KR100416117B1 - 적층금속판의제조방법및제조장치 - Google Patents

Abstract

다공율을 감소시키도록 플라스틱필름아래에 공기가 포획되지 않게 적층 금속판을 제조하는 방법이다. 적어도 한쪽에 플라스틱필름 (2) 으로 금속스트립 (1) 을 적층하기 위하여 플라스틱필름 (2) 은 플라스틱필름의 유리전이온도와 필름이 일정한 온도에서 30분동안 유지될 때 필름의 열적 수축이 3% 에 도달하는 온도 사이의 온도로 가열되고 나서 인장응력하에서 플라스틱필름은 금속판과 가압접촉된다. 이런 경우에, 공기는 포획되지 않으므로 다공율이 낮은 적층판이 획득될 수 있다.

Description

적층 금속판의 제조방법 및 제조장치

최근에는, 주석도금된 강판대신에 박막 금속판 (구체적으로는, 두께가 0.13 내지 0.38mm 인 냉연 강판) 의 한쪽 또는 양쪽에 폴리에스터필름과 같은 플라스틱 필름이 적층된 적층 금속판이 캔용기용 재료로서 사용되고 있었다. 이러한 적층 금속판에서, 금속판에 플라스틱 필름을 적층하기 위하여, 자체접착성 필름을 부착하여 가열결합시키는 방법 및 결합제를 통하여 금속판과 플라스틱 필름을 결합시키는 방법이 있다. 상기 두 경우에서, 금속판은 가열되고, 차가운 플라스틱 필름은 상기 가열된 금속판상에 놓여지게 되고 나서 상기 금속판은 한쌍의 적층롤을 사용하여 함께 가압된다. 예를 들면, 금속판의 양쪽에 플라스틱 필름을 적층할 때 금속판은 전기가열장치, 고주파가열장치, 고온송풍스토브 등과 같은 장치를 통하여 상기 필름의 연화점보다 더 높은 온도로 가열되고, 차가운 플라스틱 필름은 상기 가열된 금속판의 양쪽에 놓여지게 되고 나서 상기 차가운 플라스틱 필름 및 상기 가열된 금속판은 고무라이닝을 갖는 한쌍의 적층롤간을 통하여 통과되므로 상기 플라스틱필름은 상기 금속판에 결합된다 (일본 특허공개공보 제 8335/1994 참조).

금속판이 적층시 가열되는 종래의 적층 금속판의 제조방법은 적층이 20m/분 정도의 저속으로 수행될 때는 문제가 없었다. 그러나, 적층이 150m/분을 넘는 고속으로 수행될 때 획득된 적층 금속판의 혼합 기포의 비율 (기포의 비율) 은 면적비로 10 내지 30% 에 도달한다. 기포가 혼합된 적층 금속판이 디프 드로잉 가공되어 (deep-drawn) 캔용기로 형성되어 질 때 흠집이 적층 금속판의 표면상에 부분적으로 나타나는 경향이 있어서 제품을 열화시킨다. 게다가, 적층이 200m/분을 넘어서 고속으로 수행되는 경우일 때는 부착강도가 불균일해져서 상기 부착강도를 저하시킨다.

본 발명의 기술적 문제는 종래의 방법의 상기 언급된 문제점을 제거하며, 기포를 적게 포함하고, 그리고 적층이 고속으로 수행될 때도 부착이 덜 불균일해지는 적층 금속판의 제조방법을 제공하고, 그리고 이 방법에 사용되는 적층 금속판의 제조장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 적층 금속판의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 캔용기에 사용되는 적층 금속판을 고속으로 제조하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 제조장치에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 제조장치의 실제 방식의 일례를 도시하는 개략 측면도; 및

도 2 는 본 발명의 제조장치의 다른 실제 방식을 도시하는 주요부분의 측면도.

본 발명의 적층 금속판의 제조방법은 금속스트립의 적어도 한쪽에 플라스틱 필름을 적층하는 단계로 이루어진 적층 금속판의 제조방법으로서 상기 플라스틱 필름과 상기 금속판을 가열결합시킬 수 있는 온도로 상기 플라스틱 필름을 가열하고, 그리고 상기 플라스틱 필름은 가열 직후 상기 금속판과 가압접촉되는 것을 특징으로 한다. 이 제조방법에서 상기 플라스틱 필름은, 상기 플라스틱 필름의 유리전이온도와 상기 필름이 일정 온도에서 30분동안 유지될 때 상기 필름의 열적 수축이3% 에 도달하는 온도 사이의 온도로 가열되는 것이 바람직하다. 게다가, 상기 적층은 상기 필름에 2 내지 14 N/㎟ 의 인장력을 부여하면서 실행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 적층 금속판의 제조장치는 한쌍의 적층롤, 금속스트립을 상기 적층롤로 연속적으로 공급하는 금속판공급수단 및, 상기 금속판의 적어도 한쪽에 적층되어 지도록 플라스틱 필름을 공급하는 필름공급수단으로 이루어진 적층 금속판의 제조장치로서, 상기 장치는 적층 바로 전에 상기 플라스틱 필름을 일정한 온도로 가열하는 필름가열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 필름가열수단은 상기 플라스틱 필름의 유리전이온도와 상기 필름이 일정한 온도에서 30분동안 유지될 때 상기 필름의 열적 수축이 3% 에 도달하는 온도사이의 온도로 상기 플라스틱을 가열할 수 있는 수단인 것이 바람직하고, 또한, 이 장치는 상기 플라스틱 필름에 2 내지 14 N/㎟ 의 인장력을 가하는 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

종래의 방법에서는, 금속판과 접촉상태로 될 때까지 플라스틱 필름이 냉각되기 때문에 플라스틱 필름은 필름 자체의 경도로 인하여 금속판에 부착하기 어렵고,그리고 플라스틱 필름은 적층롤에 의해서 금속판과 접촉상태로 되도록 강제된다.

그러므로, 적층이 고속으로 수행될 때 기포가 필름과 금속판사이에 포함되기 쉽다. 그러나, 본 발명의 제조방법에 있어서는, 필름이 금속판에 가열결합될 수 있는 온도로 가열된 플라스틱 필름은 금속판과 접촉하기 전에 연화된다. 그러므로, 플라스틱 필름이 금속판에 충분하게 부착하여 기포가 포획되기 어렵다 (기포가 금속판과 플라스틱 필름사이에 형성되기 어렵다). 그리고, 플라스틱 필름이 플라스틱 필름의 가열직후, 그리고 상기 온도가 떨어지기 전에 금속판과 가압접촉상태로 될 때 플라스틱 필름은 플라스틱 필름의 자체 접착성에 의해서 불균일해지는 일이 없이 금속판에 부착되며, 여기서 금속판을 가열함으로써 금속판에 대한 플라스틱 필름의 부착이 향상될 수 있다.

게다가, 종래의 방법에 있어서는, 플라스틱 필름이 한쌍의 적층롤을 통하여 금속판과 가압접촉상태로 될 때, 열전달작용을 통하여 예열된 금속판으로부터 플라스틱 필름으로 열이 전달되고 그에 따라 플라스틱 필름이 가열되어 연화되며, 그리고 플라스틱 필름이 적층롤로부터 분리된 후 이것은 정상온도로 냉각된다. 따라서, 금속판과 플라스틱 필름의 공급속도가 느릴 때는 문제가 되지 않는다. 그러나, 공급속도가 증가할 때는 필름의 온도가 상승하기 어렵고, 그리고 플라스틱 필름의 온도가 불균일 하게 되어 부착강도를 불균일하게 한다. 그러나, 본 발명의 제조방법에 있어서는, 플라스틱 필름이 일정한 온도로 예열되기 때문에 플라스틱 필름의 두께방향으로의 온도의 분포는 균일하고, 그리고 적층이 고속작동에서도 효율적으로 수행된다.

본 발명의 제조방법에 있어서는, 플라스틱 필름의 유리전이온도와 필름이 일정한 온도에서 30분동안 유지될 때 필름의 열적 수축이 3% 에 도달하는 온도 사이의 온도로 플라스틱 필름이 가열되는 경우에, 기포는 적층이 고속으로 수행될 때도 플라스틱 필름과 금속판 사이에 포획되지 않고, 그리고 금속판에 대한 필름의 부착이 향상된다. 게다가, 필름에 대하여 2 내지 14 N/㎟의 인장력이 부여되면서 적층이 수행되는 경우에 기포가 플라스틱 필름과 금속판사이에서 포획되는 것이 효율적으로 방지된다.

이어서, 도면을 참고로 하여 언급하면, 본 발명의 제조방법 및 제조장치의 바람직한 방식이 설명된다. 도 1 은 본 발명에 따른 실시예의 실제방식의 일례를 도시하는 개략 측면도이다. 도 2 는 본 발명에 따른 장치의 다른 실제방식을 도시하는 주요부분의 측면도이다.

도 1 은 금속판 (1) 의 한쪽에 플라스틱 필름 (이하, "필름" 이라고 언급함)(2) 을 적층하기 위한 장치의 일례를 도시하고 있다. 도 1 에서, 도면부호 3 은 필름 (2) 의 롤을 나타내고, 도면부호 4 는 인장력이 부여 되는 필름 (2) 의 인장력을 제어하는 인장력제어수단을 나타내고, 그리고 도면부호 5 는 일정한 온도로 플라스틱 필름 (2) 을 가열하는 수단을 나타낸다. 또한, 도면부호 6 및 7 은 금속판 (1) 에 필름 (2) 을 가압하는 적층롤을 나타내고, 그리고 도면부호 8 및 9 는 금속판 (1) 및 획득된 적층판 각각의 공급장치를 나타낸다.

상기 언급된 인장력제어수단 (4) 은 이동 안내롤 (12) 이 사이에 배열된 한쌍의 고정 안내롤 (10, 11); 이동 안내롤 (12) 에서 힘검출로드셀 (13) 이 구비된인장력제어장치 (15); 및 상기 언급된 안내롤 (11) 과 다른 고정 안내롤 (17) 사이에 위치되고 인장력검출로드셀 (14) 이 구비되고 이동 안내롤 (16) 이 구비된 인장력제어장치 (18) 로 이루어진다. 인장력제어수단 (4) 은 필름의 원활한 이동을 유지하도록 이동할 때 필름 (2) 에 적당한 인장력을 부여하는 역할을 한다.

상기 언급된 가열수단 (5) 은 스팀, 전기가열 등에 의해서 가열되는 가열롤로 이루어진다. 이 가열수단은 적층롤 (6 및 7) 바로 전의 공정에서 배열된다.

가열롤 (19) 의 온도는 필름의 재질에 따라 변한다. 그러나, 필름을 형성하는 합성수지의 유리전이온도 (Tg) 와 허용가능한 필름수축온도 (Tx) 사이에서 가열롤 (19) 의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 허용가능한 필름수축온도 (Tx) 는 필름이 30분동안 그 온도로 유지될 때 획득되는 3% 의 열적 수축에 상응하는 온도이다. 온도가 유리전이온도 (Tg) 보다 낮을 때 필름은 부드러움을 유지하기 어려운 한편, 온도가 허용가능한 필름수축온도 (Tx) 보다 높을 때 필름의 수축이 증가되므로 필름의 크기를 유지하기 어렵다. 게다가, 필름이 느슨해질 정도로 과도하게 신장되어서 필름이 금속판과 가압접촉상태로 있을 때 주름이 발생되기 쉽다.

가열롤은 하나일 수도 있다. 그러나, 고속작동에서도 일정한 온도로 필름을 정확하게 가열하도록 복수의 가열롤을 사용하는 것이 바람직하다. 스팀 (가열매체) 등에 의해서 가열된 가열롤이 가열수단으로서 사용될 수 있거나, 또는 전기가열장치, 고주파가열장치, 고온송풍스토브 등을 통과시키면서 필름이 가열될 수 있다.

게다가, 적층롤 (6 및 7) 은 표면에 약 20 내지 40mm 정도의 두께를 갖는 고무라이닝이 구비된 약 460 내지 670mm 정도의 직경을 갖는 강철롤이고, 그리고 종래의 적층롤보다 더 큰 직경을 갖는다. 이러한 대직경을 갖는 적층롤이 사용되는 경우에 적층속도가 증가되더라도 확실한 적층이 형성되도록 충분한 닙핑시간(nipping time) 이 주어질 수 있다. 1개 내지 4개의 냉각롤 (20) 이 적층롤 (6 및 7) 주위에 배열되므로, 적층롤 (6 및 7) 의 온도는 일정한 온도범위내에서 유지되어 지도록 냉각될 수 있다. 종래의 공급장치를 금속판의 공급장치 (8) 와 적층판의 공급장치 (9) 로 사용할 수 있다.

상기 언급된 바와 같이 구성된 장치에서는 롤 (3) 로부터 풀려진 필름 (2) 의 코스가 고정 안내롤 (10), 이동 안내롤 (12) 및 고정 안내롤 (11) 에 의해서 변경되는 한편, 상향하중은 이동 안내롤 (12) 에 제공된 로드셀 (13) 에 의해서 측정된다. 게다가, 필름의 코스는 이동 안내롤 (16) 및 고정 안내롤 (17) 에 의해서 변경되는 한편, 필름인장력은 이동 안내롤 (16) 에 제공된 로드셀 (14) 에 의해서 측정된다. 이동 안내롤 (12) 은 측정된 인장력에 기초하여 이동되므로 (예를 들면, 위 아래로 횡단되므로) 필름인장력은 일정한 범위내에서 일정하게 제어될 수 있다.

그 후, 필름 (2) 은 일정한 온도로 가열된 가열롤 (19) 과 접촉상태로 있게 되고, 그리고 적층롤 (6 및 7) 에 의해서 금속판 (1) 에 고온결합된다. 이 경우에, 필름 (2) 은 유리전이온도 (Tg) 이상의 그리고 허용가능한 필름수축온도 (Tx) 이하의 온도로 가열되기 때문에 필름은 금속판에 확실하게 고온결합될 수 있고, 그외에 필름의 열적 수축이 낮아진다. 게다가, 인장력이 필름에 가해지면서 적층이 실행되므로 적층된 판의 표면은 매끄럽게 유지될 수 있다.

0.13 내지 0.38mm 의 두께를 갖는 TFS, 알루미늄판 등과 같은 종래의 적층판에서 사용된 모든 금속판은 상기 언급된 제조방법에서 사용되는 금속판 (1) 으로 사용될 수 있다. 게다가, 12 내지 25㎛ 를 갖는 폴리에스터필름, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 종래의 적층판에서 사용되는 모든 필름이 필름 (2) 으로 사용될 수 있다.

이어서, 도 2 를 참고로 하여 언급하면, 본 발명의 다른 실제방식이 설명된다. 도 2 는 필름 (2) 이 금속판 (1) 의 양쪽에 적층되는 실례를 도시하고 있다. 적층롤 (6 및 7) 은 고무라이닝을 각각 갖는 강철롤이고, 그리고 고무라이닝이 두꺼운 (예를 들면, 40mm) 비교적 대직경 (예를 들면, 700 내지 750mm) 을 갖는다. 그리고, 적층롤 (6 및 7) 의 온도증가는 냉각롤 (20) 에 의해서 제어된다. 대직경을 갖는 롤이 보다 긴 닙길이를 제공함에 따라, 닙핑하는데 요구되는 시간이 고속작동에서도 확보될 수 있으며, 이것은 금속판에 대하여 필름을 확실하게 부착되게 한다.

게다가, 2 내지 14 N/㎟ 의 인장력이 필름에 가해질 때 필름과 금속판사이에는 기포가 적게 포함된다. 그러므로, 획득된 적층판에 포함된 기포의 비율(기포의 비율) 은 면적비로 10% 이하이고 낮다. 따라서, 고속작동에서도 고품질의 적층판이 제조될 수 있다.

이어서, 구체적인 실시예 및 비교예를 보면 본 발명의 제조방법이 설명된다. (실시예 1 내지 10)

도 2 에서 도시된 배열이 도 1 에서 도시된 장치의 적층롤 (6 및 7) 을 둘러싸는 부분의 배열에 대하여 대체된 장치가 제공되며, 이 장치에 의해서 폭이 980mm이고 두께가 25mm 인 PET 수지의 필름 (유리전이온도 (Tg) : 74℃, 허용가능한 필름수축온도 (Tx) : 130℃) 은 200m/분의 적층속도로 폭이 980mm 이고 두께가 0.26mm 인 예열된 Cr-도금 강판에 적층된다. 그리고, (면적비에 대한) 기포의 비율에 있어서의 변동을 필름의 가열온도 및 적층 직전의 필름의 인장력이 변하는 경우에 조사하였다.

예를 들어, 적층판에서 기포의 비율의 측정방법으로서 기준면적 (S1) 에 대한 기포의 면적 (S2) 의 비율, 즉 기포의 비율 (S2/S1 × 100) 이 일정한 값으로서 나타내어진다.

기포는 예를 들어, 대략 400배 배율로 현미경에 의해서 관찰되어 측정된다.

기포 부분 및 다른 부분은 현미경을 사용하여 기포가 형성되는 적층판을 관찰할 때 명확하게 구별될 수 있다. 현미경으로 관찰된 버블처럼 보이는 부분은 기포에 상응한다. 현미경의 전체 가시영역에 대해 사진을 찍은 후 완성 사진에서 버블부분의 윤곽이 드러나고, 그리고 드러난 윤곽의 내부는 얼룩지게 되고 (예를 들면, 내부는 검은색으로 얼룩지게 되고) 이에 따라 얼룩진 부분은 다른 부분과 구별된다. 그 후, 다른 부분에 대하여 얼룩진 부분의 비율은 사진면적분석기를 사용하여 측정되고 이러한 것은 수치로 표시된다.

기포가 기준면적당 형성되는 비율은 미세사진을 찍으므로써 추론될 수 있으며, 여기서 직경이 2mm 인 원은 기준면적 (S1) 으로 이용가능하다.

또한, 기포는 대개 적층작업 중 적층판의 스트립의 측면에지부근에서 발생되기 쉽기 때문에, 예를 들어, 중심부분에서, 그리고 적층판의 에지부분으로부터 거리가 25mm 인 위치에서 측정된 측정값의 평균이 각각 이용가능하다.

게다가, 적층작업 동안 실제로 측정한 경우에 영상카메라에 의해서 찍힌 사진은 컴퓨터처리되어 기포를 갖지 않는 부분에 대한 기포를 갖는 부분의 면적비가 자동으로 계산될 수 있다.

조건을 변화시킴으로써 측정된 결과는 표 1 에 도시되어 있다.

표 1 에서 필름인장력에 대한 행의 "-" 는 필름이 파형으로 이동하지 않는 정도로 인장력이 필름에 약간 가해지는 상태를 의미하고, 실질적으로는 "0" 이다. 이 실시예에서, 적층롤의 직경은 750mm 였고, 고무라이닝의 두께는 40mm 였고, 그리고 4개의 냉각롤은 적층롤의 한쪽에 제공되고 적층롤의 온도 보다 10℃ 낮은 온도로 설정된다. 적층압력은 최대 120,000 N 이였고, 이 경우에 닙길이는 105mm였다.

(실시예 11 과 12)

필름이 70℃ 로 유지되고, 필름인장력이 실질적으로 "0" 이고, 그리고 4.1 N/㎟ 인 경우에 각각 표 1 에서 실시예 11 및 12 로서 나타내어진다.

(비교예)

필름이 실온에서 유지되는 것외에는 실시예 1 내지 12 에서와 동일한 조건하에서 수행된 적층결과는 표 2 에 나타내어진다.

표 1 에서 명백한 바와 같이, 플라스틱 필름의 가열온도가 유리전이온도보다 더 높은 실시예 1 내지 10 에서, 2 내지 8% 의 기포의 비율을 갖는 고품질의 적층판이 고속작업에서도 제조될 수 있다. 게다가, 2.1 내지 3.5 N/㎟ 의 필름인장력이 필름에 부여된 실시예 2, 4, 6, 8 및 10 은 각각 인장력이 필름에 부여되지 않은 실시예 1, 3, 5, 7 및 9 에서 보다 약 1 포인트 적은 버블의 비율을 갖는다. 그러므로, 다른 조건이 동일하다면 기포의 비율은 인장력이 필름에 가해질 때 더 낮게 된다. 게다가, 필름의 가열온도가 더 높을 때 기포의 비율은 더 낮아진다.

게다가, 가열온도가 유리전이온도보다 약간 낮은 70℃ 이고, 그리고 필름인 장력이 필름에 부여되지 않은 실시예 11 에서도 기포의 비율은 10% 이고, 이것은 충분히 실용적이다. 이 경우에, 필름에 부여된 인장력이 증가될 때 (4.1 N/㎟) 기포의 비율은 7% 이다, 즉 실시예 2 및 3 에서와 대략 동일하다. 그러나, 실시예 1 내지 10 의 경우에 인장력이 필름에 부여되지 않거나, 또는 필름에 부여된 인장력이 1 내지 3.5 N/㎟ 의 비교적 제어가능한 범위내에 있어도 이들 실시예는 기포의 비율이 적층 금속판이 디프 드로잉 가공에서 흠집이 생기지 않는 8% 이하로 되기 때문에 더욱 바람직하다.

이에 반해서, 필름이 가열되지 않은 비교예 1 내지 4 의 경우에 기포의 비율은 디프 드로잉 가공에서 적층판의 표면상에 주어진 흠집이 증가되는 12 내지 40%이므로 비교예의 적층 금속판은 캔재료로 부적당하다.

본 발명의 제조방법에 따르면, 기포는 적게 포함되고, 그리고 적층은 고속으로 수행될 때도 부착이 덜 불균일해진다. 인장력이 가열필름에 가해지는 경우에 기포가 훨씬 적게 포함될 수 있다. 본 발명의 장치는 상술된 제조방법을 수행할 수 있다.

Claims (8)

1. 금속판 스트립의 일측면 이상에 플라스틱 필름을 적층하는 단계를 포함하며, 이 적층단계에서 상기 플라스틱 필름은 상기 플라스틱 필름과 상기 금속판을 가열 결합시킬 수 있는 온도로 가열되고, 가열 직후 상기 금속판과 가압 접촉되는 것을 특징으로 하는 적층 금속판의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플라스틱 필름은 상기 플라스틱 필름의 유리전이온도와 상기 필름이 일정한 온도에서 30분동안 유지될 때 상기 필름의 열적 수축이 3% 에 도달하는 온도 사이의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 적층 금속판의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적층이 추가로 상기 필름에 인장력을 부여하면서 실행되는 것을 특징으로 하는 적층 금속판의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 적층은 상기 플라스틱 필름에 2 내지 14 N/㎟ 의 인장력을 부여하면서 실행되는 것을 특징으로 하는 적층 금속판의 제조방법.
5. 한쌍의 적층롤, 금속판 스트립을 상기 적층롤에 연속적으로 공급하는 금속공급수단 및, 상기 금속판의 일측면 이상에 적층되어지도록 플라스틱 필름을 공급하는 필름공급수단으로 이루어진 적층 금속판의 제조장치에 있어서, 상기 장치는 추가로 적층 바로 전에 상기 플라스틱 필름을 일정한 온도로 가열하는 필름가열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 금속판의 제조장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 필름가열수단은 상기 플라스틱 필름의 유리전이온도와 상기 필름이 일정한 온도에서 30분동안 유지될 때 상기 필름의 열적 수축이 3%에 도달하는 온도 사이의 온도로 상기 플라스틱 필름을 가열하는 것을 특징으로 하는 적층 금속판의 제조장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 장치는 추가로 상기 플라스틱 필름에 인장력을 가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 금속판의 제조장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 플라스틱 필름에 인장력을 가하는 상기 수단은 2 내지 14 N/㎟ 의 인장력을 가하는 것을 특징으로 하는 적층 금속판의 제조장치.