제8장 HS 기능의 확인과 향상 방법 - 3(인장시험 패턴)

[YDfamily]

8.1.7 인장시험 패턴

실험의 인장시험 패턴은 가열 온도 마다 얻었다. 대표 예로서 peel seal; 100, 105, 124℃와 tear seal; 125, 135℃의 인장시험 패턴을 도 8.3에 나타내었다.

Peel seal zone의 가열 샘플에서는 HS 강도는 시작 후, 박리 범위에서 가열 온도에 따른 거의 일정한 강도를 유지하고 있다. 한편 tear seal에서는 찢어짐의 발생과 함께 HS 강도는 하강하고 있다. 인장시험 패턴의 시작이 수직으로 되지 않기 때문에 가열선(HS선)은 직선인데 비 가열면도 가열 block의 복사열과 피 가열체로부터의 전열로 약한 용착이 발생하고 있기 때문이다.

도8.3의 그래프 중에는 계측한 박리 거리의 적분범위(박리 에너지의 계측 범위) 5, 7.5, 10mm와 파단점에 세로선을 부기하였다. 이 세로선과 인장시험 패턴의 교차점 까지가 박리 에너지의 정산 범위가 된다.

도8.3 Peel seal과 tear seal의 인장시험 패턴

8.1.8 파단 에너지, 박리 에너지의 측정 결과

100~124℃의 전체에서의 가열 온도의 인장 시험 패턴의 박리 에너지와 125~135℃의 파단 에너지의 정산처리 결과를 종축으로 일량(J/15mm), 횡축을 가열온도(용착면 온도)를 파라미터로 하여 집계한 결과를 도8.4에 나타내었다. 아울러 종래의 평가법인 JIS법에서의 HS 강도를 참고하여 부기하였다.

도8.4 용착면 온도를 파라미터로 한 박리 에너지와 파단 에너지

8.1.9 박리 에너지의 효용의 고찰

도8.4의 파단과 박리 에너지 해석으로부터 본 실험의 포장재료에는 125℃ 부근에 peel seal과 tear seal의 경계 온도가 있는 것을 알 수 있다. 박리 폭이 5mm까지의 누적치(박리 에너지)는 얼마의 온도대에서도 파단 에너지 보다 작기 때문에, HS fin을 이용한 열접착의 성능 개선에는 이용하기 힘들다. Fin 폭이 5mm 이하의 경우는 impulse seal과 같은 얇은 선상의 HS 방식의 채용의 경우에 해당한다.

박리 폭이 7.5mm이상으로 되면, 105~124℃의 넓은 온도대에서 peel seal의 박리 에너지가 tear seal의 파단 에너지 보다 크게 되고, 박리 에너지가 HS 강도의 평가에는 중요한 것임을 나타낸다. 종래의 JIS법의 HS 강도의 평가법에는 HS 강도의 시작 후의 열접착 상태는 식별 불가능하기 때문에, 박리 에너지로의 검토가 불가능한 것임을 알 수 있다.

종래의 HS의 관리법에서는 열접착은 큰 HS 강도의 달성해야 할 가장 중요한 명제인데, 박리 에너지론의 적용으로 적정한 HS 강도의 의논이 가능하게 되었다.

8.1.10 박리 에너지론의 실제로의 적용

플라스틱을 이용한 포장(pouch)은 시트 상의 재료를 열 용착에 의해 봉투상으로 하고 있다. 평면상의 봉투에 제품을 충전하여 입체상으로 하기 때문에 pouch에는 원리적으로 필히 tuck이 발생한다(사진5.1 참조). 핀홀이나 파대의 발생은 tuck의 정점과 HS 선의 교차점을 기점으로 하여 발생한다. 실제로는 실험실의 인장시험과 같이 15mm폭의 HS 선에 응력이 균일하게 걸리는 것이 아닌 점상으로 걸린다. 예로서 30N/15mm의 HS 상도를 가진 재료의 경우에서 응력점이 크기는 1mm ф로 되면 30N/15mm = 2N/mm로 되고, 약간의 응력에도 핀홀 발생이나 박리가 일어나게 된다.

실제의 응력은 균일한 선상으로 부하 하는 것이 아니고 도8..5에 나타난 것처럼, 원호상의 박리가 발생한다.  박리 폭을 L로 하면, 박리 라인은 (π * L)이 된다. 15mm폭의 시험 결과에서 비교하면 L이 5mm보다 크게 되면 실험 결과는 여유가 생긴다. 별도의 해석으로서 HS의 라인폭을 5mm 이상으로 하면 peel seal 적용으로 수압응력(受壓応力)선의 길이가 박리 폭의 π배로 된다. 외력이 일정하게 되면 수압응력선이 확대하기 때문에, 단위 길이당의 수압응력은 감소한다. 이것이 박리 강도와 박리력을 밸런스시켜, 박리 진행의 자기 제어에 이용 가능하다.

도8.5 실제의 박리 응력의 진행 모델

8.1.11 박리 에너지론의 적용 효과의 확

실제에 사용한 동일한 재료로 10*10cm 사이즈의 4방 seal pouch를 작업하고, 이것에 물을 충전하여 JIS법의 하중 시험을 행하였다. 이 결과를 사진을 첨부하여 도8.6에 나타내었다.

130℃에서 접착한 tear seal pouch에서는 113N의 하중으로 파대되었다. 다른 한편, 120℃에서 접착한 peel seal pouch에서는 189N의 하중에서 발기 폭은 최대 7mm이었다. 박리 선은 원호 상이었다. 이 해석으로부터 열용착에 있어서 박리 에너지론의 파대 방제의 유효성이 확인 가능하였다.

도8.6 실제의 박리 응력의 진행 모델