ЛЕНТА С НАНЕСЕННЫМ ЭКСТРУЗИЕЙ ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ ЖЕСТКИХ УПАКОВОК
TAPE WITH EXTRUDE COATING FOR STIFF PACKAGES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу изготовления алюминиевой ленты с покрытием, в котором алюминиевую ленту разматывают из рулона и подают в устройство одностороннего или двустороннего нанесения покрытия экструзией, алюминиевую ленту покрывают экструзией термопластическим полимером, а после нанесения покрытия экструзией алюминиевую ленту вторично нагревают до температуры металла выше температуры плавления термопластического полимера. Кроме того, изобретение относится к изготовленной соответствующим образом алюминиевой ленте, а также к ее применению в соответствии с изобретением.
Уровень техники
Алюминиевые ленты, используемые для изготовления банок для прохладительных напитков, в частности, для изготовления крышек банок, должны быть защищены от коррозии, вызываемой агрессивным содержимым банок для прохладительных напитков. Это осуществляют за счет нанесения покрытия на используемую для изготовления крышек банок алюминиевую ленту. До настоящего времени для нанесения покрытия на ленты для крышек банок использовались устройства для покрытия лаком, в которых крышки после нанесения покрытия должны были проходить процесс обжига. Наряду с большим расходом растворителя и трудоемким удалением отработанного воздуха в таких устройствах, устройства для покрытия лаком требуют использования относительно высоких температур обжига в диапазоне от 230 до 270°C, в результате чего алюминиевая лента подвергается значительному размягчению. Таким образом, для обеспечения достаточной твердости и/или прочности следует использовать дорогие, высокообогащенные магнием алюминиевые сплавы, которые, кроме того, более восприимчивы к коррозии. Из международной заявки WO 96/32202 известно, что ленту для крышки банки снабжают покрытием, нанесенным экструзией. Для этого алюминиевую ленту сначала подвергают предварительному прогреву и затем с одной или с двух сторон наносят на ней покрытие посредством экструзивного устройства. Затем алюминиевая лента проходит процесс охлаждения, при котором охлаждается примерно до комнатной температуры. Только после полного остывания до комнатной температуры алюминиевая лента входит в контакт с другими направляющими ленту валиками, транспортирующими алюминиевую ленту для наматывания. Однако алюминиевая лента с нанесенным экструзией покрытием должна быть подвергнута для изготовления крышек банок всевозможной деформации, т.е. проходить стадии, такие как штамповка. Для этого алюминиевая лента при изготовлении крышек банок проходит с большой скоростью через последовательный штамп с совмещением разнородных операций, в котором отдельные рабочие стадии осуществляют с крайне незначительными продолжительностями цикла. Хотя адгезивные свойства известного из указанной международной заявки нанесенного экструзией покрытия могут быть достаточными при обработке алюминиевых лент с нанесенным экструзией покрытием в последовательном штампе с совмещением разнородных операций проявились значительные проблемы, в частности тогда, когда задавались высокие скорости производства. Поэтому до настоящего времени высокоскоростная обработка алюминиевых лент для крышек банок с нанесенным экструзией покрытием была не возможна без потерь в скорости обработки.
Раскрытие изобретения
Вследствие этого в основу изобретения положена задача предоставить в распоряжение способ изготовления алюминиевой ленты, при помощи которого можно изготавливать алюминиевую ленту с нанесенным экструзией покрытием, которая может быть обработана в последовательных штампах с совмещением разнородных операций с высокими скоростями обработки. Кроме того, в основе данного изобретения лежит задача предложить соответствующую алюминиевую ленту, а также ее предпочтительное применение.
Согласно первому техническому решению данного изобретения отмеченная выше задача решается посредством того, что одностороннее или двустороннее полимерное покрытие алюминиевой ленты после вторичного нагрева текстурируют валиком, имеющим структуру поверхности.
Неожиданно оказалось, что при текстурировании поверхностей еще мягкого после вторичного нагрева термопластического полимерного покрытия можно значительно улучшить свойства трения алюминиевой ленты. Текстурирование поверхности полимерного покрытия алюминиевой ленты влияет на способность к скольжению алюминиевой ленты в процессе дальнейшей обработки, так что его можно оптимально регулировать для обработки в последовательных штампах с совмещением разнородных операций. Кроме того в используемый термопластический полимерный материал могут быть дополнительно введены добавки, еще более улучшающие способность к скольжению алюминиевой ленты с покрытием.
Особенно точного отпечатка текстурирования валиков достигают согласно первому выполнению соответствующего изобретению способа посредством того, что используемые для текстурирования валики поддерживают с постоянной температурой. Температуру поверхности поддерживаемых с постоянной температурой валиков можно целенаправленно регулировать до температуры алюминиевой ленты или полимерного покрытия после вторичного нагрева для достижения особенно хорошего отпечатка. Например, если валики покрытия полимерным материалом должны одновременно охлаждать алюминиевую ленту, охлажденные валики используют для текстурирования полимерного покрытия. Кроме того, имеется возможность выравнивать потерю температуры алюминиевой ленты после вторичного нагрева посредством нагреваемых валиков для достижения достаточного отпечатка. При этом степень перенесения структуры поверхности в покрытие можно точно регулировать посредством мягкости размягченного полимерного покрытия, а также давления прижима валиков.
Если используемые для текстурирования валики имеют изотропную структуру поверхности или выполненную с использованием метода электронного разряда (EDT) структуру поверхности, достигают особенно хороших результатов, принимая во внимание получение максимальной скорости обработки в последовательном штампе с совмещением разнородных операций. Структура поверхности валиков, полученная способом EDT, состоит из очень мелких, однородно распределенных впадин в микронном диапазоне, создающих соответствующую шероховатость поверхностей на нанесенном экструзией покрытии алюминиевой ленты. Альтернативно можно использовать также другие способы текстурирования, дающие в итоге адекватные однородные структуры поверхностей.
a
Согласно другой предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению способа шероховатость R полимерного покрытия после текстурирования составляет от 0,02 µm до 10 µm. При этих величинах шероховатости алюминиевая лента делает возможной максимальную скорость обработки в последовательном штампе с совмещением разнородных операций. Для наиболее точного перенесения структуры поверхности в нанесенное экструзией покрытие алюминиевой ленты и, для предотвращения ее повреждения при последующей обработке, алюминиевую ленту с нанесенным экструзией покрытием после текстурирования охлаждают, при необходимости используя воздушное и/или водяное охлаждение в дополнение к используемым поддерживаемым с постоянной температурой валикам для текстурирования. При этом предпочтительно алюминиевую ленту охлаждают почти до комнатной температуры, так что термопластическое полимерное покрытие полностью отвердевает.
Согласно другой предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению способа толщина полимерного покрытия составляет от 0,2 µm до 20 µm, так что, с одной стороны, имеет место довольно незначительное использование материала а, с другой стороны, - достаточный защитный эффект, например, предотвращается вызывающее коррозию влияние содержимого банки для прохладительных напитков на алюминиевую ленту. Кроме того оказалось, что алюминиевые ленты с термопластическими полимерными покрытиями толщиной от 0,2 µm до 20 µm можно также очень хорошо перерабатывать, например, в крышки для банок.
Для полимерного покрытия предпочтительно используют полипропилен или полипропиленовую смесь. Полипропилен имеет, прежде всего, очень хорошие защитные свойства относительно вызывающих коррозию жидкостей и его можно экструдировать на алюминиевую ленту с высокими скоростями. Кроме того, покрытия из полипропилена требуют более низких температур металла при вторичном нагреве. В частности, достаточна пиковая температура металла более, чем 165°C, для достижения, например, текстурирования и одновременного улучшения адгезии экструдированного слоя полимерного материала. Очень хороших результатов достигают для полипропилена при температуре в диапазоне от 195°C до 210°C, которая почти на 30°C выше температуры плавления используемого полимерного материала. Вследствие значительно более низкой по сравнению с устройством для покрытия лаком температуры вторичного нагревания размягчение алюминиевой ленты остается незначительным, так что становится возможным использование алюминиевых сплавов с более низким содержанием магния.
Согласно другой форме выполнения соответствующего изобретению способа перед односторонним или двусторонним нанесением покрытия экструзией алюминиевую ленту подвергают чистке, обезжириванию, травлению, а также предварительной обработке посредством нанесения переходного слоя или анодирования. Соответствующая предварительная обработка алюминиевой ленты дает возможность обходиться при соответствующем изобретению способе без подогревания перед нанесением покрытия экструзией, так как адгезивные свойства полимерного покрытия на алюминиевой ленте значительно улучшены. В частности, значительно улучшаются также коррозийные свойства, так как в значительной степени удаляются возникающие при вытравливании поверхности алюминиевой ленты во время процесса прокатки алюминиевая пыль, отделения элементов сплава и оксидная пленка и может образовываться однородная алюминиевая поверхность.
Улучшения адгезии термопластического полимерного покрытия на алюминиевой ленте достигают согласно другой форме выполнения соответствующего изобретению способа посредством того, что во время нанесения экструзией покрытия, наряду с термопластическим полимерным покрытием путем соэкструзии наносят промотирующий адгезию слой. Благодаря соэкструзии промотирующего адгезию слоя и полимерного покрытия наряду с дополнительным улучшением адгезивных свойств полимерного покрытия на алюминиевой ленте достигают того, что не требуются две отдельные операции для нанесения промотирующего адгезию слоя и полимерного покрытия.
Кроме того, способ особенно предпочтителен, если изготавливают ленту для крышек банок, в частности, банок для прохладительных напитков. Как уже сообщалось, используемые для изготовления крышек банок алюминиевые ленты подвергают множеству операций по деформированию, требующих особенно хороших свойств скольжения алюминиевой ленты с покрытием для достижения высоких скоростей обработки при сохранении всех других условий для крышек банок таких, как, например, прочность и коррозионная стойкость. Кроме того, в ходе процесса вторичного нагревания нет необходимости в слишком высоких температурах, так что размягчение алюминиевой ленты во время осуществления соответствующего изобретению способа незначительное.
Согласно второму техническому решению данного изобретения отмеченная выше задача решается при помощи алюминиевой ленты с экструдированием на алюминиевую ленту односторонним или двусторонним термопластическим полимерным слоем посредством того, что поверхность полимерного покрытия алюминиевой ленты имеет нанесенную после покрытия однородную структуру поверхности, предпочтительно структуру выполненной способом EDT поверхности.
Как уже сообщалось ранее, соответствующая алюминиевая лента особенно хорошо подходит для изготовления крышек банок, поскольку посредством однородной структуры поверхности или поверхности, выполненной способом EDT, можно оптимизировать свойства скольжения материала алюминиевой ленты несмотря на нанесенное экструзией полимерное покрытие, так что становятся возможными высокие скорости обработки.
a
a
Предпочтительно шероховатость R поверхности термопластического полимерного покрытия составляет 0,02 µm до 10 µm для обеспечения оптимальных свойств скольжения материала в процессе обработки алюминиевой ленты. Значения шероховатости относятся к измерениям средних величин шероховатости R согласно германскому промышленному стандарту (DIN).
Оптимального компромисса между незначительным использованием материала, хорошей обрабатываемостью и достаточным защитным действием против коррозии достигают посредством того, что толщина нанесенного экструзией покрытия алюминиевой ленты составляет 0,2 µm до 20 µm.
Если нанесенное экструзией покрытие имеет слой полипропилена или слой из полипропиленовой смеси и при необходимости промотирующий адгезию слой, то также можно достичь очень высоких скоростей обработки вследствие хороших свойств обработки полипропилена и одновременно при помощи полипропилена использовать защитное действие относительно вызывающего коррозию содержимого банок для прохладительных напитков. Полипропиленовая смесь дополнительно позволяет регулировать, например, специфическую термостойкость или прочность. Кроме того, промотирующий адгезию слой можно простым способом соэкструдировать со слоем полипропилена или слоем из полипропиленовой смеси, так что в распоряжении имеется наиболее экономичный способ изготовления нанесенного экструзией покрытия алюминиевой ленты.
Наконец, лежащая в основе изобретения задача решается посредством применения соответствующей изобретению алюминиевой ленты для изготовления крышек банок, в частности, крышек банок для прохладительных напитков. Как описано выше, соответствующая изобретению алюминиевая лента отличается особенно хорошей обрабатываемостью при одновременно экономичном изготовлении и хороших физико-механических свойствах и коррозийных свойствах.
В результате имеется множество возможностей осуществления и усовершенствования соответствующего изобретению способа изготовления алюминиевой ленты, соответствующей алюминиевой ленты или предпочтительного применения алюминиевой ленты. Для этого рекомендуется, с одной стороны, обратиться к п.1 и п.11 формулы изобретения и к зависимым пунктам формулы изобретения, а также к описанию двух примеров выполнения со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
На чертежах показаны:
фиг.1 - схематичное изображение первого примера выполнения соответствующего изобретению способа одностороннего покрытия алюминиевой ленты;
фиг.2 - схематичное изображение второго примера выполнения соответствующего изобретению способа двустороннего покрытия алюминиевой ленты;
фиг.3a) и b) - третий пример выполнения соответствующей изобретению алюминиевой ленты в схематичном виде поперечного сечения и в схематичном виде сверху.
На фиг.1 показан первый пример выполнения соответствующего изобретению Способа изготовления алюминиевой ленты, в частности, ленты для крышек банок из алюминия. Алюминиевую ленту 1 разматывают с не изображенного рулона и подают на предварительный прогрев. Предварительный прогрев алюминиевой ленты 1 улучшает адгезию экструдированного полимерного покрытия. После подогревания алюминиевую ленту подают в одностороннее устройство 3 нанесения покрытия экструзией. Устройство 3 для нанесения покрытия экструзией состоит из экструдера 3a) и относящихся к нему накатного валика и прижимного валика 3b) и 3c). Накатные валики и прижимные валики 3b) и 3c), как правило, охлаждают или поддерживают с постоянной температурой.
Экструдер 3a) в данном примере выполнения выполнен так, что он может одновременно соэкструдировать промотирующий адгезию слой с термопластическим полимерным слоем. В качестве термопластического полимерного слоя предпочтительно используют полипропилен или полипропиленовую смесь, так как он предпочтителен, в частности, принимая во внимание изготовление крышек банок для прохладительных напитков. Однако предполагается использование других полимерных материалов, которые можно наносить экструзией простым способом и имеющих хорошие свойства покрытия, например полиэтилены, полиэфиры, полиамиды или также поликарбонаты.
После того как на одну сторону алюминиевой ленты будет нанесено покрытие экструзией, ленту подают на вторичный нагрев, происходящий в нагревающем устройстве 4. Нагревающее устройство 4 может вызывать нагревание алюминиевой ленты на специфическую температуру посредством конвекционного, индуктивного или теплового излучения. В нагревающем устройстве 4 алюминиевую ленту 1 нагревают до температуры, выше температуры плавления используемого термопластического полимерного материала. В случае полипропилена температура плавления составляет около 165°C.
Например, оказалось, что при нагревании алюминиевой ленты 1 до температуры более, чем на 30°C выше температуры плавления используемого термопластического полимерного материала в течение времени от 0,5 до 3 сек. происходит оптимизированная адгезия пленки на алюминиевой ленте и снятие напряжения легко ориентированного вследствие экструзии нанесенного экструзией покрытия. Однако, благодаря этому температура вторичного нагревания одновременно значительно меньше, чем температура обжига, использующаяся до настоящего времени в устройствах для покрытия лаком. В частности, при соответствующем изобретению способе используют, например, температуры металла, т.е. пиковые температуры металла более, чем 165°C, предпочтительно, около 210°C. Вследствие этого, по сравнению с необходимыми в устройствах для покрытия лаком температурами от 230°C до 260°C получают значительно более меньшее размягчение алюминиевой ленты 1, а вместе с тем, улучшенную прочность ленты для крышек банок, получаемых таким образом. Благодаря этому способ открывает возможность использовать также алюминиевые ленты с более низким содержанием магния для изготовления высокопрочных крышек.
a
После прохождения алюминиевой ленты 1 через нагревающее устройство 4 происходит текстурирование полимерного покрытия алюминиевой ленты при использовании текстурирующего валика 5 и прижимного валика 6. Так как прижимной валик 6 служит только для создания опоры текстурирующему валику 5, он не имеет такой же специфической структуры поверхности, и рассчитан скорее для щадящего транспортирования алюминиевой ленты. Текстурирующий валик 5 поддерживают с постоянной температурой и в этом отношении можно регулировать температуру его поверхности таким образом, чтобы в зависимости от температуры алюминиевой ленты 1 после вторичного нагрева достигался оптимальный отпечаток поверхности валика в полимерном покрытии. Поддержание постоянной температуры валика может содержать согласно данному изобретению как нагревание валика, так и охлаждение валика, в зависимости от того, при какой температуре текстурирующего валика 5 получают в итоге лучший отпечаток. Текстурированная поверхность полимерного покрытия имеет заметно улучшенные свойства скольжения, принимая во внимание переработку алюминиевой ленты с покрытием, например, в крышки банок. Средние значения шероховатости R, которые имеет полимерное покрытие после текстурирования, составляют от 0,02 µm до 10 µm. Соответствующим образом обработанные поверхности особенно хорошо подходят для изготовления крышек банок на следующих стадиях обработки, прежде всего, с применением последовательных штампов с совмещением разнородных операций. Оказалось, что с текстурирующим валиком 5, имеющим поверхность, выполненную способом EDT, достигает особенно хороших результатов, принимая во внимание обрабатываемость алюминиевой ленты в последующих процессах штампования и пластического деформирования, поскольку текстурирование особенно утонченное, изотропное и однородное. В зависимости от температуры алюминиевой ленты после стадии вторичного нагревания текстурирующий валик 5 может быть охлажден или нагрет до специфической температуры для достижения хорошего отпечатка. Затем алюминиевая лента с текстурированным полимерным покрытием проходит следующую стадию охлаждения, во время которой алюминиевую ленту 1 охлаждают, предпочтительно, до комнатной температуры с использованием средств 7 для воздушного или водяного охлаждения. Охлаждение происходит предпочтительно непосредственно после текстурирования поверхности покрытия алюминиевой ленты, так что текстурирование не повреждается при транспортировании ленты, например, через другие валики. Сматывание алюминиевой ленты в рулон на фиг.1 не изображено.
Показанный на фиг.2 пример выполнения отличается от изображенного на фиг.1 примера выполнения не только тем, что устройство 8 для нанесения покрытия экструзией производит двустороннее нанесение покрытия на алюминиевую ленту 1. Алюминиевая лента 1 проходит нанесение покрытия экструзией даже в не нагретом состоянии. Оказалось, что можно отказаться от процесса предварительного разогрева при целенаправленной обработке поверхности алюминиевой ленты перед непосредственным нанесением покрытия экструзией, не ухудшая адгезию покрытия, нанесенного экструзией на алюминиевую ленту 1. Для этого алюминиевую ленту после получения следует обезжиривать и подвергать затем стадии протравливания. Происходит кислотное или щелочное травление, и протравливают поверхность алюминиевой ленты вместе с оксидами алюминия, возникающими на поверхности вследствие процесса прокатки. Последующее образование тонкой пленки окиси алюминия на поверхности алюминиевой ленты создает довольно равномерную поверхность для конверсионной обработки. Затем алюминиевую ленту подвергают предварительной обработке, в процессе которой наносят, например, переходный слой, который затем высушивают или активируют при температуре около 80-150°C. Нанесение переходного слоя осуществляют посредством напыления, нанесения с помощью валика или обработки окунанием. Альтернативно, вместо покрытия переходным слоем алюминиевой ленты можно также осуществлять анодирование поверхности алюминиевой ленты.
Обработанная таким способом алюминиевая лента имеет даже без подогревания перед процессом нанесения покрытия экструзией достаточные адгезивные свойства для экструдированного слоя полимерного материала. Экструзивное устройство 8 соэкструдирует предпочтительно слой полипропилена или слой из полипропиленовой смеси вместе с промотирующим адгезию слоем на алюминиевую поверхность ленты, причем промотирующий адгезию слой дополнительно улучшает адгезивные свойства.
В примере выполнения по фиг.2 в устройстве 8 для нанесения покрытия экструзией последовательно производят нанесение покрытия экструзией на обе алюминиевые поверхности ленты. Но также возможно одновременное нанесение экструзионного слоя на алюминиевую ленту 1. Однако между отдельными стадиями осуществления способа экструзии предполагается предусматривать последующие стадии охлаждения для оптимального температурного режима алюминиевой ленты 1. Затем алюминиевая лента 1 снова проходит устройство 9 повторного нагрева, в котором алюминиевую ленту 1 разогревают до пиковой температуры металла выше температуры плавления полимерного материала. Предпочтительно, для полипропиленового покрытия пиковой температуры металла 210°C достигают на период от 0,5 до 3 сек. При кратковременном подплавлении слоя полипропилена на алюминиевой ленте 1 достигают хорошей адгезии. Однако поверхность покрытия полипропилена при этих температурах разглаживается, поэтому свойства скольжения алюминиевой ленты 1 становятся не оптимальными для дальнейшей обработки.
Для этого алюминиевая лента 1 проходит пару 10, 11 текстурирующих валиков. Оба текстурирующих валика 10 и 11 имеют структуру поверхности на поверхности валиков, так чтобы она отпечатывалась во время прохождения алюминиевой ленты 1 в еще теплом слое полимерного материала. Затем алюминиевую ленту 1 подводят к устройству 12 охлаждения, содержащему либо средство для водяного охлаждения, либо для воздушного охлаждения. На фиг.2 не изображено, что алюминиевую ленту 1 с нанесенным экструзией покрытием затем наматывают в рулон.
Наконец, на фиг.3a) и 3b) в схематичном виде в разрезе или схематично изображен вид сверху примера выполнения алюминиевой ленты 13 с двусторонним нанесенным экструзией покрытием. На фиг.3a) наряду с алюминиевой лентой 13 изображен переходный слой 14, промотирующий адгезию слой 15 и полипропиленовый слой 16. При этом промотирующий адгезию слой 15 и полипропиленовый слой 16, как уже указывалось, соэкструдированы вместе. В отличие от известных до настоящего времени алюминиевых лент для изготовления крышек банок покрытие полимерного материала имеет точно определенную структуру поверхности, при помощи которой можно точно регулировать свойства скольжения материала алюминиевой поверхности ленты для последующих стадий обработки.
Наконец, на фиг.3b) схематично показана алюминиевая поверхность ленты, текстурированная при помощи текстурирующего валика, имеющего поверхность, обработанную способом EDT. Поверхности, обработанные способом EDT, имеют особенно однородно распределенные круглые впадины или углубления, образующие также соответствующие структуры поверхности на полимерном покрытии. Эти структуры поверхности обеспечивают затем особенно хорошие свойства алюминиевой ленты 13 для дальнейшей обработки при последующих способах обработки.