제3장 Heat seal 가열의 기본 - 5(Heat seal의 가열법의 특징)

[YDfamily]

(6) 전계(電界) 가열방식

표면을 절연 처리한 2개의 전극판에 재료를 끼워 고주파 전압을 걸면 전극 간에 고주파 전류가 흐른다. 이 전류에는 전압과 같은 위상(位相) 성분과 90도의 위상 성분이 있다. 고주파 전류의 위상 성분이 있으면 발열한다. 유도체 손실은 재료의 절연성(분극성)의 크고 작음으로 있고, 절연체의 유도체 손실(tan δ)은 0이고, 도체는 무한대로 된다. 가열로 이용하기 위해서는 유전손실; tan δ > 0.01가 필요하다. HS에 이용되는 단체 재질에서는 PVC, 셀룰로오스, 종이가 대상이 된다. 전계 가열방식은 오로지 재료 중의 수분 발열을 이용하여 HS를 행하는 방식이다. 전계 가열방식의 구성과 발열면의 설명은 도3.12에 나타내었다. 전계 가열 방식의 기계적인 구조는 heat zone 방식과 같은데, 발열부는 heat sealant(절연물) 이외의 재료 내부에 있다. 발열량은 오로지 피가열 재료 중의 수분량에 의해 결정되기 때문에 수분 함유량이나 일정치 않음이 가열의 균일성, 재현성에 영향을 준다. 100℃ 이상의 가열에는 그 온도의 증기 분압 상당 이상에 가압(최대 0.8MPa)을 가하지 않으면 기화열로 온도가 올라가지 않는다. 고압착력이 되기 때문에, 전극부는 튼튼한 구조를 요구한다(10.5의 휘발성분, 발포 제어 참조). 전계 분포는 피 가열체의 전도의 고르지 못함의 영향을 받기 때문에, 넓은 접착면의 균일한 가열은 어렵기 때문에 HS 면적에 제약이 있다.

도3.12 전계 가열 방식의 구성과 발열층

(7) Hot wire(용단, 溶斷) 가열 방식

범용 hot wire의 가열 장치는 impulse와 동일하여 판상의 가열 선 대신에 0.2~0.5mm의 저항선을 사용한다. 조작 상의 다른 점은 저항선에 pulse상의 전류를 흘려 400~500℃로 가열하고, 재료를 접촉 용단시킨다. 재료가 용단되는 열의 전도로 접착면을 용착시키는 방법이다. 접착과 절단이 간단한 방법으로 동시에 가능한 편리한 방법이다.

열선의 접촉속도로 용착과 파단이 거의 동시에 일어나기 때문에 가열 시간은 극히 짧다.

고온의 열선이 재료를 녹이면서 박히기 때문에 용착면에는 압착압은 거의 걸리지 않는다. 조작 과정을 도3.13에 나타내었다. 확대도에 나타난 대로 hot wire는 선의 굵기만큼 용융한다. 접착면은 hot wire로 직접 가열시키는 것이 아니고 “용융괴”가 열원으로 되어 만나는 면을 접착한다. 접착면은 매우 좁은 범위인데 tear seal과 peel seal이 연결된 접착이 되기 때문에 파대의 원인이 되는 이물(폴리玉)의 생성이나 접착 edge의 손상이 없고, 단층재료의 HS가 확실히 완성된다. 쇼핑백의 제대에 적용되고 있는 고속용에서는 상시 전류를 흘려 연속 가열한 열선 tension을 가한 재료에 눌러 붙여 용착/용단을 행한다.

도3.13 Hot wire (용단 seal) 방식의 구성과 동작과정

범용 PE재의 hot wire seal과 impulse seal 방식과 최신 “compo seal”(peel과 tear의 혼성 HS 방식)의 HS 강도의 비교를 도 3.14에 나타내었다. 고온(재료를 태우는)의 hot wire seal에서도 재료의 고유의 신장강도, 5mm 폭의 impulse seal과 거의 같은 강도와 인장 패턴을 나타내고 있다.

Peel seal부터 시작하여 바깥 끝으로 tear seal을 10mm 정도의 폭의 접착면에 이상적으로 형성되는 “compo seal”의 인장시험 패턴을 첨부하여 비교하였다. Hot wire seal의 늘어 나는 개시 수치가 “compo seal”의 1.4~1.6mm 부근의 인장 강도와 동등의 결과를 나타내고 있기 때문에 hot wire seal은 1mm 이하의 가는 HS선에도 관계없이 재료가 갖는 고유의 당도와 동등한 성능을 발휘하고 있다는 것을 알 수 있다.

도3.14 Hot wire seal의 HS 특성의 평가