KR0146355B1 - 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조방법 - Google Patents

피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조방법

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KR0146355B1
KR0146355B1 KR1019900008651A KR900008651A KR0146355B1 KR 0146355 B1 KR0146355 B1 KR 0146355B1 KR 1019900008651 A KR1019900008651 A KR 1019900008651A KR 900008651 A KR900008651 A KR 900008651A KR 0146355 B1 KR0146355 B1 KR 0146355B1
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가쯔히로 이마주
마사노리 아이자와
테쯔오 미야자와
노부유끼 사토
세이시찌 고바야시
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다까사끼 요시로오
도오요오 세이깡 가부시기가이샤
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/16—Making hollow objects characterised by the use of the objects
    • B21D51/26—Making hollow objects characterised by the use of the objects cans or tins; Closing same in a permanent manner

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Abstract

본 발명은 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 피막의 접착성, 내부식성, 내열성 및 내덴팅성이 우수한 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 주목적은 열가소성 수지로 피복된 금속판을 드로잉 또는 디이프 드로잉 가공하여, 수지 피막이 접착성이 향상되고, 내부식성, 내열성 및 캔의 덴팅 저항성이 향상된 피복된 디이프 드로잉 가공 캔을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이며, 또 다른 목적은 수지 피막이 원래 갖고 있는 필름 특성을 손상시키는 일이 없이 금속판에 대한 수지 피막의 접착성이 향상되고, 그 수지 피막의 내열성이 향상된 피복된 디이프드로잉 가공 캔의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 금속판을 열가소성 수지로 피복하고, 이 피복된 금속판을 드로잉 및 디이프 드로잉 가공하여, 피복된 디이프 드로잉 가공 캔을 형성한 다음 성형시킨 피복된 디이프 드로잉 가공 컵을 열가소성 수지 피막의 유리 전이점보다 높은 온도에서, 그러나 열가소성 수지 피막의 융점 이하의 온도에서 열처리하는 것을 현저한 특징으로 한다.
또한, 상기 온도에서 수행되는 열처리에 의해, 드로잉 및 재드로잉에 의해 연신되고 분자 배향되는 수지층은 금속 컵에 고정되고, 변형이 억제된 상태에서 열경화된다. 즉, 이러한 열처리에 의해, 내부 응력이 제거되고, 결정화도가 증가되며, 수지층의 분자 배향을 완화시키는 일이 없이 접착 부위의 활성화가 일어남으로써 피복된 디이프 드로잉 가공 캔에 대한 덴팅시험을 수행한다 하더라도, 수지 피막에 균열이 발생하지 않는다. 더욱이, 피복된 디이프 드로잉 가공캔은 표면 광택, 즉 광택이 우수하다는 이점이 있다.

Description

피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법
제1a도 및 제1b도는 실시예 1과 비교예 1에 있어서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 주석 무함유 강판의 이축 드로잉 가공 필름의 적층 소재를 디이프 드로잉하여 형성한 캔과 관련하여, 열처리 하지 않은 상태(제1a도) 및 1분간 220℃에서 열처리 후(제1b도)에 측정한, 높이 방향의 각 위치에서서 접착 강도를 나타내는 그래프.
제2도는 본 발명에 따른 디이프 드로잉 가공 캔의 예를 도시하는 측단면도.
제3도는 제2도에 도시된 캔의 측벽의 단면 구조를 도시하는 확대 단면도.
제4도는 디이프 드로잉 공정을 예시하는 순서도.
제5도는 열처리 공정을 예시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 캔 2 : 바닥부
3 : 측벽 4 : 목부
5 : 플랜지 6 : 기질
7a : 접착층 8a : 외면층
8b : 내면층
본 발명은 피복된 디이프 드로잉 가공(deep-drawn) 캔의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 피막의 접착성, 내부식성, 내열성 및 내덴팅성(denting resistance)이 우수한 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법에 관한 것이다.
측면 이음매가 없는 캔의 제조 방법으로서는, 알루미늄판, 주석 도금판 또는 주석 무함유 강판과 같은 금속 소재(metal blank)를 드로잉 다이와 펀치 사이에서 적어도 일단계 이상의 드로잉 가공하여, 측면 이음매가 없는 원통부(barrel)와 이 원통부에 이음매 없이 일체로 접속된 바닥부(bottom)로 이루어진 컵을 형성하고, 이어서 소망에 따라 상기 컵의 원통부를 아이로닝 펀치(ironing punch)와 아이로닝 다이(ironing die) 사이에서 아이로닝 가공하여 상기 원통부의 두께를 얇게 하는 캔의 제조 방법이 알려져 있다. 폴리프로필렌 또는 열가소성 폴리에스테르와 같은 열가소성 수지 필름을 적층시켜 소재를 측면 이음매가 없는 캔의 제조시 사용하는 것도 역시 알려져 있다. 일본 특허 공보 59-35344 및 일본 특허 공보 61-22626호에는, 드로잉 또는 디이프-드로잉(재드로잉) 공정에서 피복 수지층에 발생된 내부 응력을 완화시키기 위하여, 성형 후의 용기를 수지의 용점 근처의 온도에서 가열한 다음 냉각하는 방법이 개시되어 있다.
이러한 종래의 기술에 따르면, 적층 소재의 드로잉 또는 디이프-드로잉 가공시에 수지 필름층에 가해진 분자 배향이 완화되고, 수지는 비정질(非晶質)이 되며, 이에 의하여 금속 기질에 대한 수지의 접착성이 향상된다. 그러나, 이러한 방법에 의하여 얻은 캔 본체는 내부식성 또는 내열성이 여전히 불충분하다는 결점이 있다.
열가소성 수지 필름에 있어서, 부식 성분에 대한 배리어(barrier) 특성은 수지의 분자 배향의 정도나 결정화 정도가 크면 클수록 더 크고, 또한 강도 및 충격 저항성과 같은 기계적 특성 역시 수지의 분자 배향 정도가 클수록 크다는 것이 알려져 있다. 따라서, 전술한 종래의 기술에서 제안되어 있는 바와 같이, 분자 배향이 완화되고, 수지가 비정질이 되면, 분자 재향 수지의 이러한 특성이 손상되게 된다.
또한, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 결정질의 열가소성 수지의 경우에 있어서, 열결정화(heat crystallization)에 의한 영향이 생기게 된다. 예컨대, 전술한 바와 같은 수지 피막에 있어서, 캔의 살균 온도에서 열결정화[구정화(球晶化)]가 발생되고, 파막로서의 특징이 현저히 저하된다.
따라서, 본 발명의 주목적은 열가소성 수지로 피복된 금속판을 드로잉 또는 디이프 드로잉 가공하여, 수지 피막의 접착성이 향상되고, 내부식성, 내열성 및 캔의 덴팅 저항성이 향상된 피복된 디이프 드로잉 가공 캔을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수지 피막이 원래 갖고 이러는 필름 특성을 손상시키는 일이 없이 금속판에 대한 수지 피막의 접착성이 향상되고, 그 수지 피막의 내열성이 향상된 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
더욱 상세히 말하자면, 본 발명에 의하면, 배향 가능한 열가소성 수지로 금속판을 ㅍ복하고, 이 피복된 금속판을 드로잉 및 디이프 드로잉 가공하는 공정을 포함하는 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법에 있어서, 상기 피복된 디이프 드로잉 가공 컵을 열가소성 수지 피막의 유리 전이점 이상의 온도에서, 그러나 열가소성 수지 피막의 융점 이하의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 있어서, 피복된 디이프 드로잉 가공 컵의 열처리는, 열가소성 수지 피막의 디이프 드로잉 가공에 의해 형성된 개방단(開放端)의 변형이 억제되는 상태에서 수행하는 것이 바람직하고, 또 열가소성 수지 피막은 주성분으로서 에틸렌 테레프탈레이트 단위로 이루어진 이축(二軸) 분자 배향 필름인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른, 금속판을 열가소성 수지로 피복하고, 이 피복된 금속판을 드로잉 및 디이프 드로잉 가공하여, 피복된 디이프 드로잉 가공 캔을 형성한다. 그리고, 본 발명은 성형시킨 피복된 디이프 드로잉 가공 컵을 열가소성 수지 피막의 유리 전이점보다 높은 온도에서, 그러나 열가소성 수지 피막의 융점 이하의 온도에서 열처리하는 것을 현저한 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 온도에서 수행되는 열처리에 의해, 드로잉 및 재드로잉(redrawing)에 의해 연신되고 분자 배향되는 수지층은 금속 컵에 고정되고, 변형이 역제된 상태에서 열경화된다. 즉, 이러한 열처리에 의해, 내부 응력이 제거되고, 결정화도가 증가되며, 수지층의 분자 배향을 완화시키는 일이 없이 접착 부위의 활성화가 일어난다.
첨부 도면의 제1a도 및 제1b도에는, 열처리를 하지 않은 상태에서(제1a도), 그리고 1분 동안 220℃에서 열처리한 후에(제1b도), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 이축 연산된 필름으로 적층된 주석 무함유 강판(TFS)을 디이프 드로잉 가공함으로써 후술하는 실시예 1 및 비교예 1에서 성형된 캔들의 각 높이 위치에서의 접착 강도(kg/5mm)를 측정한 결과를 나타내었다. 이러한 결과로부터, 드로잉 또는 디이프 드로잉 성형이 수행되면, 캔 원통부의 상부에서의 접착 강도는 0.05kg/5mm보다 낮은 수준으로 현저히 감소하는데 반하여, 본 발명의 열처리가 수행되면, 접착 강도는 열처리되지 않은 상태에서의 수준보다 2배 이상의 높은 수준으로 증가된다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 접착 강도는 수지의 융점보다 헌저히 낮은 온도에서 수행된 열처리에 의해 크게 향상된다. 이러한 향상은 아마도 열경화에 의한 내부 응력의 완화 및 가열에 의한 접합 부위의 활성화에 기인하는 것이기 때문일 것이다.
또한, 분자 배향을 완화시키는 일이 없이 배향 결정화도가 향상되기 때문에, 수지층의 배리어 특성이 향상되고, 피복된 디이프 드로잉 가공 캔에 있어서, 내부식성이 현저히 향상되며, 내열성도 향상된다. 예컨대, 구정화는 가열하에서조차 일어나지 않는다. 또한, 피복된 디이프 드로잉 가공 캔에 대한 덴팅 시험을 수행한다 하더라도, 수지 피막에 균열이 발생하지 않는다. 더욱이, 피복된 디이프 드로잉 가공 캔은 표면 광택, 즉 광택이 우수하다는 이점이 있다.
본 발명에 있어서, 피복된 디이프 드로잉 가공 컵의 열처리가 열가소성 수지피막의 디이프 드로잉 가공에 의해 형성된 개방단의 변형이 억제되는 상태에서 수행되는 경우, 상기 기능들은 더욱 효과적으로 나타난다.
즉, 내부 응력에 의해 야기되는 수지 피막의 열수축이 억제되는 상태에서 열처리를 수행할 필요가 있다.
열처리는 디이프 드로잉 가공에 의해 형성되는 소재 홀더판 부분이 컵과 일체가 되도록 수행하는 것이 특히 바람직한데, 왜냐하면 결합력이 현저하게 증가되기 때문이다. 결합력이 증가하는 이유는 완전히 밝혀지지는 않았지만, 디이프 드로잉 가공에 의해 성형된 소재 홀더판 부분에서의 디이프 드로잉 정도가 낮아 금속판과 피복 수지층 사이의 결합력의 감소가 낮고, 열경화시 수지층의 변형 억제가 효과적으로 달성되며, 소재 홀더판 부분과 원통부 사이의 코너 부분이 수지층의 변형 억제 및 고정시 효과적인 기능을 발휘하기 때문이라고 해석된다.
수지로 피복된 금속판의 드로잉 및 디이프 드로잉시에 피복 수지층에 생기는 분자 배향은 캔의 높이 방향으로 단일축 분자 배향이다. 따라서, 원통부가 열처리 되면, 이러한 분자 배향은 열에 의해 고정된다. 따라서, 배향되지 않은 필름 또는 단일축 이축 배향 필름을 피복 수지층으로서 사용할 수 있다. 그러나, 이축 배향 필름, 특히 주성분으로서 에틸렌 테레프탈레이트 단위로 구성되는 폴리에스테르의 이축 배향 필름이 사용되는 경우, 다른 필름에 의해서는 얻을 수 없는 몇 가지 이점이 생길 수 있다. 먼저, 캔의 원통부에서 열경화에 의한 배향 결정정화도가 증가된다. 둘째, 드로잉되지 않은 상태에 있는 캔 바닥부의 수지층에서의 열경정화(구정화)가 방지될 수 있다.
본 발명에 따라 성형된 디이프 드로잉 가공 캔의 실시예를 도시하는 제2도를 참조하면, 상기 디이프 드로잉 가공 캔(1)은 유기 수지로 피복된 금속판을 디이프 드로잉(드로잉-재드로잉)시킴으로써 성형되고, 이 디이프 드로잉 가공 캔(1)은 바닥부(2)와 측벽(3)을 포함하며, 필요에 따라 목부(4)를 통해 플랜지(5)가 측벽 (3)의 상단부에 형성된다. 이러한 캔(1)에 있어서, 측벽(3)의 두께는 일반적으로 바닥부(2)의 두께에 비하여 굽힘 연신 또는 경 아이로닝(light ironing)에 의해 감소된다.
측벽(3)의 단면 구조의 일예로 도시하는 제3도를 참조하면, 측벽(3)은 금속 기질(6)과, 접착 프라이머 또는 접착층(7a)을 통해 금속 기질(6)의 외면에 형성된 배향과 가능한 열가소성 수지의 외면층(8a)과, 그리고 접착 프라이머 또는 접착층(7b)을 통해 금속 기질(6)의 내면에 형성된 배향 가능한 열가소성 수지의 내면층(8b)을 포함한다. 이러한 열가소성 수지층(8a,8b)은 분자 배향되고 열경화되어 금속 기질(6)에 단단하게 결합된다. 바닥부의 단면 구조는 바닥부(2)의 전체 두께가 원통부의 전체 두께보다 약간 더 크고, 수지층(8a,8b)의 배향도가 원통부에서의 배향도보다 약간 낮다는 것을 제외하고는 원통부의 단면 구조와 동일하다.
본 발명에 있어서, 여러 종류의 표면 처리 강판 및 알루미늄과 같은 경금속판을 금속판으로 사용할 수 있다.
냉간 압연 강판을 소둔 처리하고, 이 소둔 처리한 강판을 2차 냉간 압연하고, 이 냉간 압연 강판을 아연 도금법, 주석 도금법, 니켈 도금법, 전해 크롬염 처리법 및 크롬산염 처리법 중에서 선택한 1종 이상의 표면 처리법에 의하여 제조한 표면 처리 강판을 표면 처리 강판으로서 사용할 수 있다. 표면 처리 강판의 바람직한 예는 전해 크롬산염 처리 강판인데, 10∼200mg/㎡의 금속 크롬층과 1∼50mg/㎡(금속 크롬)의 크롬 산화물층을 포함하는 전해 크롬산염 처리 강판을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 크모산염 처리 강판은 피막의 접착성 및 내부식성과의 조합상 특히 우수하다. 표면 처리 강판의 다른 예로는 주석 도금량이 0.5∼11.2g/㎡인 경질(硬質) 주석 도금판이 있다. 금속 크롬으로서 계산하여 크롬의 양이 1∼30mg/㎡이 되도록 주석 도금판을 크롬산염 처리하거나 또는 크롬산염/인산염 처리하는 것이 바람직하다.
표면 처리 강판의 다른 예로는 알루미늄을 도금하거나 또는 알루미늄을 프레스 용접하여 형성한 알루미늄 피복 강판이 있다.
경금속판으로서는 이른바 순수 알루미늄뿐만 아니라 알루미늄 합금판을 사용할 수도 있다. 내부식성 및 성형성이 우수한 알루미늄 합금판은 Mn 0.2∼1.5 wt%, Mg 0.8∼5 wt%, Zn 0.25∼0.3 wt%, Cu 0.15∼0.25 wt%, 잔부 Al인 조성으로 된 합금판이다. 금속 크롬으로서 계산하여 크롬의 양이 20∼300mg/㎡이 되도록 경금속판을 크롬산염 처리 또는 크롬산염/인삼염 처리하는 것이 바람직하다.
소재의 두께, 즉 금속판 바닥부의 두께 (tB)는 금속의 종류 및 캔의 사용 목적에 따라 다르지만, 일반적으로 소재의 두께는 0.10∼0.50mm인 것이 바람직하다. 소재의 두께는 표면 처리 강판의 경우에 0.10∼0.30mm, 경금속판의 경우에 0.15∼0.40mm인 것이 특히 바람직하다.
금속판을 피복하려면 분자 배향이 가능하고 결정질의 열가소성 수지가 사용된다. 예컨대, 상기 요건을 만족시키는 한, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/아크릴 에스테르 공중 합체 및 이오노머(ionomer)와 같은 올레핀 수지 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부티렌 테레프탈레이트, 에틸렌 테레프탈레이트/이소프탈레이트 공중합체, 에틸렌 테레프탈레이트/아디페이트 공중합체, 에틸렌 테레프탈레이트/세바케이트 공중합체 및 부틸렌 테레프탈레이트/이소프탈레이트 공중합체와 같은 폴리에스테르 필름, 나일론 6, 나일론 6.6, 나일론 11 및 나일론 12와 같은 폴리아미드 필름, 폴리비닐 클로라이드 필름, 그리고 폴리비닐리덴 클로라이드 필름이 사용될 수 있다. 이들 필름은 드로잉시키지 않을 수도 있으며 또는 이축 드로잉시킬 수도 있다. 통상, 필름의 두께는 3∼50㎛, 특히 5∼48㎛인 것이 바람직하다.
전술한 모든 수지 필름이 본 발명에 사용될 수 있지만, 주성분으로서 에틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되는 폴리에스테르의 이축 분자 배향 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
수지의 배향 결정화도는 밀도법에 의해 결정되고, 다음의 식에 의한 밀도 구배관(density gradient tube)에 의해 측정되는 밀도에 준하여 계산된다.
Figure kpo00002
여기서, ρ는 수지 시료의 밀도, ρc는 완전 결정질의 수지 제품의 밀도, ρa는 완전 비정질의 수지 제품의 밀도를 나타낸다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트의 경우에, ρc는 완전 1.455 g/cc이고, ρa는 1.355 g/cc이다. 본 밥명에서 사용되는 주성분으로서 에틸렌 테레프탈레이트 단위로 구성되는 폴리에스테르의 이축 드로잉 필름은 Xv의 값이 5∼65%, 특히 10∼60%가 되도록 분자 배향되는 것이 바람직하다. 이러한 필름은 질기며, 적층 공정에 있어서의 작업성이 뛰어나다.
금속판에 대한 필름의 적층은 열용착 접합법, 드라이 적층법 및 압출 피복법에 의해 수행된다. 필름과 금속판 사이의 접착성(열용착 접합성)이 나쁠 경우, 우레탄 접착제, 에폭시 접착제, 산으로 변형시킨 올레핀 수지 접착제, 코폴리아미드 접착제 또는 코폴리에스테르 접착제 또는 이하에서 설명하는 접착 프라이머를 그 사이에 개재시킬 수 있다. 금속판에 대한 접착성 및 내부식성이 뛰어나며, 수지 필름에 대한 접착성이 우수한 페인트가 접착 프라이머로서 사용된다. 접착 프라이머로서는 에폭시 수지와, 페놀 수지, 아미노 수지, 아크릴 수지 또는 비닐 수지와 같은 에폭시 수지용 경화제 수지를 함유하는 페인트가 사용될 수 있는데, 특히 에폭시/페놀 페인트, 비닐 클로라이드 수지 또는 비닐 클로라이드 공중합체 수지 및 에폭시 수지 페인트로 구성되는 오르가노졸 페인트가 사용될 수 있다.
접착 프라이머 또는 접착층의 두께는 0.1∼5㎛인 것이 바람직하지만, 열가소성 수지의 분자 배향이 방해되지 않도록 두께를 적절히 선택한다.
적층 공정에서, 금속판 및 필름 중의 한쪽 또는 양쪽에 접착 프라이머 또는 접착층을 형성시키고, 필요에 따라 그 접착층을 건조 또는 부분적으로 경화시킨 다음, 상기 금속판 및 필름을 가열하에서 프레스하여 일체화시킨다. 적층하는 동안 필름에서 이축 분자 배향이 다소 완화되는 일이 가끔 발생하지만, 이러한 완화 현상은 드로잉/재드로잉 공정에 영향을 끼치지 않으며, 때로는 이러한 완화에 의해 성형 작업성이 향상된다.
무기 충전재(안료)를 외면 필름에 혼가함으로써 금속판을 은폐하여 드로잉/재드로잉 공정에서 소재 홀더의 힘이 금속판으로 전달되는 것이 쉬워진다.
무기 충전재로서는 금홍석 형태의 티타늄 산화 티탄, 아나타제형의 산화 티탄, 아연화 및 광택 화이트(gloss white)와 같은 무기 백색 안료, 중정석, 침강성 황산 중정석, 탄산칼슘, 석고, 침상성 실리카, 에어로질, 활석, 소성 클레이, 비소성 클레이, 탄산바륨, 알루미나 화이트, 합성 운모, 천연 운모, 합성 규산칼슘 및 탄산 마그네슘과 같은 백색 체질 안료. 카본 블랙 및 마그네타이트와 같은 흑색 안료, 적산화철과 같은 적색 안료, 시에나와 같은 홍색 안료, 군청, 코발트 청색과 같은 청색 안료 등이 있다. 무기 충전재는 수지에 따라 10∼500wt%, 특히 10∼300wt%의 양으로 함유시킬 수 있다.
제4도에 도시한 바와 같이, 드로잉/디이프 드로잉 공정은 피복된 금속판(10)을 디스크(원판)로 펀칭하는 공정과, 예비 드로잉 가공 공정에서 직경이 큰 예비 드로잉 가공 펀치와 다이를 사용하여 상기 디스크를 바닥부(11)와 측벽(12)으로 이루어진 예비 드로잉 가공 컵(13)으로 성형하는 공정과, 상기 컵에 삽입된 환형의 유지 부재와 재드로잉 다이(도시하지 않음)에 의해 상기 예비 드로잉 가공 컵(13)을 유지하는 공정과, 상기 유지 부재 및 재드로잉 다이와 동축으로 유지 부재 내외로 출입할 수 있는 재드로잉 다이와 재드로잉 펀치를 서로 맞물리도록 상대 이동시켜 상기 예비 드로잉 가공 컵(13)을 직경이 작은 디이프 드로잉 가공 컵(16)으로 성형하는 공정과, 유사한 방식으로 상기 컵(16)을 직경이 더욱 감소된 컵(19)으로 성형하는 공정을 포함한다.
그런데, 도면 부호 14와 17은 각각 컵(16,19)의 바닥부를 나타내고, 도면부호 15와 18은 컵(16,19)의 측벽을 나타낸다. 이 재드로잉 공정에서, 피복된 금속판은 재드로잉 다이의 작용 코너부에서 굽힘 연신하여 두께를 감소시키거나, 또는 피복된 금속판은 재드로잉 펀치와 재드로잉 다이 사이에서 가볍게 아이로닝하여 두께를 감소시키는 것이 바람직하다.
일반적으로, 제4도에 나타낸 바와 같이 컵의 측벽돌 두께 사이에는 tw'''≤tw''≤tw≤tB의 관계가 성립된다(tw' : 예비 드로잉 가공 공정에서의 컵의 측벽 두께, tw'' : 1차 드로잉 가공 공정에서의 컵의 측벽 두께, tw''' : n차 드로잉 가공 공정에서의 컵의 측벽 두께).
다음의 식, 즉
Figure kpo00003
에 의해 정의되는 드로잉비는 1.2 내지 2.0, 특히 1.3 내지 1.9인 것이 바람직하다.
또한, 다음의 식, 즉
Figure kpo00004
에 의해 정의되는 재드로잉비는 1.1 내지 1.6 특히 1.15 내지 1.5인 것이 바람직하다.
더욱이, 성형된 컵의 측벽 두께가 소재으 두께(바닥부의 두께)의 5∼45%, 특히 약 5% ∼ 약 40%가 되도록 두께를 감소시키는 것이 바람직하다. 드로잉/재드로잉 성형시에 수지층에 분자 배향을 생기게 하는 조건을 사용하는 것이 바람직한데, 이러한 목적을 위해서는, 수지의 드로잉 온도, 예컨대 PET인 경우 40∼200℃의 온도에서 성형을 수행하는 것이 바람직하다.
드로잉/재드로잉 성형을 위해서는, 액체 파라핀, 합성 파라핀, 식용유, 수소 첨가 식용유, 팜유, 천연 왁스 또는 폴리에틸렌 왁스와 같은 윤활제를 피복된 금속판 또는 컵에 도포하는 것이 바람직하다. 윤활제의 도포량은 사용되는 윤활제의 종류에 따라 다르지만, 통상 0.1∼10mg/d㎡, 특히 0.2∼5mg/d㎡의 범위로 도포하는 것이 바람직하다. 통상, 용융 상태의 윤활제를 피복된 금속판 또는 컵의 표면에 스프레이 도포한다.
본 발명에 있어서, 피복된 디이프 드로잉 가공 컵의 열처리는 컵의 열가소성 수지 피막의 개방단의 변형이 억제되는 조건에서 수행된다. 열가소성 수지의 개방단의 변형을 억제하기 위해서는, 개방단의 형태에 따라 여러 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, (1) 소재 홀더판 부분(20)이 없는 직선형의 피복된 디이프 드로잉 가공 컵의 개방단을 한 쌍의 주형(제5도)에 의해 내측 및 외측에서 유지하는 방법과, (2) 드로잉/재드로잉 가공에 의해 성형되는 컵과 일체로 형성된 소재 홀더판부분(20)을 변형 억제부(제4도)로서 이용하는 방법이 있다.
상기 방법(2)에 있어서, 안정적인 열처리 효과를 얻기 위해서는 피복된 드로잉 가공 컵의 소재 홀더판 부분의 평균 길이가 0.5mm 이상이 되도록 소재 홀더판 부분을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 얻은 디이프 드로잉 가공 캔을 바로 열처리하거나 또는 수세(水洗) 또는 건조와 같은 후처리를 한 후에 열처리한다. 열처리는 수지의 유리 전이점(Tg)보다 높지만 수지의 융점(Tm)보다는 낮은 온도에서 수행한다. PET 필름 피막인 경우에, 열처리는 70∼240℃, 특히 150∼230℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 열처리에 의한 수지의 배향 결정화는 고온에서는 비교적 짧은 시간을 요하고, 또는 저온에서는 긴 시간을 요한다. 본 발명에 있어서, 상기 공식(1)에 의해 나타낸 밀도법에 의한 결정화도가 15∼70%, 특히 20∼65%가 되도록 열처리를 수행한다면 만족스러운 결과를 얻을 수 있다.
열처리는 적외선 가열로, 열풍 순환로, 화염 가열법 또는 고주파 유도 가열법과 같은 임의의 가열 수단에 의해 이루어진다. 열처리한 피복된 디이프 드로잉 가공 캔을 필요에 따라 트리밍, 프린팅, 1단 또는 복수단의 네킹 가공, 플랜지 가공, 비드 가공 또는 다른 후처리 가공에 의해 2부분(two-piece) 캔용 캔 원통부로 형성된다.
물론, 본 발명에 있어서, 억제부 또는 소재 홀더판 부분이 사용되는 경우에, 열처리는 프린팅 단계에서 외면을 베이킹함으로써 달성된다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라서 수지 피복 금속판을 드로잉 및 디이프 드로잉하고, 이때 성형된 컵을 열처리함으로써 수지 피막의 접착 강도는 열처리하지 않은 컵의 수지 피막의 접착 강도에 비하여 현저하게 증가될 수 있고, 분자 배향이 완화되는 일이 없이 배향 결정화도가 향상될 수 있으며, 부식 성분에 대한 수지층의 배리어 특성이 향상될 수 있다. 따라서, 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 내부식성이 현저하게 향상된다. 또한, 내열성이 향상되고, 예컨대 가열하는 동안에도 구정화는 일어나지 않는다. 더욱이, 성형된 캔을 덴팅시험하여도 수지 피막에 균열이 발생하지 않는다. 또한, 성형된 캔은 표면 광택이 우수하다는 이점이 있다.
이하 본 발명을 각 실시예에 따라 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
두께가 20㎛이고, 유리 전이 온도가 70℃이며, 융점이 255℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 소재 두께가 0.10 mm, 템퍼링도(DR)가 9인 주석 무함유강(TFS)의 양면에 가열 접합하여 피복된 금속판을 형성하였다. 상기 피복된 금속판의 표면에 윤활제를 도포하고, 그 금속판을 후술하는 조건하에서 드로잉, 재드로잉 및 도밍(doming) 가공처리하였다. 디이프 드로잉 가공 캔을 세척하고, 후술하는 조건하에서 열처리하였다. 이어서, 통상의 공정에 따라 캔을 탈지 처리 및 세척 하여, 트리밍, 프린팅(2분동안 205℃에서 베이킹), 네킹 및 플랜지 가공하여 2부분 캔용 원통부를 형성하였다. 이렇게 하여 얻은 원통부에 대하여 표 1에 나타낸 성질들을 평가하였다. 그 결과, 수지 피막의 필름 특성이 향상되었고, 내열성 및 내부식성이 우수한 디이프 드로잉 가공 캔을 얻게 되었다.
Figure kpo00005
Figure kpo00006
[실시예 2]
3차 재드로잉을 충분히 수행하여 소재 홀더판 부분이 없는 최종 드로잉 가공 캔을 성형하고, 그 디이프 드로잉 가공 캔을 도밍 가공하여 세척한 후 제5도에 도시한 억제 도구를 사용하여 열처리하는 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 방식으로 디이프 드로잉 가공 캔을 제조하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. 필름의 성질이 향상되었고, 내열성 및 내부식성이 우수한 디이프 드로잉 가공 캔을 얻을 수 있었다.
[비교예 1]
재드로잉에 의해 얻은 디이프 드로잉 가공 캔을 세척 및 자연 건조시키고, 열처리를 수행하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 방식으로 디이프 드로잉 가공 캔을 제조하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. 상기 디이프 드로잉 가공 캔은 프린팅시 트리밍 연부 부분에서 피복 수지층의 박리가 발생하였고, 접착 강도, 내열성 및 내부식성 면에서 용기로서 사용하기에는 적합하지 않았다.
[비교예 2]
최종 디이프 드로잉 가공 캔의 소재 홀더판 부분을 트리밍 가공하여 직선형의 캔 원통부를 성형한 다음 열처리를 행한 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 방식으로 디이프 드로잉 가공 캔을 제조하였다.
그 결과를 표 1에 나타내었다. 열처리시 트리밍 연부 부분에서 피복 수지층의 박리가 발생하였기 때문에 캔을 후속 가공(프린팅, 네킹 및 플랜지 가공) 처리를 행할 수 없었다.
[비교예 3]
열처리 온도를 280℃, 즉 피복 수지층(PET 필름)의 융점보다 높은 온도로 바꾼 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 방식으로 디이프 드로잉 가공 캔을 제조하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. 열처리시 트리밍 연부 부분에서 피복 수지층의 박리가 발생하였으므로, 캔을 후속 가공(프린팅, 네킹 및 플랜지 가공)처리를 행할 수 없었다.
[실시예 3]
재드로잉 공정에서 굽힘 연신을 수행하여 측벽 두께를 바닥부 두께의 20%로 감소시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 방식으로 두께가 감소된 디이프 드로잉 가공 캔을 제조하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. 피복수지의 필름 성질이 향상되고, 내열성 및 내부식성이 우수하며, 두께가 감소된 디이프 드로잉 가공 캔을 얻을 수 있었다.
[실시예 4]
소재 두께가 0.24mm 인 Al-Mg형 알루미늄 합금판을 금속판으로서 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 방식으로 디이프 드로잉 가공 캔을 제조하였다.
그 결과를 표 1에 나타내었다. 접착 강도, 내열성 및 내부식성이 우수한 용기를 얻었다.
[실시예 5]
두께가 20㎛, 유리 전이 온도가 70℃, 융점이 240℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트/이소프탈레이트 필름의 일표면에 에폭시-페놀 페인트로 구성된 접착 프라이머를 1㎛의 건조막 두께로 피복하였다. 상기 피복된 필름을 소재 두께가 0.15mm인 주석 무함유 강판(TFS)의 양면에 240℃에서 적층시켜 프라이머 피복 표면이 금속 표면과 접촉되도록 하여 피복된 금속판을 얻었다. 윤활제를 피복된 금속판의 양면에 도포하고, 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 방식으로 드로잉, 재드로잉 및 도밍 가공을 실시하였다. 다음에, 그 결과 얻은 디이프 드로잉 가공 캔은 세척하고 고주파 유도 가열법에 의해 30초 노동 225℃에서 열처리하였다. 다음에, 트리밍, 외면 프린팅, 네킹 및 플랜지 가공을 하여 2부분 캔용 원통부를 얻었다.
그 결과를 표 1에 나타내었다. 접합 강도, 내열성 및 내부식성이 뛰어난 용기를 얻을 수 있었다.
[실시예 6]
실시예 1에서 도밍 가공 및 세척된 디이프 드로잉 가공 캔의 외면을 프린팅 하고, 2분 동안 205℃에서 베이킹하였다. 다음에, 트리밍, 네킹 및 플랜지 가공을 하여 2부분 캔용 캔 본체를 얻었다. 캔 본체의 성질들을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. 수지 피막이 필름 성질이 향상되고, 내열성 및 내부식성이 뛰어난 디이프 드로잉 가공 캔을 얻을 수 있었다.
Figure kpo00007
Figure kpo00008

Claims (5)

  1. 열가소성 수지로 금속판(10)을 피복하는 공정과, 이 피복된 금속판(10)을 드로잉 및 디이프 드로잉 가공하여 피복된 디이프 드로잉 가공 컵(19)을 성형하는 공정을 포함하는 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법에 있어서, 상기 피복된 디이프 드로잉 가공 컵(19)을 상기 열가소성 수지 피막의 유리전이점보다는 높지만 상기 열가소성 수지 피막의 융점보다는 낮은 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피복된 디이프 드로잉 가공 컵(19)의 열처리는 컵의 개방단(9)에서 열가소성 수지 피막의 변형이 억제되는 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피복된 디이프 드로잉 가공 컵(19)의 열처리는 디이프 드로잉 가공에 의해 형성된 소재 홀더판 부분(20)이 상기 컵과 일체로 된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 피복된 디이프 드로잉 가공 컵의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지 피막은 주성분으로서 에틸렌 테레프탈레이트 단위로 구성되는 폴리에스테르의 이축 분자 배향 필름인 것을 특징으로 하는 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 접착 프라이머를 개재하여 금속판에 피복되는 것을 특징으로 하는 피복된 디이프 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
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