제6장 Heat seal의 종래법의 합리적인 검토 - 3(발열체에 테프론 시트를 장착한 경우의 HS 조작에의 영향)

[YDfamily]

6.5 발열체에 테프론 시트를 장착한 경우의 HS 조작에의 영향

발열체의 표면에 테프론 시트(유리 섬유의 편물에 테프론을 함침)의 커버를 장착하는 것이 습관적으로 많이 이용되고 있다. 도입 목적의 습관적 이유를 열거하여 보면 다음과 같다

① 충전물 부착의 용이한 청소: 액체, 분말

② 포장재료의 탄화물의 경감: 고온 가열에 의한 heat sealant의 용출 대책

③ HS면의 천으로 다듬은 미장성: 습관적 감각

④ 쿠션성

⑤ 표면온도 균일화

⑥ 과 가열의 억제

③의 포장 재료의 탄화물 이외의 기대 기능의 대부분은 공정상의 다른 부적합에 의해 일어나는 대중 요법적 목적으로 적용되고 있는데 대처의 이론성이 부족하다. 테프론의 장착이 어떤 기능을 갖고 있는지 검토했다.

6.5.1 발열체에 테프론 시트를 장착한 경우의 표면온도의 거동

테프론 시트는 열절연성을 갖고 있기 때문에 발열체 표면에 테프론 시트를 장착하면 열류 저항(억제)으로 된다.

도4.8에 나타난 것처럼, 열류 저항의 효과는 열류를 작게 하기 때문에 가열 시간은 길어지는데, 포장 재료의 표면과 용착면의 온도차를 작게 하는 기능이 있다.

자동 운전의 반복 조작에 있어 테프론 커버의 표면과 피 가열재의 접촉면의 온도 변화의 실측예를 도6.7에 나타내었다. 측정품의 온도는 피 가열재의 접촉에 의해 우선 피 가열재의 표면 온도로 향하여 급격하게 저하한다. 저하 속도는 주로 커버재의 열저항(두깨와 전도성), 피 가열재의 초기 온도와 열용량으로 결정된다. 열류는 온도차에 비례하기 때문에 축열(蓄熱)로 재료의 온도가 올라가면 열류는 작아지기 때문에, 흡수열량 < 공급열량으로 되면 표면온도는 상승으로 전환된다. 상상은 주로 피 가열재의 두께와 열용량으로 결정된다. 가열체가 피 가열재료로부터 이탈하면 테프론 시트의 표면온도는 대기 온도로 향하여 상승한다. 이 상승은 발열체의 발열 능력과 방열에 의해 결정된다. 가열체가 피 가열재료로부터 이탈하는 순간의 용착면 온도가 소정의 온도로 되어야 한다.

도6.7 운전 중의 커버재의 표면온도의 변화

MTMS kit를 사용하여 시뮬레이션 데이터를 채취할 때에 실제와 같은 테프론 시트를 장착하여 행하면 적정한 이탈 시간을 취득할 수 있다. 이 계에서 표면온도가 정상 상태로 복귀하는 시간보다도 빠른 시간에 다음의 동작으로 들어가면, 그 때의 테프론의 표면온도가 시발 온도로 되어 동작 온도 기점은 저온 측으로 off set 되어 행해져 가열 부족의 사태로 된다. 시판의 표면 온도계를 사용하여 표면온도를 계측하면, 이 원리로 테프론의 표면온도는 센서로의 전열과 방산으로 5℃ 정도 낮아져 버리기 때문에 열용량이 작은 센서를 사용할 필요가 있다.

6.5.2 발열체에 테프론 시트를 장착하는 효용의 시비

테프론 시트는 열류의 조절 기능을 갖고 있기 때문에, 이것을 이용하여 피 가열재의 전열 능력에 알맞은 열공급으로 표면(가열체와의 접촉면)과 용착면의 온도 경사를 작게 하는 것이 가능하다.

여기서는 테프론 시트로 열류 조절한 경우와 온도를 낮춘 가열체(금속)의 직접 압착에 의한 전열의 비교를 행하고, 테프론 장착의 효과의 시비를 검토한다.

용착면 목표 온도: 140℃, 과열 제한온도: 160℃ 조건에 있어 가장 빠른 가열 조건의 검토예를 도6.8(a), (b)에 나타내었다.

도6.8(a) 가열체의 테프론 커버의 유무에 따른 응답의 비교

도6.8(b) 가열체의 테프론 커버의 유무에 따른 응답의 비교와 요약

도6.8(a)는 가열체의 표면온도를 150℃로 설정하여 테프론 없음과. t=0.14mm의 테프론 커버를 한 거의 동일한 도달 응답을 나타낸 185℃ 가열의 데이터를 병기하였다. 150℃ 가열로 목표인 140℃로 가열에는 ≒0.5초가 필요하였다. 이 때의 표층 온도는 143℃이다.

테프론 없는 경우의 가열 조건에서는 상한 제약 온도가 160℃이므로 가열 시간의 상한의 제약은 없고, 장시간 가열로 되어도 가열 후의 위험은 본질적으로 없다. 한편, t=0.14mm의 테프론 커버와 동등한 가열 시간을 가지기 위해서는 185℃의 가열이 필요하게 된다. 이 때의 표층의 가열 제한 조건의 160℃와의 차이도 크고, 온도 경사의 도중의 정확한 가열 정지를 요구하고 있음을 알 수 있다. 도6.8(b)에는 도6.8(a)에 나타난 것과 동일한 방법으로 얇은 t=0.1mm의 테프론 커버의 효과를 가한 실험 결과를 가열 온도를 파라미터로 하여, 용착면 온도가 140℃로 도달하는 시간과 그 때의 표층 데이터를 종합하여 나타내었다. 이 결과로부터 테프론 커버의 효과는 ①가열시간이 지연된다, ②응답을 빠르게 하기 위해서는 가열 온도를 높일 필요가 있다, ③가열이 고온 측으로 이동하기 때문에 표층의 열 열화의 리스크가 증가한다, 등을 알 수 있다. HS의 안정화의 관점으로부터 보면 테프론을 장착하는 유의성은 확연히 드러났다.