사. 고주파 접착기
고주파 접착기는 2매의 평행 전극판 사이에 열접착부를 끼워 넣고, 가압상태로 전극에 고주파 전압을 가하면
고주파의 유전 발열작용에 의해 열접착부에 내부발열이 일어나 열접착하는 방식입니다.
(그림 1-16)에 구조 원리를 나타냈습니다.
열가소성 플라스틱 (유전체)을 2매의 평행 전극판 사이에 삽입하고 이것에 고주파전압을 가하면 유전체는 그
양끝에 정부 등량의 전하를 가진 많은 쌍극자의 집합체가 되고, 쌍극자가 가진 정부의 전하는 이 부호의 전극
전위와의 사이에 인력을 발생, 각 쌍극자는 그 전장에 의해 배향하도록 이동합니다.
고주파전압은 주기적으로 그 극성이 변하기 때문에 전극의 전압극성이 반전하면, 그것에 따라서 쌍극자의
방향도 반전하고, 이 반복에 의해 서로 충돌하기도 하고 내부발열을 일으키는 것에 의해 열접착할 수 있습니다.
유전가열에 의해 물질의 단위체적 중에 발생하는 열에너지는 다음 식으로 나타낼 수 있습니다.
이 식에서 고주파전원의 주파수, 전계강도가 일정하면 발열량은 유전체손실계수가 큰 쪽이 발열량이 크게 되는
것을 알 수 있고, 일정 이상의 발열량을 얻을 수 없으면 열접착할 수 없습니다. 이 때문에 고주파 접착기는 유전체
손실계수가 큰 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 나일론 등의 일부 열가소성 플라스틱 밖에 이용되고 있지
않습니다.
이 방식의 특징은 내부발열을 위해 균일 가열이 가능하고, 온도 상승이 민속, 동시에 그 속도를 제어할 수 있는
것입니다.
한편 결점으로서는 효율이 고주파발진기의 효율에 의해 50%로 억제할 수 있도록 비교적 낮고, 설비비가 다른
가열원에 비해서 높고, 전파가 샐 염려가 있기 때문에 주변이나 방 전체에 금속 망을 두르게 해 전파 장해를 방어
할 필요가 있는 등 사용하기 어려움은 부정할 수 없습니다.
아. 초음파 접착기
초음파 접착기는 주파수가 20kHz 이상의 초음파 에너지를 기계적 진동 에너지로 변환해 혼이라 불리는 공명체
에서 세로 방향의 초음파 진동을 열접착부에 전하고, 경계면이나 응력이 집중된 곳에 강력한 마찰열을 발생시켜
열용융해 가압함으로써 열접착하는 방식입니다.
전기의 고주파 접착기와 함께 내부 발열타입이지만, 고주파 접착기는 유전체손실계수가 큰 일부의 플라스틱 외에
사용할 수 없는 것에 대해서 초음파 접착기는 대부분의 열가소성 플라스틱을 대상으로 할 수 있습니다.
(그림 1-17)에 초음파 접착기의 구조를 나타냈습니다.
초음파 진동의 진폭은 대략 30㎛ 정도로 그 진동은 초당 2~3만회인 것으로 상당히 단시간에 발열합니다.
초음파 접착기는 전도 공구 혼을 임의로 바꿈으로써 여러 가지의 접착이 가능합니다.
포장용에 사용되고 있는 예로서는 액체용 종이용기를 비롯한 각종 용기로의 주출입구 (스파우트)의 설치,
케이스류의 제함, 플라스틱 튜브의 접착 등을 들 수 있습니다.
초음파 접착기의 특징은 내부발열이기 때문에 균일하게 가열되고, 단시간에 용착할 수 있고, 동시에 다른
종류의 재질끼리도 적응성이 있는 것, 용착면에 부착돼 있는 먼지나 충전물 (액체나 분체) 등은 초음파 진동에
의해 산일 되기 때문에 강고한 접착을 얻을 수 있는 것 등입니다.
초음파 접착기에는 연속 접착, 랩 배트 용착, 원숏 용착, 초음파 용착(전달 용착), 스테이징(리베팅), 스폿용착,
인서트 용착 등이 있습니다.
아-①, 초음파 연속 접착
초음파 용착에서 가장 빨리 실용화된 방법이고, 포장에 관계가 깊습니다. (그림 1-18)에 나타냈듯이 열가소성
플라스틱 필름이나 면포등의 연속 용착, 연속 용단에 적합합니다. 겹친 필름의 두께가 일정해야 하는 것이 필요
조건이고, 연속 용착의 경우, 공구 혼과 받침대의 사이에 끼워지는 겹친 필름의 두께가 균일하면 두꺼운 부분에서는
접혀버리고, 얇은 부분에서는 접착 불량을 일으킵니다.
아-②. 초음파 랩 배트 용착
(그림1-19)에 나타냈듯이 폴리에틸렌 테레프랄레이트 필름 등을 엔드리스 접착할 때 이음매부도 두껍게 되지
않고 필름 1매의 두께가 되도록 용착하는 방법입니다.
아-③. 초음파 원숏 용착
(그림 1-20)에 나타냈듯이 공구 혼의 앞끝 형상대로의 크기로 용착하는 방법입니다.
압출 튜브, 플라스틱보틀, 플라스틱시트 등의 접착에 사용됩니다.
아-④. 초음파 용착 (전달 용착)
(그림1-21A)에 나타냈듯이 플라스틱 제품끼리의 용착에 사용되고, 깨끗한 마무리가 가능합니다.
아-⑤. 초음파 스테이킹 용착 (리베팅)
(그림 1-21B)에 나타냈듯이 플라스틱과 금속, 혹은 이질의 플라스틱 제품 끼리를 조립할 때에 이용되고,
열판 등에 의한 것보다도 빠릅니다. 플라스틱의 용착 시 냄새도 없고, 조립 강도도 강하고, 플라스틱 파츠가
용착 온도가 되기 직전에 처리되기 때문에 품질 저하가 적습니다.
아-⑥. 초음파 스폿 용착
(그림 1-21C)에 나타냈듯이 중합시킨 2매의 플라스틱판의 한쪽에서 상대측으로 향하고, 일정범위만을 용착시키는
방법입니다. 접착제, 리벳, 스테이플 등의 접합방법을 사용해 대신하고 있습니다. 자동차 부품의 조립, 가구 등의
대형 열가소성 플라스틱 파츠의 조립 등에 사용됩니다.
아-⑦. 초음파 인서트 용착
(그림 1-21D)에 나타냈듯이 금속부품을 플라스틱 제품에 압입하는 방법입니다. 인서트는 보통 1초 이하의 스피드로 전자동으로 행해지기 때문에 오퍼레이터는 필요없습니다.
(3) 힛씰러 선택 순위
대표적인 접착기에 관해서 서술해 왔는데 선택에 즈음해서는 안정돼 있고, 간편하고 가장 대중적인 열판 접착기가
최초로 선택되게 됩니다. 그 다음에 열판 접착을 할 수 없는 경우에 한해 임펄스 접착기를 고르는 경우가 됩니다.
그리고 이것들 2가지의 방법에서도 할 수 없는 경우 고주파 접착기와 초음파 접착기 어느 쪽인가가 사용되는 것이
됩니다. (표1-2)에 자주 사용되는 포장재료와 그것에 적합한 접착 방법을 나타냈습니다. 포장재료의 재질개량이
진행되고, 지금까지 사용되고 있던 재질에 없었던 중간적인 성질을 가진 플라스틱도 있기 때문에 선택에 따라서는
충분히 검토해 사전에 시험을 하는 것도 필요합니다.
힛씰러의 장래를 전망하면 에너지 절약으로의 대응이 중요합니다. 그를 위해서는 전면 가열이나 열전도방식에
너무 의지하지 않고, 필요한 스폿에 필요한 열량을 보내는 핫 에어방식과 같은 방법의 발전이 유력하다고 보이고
있습니다. 레이저를 유효하게 이용하기도 하고, 광섬유를 이용한 접착기 등의 발전이 바람직합니다.
(참조 : 월간포장타임즈)