KR0181413B1 - 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법 - Google Patents

열가소성 수지 쉬트의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법에 관한 것이다. 직경이 0.03 내지 0.20㎜, 밀도가 10g/㎤ 이하, 파단강도가 4GPa 이상인 정전인가선을 사용하고, 그 인장응력을 파단강도의 80 내지 95%로 유지하는 과정을 통하여 제조되는 열가소성 수지 쉬트는 두께가 종방향으로 균일하기 때문에 코팅, 증착, 재단, 인쇄 등의 후가공이 용이하다. 또한 본 발명의 방법은 정전인가선의 단선횟수가 작기 때문에 설비의 가동율 향상 효과도 있다.

Description

열가소성 수지 쉬트의 제조 방법
제1도는 용용수지 쉬트의 일반적인 형태를 나타낸 도면이다.
제2도는 제1도의 화살표 방향에서 바라본 쉬트 표면을 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A : 쉬트 표면 파형 S : 쉬트
X : 쉬트의 평균 두께 △X : 주기적 두께 변화 폭
본 발명은 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법에 관한 것으로서, 진동하는 정전인가선의 진폭을 감소시켜 쉬트의 두께 불균일을 감소시킬 뿐만 아니라, 정전인가선의 파단을 감소시켜 설비의 가동율을 크게 향상시킬 수 있는 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법에 관한 것이다.
열가소성 수지는 포장용, 공업용, 자기기록 매체용, 기타 용도로 사용되는데, 열수축율, 두께, 기계적 강도 및 밀도 등의 물성이 종방향(진행방향)으로 불균일한 경우에는 코팅, 증착, 재단, 인쇄 등의 후가공시 문제가 야기되어 최종 제품의 품질 및 생산성이 저하되기 쉽다. 따라서, 진행방향으로 균일한 물성을 갖는 열가소성 수지 쉬트의 생산이 절실하게 요구되어 왔다.
열가소성 수지 쉬트는 일반적으로 다이를 통하여 열가소성 수지 칩을 용융, 압출시켜 용융쉬트의 형태로 성형하고, 성형된 쉬트가 다이 하방에 설치되어 있는 냉각롤을 거쳐 고화되는 과정을 통해 제조된다. 이 경우 다이 출구에서 냉각롤 표면의 밀착지점까지의 구간(이하 용융수지 쉬트 구간이라 함)이 짧을수록 쉬트의 안정성이 보장되며, 또한 용융수지 쉬트가 회전하는 냉각롤 표면에 견고하게 밀착될 수록 쉬트의 냉각효율이 양호해진다.
따라서, 열가소성 수지 쉬트의 성형 공정에 있어서, 용융수지 쉬트 구간을 단축시키고, 용융수지 쉬트를 냉각롤 표면에 밀착시키기 위하여 용융수지에 정전기를 인가하는 것이 가장 일반적인 방법이다. 즉, 회전하는 냉각롤을 접지시킨 상태에서 정전인가선에 고전압을 걸어주면, 정전인가선 주위에서 제한된 이온화 방전이 일어나 공기를 하전시키고 하전된 이온이 인접한 용융수지 쉬트 표면을 하전시키고, 하전된 용융수지 쉬트가 냉각롤 쪽으로 이동하면서 정전기력에 의해 냉각롤에 견고하게 밀착되는 것이다.
이러한 용도로 사용되는 정전인가선의 형태는 바늘 모양의 핀 형과 선(wire) 형으로 대별되는데, 균일한 정전기를 인가하기 위하여 선형이 일반적이다. 또한 전하밀도를 크게 하기 위하여 정전인가선은 직경이 작을수록 좋으며, 주로 금속을 그 재질로 하고 있다.
미국 특허 제3,427,686호에는 정전인가선을 이용하여 정전기를 인가하면서 열가소성 수지 쉬트를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 정전인가선을 사용하는 방법에서는 용융수지 쉬트 폭방향에 대해 균일한 정전인가력을 가하기 위하여 용융수지 쉬트의 전 폭보다 긴 정전인가선을 중간 지지없이 양단부만을 지지하는 것이 불가피하다.
한편, 열가소성 수지 쉬트의 제조공정에 사용되는 기계 장치들에 있어서 진동은 불가피하며, 이로 인하여 정전인가선도 진동할 수밖에 없다. 이러한 정전인가선의 진동은 정전인가력의 주기적인 변동을 유발하며, 이로 인하여 용융수지 쉬트의 두께는 그 진행방향에 대해 주기적으로 변한다(제1도 참조). 또한, 다이 주변기기에서 발생하는 기계적 진동의 주파수 영역이 정전인가선의 진동수와 일치하는 경우 공명현상이 발생하여 정전인가선이 단선되는 사고가 불시에 발생하는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하여 일정하게 진동하는 정전인가선의 진폭을 감소시켜 쉬트의 두께 불균일을 감소시킬 뿐만 아니라, 정전인가선의 파단횟수를 감소시켜 설비의 가동율을 크게 향상시킬 수 있는 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 열가소성 수지가 다이를 통하여 용융, 압출되어 용융쉬트의 형태로 성형되는 단계; 양단부가 고정되어 있는 정전인가선을 이용하여 상기 단계에서 성형된 쉬트에 정전기를 인가하는 단계; 및 상기 정전기가 인가된 쉬트가 상기 다이 하방에 설치되어 있는 냉각롤을 거쳐 고상쉬트로 제조되는 단계를 포함하는 열가소성 수지 쉬트의 제조방법에 있어서, 상기 정전인가선은 직경 0.03 내지 0.20㎜, 밀도 10g/㎤ 이하, 파단강도가 4GPa 이상이고, 상기 정전인가선의 인장응력을 상기 정전인가선 파단강도의 80 내지 95%로 유지하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서는 열가소성 수지의 두께 불균일성을 감소시키기 위하여 정전인가선의 직경, 밀도 및 인장응력을 일정 범위 내로 조절하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 현의 진동에 있어서, 정상파의 에너지는 하기식 (1)과 같이 표시된다. 식 (1)로부터 알 수 있는 바와 같이, 일정한 에너지를 갖는 정상파의 진폭은 진동수를 크게 할수록 작아진다. 따라서, 정전인가선의 진동수를 크게 하면,그 진폭이 감소하여 쉬트의 두께가 균일해지는 것이다.
여기에서, I : 파동의 세기, A : 진폭, f : 주파수
본 발명에서는 열가소성 수지 쉬트를 제조하는데 있어서, 정전인가선의 인장응력이 그 파단강도의 80 내지 95%가 되도록 유지한다. 이는 정전인가선의 인장응력이 80% 미만일 경우에는 진동하는 정전인가선의 진폭이 커질 뿐만 아니라, 진동수가 100㎐ 이하로 되어 공명에 의해 정전인가선이 단선될 위험성이 있기 때문이다. 즉, 다이 주변기기에서 발생하는 기계적 진동의 주파수 영역이 대체로 100㎐ 이하이므로 정전인가선의 주파수가 100㎐ 이하일 경우 공명현상이 발생할 가능성이 큰 것이다. 반면에 인장응력이 95%를 초과하는 경우에는 진동수가 증가하여 진폭이 줄어들기는 하지만, 일시적인 외부의 충격에 의해서도 정전인가선이 단선될 수 있기 때문이다. 특히, 정전인가선의 인장응력은 그 파단강도의 85 내지 90%가 바람직하다.
본 발명에서는 현의 진동을 결정하는 또 다른 중요한 요소로서 정전인가선의 직경이 0.03 내지 0.20㎜, 그 밀도가 10g/㎤ 이하로 되도록 한다. 이는 직경이 0.20㎜를 초과할 경우에는 정전인가선의 단위 길이당 증가하여 진동하는 정전인가선의 진폭이 커져 수지 쉬트의 두께 품질이 저하될 뿐만 아니라, 진동수가 100㎐ 이하로 되어 공명에 의해 정전인가선이 단선될 위험성이 있기 때문이다. 반면에 직경이 0.03㎜ 미만일 경우에는 진동수가 증가하여 진폭이 줄어들기는 하지만, 일시적인 외부의 충격에 의해서도 정전인가선이 단선될 수 있기 때문이다. 특히, 정전인가선의 직경이 0.05 내지 0.15㎜인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 현의 진동을 결정하는 또 다른 중요한 요소로서 파단강도가 4GPa 이상이고, 그 밀도가 10g/㎤ 이하로 되도록 한다. 이는 밀도가 10g/㎤를 초과하는 경우 정전인가선의 단위 길이당 질량이 증가하여 진동수가 작아지고, 파단강도가 4GPa 미만의 경우에는 단선의 위험성 때문에 정전인가선의 인장응력을 작게 하는 것이 불가피하기 때문에, 파단강도나 밀도가 상기 범위를 벗어나면 쉬트의 두께가 불균일해지는 결과를 초래하기 때문이다. 특히, 정전인가선의 밀도는 5 내지 9g/㎤인 것이 바람직하다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 하되, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 실시예 및 비교예에 의해 제조된 쉬트의 각 특성 평가는 하기 방법에 의해 이루어졌다.
두께 측정기(미국 윈젠사)를 이용하여 필름이 종방향으로 1초 동안 진행한 거리의 쉬트에 대한 두께를 측정(제2도)한 다음, 그 결과를 이용하여 하기 값을 계산하였다.
1) 쉬트 두께 변화 주파수(㎐) : 1초 동안 진행된 쉬트에서 두께가 규칙적으로 변하는 파형의 수
[실시예 1]
고유점도가 0.64(g/10분)인 폴리에틸렌테레프탈레이트 용융수지를 290℃의 온도하에 쉬트 형상으로 토출한 다음, 정전인가선을 이용하여 정전기를 인가하면서 25℃ 하에서 70(m/분)의 속도로 회전하는 냉각롤을 거치게 하여 200㎛ 두께의 쉬트를 제조하였다. 이 때, 직경 0.1㎜, 파단강도 5.4GPa, 밀도 7.8g/㎤ 인 내열합금 재질의 정전인가선을 사용하였으며, 인장응력은 4.5GPa(파단강도의 83.3%)로 하였다.
제조된 쉬트의 두께 변화 주파수와 쉬트 두께 변화율을 측정하였는데, 주파수가 매우 높으므로 두께 변화율이 작았다. 또한 정전인가선의 단선횟수도 0.3(회/주)로서 양호했다.
[비교예 1]
정전인가선의 인장응력을 3.0GPa(파단강도의 55.6%)로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건에서 쉬트를 제조한 다음, 쉬트의 두께 변화 주파수와 두께 변화율을 측정하여 표 1에 나타냈다.
[비교예 2]
정전인가선의 인장응력을 5.2GPa(파단강도의 96.3%)로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건하에서 쉬트를 제조한 다음, 쉬트의 두께 변화 주파수와 두께 변화율을 측정하여 표 1에 나타냈다.
[비교예 3]
직경이 0.30㎜인 정전인가선을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건하에서 쉬트를 제조한 다음, 쉬트의 두께 변화 주파수와 두께 변화율을 측정하여 표 1에 나타냈다.
[비교예 4]
직경이 0.02㎜인 정전인가선을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건하에서 쉬트를 제조한 다음, 쉬트의 두께 변화 주파수와 두께 변화율을 측정하여 표 1에 나타냈다.
[비교예 5]
밀도가 19.4g/㎤, 파단강도가 3.1GPa인 텅스텐 재질의 정전인가선을 사용하고, 그 인장응력을 2.7GPa(파단강도의 87.1%)로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건하에서 쉬트를 제조한 다음, 쉬트의 두께 변화 주파수와 두께 변화율을 측정하여 표 1에 나타냈다.
[비교예 6]
밀도가 7.8g/㎤, 파단강도가 2.6GPa인 스테인레스 스틸 재질(SUS 304)의 정전인가선을 사용하고, 그 인장응력을 2.3GPa(파단강도의 88.5%)로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건하에서 쉬트를 제조한 다음, 쉬트의 두께 변화 주파수와 두께 변화율을 측정하여 표 1에 나타냈다.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 정전인가선의 직경, 파단강도, 인장응력 및 밀도 범위가 본 발명의 범위를 만족하는 실시예의 쉬트는 두께 변화 주파수가 크고, 두께 변화율이 작아 두께 균일도가 양호하다.
반면, 비교예에 의해 제조된 쉬트는 두께 균일도가 좋지 않거나, 정전인가선의 단선 횟수가 크게 나타났다.
즉, 비교예 1은 정전인가선의 인장응력이 80% 미만이 되어, 정전인가선의 주파수가 낮아져 진폭이 증가하기 때문에 두께 변화율이 큰 반면, 비교예 2는 파단강도가 95%를 초과하여 정전인가선의 단선이 빈번하게 일어난다는 문제점이 있다.
두께가 0.3㎜인 정전인가선을 사용하는 비교예 3은 주파수가 낮아져 진폭이 증가하기 때문에 두께 변화율이 큰 반면, 비교예 4는 정전인가선의 직경이 0.03㎜ 미만이기 때문에 쉬트의 두께 변화율은 작지만 정전인가선의 단선이 빈번하게 일어난다는 문제점이 있다.
또한, 비교예 5의 경우, 밀도가 10g/㎤를 초과하여 정전인가선의 단위 길이당 질량이 커서 진동 주파수가 낮기 때문에 두께 변화율이 크고, 파단강도가 4GPa 미만이므로 정전인가선의 단선 횟수가 비교적 크다는 문제점이 있다.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 제조된 열가소성 수지 쉬트는 두께가 종방향으로 균일하기 때문에 코팅, 증착, 재단, 인쇄 등의 후가공이 용이하다. 또한 본 발명의 방법은 정전인가선의 단선횟수가 작기 때문에 설비의 가동율 향상 효과도 있다.

Claims (4)

  1. 열가소성 수지가 다이를 통하여 용융, 압출되어 용융쉬트의 형태로 성형되는 단계; 양단부가 고정되어 있는 정전인가선을 이용하여 상기 단계에서 성형된 쉬트에 정전기를 인가하는 단계; 및 상기 정전기가 인가된 쉬트가 상기 다이 하방에 설치되어 있는 냉각롤을 거쳐 고상쉬트로 제조되는 단계를 포함하는 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법에 있어서, 상기 정전인가선은 직경 0.10㎜를 초과하면서 0.20㎜ 이하, 밀도 10g/㎤ 이하, 파단강도 4GPa 이상이고, 상기 정전인가선의 인장응력을 상기 정전인가선 파단강도의 80 내지 95%로 유지하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정전인가선은 직경이 0.10㎜를 초과하면서 0.15㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정전인가선은 밀도가 5 내지 9g/㎤인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 정전인가선의 인장응력은 그 파단강도에 대하여 85 내지 90%로 유지되는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법.
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