TWI629117B - Aluminum foil for visible light reflecting material and method of producing the same - Google Patents
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Abstract
本發明的鋁箔係預定表面積所存在之晶化物的總表面積比例係2%以下，每1個晶化物的平均表面積係2μm2以下，軋延方向呈垂直的方向之表面粗糙度Rz係40nm以下，且表面粗糙度Ra係10nm以下。藉由使用表面粗糙度Ra在40nm以下的軋延輥，依軋縮率達35%以上的條件，對鋁箔施行最終精整冷軋，而製造可見光反射材用鋁箔。
Description
本發明係關於可見光反射材用鋁箔及其製造方法。另外，本說明書中，「鋁箔」用詞不僅係指純鋁箔，亦涵蓋鋁合金箔在內。
近年就從降低對環境影響的觀點，期待能有效率利用太陽光、照明光等光。就光的有效利用係可例如：使太陽光聚集於既定地方並發電的方法(或發熱的方法)。為能效率佳地利用光，必需使光依最小極限的能量損失進行反射。所以，所使用的反射材為能在依最小極限損失使所謂光的電磁波反射，可同時將所反射的電磁波毫無浪費地傳遞並聚集於既定地方，最好使電磁波盡可能不要散射而進行反射。即，對反射材所要求的重要性能係依入射至反射材的角度為相同角度使電磁波反射的正反射，能依最小極限的能量損失進行。
正反射的程度係依照利用光澤度(JIS Z 8740)所規定的數值進行評價。光澤度係接收從一方向依特定角度θ(例如60度角度)入射的光，依特定角度θ(例如60度)進行反射的光，並利用其受光量進行評價。
正反射程度高、且可見光區域中的反射率高之反射材，係可例如銀、鋁。特別鋁係密度小、輕量、且導熱性亦佳，在
金屬中係屬於較廉價且反射率較高的材料，就當作可見光反射材用途方面備受矚目。
如日本專利特開2003-170205號公報(以下稱「專利文獻1」)所記載，鋁箔反射特性的光澤度一般係60~70%左右。
另一方面，日本專利特開2002-143904號公報(以下稱「專利文獻2」)所記載製造高光澤鋁板的方法，係經利用薄膜研磨或輕觸輥研磨施行表面精整過的軋延輥，將鋁板施行最終精整冷軋。此用該方法，藉由將拋光輥之低表面粗糙度轉印於鋁板表面，可獲得表面粗糙度Ra為0.20~0.60μm左右的鋁板。
專利文獻1：日本專利特開2003-170205號公報
專利文獻2：日本專利特開2002-143904號公報
如專利文獻1所記載，鋁箔反射特性的光澤度一般係60~70%左右。
專利文獻2所獲得表面粗糙度Ra為0.20~0.60μm左右的鋁板，係鋁板表面的凹凸較大，入射光會因表面的凹凸部而漫射，會有正反射光減少的問題。
再者，即便採取利用經拋光至表面粗糙度Ra在40nm以下之低粗糙度的軋延輥，對鋁箔施行最終精整冷軋的方法，但根據發明者得知僅能獲得光澤度最大亦止於82.2%的鋁箔。此程度光
澤度的鋁箔，無法應用於具有高反射率的反射材用途。
緣是，本發明目的在於提供：具有更高光澤度的可見光反射材用鋁箔及其製造方法。
本發明者等為解決上述問題經深入鑽研，結果發現若不僅表面粗糙度，亦控制鋁箔表面所存在的晶化物，即可提升鋁箔的光澤度。即，本發明的可見光反射材用鋁箔及其製造方法係具有以下的特徵。
根據本發明的可見光反射材用鋁箔，係預定表面積所存在之晶化物的總表面積比例係2%以下，上述每1個晶化物的平均表面積係2μm2以下，相對於軋延方向呈垂直的方向之表面粗糙度Rz係40nm以下，且表面粗糙度Ra係10nm以下。
本發明的可見光反射材用鋁箔，其中，該鋁箔的厚度較佳係4μm以上且200μm以下。
製造具有上述特徵之可見光反射材用鋁箔的方法，係使用表面粗糙度Ra在40nm以下的軋延輥，依軋縮率達35%以上的條件，對鋁箔施行最終精整冷軋。
具有以上特徵的本發明可見光反射材用鋁箔，因為具有較習知更高的光澤度，因而將本發明的可見光反射材用鋁箔使用為反射材時，可更加降低光能量損失地傳播光。
以下，針對本發明實施形態進行說明。
本發明的鋁箔係在鋁箔預定表面積所存在之晶化物的總表面積比例係2%以下，每1個晶化物的平均表面積係在2μm2以下，軋延方向的垂直方向(即TD方向)之表面粗糙度Rz係40nm以下，表面粗糙度Ra係在10nm以下。
本發明的鋁箔係藉由具有上述構成，正反射指標的光
澤度可超過82.2%。另外，所謂「晶化物」係指例如：Al-Fe系、Al-Fe-Mn系、Al-Mg-Si系、Al-Mn系等各種介金屬化合物。入射至晶化物表面的電磁波反射率，較低於入射至鋁自體表面的電磁波反射率。另外，本發明中所謂「鋁箔表面」係指鋁箔外觀中能利用目視、顯微鏡等確認的區域。嚴格而言，在鋁箔、與鋁箔表面所存在之晶化物間之表面形成氧化被膜，本發明中所謂「鋁箔表面」係指除該等氧化被膜外的鋁箔表面。
若晶化物總表面積對鋁箔表面積的比例超過2%程
度，且晶化物存在於鋁箔表面，則鋁箔的反射率會降低。若每1個晶化物的平均表面積較大於2μm2，則鋁箔表面的反射率會出現不均。
另外，在鋁箔預定表面積存在的晶化物總表面積比例
下限值，理想(理論)係0%。但是，若考慮後述每1個晶化物的平均表面積下限值則係0.01%。又，因為晶化物係利用光學顯微鏡進行觀察，因而晶化物表面積的檢測極限值係0.01μm2程度，所以每1個晶化物的平均表面積下限值係0.01μm2。
再者，在鋁箔表面存在的晶化物不僅會使鋁箔原本的
反射率降低，亦會使鋁箔表面出現凹凸。在製造鋁箔製程之一的冷
軋中，因為晶化物較硬於鋁材質，因而鋁會優先產生塑性變形。晶化物在已塑性變形的鋁箔表面上滾動，其中一部分晶化物會從鋁箔表面掉落，導致鋁箔表面出現凹凸。所以，若晶化物總表面積越大(即晶化物量越多)，在鋁箔表面產生凹凸的程度變越大。又，若每1個晶化物的平均表面積越大，則當晶化物從鋁箔表面掉落時所形成的凹部會越大。該等結果造成入射至鋁箔表面的可見光，會在鋁箔表面所形成的凹凸部進行漫射，導致反射率降低。
再者，本發明的鋁箔中，藉由軋延方向的垂直TD方
向之表面粗糙度Rz係40nm以下，且表面粗糙度Ra在10nm以下，鋁箔表面的凹凸會降低，因而可抑制經鋁箔表面的凹凸部反射之可見光，再度碰抵於其他凹凸部而使反射光衰減的情形。
一般鋁箔係利用冷軋進行製造。若該冷軋係對鋁箔施
行，則在鋁箔表面會存在軋延輥的轉印條紋。該軋延輥的轉印條紋會在鋁箔表面生成凹凸。由一定以上大小的轉印條紋所構成的凹凸會導致可見光的反射角度呈非等向性。所以，特別在接近紫外線域的波長(例如380~600nm波長)下，反射率會降低。因該軋延輥的轉印條紋所造成表面粗糙度，可利用軋延方向的垂直方向(即TD方向)表面粗糙度Rz值進行評價。
本發明的鋁箔係藉由將TD方向的表面粗糙度Rz控制在40nm以下，則接近紫外線域的可見光域(例如380~600nm波長)的光反射率會提高，在可見光全域中可具有高反射率。藉此，可提升對鋁箔表面的可見光區域平均反射率。
但是，若根據自然法則，當入射的可見光的電磁波在某表面反射時，若該表面有存在凹凸，依照所入射地方會有反射的
角度出現變化情形。依情況，在某凹凸部反射的光例如更進一步碰抵(入射)該凹凸部相鄰存在的凹凸部，而發生複數次反射的可能性。已知在1次的反射中會造成反射光衰減，若複數次反射，則該光會降低該部分的反射率。所以，本發明的鋁箔係將表面粗糙度Ra控制於10nm以下。
另外，獲得上述表面粗糙度Rz與Ra的方法，係有如：
物理性研磨、電解研磨、化學研磨等研磨加工、或使用表面呈鏡面狀態的軋延輥施行冷軋等。相關使用表面呈鏡面狀態軋延輥施行的冷軋，容後述。
本發明鋁箔的厚度較佳係4μm以上且200μm以下。
若鋁箔的厚度未滿4μm，則無法維持當作鋁箔用的機械強度，會因製造時的操作等而導致鋁箔表面出現皺摺。若鋁箔厚度超過200μm，則不僅鋁箔重量會增加，亦對成形等加工造成限制，故非屬較佳。又，較佳鋁箔的厚度係6μm以上且200μm以下。為將鋁箔厚度設在上述範圍內，只要依照一般的鋁箔製造方法施行鑄造與軋延即可。
將相對於軋延方向呈垂直的TD方向之表面粗糙度
Rz設為40nm以下、將表面粗糙度Ra設為10nm以下的方法之一，最好採用以下製造方法。
具體而言，調製既定組成的鋁熔液，藉由使鋁熔液凝
固而製造鑄塊。亦可對所獲得的鑄塊依400~630℃左右的溫度施行1~20小時左右的均質化處理。然後，藉由對鑄塊施行熱軋與冷軋，施行軋延至成為既定厚度的鋁箔為止。另外，當利用連續鑄造進行薄板鋁製造時，在連續鑄造後，直接利用冷軋亦可獲得所需厚度的
鋁箔。
然後，最終精整冷軋步驟中，最好使用表面粗糙度Ra在40nm以下的軋延輥，依35%以上的軋縮率施行軋延。
在最終精整冷軋步驟中，使用表面粗糙度Ra在40nm以下之軋延輥的理由係如下述。最終精整冷軋步驟中所使用之軋延輥的表面粗糙度，會對經最終精整冷軋步驟後所獲得之鋁箔的表面粗糙度造成大幅影響。若使用表面粗糙度Ra大於40nm的軋延輥對鋁箔施行軋延，則所獲得鋁箔係，相對於軋延方向呈垂直的TD方向之表面粗糙度Rz會大於40nm，且表面粗糙度Ra亦會大於10nm。最終精整冷軋步驟所使用之軋延輥的表面粗糙度Ra較佳係盡可能的小，更佳係30nm以下。另外，軋延輥的表面粗糙度Ra係依JIS B0601(1982年版)所定義的中心線平均粗糙度Ra，另一方面，鋁箔的表面粗糙度Ra係依照JIS B0601(1982年版)所定義的中心線平均粗糙度Ra，係依能適用於面的方式經擴充為三次元而計算出的值。
最終精整冷軋步驟中的軋縮率達35%以上的理由係如下述。一般若軋縮率降低，則被咬入軋延輥與鋁箔間的軋延油膜量會有增加的傾向。所以，經軋延步驟後的鋁箔表面因軋延油能擠入而出現的深度數~數十μm油坑會增加。結果，所獲得的鋁箔表面會因油坑而導致凹凸增加。所以，若依較小於35%的軋縮率施行軋延，則所獲得鋁箔的表面粗糙度Ra會受因油坑而造成的凹凸大幅影響，導致會大於10nm。軋縮率的上限值並無特別限定，若考慮軋延性則較佳係60%。
另外，當製造軟質鋁箔的情況，只要對鋁箔依250~450
℃左右的溫度施行1~30小時左右的熱處理即可。
所獲得的可見光反射材用鋁箔的表面亦可施行藉由
更進一步研磨而提升光澤度的處理。在保護表面之目的下，亦可在鋁箔表面設置表面保護層。表面保護層係藉由例如：在鋁箔表面貼合薄膜而積層、塗佈樹脂等(例如利用離子電漿處理形成SiO系無機物層)、施行離子鍍處理、施行濺鍍處理、施行蒸鍍處理、施行鍍敷處理、利用陽極氧化而形成氧化被膜層等，而可設置於鋁箔表面。
所獲得之可見光反射材用鋁箔亦可經成形為任意形
狀而使用。具體係可利用撐壓成形加工或深抽拉成形加工而加工為任意形狀、或者亦可利用彎折加工或彎曲加工而加工為配合目的之形狀。
可將所獲得之可見光反射材用鋁箔的其中一表面作
為反射材使用，並在另一表面黏貼其他零件使用，亦可貼合於金屬、樹脂等板或薄膜使用。又，亦可例如將鋁箔表面貼合於樹脂薄膜後，在其表面選擇性設置光阻層，並藉由施行蝕刻處理形成佈線圖案而使用。
本發明的鋁箔組成並無特別的限定，較佳係鐵(Fe)含
有量為0.001%質量以上且0.5質量%以下。因為鐵對鋁的固溶度較小，因而在鋁鑄造時較容易結晶出FeAl3等介金屬化合物。該等晶化物相較於鋁材質之下，在可見光區域的反射率較低，成為使鋁箔的可見光反射率降低之原因。若鐵含有量達0.5質量%以上，則在所添加的鐵全部結晶出之情況，會導致屬於Al-Fe系介金屬化合物的FeAl3晶化量存在超過1.2質量%，亦會造成光澤度低於82.2%。
所以，鐵含有量必需在0.5質量%以下。又，若鐵含有量未滿0.001質量%，則鋁箔強度會降低。
再者，本發明的鋁箔中，錳(Mn)含有量較佳係0.5質
量%以下。因為錳係與鐵同樣的對鋁之固溶度較小，因而在鋁鑄造時較容易結晶出Al-Fe-Mn系化合物等。Al-Fe-Mn系晶化物係較Al-Fe系晶化物微細，但該等晶化物在可見光區域的反射率較低於鋁材質，成為導致鋁箔的可見光反射率降低之原因。若錳含有量達0.5質量%以上，則會有所添加的錳全部結晶出的情況，導致Al-Fe-Mn系介金屬化合物存在超過1.5質量%，造成光澤度亦低於82.2%。所以，錳含有量必需設為0.5質量%以下。
再者，本發明的鋁箔中，矽(Si)含有量較佳係0.001%
質量%以上且0.3質量%以下。因為矽對鋁的固溶度較大，不易形成晶化物，因而若屬於在鋁箔不會生成晶化物程度的含有量，則不會使可見光區域中的反射率降低。又，若含有矽，則利用固溶強化可使鋁箔的機械強度提升，因而可使厚度較薄之箔的軋延趨於容易。若矽含有量未滿0.001質量%，則無法充分獲得上述效果。若矽含有量超過0.3質量%，則較容易生成粗大的晶化物，不僅會導致反射特性降低，亦會損及結晶粒的微細化效果，因而亦會有強度與加工性均降低的傾向。
本發明的鋁箔中，鎂(Mg)含有量較佳係3質量%以
下。因為鎂對鋁的固溶度最大係大至18質量%，生成晶化物現象極少，因而不會對鋁箔的反射特性構成太大影響，可改善鋁箔的機械強度。但是，若鎂含有量超過3質量%，則鋁箔的機械強度變為過高，因而會導致鋁箔的軋延性降低。為能兼具鋁箔較佳的反射特性
與機械強度，鎂含有量更佳係設在2質量%以下。
另外，本發明的鋁箔亦可依不致對上述特性與效果造成影響之程度的含有量，含有：銅(Cu)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、釩(V)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、硼(B)、鎵(Ga)、鉍(Bi)等元素。
如上述所說明，本發明的鋁箔係如文字所記載的「箔」，不同於一般厚度達500μm程度以上的「鋁板」，具有如下述各種優點。即，鋁箔係輕量化特優，且成形加工容易，又具有就鋁板而言係屬困難之對彎曲物黏貼等形狀追蹤性與可撓性之優點。又，關聯於廢棄物減量等從環境負荷層面觀之，對鋁板而言亦具有優點。
所以，此種本發明的鋁箔活用上述優點，可適當利用於例如：照明機器的反射材、住宅等的採光用反射材、閃頻反射材、太陽能炊具(solar cooker，利用太陽光聚光進行的調理器具用反射材)、包裝材、裝飾材等用途。
如下所說明，製作本發明實施例與比較例的鋁箔試料。
使用表1所示組成A~F的鋁，依照表2所示製造步驟，製作表3所示實施例1~5與比較例1~9的鋁箔試料。另外，表1中，所謂「其他元素合計」係指JIS所規定元素以外之不可避免雜質元素(B、Bi、Pb、Na等)的合計含有量。
如表2所示，製造步驟係將依DC鑄造所獲得鋁的鑄塊，利用加熱爐依既定溫度與時間施行均質化熱處理。然後，施行熱軋直到厚度成為約6.5mm為止。使用所獲得之熱軋材施行複數次
冷軋，並在冷軋途中依既定溫度與時間實施中間退火，施行冷軋直到厚度成為既定值為止，而製作表3所示厚度的鋁箔試料。此時，相關實施例1~5與比較例1~4、9，在最終精整冷軋時係使用表面粗糙度Ra為40nm的軋延輥，依35%軋縮率施行軋延。相關比較例5，在最終精整冷軋時係使用表面粗糙度Ra為40nm的軋延輥，依33%(較小於35%)軋縮率施行軋延。相關比較例6~8，在最終精整冷軋時係使用表面粗糙度Ra為150nm(較大於40nm)軋延輥，依35%軋縮率施行軋延。
另外，均質化熱處理時間只要在一般處理時間內即
可，並不僅侷限於表2所示時間。中間退火條件並不僅侷限於表2所示溫度與時間，只要在一般的操作條件範圍內即可。
相關所獲得之鋁箔的各試料，利用光學顯微鏡觀察表
面狀態，測定晶化物表面積、與每1個的平均表面積。又，為針對鋁箔各試料進行表面凹凸評價，根據利用原子力顯微鏡進行的觀察，測定表面粗糙度Ra與TD方向的表面粗糙度Rz值。又，為針對鋁箔各試料進行反射特性評價，測定可見光的全反射率。以下，針對該等測定方法進行說明。
光學顯微鏡觀察係使用Nikon股份有限公司製
ECLIPSE L200，依500倍倍率觀察鋁箔表面。從所獲得之174μm×134μm矩形視野的表面觀察影像，將晶化物與鋁材質施行二值化，而測定視野內存在的所有晶化物表面積。從各個晶化物表面積的測定值與視野表面積，計算出所有晶化物總表面積對視野表面積的比例，並從各個晶化物表面積的測定值、與視野內所觀察之晶化物的個數，計算出每1個晶化物的平均表面積。表面觀察影像
係在試料寬度方向，於中央部附近取5處，而相關依各個視野內所計算出之晶化物總表面積的比例、與每1個晶化物的平均表面積之5處平均值，如表3所示。
利用原子力顯微鏡進行的表面凹凸觀察，係使用精工儀器股份有限公司製掃描型探針顯微鏡Nanopics1000，利用阻尼(damping)式(非接觸)依80μm×80μm矩形視野施行表面形狀觀察。所獲得之觀察結果利用最小平方近似所求取曲面並施行擬合的三次曲面自動斜率修正，修正試料的斜率，測定表面粗糙度Ra、與軋延方向呈垂直的寬度(TD)方向之表面粗糙度Rz。表面粗糙度Ra係依JIS B0601(1982年版)所定義的中心線平均粗糙度Ra，依能適用於所觀察之表面全體的方式經擴充為三次元而計算出的值。寬度(TD)方向的表面粗糙度Rz係同視野內任意寬度(TD)方向截面的二次元Rz值，依照根據JIS B0601(1982年版)的評價方法進行測定。表面粗糙度Ra與Rz值係如表3所示。
光澤度的測定係使用日本電色工業股份有限公司製Gloss meter VG7000，依光入射角60°測定光澤度。光澤度的測定係針對軋延方向(MD)、與軋延方向呈垂直的方向(TD)等二方向進行測定，並以該等的平均值進行光澤度評價。該等的光澤度測定值與平均值係如表3所示。
由表3所示結果，鋁箔表面所存在之晶化物的總表面
積比例係2%以下、每1個晶化物的平均表面積係2μm2以下、且TD方向的表面粗糙度Rz係40nm以下、表面粗糙度Ra係10nm以下的實施例1~5之鋁箔係呈現高反射特性，獲得光澤度高於82.2%的值。
相對於此，比較例1~9的鋁箔，因為鋁箔表面所存在
之晶化物的總表面積、每1個晶化物的平均表面積、TD方向的表面粗糙度Rz、及表面粗糙度Ra中之至少1項係偏離上述範圍，因而呈現光澤度較小於82.2%的值，與現有鋁箔同等級或以下。另外，實施例4與比較例9係儘管使用相同組成F，並依相同製造步驟，
但晶化物的總表面積及平均表面積卻不同。此現象係藉由改變上述DC鑄造的冷卻速度，導致晶化物量產生變化的緣故所致。
由以上的結果得知，利用本發明可獲得習知無法實現之具有高光澤度的鋁箔。
本次所揭示的實施形態與實施例均僅止於例示而已，不應認為係限制。本發明範圍並不僅侷限於以上實施形態與實施例，舉凡在申請專利範圍所示、以及與申請專利範圍具均等涵義及範疇內的所有修正與變化，均涵蓋於本發明中。
本發明的可見光反射材用鋁箔係具有較習知更高的光澤度，因而將本發明可見光反射材用鋁箔使用為反射材時，可在更加降低光能量損失情況下傳播光。
Claims (3)
- 一種可見光反射材用鋁箔，係預定表面積上所存在之晶化物的總表面積比例係2%以下，上述每1個晶化物的平均表面積係2μm2以下，軋延方向的垂直方向表面粗糙度Rz係40nm以下，表面粗糙度Ra係10nm以下，上述晶化物係含有選自鐵、錳、矽及鎂所組成群中之1或2種以上之元素及鋁的化合物，且光澤度較82.2%高。
- 如申請專利範圍第1項之可見光反射材用鋁箔，其中，該鋁箔的厚度係4μm以上且200μm以下。
- 一種可見光反射材用鋁箔之製造方法，係製造申請專利範圍第1或2項之可見光反射材用鋁箔的方法，包括有：使用表面粗糙度Ra在40nm以下的軋延輥，依軋縮率35%以上且60%以下的條件，對鋁箔施行最終精整冷軋。
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