KR100204181B1

KR100204181B1 - 박육화 드로잉 캔 제조 방법

Info

Publication number: KR100204181B1
Application number: KR1019900016830A
Authority: KR
Inventors: 고바야시 아키라; 이마츄 가츄히로; 아이자와 마사노리; 고바야시 토모미
Original assignee: 미키 히로후미; 도요 세이칸 가부시키가이샤
Priority date: 1989-10-18
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1999-06-15
Also published as: JPH0757386B2; GB2240503A; JPH03133523A; KR910007596A; GB9022664D0; US5144824A; GB2240503B

Abstract

드로잉-재드로잉 성형 가공 및 굽힘 신장에 의해 박판으로 드로잉 성형된 캔을 제조함에 있어서, 유리전이점 보다 20℃ 높은 온도에서 200%의 연신율하에서 1×10⁷내지 8×10⁸dyne/cm²의 인장력을 갖춘 열가소성 수지의 코팅층 및 금속판을 구비하는 적층된 금속판을 사용함에 의해 열가소성 수지 운동 마찰계수가 0.5 보다 작게되는 유리 전이점보다 높는 온도에서 재드로잉 성형 가공이 수행되며, 이와동시에 캔의 측벽의 굽힘신장이 수행된다. 따라서, 굽힘신장에 의해 두께가 많이 감소되고 얻어지는 수지 코팅된 용기이 내식성은 향상된다.

본 발명의 방법에 따라 제조되는 박판으로 드로잉 성형 가공된 캔은 내열성이 뛰어나고 그리고 수지코팅부의 침식 성분에 대한 차단성분 및 기계 강도는 우수하다.

Description

박육화 드로잉 캔 제조 방법

제1도는 본 발명의 디프드로잉 캔의 일실시예를 보여주는 도면.

제2a도 및 제2b도는 측벽부의 단면 구조의 일례를 보여주는 단면도.

제3도는 리드로잉법을 설명하는 도면.

제4도는 굴곡 연신의 원리를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 캔 2 : 바닥부

3: 측벽부 4 : 네크부

5 : 플랜지부 6 : 금속 모재

8 : 내면 유기 피막 10 : 외면 피막

11a, 11b : 접착제층 21 : 예비 드로잉 컵

22 : 유지 부재 23 : 리드로잉 다이(re-drawing die)

24 : 리드로잉 펀치

본 발명은 박육화(薄肉化) 디프드로잉(deep-draw-formed) 캔 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히 말하면 유기 수지 피복 금속판의 드로잉-리드로잉 성형, 그리고 캔 측벽의 굴곡 연신에 의해 박육화, 즉 두께 감소 디프드로잉 성형된 캔을 제조함에 있어서, 제품 용기의 고도의 박육화 및 내식성 향상을 모두 가능하게 하는 드로잉 방법에 관한 것이다.

측부에 이음매가 없는 종래의 캔으로는, 알루미늄 판, 주석 도금판 또는 무주석 도금 강판(tin-free steel)과 같은 금속 소재를 드로잉 다이와 펀치와의 사이에서 적어도 1 단계의 아이어닝(ironing) 가공을 행하여 측부에 이음매가 없는 통부 및 이 통부에 이음매 없이 일체로 연결되는 하부를 구비하는 컵을 형성하고, 이어서 필요하다면, 상기 통부에 아이어닝 펀치와 아이어닝 다이의 사이에서 아이어닝 가공을 행하여 용기의 통부를 박육화한 것이 알려져 있다. 또한, 아이어닝 가공 대신에 리드로잉 다이의 곡률 모서리부로 굴곡 연신시켜 측벽부를 박육화하는 것도 이미 공지되어 있다.(일본국 특허 공개 공보 제56-501442 호 참조).

또한, 본 발명자 등은 이미, 피복된 금속판으로 미리 성형된 예비 드로잉 컵을 이 컵 속에 삽입된 환형의 유지 부재와 리드로잉 다이로 유지하고, 또한 유지 부재 및 리드로잉 다이와 동축으로 유지 부재에 출입할 수 있도록 설치된 리드로잉 펀치와 리드로잉 다이를 서로 맞물리도록 상대적으로 이동시켜, 예비 드로잉 성형 컵보다도 소직경의 디프 드로잉 컵으로 드로잉 성형할 때에, 리드로잉 다이의 작용 코너부의 곡률 반경(R_D)을 기초 금속판(소재) 두께(t_B)의 1 내지 2.9배의 치수로 하고, 유지 부재의 유지 코너부의 곡률 반경(R_B)을 상기 소재 두께(t_B)의 4.1 내지 12배의 치수로 하며, 유지 부재 및 리드로잉 다이의 예비 드로잉 컵과의 평면형 맞물림부는 0.001 내지 0.2의 동적 마찰 계수를 갖게 하고, 셸로우드로잉(shallowdrawing) 컵 직경/디프드로잉 컵 직경의 비로 정의되는 리드로잉 비가 1.1 내지 1.5의 범위가 되도록 적어도 1단계의 드로잉 성형을 행하여, 컵 측벽부를 높이 방향 전체에 걸쳐 균일하게 굴곡 박육화하는 것을 제안하고 있다.

이러한 제안은 리드로잉 다이의 곡률 반경 및 유지 부재의 곡률 반경을 일정 범위로, 그리고 유지 부재 및 리드로잉 다이의 예비 드로잉 컵과의 동적 마찰 계수를 일정한 범위로 설정함으로써, 캔 측벽부에 균일하고 또 고도의 굴곡 박육화를 행하는 것이다.

그런데, 이러한 드로잉-리드로잉 굴곡 박육화 캔의 제조 방법은 미리 필름등의 수지 피복이 입혀진 금속판에 적용할 수 있다고 하는 이점을 갖지만, 통상의 드로잉-리드로잉 성형과 비교하면, 예비 드로잉 컵에 가해지는 면압이 상당히 크기 때문에 가공상 여러가지 문제를 발생시킨다.

드로잉-리드로잉 성형에 있어서는, 윤활제를 도포하여 성형하는 것이 일반적이고, 또한, 수지 피복의 가공성 측면에서는 수지 피복을 그 수지의 유리 전이점(T_g) 이상의 온도로 가열하여 리드로잉 성형하는 것이 요망되지만, 전술한 굴곡 연신에 의한 박육화 조건에서는, 저면압·저온(T_g이하)의 완전 윤활이나 경계 윤활의 영역을 초과한 고면압·고온(T_g이상)의 밀착 윤활 영역에 있어서 수지 피막과 금형 내지 공구와의 응착(凝着) 면적이 커져 계면의 마찰력이 증대하여, 수지 피막에서의 분자쇄간 전단력이나 수지 피막과 금속 기판과의 밀착력을 상회하는 결과가 초래된다. 그 결과, 피막 자체의 파괴나 금속 기판으로부터의 피막의 박리가 초래되어, 금속 노출 면적이 증대함으로써 용기 성능이 저하하게 된다. 여기서, 특히 고온인 경우나 개재물 등이 존재하는 경우에는, 외관상의 마찰 계수가 온도에 의해 저하하는 경우가 있지만, 이것은 분자쇄간 전단력이 저하하는 데에서 비롯된 것으로, 금형 내지 공구와 수지 피막의 계면의 마찰력과의 관계에서 말하면 이 경우에도 발생하는 문제는 마찬가지이다.

따라서, 본 발명의 목적은 굴곡 연신에 의한 고도의 박육화 가공과 수지 피복 캡의 내부식성 향상을 동시에 가능하게 하는 박육화 디프드로잉 캔으로의 성형법을 제공하는 것에 있다.

발명의 다른 목적은 금속 기판의 고도의 굴곡 연신에 따라 피복 수지의 점탄성적 특성과 가공 온도가 수지 피복의 고도의 굴곡 연신을 가능하게 하고, 또한 수지 피복에 결함이 발생하는 것을 방지하는 박육화 디프드로잉 캔의 성형법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 기판에 형성된 수지 피복이 탁월한 내열성과, 부식성 성분에 대한 탁월한 차단 특성, 그리고 탁월한 기계적 강도를 갖는 드로잉-리드로잉 캔을 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따르면, 수지 피복 금속판을 드로잉 성형하는 단계와 얻어진 예비 드로잉 컵을 소직경의 캔으로 리드로잉 성형하는 단계로 이루어지고, 리드로잉 성형 할 때에 유리 전이점+20℃의 온도에서 연신율이 200%일 때의 장력(T)이 1×10⁷내지 8×10⁸dyne/cm²의 범위 내에 있는 열가소성 수지 피복층과 금속판으로 이루어지는 적층 금속판을 사용하고, 이 열가소성 수지의 동적 마찰 계수(μ_K)가 0.5 이하가 되는 온도에서, 그리고 유리 전이점 이상의 온도에서 리드로잉 성형을 행하며, 또 리드로잉 단계에서 굴곡 연신에 의해 캔 측벽부가 박육화되는 것을 특징으로 하는 박육화 드로잉 캔의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 일태양에 따라 피복된 금속판으로 제조되는 드로잉-리드로잉 캔이 제공되는데, 금속판의 피복층은 유리 전이점+20℃의 온도에서의 연신율이 200%일때의 장력(T)이 1×10⁷내지 8×10⁸dyne/cm²의 범위 내에 있고, 캔의 측벽부의 두께는 5 내지 45%의 박육화비로서 박육화된다.

본 발명에서는, 수지 피복의 금속 기체에 따른 고도의 굴곡 연신을 가능하게 하면서, 수지 피복의 물성을 뛰어난 레벨로 유지시키기 위하여, 드로잉-리드로잉 가공에 제공하는 적층 금속판의 수지 피복이 T_g+20℃의 온도 및 연신율 200%에서의 장력이 1×10⁷내지 8×10⁸dyne/cm², 특히 2×10⁷내지 6×10⁸dyne/cm²의 범위에 있는 열가소성 수지로 구성되는 것이 중요하다.

T_g+20℃의 온도 및 200% 연신율에서의 얻은 값을 기준으로 하여 장력을 평가하는 이유는, 여러번의 실험을 반복한 결과 이 온도에서의 수지 장력과, 실제의 가공에서의 수지 피복의 파단이나 층간(層間) 박리와의 사이에 가장 밀접한 관련이 있는 것으로 확인되었기 때문이다. 즉, 이 장력 값이 상기 범위를 초과하여 커지면, 굴곡 연신시의 수지 피복의 연신이 부족하여 수지 피복의 파단이나 금속 기판으로부터의 층간 박리를 발생시키게 된다. 또한, 장력값이 상기 범위를 벗어나 작아지면 가공성 측면에서는 문제는 없지만, 최종 캔의 피복의 내열성이 낮아져, 예컨대 레토르트 살균(retort sterilization) 등과 같은 가열 및 가압 조건하에서 피복의 박리나 표백 등이 발생하기 쉽다. 또한, 이러한 수지 피복은 부식 성분에 대한 차단 특성이나 기계적 강도도 대체로 낮다.

또한, 장력(T)은 수지 피복 금속판으로부터 분리된 수지 피막을 아래의 조건으로 측정한 연신율 200%에서의 인장 강도(F)(kg)로부터 장력(T)(dyne/cm²)을 계산으로 구하였다.

본 발명에서는, 상기 고온 인장 특성을 갖는 열가소성 수지 피복을 구비한 적층 금속판을 사용한다. 본 발명의 제2 특징은, 상기 열가소성 수지의 동적 마찰계수가 0.5 이하, 특히 0.4 이하가 되는 온도에서, 또 유리 전이점 이상의 온도에서 리드로잉 성형과 굴곡 연신이 행해진다는 것이다.

본 발명에 따르면, 동적 마찰 계수가 일정 범위가 되도록 가공 온도가 설정되어, 이 설정된 가공 온도에서 리드로잉 성형과 굴곡 연신 가공이 행해진다. 이 동적 마찰 계수가 본 발명에서 정해진 범위보다도 높게 되는 리드로잉-굴곡 연신 가공 조건하에서는, 공구 표면에 접하는 수지층의 외면과 금속판에 접하는 수지층의 내면과의 사이의 속도차가 현저히 커지기 때문에 변형이 커지게 되며, 그 결과 수지층 내부 또는 수지층과 금속 기판과의 사이에서 박리나 파괴 등이 발생하여 최종캔에서의 금속 노출면이 증대된다.

본 발명에 있어서는, 유리 전이점으로부터 유리 전이점+30℃의 범위에서, 동적 마찰 계수의 온도 의존도가 가급적 작은 것이 가공성 측면에서 유리하며, 일반적으로 온도 의존도가 0.015/℃보다도 작은 것이 바람직하다.

동적 마찰 계수(μ_K)는 다음과 같은 방식으로 결정된다. 재질이 강(鋼)인 한쌍의 압축판 사이에 같은 수지가 피복된 2장의 금속판을 압축판과 수지 피복이 서로 접하도록 배치한 후, 이들 피복된 금속판을 소정의 유지력(N)으로 압축판 사이에 끼인 상태로 유지시키고, 일정 속도로 이들 피복된 금속판을 인발한다. 이 처럼 인발할 때에 발생하는 마찰력(F)으로부터 식(1)에 의해 μ_K를 구하였다.

μ_K=F/ (2N) (1)

식중, 각 압축판이 금속판을 유지하는 면은 길이가 10mm, 폭이 2mm이고, 인발 속도 V=0.5m/분이며, 유지력 N=100kgf이다.

측정은 리드로잉 공정에서의 온도와 같은 온도에서 행하고, 온도 제어는 압축판의 가열 및 열전도로 행하였다.

본 발명에 의한 박육화 디프드로잉 캔의 일례를 도시한 제1도에 있어서, 이 디프드로잉 캔(1)은 수지 필름 피복 금속판의 디프드로잉(드로잉-리드로잉)에 의해 형성되며, 하부(2)와 측벽부(3)로 이루어져 있다. 측벽부(3)의 상단에는 필요에 따라 네크부(4)를 매개로 플랜지부(5)가 형성되어 있다. 이 캔(1)에서는 하부(2)에 비하여 측벽부(3)가 굴곡 연신에 의해 박육화되어 있다.

측벽부(3)의 단면 구조의 일례를 도시한 제2a도에 있어서, 이 측벽부(3)는 금속 기판(6)과, 그 내표면(7)에 형성된 내면 수지 필름 피막(8)과, 기판의 다른쪽 표면(9)에 형성된 외면 피막(10)으로 이루어지고 있다. 단면 구조의 다른 예를 도시한 제2b도에 있어서, 단면 구조는 제2a도의 경우와 동일하지만, 금속 표면(7)과 내면 수지 필름 피막(8)과의 사이, 그리고 금속의 표면(9)과 외면의 유기 피막(10)과의 사이에 각각 접착제층(11a, 11b)이 개재되어 있다는 점에서 구조를 달리하고 있다.

이들 어느 경우도, 측벽부(3)가 박육화되어 있는 점을 제외하면, 하부(2)의 단면 구조는 측벽부(3)의 단면 구조와 동일하다.

본 발명에 따르면, 드로잉-리드로잉 가공·박육화 가공을 받고 있지 않았다고 하는 점을 제외하면, 상기 제2a도 및 제2b도와 동일한 단면 구조를 갖는 적층제를 우선제조하고, 이 적층체를 드로잉 성형하며, 이렇게 하여 얻은 예비 드로잉 컵을 소직경의 캔으로 리드로잉 성형함과 동시에 캔 측벽부를 굴곡 연신에 의해 박육화함으로써 제조된다. 이 경우, 적층체 내의 수지 피복층은 전술한 제한 조건을 만족시켜야 하고, 또한 리드로잉 가공시의 온도도 상기 조건을 만족하는 것이 아니면 안된다.

금속판으로서는, 각종 표면 처리 강판이나 알루미늄 등의 경금속판이 사용된다.

표면 처리 강판으로서는, 냉간 압연 강판을 소둔한 후 2차 냉간 압연하여 아연 도금, 주석 도금, 니켈 도금, 전해 크롬산 처리, 크롬산 처리 등의 표면 처리중의 1종 또는 2종 이상의 처리를 행한 것을 사용할 수 있다. 가장 적합한 표면 처리 강판의 일례는 전해 크롬산 처리 강판으로서, 특히 10 내지 200mg/m²의 금속 크롬층과 1 내지 약 50mg/m²(금속 크롬 환산량)의 크롬 산화물층을 구비한 것으로, 이것은 도포막의 밀착성과 내부식성의 측면에서 뛰어나다. 표면 처리 강판의 다른 예는 0.5 내지 11.2g/m²의 주석 도금량을 갖는 경질 주석 도금판이다. 이 양철판은 금속 크롬 환산량으로 크롬량이 1 내지 30mg/m²가 되는 산처리 또는 크롬산/인산 처리가 행하여지는 것이 바람직하다.

또 다른 표면 처리 강판의 예로는 알루미늄 도금, 알루미늄 압접 등을 실시한 알루미늄 피복 강판이 있다.

경금속판으로서는, 소위 순수 알루미늄판 외에 알루미늄 합금판이 사용될 수 있다. 내부식성과 가공성 측면에서 뛰어난 알루미늄 합금판은 Mn : 0.2 내지 1.5중량%, Mg : 0.8 내지 5중량%, Zn : 0.25 내지 0.3중량%, Cu : 0.15 내지 0.25중량%, 잔부가 Al의 조성을 갖는 것이다. 이들 경금속판도 금속 크롬 환산량으로 크롬량이 20 내지 300mg/m²이 되는 크롬산 처리 또는 크롬산/인산 처리가 행하여지는 것이 바람직하다.

기초 금속판 두께(t_B)는 금속의 종류, 용기의 용도 또는 치수에 따라서도 다르지만, 일반적으로 0.10 내지 0.50mm의 두께를 갖는 것이 좋고, 특히 표면 처리 강판인 경우에는 0.10 내지 0.30mm의 두께, 그리고 경금속판인 경우에는 0.15 내지 0.40mm의 두께를 갖는 것이 좋다.

본 발명에 이용되는 내면 수지 필름 피복은 장력(T)이 1×10⁷내지 8×10⁸dyne/cm²의 범위에 있는 열가소성 수지이고, 또한 가공 온도와의 관계에서는 μ_K가 0.5 이하의 범위이어야 한다.

이들 조건을 만조하는 열가소성 수지로서는, 에틸렌테레프탈레이트 단위체를 주체로 하는 공중합 폴리에스테르 수지를 들 수 있는데, 공중합 에스테르 단위체의 함유량이 증대하면 T가 저하하는 경향이 있으며, 그 함유량이 감소하면 T가 증대하는 경향이 있다. 또한, 같은 공중합 에스테르 단위체이더라도, 방향족 카르복실산 에스테르 단위체에 비하여 지방족 카르복실산 에스테르 단위체는 T가 저하하는 경향이 있고, 또한 에틸렌글리콜 에스테르 단위체에 비하여 탄소수가 많은 글리콜 에스테르 단위체에서는 T가 저하하는 경향이 있다. 따라서, 공중합 에스테르 단위체의 함유량과 종류를 바꿈으로써, T의 값을 원하는 값으로 설정할 수 있다.

일반적으로, 공중합 폴리에스테르 중의 2염기산 성분의 70 몰% 이상, 특히 75 몰% 이상이 테레프탈산 성분으로 이루어지고, 디올 성분의 70 몰% 이상, 특히 75 몰% 이상이 에틸렌 글리콜로 이루어지며, 2염기산 성분 및/또는 디올 성분의 1 내지 30 몰%, 특히 5 내지 25 몰%가 테레프탈산 이외의 2염기산 성분 및/또는 에틸렌 글리콜 이외의 디올 성분으로 이루어지고, 또한 전술한 범위의 T값을 갖는 것이 바람직하다.

테레프탈산 이외의 2염기산으로는 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌 디카르복실산 등의 방향족 디카르복실산과, 시클로헥산 디카르복실산 등의 지환족 디카르복실산과, 호박산, 아디프산, 세바틴산, 도데칸디온산 등의 지방족 디카르복실산 중 1종 또는 2종 이상의 조합을 들 수 있고, 에틸렌 글리콜 이외의 디올 성분으로는, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 디에틸렌 글리콜, 1,6-헥실렌 글리콜, 시클로헥산디메탄올, 비스페놀A의 에틸렌 옥사이드 부가물 중 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.

이용되는 폴리에스테르는 고유 점도(I.V.)가 0.55 내지 1.9dl/g범위 내에 있는 것이 바람직하다.

폴리에스테르 이외에 가장 적합한 열가소성 수지로는, 폴리프로필렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 이오노머(ionomer)등의 올레핀계 수지가 있다.

필름은 2축 연신되어 있어서 좋고, T의 값을 연신 조건에 의해 조절하는 것도 가능하다. 2축 배향(配向)의 정도는 귤절율법, X-선회절법, 편광 형광법 등으로 확인할 수 있다.

부식 성분에 대한 차단 특성과 가공성 등의 균형을 고려하여, 필름의 두께는 측벽부에서 8 내지 50μm, 특히 12 내지 40μm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

물론, 이 필름에는, 그 자체가 공지된 필름용 배합제, 예컨대 비정질 실리카등의 안티블로킹제(antiblocking agent). 이산화티타늄(티타늄 화이트)등의 안료, 각종 대전 방지제(antistatic agent), 윤활제 등을 공지의 처방에 따라서 배합할 수 있다.

열가소성 공중합 폴리에스테르 등의 내면 필름은 제2a도에 도시한 바와 같이, 금속 기판에 직접 가열 접착되어 있어도 좋고, 또한 제2b도에 도시한 바와 같이 접착 프라이머(primer)를 매개로 해서 접착되어도 좋다.

상기 공중합 폴리에스테르 등의 내면 필름과 금속 소재 사이에 필요에 따라 형성되는 접착 프라이머(11a, 11b)는 금속 소재와 필름 모두에 뛰어난 접착성을 보이는 것이다. 밀착성과 내부식성이 뛰어난 프라이머 도료의 대표적인 것의 예로는, 각종 페놀류와 포름알데히드로부터 유도되는 레졸형 페놀/알데히드 수지와, 비스페놀형 에폭시 수지로 이루어지는 페놀/에폭시계 도료가 있으며, 특히 페놀 수지와 에폭시 수지를 50 : 50 내지 5 : 95 중량비, 특히 40 : 60 내지 10 : 90의 중량비로 함유하는 도료가 바람직하게 사용되고 있다.

접착 프라이머층은 일반적으로 0.3 내지 5μm의 두께로 형성하는 것이 좋다.

외면 피막으로서는, 내면 피막과 같이, 공중합 폴리에스테르 등의 내면 필름도 사용되지만, 종래 캔용으로 사용되는 열경화성 수지 도료, 특히 페놀/알데히드 수지, 퓨란 수지, 크실렌/포름알데히드 수지, 케톤/포름알데히드 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 아닐린 수지, 알키드 수지, 구아나민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 열경화성 아크릴 수지, 트리아릴 시아누레이트 수지, 비스말레이미드 수지, 올레오 수지질 도료, 열경화성 아크릴 도료, 열경화성 비닐 도료의 1종 또는 2종 이상의 조합이어도 좋다.

본 발명에 이용하는 외면용의 도포막 내지 필름은, 금속판을 은폐하고, 또한 드로잉-리드로잉 성형시에 소재 유지력이 금속판의 소재에 전달되는 것을 보조할 목적으로 무기 충전제(안료)를 함유할 수 있다.

무기 충전제로서는, 루틸(rutile) 또는 아나타제(anatase) 이산화 티타늄, 아연화, 그로스 화이트 등의 무기 백색 안료 : 바리타, 침강성 황산 바리타, 탄산 칼슘, 석고, 침강성 실리카, 에어로실, 활석, 소성 또는 미소성 점토, 탄산 바륨, 알루미나 화이트, 합성 또는 천연 운모, 합성 규산칼슘, 탄산 마그네슘 등의 백색 체질안료 : 카본 블랙, 마그네타이트 등의 흑색 안료 : 적산화철 등의 적색 안료 : 시에나 등의 황색 안료 : 군청, 코발트 블루 등의 청색 안료를 들 수 있다. 이들 무기 충전제는 수지당 10 내지 500중량%, 특히 10 내지 300 중량%의 양으로 배합시킬 수 있다.

외면 피막의 두께는 도료 피막인 경우에는 2 내지 30 μm에서, 그리고 필름인 경우네느 3 내지 50 μm 범위 내에서 선택될 수 있다.

본 발명에 이용하는 적층 금속판은 내면 수지 필름이 가공 온도에 관련하여 상기 범위의 동적 마찰 계수(μ_K)를 갖는 것은 불가피하다. 이 동적 마찰 계수(μ_K)는 수지 필름의 결정화도나 배향도에도 의존하고 있다. 즉, 결정화도나 배향도가 높아지면, μ_K그 자체의 값 및 μ_K의 온도 의존도도 작아지는 경향이 잇다. 따라서, 적층 금속판의 필름 피복의 결정화도나 배향도를 조절하여 필름의 μ_K를 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다. 일반적으로는, 적층 금속판의 수지 필름은 2축 연신에 의한 분자 배향이 잔류하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 피복 금속판으로 성형된 예비 드로잉 컵을 컵 내에 삽입된 환형의 유지 부재와 리드로잉 다이로 유지하고, 유지 부재 및 리드로잉 다이와 동축으로 유지 부재에 출입할 수 있도록 설치된 리드로잉 펀치와 리드로잉 다이를 서로 맞물리도록 상대적으로 이동시켜, 예비 드로잉 컵보다도 소직경의 디프드로잉 컵으로 드로잉 성형하는 방법에 있어서, 예비 드로잉 컵을 리드로잉 성형할 때에, 예비 드로잉 컵의 수지 필름층을 μ_K가 0.5 이하가 되는 온도에서, 그리고 유리 전이점 이상의 온도에서 리드로잉 성형과 굴곡 연신을 행한다. 에비 드로잉 컵의 온도 조절은 이 예비 드로잉 컵을 적외선 가열, 열풍 순환로에 의한 가열 등에 의해 예비 가열해 둠으로써 행하여진다. 이 경우, 공구를 보온하여 예비 드로잉 컵의 온도 저하를 가급적이면 적게 하는 것도 효과적이다.

리드로잉법을 설명하기 위한 제3도에 있어서, 피복 금속판에 의해 형성된 예비 드로잉 컵(21)은 이 컵 속에 삽입된 환형의 유지 부재(22)와 그 밑에 위치하는 리드로잉 다이(23)에 의해 유지된다. 이들 유지 부재(22) 및 리드로잉 다이(23)와 동축으로, 그리고 유지 부재(22)에 출입할 수 있도록 리드로잉 펀치(24)가 설치된다. 리드로잉 펀치(24)와 리드로잉 다이(23)를 서로 맞물리도록 상대적으로 이동시킨다.

이러한 상대적인 이동에 의해, 예비 드로잉 컵(21)의 측벽부는 환형 유지 부재(22)의 외주면(25)으로부터 그 곡률 코너부(26)를 거쳐 직경 내측으로 수직으로 굽혀져, 환형 유지 부재(22)의 환형 저면(27)과 리드로잉 다이(23)의 상면(28)에 의해 한정되는 부분을 통과하고, 리드로잉 다이(23)의 작용 코너부(29)에 의해 축방향으로 거의 수직으로 굴곡되어, 예비 드로잉 컵(21)보다도 소직경의 디프드로잉 컵(30)으로 성형됨과 동시에 측벽부가 굴곡 연신에 의해 박육화된다.

굴곡 연신의 원리를 설명하기 위한 제4도에 있어서, 피복 금속판(31)은 충분한 후방 인방력의 작용하에 곡률 반경(R_d)을 갖는 리드로잉 다이의 작용 코너부(29)를 따라 강제적으로 굴곡된다. 이 경우, 피복 금속판(31)의 작용 코너부측 면(32)에서는 변형은 생기지 않지만, 작용 코너부와 반대측 면(33)에서는 인장에 의한 변형을 받는다. 이 변형량(ε_s)은 작용 코너부의 곡률 반경을 R_d, 그리고 판 두께를 t로 하였을 때, 하기식으로 부여된다.

피복 금속판의 면(내면)(33)은 작용 코너부에서 ε_S만큼 연신되지만, 다른쪽의 면(외면)(32)은 작용 코너부 바로 아래에서 후방 장력에 의해 ε'_S의 변형량, 즉 ε_S와 같은 량( ε'_S= ε_S) 만큼 연신되게 된다. 이 경우, 변형량( εS)과 변형량( ε'S)이 교대로 생기도록 함으로써, 작용 코너부의 곡률 반경에 대응하는 피치(pitch)의 거친 면이 금속 표면에 형성되게 된다. 단, 연신되어 박육화되는 개시점은 내면과 외변에서 다르고 상기 피치의 거친 면으로서 나타나게 되는 것은 외면에서 거의 R_d이외에, 외면측은 거의 R_d/2 이하에 대응하는 표면이 형성되고, 피복표면상에서는 특히 현저하다.

이와 같이 피복 금속판은 굴곡 연신됨으로써, 그 두께가 박육화되지만, 그 두께 변화율( ε_t)은 하기식으로 부여된다.

상기 식(4)로부터 작용 코너부의 곡률 반경(R_d)을 작게하는 것이 피복 금속판을 박육화하는 데 효과적이라는 것, 즉 R_d를 작게 하면 할수록, 두께의 변화 │ε_t│는 커진다는 것을 알 수 있다. 또한 작용 코너부의 곡률 반경(R_d)가 일정한 것으로 가정하면, 작용 코너부를 지나는 피복 금속판의 두께(t)가 증대될수록 두께의 변화 │ε_t│가 커진다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의한 디프드로잉 캔의 제조에는, 리드로잉 다이의 작용 코너부의 곡률 반경(R_d)을 기초 금속판 두께 (t_B)의 1 내지 2.9배, 특히 1.5 내지 2.9배의 치수로 하는 것이 굴곡 연신을 효율적으로 행할 수 있다.

캔의 측벽부의 박육화의 정도는 소재 두께(t_B)의 5 내지 45%, 특히 5 내지 40% 정도로 하는 것이 효과적이다.

본 발명에 의하면, 드로잉-리드로잉 및 굴곡 연신에 의한 박육화 드로잉 캔을 제조할 때에, 금속판과, 유리 전이점+20℃의 온도에서 연신율이 200%일 때의 장력이 1×10⁷내지 18×10⁸dyne/cm²의 범위 내에 있는 열가소성 수지의 피복층으로 이루어지는 적층 금속판을 사용하고, 이 열가소성 수지의 동적 마찰 계수가 0.5 이하가 되는 온도에서, 그리고 유리 전이점 이상의 온도에서 리드로잉 성형을 행하고, 또한 리드로잉할 때에 캔 측벽부의 굴곡 연신을 행함으로써, 수지 피복의 금속 기판에 따른 고도의 굴곡 연신을 가능하게 하고, 또 수지 피복의 피복 결함의 발생을 방지하도록 피복 수지의 점탄성적 특성과 가공 온도를 조정할 수 있다. 따라서, 굴곡 연신에 의한 고도의 박육화 가공과 수지 피복 용기의 내부식성 향상이 동시에 실현된다.

이하, 본 발명을 켤코 한정하는 것은 아니지만 실시예를 참고로 본 발명을 더욱 자세히 설명한다.

실시예 및 비교예에 열거하는 수지 피막의 특성값 및 용기의 측정, 평가 방법은 다음과 같다.

(A) 고유점도(I.V.)

페놀/테트라클로로에탄 100 ml에 수지 피복 금속으로부터 분리된 수지 피막 0.25 mg을 용해한 용액에 대하여 25℃에서 측정하였다.(실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 내지 비교예 5)

(B) 굴절율(n)

수지 피복 금속판으로부터 분리된 수지 피막의 굴절율(n)을 아베 굴절율계(Abbe refractometer)로 측정하였다.

(C) 결정화도(Xc)

밀도구배관법(密度句配管法; density gradient tube method)에 의해, 수지 피복 금속판으로부터 분리된 수지 피막의 밀도를 구하였다. 이것에 의해, 이하의 식에 따라서, 결정화도를 산출한다.

식중, ρ는 측정 밀도(g/cm³)를 나타내고, ρ_a는 완전 비정질 중합체 밀도를, 그리고 ρ_c는 완전 결정질 중합체의 농도를 나타낸다.

폴리에틸렌테레프탈레이드계 :

ρ_a= 1.335 g/cm³

ρ_c= 1.455 g/cm³

폴리프로필렌계 :

ρ_a= 0.850 g/cm³

ρ_c= 0.936 g/cm³

(D) 유리 전이 온도(T_g)

수지 피복 금속판으로부터 분리된 수지 피막의 열용량의 변화의 개시점을 DSC법을 사용하여 구하였으며 T_g라 한다. 승온 속도는 10℃/분이었다.

(E) 장력

장력은 앞서 설명한 방법에 의해 측정하였다.

(F) 동적 마찰 계수(μk)

동적 마찰 계수는 앞서 설명한 방법에 의해 측정하였다.

(G) 성형성

수지 피복층의 박리(적층 박리)의 유무 또는 수지 피복층의 파단의 유무를 검사하였으며, 금속 노출도[에나멜 레이터 값(enamel rater value)]를 측정하였다.

(I) 내식성

박육화 디프드로잉 캔에 콜라(탄산 음료)를 충전 밀봉하여, 37℃의 조건하에서 6개월간 보존한 후의 캔 내면의 부식 상태와 누설을 관찰하였다.

[실시예 1]

소재 두께 0.15 mm, 조질도 DR-9의 무주석 도금 강판(TFS; tin-free steel)의 양면에 두께 25㎛의 2축 연신 폴리에틸렌 테레프탈레이트/이소프탈레이트 공중합 폴리에스테르 필름을 가열 접착하여 수지 피복 금속판을 성형하였다(피복의 물성치는 IV가 0.57, n이 1.64, 그리고 Xc가 40%였음). 이어서, 피복 금속판의 양면에 윤활제를 도포하고, 하기의 가공 조건으로 드로잉-리드로잉 가공을 행하였다. 그 후, 통상적인 절차에 따라 도밍(doming), 트리밍, 넥킹(necking) 및 플랜징(flanging)을 행하여 투피스 통조림캔용 캔체를 형성 하였다. 그 결과, 표 1에 도시한 바와 같이, 수지 피복 금속판은 양호한 성형성을 보이고, 금속 노출이 적은 내식성이 우수한 박육화 디프드로잉 캔을 얻을 수 있었다.

성형조건

A. 드로잉 가공

(1) 피복 금속판의 가열 온도 : 70℃(열풍 가열에 의한)

(2) 소재 직경 : 179 mm

(3) 드로잉 비 : 1.42

B. 리드로잉 가공

(1) 피복 금속 컵의 가열 온도 : 70℃(공구 가열에 의한)

(2) 제1차 리드로잉 비 : 1.29

(3) 제2차 리드로잉 비 : 1.24

(4) 제3차 리드로잉 비 : 1.20

(5) 리드로잉 다이의 작용 코너부 곡률 반경(R_d) : 0.40mm

(6) 박육화율(캔체) : -20%

[비교예 1]

소재 두께 0.15 mm, 조질도 DR-9의 무주석 도금 강판(TFS)의 양면에 미리 에폭시 페놀계 접착 프라이머를 도포한 두께 25㎛의 2축 연신 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 가열 접착하여 수지 피복 금속판을 성형하였다(피막의 물성치는 IV가 0.61, n이 1.68, 그리고 Xc가 55%였음). 이 수지 피복 금속판으로 실시예 1과 같이 하여 투피스 통조림용 캔체를 제작하였다. 얻은 결과를 표 1에 기재하였다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 수지 피막의 장력(T)이 본 발명의 범위를 벗어난 본 비교예의 내부식성이 떨어졌다.

[비교예 2]

소재 두께 0.15 mm, 조질도 DR-9의 무주석 도금 강판(TFS)의 양면에 두께 25㎛의 2축 연신 폴리에틸렌 테레프탈레이트/세바케이트 공중합 폴리에스테르 필름을 가열 접착하여 수지 피복 금속판을 성형하였다.(피막의 물성치는 IV가 0.50, n이 1.60, 그리고 Xc가 30%였음). 이 수지 피복 금속판으로 실시예 1과 같이 하여 투피스 통조림용 캔체를 제작하였다. 얻은 결과를 표 1에 기재하였다. 표 1에 기재된 결과로부터 알 수 있겠지만, 수지 피막의 장력(T)이 본 발명의 범위에서 벗어나는 본 비교예의 캔체는 내식성이 떨어졌다.

[실시예 2]

리드로잉 공정의 가열 온도를 90℃로 한것 이외에는, 실시예 1과 같은 피복판을 이용하여 같은 가공 및 평가를 행하였다. 얻은 결과를 표 1에 나타냈다. 표 1에 나타난 결과로부터 알 수 있겠지만, 성형성 및 내식성이 뛰어난 용기를 얻을 수 있었다.

[비교예 3]

드로잉-리드로잉 공정의 가열 온도를 실온(20℃)으로 한것 이외에는 실시예 1과 같이 하여 가공을 하였다. 얻은 결과를 표 1에 나타냈다. 표 1에 기재된 결과로부터, 리드로잉 성형 온도가 본 발명의 범위 외인 본 비교예에 있어서는 수지 피복층에 미소 파단이 발생하고, 내식성 면에서 떨어져 용기로서 부적당함을 알 수 있다.

[비교예 4]

리드로잉 공정의 가열 온도를 120℃로 한것 이외에는 실시예 1과 같이 하여 가공을 행하였다. 얻은 결과를 표 1에 기재하였다. 표 1에 기재된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 리드로잉 성형 온도에서의 동적 마찰 계수(μk)가 본 발명의 범위를 벗어나고 있는 본 비교예의 캔체는 금속 노출이 커서 내식성이 떨어졌다.

[비교예 5]

소재 두께 0.15 mm, 조질도 DR-9의 무주석 도금 강판(TFS)의 양면에 두께 40㎛의 2 미연신 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 가열 접착하여 수지 피막 금속을 성형하였다. (피막의 물성치는 Ⅳ가 0.55, n이 1.58, 그리고 Xc가 3%였음). 이수지피막 금속판으로 실시예 1과 동일하게 투피스 통조림용 캔체를 제작하였다. 얻은 결과를 표 1에 기재하였다. 표 1에 기재된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 동적 마찰 계수(μk)의 온도 의존도가 본 발명의 범위를 벗어나고 있는 본 비교예의 캔체는 가공성 및 내식성이 떨어졌다.

[실시예 3]

소재 두께가 0.26 mm인 Al-Mn계의 알루미늄 합금판의 양면에 우레탄계 접착제를 통해 두께 20㎛의 미연신 폴리프로필렌 필름을 가열 접착하여 수지 피복 금속판을 성형하였다(피막의 물성치는 n이 1.49, Xc가 30%였음). 리드로잉 다이의 작용 코너부 곡률 반경(R_d)을 0.60 mm로 변경한 것 이외에는 비교예 3과 같이 하여 투피스 통조림 캔체를 제작하였다. 얻은 결과를 표 1에 기재하였다. 표 1에 기재된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 수지 피복 금속판은 양호한 성형성을 나타내고, 금속 노출이 적은 내식성이 우수한 박육화 디프로잉 캔을 얻었다.

Claims

수지 피복 금속판을 드로잉 성형하고, 얻은 예비 드로잉 캔을 소직경의 캔으로 리드로잉 성형하는 단계를 포함하는 박육화(薄肉化) 드로잉 캔 제조 방법으로서, 금속판과, 유리 전이점 +20℃의 온도에서 연신율 200%에서의 장력(T)이 1×10⁷내지 8×10⁸dyne/cm²인 열가소성 수지의 피복층으로 이루어진 적층 금속판을 상기 수지 피복 금속판으로 사용하며, 상기 리드로잉 성형 단계는 열가소성 수지의 동적 마찰 계수(μk)가 0.5 이하로 되고, 또한 유리 전이점 보다 높은 온도에서 수행되며, 리드로잉 성형 단계에서 캔의 측벽부를 굴곡 연신시킴으로써 박육화시키는 것을 특징으로 하는 캔 제조 방법.
제1항에 있어서, 열가소성 수지는 그것의 유리 전이점 내지 유리 전이점 +30℃의 온도 범위에서 동적 마찰 계수의 온도 의존도가 0.015/℃ 보다 작은 것을 특징으로 하는 캔 제조 방법.
제1항에 있어서, 캔의 측벽의 박육화비는 소재 두께의 5 내지 45% 인 것을 특징으로 하는 캔 제조 방법.
제1항에 있어서, 열가소성 수지 피복은 2염기산 성분이 70 몰% 이상인 테레프탈산과, 디올 성분이 70 몰% 이상인 에틸렌글리콜로 이루어지는 공중합 폴리에스테르로 구성되고, 2염기산 성분 및 디올 성분 중 적어도 일방이 타방의 2염기산 성분 또는 디올 성분을 1 내지 30 몰%의 범위에서 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 캔 제조 방법.