Verfahren zur Herstellung von mit einer thermoplastischen Kunststoffschicht überzogenen
Aluminium gegenständen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit einer thermoplastischen Kunststoffschicht überzogenen Aluminiumgegenständen durch Verformen eines beschichteten Bleches. Es werden beispielsweise Behälter für die Nahrungsmittelindustrie, Dosen und sogenannte Hartfolienbehälter, durch Tiefziehen, Streckziehen oder eine ähnliche Verformung von mit einem thermoplastischen Kunststoff, wie Polyäthylen, beschichtetemAluminiumblech oder Aluminiumfolie hergestellt. Als Werkstoff werden Reinaluminium mit einer Reinheit von z. B.
98,75 O/o oder nicht aushärtbare Aluminiumlegierungen verwendet. Durch eine Wärmebehandlung aushärtbare Aluminiumlegierungen wurden bisher noch nicht eingesetzt, obwohl sie eine höhere Festigkeit aufweisen würden. Dies hat seinen Grund darin, dass sich diese Legierungen im ausgehärteten Zustand nur schwer verformen lassen und die Wärmebehandlung zwecks Erzielung der höchsten Festigkeit nach der Verformung zu Behältern oder Dosen nicht mehr möglich ist.
Erfindungsgemäss wird nun ein durch Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern gehärtetes Blech aus einer Aluminiumlegierung mit 2-8 O/o Zink und 0,3-5 O/o Magnesium vor der Verformung einer kurzzeitigen Wärmebehandlung von einigen Sekunden bis etwa 5 Minuten bei einer Temperatur von mindestens 1800 C bis zur beginnenden Zersetzung des Kunststoffes unterworfen und vor oder nach der Wärmebehandlung mit dem Kunststoff beschichtet.
Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, eine aushärtbare Aluminiumlegierung als Behältermaterial zu verwenden, die eine höhere Festigkeit als die bisher verwendeten Aluminiumwerkstoffe aufweist.
Die Dosen und Behälter werden dadurch stabiler oder es können dünnere Wandstärken zugelassen werden. Eine Aluminiumlegierung mit 2-8 O/o Zink und 0,3-5 0/0 Magnesium erreicht ihre höchste Festigkeit in bekannter Weise nach einem Lösungsglühen zwischen 350 und 5000 C während t/2-1 Stunde, Abschrecken in Wasser oder Luft und Auslagern bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur bis zu 1500 C. Lösungsglühen und Abschrecken können nun bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens am Ende der Blechherstellung vorgenommen werden (wobei unter Blech im folgenden auch dünne Bänder und Folien verstanden werden sollen, aus denen z. B. Hartfolienbehälter hergestellt werden).
Bei der nachfolgenden Lagerung vor der Weiterverarbeitung beginnt das Blech auszuhärten, wobei die Verformbarkeit immer schlechter wird. Es ist aber möglich, durch die kurzzeitige Wärmebehandlung die Verformbarkeit des nicht ausgehärteten Materials wieder zu erreichen; sie muss jedoch kurz vor der Verformung durchgeführt werden, da bei weiterer Lagerung das Material wieder aushärtet. Diese kurzzeitige Wärmebehandlung wird im folgenden Rückbildung genannt. Zwischen Lösungsglühung Abschreckung und Verformung wird das Blech auf bekannte Weise mit dem thermoplastischen Kunststoff beschichtet. Das Blech wird z. B. mit einer Lösung oder Dispersion des Kunststoffes überzogen, worauf das Lösungs- oder Dispersionsmittel verflüchtigt wird, oder es wird der Kunststoff als vorgefertigte Folie unter Erwärmung aufgepresst oder aus dem Schmelzfluss aufgetragen.
Die Beschichtung ohne Lösungs- oder Dispersionsmittel kann unmittelbar vor der Verformung nochmals wärmebehandelt werden.
Geeigneter ist jedoch ein Vorgehen, bei dem die Beschichtung nach irgend einem Verfahren und die Rückbildung getrennt voneinander durchgeführt wer den und das beschichtete Blech erst unmittelbar vor der Verformung zur Rückbildung erwärmt wird. Dies hat den Vorteil, dass das beschichtete Blech nochmals gelagert werden kann.
Bei der Rückbildung kann so hoch erhitzt werden, dass die Kunststoffschicht mindestens teilweise anschmilzt. Es hat sich gezeigt, dass dadurch eine bessere Haftung der Schicht auf dem Aluminium erzielt werden kann.
Die verwendete Aluminiumlegierung mit 2-8 O/o Zink und 0,3-5 O/o Magnesium kann noch weitere übliche Zusätze enthalten wie z. B. 0,1-0,60/0 Mangan, 0,05-0,20/0 Chrom und die üblichen Verunreiniungen an Silizium, Eisen und Kupfer.
Besonders geeignet ist eine Legierung mit 2-3 /o Zink, 0,3-10/0 Magnesium und eventuell den erwärmten Zusätzen und Verunreinigungen. Eine solche Legierung lässt sich noch besser verformen als eine höher legierte Legierung, was insbesondere bei der Herstellung von Dosen durch Tiefziehen wichtig ist.
Für die Beschichtung kommen insbesondere Poloylefine, wie Polyäthelen und Polyisobutylen, in Frage.
Die Rückbildungstemperatur muss mindestens 1800 C betragen, damit ein für die Verformung genügender Dehnungsgewinn erzielt wird. Die obere Temperaturgrenze ist einerseits durch die Zersetzungstemperatur des verwendeten Kunststoffes gegeben und soll anderseits etwa 280 C nicht überschreiten, damit anschliessend auch wieder eine Nachhärtung beim Kaltlagern eintritt. Sie ist auch von der Dauer der Rückbildungsbehandlung abhängig; je kürzer diese ist, umso höher darf geglüht werden, ohne aber in das Gebiet der Lösungsglühung zu gelangen. Die Rückbildungstemperatur bei einer Polyäthylenbeschichtung beträgt vorzugsweise etwa 2300 C. Die Dauer der Rückbildungsgiühung ist nur kurz, einige Sekunden bis etwa 5 Minuten, vorzugsweise l/2-l Minute.
Bei zu langer Dauer setzt die Warmaärtung ein, welche die Verformbarkeit verschlechtert, oder es wird das Nachhärtungsvermögen bei der nachfolgenden Kaltlagerung aufgehoben.
Beispiel
Eine Folie von 0,13 mm Dicke aus einer Alumi ninmiegierung mit 2,8 O/o Zink, 0,9 O/o Magnesium, 0,08 O/o Silizium und 0,2 O/o Eisen wurde während 2 Minuten bei 4500 C lösungsgeglüht und dann rasch an der Luft gekühlt.
Die Beschichtung erfolgte durch Aufsiegeln einer Polyäthylenfolie von 70 pm unter Druck und Wärme.
Da bei Kaltlagerung sofort die Aushärtung beginnt, konnten schon nach wenigen Tagen infolge gleichzeitiger Abnahme der Verformbarkeit keine Behälter mehr ohne Risse geformt werden. Die Streckgrenze betrug nach dem Lösungsglühen 4,4 kp/mm2 und nach vollständiger Kalthärtung nach 4 Wochen 10,9 kp/mm2.
Das beschichtete und ausgehärtete Material wurde zur Rückbildung während 30 Sekunden auf 2300 C erwärmt, wobei die Streckgrenze wieder auf 5,5 kp/mm2 zurückging. In diesem Zustand konnten innerhalb einiger Stunden nach der Rückbildung einwandfreie Behälter geformt werden. Während der Rückbildung schmolz die Polyäthylenbeschichtung ohne sich jedoch abzulösen. Vielmehr war die Haftung der Schicht nach dem Wiedererkalten besser als vorher.
Nach 14 Tagen Kaltlagerung des Behälters stieg die Streckgrenze auf 13,2kp/mm2. Zur Aushärtung durch Kaltlagerung kam noch die Härtung durch die Verformung hinzu. Reinaluminium hat nach der gleichen Verformung eine Streckgrenze von nur etwa 6,4 kp/mm2.
Beim Verformen der beschichteten Bleche wird die Kunststoffschicht Spannungen unterworfen, die zu feinen Rissen führen können, die z. B. bei einer Sterilisation der Behälter zum teilweisen Ablösen der Schicht führen. Es hat sich gezeigt, dass diese Defekte vermieden werden, wenn der Behälter nochmals einer Wärmebehandlung unter Anschmelzen der Kunststoffschicht unterworfen wird. Für Polyäthylen genügt hierzu z. B. eine einminütige Erwärmung auf 140 C.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung von mit Kunststoff ausge- kleideten Folienbehältern wie sie in der Nahrungsmittelindustrie immer mehr verwendet werden. Die Formgebung dieser Behälter kann auf einfache Weise in kontinuierlicher Arbeitsfolge durchgeführt werden, in dem die beschichtete Folie von einer Folienbandrolle abgewickelt, vor den Formraum einer Hohl- form gelegt und durch Druckluft in diesen hineingepresst wird. Die Behälter werden vorzugweise vom Lebensmittelfabrikanten direkt vor dem Abfüllen und Verschliessen hergestellt.
Hierzu wird bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens die beschichtete Folie vom Folienwalzwerk geliefert und dann bei der Lebensmittelabfüllung vor der Formung der Behälter im Durchlaufverfahren zur Rückbildung erwärmt. Durch Aushärtung während der normalen Lagerung werden dann feste, formstabile Packungen erhalten, die auch einer Sterilisation unterworfen werden können.
Process for the production of coated with a thermoplastic plastic layer
Aluminum objects
The invention relates to a method for producing aluminum objects coated with a thermoplastic plastic layer by deforming a coated sheet metal. For example, containers for the food industry, cans and so-called rigid film containers are produced by deep-drawing, stretch-drawing or similar deformation of aluminum sheet or aluminum foil coated with a thermoplastic such as polyethylene. As a material, pure aluminum with a purity of z. B.
98.75 o / o or non-hardenable aluminum alloys are used. Aluminum alloys that can be hardened by a heat treatment have not yet been used, although they would have a higher strength. The reason for this is that these alloys can only be deformed with difficulty in the hardened state and heat treatment for the purpose of achieving maximum strength is no longer possible after deformation into containers or cans.
According to the invention, a sheet made of an aluminum alloy with 2-8 O / o zinc and 0.3-5 O / o magnesium, hardened by solution annealing, quenching and aging, is subjected to a brief heat treatment of a few seconds to about 5 minutes at a temperature of subjected to at least 1800 C until the plastic begins to decompose and coated with the plastic before or after the heat treatment.
With the help of this process, it is possible to use a hardenable aluminum alloy as the container material, which has a higher strength than the aluminum materials previously used.
This makes the cans and containers more stable, or thinner walls can be permitted. An aluminum alloy with 2-8% zinc and 0.3-5% magnesium achieves its highest strength in a known manner after a solution heat treatment between 350 and 5000 C for t / 2-1 hour, quenching in water or air and aging at room temperature or at an elevated temperature of up to 1500 C. Solution annealing and quenching can now be carried out at the end of sheet production when using the process according to the invention (sheet metal in the following also refers to thin strips and foils from which e.g. rigid foil containers are made ).
During the subsequent storage before further processing, the sheet begins to harden, with the deformability becoming increasingly poor. However, it is possible to achieve the deformability of the uncured material again through the brief heat treatment; however, it must be carried out shortly before the deformation, since the material hardens again with further storage. This brief heat treatment is referred to below as regression. Between solution heat treatment, quenching and deformation, the sheet metal is coated in a known manner with the thermoplastic material. The sheet is z. B. coated with a solution or dispersion of the plastic, whereupon the solvent or dispersant is volatilized, or the plastic is pressed as a prefabricated film with heating or applied from the melt flow.
The coating without solvents or dispersants can be heat-treated again immediately before shaping.
A more suitable procedure, however, is a procedure in which the coating by any method and the regression are carried out separately from one another and the coated sheet is only heated to reformation immediately before the deformation. This has the advantage that the coated sheet can be stored again.
During the regression, the heating can be so high that the plastic layer at least partially melts. It has been shown that better adhesion of the layer to the aluminum can be achieved in this way.
The aluminum alloy used with 2-8 O / o zinc and 0.3-5 O / o magnesium can also contain other conventional additives such. B. 0.1-0.60 / 0 manganese, 0.05-0.20 / 0 chromium and the usual impurities of silicon, iron and copper.
An alloy with 2-3 / o zinc, 0.3-10 / 0 magnesium and possibly the heated additives and impurities is particularly suitable. Such an alloy can be deformed even better than a higher alloyed alloy, which is particularly important in the manufacture of cans by deep drawing.
Poloylefins, such as polyethers and polyisobutylene, are particularly suitable for the coating.
The regression temperature must be at least 1800 C in order to achieve a sufficient gain in expansion for deformation. The upper temperature limit is given, on the one hand, by the decomposition temperature of the plastic used and, on the other hand, should not exceed around 280 ° C., so that subsequent hardening occurs again during cold storage. It also depends on the duration of the regression treatment; the shorter this is, the higher the annealing can be carried out without getting into the area of solution annealing. The recovery temperature for a polyethylene coating is preferably about 2300 C. The recovery time is only short, a few seconds to about 5 minutes, preferably 1/2 to 1 minute.
If the duration is too long, hot hardening begins, which worsens the deformability, or the post-hardening capacity is canceled out during the subsequent cold storage.
example
A foil 0.13 mm thick made of an aluminum alloy with 2.8 O / o zinc, 0.9 O / o magnesium, 0.08 O / o silicon and 0.2 O / o iron was at 4500 for 2 minutes C solution annealed and then rapidly air-cooled.
The coating was carried out by sealing on a polyethylene film of 70 μm under pressure and heat.
Since hardening begins immediately after cold storage, no more containers could be formed without cracks after just a few days due to a simultaneous decrease in deformability. The yield strength after solution annealing was 4.4 kp / mm2 and after complete cold hardening after 4 weeks 10.9 kp / mm2.
The coated and cured material was heated to 2300 ° C. for 30 seconds to regress, the yield point falling back to 5.5 kp / mm 2. In this state, perfect containers could be formed within a few hours after the regression. During the regression, the polyethylene coating melted without peeling off. On the contrary, the adhesion of the layer was better after cooling down than before.
After 14 days of cold storage of the container, the yield strength rose to 13.2 kp / mm2. In addition to hardening by cold storage, hardening by deformation was added. After the same deformation, pure aluminum has a yield strength of only about 6.4 kp / mm2.
When the coated metal sheets are deformed, the plastic layer is subjected to stresses which can lead to fine cracks which, for B. lead to partial detachment of the layer during sterilization of the container. It has been shown that these defects are avoided if the container is again subjected to a heat treatment with the plastic layer melting on. For polyethylene z. B. a minute warming to 140 C.
The method according to the invention is particularly suitable for the production of plastic-lined film containers as they are used more and more in the food industry. The shaping of these containers can be carried out in a simple manner in a continuous work sequence in which the coated film is unwound from a roll of film tape, placed in front of the mold space of a hollow mold and pressed into it by compressed air. The containers are preferably manufactured by the food manufacturer directly before filling and sealing.
For this purpose, when the method according to the invention is used, the coated film is supplied from the film rolling mill and then heated in the continuous process during food filling before the container is formed in order to restore it. By curing during normal storage, solid, dimensionally stable packs are then obtained, which can also be subjected to sterilization.