제10장 HS 부적합의 해석/개선사례 - 2(종이컵 포장의 뚜껑 seal의 부적합 해석 사례)

[YDfamily]

10.3 종이컵 포장의 뚜껑 seal의 부적합 해석 사례

10.3.1 머리말

종이 컵은 스낵, 유제품 아이스크림 등의 범용한 rigid 용기로서 이용되고 있다. 종이컵은 부채꼴로 타발 한 원지를 원통형으로 하여 겹치는 부분을 접착하고 있다.

관의 위와 아래를 말아 넣어 rib을 형성하고 있다. Rib은 거의 1회전하여 만들기 때문에 겹치는 부분은 4매, 그 이외는 2매의 구성으로 된다. 이 부위에 현저한 HS 부적합이 발생하고 있기 때문에, 이 발생원인의 구명을 행하였다.

10.3.2 과제의 추정과 검증 방법의 설정

2매와 4매 겹침의 부위에 현저하게 부적합이 발생하는 원인이 단차에 의한 전열의 차에서 기인하고 있다는 것을 검증하기 위해서 MTMS kit를 사용하여 2매와 4매 겹침의 단차와 4매 겹침 부위의 가열 응답을 설정하여 응답의 다름을 비교하였다. 도10.3에 측정 방법을 나타내었다.

도10.3 종이컵의 겹침 부위의 단차의 열전도성의 상위의 검증

10.3.3 해석 결과

응답의 측정 결과의 대표적인 데이터를 도10.4에 나타내었다. 4매 겹침의 부위의 ①, ②의 응답은 가열 온도의 변화에 대응한 응답을 하고 있는데, 단차의 부위의 응답은 가열온도의 변화에 대하여 각기 다른 응답을 하고 있는 것을 발견하였다. 단차는 0.25mm정도인데, 수십 ℃의 가열 온도차에서도 역전(④와 ③)이 일어나고 있다. 6.3의 압착압(gap)의 응답에 미치는 영향이 검증 성과를 응용하여 고찰하였다. 불완전한 접촉의 원인은 뚜껑의 어긋남에 의한 당해 부위의 접촉의 작업에 불균일이 생기는 것을 재현 실험에서 확인하였다. 뚜껑의 어긋남과 응답의 관계의 설명을 도10.5에 나타내었다. 이 해석과 재현 실험의 결과, 단차 부위의 열 용착의 부적합의 발생은 뚜껑의 1/100mm 레벨에서의 어긋나는 부분이 단차 부위와 겹치면서 일치하는 복합 기인으로 일어나고 있음을 알게 되었다.

도10.4 4매와 2매 겹침 부위의 용착면 온도 응답의 상위 측정 결과

이 해석 결과를 기본으로 하여 heat sealant의 두께, rib부의 강성을 남길 수 있는 압착대의 조절, 뚜껑의 어긋남을 되돌려 hot tack을 일으키지 않는 냉각으로 개선이 가능하였다.

도10.5 뚜껑 어긋남과 단차의 합치에 의한 부적합의 발생 해석

10.4 개선한 포장 재료의 성능 개선의 효과 평가

10.4.1 머리말

차단성에 문제가 일어났을 때, HS가 원인으로 추정되는 케이스가 많다.

종래에는 적절한 해석 방법이 없었기 때문에, 경험적으로 heat sealant나 차단층의 재질이나 구성을 변경하고 있다. 이 사례는 높은 기밀성이 요구되는 전자 부품의 포장에서 HS 때에 알루미늄의 끊어짐이 원인으로 핀홀이 발생하고 있다고 추정되는 케이스이다

표층재의 교체와 차단층을 알루미늄으로부터 EVOH로 변경하였는데 개조 후도 기대와 같은 개선 효과는 얻지 못했다. 7.2에 나타난 각도법을 적용하여 사례의 원인 진단에 적용한 예이다.

10.4.2 시험방법

용착면 온도를 베이스로 하여 JIS법 Z 2038의 인장시험과 비스듬히 HS 한 샘플에 점상으로 인장력을 부하 하는 각도법으로 peel seal과 tear seal의 발생 상황을 검사하였다.

10.4.3 해석결과와 고찰

계측 결과를 하나의 그래프 상에 병기한 것으로 도10.6에 나타내었다.

시험 결과로부터 개조한 샘플(B)의 JIS법의 HS 강도는 개량이 기대된 포장재료(A)보다도 증가하고 있는 재료의 개선 효과가 올라간 것처럼 보여지는데, 각도법의 측정 결과로부터 (A)보다도 edge 끊어짐을 일으키기 쉬운 결과를 나타내었다. 샘플(B)의 개소 위치는 표층재의 PET와 Ny의 순번을 교체하고, 가스 차단재를 금속의 알루미늄으로부터 EVOH(EVAL‎; 상품명)으로 변경하고 있다. 이 경우는 서로 다른 위치로부터 고찰하여 EVOH와 heat sealant인 LLDPE의 lamination으로 기대되는 개선효과를 저하하는 요인이 나타났다고 추정 가능하다. 또한 개선의 논거로 된 원인 설정에 부적합하다고 추정된다.

도10.6 개선 설계한 포장재료의 각도법에 의한 적부 진단