5) 다이 코터
코팅용의 다이 헤드가 등장한 것이 약 30년 이상 전이다. 필름 압출용의 다이스를 도공용으로 설계한 것이 미국으로부터 수입되어 도공 라인에 설치된 것은 당시의 국내 요구 도공 정밀도에는 크게 못 미치는 것이었다.
하지만 다이의 특징인 closed coating은 품질 안정에 있어 매우 유리하고, 유저에 매우 매력적인 것이었다. 그후 국내 도공 요구에 맞는 개량을 실시하였고, 다이 코터는 건축자재, 전자재료, 광학재료 등의 각종 분야에 채용되고 있었는데, 각 도공액 점성에의 전용 설계라고 하는 제약 때문에, 다품종 소로트에는 맞지 않기 때문에 대량 생산품목과 스트라이프 도공 등의 다이에 이용되는 분야로 발전하였고, 다른 분야에 대해서는 광범위한 품종, 소로트 생산에 대응 가능한 것도 개발되어 채용되고 있다.
이하 테크노 스마트사의 다이코터를 예로 설명한다.
① 울트라 다이코터
일반적으로는 T-다이로 불리는 다이스형 코터의 가운데 울트라 다이코터(사진 2.7)의 특징은 coat hanger manifold이다. T-다이에서는 기재에 막을 형성하는 것이 가능하지 않았는데, coat hanger manifold(그림 2.41)에서는 이들이 용이하게 도공 제막 가능하다.
도공액은 펌프로부터 급액 호스를 통해 다이로부터 토출되는 동안에 외기와 접촉하는 부분이 없기 때문에, 농도, 점도 변화가 발생하지 않고 기포나 이물이 혼입되는 것도 없어서, 액의 재순환 없이 원 패스로 도공되어 버리는 매우 이상적인 도공방법이다.
하지만 펌프의 선정이 실패하여 진동하거나, manifold 시뮬레이션이 부적절하여 막 두께 정밀도가 나쁘게 되거나, 내압의 상승에 의해 다이의 변형이라고 하는 롤 코터에는 없는 최적화가 필요한 파라미터가 있다. 한편 이들의 파라미터의 최적화가 적절하게 행해지면 적은 미세 조정만 하는 것으로 안정 생산에 이행 가능하다는 장점이 있다.
② 슬릿 다이코터
슬릿 다이코터의 특징으로서는 stripe seam에 의한 스트라이프 도공(사진 2.8)이 가능하고, 이들의 seam을 교환하는 것으로 도공폭을 간단히 변경 가능하고, 또한 재현도 가능하다. Seam 두께의 변경으로 폭넓은 점성의 액체에 대응하는 것도 가능하게 되는데, 사전의 시물레이션이 중요하다. 게다가 CB(Coat & Blank) 도공 밸브를 사용하면 CB(간헐) 도공이 가능하게 된다. 이 스트라이프 도공과 CB 도공은 주로 2차 전지의 전극 제조 라인에서 사용되는 기술로 슬릿 타입 코터로만 실시 가능한 도공 형태이다.
③ CB 코터(Coat & Blank coater 간헐 도공)
다이 코터에 의한 특수한 도공 방법으로서 특히 전지 관계에 사용되는 도공방법이 CB 도공(사진 2.9)이다. 일반적인 도공이라고 하면 연속적으로 도공액을 기재 시트에 도포하는 것을 상상하는데, CB 도공은 [코팅] → [미코팅]→ [코팅]을 연속적으로 반복하는 도공이다. 또한 MD 방향에 스트라이프 상의 미도공부를 형성하여 각각 CB 도공을 행하는(사진 2.10) 경우도 있다.
이러한 CB 도공에 있어 다이의 급액구에 CB 밸브를 장치한다.
CB 밸브는 펌프로부터의 급액을 순간적으로 [다이에 보냄] 또는 [펌프에 리턴]과 흐름을 제어하여 CB 도공을 실현하는데, 간단히 흐름을 3방향 밸브로 바꾸기만 하는 것이 아닌 다이의 내압을 도공상태부터 감압상태로 하여 도공액을 흡인하여 블랭크를 만들고, 도공 개시의 순간 동안에 도공 압력으로 가압할 필요가 있다. 그 때 가압이 너무 강하면 부풀어 오르거나 도공폭의 확장이 발생해 버리기 때문에 정밀한 제어가 필요하다. 또한 도공액 자체에 탄성 등이 있으면 더욱이 제어가 어렵다. 예를 들어 생산 속도 30m/min으로 10mm의 블랭크를 작성하게 되면 미도공부분의 시간은 0.02초이다.
그 순간에 감압→가압을 행하여 도공 개시 단부의 두께나 폭 방향의 직선성, 도공 후 단부의 액 끊김을 제어할 필요가 있다.
④ Free span 다이 코터
통상 다이 코터는 백업롤에 기재 시트를 감아 기재의 위치를 안정화시키도록 다이에 의한 근접 도공을 행하는데, 이러한 것에 의해 도공 GAP가 일정하게 되어 안정한 도공 두께를 얻을 수 있지만, 이 GAP는 매우 좁아 롤의 흔들림이 2~3㎛로 있어도 농담이 보인다거나 이물의 메꿈이나 기재의 주름 등에 의한 도공 뼈대나 기재 파단의 원인이 된다. 그렇기 때문에 다이로의 박막 도공은
도공 GAP 20~30㎛를 하한치로 하는 경우기 일반적이기 때문에 10~15㎛(wet) 정도의 박막은 도저히 도공하는 것이 불가능하다. 여기서 다이에 의한 박막 도공을 목적으로 하여 개발된 것이 free span die(FSD) (그림2.42)이다. FSD는 백업롤이 없는 상태에서 도공을 하기 때문에 롤 진동에 의한 두께 변화, 기재의 씹힘, 이물의 채움이라고 하는 문제가 거의 발생하지 않아서, 2~3㎛(wet) 정도 이상으로 도공을 실현하는 것이 가능하다.
매우 사용하기 편한 박막 대응 코터인데 제약도 있다. 기본적으로는 기재의 장력과 액의 토출 압력으로 균형을 유지하면서 도공하는 방법이기 때문에 장력이나 토출압력에 변동이 있으면 도공막 두께 정밀도에 큰 영향이 가는 것과 토출구부터 토출된 도공액은 하류측 lip 면과 기재에 끼어 버린 상태로 제막되는데 기재에 flair 등이 있으면, 그 부분만 두껍게 되거나 도공 누락이 생긴다. 상기에 따른 기재 장력, 토출압력, 액점도, lip 형상으로 균형을 유지, 도공막을 형성하고 있기 때문에, 저점도 도공액의 두꺼운 도공과 같은 용도에는 적합하지 않다.
⑤ 다층 다이
기재 시트에 기능성막을 2중, 3중으로 도공하여 제품을 만드는 공정을 1회 도공으로 2층, 3층의 막으로서 도공하고, 한 공정에서 다층의 제품을 만들어 내는 것이 가능한 코터 헤드가 다층 다이(사진 2.11, 그림 2.43)이다.
도공용으로서는 2~3층 정도가 생산기로 사용되고 있다.