제8장 HS 기능의 확인과 향상 방법 - 7(Lamination 필름의 구성 요소의 HS 강도로의 반영)

[YDfamily]

8.3.3 Lamination 필름의 구성 요소의 HS 강도로의 반영

도8.14(c)에는 샘플과 보강재의 박리력(1), (2)에 주목한 해석을 하였다.

Fin 측의 보강재의 점착면에 걸리는 초기 인장력은 거의 직각으로 되기 때문에, fin 측 표층재에는 박리력(2)가 발생하여 실험 샘플의 경우는 3N 이상에서 용이하게 박리가 시작한다.

이 결과 HS의 코너에 삼각형이 형성되어 본체 측의 heat sealant와 표층재의 사이에는 [인장강도 * cotθ]의 박리력(2)가 발생한다.

이 실험의 경우 HS 강도의 향상은 17N/15mm부터 28N/15mm로 약 10N/15mm 향상하고 있다. 보강재의 점착력(lamination력)의 약 3배의 박리력(2)로 되고 있기 때문에 이 때의 각도는 71~72도로 계산 가능하다. 형성된 삼격형은 heat sealant가 파단 하기까지 확대된다. 이 고찰 결과로부터 종래의 HS 강도는 ①heat sealant의 신장력, ②lamination 강도, ③HS 강도, 그리고 인장 시험의 진행에서 15mm 폭에 인장력이 균일하게 걸리지 않게 되어 발생하는 ④tuck의 복합 결과를 측정하고 있었던 것으로 된다. Heat sealant와 표층 기재의 신장률이 동일하면 삼각형이 형성되지 않고, 박리는 발생하지 않는다.

관련 요소를 이하와 같이 표현하면

HS 강도:                                                    FH (N/15mm)

Heat sealant의 초기 신장력(응력이 걸린 직후):   FS (N/15mm)

Lamination 강도:                                         FL (N/15mm)

표층재의 초기 신장력:                                   FC (N/15mm)

박리 발생의 각도 정수:                                  k (3~4 정도)

각 요소와 박리의 발생 관계는 다음과 같이 된다.

(1) FS > FH 로 되면 ⇒ lamination 강도에 관계 없이 박리의 발생 없음

                          ⇒ HS선의 박리

(2) FL∙k > FH > FS 로 되면 ⇒ 박리 발생 없음, 표층재에 의한 heat sealant의 신장의 억제/보강작용

                                  ⇒ Heat sealant의 부분 파단

(3) FH > FL∙k > FS 로 되면

 ① FC > FH의 경우 ⇒ 표층재에 의한 신장의 억제/보강작용, 박리의 발생은 큼

 ② FH > FC의 경우 ⇒ 표증재와 sealant의 신장의 차가 박리의 발생 응력으로 되고, 신장은 크고, 박리의 발생은 작다

(4) FH > FS > FL∙k 로 되면 ⇒ HS선의 박리와 파단은 없음, HS선을 기점으로 신장의 발생

이상 관계의 도해를 도8.15에 나타내었다.

FH: HS 강도           FS: sealant의 초기 인장 강도            FL:lamination 강도 FC: 표층재의 조기 인장 강도          k: 박리 발생의 각도 정수 도8.15 필름 구성 요소가 관계하는 HS 강도와 delamination

도8.16 인장 정수의 다름에 의해 신장과 peel 발생 상황

(1)의 FS>FH에 있어서 각 요소의 인장 패턴과 인장 시험으로 나타나는 응력 패턴을 도8.16에 나타내었다. 이론적으로는 (2)가 최강의 접착 상태로 되는데 FL∙k의 조건의 lamination 강도는 만들기 어려운 것으로 생각되어진다.

Peel seal 영역에서는 인장 강도는 HS면의 열 용착 상태에 의존하기 때문에 다른 요소의 영향을 받기 어려운 (1)과 같이 된다. (1)은 peel seal 조건 하에서의 HS에 의해 용이하게 실현이 가능하다.

FH>FS의 발현 조건은 용융 접착의 tear seal의 경우에 해당한다. 이 때의 delamination은 종종 조건에서 발현의 방법이 달라진다. 강성이 큰 두께(70~80㎛)의 PP의 heat sealant를 적용한 레토르트 파우치의 tear seal 등이 이것에 상당한다.

이들의 지견은 lamination 필름의 설계상의 유효한 지침이 된다.