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镀铝膜的概述原理生产工艺介绍

 一.概述
 金属薄膜的真空蒸发(vacuum evaluation of metal film)是在高真空(10-4 mba以上)下,通过电阻、高频或电子束加热熔融蒸发金属,并附着在薄膜衬底表面,形成复合薄膜的过程。电镀金属材料可以是金、银、铜、锌、铬、铝等。,其中铝是最常用的。在塑料薄膜或纸张表面镀上一层极薄的金属铝,就成为镀铝薄膜或纸张。
 
 包装用真空镀铝薄膜具有以下特点:
 
 (1)与铝箔相比,大大降低了铝的消耗,节约了能源和材料,降低了成本。复合铝箔的厚度大多为7-9 μm,而镀铝薄膜的铝层厚度约为400 μm(0.04 μm),其铝消耗量约为铝箔的1/200,生产速度可达700 m/min。
 
 (2)具有优异的耐折性和良好的韧性,针孔和裂纹少,无扭曲和开裂现象,改善了对气体、水蒸气、气味、光等的阻隔性。
 
 (3)具有优异的金属光泽,光反射率可达97%;并且可以通过涂层处理形成彩膜,装饰效果小于铝箔。
 
 (4)部分镀铝可以通过屏蔽或洗脱进行,以获得任何图案或透明窗口来观察包装的内容物。
 
 (5)镀铝层具有良好的导电性,可以消除静电效应。尤其是包装粉状产品时,不会污染密封部件,保证包装的密封性能。
 
 (6)对印刷、复合等后处理具有良好的适应性。
 
 由于上述特点,镀铝薄膜已成为一种性能优异、经济美观的新型复合膜,并在许多方面取代了铝箔复合材料。主要用于包装风味食品、日用品、农产品、药品、化妆品和香烟。
 
 
 
 二、真空蒸发的原理
 
 将待镀辊状薄膜基片安装在真空蒸发机的退绕工位上,通过冷却辊(蒸发辊)将薄膜卷绕在卷绕工位上,用真空泵抽真空,使蒸发室内的真空度达到4×10-4 MBA以上,加热蒸发舟,使高纯铝线在1300-1400℃熔化蒸发成气态铝..启动薄膜卷绕系统。当薄膜运行速度达到一定值时,打开挡板,将气态铝颗粒沉积并冷却在移动薄膜衬底表面,形成连续光亮的金属铝层。真空镀铝的示意图如图1所示。镀铝层的厚度通过控制金属铝的蒸发速度、衬底膜的移动速度、蒸发室内的真空度等来控制。通常,镀铝层的厚度为250至500。
 
 三.涂层基材
 
 由于真空蒸发工艺的特殊性,对镀膜基板有以下要求:
 
 1、耐热性好,基板必须能够承受蒸发源的辐射热和蒸发的冷凝潜热。
 
 2.从薄膜基底产生较少挥发性物质;对于吸湿性高的基材,应在蒸发前干燥。
 
 3.基材应具有一定的强度。
 
 4.对蒸发涂层有良好的附着力;对于聚丙烯和聚乙烯等非极性材料,应在蒸发前进行表面处理,以提高涂层的附着力。
 
 常用的镀铝基材包括:双向拉伸聚酯、BOPA、BOPP、氯化聚乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等塑料薄膜和纸。BOPET、BOPA和BOPP在塑料薄膜基材上生产的镀铝薄膜具有优异的光泽和附着力,是一种性能优异的镀铝薄膜,广泛用作包装材料和烫金材料。镀铝聚乙烯薄膜光泽度差,但成本低,用途广泛。纸基镀铝纸比铝箔/纸复合材料更薄、更便宜。其加工性能好,印刷时不易卷曲、无折痕等。主要用作香烟、食品等的内包装材料。和商标材料等。
 

各种基材镀铝前后的水蒸汽透过率变化情况

基材

厚度

μm

未镀铝时透过率

g/(m2.24h)40℃

镀铝后的透过率

g/(m2.24h)40℃

PET

12

40~45

0.3~0.5

CPP

25

10~15

1.0~1.5

OPP

20

5~7

0.8~1.2

LDPE

25

15~25

0.6

HDPE

25

10~20

0.9

OPA

15

250~290

0.5~0.8

EVAL

17

24~25

2~3

KOP

20

4~5

1~1.5

MST

#300

800~1000

3~4

 
 四.技术
 
 塑料薄膜镀铝工艺一般采用直接镀覆的方法,即铝层直接镀覆在基膜表面。双向拉伸聚酯薄膜和BOPA薄膜基材在镀铝前不需要表面处理,但可以直接蒸发。然而,非极性塑料薄膜,如BOPP,氯化聚乙烯,聚乙烯等。蒸发前需要对薄膜表面进行电晕处理或涂覆粘合剂层,使其表面张力达到38-42达因/厘米或具有良好的附着力。蒸发时,将辊膜置于真空室中,关闭真空室进行抽真空。当真空度达到一定水平(4× 10-4 mba以上)时,蒸发舟被加热到1300-1400℃,然后纯度为99.9%的铝线被连续送入蒸发舟。调节退绕速度、卷绕速度、送丝速度和蒸发能力,开启冷却源,使蒸发舟上的铝线连续熔化蒸发,冷却后在运动薄膜即镀铝薄膜表面形成光亮的铝层。
 
 镀铝薄膜的生产工艺;
 
 展开基材,抽真空,加热蒸发舟,送铝丝,蒸发,冷却,测厚,展平,卷绕
 
 五、蒸发设备:
 
 目前市场上塑料薄膜真空镀铝设备有缠绕式和悬挂式两种,但无论是缠绕式还是悬挂式,它们一般都由真空系统、蒸发系统、薄膜缠绕系统、冷却系统、控制系统等主要部件组成。
 
 真空系统由机械泵、罗茨泵和扩散泵组成。真空泵抽过程分为三个阶段。首先,机械泵执行初始泵送。达到一定真空度后,罗茨泵工作。当真空室达到一定真空度(10-2毫巴)时,扩散泵打开。扩散泵进一步提高并保持真空室中的高真空度(10-4毫巴),以满足蒸发生产的需要。
 
 蒸发系统由蒸发舟支架(电极)、蒸发舟变压器、蒸发舟、铝线线圈支架、铝线输送电机等组成。蒸发时,蒸发舟固定在夹持座上加热,正常生产时,蒸发舟的温度为1300-1400℃,高纯铝丝通过输送电机连续送入蒸发舟蒸发。
 
 薄膜卷绕系统主要由退绕部分、卷绕部分、压平辊等部分组成。其功能是将基材薄膜按照一定的速度和张力输送到蒸发区进行蒸发,然后将涂有铝层的薄膜卷绕成圆柱形卷绕薄膜。通过控制诸如薄膜卷绕速度、张力和展平辊的角度等工艺参数,可以避免起皱,并且可以获得整齐卷绕的薄膜卷。
 
 冷却系统主要由冷却井、冷却液、冷却辊等部件组成。其主要功能是提供薄膜蒸发(或蒸发后)所需的冷却温度(-20-15℃),以防止薄膜因受热而变形。冷却系统中使用的冷却液是水/乙二醇混合物或盐水混合物。蒸发时,冷却液由冷阱冷却至所需温度,然后通过管道输送至冷却辊,镀铝薄膜由冷却辊冷却。
 
 控制系统包括张力控制、速度控制、蒸发控制、铝层厚度控制等子系统。在蒸发生产过程中,控制系统可以自动调节和控制薄膜张力、运行速度、蒸发舟的状态和蒸发量、铝层厚度等。
 
 六.检查和测试
 
 镀铝薄膜通常应用于有阻隔或遮光要求的包装。因此,镀铝层的厚度、表面条件和附着牢度将直接影响上述性能。渗铝膜的检测主要反映在渗铝层的厚度、牢度和表面状况上。
 
 1.铝涂层的厚度测量
 
 由于真空镀铝薄膜上的镀铝层非常薄,因此传统的测厚仪无法检测厚度。常见的检测方法有:
 
 电阻法电阻法用欧姆定律测量镀铝层的厚度。根据欧姆定律
 
 R=ρ×L/S
 
 单位面积镀铝薄膜的电阻值越小,镀铝层越厚,反之亦然。
 
 电阻法检测的镀铝层厚度用表面电阻表示,单位为ω/□。数值越大,镀铝层越薄。真空镀铝薄膜的表面电阻值一般为1.0-2.5ω/□。国家标准GB/T 15717-1995《真空金属涂层厚度试验方法电阻法》详细规定了该方法。
 
 光密度法定义的光密度是材料遮光能力的表征。它是用透光镜测量的。光密度没有尺寸单位,是一个对数值。通常只测量镀铝薄膜和珠光薄膜的光密度。
 
 光密度是入射光与透射光之比的对数或透光率倒数的对数。计算公式为
 
 外径=log10(入射光/透射光)或外径=log10(1/透射率)
 
 镀铝薄膜的光密度一般为1-3(即透光率为10%-0.1%),值越大,镀铝层越厚。国家标准局的ANSI/NAPM IT2.19详细规定了测试条件。
 

OD值、方阻值和铝层厚度对照表

OPITICAL DENSITY/光密度

OD

RESISTIVITY/电阻值

Ohm/Square 方阻值

AL THICKNESS/铝层厚度

Å 埃

1.6

3

320

1.8

2.7

360

2.0

2.35

400

2.2

2.05

440

2.4

1.8

480

2.6

1.55

520

2.8

1.3

560

3.0

1.0

600

 
 2.镀铝层附着力的检测
 
 镀铝层牢度的常用检测方法是胶带检测法,即将长度为15-20厘米、宽度为0.5-1英寸的3M透明胶带粘贴在镀铝薄膜的镀铝层上并展平,然后以均匀的速度剥离胶带,观察并估算镀铝层的剥离面积,面积小于10%为一级,小于30%为二级,大于30%为三级。
 
 胶带检测方法只是一种定性检测方法,仅适用于一般的定性比较。如果镀铝层的粘合牢度超过胶带的粘合强度,镀铝层的粘合牢度没有差异。目前常用的定量检测方法是在一定的温度、压力和时间下,用镀铝薄膜的镀铝层热封EAA薄膜(厚度20-50 μm,丙烯酸含量一般在9%左右),将热封后的样品切成15毫米宽,在拉伸试验机上进行剥离试验,观察并记录剥离力的大小和镀铝层的剥离面积。
 
 3.外观检查
 
 镀铝薄膜外观检查主要包括以下内容:
 
 (1)针孔(溅射点)镀铝时,如蒸发舟温度控制不好或送丝点位置不好等。铝液体将被溅射。如果溅射铝液到达薄膜,薄膜上会形成小针孔,镀铝薄膜上针孔过多会导致薄膜阻隔性能下降。一般来说,镀铝薄膜允许的针孔数量为2-3个/m2。
 
 (2)电镀空隙线(Track Line)当通过卷绕真空镀铝机生产镀铝薄膜时,如果基材薄膜在蒸发区域有褶皱,折叠在里面的薄膜将不会附着铝层,因此在镀铝薄膜上形成线性铝层的浅区域称为电镀空隙线。空隙线主要产生在软基底膜上,如聚丙烯和聚乙烯。
 
 (3)镀铝表面的划痕(划痕)主要是镀铝薄膜运行过程中导辊上的异物对镀铝层造成的损伤。
 
 七、铝膜使用中的常见问题
 
 真空镀铝薄膜兼具塑料薄膜和金属的特性,是一种价格低廉、外形美观、性能优异、实用性强的包装材料。因此,镀铝薄膜已广泛应用于食品、医药、化工等产品的包装,如快餐、茶、咖啡和化妆品。
 
 渗铝膜干式复合应用中的常见问题及解决方法:
 
 1.复合后镀铝薄膜镀铝层的迁移
 
 问题原因:
 
 (1)镀铝层和基膜之间的结合强度相对较差。
 
 (2)所选粘合剂不合适。
 
 (3)复合膜固化时间过长。
 
 (4)涂层量过大,粘合剂干燥不充分,残留溶剂逐渐渗透渗铝层,导致渗铝层迁移。
 
 (5)张力控制不当导致镀铝薄膜基膜在相对较大的张力下发生弹性变形,从而影响镀铝层的附着力,这也是促进镀铝薄膜镀铝层迁移的因素之一。
 
 解决方案:
 
 (1)更换质量更好的镀铝薄膜。
 
 (2)更换合适的粘合剂,最好是镀铝薄膜专用粘合剂。
 
 (3)适当提高固化温度,缩短固化时间,加快粘合剂的固化反应速度,防止粘合剂逐渐渗入镀铝薄膜的镀铝层,削弱镀铝薄膜基膜与镀铝层之间的附着力。
 
 (4)控制涂胶量,或调整干混工艺的干燥温度、通风速率和混配线速度,确保胶粘剂完全干燥,并将残留溶剂量控制在最小,以减少其对镀铝层的影响。
 
 (5)调整张力设置,注意张力宜小一些,以防止镀铝薄膜发生较大的弹性变形。
 
 2.复合膜有斑点
 
 问题原因:
 
 (1)胶粘剂选择不当,普通胶粘剂对镀铝层亲和力差,涂层性能差。如果涂层不均匀,会出现斑点现象。
 
 (2)胶液中有大量残留溶剂。印刷膜复合后,油墨层被胶液中的残留溶剂浸泡,可能会引起斑点现象。
 
 (3)油墨遮盖力不足,尤其是浅色油墨。光线穿过油墨层并被铝层反射回来,产生斑点。
 
 (4)涂布量不足或不均匀,复合膜中混入气泡。
 
 解决方案:
 
 (1)选择合适的粘合剂,如镀铝薄膜专用粘合剂。
 
 (2)适当提高干燥通道的干燥温度或适当降低化合物线速度,以确保粘合剂能够完全干燥。
 
 (3)选择遮盖力强的油墨或加厚油墨层。
 
 (4)适当增加胶粘剂的涂胶量,检查压胶辊的状态,确保涂胶均匀。
 
 3.复合膜的层间剥离强度差
 
 问题原因:
 
 (1)镀铝层牢固性差,容易脱落。
 
 (2)粘合剂类型和质量不当。
 
 (3)粘合剂没有充分干燥,残留的乙酸乙酯渗透到油墨层中,使油墨软化、疏松,甚至分层,从而导致复合膜的剥离牢度差。
 
 (4)胶量不足影响复合膜的结合强度。
 
 (5)稀释剂乙酯纯度不高,水或醇等活性物质含量过高,消耗了一部分固化剂,导致胶粘剂中主剂和固化剂的实际比例不合适,降低了复合强度。
 
 (6)复合钢轧辊表面温度低或复合压力低也会造成复合强度差异。
 
 (7)复合膜未完全固化,影响复合强度。
 
 解决方案:
 
 (1)更换高质量镀铝薄膜。
 
 (2)更换优质镀铝专用粘合剂,提高复合强度。
 
 (3)调整复合工艺,提高干燥隧道的干燥温度,或适当降低复合线速度,以保证粘合剂完全干燥。
 
 (4)适当增加涂胶量。
 
 (5)更换质量合格的稀释剂,严格控制稀释剂的检测。
 
 (6)适当增加复合钢辊的表面温度或适当增加复合压力。
 
 (7)适当提高固化温度,确保复合膜完全固化。
 
 八.真空镀铝薄膜的发展
 
 随着真空蒸发技术和后处理技术的发展,真空镀铝薄膜的种类和用途不断扩大,并广泛应用于包装、装饰等领域。典型应用包括阳极氧化烫印材料、镀铝纸和透明涂层。
 
 1.为了增强印刷品的装饰效果,烫金被用于印后加工。铜锌浮雕板用在烫金机上,在印刷品上烫印金箔或银箔,使其看起来耀眼而华丽。阳极氧化烫金材料是通过对处理过的聚酯薄膜进行真空镀铝,然后涂覆一层粘合剂层制成的,该粘合剂层通常由5层组成。
 
 (1)基层。它是支撑阳极氧化铝材料的基底,通常由厚度为12-25微米的聚酯薄膜制成。
 
 (2)释放层。在基层上涂覆一层剥离层,用阳极氧化铝烫印后,镀铝层和染色层可以顺利地与基层分离并粘附在印刷品表面。
 
 (3)染色层。选择透光率、成膜性和粘附性好的树脂,染色后涂在剥离层上。染色层的颜色与阳极氧化铝的颜色相同,包括金色、橙色、绿色、青色、蓝色、品红色和其他颜色。
 
 (4)镀铝层。通过真空蒸发将金属铝蒸发到基底的染色层上。蒸发的铝层具有很高的金属光泽,经过烫印转移后,染色层的颜色可以像镜面一样反射,大大提高了印刷品奢华丰富的装饰效果。
 
 (5)粘合剂层。热熔胶物质熔化后,均匀涂覆在阳极氧化铝材料表面。在热冲压过程中,粘合物质在金属板的加热和加压条件下熔化。离开烫印板后,粘合层树脂立即冷却并固定,铝箔层和染色层紧密粘合在印刷品表面。阳极氧化铝材料的生产工艺;
 
 基膜检验→涂层剥离层→涂层染色层→真空镀铝→涂层胶→成品
 
 2.镀铝纸主要由原纸、铝层和涂层组成。由于其良好的光泽和平滑性、良好的柔韧性、高铝层牢度、美观环保,以及良好的印刷性能和机械加工性能,可广泛用于烟草、葡萄酒、瓶贴、茶叶、食品、化妆品、日用化学品、百货、礼品、工艺品等产品的精美包装,以及建筑装饰材料。
 
 根据其生产工艺,镀铝纸可分为两种:直接蒸发法和转移法:直接法是将纸直接放入真空镀铝机中进行镀铝的方法;转移方法是将涂有剥离剂和保护层的BOPP或聚酯薄膜镀铝,胶水和纸结合,然后剥离基膜,通过涂胶将铝层转移到纸板表面。与两种方法相比,直接电镀法适用于生产较低克重(50g/m2)的镀铝纸,转移法适用于生产较高克重(100g/ m2)的镀铝纸。镀铝纸生产工艺流程如下:
 
 
 
 4.非金属涂层
 
 20世纪90年代以来,微波加热技术的快速发展对微波食品包装和一类需要微波杀菌消毒的商品包装提出了新的要求。也就是说,包装材料不仅应具有优异的阻隔性能,还应具有耐高温和良好的微波透过性等特性。传统的包装材料很难完全具备这些特性。因此,近年来,日本、德国、英国、意大利、加拿大、美国等工业发达国家投入大量人力物力研发新型高阻隔包装材料——SiO x等金属氧化物涂层复合包装材料。这种材料不仅具有与铝塑复合材料相当的阻隔性能,还具有微波透过性好、耐高温、透明、受环境温湿度影响小等优点。尤其在商品香味保存方面,效果与玻璃瓶包装相同。长期储存或高温处理后,不会产生异味。因此,它也被称为透明涂层。它可广泛用于食品、药品、化妆品、医疗器械等包装安全卫生性能要求高、保质期长的一类商品包装;特别适合用作微波加热技术的一种商品包装材料。下表显示了国外非金属涂层包装材料(基材:聚酯)的阻隔性能
 

国家

蒸镀膜

阻隔性

   

透氧性(ml/m2.d)

透湿性(g/m2.d)

日本Toyoink

SiOx

2.0

3.0

意大利Ce. Te. V

SiOx

1~3

1~2

瑞士Plex Products

SiOx

3.0

2.0

德国Leybold

SiOx

1.5

/

加拿大

SiOx

1.0

0.2

IncAirco CoatingTechnolog

SiO2/ Al2O3

1~2.5

2.17

 
 非金属涂层可以使用硅、二氧化硅、二氧化硅或其他氧化物,或诸如Al2O3、氧化镁、Y 2O 3、二氧化钛、Gd 2O 3等共氧化物气相沉积。其中最常用的是二氧化硅和氧化铝。氧化物涂层有两种蒸发源:电阻蒸发源和电子束蒸发源。电阻蒸发源利用电阻加热原理加热蒸发原料,最高加热温度可达1700℃。电子束蒸发源使用加速电子与蒸发材料碰撞并蒸发它。蒸发源装有电子枪,用磁场或电场加速并集中电子束,使电子束集中在蒸发材料的局部位置,形成加热束斑,束斑温度可达3000-6000℃,能量密度可达20KW/cm2。
 
 当施加非金属涂层时,气相沉积原料较高的蒸发温度和蒸发会导致蒸发过程中气相沉积区域温度较高,大量辐射热会使基底吸收过多的热能并升高温度;与此同时,当蒸发的分子、离子和其它粒子在衬底表面冷凝形成薄膜时释放的热量导致衬底温度过高,并发生严重的热变形。热变形后,基材起皱,导致涂层不均匀或开裂,无法达到改善阻隔性能的效果。因此,软化点和熔点较低的塑料薄膜蒸发效果较差。实验表明,只有聚丙烯、聚酯、聚酰胺等材料更适合氧化物涂层加工。

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