KR101071480B1 - 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법에 관한 것이다.

본 발명의 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법은, 측정 대상이 되는 측정지류와 박리시킬 박리용지를 인접시켜 놓은 상태에서 라미네이팅 필름을 이용하여 측정지류와 박리용지를 라미네이팅 실시하여 시편을 제조하는 라미네이팅단계와; 제조된 시편 중 박리용지 부분을 2겹으로 분리하는 박리용지분리단계와; 2겹으로 분리된 박리용지의 각 장의 끝을 만능강도시험기의 양측 그립에 고정시키는 시편세팅단계와; 만능강도시험기로 하여금 세팅된 시편에 일정한 속도로 인장을 가하여 파괴시까지의 하중 데이타를 측정하는 측정단계;를 포함하여 구성되며, 이때 측정단계는, 만능강도시험기로 하여금 20mm/min 내지 500mm/min으로 속도로 인장을 가해 데이타를 측정하는 것을 특징으로 하고, 라미네이팅단계에서는 측정지류와 박리용지는 3 : 7 의 길이 비율로 배치되는 것을 특징으로 하며, 지류는 은행권 또는 은행권 용지 중 선택된 어느 한 가지인 것을 특징으로 하고, 측정단계에서는 파괴가 발생할 때의 초기 하중 데이타, 박리가 진행되는 과정에서 유지되는 하중데이타를 그래프화하고, 그래프에 의해 형성된 면적을 측정하여 소모된 일의 양을 산출하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하여, 일반용지에 비하여 지층(紙層)의 결합강도가 강한 은행권 시료의 결합강도를 측정할 수 있게 되고, 그 결과를 이용하여 시료간의 상대 비교 가 가능해지며, 은행권의 결합 강도 향상에 기여하여 은행권의 분리를 통한 은행권 위조 방지에 기여할 수 있게 되고, 한 번의 박리실험을 통하여 박리 초기의 최대하중(F_{max )}, 박리가 진행되는 과정에서 유지되는 유지하중(F_{dynamic )}, 그리고 최종 파괴시까지 시편에 가해지는 일의 양(work up to break)의 세 가지 측정값을 얻을 수 있게 되며, 시료간 상대 비교 및 절대비교를 통하여 지층의 박리현상에 대하여 보다 세부적으로 이해할 수 있는 다양한 측면에서의 유용한 정보를 얻을 수 있게 된다.

은행권, 박리(delamination), 지층 결합강도, 최대하중, 일의 양, 라미네이팅, 만능강도시험기

Description

만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법{Test method for delamination strength of paper products using universal testing machine and laminating}

은행권을 위조하는 방법에는 여러 가지가 있지만 최근 들어 하나의 은행권을 2겹으로 분리하여 위조하는 사례가 발생하고 있다.

이러한 위조를 방지하기 위해서는 은행권을 2겹으로 분리하는 것을 어렵게 할 필요가 있다.

또한 이러한 측면의 품질관리를 위해서는 은행권을 2겹으로 분리할 때 소모되는 힘 또는 에너지를 수치화하는 방법이 병행되어야 한다.

이러한 은행권의 지층 결합강도는 일반용지에 비하여 훨씬 강하기 때문에 일반용지에 맞게 설계된 측정기를 이용해서는 정확한 결합강도를 측정할 수 없다.

따라서, 은행권과 같이 결합강도가 높은 지류의 결합강도 측정을 하기 위한 새로운 측정 방법을 필요로 한다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의하여 은행권이나 은행권용지의 결합 강도 측정을 할 수 있도록 한, 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법에 관한 것이다.

최근들어 하나의 은행권을 2겹으로 분리한후 각각의 면에 칼라 인쇄등 위조된 인쇄면을 붙여 2장의 위조된 은행권을 만드는 사례가 발생하고 있다.

이러한 위조를 방지하기 위해서는 은행권을 2겹으로 분리하는 것을 어렵게 할 필요가 있으며 이러한 측면의 품질관리를 위해서는 은행권을 2겹으로 분리할 때 소모되는 힘 또는 에너지를 수치화하는 방법이 병행되어야 한다.

일반적인 지류의 지층 결합강도를 측정하는 방법에는 내부결합강도(Internal bonding strength, Scott 방식)와 두께 방향 인장강도(Z-directional tensile strength)가 흔히 이용되고 있다.

내부결합강도의 경우 결합강도가 아주 약한 일부의 은행권 또는 은행권용지는 측정이 가능하나 대부분의 은행권 또는 은행권용지는 그 측정한계를 벗어나는 문제점이 있다.

두께 방향 인장강도의 경우도 마찬가지이다.

이는 은행권의 지층 결합강도는 일반용지에 비하여 훨씬 강하기 때문에 일반용지에 맞게 설계된 기존의 측정기를 이용해서는 측정이 불가능하다는 것을 의미한다.

또한 내부결합강도와 두께 방향인장강도는 지층 결합강도에 대하여 하나의 측정값만을 보여주고 있어 지층이 박리되는 현상에 대한 보다 세부적인 비교분석은 불가능한 단점을 가지고 있다.

상기와 같은 이유로 결합강도가 강한 은행권 또는 은행권 용지 시료의 지층 결합강도를 측정할 수 있는 새로운 측정방법의 개발이 필요하였다.

또한, 새로운 측정방법에서는 지층의 결합강도 측정을 위하여 지층이 박리되는 현상을 보다 세부적으로 이해할 수 있도록 여러 개의 측정값을 구할 필요가 있었다.

본 발명의 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생되는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 만능강도시험기와 라미네이팅 방법을 이용함으로써 일반용지에 비하여 지층의 결합강도가 강한 은행권 시료의 결합강도를 측정할 수 있게 하려는 것이다.

이로 인해 그 결과를 이용하여 시료간의 상대 비교 및 은행권의 결합 강도 향상에 기여하여 은행권의 분리를 통한 은행권 위조 방지에 기여할 수 있게 하려는 것이다.

또, 한 번의 박리실험을 통하여 박리 초기의 최대하중(F_{max )}, 박리가 진행되는 과정에서 유지되는 유지하중(F_{dynamic )}, 그리고 최종 파괴시까지 시편에 가해지는 일의 양(work up to break)의 세 가지 측정값을 얻을 수 있게 함으로써, 시료간 상대 비교 및 절대비교를 통하여 지층의 박리현상에 대하여 보다 세부적으로 이해할 수 있는 다양한 측면에서의 유용한 정보를 얻을 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 측정 대상이 되는 측정지류와 박리시킬 박리용지를 인접시켜 놓은 상태에서 라미네이팅 필름을 이용하여 측정지류와 박리용지를 라미네이팅 실시하여 인접한 측정지류와 박리용지가 라미네이팅 필름에 의해 일체화된 시편을 제조하는 라미네이팅단계와; 제조된 시편에서 박리용지가 위치한 부분의 측면에 칼날을 삽입하면서 칼날에 의해 위아래로 분리된 두 개의 끝단을 잡아당겨 박리용지기 위치한 부분의 시편을 두 장으로 분리하는 박리용지분리단계와; 두 장으로 분리된 시편의 끝단을 각각 만능강도시험기의 양측 그립에 고정시키는 시편세팅단계와; 만능강도시험기로 하여금 세팅된 시편에 일정한 속도로 인장을 가하여 파괴시까지의 하중 데이타를 측정하는 측정단계;를 포함하여 구성된다.

이때, 측정단계는, 만능강도시험기로 하여금 20mm/min 내지 500mm/min으로 속도로 인장을 가해 데이타를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또, 라미네이팅단계에서, 측정지류와 박리용지는 3 : 7 의 길이 비율로 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 지류는 은행권 또는 은행권 용지 중 선택된 어느 한 가지인 것을 특징으로 한다.

한편, 측정단계에서는 파괴가 발생할 때의 초기 하중 데이타, 박리가 진행되는 과정에서 유지되는 하중데이타를 그래프화하고, 그래프에 의해 형성된 면적을 측정하여 소모된 일의 양을 산출하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하여, 만능강도시험기와 라미네이팅 방법을 이용함으로써 일반용지에 비하여 지층의 결합강도가 강한 은행권 시료의 결합강도를 측정할 수 있게 된다.

이로 인해 그 결과를 이용하여 시료간의 상대 비교 및 은행권의 결합 강도 향상에 기여하여 은행권의 분리를 통한 은행권 위조 방지에 기여할 수 있게 된다.

또, 한 번의 박리실험을 통하여 박리 초기의 최대하중(F_{max )}, 박리가 진행되는 과정에서 유지되는 유지하중(F_{dynamic )}, 그리고 최종 파괴시까지 시편에 가해지는 일의 양(work up to break)의 세 가지 측정값을 얻을 수 있게 함으로써, 시료간 상대 비교 및 절대비교를 통하여 지층의 박리현상에 대하여 보다 세부적으로 이해할 수 있는 다양한 측면에서의 유용한 정보를 얻을 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법에 대하여 첨부된 도면 및 사진을 통하여 상세히 설명하기로 한다.

1. 라미네이팅단계

측정 대상이 되는 측정지류와 박리시킬 박리용지를 인접시켜 놓은 상태에서 라미네이팅 필름을 이용하여 측정지류와 박리용지를 라미네이팅 실시하여 인접한 측정지류와 박리용지가 라미네이팅 필름에 의해 일체화된 시편을 제조한다.

지류는 일반 용지도 그 결합강도를 측정하기 위하여 사용할 수 있으나, 본 발명의 목적 상 은행권 또는 은행권 용지 중 선택된 어느 한 가지로 하는 것이 좋다.

이때, 측정지류와 박리용지는 3 : 7 의 길이 비율로 배치하는 것이 좋다.

라미네이팅 필름은 두께 100 ㎛의 폴리에틸렌 재질이 바람직하며, 라미네이팅 온도는 100 ℃ 내외의 온도가 좋다.

도 2는 라미네이팅단계에서 제조한 시편의 사진이다.

라미네이팅에 의하여 만들어졌으며 측정을 위하여 하나의 시편으로 준비한 모습이다.

시편의 폭은 30mm로 하였고, 박리용지를 70mm로, 측정지류를 30 mm로 설정한 모습을 나타냈다.

여기서 측정지류의 면적은 30×30mm로 하였다.

이때, 시편을 만들기 위하여 접착력이 강력한 테잎을 이용하는 방법을 검토하였으나 만족할만한 접착력이 발현되지 않았고, 만능강도시험기에 거치하고 인장을 가하는 과정에서 테잎이 늘어나는 문제가 발생하여 라미네이팅 대신 테잎을 접착하는 방법은 바람직하지 않다.

또한, 측정지류와 박리용지는 서로 떨어져 있으면 사전 박리과정에서 측정하고자 하는 시편이 영향을 받아 측정과정에서 최대하중(F_max)값이 달라질 수 있으므로 최대한 밀착시켜 배치하는 것이 바람직하다.

2. 박리용지분리단계

라미네이팅단계에서 제조된 시편에서 박리용지가 위치한 부분의 측면에 칼날을 삽입하면서 칼날에 의해 위아래로 분리된 두 개의 끝단을 잡아당겨 박리용지기 위치한 부분의 시편을 두 장으로 분리한다.
즉, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 시편은 박리용지가 있던 부분이 두 장으로 나뉘어지고, 측정지류가 위치한 부분은 한 장인 형태가 되는 것이다.

구체적으로 도 2의 사진에서 시편 왼쪽의 흰 부분이 박리용지 부분으로 이 부분을 옆구리에서 칼날을 삽입한 후 잡아당겨 박리하면 된다.

3. 시편세팅단계

상기 박리용지분리단계에서 두 장으로 분리된 시편의 끝단을 각각 만능강도시험기의 양측 그립에 고정시킨다.

도 3은 본 발명에서 시편세팅단계에서 2겹으로 분리된 박리용지 부분의 각 장의 끝을 만능강도시험기의 양측 그립에 고정시킨 상태를 나타낸 사진이다.

도시된 것처럼 박리용지 부분의 각 장의 끝이 만능강도시험기의 그립에 고정되어 그립이 인장되면서 시편 중의 측정지류가 2겹으로 나뉘어지면서 발생되는 하중을 측정할 수 있게 하였다.

한편, 만능강도시험기에는 2.5kN의 로드셀(load cell)을 장착하여 충분한 강도를 측정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

4. 측정단계

도 3과 같은 상태에서 만능강도시험기의 상부와 하부 그립을 일정한 속도로 인장을 가하여 세팅된 시편의 파괴시까지의 하중 데이타를 측정한다.

이때, 만능강도시험기의 인장 속도는 20mm/min 내지 500mm/min로 한정하는 것이 데이타 측정에 바람직하다.

또, 측정되는 그래프화 하는데, 구체적으로 측정단계에서는 파괴가 발생할 때의 초기 하중 데이타, 박리가 진행되는 과정에서 유지되는 하중데이타를 그래프화하고, 그래프에 의해 형성된 면적을 측정하여 소모된 일의 양을 산출하도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 그래프화 및 면적 측정 방법은 프로그램이 내장된 컴퓨터를 만능강도시험기와 연결하거나 만능강도시험기에 프로그램을 내장하여 산출하도록 할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 측정하게 되면 결합강도를 세 가지로 평가할 수 있게 된다.

첫째는 최대하중(F_{max )}으로 측정의 초기에 얻어지며 전체 측정과정 중에 가장 높은 값을 나타낸다.

둘째는 박리가 진행중에 얻어지는 유지하중(F_{dynamic )}으로 파괴시 까지 거의 일정하게 유지되며 이 값이 높을수록 지층을 분리하는데 더 큰 힘이 필요함을 의미한다.

마지막으로 측정시료를 완전히 박리하기 까지 소모된 일의 량 또는 에너지를 의미하는 값(Work up to break)으로 이 값이 클수록 박리가 어렵다고 판단할 수 있다.

도 4는 만능강도 시험기를 이용하여 시편에서 측정지류의 결합강도를 측정한 전형적인 그래프이다.

측정시 시료의 초기 박리에 가장 강한 힘이 요구되며 이 값이 최대하중(F_{max )} 이다.

초기 박리가 이루어진 이후 계속적인 박리를 위해서는 초기 보다는 적은 힘이 요구되며 이 값을 유지하중(F_{dynamic )}이라 하고, 파괴시 까지 거의 일정하게 유지된다

이 그래프에서 파괴 시까지 얻어진 그래프 아래의 면적을 구할 수 있으며, 이 값은 시편의 파괴 시까지 가해진 일의 양(work upto break)으로 결합강도를 예측하는 척도로 사용될 수 있다.

즉, Fmax, Fdynamic 및 work up to break 값이 클수록 지층의 결합강도는 강하며 박리는 어려워 진다고 판단할 수 있다.

결국 이러한 세 가지 산출 값을 통해 일반용지에 비하여 지층의 결합강도가 강한 은행권 또는 은행권 용지의 결합강도를 측정할 수 있게 되며, 이러한 측정값을 토대로 은행권의 지층 결합강도를 개선하여 2겹으로의 박리를 통한 은행권의 위조에 대비할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법에 대하여 하기 실시예와 비교예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정1

박리용지로 시중에서 유통되는 일반 종이를 준비한 후 70mm × 30 mm로 절단하고, 측정지류로 4개국의 은행권을 30mm × 30 mm로 절단한 후 박리용지와 측정지류를 도 2와 같이 인접시켰다.

이때, 측정지류는 시중에 유통되지 않은 신권을 은행에서 환전하여 준비하였다.

아울러, 박리용지와 측정지류는 최대한 붙여서 배치하였다.

그런 다음 두께 100 ㎛의 폴리에틸렌 재질의 라미네이팅 필름 2장을 박리용지와 측정지류의 앞뒤면에 설치한 후 100 ℃로 라미네이팅을 실시하여 시편을 제조하였다.

제조된 시편에서 박리용지 부분을 칼로 절개하여 2겹으로 나눈 다음 Zwick/Roell사의 만능강도시험기의 그립에 박리용지 부분의 절개된 각 장을 그립에 물려 도 3과 같이 설치하였다.

이때, 만능강도시험기는 Zwick/Roell사의 제품을 사용하였다.

그런 다음 만능강도시험기의 각 그립측에 50mm/min의 속도를 인장을 가하여 파괴시 까지 측정을 실시하였다.

측정결과의 평가는 초기의 하중 값인 최대하중(F_max), 박리가 진행되는 과정에서 유지하중(F_dynamic), 그리고 최종 파괴시 까지 시편의 박리를 위하여 소모된 일의 양(work up to break)의 값을 이용하여 지층의 결합강도를 평가하였다.

<실시예 2> 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정2

실시예1과 동일하게 진행하되 만능강도시험기에서 인장 속도를 100mm/min으로 설정하여 박리실험을 실시하였다.

<비교예 1> 지류의 결합강도 측정1

Tappi test method UM 403에 의거하여 Scott 방식의 내부결합강도 측정기를 이용하여 은행권 시료의 내부결합강도를 측정하였다.

이때 high range 값을 읽을 수 있는 기기 설정을 한후 실험을 실시하였다.

<비교예 2> 지류의 결합강도 측정2

종이 물성 측정기 제조사인 L&W사의 측정기기인 두께 방향 인장강도 측정기를 이용하여 은행권 시료의 지층 결합강도를 측정하였다.

<지층 결합강도 비교>

실시예와 비교예에서 측정한 지층 결합강도를 측정한 결과는 다음과 같다.

비교예 2의 두께 방향 인장강도 측정기를 이용한 측정에서는 모든 은행권 시료가 측정기기의 최대값을 능가하여 측정이 불가능하였다.

비교예 1의 경우 역시 기기의 측정한계를 벗어나 측정이 불가능하였다.

이러한 이유로 시료간의 비교평가를 할 수 없었다.

한편, 실시예1과 실시예 2에서의 결과는 거의 비슷한 것으로 측정되어 실시 예 1의 결과만을 아래 표에 제시하였다.

<표 1> 실시예1에서 측정된 결과

		최대하중(Fmax) 단위 : N	유지하중(Fdynamic) 단위 : N	Work up to break 단위 : Nmm
실시예 1	시료 A	5.8	2.5	195
	시료 B	6.5	4.0	244
	시료 C	7.2	4.5	321
	시료 D	8.0	5.2	373

상기 <표 1>에서 보는 바와 같이 실시예 1에서는 만능강도 시험기를 이용하여 모든 은행권시료의 지층 결합강도를 측정할 수 있었고 시료간의 상대비교가 가능하였다.

또한, 박리실험을 통하여 3가지의 유의미한 측정값을 얻을 수 있었다.

본 발명에서 사용되는 지류는 다양한 종류에 적용할 수 있으나, 가장 바람직하기로는 은행권 또는 은행권 용지를 측정하는 것이 효과적이라 할 것이다.

도 1은 본 발명의 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법을 나타낸 공정도.

도 2는 본 발명에서 라미네이팅단계에서 측정지류와 박리용지를 인접시켜 배치한 다음 라미네이팅하여 제조한 시편의 예를 나타낸 사진.

도 3은 본 발명에서 시편세팅단계에서 2겹으로 분리된 박리용지 부분의 각 장의 끝을 만능강도시험기의 양측 그립에 고정시킨 상태를 나타낸 사진.

도 4는 본 발명의 만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법에 의한 측정 결과를 나타낸 그래프.

Claims (5)

1. 지류의 지층 결합강도 측정 방법에 있어서,

   측정 대상이 되는 측정지류로 은행권 또는 은행권 용지 중 선택된 어느 한 가지를 준비한 후 상기 측정지류와 박리시킬 박리용지를 3 : 7의 길이 비율로 준비하여 일측면이 서로 맞닿도록 인접시켜 놓은 상태에서 라미네이팅 필름을 이용하여 측정지류와 박리용지를 라미네이팅 실시하여 인접한 측정지류와 박리용지가 라미네이팅 필름에 의해 일체화된 시편을 제조하는 라미네이팅단계와;

   제조된 시편에서 박리용지가 위치한 부분의 측면에 칼날을 삽입하면서 칼날에 의해 위아래로 분리된 두 개의 끝단을 잡아당겨 박리용지기 위치한 부분의 시편을 두 장으로 분리하는 박리용지분리단계와;

   두 장으로 분리된 시편의 끝단을 각각 만능강도시험기의 양측 그립에 고정시키는 시편세팅단계와;

   만능강도시험기로 하여금 세팅된 시편에 20mm/min 내지 500mm/min의 속도로 인장을 가하여 파괴시까지의 하중 데이타를 측정하되, 파괴가 발생할 때의 초기 하중 데이타, 박리가 진행되는 과정에서 유지되는 하중데이타를 그래프화하고, 그래프에 의해 형성된 면적을 측정하여 소모된 일의 양을 산출하는 측정단계;를 포함하여 구성된,

   만능강도시험기와 라미네이팅을 이용한 지류의 결합강도 측정 방법.
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