포장필름의 두께와 인장강도, OTR, WVTR이 모두 기준을 만족했는데 자동 포장기에서는 계속 문제가 발생하는 경우가 있다.

필름이 롤러에서 부드럽게 이동하지 않거나 반대로 지나치게 미끄러지고, 파우치 적층물이 쉽게 무너지는 등의 현상이 대표적이다.

이때 확인해야 할 물성 중 하나가 COF(Coefficient of Friction), 즉 마찰계수다.

정지마찰계수와 동마찰계수는 다르다

COF 시험에서는 일반적으로 정지마찰과 동마찰을 구분한다.

정지마찰계수는 서로 접촉한 두 표면이 움직이기 시작할 때 필요한 힘과 관련된다.

동마찰계수는 이미 움직이고 있는 두 표면 사이의 마찰특성을 나타낸다.

자동 포장공정에서는 두 값 모두 중요할 수 있다.

필름이 처음 움직일 때 순간적으로 큰 힘이 필요하면 Web Tension이 불안정해질 수 있고, 움직이는 동안 마찰이 일정하지 않아도 주행성이 떨어질 수 있다.

COF가 너무 높으면 생길 수 있는 문제

필름끼리 지나치게 달라붙는다면 다음과 같은 문제가 나타날 수 있다.

• 필름 공급 불안정
• 롤러 구간에서 Stick-Slip 발생
• 제대 과정의 개구성 저하
• 생산속도 상승 시 장력 변동
• 자동 포장기의 Feeding 불안정

특히 고속 포장라인에서는 작은 마찰특성 차이도 공정 안정성에 영향을 줄 수 있다.

반대로 너무 낮으면 무조건 좋을까?

그렇지 않다.

마찰이 지나치게 낮은 필름은 적층된 포장제품이 서로 미끄러질 수 있다.

컨베이어 이동이나 박스 적재 과정에서도 안정성이 떨어질 가능성이 있다.

따라서 COF는 낮을수록 좋은 물성이 아니라 포장공정과 사용목적에 맞는 범위로 관리해야 하는 물성이다.

필름의 앞면과 뒷면이 다를 수도 있다

다층 포장재에서는 외면과 내면의 소재가 다를 수 있다.

예를 들어 외면은 PET이고 내면은 PE라면 PET/PET 접촉과 PE/PE 접촉의 마찰특성이 동일하다고 가정할 수 없다.

실제 시험에서는 어떤 면끼리 접촉시켜 측정했는지를 확인해야 한다.

같은 필름의 데이터라도 시험 방향이 다르면 실제 포장공정과 맞지 않는 결과를 해석하게 될 수 있다.

온도도 COF에 영향을 줄 수 있다

포장라인에서는 필름이 항상 실온에만 존재하지 않는다.

열봉합 장치 주변에서는 필름 온도가 상승할 수 있고 생산속도가 빨라지면서 필름과 장비 사이의 접촉조건도 변한다.

또한 첨가제의 표면 이동은 보관온도와 시간의 영향을 받을 수 있다.

따라서 실험실에서 한 번 측정한 COF가 모든 생산조건을 대표한다고 단정해서는 안 된다.

가상의 생산라인 비교

다음은 COF 변화가 생산에 어떤 식으로 연결될 수 있는지를 설명하기 위한 가상 사례다.

필름	동마찰계수	관찰된 공정상태
A	0.18	주행은 원활하나 적층 미끄러짐
B	0.28	안정적인 주행
C	0.46	일부 Stick-Slip
D	0.62	Feeding 불안정

이 표의 숫자는 특정 제품의 적정 기준을 의미하지 않는다.

중요한 것은 공정 불량과 물성 데이터를 연결해서 분석하는 방법이다.

실제 적정 COF 범위는 포장기 구조, 필름 종류, 접촉재질 및 생산속도 등에 따라 달라질 수 있다.

COF 불량이 생겼을 때 확인해야 할 변수

마찰계수가 이전 생산 Lot과 달라졌다면 원료만 확인해서는 안 된다.

필름에는 Slip Agent와 Anti-blocking Agent 같은 첨가제가 사용될 수 있고, 이들의 농도와 표면상태가 마찰특성에 영향을 줄 수 있다.

또한 다음 항목도 함께 확인해야 한다.

보관기간
시간에 따라 Slip Agent가 표면으로 이동하면서 COF가 변할 수 있다.

Corona Treatment
표면처리가 표면특성에 변화를 줄 수 있다.

인쇄와 코팅
최종 표면이 원필름이 아니라 잉크나 코팅층이라면 해당 표면의 마찰특성을 평가해야 한다.

온도
생산 및 보관온도가 표면상태에 영향을 줄 수 있다.

COF 데이터는 포장기 데이터와 함께 봐야 한다

마찰계수는 필름 자체의 품질지표이면서 동시에 생산라인의 공정변수와 연결되는 물성이다.

따라서 문제가 발생했을 때 단순히 “COF가 높다”라고 결론내리기보다 생산속도, Web Tension, 롤러 재질, 필름의 접촉면과 함께 분석하는 것이 좋다.

결국 자동 포장공정에서 필요한 것은 가장 미끄러운 필름이 아니라 설비가 안정적으로 공급할 수 있고 완제품 역시 안정적으로 취급할 수 있는 마찰특성을 가진 필름이다.