제4장 Heat seal 조작의 기본 - 4(용착면 온도 측정법)

[YDfamily]

4.2.4 용착면 온도 측정 시스템의 고속 응답성

미세한 용착면의 직접적인 온도 계측에는 미세한 센서가 필요하다. 개발된 시스템에서는 센서의 응답 속도의 향상과 큰 것을 작게 만들기 위해 피복이 없는 “라선(裸線)”을 사용한다.

센서의 응답 속도를 계측하는 것에는 “라선” 그 자체로 압착하는 heat bar의 금속면과의 접촉으로 short가 일어나기 때문에 PET 12㎛의 필름에 끼워 응답 측정을 한다. 선 지름이 13, 25, 45㎛ Ø의 3종의 센서의 응답 측정을 도4.4에 나타내었다.

각종 포장재료의 95% 응답 비교를 표4.1에 나타내었다. 12㎛ PET의 데이터는 도4.4의 측정 결과를 기록하였다. 12㎛ PET의 응답결과로부터 13㎛ Ø 센서의 응답은 11ms 이하라고 말할 수 있다. 25㎛ Ø 센서와 13㎛ Ø 센서의 응답의 차이는 ≒1ms이다. 이들의 결과로부터 10ms 정도의 응답 지연은 12㎛ PET의 전열의 지연으로 볼 수 있다. 25㎛ Ø 센서의 나일론의 응답은 16ms이고, 이 응답은 14ms 나일론의 응답 지연으로 볼 수 있다.

같은 모양으로 45㎛ Ø 센서의 응답 지연은 ≒20ms라고 추정 가능하다. 30㎛ 이상의 재료의 경우는 45㎛ Ø의 센서에서도 실용적으로는 충분히 사용 가능한 것임을 알 수 있었다. HS의 용착면 온도 측정에는 25~45㎛ Ø의 센서의 적용으로 없는 것을 나타내고 있다.

도4.4 미세 센서의 고속 응답성의 검증

표4.1 각종 재료의 용착면 온도 응답의 비교 (95% 응답)

재료의 종류 (두께/재질)	센서의 사이즈 (㎛)	95% 응답 (초)
12㎛ PET	13	0.011
	25	0.012
	40	0.036
25㎛ Nylon	25	0.016
	45	0.037
30㎛ CPP	25	0.025
	45	0.060
75㎛ OPP / Al 증착	25	0.160
	45	0.180
100㎛ (건조) 종이	25	0.130
	45	0.150
75㎛ 테프론	25	0.110
	45	0.130

4.2.5 MTMS kit를 사용한 HS 부위의 측정 사례

MTMS kit를 적용하여 표면 온도를 137~210℃의 사이에서 약 10℃씩 변화시킨 용착면 온도의 응답의 측정 사례를 도4.5에 나타내었다. 이 경우 목표 가열 온도의 120℃에 가로선을 넣고, 각 데이터와 이 선과의 교차점에 상당하는 시간축이 가열 시간이 된다.

도4.5 HS 조건을 결정하는 기초가 되는 가열체의 표면 온도를 파라미터로 한 용착면 온도 측정 예

센서를 4개 사용하여 4매를 겹쳐 ①최내층, ②1-2층, ③1층-커버재, ④가열체의 표면온도의 4점을 동시 측정한 예를 도4.6에 나타내었다. 다층의 용착면 온도의 계측에 의해 가열온도의 적정성의 검증이 가능하다.

도4.6 용착면 온도 측정법을 적용한 4층의 동시 측정 사례

4.2.6 최적 가열 범위의 검토의 방법

용착면 온도의 측정 결과인 도4.6을 예로 하여, 최적 가열 범위의 검토의 방법을 제시한다. 용착면 하한 온도: 150℃, 용착면 상한 온도: 170℃로 설정하여 각층의 온도와 도달 시간의 차이를 본다.

[케이스: 1] ④가 150℃에 도달한 시간을 기준으로 한 검토

④는 1.56s에 도달해 있다. 이때의 ③의 1-2층은 168℃, ②의 테프론-1층은 174℃이고, ④보다도 24℃ 높게 되어 있어, 상한 온도를 초과하고 있다.

이 때의 150℃ 도달시간은 ②는 0.52s, ③은 0.96s로 되어 있다.

[케이스: 2] ③이 150℃에 도달한 때의 검토

이 때의 도달시간은 0.96s로, ②는 164℃, ④는 133℃로 된다. 이 경우는 ②는 상한 온도 170℃를 초과하지 않는데, 최내층 ④는 하한 온도 150℃에 달하지 않고 가열 부족으로 된다.

가열시간이 길다면 각 점의 온도는 가열온도에 접근하기 때문에 이 경우는 가열온도를 190℃부터 순차적으로 내려 ④의 온도가 150℃, ②-④사이의 온도차가 20℃로 되는 가열체 온도가 최고 가열 온도이고, ④가 150℃에 도달한 시간이 HS 시간이 된다.

이렇게 하여 2매 겹침이나 6매 겹침의 경우에도 같은 측정 데이터로부터 온도와 시간의 매트릭스를 만들어 고찰 가능하다. 이 수법은 최적 가열 범위의 검토의 기초가 된다.

가열시간은 재료의 특성으로 결정하기 때문에, 시간을 우선시하여 2개의 온도차를 작게 하는 것은 불가하다.