📘 Chapter 7. 텐션 컨트롤 – 종이와 필름의 숨은 조율자

📘 Chapter 7. 텐션 컨트롤 – 종이와 필름의 숨은 조율자

7.1 텐션이란 무엇인가?

**텐션(Tension)**은 종이나 필름이 롤러 사이를 지나며 인장되는 힘을 의미해. 종이처럼 얇고 유연한 소재는 제조 및 후처리 공정 중에 이 텐션이 불균형하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있어:

• 두께 및 평탄도 불균일
• 기계적 손상 (찢어짐, 주름짐)
• 건조 수축 및 응력 집중
• 코팅 막 들뜸, 전도성 저하

☑ 특히 CNT 필름, 나노복합막, 그래핀 종이 등은 극도로 얇고 민감하기 때문에 텐션 제어가 필수적이야.

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7.2 텐션 제어 방식의 분류

제어 방식원리장점단점

오픈 루프(Open-loop)	속도 비례 계산	단순, 저비용	정밀도 낮음
클로즈 루프(Close-loop)	센서 피드백 + PID 제어	정밀, 자동화 가능	초기 설정 복잡
댄서 롤 시스템	롤의 위치로 텐션 간접 측정	물리적 안정성	동적 반응 느림
로드셀 방식	장력 직접 측정	고정밀	설비 비용 있음

☑ 고기능 종이 & CNT 필름에는 대부분 클로즈 루프 + 로드셀 기반 시스템이 쓰임

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7.3 구성 장비 및 제어 원리

📌 기본 구성 요소

• 텐션 센서 (로드셀, 댄서 롤)
  장력을 실시간으로 감지하여 전기 신호로 변환
• 제어기 (Controller)
  PID 알고리즘 기반으로 입력값을 연산 → 출력 제어 신호 생성
• 모터/브레이크 시스템
  롤러 회전 속도, 토크를 미세 조정하여 장력을 조절
• 데이터 피드백 루프
  센서 → 제어기 → 구동 → 다시 센서 → 반복 루프

📈 제어 논리 예시: PID 컨트롤러

• P(Proportional): 현재 오차만큼 즉시 반응
• I(Integral): 누적 오차를 보정 → 안정성
• D(Derivative): 오차 변화율 반영 → 과도 응답 방지

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7.4 실험/산업 응용 사례

📌 CNT 필름 건조 & 코팅

• 장력 유지 → 수축 억제, 필름 균열 방지
• 바코팅 중 일정 텐션 확보 → 두께 균일도 향상
• 건조 후 잔류응력 최소화 → 전도성 유지

📌 종이 산업

• 고속 생산 중에도 두께, 평탄도 유지
• 인쇄 전용 용지에서는 MD/CD 방향별 텐션 조절로 인쇄 정밀도 향상
• 내습/방수 종이 제작 시 코팅막 안정성 확보

📌 플렉서블 전자소재

• 전도성 회로 인쇄 시 필름이 휘지 않도록 텐션 유지
• EMI shielding 소재 제작 시 전도성 균일성 보장

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7.5 텐션 제어의 도입 고려 기준

• 제품의 두께 민감도
• 코팅/건조 공정의 속도
• 필름/시트의 신장률 (Elongation at break)
• 자동화 수준 및 예산

☑ 연구실 스케일에서도 저가형 텐션 컨트롤러 + 바코팅 시스템을 구축하면 실험 재현성과 소재 일관성 향상에 큰 도움이 됨

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다음 예고: 제지 공정의 응용 분야와 미래

이제 마지막 단계야. 지금까지 배운 모든 공정과 기술들이 어떤 산업과 연구 분야에서 어떻게 확장되고 응용되고 있는지 정리해볼 거야. 특히 친환경 소재, 전자재료, 나노융합소재 쪽으로 어떻게 진화하고 있는지도 함께 살펴보자.