온도로 지지 표면을 냉각하는 단계를 포함하는 화염 천공 방법.