蔣新杰，袁禮軍，劉懿洋，張仕強

（西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司，重慶 401326）

改善罐蓋涂膜羽膜性能的分析探討

蔣新杰，袁禮軍，劉懿洋，張仕強

（西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司，重慶 401326）

羽膜屬于涂膜性能的一個重要指標，易拉罐用戶都要對蓋子的羽膜值進行嚴格控制。通過分析涂層清洗段、涂層鈍化段、涂料成分與羽膜值的關(guān)系，給出解決羽膜的正確方向。

罐蓋料；羽膜；環(huán)氧樹脂涂料；涂層清洗；涂層鈍化；涂膜性能

0 前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國飲料行業(yè)發(fā)展迅猛，對鋁合金罐體和罐蓋拉環(huán)的需求也急速增加。在市場需求增長的同時，人們也更關(guān)注產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是對罐蓋涂層的要求越來越高。涂膜性能中最重要的一個指標就是羽膜。本文以改善罐蓋涂膜羽膜性能為目的，給出解決問題的正確方向。

1 羽膜

涂層是罐蓋料最重要的一道工序。清洗、鈍化、涂層和固化是涂層最重要的工藝，這四道工藝直接影響易拉蓋涂膜性能。易拉蓋按開啟形式分類有保留蓋（SOT）、拉開蓋（RPT）和全開蓋（FA）三類。

羽膜的定義是易拉蓋通過巴氏殺菌（65℃/30min）后，拉開蓋子邊沿出現(xiàn)涂膜和基材分離的現(xiàn)象。羽膜是涂膜性能中一個重要的指標。拉開式蓋（RPT）對羽膜的要求特別嚴格，大多供應商將其羽膜標準控制在0.1mm以內(nèi)。圖1為羽膜缺陷樣品。

圖1 有羽膜缺陷的罐蓋

2 影響因素及分析結(jié)果

針對涂層生產(chǎn)過程，發(fā)現(xiàn)影響羽膜的主要因素有涂層清洗質(zhì)量、涂層鈍化質(zhì)量和涂料成分。

2.1 涂層清洗

涂層前清洗是通過清洗劑去除鋁材表面軋制油、鋁灰和氧化膜的過程。

2.1.1 影響因素闡述

（1）軋制油的去除。冷軋軋制油屬于礦物油，軋制油主要成分為飽和的環(huán)烷烴與鏈烷烴混合物。軋制油的去除分為兩步乳化作用和水解反應。

乳化作用主要是通過將油脂吸附在含有親水基和憎水基的乳化劑周圍進入溶液中。水解反應軋制油中的酯類化合物在酸性環(huán)境下發(fā)生水解產(chǎn)生可溶于水的脂肪酸鹽和醇[1]。

（2）氧化膜的去除。氧化膜是鋁合金在壓力加工、儲存的過程中與軋制潤滑油接觸形成氧化鋁膜、復合膜、共價結(jié)合膜等總體組織，它可由一層或多層膜相互綜合組成。

罐蓋料主要為5×××系合金，氧化膜主要為氧化鋁、氧化鎂、共價鍵結(jié)合膜。清洗液的侵蝕作用分解掉氧化膜和有機物形成的共價鍵，然后通過氫氟酸與氧化鋁、氧化鎂等氧化膜反應生成氟化鋁和氟化鎂等[2]。反應方程式為：Al2O3+6HF=2AlF3+ 3H2O；MgO+2HF=MgF2+H2O。

2.1.2 涂層清洗影響因素分析

通過研究發(fā)現(xiàn)，清洗后表面軋制油、鋁灰和氧化膜含量越少羽膜值越小。影響涂層清洗質(zhì)量的重要參數(shù)是游離酸濃度和氟離子濃度，游離酸濃度主要是控制油污清洗的參數(shù)，氟離子濃度主要是控制去除氧化膜的參數(shù)。在涂層其它參數(shù)不變的情況下不斷提高游離酸濃度和氟離子濃度，測量對應清洗濃度的羽膜值（見表1）。為了保證結(jié)果的準確性，每次實驗測量3次清洗劑濃度，取平均值，每次實驗樣板測量3次羽膜值，取平均值。

表1 不同清洗劑濃度下的羽膜值

由表1數(shù)據(jù)可知，清洗劑濃度提高后羽膜值越小。對清洗劑濃度低和濃度高的樣品進行電子顯微鏡放大處理，其結(jié)果見圖1。

圖1 清洗劑濃度對試樣表面的影響

由圖1可見，清洗劑濃度高的樣品較清洗劑濃度低的表面粗糙。濃度高的清洗劑刻蝕作用較強，鋁材表面極易出現(xiàn)泛白的現(xiàn)象。

2.2 涂層鈍化

輥式涂布化學涂鈍化的原理是水溶液中的三價Cr通過水合生成水合絡合物[Cr（H2O）6]3+、[Cr（H2O）6]3+，通過水解生成[Cr（OH）2-OH]2+和H+、[Cr（OH）2-OH]2+，通過羥橋合反應和氧橋合反應生成高分子聚合物。涂布在基材上高分子絡合物與基材表面形成一種無定型鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜[4]。

2.2.1 影響因素闡述

（1）水合。三價鉻鹽是一些可用離子表示的水合絡合物，如[Cr(H20)6]3+、[Cr(H20)5Cl]2+和[Cr(H20)4Cl]2+。在水溶液中，水分子配位體的取代通用公式為：[CrA5X]2++H20一[CrA5(H20)]+。其中A是單個配位中性分子；X是單個配位陰離子，如Cl、CN、CNS。

（2）水解。水合物可以起酸的作用，并產(chǎn)生較重要的影響，因為反應[Cr(H20)6]3+一[Cr(H20)5-OH]2++ H+的發(fā)生使水合物溶液的酸度上升。加熱可以使平衡向右移動，當然加入堿性物質(zhì)也可以達到類似效果。隨著Cr3+溶液pH值的升高，平衡也會移動，更多的配位水分子轉(zhuǎn)換為-0H基團。

（3）橋合反應。橋合聚合物是絡合物，在這種絡合物中，金屬原子通過0H基團搭橋連接起來。為了與配位羥離子(即一個0H只與一個金屬原子配位)區(qū)別稱之為橋羥基。從配位羥離子化合物形成橋羥基化合物的過程稱為橋合反應。橋合反應導致了多核絡合物的形成，這些絡合物由通過OH基團橋連接的Cr3+鏈或環(huán)組成[3]。反應過程如下：[Cr (H2O)6]3++[Cr(H2O)5OH]2+→[(H2O)5Cr-OH-Cr(H2O)5]5++ H2O

（4）聚合。橋合反應不會完全終止，它可能會繼續(xù)進行，分子量也會越來越大，得到的聚合物是橋合反應的繼續(xù)。如果每個連續(xù)步驟的產(chǎn)物都含有水和0H基團，可能進一步進行加聚反應，其最終結(jié)果是生成氫氧化鉻沉淀Cr(0H)3·xH20，它是一種三維羥橋合聚合物。

（5）成膜。輥式涂層預處理劑是含有二氧化硅、氟化物、多種金屬鉻酸鹽和丙烯酸或丙烯酸/環(huán)氧乳液等有機樹脂的鉻酸溶液。涂布在基板上烘干，生成圖2所示的凝膠狀無定型鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜［4］。

圖2 無定型鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜

2.3.2 涂層鈍化影響因素的分析結(jié)果

我們通過研究發(fā)現(xiàn)，鉻化膜的厚度的變化對羽膜值的影響較大。影響鉻化膜厚度重要參數(shù)是鈍化液濃度和涂輥與掛料輥的壓力。在其他涂層工藝參數(shù)不變的情況下，通過增加掛料輥和涂輥之間的壓力和增加鈍化液濃度來提高鉻化膜厚度，對各間隙配置下羽膜值進行試驗。各鉻化膜厚度下羽膜情況見表2。

表2 調(diào)整間隙對比不同鉻化膜重量下的羽膜值

在保持涂層其他參數(shù)不變的情況下，通過增加鈍化液濃度提高鉻化膜厚度，各鉻化膜厚度下羽膜情況見表3。

表3 調(diào)整鈍化液濃度對比不同鉻化膜重量下的羽膜值

由表2和表3的試驗數(shù)據(jù)可以看出，鉻化膜厚度在42mg/m2以前，鉻化膜厚度越高羽膜越??；鉻化膜厚度在42mg/m2之后，隨著鉻化膜厚度的增加羽膜值不再變化。

2.3 涂料成分

2.3.1 涂料成膜原理

涂層成膜原理分為兩步，物理成膜方式和化學成膜方式。物理成膜方式包括兩種形式，溶劑或分散介質(zhì)的揮發(fā)成膜和聚合物粒子凝聚成膜。化學成膜方式是成膜物質(zhì)在施工成為薄膜狀態(tài)下通過聚合反應成為高聚物的過程[5]。

表4 對比不同成分涂料涂層的羽膜值

2.3.2 涂料因素的分析結(jié)果

因涂料影響羽膜值的主要原因為成膜的環(huán)氧樹脂分子量較大、交聯(lián)反應速度較慢等。通過實驗發(fā)現(xiàn)減少環(huán)氧樹脂分子的分子量和采用促使交聯(lián)反應更快的催化劑的方式有利于羽膜值減小。在保持涂層其他參數(shù)不變的情況下，采用不同成分的環(huán)氧樹脂涂料，對比羽膜值。由表4可以看出，不同成分涂料對羽膜值的影響較大。

3 結(jié)論

（1）提高清洗段清洗液濃度可以達到降低羽膜值的效果，隨著清洗濃度的提高清洗液對鋁材表面的刻蝕效果越強，使鋁材表面出現(xiàn)泛白的現(xiàn)象。

（2）提高鉻化膜的厚度可以達到降低羽膜值的效果，當鉻化膜厚度達到42mg/m2后，隨著鉻化膜厚度的增加羽膜值不再減小。

（3）涂料成分對羽膜值的影響較大。

[1]胡傳炘.表面處理技術(shù)手冊[M].北京工業(yè)大學出版社，1997.1

[2]朱祖芳.鋁合金陽極氧化及表面處理技術(shù)[M].化學工業(yè)出版社，2004.5

[3] 曹獻龍，鄧洪達.三價鉻鈍化成膜的步驟與機理[C].重慶科技學院冶金與材料工程學院，2008.5

[4]肖佑國，祝福君.預涂金屬卷材及涂層[M].化學工業(yè)出版社，2003.8

[5]譚竹洲.涂料工藝[M].化學工業(yè)出版社，1997.12（2001.3重印）

變形及鑄造鋁合金的鑄造

美國專利US7201210

在本發(fā)明最佳體現(xiàn)提供的合金中，通過混合在預定溫度下靜置的不同化學成分的兩種液體形成的微觀組織里主要有球形α-Al晶粒（也就是說，實際上無枝晶），這樣，當混合時，他們可以在預定溫度下產(chǎn)生一種預定的合金化學成分，在該溫度下主要與減少合金熱裂傾向的球狀晶粒組織一起易于凝固。

一種鋁合金鑄件涂料

中國專利CN104128557A

本專利涉及的鋁合金鑄件涂料的組成主要包括（質(zhì)量分數(shù)，%）：高鋁礬土25～30、剛玉粉25～30、乙醇30～40、膨潤土2～5、松香1～3、酚醛樹脂1～3、添加劑1～3。該涂料采用松香和酚醛樹脂復合粘結(jié)劑，具有良好的工藝性能，涂料發(fā)氣量低，表面強度高，能有效防止鑄造缺陷。

鋁熔體處理方法

美國專利 US5935295

本發(fā)明介紹了一種凝固鑄造用鋁熔體的處理方法。在該方法中，鋁熔體需進行處理以除去雜質(zhì)。同時，本方法還介紹了在鋁熔體中形成晶粒細化劑的工藝。該方法的主要內(nèi)容如下：(a)提供鋁熔體；(b)在上述鋁熔體中添加1～3000ppm鈦；(c)在鋁熔體中加入一種材料，該材料與鈦反應，在熔鋁溫度下為氣體形式，并至少含有下列組份中的一種：硼、硫、氮和磷。該材料與鈦在鋁熔體中形成晶粒細化核；(d)上述鋁熔體至少有一部分凝固成為晶粒細化的鑄造產(chǎn)品。

鋁合金薄板的生產(chǎn)

美國專利US5894879

本專利介紹了一種鋁合金薄板連續(xù)、在線、一步成形的生產(chǎn)工藝。該工藝步驟如下：將鋁合金坯料鑄造成板坯或帶坯，然后軋制至產(chǎn)品最終尺寸，其間不要求進行輔助軋制。該工藝無需中間加熱，以免會導致再結(jié)晶。將鋁合金按溫度時間曲線快速冷卻，以避免合金元素大量析出。二步法可生產(chǎn)出具有產(chǎn)品最終尺寸的鋁合金薄板，無需輔助軋制。第一步是：將鋁合金坯料鑄造成板坯或帶坯，然后軋制。在此期間，將鋁合金按溫度時間曲線快速冷卻，以防止合金元素大量析出；第二步：將帶坯或板坯冷軋成最終產(chǎn)品，無需輔助軋制。在這兩個步驟中都不進行中間加熱，以免發(fā)生再結(jié)晶。

Al-Cu合金

美國專利US 5716385

本專利介紹了無鉛螺絲切削鋁合金的生產(chǎn)工藝。該工藝步驟如下：(a)提供主要成份如下的鑄造鋁錠（分量分數(shù)，%）：Cu4.5～6、Si0.4（最大）、Fe0.7（最大）、Zn＜0.3、Bi0.1～1.0、Sn0.2～0.5，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)；(b)在900～1050℃范圍內(nèi)對鑄錠進行均勻化處理，處理時間不得少于1h；(c)將鑄錠切成坯料，然后擠壓成所需形狀；(d)將擠壓后的合金進行下列形變熱處理：在930～1030℃溫度下固溶處理約0.5～2h、將熱處理后的合金快速淬火至室溫、進行冷加工、將上道工序合金自然時效至T3狀態(tài)。

Process Optimization of Property Improvement of Feather Film of Coating Film of Lid

JIANG Xin-jie，YUAN Li-jun，LIU Yi-yang，ZHANG Shi-qiang
（Southwest Aluminum(Group)Co.，Ltd.，Chongqing 401326，China）

Feather film is an important index of coating film performance，can users are to strictly control feather film value of lid. The correct direction to solve the feather film is put forward by analyzing the relation between coating cleaning process，coating passivation process，coating composition and feather film value.

lid material;feather film;epoxy resin coating;coating cleaning;coating passivation;coating film

TG339，TG178.2

A

1005-4898(2017)02-0048-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.02.10

蔣新杰（1985－），男，重慶人，大學本科。

2016－11－20