罐蓋用鋁合金帶材有機(jī)涂層表面密度檢測方法淺析

吳艷麗 張昆

龍口南山鋁壓延新材料有限公司 山東煙臺 265700

隨著罐裝飲料、食品市場的不斷擴(kuò)大，鋁質(zhì)包裝材料的需求日益增加。而將鋁合金與罐內(nèi)物質(zhì)隔離開來的，是一層薄薄的有機(jī)涂層，此涂層通常由改性的環(huán)氧樹脂涂料，涂敷在預(yù)處理后的基材表面，然后經(jīng)過約260℃的烘烤固化而成，此涂層雖薄卻具有一定的耐蒸煮、耐溶劑、加工性能好、附著力良好等優(yōu)良性能。

涂層的厚度通常理解為涂層表面與基材表面之間的距離，可以通過千分尺等工具進(jìn)行測量，而罐蓋材料因其表面涂層較薄，且要求精度較高，行業(yè)內(nèi)用涂層表面密度表示，也稱為涂膜重量，簡稱膜重，單位為克每平方米（g/m2）。涂層檢測狀態(tài)分為烘烤前濕膜和烘烤后干膜，以干膜的表面密度為準(zhǔn)。常規(guī)鋁合金罐蓋材料內(nèi)涂膜重在10-14g/m2，近年有降低內(nèi)涂膜重至7-9g/m2的產(chǎn)品，主要用于盛裝啤酒等飲品；外涂面膜重范圍基本在3-5g/m2。文章介紹了此有機(jī)涂層表面密度的常用檢測方法[1]。

1 手工檢測

1.1 重量損失法

此方法適用于涂層干膜檢測，主要用于線下實驗室測量，確保此操作在有流動水的水槽處進(jìn)行，注意濃硫酸使用安全。具體方法如下：

從涂層保存良好的部分取固定面積的樣片， 一般裁剪100×100mm 正方形或使用沖樣機(jī)沖取直徑100mm 圓片，用精度0．1mg 的電子天平稱取原始重量。然后用玻璃棒將濃硫酸或有機(jī)溶劑（丁酮等）均勻鋪滿樣片外涂面，用玻璃棒輕輕刮動，待涂層完全脫落后，用流動水沖洗干凈，擦干后稱重記錄數(shù)據(jù)。再用相同方法除去樣片的內(nèi)涂面涂層，并稱取重量。通過計算除膜前后重量差值與試樣面積的比值，可得到內(nèi)涂和外涂的涂層表面密度。

重量損失法通常用來校準(zhǔn)儀器，取樣面積應(yīng)盡量精準(zhǔn)，使用設(shè)備進(jìn)行固定面積沖樣更可靠；在除外涂面膜重期間應(yīng)避免藥劑流至另一面，并確保除膜徹底；內(nèi)涂面膜重相對較高，容易除膜不徹底造成測量偏差，可采用濃硫酸中浸泡的方式進(jìn)行除膜。

2 儀器檢測

2.1 渦流法

手持渦流法膜重檢測儀對樣板進(jìn)行接觸式檢測，適用于干膜檢測，對測量樣品表面不會造成破壞。渦流法膜重測量儀較為輕便，可于實驗室及生產(chǎn)現(xiàn)場的測量。

渦流測厚儀的測量探頭部位能夠產(chǎn)生高頻磁場，能在測量的導(dǎo)體（金屬基材）中產(chǎn)生渦流，通過衡量此渦流的相位和振幅，能算出金屬基材與測量探頭間涂層的表面密度[2]。

此檢測設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)波動較大，需進(jìn)行多次測量取平均值做為生產(chǎn)參考，所以近幾年逐漸被新的檢測儀器替代。

2.2 電容法

電容法干膜厚度檢測儀，在線下檢測涂層干膜表面密度使用較普遍，需要在平整且絕緣的工作臺面上對樣板進(jìn)行接觸式測量，適用于實驗室測量。

在測量期間，涂層看作電介質(zhì)，下層金屬基材和上層檢測儀導(dǎo)電橡膠分別加載正、負(fù)電荷，形成一個簡單的平行板電容器。涂層表面密度越大，涂層越厚，存在于電路中的電荷量越少，電容值也會越低；相反，若涂層表面密度越小，涂層越薄，存在于電路中的電荷量越多，電容值也越高。

需要注意的是，此檢測儀區(qū)分了多個工作通道，需要以標(biāo)準(zhǔn)樣片校準(zhǔn)來確定不同通道的介電常數(shù)。不同涂料，和同一涂料涂層表面密度差值大于3．0g/m2時，都必須制作標(biāo)準(zhǔn)樣片，與相應(yīng)的測量通道一一校準(zhǔn)。

2.3 紅外光吸收法

紅外膜重檢測儀利用紅外光吸收原理，即有機(jī)化合物能夠吸收特定波長的光波，且分子結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)所吸收光波的波長不同，而此類產(chǎn)品所用涂料中的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)能夠大量吸收波長為2．32um 的光波，此波長的光波處于紅外線范圍內(nèi)。涂層吸收的光波越多，則涂層越厚，涂層表面密度越大，同時反射的光波越少[3]。

利用此原理可測量涂層干膜和濕膜表面密度，無需接觸或破壞樣品，通過雙向高速掃描的方式實現(xiàn)連續(xù)性測量，目前普遍用于金屬底材涂層產(chǎn)品濕膜或干膜的在線檢測。

需要注意的是，不同類型的涂料需各自校正；相同涂料若生產(chǎn)期間表面密度改變超過3g/m2 需重新校正；每次添加涂料或溶劑后必須用秒表計時福特4 號杯（Ford CUP No4）的測量粘度，若粘度改變超過±10s，需重新校正；另外，此檢測方法也受到現(xiàn)場環(huán)境溫度影響，若工作溫度改變超過±10℃，需重新校正。

2.4 光學(xué)涂層測厚儀

光學(xué)涂層測厚儀采用光的干涉原理，當(dāng)一束狹長的平行光線，以一定角度入射至涂層表面，光束的一部分在涂層表面反射回來；另一部分經(jīng)過折射進(jìn)入涂層，在基材與涂層接觸面反射回來，再經(jīng)涂層表面折射出來，所以能看到兩條平行的光線。涂層表面密度越大，兩條平行光線間距越遠(yuǎn)；涂層表面密度越小，兩條平行光線間距越近。

在明確涂料折射率的前提下，光學(xué)涂層測厚儀可直接測量顯示絕對的涂層表面密度值，無需校準(zhǔn)。此設(shè)備能夠檢測涂層干膜和濕膜的表面密度，可用于線上或線下實驗室檢測。但此儀器對環(huán)境光線的變化比較敏感，測量期間需要保持檢測環(huán)境的光線恒定，以避免造成檢測結(jié)果的偏差。

3 結(jié)語

隨著儀器檢測的方法越來越多，檢測方式逐漸趨向于非接觸、易操作、高效率、自動化以及越來越高的檢測精度。同樣，隨著鋁質(zhì)罐蓋材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，其涂層表面密度也根據(jù)內(nèi)容物的不同而匹配了不同的控制范圍，對生產(chǎn)過程控制的精度要求也是逐步提高的。在當(dāng)今的鋁合金罐蓋涂漆產(chǎn)品生產(chǎn)線，要實現(xiàn)涂層表面密度的穩(wěn)定化控制，就要將線上檢測與線下測量相結(jié)合，同時還要以重量損失法的測量結(jié)果為基準(zhǔn)，定期對線上和線下的檢測儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保檢測系統(tǒng)的有效性[4]。