KR20080016742A

KR20080016742A - 라미네이트강판제의 2피스 캔용 캔체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080016742A
Application number: KR1020087001000A
Authority: KR
Inventors: 히로시 쿠보; 카츠미 코지마; 유카 니시하라; 요시히코 야스에; 히로키 이와사
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-21
Also published as: EP1914024B1; CA2618456A1; CN101232959A; EP1914024A1; EP1914024A4; JP4692146B2; US8365570B2; PT1914024E; CA2618456C; KR100970317B1; US20090127272A1; WO2007020946A1; JP2007045508A; CN101232959B

Abstract

2피스 캔의 캔체의 제조방법은, 반경이 R₀인 원형상의 라미네이트강판을 다단 성형하여 2피스 캔의 캔체를 제조하는 방법에 있어서, 면배향계수가 O.06 이하의 폴리에스테르수지를 피복한 라미네이트강판을 사용하고, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 상기 라미네이트강판의 반경을 R로 하였을 때, 높이 h, 최대반경 r 및 최소반경 d가, d≤r, 0.2≤d/R≤0.5, 및 1.5≤h/(R-r)≤2.5를 만족하는 성형체를 적어도 1회 얻는 공정; 상기 성형체를, 150℃이상, 상기 폴리에스테르수지의 융점 이하의 온도에서 적어도 1회 가열하는 공정; 및, 상기 열처리된 성형체를, 또한 d≤r, 0.1≤d/R≤0.25, 및 1.5≤h/(R-r)≤4를 만족하는 성형체로 가공하는 공정;으로 이루어진다. 이 방법에 의해 수지층의 박리와 파단이 없는 라미네이트강판제의 2피스 캔용 캔체가, 용이하면서 염가로 얻을 수 있다.

2피스 캔, 라미네이트 강판, 글래스 전이점, 비상용성, 부상수지, 폴리에스테르, 에어로졸 캔,

Description

라미네이트강판제의 2피스 캔용 캔체 및 그 제조방법{CAN BODY FOR TWO-PIECE CAN MADE OF LAMINATE STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF}

본 발명은, 에어로졸 캔용의 2피스 캔과 같은 높은 가공도를 갖는, 라미네이트강판제의 2피스 캔의 캔체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

금속제의 캔에는, 크게 나누어 2피스 캔과 3피스 캔이 있다. 2피스 캔이란 캔바닥과 일체가 된 캔체와 덮개의 2개 부분으로 구성된 캔이다. 3피스 캔이란 캔몸통, 윗덮개와 바닥덮개의 3개 부분으로 구성된 캔이다. 2피스 캔의 캔체는, 접합부(용접부)가 존재하지 않기 때문에 외관이 미려한 반면, 일반적으로 높은 가공도가 요구된다. 3피스 캔의 캔몸통은 접합부가 존재하기 때문에, 2피스 캔과 비교하면, 외관은 뒤떨어지지만, 일반적으로 낮은 가공도로 끝난다. 이 때문에, 시장에서는 소용량이고 고급품에는 2피스 캔이 많이 사용되고, 대용량이고 저가품에는 3피스 캔이 많이 사용되는 경향이 있다.

이러한 2피스 캔 중에서도, 에어로졸 캔과 같이 드로잉의 가공도가 높고, 캔의 높이방향의 연신도가 큰(이하, 가공도가 높다고 말한다) 2피스 캔용 캔체의 금속소재로서는, 일반적으로, 고가이면서 판두께가 두꺼운 알루미늄이 사용되고 있고, 염가이면서 판두께가 얇은 주석도금강판이나 틴프리스틸(TIN free steel) 등의 강판소재는 거의 사용되지 않았다. 그 이유는, 에어로졸 2피스 캔은 가공도가 매우 높기 때문에, 강판에서는 드로잉가공이나 DI가공(Draw and Ironing) 등의 고가공의 적용이 어려운데 대해, 알루미늄 등의 연질금속재료에는 임펙트성형법을 적용할 수 있기 때문이다.

이러한 상황하에서, 염가이고, 얇아도 강도가 높은 주석도금강판이나 틴프리스틸 등의 강판소재를 사용하고, 상기와 같은 가공도가 높은 2피스 캔의 캔체를 제조할 수 있으면, 산업적인 의의는 매우 크다.

그리고, 가공도가 낮은 일반적인 2피스 캔에 대하여는, 수지 라미네이트강판(본원에서는, 라미네이트강판이라고도 부른다)을 원료로서 드로잉가공법이나 DI가공법에 따라 제조하는 종래 기술이 알려져 있다.

예를 들면, 특허문헌1~5는, 수지피복금속판의 드로잉가공법 및 DI가공법을 개시하고 있다. 그러나, 어느 기술도, 음료캔, 식품캔 등을 타겟으로 하고 있고, 2피스의 에어로졸 캔정도의 고도한 가공을 필요로 하지 않고, 낮은 가공도의 캔체이다.

특허문헌1에는, 형상을 특정한 드로잉다이스를 사용하여 라미네이트강판제의 드로잉 아이어닝가공을 행하여, 캔체를 성형하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은, 캔체의 가공도가 낮은 경우에는, 문제없이 성형할 수 있지만, 에어로졸캔과 같은 가공도가 높은 캔체에 적용하면 가공 도중에 필름에 크랙이나 박리 등이 발생한다.

또한, 특허문헌2와 특허문헌3은, 수지층의 박리방지나 가공 후의 장벽성을 의도하여, 가공단계나 최종단계에서 열처리를 행하는 것을 개시하고 있다. 즉, 특허문헌2에서는 배향성 열가소성수지가 사용되어 내부응력의 완화와 배향 결정화 촉진을 위한 열처리가 제안되어 있다. 이 열처리법은, 현재, 음료캔 등에서 일반적으로 사용되는 방법으로 되어 있다. 특허문헌2의 본문 중에는 상기 열처리는 재드로잉가공된 컵 상태로 행하여지고, 피복수지의 결정화도가 충분하게 촉진하는(융점-5℃) 이하가 바람직하다고 기재되어 있지만, 그 실시예의 기재를 본 바로는, 역시 가공도가 낮은 것 밖에 대상으로 하지 않는 것을 알 수 있다.

그리고, 특허문헌3의 실시예에는, 포화 폴리에스테르와 아이오노머의 콤파운드로 구성되는 수지를 피복층에 구비하여, DI가공한 예가 개시되어 있다. 특허문헌3에서는, 드로잉가공 후에 열처리를 행하고, 그 후 DI가공, 네킹가공 및 플랜징가공을 행하는 가공방법이지만, 그 실시예의 기재를 본 바로는, 역시 가공도가 낮은 것밖에 대상으로 하지 않는 것을 알 수 있다.

더욱이, 특허문헌4와 특허문헌5에는, 캔에 성형한 후에, 주로 수지의 융점 이상에서 상기 캔을 열처리하여 내부응력을 완화하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 얻어지는 캔체의 가공도는, 명세서 본문이나 실시예의 기재를 본 바로는 역시 낮다.

특허문헌1: 일본 특허공개 평7-106394호 공보

특허문헌2: 일본 특허 제2526725호 공보

특허문헌3: 일본 특허공개 2004-148324호 공보

특허문헌4: 일본 특허공개 소59-35344호 공보

특허문헌5: 일본 특허공개 소61-22626호 공보

즉, 지금까지, 라미네이트강판을 사용하여 에어로졸캔과 같은 가공도가 높은 2피스 캔의 캔체를 제조하는 방법은 어디에서도 볼 수 없다.

여기서, 발명자들은, 원형상의 라미네이트강판을 사용하여 DI가공에 의해 바닥있는 통형상으로 성형 후, 그 개구부 근방 부분을 축경(縮徑)가공하는 가공도가 높은 2피스 캔의 제조를 시도하였는 바, 수지층의 박리와 파단이 생겨 버렸다. 이들은 고가공 성형 특유의 문제이며, 발명자들이 검토한 결과, 열처리가 문제의 해소에 유효하다라고 생각되었다. 그러나, 종래의 지견에 있던 성형 후나 성형 전의 열처리로는 충분하지 않고, 고가공도 영역에 있어 수지층의 박리를 피할 수 없었다. 따라서, 선행기술을 단순하게 적용하여도 수지층 박리의 문제는 해결할 수 없었다. 또한, 열처리공정 이후의 공정에서 수지층의 가공성이 열화하는 문제도 발생하였다.

본 발명의 목적은, 에어로졸용 2피스 캔과 같은 고가공도를 갖고, 또한 수지층의 박리와 파단이 없는, 라미네이트강판제의 2피스 캔용 캔체와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 반경이 R₀인 원형상의 라미네이트강판을 다단 성형하여 2피스 캔의 캔체를 제조하는 방법에 있어서, 면배향계수(面配向係數)가 0.06 이하인 폴리에스테르수지를 피복한 라미네이트강판을 사용하고, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 상기 라미네이트강판의 반경을 R로 하였을 때, 높이 h, 최대반경 r 및 최소반경 d가, d≤r, 0.2≤d/R≤0.5, 및 1.5≤h/(R-r)≤2.5를 만족하는 성형체를 적어도 1회얻는 공정; 상기 성형체를, 150℃이상, 상기 폴리에스테르수지의 융점 이하의 온도에서 적어도 1회 열처리하는 공정; 및, 상기 열처리된 성형체를, 더욱이 d≤r, 0.1≤d/R≤0.25, 및 1.5≤h/(R-r)≤4를 만족하는 성형체로 가공하는 공정; 으로 이루어지는 2피스 캔의 캔체의 제조방법이다.

그리고 상기 제조방법에서는, 상기 열처리공정의 온도가, 상기 온도범위 내면서 (상기 폴리에스테르수지의 융점-30℃) 이상이며, 상기 열처리된 성형체의 가공조건이, d≤r, 0.1≤d/R≤0.25, 및 2.0≤h/(R-r)≤4인 것이 바람직하다.

또한, 이러한 제조방법에서는, 상기 열처리된 성형체를, 상기 열처리의 종료후 10초 이내에, 상기 폴리에스테르수지의 글래스 이전점(移轉点)이하의 온도로 냉각하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기의 어느 제조방법에서도, 상기 면배향계수가 O.06 이하인 폴리에스테르수지가, 에틸렌글리콜 및 부틸렌 글리콜로부터 선택되는 적어도 1종의 디올과 테레프탈산을 중합의 주성분으로 하는 수지인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 면배향계수가 0.06 이하인 폴리에스테르수지가, 디에틸렌글리콜, 시클로헥산디올 및 이소프탈산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 부성분(副成分)으로 하는 공중합체인 것이 더 바람직하다.

또한, 상기의 어느 제조방법에서도, 상기 면배향계수가 0.06 이하인 폴리에스테르수지가, 또한 글래스 이전점이 5℃이하인 비상용성(incompatible)의 수지를 부상(副相)으로 함유하는 수지인 것이 바람직하다.

더욱이 본 발명은, 상기 어느 하나에 기재된 방법에 의해 제조한 2피스 캔의 캔체이기도 하다.

또한, 본 발명은, 라미네이트강판의 원형상판을 다단 성형하여, 최종적으로, 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d(r와 d가 같은 경우를 포함한다)의 최종성형체를 제조하는 2피스 캔의 제조방법에 있어서, 면배향계수가 O.06 이하의 폴리에스테르수지를 피복한 라미네이트강판을 사용하고, 최종성형체의 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d가, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경 R에 대하여, 0.1≤d/R≤0.25, 및 1.5≤h/(R-r)≤4인 관계를 만족하는 범위에 성형함과 함께, 중간단계의 성형체의 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d(r와 d가 같은 경우를 포함한다)가, 상기 반경 R에 대하여, 0.2≤d/R≤0.5, 및 1.5≤h/(R-r)≤2.5인 관계를 만족하는 1이상의 중간성형단계에서, 성형체를 그 온도가 150℃이상, 폴리에스테르수지의 융점 이하가 되도록 가열하는 열처리를 1회이상 행하는 것을 특징으로 하는 2피스 캔의 제조방법이다.

도 1은, 본 발명의 캔체의 제조공정의 일 실시 형태를 설명하는 도이다.

본 발명자들은, 예의(銳意) 검토한 결과, 에어로졸용 2피스 캔의 캔체와 같은 고가공도의 용기를 수지 라미네이트강판으로부터 제조하려면 , 가공도를 차례로 높이는 다단 성형법을 단순하게 실행하는 것이 아니라, 성형 도중에, 특정의 가공 조건을 만족하는 중간성형체에 특정한 열처리를 행하면, 가공도가 더 높아지는 후단의 성형공정에 있어서도 수지의 박리와 파단을 억제할 수 있다는 것을 알았다.

이하에, 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 캔체의 제조공정의 일 실시 형태를 설명하는 도이다. 수지 라미네이트강판의 원형상의 블랭크를 드로잉가공(DI가공을 포함한다)으로 바닥있는 통형상의 성형체로 성형하고, 또한 상기 성형체의 개구부 근방을 축경가공하며, 개구부 부근이 축경된 2피스 캔을 제조하는 공정순서를 나타내고 있다. 그리고 본 발명으로 말하는 「원형상」이란, 드로잉가공, DI가공, 축경가공 및/또는 플랜지 가공 등을 행할 수 있는 형상이면 좋다. 따라서, 가공에 사용되는 수지 라미네이트강판은, 원판형상은 물론, 예를 들면, 대략 원판형상, 비뚤어진 원판형상, 혹은 타원형상인 것까지도 포함한다.

도 1에 있어서, 1은 가공 전의 원형상 블랭크(블랭크시트), 2는 캔체의 스트레이트벽부분(공정D에서는 축경가공되어 있지 않은 스트레이트벽부분), 3은 돔 형상부, 4는 넥 형상부에서 축경가공된 스트레이트벽부분, 5는 테이퍼형상부에서, 축경가공 후의 테이퍼벽부분이다.

먼저, 상기 원형상 블랭크(1)에 1단 또는 복수 단의 드로잉가공(DI가공을 포함한다)을 행하여, 소정의 캔직경(반경 r; 캔외면의 반경)을 갖는 바닥있는 통형상의 성형체로 성형한다(공정A). 다음으로 성형체의 바닥부를 상방으로 볼록한 모양 형상으로 성형하여 돔 형상부(3)을 형성하는 돔 가공을 행하며(공정B), 또한 성형체의 개구측(開口側) 단부(端部)를 트리밍한다(공정C). 다음으로 성형체의 개구측 부분에 1단 또는 복수 단의 축경가공을 행하여 성형체의 개구부측 부분을 소정의 캔직경(반경 d; 캔외면의 반경)으로 축경가공하여, 소정의 최종성형체(2피스 캔)를 얻는다. 도면 상에서, R₀는 성형 전의 원형상 블랭크(1)의 반경(타원의 경우는 장경(長徑)과 단경(短徑)의 평균치로 한다)이며, h, r 및 d는, 각각, 성형도중의 단계의 성형체 또는 최종성형체의 높이, 최대반경, 최소반경이고, R은 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경이다.

R₀은 최종성형체로부터 계산되는 R에 트리밍량을 더한 것으로, 임의로 결정되는 것이다. 그러나, 트리밍되는 부분은 폐기물이기 때문에, 공업적으로는 가능한 한 적은 것이 바람직하고, 통상은 R의 10%이하로, 많아도 20%이하이다. 즉, R₀는 R의 1~1.1배, 최대로 1~1.2배의 범위인 것이 많다. 따라서 본 발명의 실시에 있어서는, 예를 들면 R=R₀/1.05라고 하는 값을 사용하여 중간단계에서의 열처리를 행하는 타이밍을 알 수 있다. 또한, 복수의 상기 캔체를 제조할 때는, 시작품(試作品)에 의해, R을 알 수도 있다.

본 2피스 캔의 캔체의 제조공정에서는, 공정A에서는 최대반경 r와 최소반경 d가 동일, 즉 r=d이며, 공정D에서는 r>d이다.

최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경 R은, 최종성형체의 측정 중량에 근거하여 결정된다. 즉, 최종성형체의 중량을 측정하고, 이 중량과 같은 중량이 되는 성형 전의 라미네이트강판의 원형상 판의 치수(반경)를 계산에 의해 구하고, 이를 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경 R로 한다. 캔체의 제조공정의 도중에 캔단부가 트리밍되지만, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경 R은, 트리밍의 영향이 배제되어 있으므로, 더 적절한 가공도의 평가가 가능하게 된다.

이와 같이 수지 라미네이트강판의 원형상 블랭크에 드로잉가공(DI가공을 포함한다), 축경가공을 적용해 작성되는 2피스 캔에서는, 수지층은, 높이방향으로 신장되고 둘레방향으로 수축하게 된다. 가공도가 높은 경우, 수지의 변형량이 크게 되어, 수지층의 파단을 초래한다. 본 발명에서는 가공도의 지표로서 수축정도를 나타내는 파라미터 d/R 뿐만이 아니라, 또한 캔 높이방향의 신장과 관련하는 파라미터 h/(R-r)를 사용한다. 이는, 고가공도 영역에서, 가공도를 표현함에 있어, 드로잉비에 더하여, 신장량도 가미할 필요가 있기 때문이다. 즉, 축소의 정도와 신장의 정도로 가공도를 규정함으로써, 수지층의 변형정도를 정량화하는 것으로 된다. 수지층은 높이방향으로 신장하고 둘레방향으로 수축함으로써, 박리하기 쉽게 되므로, 수축정도에 더하여, 높이방향의 신장량도 중요한 인자로 된다.

본 발명에서는, 최종적으로 제조된 캔체(최종성형체)의 가공도에 대하여, 최종성형체의 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d를, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전 원형상 판의 반경 R에 대하여, 0.1≤d/R≤0.25, 및 1.5≤h/(R-r)≤4인 캔직경을 만족하는 범위로 규정한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 목적은, 라미네이트강판을 사용하여, 종래 기술에서는 곤란하였던 고가공도의 캔체를 제조할 수 있도록 하는 것이다. 종래 기술에서는, 라미네이트강판을 사용하고, 축소의 정도를 규정하는 파라미터 d/R가 0.25 이하를 만족하며, 또한 신장의 정도를 규정하는 파라미터 h/(R-r)가 1.5이상을 동시에 만족하는 고가공도의 캔체를 제조하는 것이 곤란하였다. 이 때문에, 본 발명에서는, 제조하는 캔체의 가공도 d/R를 0.25 이하, 및 h/(R-r)를 1.5 이상으로 규정하였다. 또한, 더 가공도가 높은 캔체를 제조하는 관점으로부터, 신장의 정도를 규정하는 파라미터 h/(R-r)를 2.0 이상인 성형조건도 마련하였다.

축소의 정도를 규정하는 파라미터 d/R가 0.1 이하가 되고, 또는 신장의 정도를 규정하는 파라미터 h/(R-r)가 4를 넘는 높은 가공도이면, 성형이 가능하여도 불필요하게 성형단수가 증가하거나 또는 가공경화에 동반하여 판의 신장한계에 도달하여, 판 파단하는 문제가 생기거나 하기 때문이다. 이 때문에, 제조하는 캔체의 가공도에 대하여, 0.1≤d/R, 및 h/(R-r)≤4로 규정하였다.

그리고, 본 발명이 대상으로 하는 다단 성형은, 드로잉가공, DI가공, 축경가공 중 어느 하나의 가공 또는 이들을 조합한 가공이다. 축경가공을 포함하는 경우는, 최종성형체의 치수 d는, r＞d이다. 축경가공을 포함하지 않는 경우는, 최종성형체의 치수는 r=d(r, d는 최종성형체의 캔직경)이다.

본 발명에서는, 소재의 라미네이트강판은, 폴리에스테르수지를 피복한 강판인 것이 바람직하다.

강판은, 알루미늄 등에 비해 염가이고, 경제성이 뛰어나기 때문이다. 강판은, 일반적인 틴프리스틸(TIN free steel)나 주석도금강판 등을 사용하면 좋다. 틴프리스틸는, 예를 들면, 표면에 부착량 50~200mg/m²의 금속크롬층과, 금속크롬환산 의 부착량이 3~30 mg/m²인 크롬산화물층을 갖는 것이 바람직하다. 주석도금강판은 0.5~15g/m²의 도금량을 갖는 것이 바람직하다. 판두께는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.15~0.30 mm의 범위인 것을 적용할 수 있다. 또한, 경제성을 고려하지 않는다면, 본기술은 알루미늄 소재에도 단순하게 적용할 수 있다.

또한, 상기 수지층을 폴리에스테르수지로 한정한 것은, 가공에 수지층이 따르기 위해서는 열가소성일 필요가 있고, 더욱이 신장과 강도의 밸런스가 좋아서 폴리에스테르수지로 하였다.

본 발명이 대상으로 하는 가공영역은, 종래보다 가공도가 어려운 영역이며, 특히 캔둘레방향의 축소가 큰 영역이다.

이러한 가공영역에서는, 필름은, 둘레방향으로 크게 줄어들 뿐만 아니라, 캔체의 높이방향으로도 크게 신장하여 결과적으로, 막두께도 증감하므로, 3차원의 변형으로 된다. 따라서, 도중의 단계에서 열처리를 행하지 않으면 내부응력의 현저한 증가에 의한 수지층의 박리를 피할 수 없다. 그러나, 성형의 도중단계에서 열처리를 행하면, 내부응력의 완화에는 유효하지만, 배향결정화에 의해 가공성이 열화한다. 즉, 열처리를 행하면, 배향상태에 따라 필름의 결정화가 촉진된다. 그 결과, 둘레방향의 분자주쇄밀도(分子主鎖密度)가 저하하고, 둘레방향 결합력이 저하하여, 필름의 파단이 생기기 쉬워진다. 따라서, 열처리는 필요하지만 무제한으로 행하여도 좋은 처리도 아니다.

본 발명자들은, 열처리의 타이밍 및 열처리조건을 특정함으로써, 기반과의 밀착성이 회복됨과 동시에, 가공성의 열화는 최소한으로 억제되기 때문에, 그 후의 가공에도 필름 박리나 크랙 등의 발생이 없어 양호한 캔체를 얻을 수 있는 것을 밝혀냈다.

본 발명에서 열처리의 타이밍을, 중간단계의 성형체의 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d(r와 d가 같은 경우를 포함한다)가, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전 원형상 판의 반경 R에 대하여, 0.2≤d/R≤0.5, 및 1.5≤h/(R-r)≤2.5인 관계를 만족하는 중간성형단계로 규정하였다. 그 이유는, 가공도는 이 범위에 있으면, 상기 수지층의 파단과 박리를 방지하는 관점으로부터, 열처리가 가장 효과적으로 행하여지기 때문이다. 즉, 가공도가 낮은 단계에서 열처리를 행하는 것은, 내부응력이 높지 않은 단계에서의 내부응력 완화이기 때문에 상술의 효과가 작을 뿐만 아니라, 상기 수지의 배향결정화가 촉진되므로 가공성도 열화하기 때문이다. 또한, 가공도가 너무 높은 단계에서 열처리를 실시하는 것은, 상기 수지의 밀착력이 떨어져 그 결과적으로, 박리가 생길 가능성이 있다. 이와 같이, 열처리의 타이밍이 매우 중요하여, 가공도의 상하한을 상기와 같이 정하였다.

열처리는, 도 1의 제조공정의 공정A 및 공정D 중 어느 한 쪽 또는 양쪽으로 행할 수가 있다. 상술의 열처리의 타이밍에 관하여, r와 d가 같은 경우를 포함하는 것은, 축경가공을 포함한 캔의 제조공정에서, 공정A로 열처리를 실시하는 경우도 유효하고, 혹은 축경가공을 포함하지 않는 캔의 제조공정에서는, r와 d가 같은 직경이 되기 때문이다. 이러한 열처리는, 내부응력 완화의 필요성에 따라 복수 회 행하여도 좋다.

본 발명에서 정한 열처리 온도조건은, 가공에 의해 생기는 내부응력을 완화하기 위한 것이다. 구체적으로는, 밀착력의 회복이다. 수지층은 가공이 진행되면, 가공에 의한 내부응력이 축적하게 된다. 이 내부응력은, 신장하게 하면 수축하려 하고, 수축하게 하려면 신장하려고 하는 힘이다. 이 힘에 의해, 수지층은 변형하려하지만, 기반강판과의 밀착에 지지되어 변형할 수 없는 상태에 있다. 따라서, 내부응력이 가공에 의해 축적하여, 밀착력보다 상대적으로 커지면, 수지층은 박리에 도달한다. 또한 수지와 기반강판 사이의 밀착력이 약하면, 낮은 가공도에서도 수지는 박리하기 쉬워진다.

내부응력을 완화하기 위해서는 수지층의 분자가 어느 정도 움직일 수 있는 상태로 되어야 한다. 이 관점에서 말하면, 글래스 전이점(Tg)이상의 온도가 필요하지만, 글래스 전이점 이상의 온도라도 온도가 너무 낮으면 처리시간이 너무 걸려 현실적이지 않다. 이 관점으로부터 열처리의 하한온도를 비정(非晶)의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지가 유동하기 시작하는 150℃로 정하였다. 상한온도를 폴리에스테르수지의 융점으로 규정한 것은, 폴리에스테르수지의 융점을 넘으면, 필름이 용해하기 때문에 필름 표면의 수지가 유동하여 필름의 표면이 거칠어져서, 결과적으로 외관을 손상하게 할 뿐만 아니라, 필름 강도도 저하하여 이후의 가공성에도 영향을 주기 때문이다.

본 출원의 청구항 2에서, 열처리의 하한온도를 (폴리에스테르수지의 융점-30℃)로 더 규정한 것은, 이 온도는 융점에 가깝기 때문에 열처리에서 배향결정화가 진행하기 어려운 온도영역이며, 가공성의 관점으로부터 더 바람직한 온도영역이기 때문이다. 이로써 더 가공도가 높은 캔체(최종성형체)의 제조가 가능해진다.

열처리의 방법에 대하여는, 특히 한정되는 것은 아니고, 전기로, 가스오븐, 적외로(赤外爐), 인덕션히터 등으로 같은 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되어 있다. 또한, 가열속도, 가열시간은 내부응력의 완화에 의한 플러스효과와 배향결정화에 의한 마이너스효과의 쌍방을 고려하여 적절하게 선택하면 좋다. 가열속도는 빠를수록 효율적이며, 가열시간의 기준은 15초~60초 정도이다.

열처리종료 후, 10초 이내에 글래스 전이점 이하의 온도로 냉각하는 것은, 냉각중에 가공성의 저해요인으로 되는 구정(球晶)의 발생을 피하기 쉽기 때문이다.

본 발명에서 실시되는 가공영역은, 둘레방향의 축소와 캔 높이방향의 신장이 커짐으로해서, 캔 높이방향으로의 수지의 배향이 크게 되기 쉬운 영역이다. 본 발명에서 규정하는 고가공도의 변형에 수지층이 따르기 위해서는, 라미네이트강판의 초기의 배향도 중요하게 되는 것이 판명되었다. 즉, 2축연신 등으로 작성된 필름은 면방향으로 배향하고 있지만, 라미네이트 후도 배향이 높은 상태에 있으면, 가공에 따르지 못하고, 파단에 이른다. 이러한 관점으로부터, 본 발명에서는 면배향계수를 0.06 이하로 규정하였다.

또한, 본 발명의 라미네이트층에 사용되는 수지는, 디카르복실산과 디올의 축중합으로 얻어진다. 그 중에서도, 에틸렌글리콜 및 부틸렌 글리콜로부터 선택되는 적어도 1종의 디올과 테레프탈산을 중합의 주성분으로 하는 수지인 것이 바람직하다. 여기서 「중합의 주성분」이란, 라미네이트층에 사용되는 수지의 70~100mol%를 차지하는 것으로, 바람직하게는 85mol%이상, 더 바람직하게는 92mol%이상이다. 이 수지는, 디에틸렌글리콜, 시클로헥산디올 및 이소프탈산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 부성분으로 하는 공중합체인 것도 적절하게 사용할 수 있다.

더욱이 이러한 수지는 모두, 면배향계수가 0.06 이하의 폴리에스테르수지를 주상으로하고, 또한 그 부상에, 주상과 비상용(非相溶)이면서, 글래스 이전점이 5℃이하인 수지를 함유하는 것이 적절하고, 더 바람직하게는 -20℃이하이다.

면배향계수를 상기와 같이 정한 것은, 면배향계수가 0.06 초과로 되면 가공성이 열화하는 경향이 있기 때문이다. 폴리에스테르수지의 수지종(樹脂種)을 상기와 같이 정한 것은, 수지의 신장과 강도의 밸런스가 본 발명에서 정하는 가공에 적절하기 때문이다. 신장성이 부족하는 수지에서는, 본 발명에서 규정하는 가공도로 가공할 수 없고, 강도가 부족한 수지에서는 금형과의 슬라이딩에 의해 수지가 파단하여 버리는 경우가 있다.

또한 상기 수지를 주상으로 하고, 또한 부상으로서, 주상과 비상용이고, 글래스 전이점이 5℃이하인 수지를 함유하는 것을 정한 것은, 비상용부분(부상)이 변형함으로써 배향 그 자체를 완화하거나 배향에 의한 내부응력을 완화하거나 하는 효과가 있기 때문이다. 이때, 비상용부분(부상)은 용이하게 변형하는 것이 바람직하고, 이를 위해서는, 글래스 전이점이 5℃이하인 수지가 좋다.

상술의 주상과 비상용이고 글래스 전이점이 5℃이하인 수지로서는, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 이러한 산변성체(酸變性體), 혹은 아이오노머(ionomer), 폴리-4-메틸펜텐-1, 폴리이소부틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리아크릴산에틸, 폴리부타 디엔 등이 예시되고, 이 중에서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 이들의 산변성체, 혹은 아이오노머 중에서 선택되는 일종 이상을 적합하게 사용할 수 있다.

상술의 효과를 발현하려면 , 주상과 부상이 혼합한 혼합수지 속의 부상의 체적비율은, 3vol% 이상 30vol%이하가 바람직하다. 3vol%이상인 편이 부상의 효과가 발현되고 쉽고, 30vo1%이하인 편이 부상립(副相粒)이 수지층 안에서 안정하게 존재하기 쉽게 된다.

본 발명으로 규정하는 라미네이트강판은, 수지층 안에 안료나 윤활제, 안정제 등의 첨가제를 부가하여 사용하여도 좋고, 본 발명으로 규정하는 수지층에 부가하여 다른 기능을 갖는 수지층을 상층 또는 기반강판과의 중간층에 배치하여도 좋다.

수지층의 막두께는 특히 한정되지 않지만, 10μm이상 50μm이하가 바람직하다. 필름 라미네이트의 경우, 10μm미만의 필름 비용은 일반적으로 고가로 되고, 또한, 막두께는 두꺼울수록 가공성이 뛰어나지만 고가로 되며, 50μm를 넘은 경우는, 가공성에 대한 기여는 포화하고, 고가로 되기 때문에 있다.

본 발명으로 규정하는 라미네이트강판은, 강판의 적어도 한 면에 본 발명에서 규정하는 수지층이 피복되어 있으면 좋다.

강판으로의 라미네이트방법은 특히 한정되지 않지만, 2축연신 필름, 혹은 무연신필름을 열압착하게 하는 열압착법, T다이 등을 사용하여 강판 상에 직접 수지층을 형성하게 하는 압출법 등 적절하게 선택하면 되고, 모두 충분한 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되어 있다. 면배향계수가 높은 2축연신 필름을 사용하여 이러한 라미네이트강판을 작성하려면 , 라미네이트시의 온도를 올려 충분히 배향결정을 융해하면 된다. 혹은, 압출법에 의해 작성된 필름은, 거의 무배향이므로, 이 관점에서는 적합하다. 마찬가지로, 강판에 직접 용해수지를 라미네이트하는 다이렉트 라미네이트법도 같은 이유에서 적합하게 된다.

실시예 1

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

「라미네이트강판의 제작」

두께 O.20mm인 T4CA의 TFS(금속Cr층: 120mg/m², Cr산화물층: 금속Cr환산으로 10mg/m²)를 사용하고, 이 원판에 대하여, 필름 라미네이트법(필름 열압착법), 혹은 다이렉트 라미네이트법(직접압출법)을 사용하여 여러가지의 수지층을 형성하게 하였다. 그리고, 필름 라미네이트에 대해서는, 2축연신 필름을 사용한 것과 무연신 필름을 사용한 것의 두 방법을 실시하였다. 금속판의 양면에 각각 두께 25μm의 필름을 라미네이트하여, 라미네이트강판을 제작하였다.

상기에서 제작한 라미네이트강판에 피복된 폴리에스테르수지 필름의 면배향계수를 이하와 같이 하여 산출하였다.

「면배향계수의 측정」

아베굴절계를 사용하고, 광원은 나트륨 D선, 중간액은 옥화메틸, 온도는 25℃인 조건에서 굴절률을 측정하며, 필름면의 종방향 굴절률 Nx, 필름면의 횡방향 굴절률 Ny, 필름의 두께방향 굴절률 Nz를 구하여, 하기 식으로 면배향계수 Ns를 산 출하였다.

면배향계수(Ns)=(Nx＋Ny)/2-Nz

라미네이트강판의 제조방법과 제작한 라미네이트강판의 내용을 표 1에 나타낸다. 표 1에 기재된 수지종은 다음과 같다.

PET：폴리에틸렌 테레프탈레이트

PET-I(12): 폴리에틸렌 테레프탈레이트-이소프탈레이트 공중합체(이소프탈산 공중합 비율 12mol%)

PET-I(5): 폴리에틸렌 테레프탈레이트-이소프탈레이트 공중합체(이소프탈산 공중합 비율 5mol%)

PET-PBT(60): 폴리에틸렌 테레프탈레이트-부틸렌 테레프탈레이트 공중합체(부틸렌 테레프탈레이트 공중합 비율 60mol%)

PET-DEG: 폴리에틸렌 테레프탈레이트-디에틸렌글리콜 공중합체

PET-CHDM: 폴리에틸렌 테레프탈레이트-시클로헥산디올 공중합체

PET-PE: 주상이 PET, 부상이 폴리에틸렌(Tg: -125℃)으로 함유량 15vol%

PET-PP: 주상이 PET, 부상이 폴리프로필렌(Tg: -20℃)으로 함유량 13vol%

PET-IO: 주상이 PET, 부상이 아이오노머(에틸렌 불포화 카르복실산 공중합체 Zn중화물, Tg: -30℃이하)로 함유량 14vol%.

라미네이트법은 다음과 같다.

필름 열압착법 1:

2축연신법으로 작성한 필름을, 강판을(수지의 융점＋10℃)까지 가열한 상태 에서, 닙롤로 열압착하고, 이어서 7초 이내에 수냉에 의해 냉각하였다.

필름 열압착법 2:

무연신필름을, 강판을 (수지의 융점＋10℃)까지 가열한 상태에서 닙롤로 열압착하고, 이어서 7초 이내에 수냉에 의해 냉각하였다.

직접압출법:

수지 펠렛(pellet)으로 압출기로 혼련, 용융하게 하고, T다이로부터, 주행중의 강판 상에 공급하여 피복하며, 이어서 수지피복된 강판을 80℃의 냉각롤에서 닙 냉각하게 하고, 또한, 수냉에 의해 냉각하였다.

비교예의 도장강판은, 에폭시계 열경화수지를 도포하고, 220℃에서 10분 가열하여 두께 8μm의 도막을 형성하였다.

「캔체 성형」

제작한 공시강판(供試鋼板)을 사용하고, 도 1에 나타낸 제조공정에 준하여, 이하의 순서로 캔체(최종성형체)를 제작하였다. 중간성형체(공정C) 및 최종성형체(공정D)의 형상을 표 2에 나타낸다. 공정A의 드로잉가공은 5단계로 행하고, 공정D의 축경가공은 7단계로 행하였다. 열처리는 공정A~공정D의 도중 단계에서 행하고, 적외선식 가열로를 사용하여 캔체를 가열하며, 열처리종료 후 수냉하였다. 열처리의 타이밍(열처리실시 때의 캔체의 가공도) 및 열처리 조건을 표 3에 나타낸다.

표 2에서, 최종성형체(공정D)의 h, r, d, ha, hc, R는, 각각 최종성형체의 개구단부까지의 높이, 캔체(2)의 반경, 넥 형상부(3)의 반경, 캔체(2)의 높이, 넥 형상부(3)의 높이, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판 블랭크 의 반경이다(도 1 참조). 원형상 판 블랭크의 반경 R은, 다음과 같이 하여 구하였다. 성형 전의 블랭크시트의 중량 및 트리밍공정 후의 최종성형체의 중량을 측정하고, 이 측정결과에 근거하여, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전 블랭크시트의 반경을 구하고, 이 반경을 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판 블랭크의 반경 R로 하였다.

1) 블랭킹(블랭크시트의 직경: 66 및 82mmφ)

2) 드로잉가공 및 아이어닝가공(ironing process)(공정A)

5단의 드로잉가공에서, 캔체의 반경 r, 높이 h가, r/R: 0.23~O.47, h/(R-r): 1.50~3.05의 범위인 캔체(중간성형체)를 제작하였다. 또한, 소정의 캔체를 제작하기 위해서, 적절하게, 아이어닝가공도 병용하였다.

3) 캔바닥부의 돔 형상 가공(공정B)

캔바닥부에, 깊이 6mm의 반구(半球) 형상의 장출(張出)가공을 행하였다.

4) 트리밍가공(공정C)

캔 상단부를 2 mm정도 트리밍하였다.

5) 원통 상부의 축경가공(공정D)

원통 상부에 축경가공을 하되, 구체적으로는, 내면 테이퍼 형상의 다이에 개구단부를 압착하여 축경을 행하는 다이넥 방식으로 실시하여, 표 2에 나타낸 최종적인 캔체 형상의 캔체를 제작하였다.

상기 순서로 제작한 캔체의 필름층의 밀착성, 가공성, 외관을 이하와 같이 하여 평가하였다. 평가결과를 표 3에 아울러 기재하였다.

「밀착성시험」

캔체를, 둘레방향의 폭이 15mm가 되도록 캔 높이방향으로 대략 직사각형으로 전단(剪斷)하고, 그 캔 높이방향으로 바닥면으로부터 1Omm의 위치를, 둘레방향으로 직선 향상으로, 강판만을 전단하였다. 결과, 전단위치를 경계로 캔 높이방향 바닥면 측에 10mm부분과 잔여의 부분으로 이루어지는 시험편이 작성되었다. 10mm의 부분에 폭 15mm, 길이 60mm의 강판을 연결하고(용접), 60mm 강판부분으로, 잔여부분의 필름을 파단위치로부터 10mm정도 박리하게 한다. 필름을 박리한 부분과 60mm 강판부분을 파지여유로 하여 180도 방향으로 박리시험을 실시하였다. 관측된 박리강도의 최소치를 밀착성의 지표로 하였다.

(박리강도)

4N/15mm 미만: ×

4N/15mm 이상：○

「필름가공성 평가」

캔 상단으로부터 10 mm의 위치를 중심으로, 15mmφ의 소창(小窓)을 형성한 씨일을 부착하여, 측정면적이 15mmφ가 되도록 하였다. 다음으로, 소창부분을 전해액(KC1: 5%용액, 온도는 상온)에 담그어, 강판과 전해액 간에 6.2V가 전압을 걸었다. 이때 측정되는 전류치에 따라 아래와 같이 평가하였다.

(전류치)

0.1mA이하： ◎

0.1mA 초과, 1.0mA 이하: ○

1.OmA 초과: ×

「외관평가」

제작된 캔의 넥 형상부의 외관을 육안평가하였다.

표면이 거친 것으로 확인되었을 경우：×

표면이 거친 것으로 확인되지 않은 경우: ○

「평가 결과」

캔체 C1~C12 및 C14~C30는, 본 발명의 실시예이며, 필름밀착성, 가공성 및 외관이 모두 양호하다.

캔체 C13은, 본 발명의 실시예이지만, 냉각시간이 제3 발명범위를 벗어난 예이다. 필름가공성, 밀착성 및 외관이 모두 합격이지만, 가공성의 평가는 ○이었다.

캔체 C31는, 수지층에 본 발명범위 이외의 열경화성의 도료를 도포한 것이다. 가공성, 밀착성 및 외관의 모두가 ×이었다.

캔체 C32는, 열처리온도가 본 발명범위 상한을 벗어나는 것이다. 외관이 ×이었다.

캔체 C33~C35는, 열처리의 타이밍이 본 범위의 규정을 벗어는 것이다. 가공성의 평가는 ○이고, 밀착성의 평가는 ×이었다.

캔체 C36는, 면배향계수가 본 발명범위를 벗어나는 것이다. 필름가공성이 ×이었다.

캔체 C37는, 열처리온도가 본 발명범위 하한을 벗어나는 것이다. 필름밀착성이 ×이었다.

본 발명의 방법에 의하면, 라미네이트강판을 소재하여, 수지층의 박리와 파단이 없고 또한 고가공도인 2피스 캔용 캔체를 제조할 수 있다. 본 발명의 2피스 캔용 캔체는, 에어로졸캔 등과 같은 가공도가 높은 2피스 캔의 캔체로서 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 방법에 의하면, 고가공도를 가지면서 수지층의 박리와 파단이 없 는, 라미네이트강판제의 2피스 캔용 캔체를 제조할 수가 있다. 라미네이트강판은, 염가이면서 얇아도 강도가 높은 주석도금강판이나 틴프리스틸 등의 강판에 수지필름을 피복한 것이기 때문에, 에어로졸캔 등과 같은 가공도가 높은 2피스 캔의 캔체 등을, 고강도나 고내식성 등을 겸비하게 하면서 염가로 제공할 수가 있다. 따라서, 산업적인 의의는 매우 크다.

Claims

반경이 R₀인 원형상의 라미네이트강판을 다단(多段) 성형하여 2피스 캔(piece can)의 캔체(can body)를 제조하는 방법에 있어서,

면배향계수(面配向係數)가 0.06 이하인 폴리에스테르수지를 피복한 라미네이트강판을 사용하고, 최종성형체와 중량이 등가(等價)로 되는 상기 라미네이트강판의 반경을 R로 하였을 때, 높이 h, 최대반경 r 및 최소반경 d가, d≤r, 0.2≤d/R≤0.5, 및 1.5≤h/(R-r)≤2.5를 만족하는 성형체를 적어도 1회 얻는 공정;

상기 성형체를, 150℃이상, 상기 폴리에스테르수지의 융점 이하의 온도에서 적어도 1회 열처리하는 공정; 및

상기 열처리된 성형체를, d≤r, 0.1≤d/R≤0.25 및 1.5≤h/(R-r)≤4를 더 만족하는 성형체로 가공하는 공정;

으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2피스 캔용 캔체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 열처리공정의 온도는, 제1항에 기재된 온도범위 내이면서 (상기 폴리에스테르수지의 융점 - 30℃)이상이고, 상기 열처리된 성형체의 가공조건이, d≤r, 0.1≤d/R≤0.25 및 2.0≤h/(R-r)≤4인 것을 특징으로 하는 2피스 캔용 캔체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 열처리된 성형체를, 상기 열처리의 종료 후 10초 이내에, 상기 폴리에스테르수지의 글래스 이전점(移轉点) 이하의 온도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 2피스 캔용 캔체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 면배향계수가 0.06 이하인 폴리에스테르수지가, 에틸렌글리콜 및 부틸렌글리콜로부터 선택되는 적어도 1종의 디올과 테레프탈산을 중합의 주성분으로 하는 수지인 것을 특징으로 하는 2피스 캔용 캔체의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 면배향계수가 0.06 이하인 폴리에스테르수지가, 디에틸렌글리콜, 시클로헥산디올 및 이소프탈산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 부성분으로 하는 공중합체(共重合體)인 것을 특징으로 하는 2피스 캔용 캔체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 면배향계수가 0.06 이하인 폴리에스테르수지가, 글래스 이전점이 5℃ 이하인 비상용성(非相溶性) 수지를 부상(副相)으로서 더 함유하는 것을 특징으로 하는 2피스 캔용 캔체의 제조방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조한 것을 특징으로 하는 2피스 캔용 캔체.
라미네이트강판인 원형상 판을 다단(多段) 성형하고, 최종적으로, 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d(r와 d가 동일한 경우를 포함한다)인 최종성형체를 제조하는 2피스 캔의 제조방법에 있어서, 면배향계수가 O.06 이하인 폴리에스테르수지를 피복한 라미네이트강판을 사용하여, 최종성형체의 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d가, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경 R에 대하여, 0.1≤d/R≤0.25 및 1.5≤h/(R-r)≤4인 관계를 만족하는 범위로 성형함과 동시에, 중간단계 성형체의 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d(r와 d가 동일한 경우를 포함한다)이, 상기 반경 R에 대하여, 0.2≤d/R≤0.5 및 1.5≤h/(R-r)≤2.5인 관계를 만족하는 1 이상의 중간성형단계에서, 성형체를 그 온도가 150℃ 이상, 폴리에스테르수지의 융점 이하로 되도록 가열하는 열처리를 1회 이상 행하는 것을 특징으로 하는 2피스 캔의 제조방법.