제3장 Heat seal 가열의 기본 - 1 (3장부터 조금씩 어려워짐)

[YDfamily]

제3장 Heat seal 가열의 기본

HS의 접착층(heat sealant)를 용착 상태로 만드는 온도대로 가열하여 바로 냉각하는 것으로 완료된다. Heat zone 방식의 HS에서는 소정의 온도의 가열체를 일정 시간 눌러 붙여 열전도를 이용하여 가열한다. 접착면의 가열온도의 조절은 상승의 도중에서 압착을 멈춰 조절한다. 두가지의 가열체를 하나로 한 heat zone 방식의 가열방법과 용착면 온도의 모양을 도3.1에 나타내었다. 이것을 기본적으로 한 용착면 온도 측정법의 설명을 한다.

도3.1 Heat zone의 가열과 용착면 온도의 응답 모델

3.1 HS의 용착면 온도의 응답의 모습

3.1.1 가열온도와 용착면 온도 변화의 기본

일정 온도의 가열체를 눌러 붙인 때의 피가열 소재의 중심부의 온도는 step 응답의 1차 지연으로 모식화된다. 중심부를 용착면으로서, 가열온도(Ti), 용착면 온도(Tn), 시간(t), 재료의 열특성(k)로 하면

Tn = Ti-(1-e-t/k)           (3.1)

의 관계로 된다. 이 식에서 용삭면 온도의 상승 속도는 가열온도(Ti)와 재료의 대기온도(실온)의 차와 재료의 열특성(k)로 결정된다.

가열 후의 냉각 속도는 가열 표면으로부터 대기 중에 방열량에 의해 결정되는데 상온의 금속 등에서 압착하면 가열과 반대 패턴과 같은 속도로 급냉하는 것이 가능하다. (실측 예 도9.15)

3.1.2 가열온도의 변화와 용착면 온도 응답의 관계

가열체의 온도 변화에 대응하여 용착면 온도도 변화한다. 가열온도를 변화시킨 때의 용착면 온도의 응답 변화의 모습을 도3.2에 나타내었다. 목표 온도를 (TS)로 하여 가열 온도를 순차 (TS + 1~2℃), HS 하한 온도(TL), 표준온도(TH)로 상승시키면, 목표온도(TS)로의 도달시간이 tS부터 tL, tH와 같이 짧아지게 된다. 온도를 올리면 도달 시간은 단축되는데, (용착면 온도) / (가열시간)이 커지기 때문에, 시간 정밀도가 높은 zone의 동작이 필요하게 된다.

도3.2 가열온도를 파라미터로 한 용착면 온도 응답 모델

고온의 가열을 하면, 재료의 표면온도와 용착면 온도의 차가 10℃이하로 되고, 재료 표면의 열 열화가 크게 되기 때문에 주의가 필요하다. 이 온도차는 재료의 두께가 크게 되면 현저히 나타난다.

피가열 재료의 재질과 두께가 동일하면 (3.1)식은 시간(t)만의 함수로 되어, 가열 온도와 용착면 온도의 관계는 지수 함수 패턴으로 (Ti/Tn)의 계수를 승수로 한 상이형으로 된다. 이 관계를 이용하면 1가지의 실측 용착면 온도 데이터로부터 임의의 가열조건의 응답 패턴을 시뮬레이션 하는 것이 가능하다. (9.4 참조)

3.1.3 접착재료의 두께와 용착면 온도 응답의 변화

가열 온도를 일정하게 하여 두께를 변화하면 용착면 온도가 변화한다

재질이 동일 재료라면 두께가 올라가면 용착면으로의 열전도가 지연되고, 용착면 온도의 응답은 늦게 되고, 소정의 온도에 도달하는 시간은 길어진다. 한편 얇아지면 응답은 빨라진다. 도3.3에 이 관계를 나타내었다. 혹시 가열온도(TH)가 열열화의 상한을 초과하지 않은 설정으로 되면, 목표온도(TS)를 넘지 않는 시간보다 긴 범위를 자유롭게 선택 가능하다. 생산속도를 높이는 목적으로 가열 온도(TH)를 높이면, 전 항에서 설명하였듯이 표면/용착면 온도의 차가 크게 되기 때문에 유의가 필요하다. 이것으로부터 다음을 말할 수 있다.

도3.3 피가열 재료의 두께가 변화한 때의 용착면 온도 대응 모델

① 가열온도와 재료의 열특성은 용착면 온도 응답에 관련한다.

② 표면과 용착면 온도의 차이의 발생은 재료의 열저항과 열용량으로 결정되는 고유의 특성이 있고, 가열 조작에 의해 변경이 불가능한 요소이다.

③ 가열온도와 가열시간의 설정은 재료의 특성으로부터 요구되는 가열온도의 범위와 열전도 속도를 고려하여 설정한다.