高端軟包鋁箔針孔控制技術研究*

鄭賢坤，周 勇，黃麗萍，李翠紅，宋志國，袁 榮，賈瑞嬌

（云南浩鑫鋁箔有限公司，云南 昆明 650502）

隨著近年來包裝材料的需求快速增長，軟包裝鋁箔已是全球食品包裝的主流。由于各種檔次的雙零鋁箔技術要求不同，以及中國企業(yè)實際技術水平的限制，導致優(yōu)質雙零鋁箔生產能力不足，供不應求，主要表現(xiàn)在中、低檔產品供大于求，競爭非常激烈。而對于一些高性能、高附加值雙零鋁箔和質量有特殊要求的鋁箔，國內生產技術還不夠穩(wěn)定，產品質量上存在一些問題，部分產品還要依靠進口[1-2]。我國目前生產雙零鋁箔普遍采用的合金成分是1235，該合金的各方面性能不是十分理想，在一些高端軟包市場應用不足，還有待進一步研究關鍵生產工藝，攻克技術難關，生產出更優(yōu)質的高端軟包箔。

采用1235鋁合金生產高端軟包鋁箔時，要生產出厚度更薄、針孔更少、力學性能和表面質量更好的雙零鋁箔，不僅對鑄軋工藝提出了更高的要求，而且冷軋坯料熱處理和箔軋對最終成品箔的針孔數(shù)量都有較大的影響[3-4]，本文研究了鑄軋熔煉精煉工序、冷軋熱處理、箔軋工藝參數(shù)等對高端軟包箔針孔的影響。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

試驗材料為4卷1235鋁合金鑄軋坯料，其化學成分見表1。

表1 1235合金鋁箔坯料化學成分Tab.1 Chemical component of 1235 alloy aluminum foil blank %

1.2 生產工藝流程

高端軟包用鋁箔生產工藝流程圖如圖1所示。

圖1 高端軟包鋁箔生產工藝流程圖Fig.1 Production process flow chart of advanced flexible packaging aluminum foil

2 針孔控制技術研究

2.1 新型熔煉精煉技術

熔體凈化是提高鋁熔體質量的主要途徑，同時熔體凈化效果又直接影響后道工序的生產效率和性能，因此保證熔體凈化質量，研究開發(fā)高效、節(jié)能熔煉及凈化技術，是制備高端軟包箔的關鍵技術。1235合金軟包箔針孔較難控制，尤其是生產0.006 mm厚度時，針孔不穩(wěn)定，需要研究針對1235合金的新型針孔控制技術[5]。

新型熔煉爐精煉技術采用新型的顆粒精煉劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)粉末精煉劑，顆粒精煉劑是一種無水粒狀MgCl2和KCl的合成物，與粉末精煉劑不同的是，粉末精煉劑是由各類化合物機械混合的產物，而顆粒精煉劑是其組成成分經過熔融合成的產物，其熔點低，一般≤488℃，有利于在鋁液中迅速均勻分散，可有效去除來自鋁液以及熔爐耐火材料內襯的氫、鈉、鈣、鋰和各種非金屬夾雜物[6-7]。通過爐內自動精煉噴射裝置噴至爐底，配合電磁攪拌進行復合精煉，精煉效果大大提升。

新型在線精煉技術將原來的單石墨轉子除氣箱升級為雙氮化硅轉子除氣箱，等于增加一個除氣箱，在線除氫效率加倍。氮化硅轉子的使用壽命可達到石墨轉子的6倍以上，有效降低使用故障，且轉子運行平穩(wěn)，轉速從原來的300 r/min提升到500 r/min，使得氣泡更加細小彌散。通過除氣箱升級改造，鋁液氫含量可降到0.09 mL/100 gAl以下。

新型鑄軋內部組織控制技術通過鑄軋板厚、鑄軋區(qū)長度、鑄軋速度、軋制力和鈦絲添加量等參數(shù)的優(yōu)化匹配，形成一套針對1235的新型內部組織控制技術。

表2 1235雙零箔鑄軋工藝Tab.2 Casting and rolling process of 1235 double zero foil

2.2 工作輥粗糙度對1235合金軟包箔針孔度的影響

鋁箔軋制軋輥參數(shù)的控制也很重要，由于鋁箔在軋制過程中其工作輥的粗糙度與凸度會影響鋁箔的軋制生產流程及成品質量，所以要提出嚴格的工藝要求[8]。

為對比粗糙度對針孔度的影響，選取同一規(guī)格的3卷1235合金坯料，相同工藝粗軋，單張選用表中所示的不同粗糙度的工作輥，單獨雙合后采用不同的工作輥粗糙度軋制成品各半卷，方案及結果如表3。

表3 不同的工作輥粗糙度對應的針孔數(shù)統(tǒng)計表Tab.3 Statistics of corresponding pinhole with different roughness of work roller

從表中可以看出，降低鋁箔壓延工序單張道次和成品道次的工作輥粗糙度，有利于成品針孔度的控制，單張輥用（0.12～0.13） μm，成品輥用（0.05～0.06） μm軋出的軟包箔針孔最少。其原因為：單張軋制后的鋁箔表面存在許多與軋制方向平行的“溝槽”，他們是工作輥表面粗糙度的波峰壓入鋁箔表面形成的，其上有許多小的凹坑，合卷后的亮面凹坑在后續(xù)軋制時填充軋制油形成油坑；雙合后的暗面在軋制時相互擠壓受力，暗面類似于非約束狀態(tài)的變形，壓力大的地方形成凹坑，其形貌類似于“橘皮”；光面油坑與暗面凹坑聯(lián)結處較為薄弱，軋制時壓力大的地方易穿孔形成針孔。降低軋輥粗糙度可以減少亮面油坑和暗面凹坑產生的數(shù)量和深度，從而減少鋁箔產生針孔的概率。

2.3 精軋時開卷張力和軋制速度對雙零軟包箔針孔度的影響

張力在鋁箔軋制過程中起到調整厚度、展平板型的作用，而軋制速度可調整油膜厚度和油膜壓力進而改變鋁箔的出口厚度。開卷張力和軋制速度共同來調整軋制變形區(qū)的受力狀態(tài)，協(xié)同控制鋁箔厚度。開卷張力越大，軋制速度越快，鋁箔厚度越小。隨機選取2卷合卷機雙合好的1235合金料卷 （2×0.016×1 200） mm 軋制 （2×0.006）mm的軟包箔進行試驗，軋制過程中在線調整速度與開卷張力，分別以不同的軋制狀態(tài)軋制200 kg，每個狀態(tài)穩(wěn)定時于料卷端面畫線標記，軋制完成后測量各畫線處的針孔情況，其結果如表4。

表4 不同的開卷張力和軋制速度對應針孔數(shù)目統(tǒng)計表Tab.4 Statistics of corresponding pinhole with different open-winding tension and rolling speed

從試驗結果可以看出，開卷張力和軋制速度對針孔有一定的影響，軋制速度偏高和開卷張力偏大均不利于針孔的控制，軋制速度在（600～650） m/min，開卷張力在（50～55） MPa時，軋出的0.006 mm軟包箔針孔較少。

采用軋制速度在（600～650） m/min，開卷張力在（50～55） MPa的箔軋工藝參數(shù)，進行0.006 mm、0.0065 mm、0.007 mm、0.009 mm幾個厚度的成品軋制，得出如表5所示的針孔數(shù)統(tǒng)計結果。從統(tǒng)計表可以看出，采用上述箔軋工藝參數(shù)，軋制出0.006 mm高端軟包箔針孔可以有效控制在≤200個/m2，0.009 mm高端軟包箔針孔≤30個/m2。

表5 不同厚度的1235合金軟包箔針孔統(tǒng)計表Tab.5 Statistics of pinhole with different thickness of 1235 alloy flexible packaging foil

2.4 坯料熱處理對高端軟包鋁箔針孔的影響

鋁箔坯料在軋制過程中，由于各個晶粒位向不同且存在許多晶界，變形較為復雜。通過軋制后，晶粒組織發(fā)生較大變化。鋁箔軋制后，發(fā)生塑性變形，隨冷變形程度的增大，其強度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降，產生了變形織構，金屬性能出現(xiàn)各項異性。結合1235鋁箔軋制變形特點，共設計了4種工業(yè)試驗方案，見表6。

表6 1235合金試驗方案Tab.6 Test scheme for 1235 alloy

采用上述不同再結晶退火工藝生產的4卷鋁箔坯料，經鋁箔軋制到0.006 mm后的針孔數(shù)見表7。其數(shù)據(jù)表明，按再結晶退火溫度380℃，保溫時間為4 h時，生產的鋁箔成品，軋制時斷帶次數(shù)相對較少，而且針孔數(shù)量也較少。

表7 退火溫度380℃下鋁箔成品針孔數(shù)Tab.7 Pinhole number of aluminum foil finished product under 380℃annealing temperature

3 結語

1）通過鑄軋板厚、鑄軋區(qū)長度、鑄軋速度、軋制力和鈦絲添加量等參數(shù)的優(yōu)化匹配，形成一套針對1235的新型內部組織控制技術；

2）降低軋輥粗糙度可以減少亮面油坑和暗面凹坑產生的數(shù)量和深度，從而減少鋁箔產生針孔的概率；

3） 開卷張力和軋制速度對針孔有一定的影響，軋制速度偏高和開卷張力偏大均不利于針孔的控制，軋制速度在（600～650） m/min，開卷張力（50～55）MPa時，0.006 mm高端軟包箔針孔可以有效控制在≤200個/m2，0.009 mm高端軟包箔針孔≤30個/m2；

4） 再結晶退火溫度為380℃，保溫時間為4 h時，斷帶次數(shù)相對較少，針孔數(shù)較少，較好滿足后續(xù)復合使用要求。