KR100336004B1 - 이음매없이사출된캔용수지피복알루미늄합금판의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 복합 성형 공정을 통해서 성형될 때, 캔으로서 충분한 강도를 가지고 벽 파단 없이 드로잉과 아이어닝된 캔에 대해서 수지-피복된 알루미늄 합금판을 제공하는 것으로서, 건조 조건 하에서, 공정은 작은 반경의 둥글게 된 다이 쇼울더 부분에서 전후 굽힘 공정과 일련의 아이어닝 공정을 포함한다.
이러한 목적을 위해서, 본 발명의 방법은, 0.5 내지 2.0 중량% 의 망간, 0.2 내지 2.0 중량%의 마그네슘, 0.05 내지 0.4 중량%의 규소 및 0.7 중량%이하의 철을 불가피한 불순물로 함유하는(이 중 (규소+철) ≤ 0.9 중량%)인, 알루미늄 합금 주괴를 균질화 가열처리하고, 알루미늄 합금 주괴를 열간 압연하여 알루미늄 합금판을 수득하고, 추가로 알루미늄 합금판을 냉간 압연, 연속 어닐링, 또다른 냉간 압연, 및 표면 처리하고, 생성된 판을 가열하고, 판의 양면을 소정의 온도에서 열가소성 수지로 피복하고, 이 판을 즉시 냉각시키는 단계로 이루어진다.

Description

이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조 방법 {METHOD OF MANUFACTURING RESIN COATED ALUMINUM ALLOY PLATES FOR DRAWN AND IRONED CANS}
캔 몸체 부분과 바닥 부분이 함께 전체적으로 성형된 2 피스 캔으로서, DI 캔 (Drawn and Ironed Can) 은 주석 플레이트 또는 알루미늄 합금 플레이트를 캔으로 이음매없이 사출하여 지금까지 생산되어 왔다. 주석 플레이트 또는 알루미늄 합금 플레이트를 이러한 DI 캔으로 드로잉한 후, 연속적으로 배치된 수개의 아이어닝 다이를 사용하여 다량의 물로 냉각시키거나 또는, 수계 윤활제에 의해 윤활시키고, 원래 벽 두께의 1/3 두께로 얇게될 때까지 펀치한다. 그런 후, DI 캔을 탈지 하고 세척, 건조 및 피복한다. 최근, 일본 공개 특허 공보 제 평 6-312223 호에 드로잉 및 아이어닝 공정을 포함하는 복합 성형법을 이용하여 수지 피복된 금속판으로부터 2 피스 캔을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 2 피스 캔의 두께가 충분히 감소될 때까지 물이나 수계 윤활제를 사용하지 않는 건조 조건 하에서, 고온의 휘발성 윤활제가 가해진 수지 피복된 금속판을 드로잉한 후, 재드로잉 및 동시에 아이어닝 (즉, 복합 성형법) 시킨다는 점에서 종래의 DI 캔 생산 방법과는 다르다. 이 복합 성형법은 성형된 2 피스 캔을 탈지, 세척, 건조 및 피복하는 공정이 불필요하며, 환경을 오염시키지 않고 2 피스 캔을 생산하는 것이 가능하다. 본 발명은 이러한 복합 성형법에 적당한 수지 피복된 알루미늄 합금판을 제공하기 위해 연구되어 왔다. 복합 성형법에 적합한 재료로서, 일본 공개 특허 공보 제 평7-266496 호에 내력 강도, 인장 강도, 두께, 프로파일의 산술 평균 편차 등에 관하여 한정된 재료가 개시되었고, 또한 일례로서 JIS 3004 H19 의 알루미늄 합금의 사용이 개시되어 있다. 본 발명은 일본 공개 특허 공보 제 평6-312223 호에 개시된 바와 같이 복합 성형법에 적합한 수지 피복된 알루미늄 합금판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 목표로서의 복합 성형법은, 재드로잉될 부분과 아이어닝될 부분이 쌍으로 결합되는 다이를 사용하여 재드로잉 공정과 아이어닝 공정이 동시에 발생하는 공정으로 이루어진다. 복합 성형법의 특징 중 하나는, 재드로잉용 다이 부분의 쇼울더 (루우트) 반경 (shoulder radius) 이 더 작고 이러한 둥글게 된 쇼울더 부분이 캔 조각의 벽두께를 더 얇게 하기 위해서 캔 조각을 전후로 굽히는 작업을 한다는 것이다. 이러한 복합 성형법에 있어서, 작업 조각은 작업 조각 두께의 단지 두 배 또는 수 배인 매우 작은 쇼울더 반경으로써 전후로 굽혀지기 때문에, 작업 조각은 표면이 거칠어지거나 또는 균열이 가끔씩 일어나며, 또한 어떤 경우에서는 둥글게 된 쇼울더 부분으로 인해 표면이 파단되기도 한다. 심지어 캔 조각이 둥글게 된 쇼울더 부분에서 파단이 일어남이 없이 안전하게 성형되는 경우라도, 표면 거침성이나 균열은 수지 피복물에 대한 알루미늄 합금판의 접착성을 약화시켜, 캔 벽이 다음의 아이어닝 공정시에 쉽게 파단되게 한다. 따라서, 본 발명의 목적은, 복합 성형 공정을 통해서 성형될 때, 캔으로서 충분한 강도를 가지고 벽 파단 없이 드로잉과 아이어닝된 캔을 위한 수지 피복된 알루미늄 합금판을 제공하는 것으로서, 건조 조건 하에서, 공정은 작은 반경의 둥글게 된 다이 쇼울더 부분에서 전후 굽힘 공정과 일련의 아이어닝 공정을 포함한다. 일본 공개 특허 공보 제 평7-266496 호에 개시된 JIS 3004 H19 의 알루미늄 합금은 충분한 강도를 가지지만, 본 발명의 목표로 하는 것을 달성하기 위한 실질적인 성형성이 부족하다.
본 발명은 드로잉 및 아이어닝 공정 (drawning and ironing process) 을 포함하는 성형법에 의해 제조된 2 피스 (piece) 캔용으로 사용된 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복된 알루미늄 합금판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 수지 피복된 알루미늄 합금판은 알루미늄 합금판 상에 열가소성 수지를 피복하여 생산되고, 2 피스 캔으로 성형하는데 적합하며, 그 벽은 드로잉 및 아이어닝 공정을 포함하는 성형법에 의해 얇게 되고, 또한 2 피스 캔은 수냉과 수계 윤활제에 의한 윤활, 또는 완성된 캔을 세정함이 없이 제조된다.
본 발명은 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판을 제조하는 방법으로 이루어진다. 이 방법은 0.5 내지 2.0 중량% 의 망간, 0.2 내지 2.0 중량% 의 마그네슘, 0.05 내지 0.4 중량% 의 규소 및 0.7 중량% 이하의 철을 불가피한 불순물로 함유하는 (여기서, (규소 + 철) ≤ 0.9 중량%) 알루미늄 합금 잉곳 (ingot) 을 균질화 가열처리하고, 생성된 제품을 통상적인 방법으로 열간 압연하여 열간 압연된 알루미늄 합금판을 수득하고, 이어서 열간 압연 판을 냉간 압연, 연속어닐링 (annealing), 압연율 30 내지 50% 의 또다른 냉간 압연, 및 표면 처리하고, 240 내지 350℃ 에서 상기 표면 처리된 알루미늄 합금판을 1 분 내로 가열하고, 220 내지 300℃ 에서 알루미늄 합금판을 유지한 후, 판의 양면을 열가소성 수지로 피복하고, 생성된 제품을 즉시 급냉시키는 단계로 이루어진다.
본 발명은 또한 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판을 제조하는 방법에 있어서, 0.5 내지 2.0 중량% 의 망간, 0.2 내지 2.0 중량% 의 마그네슘, 0.05 내지 0.4 중량% 의 규소 및 0.7 중량% 이하의 철을 불가피한 불순물로 함유하는 (여기서, (규소 + 철) ≤ 0.9 중량%) 알루미늄 합금 잉곳을 균질화 가열처리하고, 생성된 제품을 통상적인 방법으로 열간 압연하여 열간 압연된 알루미늄 합금판을 수득하고, 이어서 열간 압연 판을 냉간 압연, 연속 어닐링, 압연율 50 내지 80% 의 또다른 냉간 압연, 및 표면 처리하고, 240 내지 350℃ 에서 상기 표면 처리된 알루미늄 합금판을 1 분 내로 가열하고, 220 내지 300℃ 에서 알루미늄 합금판을 유지한 후, 판의 양면을 열가소성 수지로 피복하고, 생성된 제품을 즉시 급냉시키는 단계를 포함하는 방법으로 이루어진다.
또한, 본 발명은 알루미늄 합금판 상에 피복된 열가소성 수지가 열가소성 폴리에스테르 수지이고, 알루미늄 합금판에 처리될 표면처리가 에칭 및/또는 전해질 크롬산 처리 및/또는 인산 크롬화 처리인 것을 특징으로 한다.
(실시예)
다양한 조사결과 강도, 성형성, 및 부착성이 우수하고, 건조 조건 하의 드로잉 및 아이어닝 조작에 있어서도 성형 내구성이 우수한 수지 피복 알루미늄 합금판을 수득할 수 있었다. 결과적으로, 이러한 목적하는 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조 방법은 알루미늄 합금의 조성, 열가소성 수지 피복의 종류, 이의 표면 처리의 형태등을 결정함으로서 개발되어 왔다. 본 발명은 하기 실시예로 상세히 설명된다.
우선, 본 발명의 수지 피복 알루미늄 합금판의 기판으로 사용된 알루미늄 합금판의 합금 조성을 제한하는 이유를 기재한다. 합금 원소의 각 함량은 이하 중량% 로 나타내었다.
[망간]
망간은 알루미늄 합금판의 강도를 경제적으로 수득하기 위하여 가한다. 0.5% 미만의 망간 함량은 아무런 영향도 미치지 않는다. 반면, 망간 함량이 2.0% 를 초과하면 알루미늄 - 철 - 망간계 결정화 물질이 알루미늄 합금판 중에 증가되어, 전후로 굽혀지는 알루미늄 합금판의 성형성이 저하되고, 따라서 본 발명의 진정한 목적을 방해하게 된다. 상업적인 제조에 폭넓게 사용되는 DI 성형법에서, 알루미늄 - 철 - 망간계 결정화 물질은 아이어닝 조작에서 윤활제로 사용되고, 따라서 알루미늄 합금판의 아이어닝 성형성을 향상시키는데 필수적이다. 그러나, 본 발명에 따르면, 수지 피복된 표면을 갖는 알루미늄 합금판이 성형되기 때문에, 알루미늄 - 철 - 망간계 결정화 물질에 의한 윤활 효과가 불필요하다. 반면, 알루미늄 - 철 - 망간계 결정화 물질은 알루미늄 합금판의 성형성을 저하시키는 작용을 한다. 즉, 상기 결정화 물질의 존재는 복합 성형법에 바람직하지 않으나, 본 발명의 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조에 사용된다. 복합 성형법은, 재드로잉 및 아이어닝용 결합 부분을 갖는 다이를 사용함으로서 재드로잉 및 아이어닝 조작이 동시에 수행되며, 여기에서 재드로잉용 다이 부분의 쇼울더 반경이 캔 조각의 두께보다 수배 더 작은 것을 특징으로 한다. 캔 조각을 다이 쇼울더 둥근 부분에서 전후로 굽힐 경우 결정화 물질은 캔 조각의 성형성을 심하게 손상시킨다. 다시 말하면, 전후로 굽히는 조작을 하는 동안, 알루미늄 합금판은 표면이 쉽게 거칠어지고 균열되고, 더욱이 수지 피복에 대한 알루미늄 합금판의 부착성을 저하시킨다. 더구나, 결정화 물질의 양 또는 입자 크기가 부적절하거나 부적합한 성형 조건 하에 있다면, 캔 벽에 파단이 발생한다. 따라서, DI 성형법의 경우와는 달리, 알루미늄 - 철 - 망간계 결정화 물질의 존재는 본 발명에서 바람직하지 않고, 바람직하게는 최소로 감소되어야 한다.
[마그네슘]
마그네슘은 알루미늄 합금판의 강도를 향상시키는데 있어서 망간보다 우수한 효과를 갖는다. 망간 함량을 0.2% 이상으로 가하면 캔으로서 충분한 강도를 수득할 수 있고, 주로 캔 바닥 부분의 내압성을 수득할 수 있다. 마그네슘은 고가의 원소이고, 게다가 마그네슘의 양을 증가시키면 알루미늄 합금판의 주조성이 저하된다. 따라서, 경제적인 관점 및 주조성의 관점에서 마그네슘 함량의 상한선을 2.0% 로 결정한다. 상기 복합 성형법에 의해 본 발명의 수지 피복 알루미늄 합금판으로부터 제조된 2 피스 캔은, 통상적으로 내압이 포지티브인 맥주, 탄산 음료, 또는 질소 충전 음료와 같은 내용물을 갖는 용기로 사용된다. 2 피스 캔이 그 바닥에 충분한 강도를 갖지 못하면, 이 캔은 바닥이 움푹 패이고 변형되어,캔의 상업적 가치가 없어진다. 캔의 바닥 부분의 강도는 주로 재료판의 내력 강도 및 두께에 주로 기인된다. 따라서, 재료판의 내력 강도가 불충분하면, 이를 보상하기 위해 두께가 두꺼워져야 하므로 경제적 손실이 오게된다.
[규소]
규소는 알루미늄 - 철 - 망간계 결정화 물질을 상변형시켜 소위 경질 α상을 형성하도록 한다. DI 캔의 제조에 있어서, 알파 상은 DI 캔의 아이어닝 성형성을 향상시키는 작용을 하므로, 0.1% 이상의 규소를 재료에 가할 필요가 있다. 그러나, 본 발명에 있어서, α상은 심지어는 아직 상 변형이 되지 않은 결정화 물질보다 수지 피복 알루미늄 합금판의 전후 굽힘 성형성을 더 저하시키는 바람직하지 못한 작용을 한다. 따라서, 판의 강도를 향상시키는 관점에서 규소 함량의 하한선을 0.05% 로 결정한다. 성형성의 관점에서 이의 상한선은 0.4% 이고, 더욱 바람직하게는 0.2% 이하이다.
[철]
철은 망간과 결합하여 알루미늄 - 철 - 망간 결정화 물질을 형성한다. 상기 언급한 바와 같이, 알루미늄 - 철 - 망간계 결정화 물질의 존재는 전후 굽힘 성형성의 관점에서 본 발명에서 바람직하지 못하므로, 상기 결정화 물질의 성분으로서의 철 함량의 상한선을 0.7%, 더욱 바람직하게는 0.4% 이하로 결정한다.
[규소 + 철]
알루미늄 - 철 - 망간계 결정화 물질의 양, 특히 경질 알파 상의 양을 낮게 조절하기 위해서, (규소 + 철)의 총량의 상한선을 결정할 필요가 있다. 철 함량 및 규소 함량의 상한선을 상기와 같이 각각 결정하였음에도 불구하고, 양쪽 함량 모두가 이들의 상한선에 근접하면, 생성된 알루미늄 - 철 - 망간계 결정화 물질은 알루미늄 합금판의 성형성을 손상시킬 수 있다. 따라서, (규소 + 철)의 상한선을 0.9%, 더욱 바람직하게는 0.5% 이하로 결정한다.
[구리]
구리는 마그네슘과 반응하여 침전 경화를 나타내는 알루미늄 - 구리 - 마그네슘계 침전물을 형성하고, 알루미늄 합금판의 강도를 향상시키는 효과를 갖기 때문에, 구리의 함량을 0.05% 이상으로 가하여야 한다. 그러나, 구리의 함량이 증가되면 알루미늄 합금판의 성형성이 저하되므로, 구리 함량은 0.4% 이하가 바람직할 수 있다.
또한, 아연을 알루미늄 합금에 가하면 결정화 물질을 적절하게 분산시키는데 효과적이므로, 결정화 물질로 인한 손상을 완화시킨다는 관점에서 알루미늄 합금은 아연 0.01 내지 0.5% 를 포함하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 제조 방법을 설명한다. 상기 화학적 조성물로 이루어지는 알루미늄 합금을 통상적인 방법으로 용융 및 캐스팅한다. 수득된 알루미늄 합금 잉곳을 열간 압연하기 전에 균질화 가열처리한다. 균질화 가열처리는 마이크로 - 디믹싱 (micro-demixing) 원소를 균질화 가열하고 과포화 원소를 침전시킬 목적으로 수행되어, 재료를 균질화 가열하여 결과적으로 이의 열간 압연 성능을 향상시킨다. 균질화 가열처리의 온도가 500℃ 미만일 때, 균질화 효과가 불충분하다. 반면, 온도가 600℃ 초과면, 재료판의 표면 특성이 저하될 것이다. 상기 온도 범위에서 처리 기간은 바람직하게는 1 시간 이상이다.
균질화 가열처리에 이어, 알루미늄 합금 잉곳을 통상적인 방법으로 열간 압연한다. 열간 압연하는 동안의 온도는 특정되어 있지는 않지만, 개시 압연 시간 동안은 400 내지 520℃, 마감 압연 시간 동안은 230 내지 350℃ 가 바람직하다. 열간 압연 후, 압연된 알루미늄 합금판을 냉간 압연하고, 연속 어닐링한다. 연속 어닐링 중 가열속도 및 냉각속도는 바람직하게는 100℃/분 이상일 수 있다. 속도가 100℃/분 미만이면, 알루미늄 합금판 중의 결정 입자가 커지고 조악하게 되어, 판의 강도 및 성형성이 불충분하게 된다. 가열 온도는 400 내지 580℃ 일 수 있다. 가열 온도가 400℃ 미만이면, 재결정이 완전히 발생되지 않고, 알루미늄 합금판의 성형성이 향상되지 않는다. 반면, 가열 온도가 580℃ 초과면, 알루미늄 합금판의 표면이 연소되어, 이의 외형이 손상된다. 또한, 5 분 이상 가열하면 알루미늄 합금의 연화가 촉진되어, 알루미늄 합금판이 목적하는 강도를 유지할 수 없게 된다.
상기 연속 어닐링 후에, 알루미늄 합금판을 2 차 냉간 압연한다. 2 차 냉간 압연의 한가지 구현에 따르면, 압연율을 30% 내지 50% 미만의 낮은 범위에서 선택한다. 알루미늄 합금판을 이러한 조건에서 냉간 압연하면, 이후 표면 처리 후 및 수지 피복 전 단계에서 1 분 내로 240 내지 350℃의 낮은 온도에서 가열하여야 한다. 압연율이 증가함에 따라, 알루미늄 합금판 중 결정화 물질은 압연 방향으로 배향되고, 결정화 물질 주위에 공극이 형성되고, 성형 뒤틀림 축적되어, 알루미늄 합금판의 전후 굽힘 성형성이 저하된다. 따라서, 성형성의 관점에서 압연율은 50% 미만이다. 반면, 압연율의 하한선은 필요한 강도를 수득한다는 점에서 30% 이다. 이렇게 압연된 알루미늄 합금판을 표면 처리하고, 이어서 수지로 피복하기 전 1 분 내로 240 내지 350℃ 의 온도에서 가열하므로써 상기 압연 조작으로 인한 성형성 감소를 완화시킨다. 이러한 열 처리 온도의 범위는 240 내지 350℃ 이다. 즉, 응력 완화라는 점에서 하한선을 결정하고, 재결정을 방지한다는 점에서 상한선을 결정한다. 가열이 길어지면 알루미늄 합금판의 연화가 촉진되고, 그 결과 알루미늄 합금판은 목적하는 강도를 달성할 수 없다. 따라서, 상기 온도 범위 중 가열 시간을 1 분 내로 제한한다. 또한, 이러한 열 처리는 수지 피복의 바로 전 단계에서 수행되어야 한다. 즉, 일단 알루미늄 합금판을 상기 온도로 가열한 다음, 특정 온도로 냉각시키고, 그 온도에서 수지로 피복시켜야 한다. 따라서, 수지 피복된 알루미늄 합금판을 경제적으로 제조할 수 있다.
2 차 냉간 압연의 또다른 구현에 따르면, 압연율을 처음 언급된 구현예보다 높은, 50% 내지 80% 의 범위에서 선택한다. 알루미늄 합금판을 상기 조건하에 냉간 압연하면, 이후 표면 처리 후 수지 피복 전 단계에서 1 분 내로 240 내지 350℃ 의 낮은 온도에서 가열되어야 한다. 이러한 구현에서, 압연율은 50 내지 80% 의 범위로 높다. 압연율이 80% 초과로, 표면 처리 후의 가열 온도가 240℃ 미만일 때, 알루미늄 합금판은 충분한 성형성을 달성할 수 없다. 다른 한편으로는, 50% 이하의 압연율로 압연된 알루미늄 합금판을 240℃ 이상의 온도에서 가열하면, 판은 충분한 강도를 달성할 수 없다. 따라서, 압연율의 하한선은 50% 이다. 이러한 구현에서, 상기 압연된 알루미늄 합금판을 이어서 표면 처리하고,그 후에 240 내지 350℃ 의 온도에서 가열한다. 연속 어닐링 후 50 내지 80% 의 높은 압연율을 갖는 냉간 압연으로 인한 감소된 성형성을 완화하기 위하여 수지로 피복하기 전에 알루미늄 합금판을 240℃ 이상의 온도로 가열하여야 한다. 재결정을 방지하기 위해서 가열 온도의 상한선을 350℃ 로 한다. 가열이 길어지면 더 큰 가열 장치가 필요하고, 또한 알루미늄 합금판의 연화가 촉진되어, 결과적으로 알루미늄 합금판은 목적하는 강도를 수득할 수 없다. 따라서, 상기 온도 범위에서 가열 시간을 1 분 이내로 제한한다.
상기 조성을 갖는 알루미늄 합금으로 제조된 알루미늄 합금판을 이를 위해 적합한 압연율 중 하나로 냉간 - 압연한 후, 애노다이징 (anodizing), 침지 크롬산 처리, 인산 크롬화 처리, 알칼리 용액 또는 산 용액을 사용한 에칭, 및 전해질 크롬산 처리와 같은 공지된 표면 처리를 수행한다. 본 발명은 바람직하게는 에칭 및/또는 전해질 크롬산 처리 또는 인산 크롬화 처리를 사용할 수 있다. 특히, 알루미늄 합금판의 표면에, 전해질 크롬산을 처리함으로서 금속 크롬 및 크롬산 수화산화물로 이루어지는 이중층 필름을 갖는 알루미늄 합금판이 제공되는 경우에, 크롬산 수화산화물의 피복 중량은 알루미늄 합금판에 적층된 수지 필름에의 성형 부착성이라는 점에서 크롬의 중량에 대해 바람직하게는 3 내지 50 mg/m2, 더욱 바람직하게는 7 내지 40 mg/m2일 수 있다. 금속 크롬은 특히 제한되지는 않으나, 성형 후 내부식성 및 수지 필름에의 성형부착성이라는 관점에서 바람직하게는 1 내지 100 mg/m2, 더욱 바람직하게는 5 내지 30 mg/m2일 수 있다. 또한, 알루미늄합금판을 인산 크롬화 처리한 경우에, 크로메이트의 피복 중량은 크롬의 중량에 대해 바람직하게는 3 내지 30 mg/m2이고, 더욱 바람직하게는 5 내지 20 mg/m2이다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금판의 적어도 한쪽 면에 적층된 열가소성 수지로는, 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카르보네이트 수지 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 수지를 주로 포함하는 단층 또는 다층 수지 필름, 또는 상기 군으로부터 선택된 2 이상의 수지를 포함하는 혼합 수지 필름, 또는 공중합 수지 필름을 사용할 수 있다. 특히, 엄격하게 성형된 본 발명에 따른 DI 캔용 열가소성 수지 필름으로는, 주성분으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 에틸렌 테레프탈레이트의 구조적 반복 단위 (CRU) 를 포함하는 공중합 폴리에스테르 수지 필름, 또는 주성분으로 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 부틸렌 테레프탈레이트의 CRU를 포함하는 폴리에스테르 수지 필름, 또는 상기 폴리에스테르 수지로부터 선택된 2 이상의 폴리에스테르 수지를 포함하는 혼합 폴리에스테르 수지 필름, 또는 서로 적층된 상기 폴리에스테르 수지로부터 선택된 폴리에스테르 수지층 2 이상을 갖는 다층 폴리에스테르 수지 필름을 사용할 수 있다. 또한, 폴리카르보네이트 수지 필름, 또는 상기 폴리에스테르 수지로부터 선택된 하나 이상의 폴리에스테르 수지 및 폴리카르보네이트 수지를 포함하는 혼합 수지 필름, 또는 서로 적층된 상기 폴리에스테르 수지로부터 선택된 2 층 이상의 폴리에스테르 수지 및 한 층의 폴리카르보네이트를 갖는 다층 수지 필름을 사용할 수 있다. 이러한 열가소성 수지 필름은 바람직하게는 공지된 압출기를 사용하여 열가소성 수지를 필름으로 성형하여 제조될 수 있고, 이어서 수지 필름을 이축 배향하고, 이를 열경화시키므로써 이축 배향 수지 필름을 제조한다.
금속 기판에 적층될 수지 필름은 바람직하게는 두께가 5 내지 50㎛ 이고, 더욱 바람직하게는 10 내지 30㎛ 일 수 있다. 수지 필름의 두께가 5㎛ 이하일 때, 이러한 수지 필름을 금속 기판에 빠른 속도로 연속적으로 적층하기가 어렵다. 반면, 금속 기판에 적층될 수지 필름의 두께가 50㎛ 이상일 때, 캔의 제조에 폭넓게 사용되는 에폭시 - 기재 수지 피복과 비교하여 경제적으로 바람직하지 못하다.
수지 필름을 알루미늄 합금 기판 상에 직접 적층할 수 있다. 또는, 이들을 함께 적층하기 위하여 에폭시 - 페놀 수지 등의 열경화 접착층을 수지 필름과 알루미늄 합금 기판 사이에 둘 수 있다. 즉, 수지 필름의 표면 또는 알루미늄 합금 기판의 표면, 즉 서로 결합될 표면을 미리 열경화 접착제로 피복하여, 이들 사이에 위치한 열경화 접착층으로 수지 필름을 알루미늄 합금 기판에 적층시킬 수 있다.
적층할 때의 알루미늄 합금 기판의 온도는, 기판에 적층될 수지의 종류에 따라 다르지만, 220 내지 300℃ 이다. 알루미늄 합금판의 적층 온도가 220℃ 이하일 때, 생성된 수지 피복 알루미늄 합금판은 성형 접착성이 불량하여, 수지 피복 알루미늄 합금판을 드로잉한 후에 기판에 적층된 수지 필름이 쉽게 벗겨진다. 반면, 적층 온도가 300℃ 이상일 때, 기판에 적층될 수지 필름이 적층 롤 등에 용융 접착되어, 적층 조작을 방해한다. 이러한 이유로, 수지 필름으로 적층될 때의 알루미늄 합금 기판의 온도의 상한선 및 하한선이 결정된다.
다음, 상기 열가소성 수지 필름을 상기 온도로 가열된 알루미늄 합금 기판의 양면과 접촉시키고, 이들을 서로 겹쳐놓고 함께 가압 결합되도록 한 쌍의 적층롤로 협착하고, 이어서 열가소성 수지 필름의 재결정 온도 이하로 빠르게 냉각한다. 따라서, 상기 언급한 과정을 통해서, 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판이 제조된다.
상기 언급한 본 발명의 제조 방법으로 제조된 열가소성 수지 피복 알루미늄 합금판은 이의 바깥 표면을 고온 휘발성 윤활제로 최종적으로 피복되고, 이렇게 제조된 판을 이음매없이 사출하고, 이어서 물로 냉각 또는, 수계 윤활제로 윤활, 또는 완성된 캔의 세척없이 벽두께가 얇은 2 피스 캔으로 성형된다. DI 성형 후 고온 휘발성 윤활제로 피복된 성형 캔 조각을 약 200℃ 의 고온에서 수분간 가열할 때, 고온 휘발성 윤활제는 바람직하게는 50% 이상 휘발될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 유동 파라핀, 합성 파라핀, 천연 왁스 등의 단일체, 또는 이러한 단일체들의 혼합물을 성형 조건 및 성형 후의 가열 조건에 따라 선택할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 이러한 고온 휘발성 윤활제는 바람직하게는 융점이 25 내지 80℃ 이고 및 비점이 180 내지 400℃ 일 수 있다. 열가소성 수지 피복 알루미늄 합금판에 피복될 고온 휘발성 윤활제의 양은, 바깥면 또는 안쪽면의 어느 면을 피복할 것인가, 성형 조건, 성형 후의 가열 조건 등을 고려하여 결정하여야 하지만, 바람직하게는 5 내지 100 mg/m2, 더욱 바람직하게는 30 내지 60 mg/m2이다.
실시예
표 1 내지 표 3 에서 나타난 조성을 각각 갖는 알루미늄 합금을 통상적인 방법으로 용융 및 캐스팅하고, 생성된 알루미늄 합금 잉곳을 페이싱 (facing) 및 550℃ 의 온도에서 1 시간 동안 균질화 가열처리한다. 이렇게 처리된 알루미늄 합금 잉곳을 통상적으로 열간 압연, 냉간 압연, 및 연속 어닐링하고, 이어서 표 1 내지 표 3 에서 나타난 압연율로 또다른 냉간 압연을 수행하여 각각의 두께가 0.25mm 인 알루미늄 합금 샘플판을 수득하고, 하기와 같이 (A) 내지 (D) 중 어느 하나로 표면 처리한다.
(A)
[에칭 처리]
샘플 판을 온도가 60℃ 인 수산화 나트륨 수용액 (50 g/l) 에 15 초 동안 담그고 세척한다. 이어서, 이들을 온도가 15℃ 인 황산 (15 g/l) 에 15 초 동안 담그고, 세척 및 건조한다.
(B)
[전해질 크롬산 처리]
주성분으로 크롬산 무수물 100 g/l 및 보조성분으로 플루오르화 나트륨 5 g/l 를 함유하고, 100 A/d m2의 캐소드 전류 밀도에서 온도가 40℃ 인 수용액 중에서 샘플판을 전기분해하여, 샘플 판 상에 크롬산 수화산화물 12 내지 15 mg/m2및 금속 크롬 32 내지 41 mg/m2으로 구성되는 2 층 필름을 형성시킨다.
(C)
[에칭과 전해질 크롬산 처리]
샘플 판을 온도가 60℃ 인 수산화 나트륨 수용액 (50 g/l) 중에 15 초 동안 담근 후 세척한다. 이어서, 이들을 온도가 15℃ 인 황산 (15 g/l) 중에 15 초 동안 담그고, 세척한다. 추가로, 이들을 주성분으로 크롬산 무수물 100 g/l 및 보조성분으로 플루오르화 나트륨 5 g/l를 함유하고, 100 A/d m2의 캐소드 전류 밀도에서, 온도가 40℃ 인 수용액 내에서 전기분해하여, 샘플 판 상에 크롬산 수화산화물 7 내지 11 mg/m2및 금속 크롬 21 내지 28 mg/m2으로 구성되는 2 층 필름을 형성시킨다.
(D)
[인산 크롬화 처리]
70 g/l 의 인산, 12 g/l 의 크롬산 무수물, 및 5 g/l 의 플루오르화 나트륨을 함유하고 온도가 60℃ 인 수용액을 각각의 샘플 판에 분무하여, 그 위에 크롬의 중량당 13 내지 20 mg/m2의 크로메이트층을 형성시킨다.
상기 표면 처리 중 어느 하나로 처리된 각 샘플 판을 표 1 내지 표 3 에 나타난 조건으로 가열하고, 샘플 판의 양면에 12 몰% 폴리에틸렌 이소프탈레이트 및 88 몰% 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 이축 배향 공중합 폴리에스테르 수지 필름을 두께 20㎛ 로 적층하여, 즉시 물 속에 급냉시킨다. 건조 후에, 비점이 115℃ 인 글래머 왁스 (glamour wax) 50 mg/m2을 수득된 적층물의 양면에 피복시켜테스트 샘플을 제조한다. 전후 굽힘 조작 후의 강도, 복합 성형을 하는 성형성, 내압성, 및 성형 후 알루미늄 합금판의 수지 피복 필름에의 표면 부착성등의 관점에서 테스트 샘플을 평가한다. 전후 굽힘 조작 후의 강도를, 우수하면 ○, 불량하면 ×표시로 정의한다. 즉, 굽힘 반경 0.5mm 인 전후 굽힘 조작을 한 테스트 샘플이, 전후 굽힘 조작 전의, 동일한 샘플의 내력 강도에 비해 인장강도가 30% 또는 30% 이상일 때, ○으로 표시하고, 또다른 테스트 샘플이 그 내력강도의 30% 미만인 인장강도를 나타낼 때 ×로 표시한다. 캔의 내압성에 대한 평가를 하기와 같이 수행한다 : 직경 65mm 인 드로잉캔을 통상적인 드로잉 성형법에 의해 수지 피복 알루미늄 합금 샘플판으로 제조하고, 바닥 부분을 돔-형으로 성형하고, 드로잉 캔을 내부에서 가압한다. 바닥 부분을 움푹 패이게하는 압력을 측정하여 평가한다. 패임 압력이 6.3 kgf/cm2이상일 때, ○(우수) 으로 표시하고, 패임 압력이 6.3 kgf/cm2미만일 때 ×(불량) 로 표시한다. 복합 성형성에 대한 평가를 하기와 같이 수행한다 : 드로잉 비 1.6 으로 성형된 직경 100mm 의 드로잉캔을 원래 벽두께의 80% 의 벽두께 및 75mm 의 직경이 되도록 1 차 재드로잉캔으로 성형하고, 이어서 2 차 재드로잉하고, 2 차 재드로잉성의 관점에서 이렇게 성형된 2 차 재드로잉캔을 평가한다. 재드로잉용 다이 부분의 재드로잉비가 1.15, 쇼울더 반경이 0.4mm 가 되도록, 그리고 아이어닝용 다이 부분의 클리어런스를 다양하게 선택하여 제거하여 2 차 재드로잉을 수행한다. 이러한 조건 하에서, 2 차 재드로잉 조작 동안 캔 벽에서 파단이 발생되었는지 여부에 따라, 다이 쇼울더 둥근 부분 및 아이어닝될 부분에 대해서 재드로잉캔의 성형성을 각각 평가한다. 파단이 발생되지 않으면 우수하다는 뜻으로 ○으로 표시하고, 파단이 발생되면 불량하다는 뜻으로 ×로 표시한다. 부착성에 대한 평가를 하기와 같이 수행한다 : 수지 피복이 벗겨졌는지 여부에 따라 내부 벽 표면에 대해서 상기와 동일한 조건 하에서 2 차 재드로잉으로 성형된 드로잉 캔을 평가한다. 수지 피복이 벗겨지지 않았으면 우수하다는 뜻으로 ○으로 표시하고, 수지 피복이 벗겨졌으면 불량하다는 뜻으로 ×로 표시한다. 평가 결과를 표 4 내지 표 6 에 나타내었다.
본 발명은 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조 방법으로 이루어진다. 망간 0.5 내지 2.0 중량%, 마그네슘 0.2 내지 2.0 중량%, 규소 0.05 내지 0.4 중량% 및 철 0.7 중량% 이하를 불가피한 불순물로 함유하는 (여기서, (규소 + 철) ≤0.9 중량%) 알루미늄 합금 잉곳을 균질화 가열처리하고, 생성물을 통상적인 방법으로 열간 압연하여 열간 압연 알루미늄 합금판을 수득하고, 이어서 열간 압연 판을 냉간 압연, 연속 어닐링, 30 내지 50% 의 압연율로 또다른 냉간 압연, 및 표면 처리하고, 상기 표면 처리된 알루미늄 합금판을 240 내지 350℃ 의 온도에서 1 분 내로 가열하고, 알루미늄 합금판을 220 내지 300℃ 의 온도로 유지하고, 판의 양면을 열가소성 수지로 피복하고, 생성물을 즉시 급냉시키는 단계로 이루어진다.
본 발명은 또한, 망간 0.5 내지 2.0 중량%, 마그네슘 0.2 내지 2.0 중량%, 규소 0.05 내지 0.4 중량% 및 철 0.7 중량% 이하를 불가피한 불순물로 함유하는 (여기서, (규소 + 철) ≤0.9 중량%) 알루미늄 합금 잉곳을 균질화 가열처리하고, 생성물을 통상적인 방법으로 열간 압연하여 열간 압연된 알루미늄 합금판을 수득하고, 이어서 열간 압연 판을 냉간 압연, 연속 어닐링, 50 내지 80% 의 압연율로 또다른 냉간 압연, 및 표면 처리하고, 상기 표면 처리된 알루미늄 합금판을 240 내지 350℃의 온도에서 1 분 내로 가열하고, 알루미늄 합금판을 220 내지 300℃ 의 온도로 유지하고, 판의 양면을 열가소성 수지로 피복하고, 생성물을 즉시 급냉시키는 단계로 이루어지는, 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조 방법으로 이루어진다.
또한, 본 발명은 알루미늄 합금판에 적용된 표면 처리가 (A) 에칭, (B) 전해질 크롬산 처리, (C) 에칭과 전해질 크롬산 처리, 및 (D) 인산 크롬화 처리중 어느 하나의 처리임을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은, 건조 조건에서, 작은 쇼울더 반경의 다이 쇼울더 둥근 부분에서의 전후 굽힘 조작 단계 및 그뒤의 아이어닝 조작 단계를 포함하는 복합 성형법으로 캔을 성형할 때, 벽 파단이 없고 캔으로서 충분한 강도를 갖는 이음매없이 사출된 캔으로 성형될 수 있는 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조를 가능하게 한다.
합금 조성물 및 샘플판의 제조 조건(1)
샘플번호 합금 조성물(중량%) 2차 냉간 압연율(%) 표면처리 가열 조건 적층 중 판 온도(℃)
Mn Mg Si Fe Al 온도(℃) 시간(초)
1 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 48 A 240 15 245
2 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 55 A 240 15 245
3 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 30 A 350 50 245
4 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 30 A 350 70 245
5 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 25 A 350 50 245
6 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 48 A 230 50 245
7 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 30 A 370 10 245
8 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 80 B 240 15 245
9 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 85 B 240 15 245
10 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 50 B 350 50 245
11 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 50 B 350 70 245
12 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 75 B 370 50 245
합금 조성물 및 샘플판의 제조 조건(2)
샘플번호 합금 조성물(중량%) 2차 냉간 압연율(%) 표면처리 가열 조건 적층 중 판 온도(℃)
Mn Mg Si Fe Al 온도(℃) 시간(초)
13 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 80 B 230 50 245
14 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 45 B 360 10 245
15 0.42 1.67 0.21 0.42 나머지 40 C 300 15 245
16 0.51 1.68 0.21 0.41 나머지 40 C 300 15 245
17 1.98 1.66 0.22 0.44 나머지 40 C 300 15 245
18 2.11 1.69 0.18 0.40 나머지 40 C 300 15 245
19 1.40 0.09 0.24 0.39 나머지 40 C 300 15 245
20 1.38 0.23 0.17 0.32 나머지 40 C 300 15 245
21 1.39 1.92 0.20 0.40 나머지 40 C 300 15 245
22 1.37 2.13 0.27 0.39 나머지 40 C 300 15 245
23 1.41 1.69 0.04 0.41 나머지 40 D 300 15 245
24 1.40 1.70 0.12 0.42 나머지 40 D 300 15 245
합금 조성물 및 샘플판의 제조 조건(3)
샘플번호 합금 조성물(중량%) 2차 냉간 압연율(%) 표면 처리 가열 조건 적층 중 판 온도(℃)
Mn Mg Si Fe Al 온도(℃) 시간(초)
25 1.39 1.69 0.37 0.40 나머지 40 D 300 15 245
26 1.41 1.69 0.49 0.41 나머지 40 D 300 15 245
27 1.38 1.65 0.11 0.68 나머지 40 D 300 15 245
28 1.38 1.65 0.19 0.84 나머지 40 D 300 15 245
29 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 40 D 300 15 210
30 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 40 D 300 15 220
31 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 40 D 300 15 300
32 1.37 1.68 0.20 0.42 나머지 40 D 300 16 315
샘플판 특성의 평가 결과(1)
샘플번호 전후 굽힘 후의 강도 복합 성형성 내압성 부착성 분류
1 ○ ○ ○ ○ 실시예
2 × × - - 비교예
3 ○ ○ ○ ○ 실시예
4 ○ ○ × ○ 비교예
5 ○ ○ × ○ 비교예
6 × × - - 비교예
7 ○ ○ × ○ 비교예
8 ○ ○ ○ ○ 실시예
9 × × - - 비교예
10 ○ ○ ○ ○ 실시예
11 ○ ○ × ○ 비교예
12 ○ ○ × ○ 비교예
(표시) - : 평가하지 않음
샘플판 특성의 평가 결과(2)
샘플번호 전후 굽힘 후의 강도 복합 성형성 내압성 부착성 분류
13 × × - - 비교예
14 ○ ○ × ○ 비교예
15 ○ ○ × ○ 비교예
16 ○ ○ ○ ○ 실시예
17 ○ ○ ○ ○ 실시예
18 × × - - 비교예
19 ○ ○ × ○ 비교예
20 ○ ○ ○ ○ 실시예
21 ○ ○ ○ ○ 실시예
22 × × - - 비교예
23 ○ ○ × ○ 비교예
24 ○ ○ ○ ○ 실시예
(표시) - : 평가하지 않음
샘플판 특성의 평가 결과(3)
샘플번호 전후 굽힘 후의 강도 복합 성형성 내압성 부착성 분류
25 ○ ○ ○ ○ 실시예
26 × × - - 비교예
27 ○ ○ ○ ○ 실시예
28 × × - - 비교예
29 ○ ○ ○ × 비교예
30 ○ ○ ○ ○ 실시예
31 ○ ○ ○ ○ 실시예
32 - - - - 비교예
(표시) - : 평가하지 않음

Claims (5)

  1. 0.5 내지 2.0 중량% 의 망간, 0.2 내지 2.0 중량% 의 마그네슘, 0.05 내지 0.4 중량% 의 규소 및 0.7 중량% 이하의 철을 불가피한 불순물로 함유하는 (여기서, (규소 + 철) ≤0.9 중량%) 알루미늄 합금 잉곳을 500 내지 600℃ 의 온도에서 1시간 이상 균질화 가열처리하는 단계,
    알루미늄 합금 잉곳을 개시 압연 시간 동안은 400 내지 520℃ 의 열간 압연온도에서, 마감 압연 시간 동안은 230 내지 350℃ 의 열간 압연온도에서 열간 압연하여 열간 압연된 알루미늄 합금판을 수득하는 열간 압연단계,
    이어서 열간 압연판을 냉간 압연하는 단계,
    열간 압연판을 400 내지 580℃ 의 온도에서 5분 이상 동안, 그리고 100℃/분 이상의 가열속도 및 냉각속도로 연속 어닐링하는 단계,
    압연율 30 내지 50% 의 또다른 냉간 압연하고, 표면 처리하는 단계,
    상기 표면 처리된 알루미늄 합금판을 240 내지 350℃ 의 온도에서 1 분 내로 가열하는 단계,
    220 내지 300℃ 의 온도에서 알루미늄 합금판을 유지하는 단계,
    판의 양면을 열가소성 수지로 피복하는 단계, 그리고
    열가소성 수지 피복된 알루미늄 합금판을 즉시 급냉시키는 단계로 이루어지는 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조 방법.
  2. 0.5 내지 2.0 중량% 의 망간, 0.2 내지 2.0 중량% 의 마그네슘, 0.05 내지 0.4 중량% 의 규소 및 0.7 중량% 이하의 철을 불가피한 불순물로 함유하는(여기서, (규소 + 철) ≤0.9 중량%) 알루미늄 합금 잉곳을 500 내지 600℃ 의 온도에서 1시간 이상 균질화 가열처리하는 단계,
    알루미늄 합금 잉곳을 개시 압연 시간 동안은 400 내지 520℃ 의 열간 압연온도에서, 마감 압연 시간 동안은 230 내지 350℃ 의 열간 압연온도에서 열간 압연하여 열간 압연된 알루미늄 합금판을 수득하는 열간 압연단계,
    이어서 열간 압연 판을 냉간 압연하는 단계,
    열간 압연판을 400 내지 580℃ 의 온도에서 5분 이상 동안, 그리고 100℃/분 이상의 가열속도 및 냉각속도로 연속 어닐링하는 단계,
    압연율 50 내지 80% 의 또다른 냉간 압연하고, 표면 처리하는 단계,
    상기 표면 처리된 알루미늄 합금판을 240 내지 350℃ 의 온도에서 1 분 내로 가열하는 단계,
    220 내지 300℃ 의 온도에서 알루미늄 합금판을 유지하는 단계,
    판의 양면을 열가소성 수지로 피복하는 단계, 그리고
    열가소성 수지 피복된 알루미늄 합금판을 즉시 급냉시키는 단계로 이루어지는 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 알루미늄 합금판에 피복된 열가소성 수지가 열가소성 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 이음매없이 사출된 캔용 수지피복 알루미늄 합금판의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 알루미늄 합금판에 적용된 표면 처리가 에칭, 전해질 크롬산 처리, 및 에칭과 전해질 크롬산 처리 중 어느 하나의 처리인 것을 특징으로 하는 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 알루미늄 합금판에 적용된 표면 처리가 인산 크롬화 처리인 것을 특징으로 하는 이음매없이 사출된 캔용 수지 피복 알루미늄 합금판의 제조 방법.
KR1019980708062A 1996-04-10 1997-04-10 이음매없이사출된캔용수지피복알루미늄합금판의제조방법 KR100336004B1 (ko)

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