이축연신 필름: 우수한 성능의 새로운 인기 소재(1)
재료 과학이라는 광범위한 분야에서 이축 연신 필름은 독특한 특성과 광범위한 응용 분야로 인해 여러 산업에서 주목을 받고 있습니다. 특수 공정을 통해 제조되는 이축 연신 필름은 기계적 특성, 차단 특성, 광학 특성 등에서 상당한 이점을 제공하며, 현대 산업 발전에 강력한 기반을 제공합니다.
이축 스트레칭: 원리와 장점
이축 연신 기술은 플라스틱 필름 성형 방법 중에서도 두드러지며, 그 기본 원리는 다음과 같습니다. 고분자 원료를 압출기로 가열 및 용융하여 두꺼운 시트로 압출합니다. 이후, 유리 전이 온도 이상, 융점 이하의 적절한 온도 범위(즉, 고탄성 상태)에서 종연신기와 횡연신기를 사용하여 종방향과 횡방향으로 순차적으로 외력을 가하여 일정 배수의 연신 작업을 수행합니다. 이 공정은 필름 평면에 평행한 방향으로 분자 사슬 또는 결정면의 배향 및 질서 있는 배열을 촉진합니다. 직후, 배향된 거대 분자 구조를 고정하기 위해 인장 상태에서 열 고정 처리를 수행합니다. 마지막으로 냉각 및 후속 가공을 통해 이축 연신 필름이 제조됩니다.
이축 연신 필름은 비연신 필름에 비해 기계적 물성이 크게 향상되어 인장 강도가 비연신 필름의 3~5배에 달합니다. 또한, 차단성이 향상되어 기체 및 수증기 투과율이 감소하고, 광학 특성이 최적화되어 투명성과 표면 광택이 크게 향상됩니다. 내열성 및 내한성이 향상되고 치수 안정성이 우수하며, 두께 균일도가 우수하고 두께 편차가 적으며, 높은 자동화 및 고속 생산이 가능합니다.
생산 공정: 복잡하고 정확한 흐름
이축연신 필름 생산라인은 정밀한 산업용 용과 같으며, 건조탑, 압출기, 주조기, 세로연신기, 가로연신기, 견인권취기 등 주로 다양한 장비로 구성되어 연속적인 생산라인을 형성합니다.
폴리에스터 필름 생산을 예로 들면, 첫 번째 단계는 재료 준비 및 혼합입니다. 일정량의 실리콘 함유 마스터배치 칩과 브라이트 칩을 함께 사용합니다. 계량 믹서로 혼합한 후 다음 공정으로 들어갑니다. 실리콘 함유 마스터배치 칩의 실리카 입자가 필름에 분산되어 필름 표면의 미세한 거칠기를 증가시켜 권취 시 필름 사이에 소량의 공기가 머물도록 하여 접착을 효과적으로 방지합니다.
PET, PA, PC와 같은 흡습성 폴리머의 경우, 이축 연신 전에 예비 결정화 및 건조 처리가 필수적입니다. PET는 일반적으로 공기 압축기, 분자체 제습기, 히터를 포함한 건조 공기 처리 장치가 장착된 결정화 베드가 있는 충전탑에서 가공됩니다. 예비 결정화 및 건조는 150~170°C에서 약 3.5~4시간 동안 진행되며, 건조된 PET 칩의 수분 함량은 30~50ppm으로 유지됩니다. 이 단계는 폴리머 연화점을 높이고, 건조 및 용융 압출 과정에서 수지 입자가 붙거나 뭉치는 것을 방지하며, 용융 압출 과정에서 에스테르 기반 폴리머의 가수분해 또는 기포 형성을 방지하기 위해 수분을 제거합니다.
결정화 및 건조 처리를 거친 PET 칩은 단축 압출기로 이송되어 스크류의 독특한 구조에 의해 가열, 용융, 가소화됩니다. 가소화 품질과 안정적인 압출 용융 압력을 보장하기 위해, 압출기에는 진공 펌핑 시스템에 연결된 두 개의 배출구가 장착되어 있어 재료에서 수분과 올리고머를 효과적으로 추출할 수 있습니다. 이를 통해 복잡한 예비 결정화/건조 시스템이 필요 없으며, 투자 및 운영 비용도 절감됩니다. 용융물 계량은 고정밀 기어 펌프를 통해 이루어지며, 이 펌프는 다이에 안정적인 압력을 제공하고, 필터를 통과하는 용융물의 저항을 극복하며, 균일한 필름 두께를 보장합니다. 용융물 파이프는 압출기, 계량 펌프, 필터, 그리고 다이를 연결하여 용융물이 원활하게 흐르도록 합니다. 다이에 연결된 용융물 파이프 끝단 내부에는 여러 세트의 정적 혼합기가 설치되어 있습니다. 용융물이 통과할 때, 분할-조합-분할-조합의 혼합 효과가 자동으로 발생하여 용융물의 온도 균일화를 달성합니다.
다이에서 나온 점탄성 PET 용융물은 균일하게 회전하는 칠 롤 위에서 유리 전이 온도 이하로 급속 냉각되어 균일한 두께의 유리질 주조 시트를 형성합니다. 이 원리는 고전압 발생기를 사용하여 수천 볼트의 직류 전압을 생성하여 전극선과 칠 롤을 각각 음극과 양극으로 작용시키는 것입니다(칠 롤은 접지됨). 고전압 정전기장 내에서 주조 시트는 정전 유도를 통해 칠 롤의 극성과 반대되는 정전하를 띠게 됩니다. 반대 전하 간의 인력으로 인해 시트는 칠 롤 표면에 단단히 부착되어 공기를 효과적으로 배출하고 효율적인 열 전달을 가능하게 합니다.
주조기에서 생산된 두꺼운 시트는 고탄성 상태로 종방향 연신을 위해 종방향 연신 장치로 들어갑니다. 종방향 연신 장치는 예열 롤러, 연신 롤러, 냉각 롤러, 인장 롤러, 고무 가압 롤러, 적외선 가열관, 가열 장치, 그리고 구동 장치로 구성됩니다. 종방향 연신에는 다양한 모드가 있으며, 일반적으로 단일점 연신뿐만 아니라 2점 또는 3점 연신과 같은 다점 연신도 포함됩니다.
세로 연신 후의 필름은 가로 연신기로 들어가 예열, 텐터 프레이밍, 열 고정, 냉각의 순차적 과정을 거쳐 가로 연신이 완료됩니다.
마지막으로, 이축 연신된 필름은 트랙션 와인딩 및 슬리팅 공정으로 들어갑니다. 이 공정은 여러 개의 트랙션 가이드 롤러, 냉각 롤러, 평탄화 롤러, 텐션 롤러, 트래킹 롤러, 엣지 트리밍 장치, 두께 측정기, 그리고 코로나 처리기로 구성됩니다. 엣지 트리밍, 두께 측정, 그리고 코로나 처리 후, 필름은 와인딩 및 슬리팅되어 검사를 통과한 완제품이 됩니다.
