다량의 무기물이 첨가된 고분자제품을 초박막의 두께로 고속생산 할 경우 가장 중요한 요소는 적절한 원재료의 선정도 중요하지만 대개의 경우 한정된 범위의 수지를 사용할 수밖에 없기 때문에, 가장 중요한 요소는 압출기내에서 흘러나온 용융수지의 흐름을 균일하게 유지할 수 있도록 고분자의 용융 유동에 적합한 최적의 다이스 설계와 압출기의 공정 파라미터의 제어를 통해 균일한 두께 유지와 연신이 필요하다. 이와 관련하여 고분자 압출필름의 적절한 연신을 위하여 압출조건이 연신에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하지만 관련된 연구는 아직 충분히 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구는 통기성 필름의 압출필름에 주로 사용되는 LLDPE(Linear Low Density Polyethylene)에 대하여 압출기의 실린더 온도, 압출속도, 압출기의 다이스온도, 냉각롤의 온도, 연신비, 그리고 연신롤 온도 등의 압출 조건의 변화가 압출필름의 연신에 미치는 영향에 대하여 압출실험을 통하여 연구하였다. 연구결과에서 연신비가 2.0:1일 때 고분자압출필름의 연신에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.
다량의 무기물이 첨가된 고분자제품을 초박막의 두께로 고속생산 할 경우 가장 중요한 요소는 적절한 원재료의 선정도 중요하지만 대개의 경우 한정된 범위의 수지를 사용할 수밖에 없기 때문에, 가장 중요한 요소는 압출기내에서 흘러나온 용융수지의 흐름을 균일하게 유지할 수 있도록 고분자의 용융 유동에 적합한 최적의 다이스 설계와 압출기의 공정 파라미터의 제어를 통해 균일한 두께 유지와 연신이 필요하다. 이와 관련하여 고분자 압출필름의 적절한 연신을 위하여 압출조건이 연신에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하지만 관련된 연구는 아직 충분히 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구는 통기성 필름의 압출필름에 주로 사용되는 LLDPE(Linear Low Density Polyethylene)에 대하여 압출기의 실린더 온도, 압출속도, 압출기의 다이스온도, 냉각롤의 온도, 연신비, 그리고 연신롤 온도 등의 압출 조건의 변화가 압출필름의 연신에 미치는 영향에 대하여 압출실험을 통하여 연구하였다. 연구결과에서 연신비가 2.0:1일 때 고분자압출필름의 연신에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.
Optimization of process parameters in polymer extrusion is an important task to reduce manufacturing cost. To determine the optimum values of the process parameters, it is essential to find their influence on the elongation of polymer breathable thin film. The significance of six important process p...
Optimization of process parameters in polymer extrusion is an important task to reduce manufacturing cost. To determine the optimum values of the process parameters, it is essential to find their influence on the elongation of polymer breathable thin film. The significance of six important process parameters namely, extruder cylinder temperature, extruder speed, extruder dies temperature, cooling roll temperature, stretching ratio, stretching roll temperature on breathable film elongation of polymer extrusion was determined. Moreover, this paper presents the application of Taguchi method and analysis of variance(ANOVA) for maximization of the breathable film elongation influenced by extrusion parameters. The optimum parameter combination of extrusion process was obtained by using the analysis of signal-to-noise ratio. The conclusion revealed that stretching ratio were the most influential factor on the film elongation. The best results of film elongation were obtained at lower stretching ratio.
Optimization of process parameters in polymer extrusion is an important task to reduce manufacturing cost. To determine the optimum values of the process parameters, it is essential to find their influence on the elongation of polymer breathable thin film. The significance of six important process parameters namely, extruder cylinder temperature, extruder speed, extruder dies temperature, cooling roll temperature, stretching ratio, stretching roll temperature on breathable film elongation of polymer extrusion was determined. Moreover, this paper presents the application of Taguchi method and analysis of variance(ANOVA) for maximization of the breathable film elongation influenced by extrusion parameters. The optimum parameter combination of extrusion process was obtained by using the analysis of signal-to-noise ratio. The conclusion revealed that stretching ratio were the most influential factor on the film elongation. The best results of film elongation were obtained at lower stretching ratio.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이러한 방법은 유변학(rheology)에 의한 고분자의 특성을 규명해야하므로 그 해석이 매우 까다롭고 복잡하다. 따라서 본 연구에서는 실험용 압출기에 의한 압출공정변수가 통기성 필름의 연신에 미치는 영향을 알아보고, 필름의 연신을 최적화하는 압출기의 최적공정 조건을 구하였다.
본 연구는 고분자압출가공에 있어서 압출공정 변수가 고분자압출 필름의 MD연신과 TD연신에 미치는 영향을 Taguchi 방법에 의한 실험을 통 하여 연구한 것으로 다음과 같은 결론을 얻었다. 실험에서 얻어진 MD연신은 정규분포를 따르지 않는다, MD연신과 TD연신에 가장 큰 영향을 미치는 압출공정변수는 연신비이다, 또한 MD 연신과 TD연신에 영향을 미치는 압출공정변수 간의 관계는 상호독립적이다.
제안 방법
이 장비의 압출기 형식은 단축 스크루식이며, 주요 규격으로는 스크루길이가 1,280mm, 스크루의 직경이 50mm 이고, L/D=26이다. 본 실험에 사용된 통기성필름의 기저재료는 LLDPE(linear low density poly ethylene)이고, 여기에 상용화제, 첨가제, 충진제 등을 혼련하여 MI(melting index), 밀도, 수분 등의 물성측정을 실시한 후 통기성필름에 적절한 컴파운드 원료를 개발하였다. LLDPE는 기계적 성질이 우수하여 산업체에서 많이 사용되나, 유동 성질이나 가공성은 분자질량 분포에 많은 영향을 받는 것으로 알려져 있다.
Table 1에 LLDPE의 주요 재료물성 값을 나타내었다. 측정방법으로서는 인장 시험기의 주 화면으로 이동하여고, 시험하고자 하는 내용을 입력한 후 연신시험을 하였다.
Taguchi 방법[7,8]은 직교배열표 상에 제어인자와 잡음인자를 동시에 고려하여 S/N비(signal to noise ratio)를 최대화하는 제어인자의 조건 즉, 잡음 하 에서도 성능특성치의 분산이 적고 평균이 목표치 에 근접하는 제어인자의 조건을 찾는 것이다. 평가특성 값은 신호와 잡음비로 나타내는데 고분자필름의 연신은 생산업체에서는 주로 규격 하한을 적용하므로 특성 값이 크면 클수록 좋은 망대특성(higher is the best)을 적용하였다. 실험에 적용된 압출공정의 제어인자(control factors)는 Table 2와 같다.
대상 데이터
실험에 사용된 고분자 압출기의 모델명은 BNP PE-50로 고속 ⋅ 통기성필름개발을 위해 Fig. 1과 같이 별도로 제작된 장비이다.
1과 같이 별도로 제작된 장비이다. 이 장비의 압출기 형식은 단축 스크루식이며, 주요 규격으로는 스크루길이가 1,280mm, 스크루의 직경이 50mm 이고, L/D=26이다. 본 실험에 사용된 통기성필름의 기저재료는 LLDPE(linear low density poly ethylene)이고, 여기에 상용화제, 첨가제, 충진제 등을 혼련하여 MI(melting index), 밀도, 수분 등의 물성측정을 실시한 후 통기성필름에 적절한 컴파운드 원료를 개발하였다.
2와 같으며, 주요 규격은 500 kg/max.이며, 제조사는 SINTECH이다.
데이터처리
회귀함수가 얼마나 유효한가는 분산분석표를 작성하여 t-검정을 실시하거나, 실험에서 얻어지는 총 편차의 제곱 합과 회귀제곱의 합으로부터 구해지는 결정계수(coefficient of determination, R2)를 이용하여 평가한다. 각 인자들로부터 MD와 TD연신을 예측하기 위한 방법으로 Table 2와 Table 4의 자료를 이용하여 아래의 식(1)과 같은 다중회귀식(multiple regression equation)을 얻었다. 여기서 #는 MD연신의 추정식이다.
압출공정변수의 유의성 검정을 위해 S/N비에 대한 분산분석을 하였다. Table 4는 반응 변수로 S/N비를 지정하고, 모형에 포함될 인자를 지정한 다음 관련 데이터를 작성한 것이다.
다중회귀분석(multiple regression analysis)은 2개 이상의 예측변수와 1개의 반응변수와의 관계를 선형, 즉 직선으로 가정하는 회귀분석을 말한 다. 회귀함수가 얼마나 유효한가는 분산분석표를 작성하여 t-검정을 실시하거나, 실험에서 얻어지는 총 편차의 제곱 합과 회귀제곱의 합으로부터 구해지는 결정계수(coefficient of determination, R2)를 이용하여 평가한다. 각 인자들로부터 MD와 TD연신을 예측하기 위한 방법으로 Table 2와 Table 4의 자료를 이용하여 아래의 식(1)과 같은 다중회귀식(multiple regression equation)을 얻었다.
이론/모형
000으로 나타나 이 공정 변수는 매우 유의함을 알 수 있다. 압출공정변수 사이에 선형결합 관계를 알아보기 위해 분산팽창인수(variance inflation factor, VIF)를 구하였다. Table 5에서 상수와 모든 독립 변수들의 VIF가 1이므로 독립변수들의 상호 간에 상관관계가 없음을 알 수 있었다.
성능/효과
식(1)에서 알 수 있듯이 MD연신은 연신비 E와 음의 상관관계가 있고, MD연신을 최대화하기 위해서는 낮은 연신비를 선택하면 된다. 그리고 회귀분석결과 MD연신의 결정계수 R2(수정)의 값은 98.9%로 나타나 전체변동 중 회귀식에 의해 설명되는 변동이 매우 높은 편이다. Table 5는 압출공정변수에 대한 회귀식의 t-검정 값을 나타낸 것으로 회귀식의 t-검정 값이 큰 변수일수록 추정식을 설명하는데 기여도가 크다.
본 연구는 고분자압출가공에 있어서 압출공정 변수가 고분자압출 필름의 MD연신과 TD연신에 미치는 영향을 Taguchi 방법에 의한 실험을 통 하여 연구한 것으로 다음과 같은 결론을 얻었다. 실험에서 얻어진 MD연신은 정규분포를 따르지 않는다, MD연신과 TD연신에 가장 큰 영향을 미치는 압출공정변수는 연신비이다, 또한 MD 연신과 TD연신에 영향을 미치는 압출공정변수 간의 관계는 상호독립적이다. 또한 MD 연신과 TD연신은 강한 양의 상관관계가 있다.
후속연구
또한 MD 연신과 TD연신은 강한 양의 상관관계가 있다. 아울러 향후 본 연구에 관련된 생산현장의 검정과 공정능력에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고분자 압출필름은 어떻게 구분되는가?
고분자가공에서의 압출공정은, 호퍼(hopper)를 통하여 펠렛(pellet) 또는 분말상의 고형수지가 가열된 배럴 (barrel)과 그 내부의 회전스크루(screw)와의 상대 속도 차에 의해 연속적으로 이송, 압축, 용융되면서 일정 형태의 다이(die)를 통과한 후 냉각되어 필름(film), 쉬트 (sheet), 파이프(pipe), 이형 압출물(profile) 등으로 제조되는 공정으로 구성된다. 고분자 압출필름은 다이스구조에 따라 취입필름(blown film)과 압출주조 필름(casting film)으로 구분되며, 고분자압출 필름 층의 수에 따라 단층필름(mono layer)과 다층필름(multi layer)으로 구분되며, 다층압출공정은 제조 방법에 따라 다층취입압출과 압출주조로 분류되고, 다이형태에 따라 피드블록(feed block)과 매니폴드(manifold) 타입으로 나누어진다. 이는 원료의 고분자수지(polymer resin)의 열적특성에 따라 적합한 연신방법이 달라지기 때문이다.
고분자가공에서의 압출공정은 어떤 공정으로 구성되는가?
고분자가공에서의 압출공정은, 호퍼(hopper)를 통하여 펠렛(pellet) 또는 분말상의 고형수지가 가열된 배럴 (barrel)과 그 내부의 회전스크루(screw)와의 상대 속도 차에 의해 연속적으로 이송, 압축, 용융되면서 일정 형태의 다이(die)를 통과한 후 냉각되어 필름(film), 쉬트 (sheet), 파이프(pipe), 이형 압출물(profile) 등으로 제조되는 공정으로 구성된다. 고분자 압출필름은 다이스구조에 따라 취입필름(blown film)과 압출주조 필름(casting film)으로 구분되며, 고분자압출 필름 층의 수에 따라 단층필름(mono layer)과 다층필름(multi layer)으로 구분되며, 다층압출공정은 제조 방법에 따라 다층취입압출과 압출주조로 분류되고, 다이형태에 따라 피드블록(feed block)과 매니폴드(manifold) 타입으로 나누어진다.
고분자 필름의 연신과 관련하여 연신의 점성과 연신속도의 관계를 전단유동으로 규명한 것과, Meissner와 Bayer등의 연구문헌에 따른 방법의 문제점은 무엇인가?
고분자 필름의 연신에 관련된 연구는 연신의 점성과 연신속도의 관계를 전단유동으로 규명한 것과[3,4], Meissner[5]와 Bayer[6]등의 연구문헌이 대표적이다. 이러한 방법은 유변학(rheology)에 의한 고분자의 특성을 규명해야하므로 그 해석이 매우 까다롭고 복잡하다. 따라서 본 연구에서는 실험용 압출기에 의한 압출공정변수가 통기성 필름의 연신에 미치는 영향을 알아보고, 필름의 연신을 최적화하는 압출기의 최적공정 조건을 구하였다.
Wang, Y., "The flow distribution of molten polymers in Slit Dies and Coat Hanger Die through Three-Dimensional Finite Element Analysis," In Polymer Engineering and Science, pp. 204-212, 1991. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/pen.760310308
Picot, J.J.C., Santerre , J.P. and Wilson , D.R., "Effects of Extensional and Shearing Strains on Molecular Orientation of a Polymer Melt, "Polym. Eng. Sci., Vol. 29, PP.984-987, 1989.
Au-Yeung, Macosko and Raju, "Extensional Flow of Linear and Star-Branched Hydrogenated Polybutadie-ne with Narrow Molecular Weight Distribution," J. Rheology, Vol. 25, pp. 445-452, 1981. DOI: http://dx.doi.org/10.1122/1.549649
Bayer, R.K., Schreiner, H. and Ruland, W., "Tensile Properties of an Extruded Polyethylene Melt, "Rheol. Acta, Vol. 17, pp. 28-32, 1978. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/BF01567861
H. S. Byun, G. Y. Kim, "Optimization Design of Clinch Stud using the Finite Element Analysis and the Taguchi Method," Journal of the KAIS, Vol. 14, No. 7, pp. 3135-3141, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.7.3135
J. E. Chung and J. K. Ahn. "A Study of Robust Design of FCM Gasket Using Taguchi Method," Journal of the KAIS, Vol. 14, No. 7, pp. 3177-3183, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.7.3177
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.