제3장 Heat seal 가열의 기본 - 6(종래의 HS의 평가방법과 과제)

[YDfamily]

3.4 종래의 HS의 평가 방법과 과제

종래의 열용착(HS)의 해석/평가 방법의 규범으로서 사용되고 있는 일본의 JIS나 각국이 참고하고 있는 ASTM의 개요와 과제를 대략 설명한다.

3.4.1 ASTM 스탠다드의 해석/평가법

HS의 평가/해석에 주로 관련하여 있는 규격은

F 88 Test method for seal strength of flexible barrier materials가 있다.

관련 또는 파급하는 규격의 번호를 열거하면

D 882, D903, D996, D3078, D4169

E 171, E 515

F 88, F1140, F1585, F 1886, F1921, F 2054가 있다.

3.4.2 JIS의 해석과 평가법

일본에 있어서는 JIS Z 0238; 밀봉 연포장 파우치의 시험방법의 해석/평가 방법이 널리 이용되고 있고. 관련 규격에는 Z 0238을 준하여 설정하고 있다.

HS의 관계되는 JIS는 이하와 같은 규격이 있다.

Z 1702 포장용 PE 필름

Z 1707 식품포장용 PE 필름

Z 1711 PE 필름 제대

3.4.3 ASTM과 JIS의 다른 점

ASTM과 JIS의 시험방법에 대해서는 유사성이 있는데 호환성은 없다.

JIS Z 0238은 HS의 종합적인 규격으로 되어 있고, ASTM의 몇 가지 항목도 포함되고 있다. JIS를 원칙으로 하여 다른 점을 비교한다.

JIS Z 0238(밀봉 연포장 파우치의 시험방법) [1998판]의 구성항목과 ASTM의 관계를 이하와 같이 열거한다.

1. 적용범위

2. 인용규격

3. 정의

 a) HS 연포장 파우치, b) HS 반강성 용기, c) HS 강도, d) 파열강도, e) 낙하강도, f) 누액 등

4. 시험항목

 a) 파우치의 HS 강도 시험 [ASTM F88-00]

 b) 용기의 파열강도 시험 [ASTM 없음]

 c) 낙하강도 시험 [ASTM D 4169]

 d) 내압축 시험 [ASTM F2054-00]

 e) 누액 시험 [ASTM D 3078]

5. 시험의 일반 조건

6. 시료의 제작

7. 파우치의 HS 강도 시험 [ASTM F88-00]

 7.1 시험장치, 7.2 시료, 7.3 조작

 ※ 파우치의 사용 목적에 대응한 HS 강도의 목표의 일람표를 제시

8. 용기의 파열 강도 시험 [ASTM 없음]

9. 낙하시험 강도 시험 [ASTM D 4169]

10. 내압 시험강도 시험 [ASTM F2054-00]

11. 누액 시험 [ASTM D 3078]

12. 시험 수치의 반올림

13. 보고

3.4.4 JIS/ASTM의 해석과 평가법의 특징과 고찰

JIS에 제시되어 있는 항목을 따라 규정의 특징과 규정항목의 과제를 열거하였다.

(1) HS는 열현상의 제어가 있는데 시험 평가에 가열온도가 파라미터로 위치하지 않고 있다.

(2) 규격에서 요구되어지고 있는 것은 넓은 폭의 평균적 열용착 결과로, 이것은 재료의 기본적 성능의 시험으로 되어 있고, 핀홀이나 찢어짐의 원인 검사 기능은 아니고, 현장이나 유통의 과제를 반영하지 않고 있다. 이 부적합의 원인 해석은 제6장 각도법에서 후술한다.

JIS: 15mm [JIS Z 0238 7.2]

ASTM: 25.0, 15 또는 25.4mm(1”) [F88-00, 9.2]

(3) 도3.15에 나타난 대로 인장 시험의 클립간 거리의 길이를 크게 하여 HS선으로의 직각 응력의 부여를 전제로 하고 있는 설정이므로, HS 강도가 큰 접착에서는 접착강도보다 샘플의 신장 특성을 측정하고 있다.

도3.15 JIS/ASTM의 인장시험의 길이와 폭의 샘플 치수

JIS: 100mm 이상 [JIS Z 0238 7.2]

ASTM: 152mm (6”) [F88-00 9.2]

(4) 도3.16에 나타난 것처럼 포장재료의 고유 성능을 언정적으로 측정하는 것을 목적으로 샘플링 위치를 선정하고 있기 때문에 부적합이 발생하는 포장 파우치의 코너나 이음매가 지정되어 있지 않다.

도3.16 JIS의 인장시험의 샘플링 지시 위치와 추천위치

JIS: [JIS Z 0238 7.2]

ASTM: [F88-00, 6.2]

(5) 도3.17에 나타난 대로 인 시험에 있어서 인장 패턴으로부터 강도의 측정치가 최대치의 채용으로 되어 있다. 인장 패턴을 포함하는 유용 정보가 이용되지 않고 있다.

포장제품에 있어서 파괴는 1mm 이하의 미세 부분에서 일어나고 있고, 규격의 시험 결과의 범용성에 과제가 있다.

도3.17 JIS의 인정시험의 데이터 채취점의 지시와 이용되고 있지 않은 유용 정보

JIS: 최대치; [JIS Z 0238 7.3]

ASTM: (동작의 시작 후의) 평균치; [F88-00, 8.8.1]

ASTM[F88-00, 10.1.14]에는 HS의 인장 시험 후의 파손 상태를 나타내고 있는데, 이 발생 메커니즘을 언급하지 않는다. 실제의 시험 결과가 어느 파괴에 상당하는가를 기술하도록 하는 코멘트가 있고, ASTM의 세계에서도 파손의 원인 구명 방법을 요구하고 있다.

[10.6]에 원인 구명의 결과의 일람표를 나타내었다.

3.4.5 JIS/ASTM의 평가 방법에서 알 수 있는 것과 없는 것

(1) 인장강도와 가열온도의 관계의 정량성이 낮음

(2) 넓은 폭 평균 인장강도의 측정

(3) 재료의 기본 성능

(4) HS선의 직각 응력의 측정

(6) 부적합 발생 위치가 검사 대상으로부터 제외되어 있음.

(7) Tear seal 영역에 있는지 없는지의 판정만 가능

(8) Tear seal / 응집 접착이 최적 방법이라는 상식을 만들어 버렸다.

(9) 과열에 의한 재료의 열화는 검지하기 어려움

(10) 핀홀이나 파손의 발생 상태는 검지 불가

(11) 폴리 옥의 발생 검지를 무시하고 있음.

3.4.6 HS를 파괴하는 힘의 발생 메커니즘

HS에 관계되는 부적합은 ①접착의 양/부, ②파괴력의 부하의 조합으로 발생한다. 파대는 HS선에 직각의 파괴 응력이 부하가 걸려 발생하다. 연포장 파우치에 있어서 이 응력의 발생 모델을 도3.18에 나타내었다.

도3.18 파괴응력의 발생 모델

파괴 응력의 발생 요소를 조사하면 이하와 같다

(1) 내압의 상승 응력의 발생 (압축응력)

(2) 진공 포장에서는 내압이 올라가지 않음

(3) 충격으로 내용물이 파우치의 내벽에 충돌하여 인장력이 발생한다. (낙하 응력)

(4) 고형의 충전물은 수압(受壓) 완충 기능이 있다.

(5) 개별 포장재는 압축 응력을 완충한다.

(6) 포장 형태에 관계없이 일원화로 HS 강도를 결정하는 것은 부당함