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CN109311303A - 聚合物膜的表面粗糙化 - Google Patents

聚合物膜的表面粗糙化 Download PDF

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CN109311303A
CN109311303A CN201880002547.1A CN201880002547A CN109311303A CN 109311303 A CN109311303 A CN 109311303A CN 201880002547 A CN201880002547 A CN 201880002547A CN 109311303 A CN109311303 A CN 109311303A
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wax
wax layer
layer
metal product
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H.普林斯霍恩
D.B.鲁帕雷利亚
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Novelis Inc Canada
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Abstract

在将蜡层施加到聚合物膜之后，通过充分加热，可以改善层压到金属基底的聚合物膜的表面粗糙度。在一些情况下，可以将薄液体膜或水性蜡分散体层施加到金属基底的层压有聚合物膜的表面。在将聚合物膜和蜡层加热到聚合物膜和蜡层开始熔化的点之后，由于蜡的存在，聚合物膜的表面粗糙度可以得到改善。

Description

聚合物膜的表面粗糙化
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年3月30日提交的美国临时申请第62/478,793号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及金属加工，更具体地，涉及改善层压金属制品的表面粗糙度。
背景技术
某些金属制品(如铝制饮料罐)可能在金属及其内容物之间需要保护层(如聚合物涂层)。例如，饮料罐通常必须在饮料罐的金属和容纳在其中的饮料之间提供足够的保护，以避免刺激性饮料(如苏打水和可乐)损坏金属，并且避免对饮料造成不良影响(如变色、腐蚀或味道变化)。对其它应用而言，聚合物涂层也是有益的。
聚合物膜(如双轴生产的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜)用作各种用途的金属制品的层压材料(如食品或液体容器的内衬)。聚合物膜(如PET膜)可商购获得，其具有非常光滑、有光泽的表面。用于生产聚合物膜的双轴制备方法可以促进聚合物膜的光滑表面的产生。另外，通过辊涂施加的干漆膜也具有非常光滑和有光泽的表面，这至少部分地归因于施加过程，特别是在不使用额外的消光剂的情况下。
存在使聚合物基底表面粗糙化的技术，如通过将组分溶解于所述表面中、将所述表面浸入反应性气体中、用离子轰击所述表面、进行热波动和毛细管波动、或者利用工作辊压印热表面来蚀刻聚合物表面。所有这些技术都需要大量的设备、能源和/或资源。
发明内容
术语实施例和类似术语旨在广泛地指代本公开和下文的权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应理解为用于限制本文所述的主题或限制以下权利要求的含义或范围。本文所涵盖的本公开的实施例由以下权利要求而非本发明内容限定。所述发明内容是本公开的各个方面的高级概述，并且介绍了在下文的具体实施方式部分中进一步描述的一些构思。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在单独用以确定所要求保护的主题的范围。通过参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每个权利要求，应该理解所述主题。
本文描述了一种制备金属制品的方法，包括：将聚合物膜施加到金属基底的表面；将蜡层施加到所述聚合物膜的外层；以及将所述聚合物膜和所述蜡层加热到高于所述聚合物膜的熔化温度的温度。
在一些情况下，施加所述蜡层包括使用辊涂机或喷头来分配一定体积的水性蜡。在一些情况下，施加所述蜡层包括施加厚度为约25nm至约100nm的蜡层。在一些情况下，施加所述蜡层包括以约10mg/m2至约25mg/m2的涂层重量施加蜡层。在一些情况下，在将所述聚合物膜施加到所述金属基底的所述表面之前，将所述蜡层施加到所述聚合物膜的所述外层。在一些情况下，将所述聚合物膜和所述蜡层加热至高于所述聚合物膜的所述熔化温度的所述温度包括将所述聚合物膜和所述蜡层加热至高于所述聚合物膜的外层的熔化温度。在一些情况下，所述方法还包括：在加热所述聚合物膜和所述蜡层之后测量所述聚合物膜的表面粗糙度参数；以及使用所测量的表面粗糙度参数调整所述蜡层的厚度。
本公开还包括金属制品。可以根据本文描述的方法制备金属制品。在一些情况下，金属制品包括：聚合物膜，其附着到金属基底的表面，其中，所述聚合物膜的背离所述金属基底的外层具有至少约2μm的平均粗糙度；以及蜡层，其粘附到所述聚合物膜的所述外层。所述蜡层的厚度为约25nm至约100nm。在一些实例中，所述蜡层可以包括约10mg/m2至约25mg/m2的涂层重量。可选地，所述金属基底包括铝合金(例如，1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金或8xxx系列铝合金)。所述聚合物膜可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯。可选地，所述蜡层可以包括聚乙烯蜡层或巴西棕榈蜡层。
还公开了一种系统，包括：层压系统，其用于将聚合物膜施加到金属基底的表面；涂蜡系统，其位于所述层压系统的下游，用于接收所述金属基底并将蜡层施加到所述聚合物膜的外层以形成金属制品，所述外层背离所述金属基底；熔炉，其位于所述涂蜡系统的下游，用于接收所述金属制品并将所述蜡层和所述聚合物膜的温度升高到至少高于所述聚合物膜的所述外层的熔化温度。
在一些情况下，所述系统还包括：水性蜡供应部，其联接到所述涂蜡系统，其中，所述涂蜡系统包括流体联接到所述水性蜡供应部的辊涂机或喷头。在一些情况下，所述涂蜡系统配置成以约25nm至约100nm的厚度施加所述蜡层。在一些情况下，所述涂蜡系统配置成以约10mg/m2至约25mg/m2的涂层重量施加所述蜡层。在一些情况下，所述系统还包括：表面粗糙度测量装置，其位于所述熔炉的下游；控制器，其联接到所述表面粗糙度测量装置和所述涂蜡系统，以响应于来自所述表面粗糙度测量装置的测量结果来调整由所述涂蜡系统施加的所述蜡层的厚度。可选地，所述涂蜡系统被配置为以可产生至少约2μm的表面粗糙度测量值的厚度施加所述蜡层。
附图说明
说明书参照以下附图，其中在不同附图中使用相同的附图标记旨在示出相同或类似的组件。
图1是根据本公开的某些方面的用于制备层压金属制品的系统的示意图。
图2是根据本公开的某些方面的图1所制备的金属制品的特写侧视图。
图3是描绘根据本公开的某些方面的制备涂蜡层压金属制品的工艺的流程图。
图4是描绘根据本公开的某些方面的制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的工艺的流程图。
图5是描绘根据本公开的某些方面的涂蜡层压金属制品和具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的预估温度曲线的图表。
图6是根据本公开的某些方面的根据第一变体的涂蜡层压金属制品的扫描电子显微照片。
图7是根据本公开的某些方面的根据第二变体的涂蜡层压金属制品的扫描电子显微照片。
图8是根据本公开的某些方面的根据第三变体的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的扫描电子显微照片。
图9是根据本公开的某些方面的根据第四变体的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的扫描电子显微照片。
图10是根据本公开的某些方面的金属制品的一组光学显微照片。
图11是根据本公开的某些方面的利用具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的表面的偏振光拍摄的光学显微照片。
图12是描绘根据本公开的某些方面的涂蜡层压金属制品的表面的共聚焦显微照片。
图13是描绘根据本公开的某些方面的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的表面的共聚焦显微照片。
图14是描绘根据本公开的某些方面的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的表面轮廓与涂蜡层压金属制品的表面轮廓进行比较的图表。
图15是描绘根据本公开的某些方面的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的侧视图的光学显微照片。
图16是描绘根据本公开的某些方面的图15的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的侧视图的一组光学显微照片。
图17是描绘根据本公开的某些方面的与具有蜡粗糙化表面的层压金属制品所施加的蜡的近似量相比的预计表面粗糙度的图表。
图18是描绘根据本公开的某些方面的使用聚合物膜和蜡层的组合制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的工艺的流程图。
图19是描绘根据本公开的某些方面的使用聚合物膜和蜡层的组合制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的系统的示意图。
图20是描绘根据本公开的某些方面的在层压期间使用聚合物膜和蜡层制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的工艺的流程图。
图21是描绘根据本公开的某些方面的在层压期间使用聚合物膜和蜡层制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的系统的示意图。
图22是描绘根据本公开的某些方面的通过在层压之后施加蜡层来制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的工艺的流程图。
图23是描绘根据本公开的某些方面的通过在层压之后施加蜡层来制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的系统的示意图。
具体实施方式
本公开的某些方面和特征涉及改善层压到金属基底的聚合物膜的表面粗糙度。在一些情况下，可以将薄液体膜或水性蜡分散体层施加到金属基底的层压有聚合物膜的表面(例如，施加到聚合物膜的背离金属基底的外层)以形成金属制品。在将聚合物膜和蜡层加热到聚合物膜和蜡层开始熔化的点之后，由于蜡的存在，聚合物膜的表面粗糙度可以得到改善(例如，增加)。在一些情况下，本公开的某些方面和特征尤其适用于制备层压金属制品(如层压铝制品)。
表面粗糙化效果可能由于多种原因而发生，如与聚合物组分的密度有关的浮力或由熔融聚合物和蜡层的不混溶性引起的处理所产生的偏析。其结果是，可以在所述膜的表面形成两相的共连续网络形态，从而产生自组织且非常粗糙的表面。
定义和描述：
本文使用的术语“发明”、“所述发明”、“该发明”和“本发明”旨在广泛地指代本专利申请和下文的权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应理解为用于限制本文所述的主题或限制以下专利权利要求的含义或范围。
如本文所用，除非上下文另有明确规定，否则“一”、“一个”或“所述”的含义包括单数和复数。
如本文所用，板通常具有大于约15mm的厚度。例如，板可以指厚度大于约15mm、大于约20mm、大于约25mm、大于约30mm、大于约35mm、大于约40mm、大于约45mm、大于约50mm或大于约100mm的铝制品。
如本文所用，薄板(shate)(也称为板片)通常具有约4mm至约15mm的厚度。例如，薄板可具有约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm的厚度。
如本文所用，片通常是指厚度小于约4mm的铝制品。例如，片的厚度可小于约4mm、小于约3mm、小于约2mm、小于约1mm、小于约0.5mm或小于约0.3mm(例如，约0.2mm)。
如本文所用，术语箔表示合金厚度在至多约0.2mm(即，200微米(μm))的范围内。例如，箔可以具有至多10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm的厚度。
在本说明书中，参考由铝工业代号标识的合金，如“系列”或“5xxx”。要了解最常用于命名和标识铝及其合金的数字代号系统，请参阅《国际合金名称以及变形铝和变形铝合金的化学成分限制(International Alloy Designations and Chemical CompositionLimits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys)》或《铝协会合金代号和用于铸件和铸锭形式的铝合金的化学成分限制的注册记录(Registration Record ofAluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits forAluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot)》，二者均由铝业协会(TheAluminum Association)出版。
在本申请中参考合金状态或条件。要了解最常用的合金状态描述，请参阅《关于合金和状态代号系统的美国国家标准(ANSI)H35(American National Standards(ANSI)H35on Alloy and Temper Designation Systems)》。F条件或状态是指制造的铝合金。O条件或状态是指退火后的铝合金。Hxx条件或状态(在本文中也称为H状态)是指在冷轧后进行或不进行热处理(例如退火)的不可热处理的铝合金。合适的H状态包括HX1状态、HX2状态、HX3状态、HX4状态、HX5状态、HX6状态、HX7状态、HX8状态或HX9状态。T1条件或状态是指经过热加工冷却并自然时效(例如，在室温下)的铝合金。T2条件或状态是指经过热加工冷却、冷加工和自然时效的铝合金。T3条件或状态是指经过固溶热处理、冷加工和自然时效的铝合金。T4条件或状态是指经过固溶热处理和自然时效的铝合金。T5条件或状态是指经过热加工冷却和人工时效(在高温下)的铝合金。T6条件或状态是指经过固溶热处理和人工时效的铝合金。T7条件或状态是指经过固溶热处理和人工过时效的铝合金。T8x条件或状态是指经过固溶热处理、冷加工和人工时效的铝合金。T9条件或状态是指经过固溶热处理、人工时效和冷加工的铝合金。W条件或状态是指固溶热处理后的铝合金。
如本文所用，“室温”的含义可包括约15℃至约30℃的温度，例如约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃。
如本文所用，“环境条件”的含义可包括约室温的温度、约20％至约100％的相对湿度以及约975毫巴(mbar)至约1050毫巴的气压。例如，相对湿度可为约20％、约21％、约22％、约23％、约24％、约25％、约26％、约27％、约28％、约29％、约30％、约31％、约32％、约33％、约34％、约35％、约36％、约37％、约38％、约39％、约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、约59％、约60％、约61％、约62％、约63％、约64％、约65％、约66％、约67％、约68％、约69％、约70％、约71％、约72％、约73％、约74％、约75％、约76％、约77％、约78％、约79％、约80％、约81％、约82％、约83％、约84％、约85％、约86％、约87％、约88％、约89％、约90％、约91％、约92％、约93％、约94％、约95％、约96％、约97％、约98％、约99％、约100％，或它们之间的任何数值。例如，气压可以是约975毫巴、约980毫巴、约985毫巴、约990毫巴、约995毫巴、约1000毫巴、约1005毫巴、约1010毫巴、约1015毫巴、约1020毫巴、约1025毫巴、约1030毫巴、约1035毫巴、约1040毫巴、约1045毫巴、约1050毫巴或它们之间的任何数值。
如本文所用，如“铸造金属制品”、“铸造制品”、“铸造铝合金制品”等术语是可互换的并且是指通过直接冷却铸造(包括直接冷却共铸)或半连续铸造、连续铸造(包括例如通过使用双带式铸造机、双辊铸造机、块式铸造机或任何其它连铸机)、电磁铸造、热顶铸造或任何其它铸造方法生产的产品。
如本文所用，术语金属制品可以适当地指代任何合适形状或尺寸的铸造制品。
本文公开的所有范围应理解为包括其中包含的任何和所有子范围。例如，规定的范围“1至10”应被视为包括最小值1和最大值10之间的任何和所有子范围(并包括最小值1和最大值10)；也就是说，以1或更大值(例如1至6.1)作为最小值开始并以10或更小值(例如5.5至10)作为最大值结束的所有子范围。
金属制品：
本文描述的金属制品包括附着到(例如，层压到)金属基底的聚合物膜和附着到聚合物膜的外层的蜡层。在将蜡层施加到聚合物膜之后，通过充分加热，可以改善附着到金属基底的聚合物膜的表面粗糙度。在一些情况下，如本文进一步描述的，可以将薄液体膜或水性蜡分散体层施加到金属基底的层压有聚合物膜的表面以形成金属制品。在将聚合物膜和蜡层加热到聚合物膜和蜡层开始熔化的点之后，由于蜡的存在，聚合物膜的表面粗糙度可以得到改善。
用作金属基底的金属可包括铝、铝合金、镁、镁基材料、钛、钛基材料、铜、铜基材料、钢、钢基材料、青铜、青铜基材料、黄铜、黄铜基材料或任何其它合适的金属或材料组合。
在一些实例中，金属基底包括铝合金。适合用作金属基底的铝合金包括1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金和8xxx系列铝合金。
适合用作金属基底的1xxx系列铝合金包括例如AA1050、AA1060、AA1070、AA1100、AA1100A、AA1200、AA1200A、AA1300、AA1110、AA1120、AA1230、AA1230A、AA1235、AA1435、AA1145、AA1345、AA1445、AA1150、AA1350、AA1350A、AA1450、AA1370、AA1275、AA1185、AA1285、AA1385、AA1188、AA1190、AA1290、AA1193、AA1198和AA1199。
适合用作金属基底的2xxx系列铝合金包括例如AA2001、A2002、AA2004、AA2005、AA2006、AA2007、AA2007A、AA2007B、AA2008、AA2009、AA2010、AA2011、AA2011A、AA2111、AA2111A、AA2111B、AA2012、AA2013、AA2014、AA2014A、AA2214、AA2015、AA2016、AA2017、AA2017A、AA2117、AA2018、AA2218、AA2618、AA2618A、AA2219、AA2319、AA2419、AA2519、AA2021、AA2022、AA2023、AA2024、AA2024A、AA2124、AA2224、AA2224A、AA2324、AA2424、AA2524、AA2624、AA2724、AA2824、AA2025、AA2026、AA2027、AA2028、AA2028A、AA2028B、AA2028C、AA2029、AA2030、AA2031、AA2032、AA2034、AA2036、AA2037、AA2038、AA2039、AA2139、AA2040、AA2041、AA2044、AA2045、AA2050、AA2055、AA2056、AA2060、AA2065、AA2070、AA2076、AA2090、AA2091、AA2094、AA2095、AA2195、AA2295、AA2196、AA2296、AA2097、AA2197、AA2297、AA2397、AA2098、AA2198、AA2099和AA2199。
适合用作金属基底的3xxx系列铝合金包括例如AA3002、AA3102、AA3003、AA3103、AA3103A、AA3103B、AA3203、AA3403、AA3004、AA3004A、AA3104、AA3204、AA3304、AA3005、AA3005A、AA3105、AA3105A、AA3105B、AA3007、AA3107、AA3207、AA3207A、AA3307、AA3009、AA3010、AA3110、AA3011、AA3012、AA3012A、AA3013、AA3014、AA3015、AA3016、AA3017、AA3019、AA3020、AA3021、AA3025、AA3026、AA3030、AA3130和AA3065。
适合用作金属基底的4xxx系列铝合金包括例如AA4004、AA4104、AA4006、AA4007、AA4008、AA4009、AA4010、AA4013、AA4014、AA4015、AA4015A、AA4115、AA4016、AA4017、AA4018、AA4019、AA4020、AA4021、AA4026、AA4032、AA4043、AA4043A、AA4143、AA4343、AA4643、AA4943、AA4044、AA4045、AA4145、AA4145A、AA4046、AA4047、AA4047A和AA4147。
适合用作金属基底的5xxx系列铝合金包括例如AA5005、AA5005A、AA5205、AA5305、AA5505、AA5605、AA5006、AA5106、AA5010、AA5110、AA5110A、AA5210、AA5310、AA5016、AA5017、AA5018、AA5018A、AA5019、AA5019A、AA5119、AA5119A、AA5021、AA5022、AA5023、AA5024、AA5026、AA5027、AA5028、AA5040、AA5140、AA5041、AA5042、AA5043、AA5049、AA5149、AA5249、AA5349、AA5449、AA5449A、AA5050、AA5050A、AA5050C、AA5150、AA5051、AA5051A、AA5151、AA5251、AA5251A、AA5351、AA5451、AA5052、AA5252、AA5352、AA5154、AA5154A、AA5154B、AA5154C、AA5254、AA5354、AA5454、AA5554、AA5654、AA5654A、AA5754、AA5854、AA5954、AA5056、AA5356、AA5356A、AA5456、AA5456A、AA5456B、AA5556、AA5556A、AA5556B、AA5556C、AA5257、AA5457、AA5557、AA5657、AA5058、AA5059、AA5070、AA5180、AA5180A、AA5082、AA5182、AA5083、AA5183、AA5183A、AA5283、AA5283A、AA5283B、AA5383、AA5483、AA5086、AA5186、AA5087、AA5187和AA5088。
适合用作金属基底的6xxx系列铝合金包括例如AA6101、AA6101A、AA6101B、AA6201、AA6201A、AA6401、AA6501、AA6002、AA6003、AA6103、AA6005、AA6005A、AA6005B、AA6005C、AA6105、AA6205、AA6305、AA6006、AA6106、AA6206、AA6306、AA6008、AA6009、AA6010、AA6110、AA6110A、AA6011、AA6111、AA6012、AA6012A、AA6013、AA6113、AA6014、AA6015、AA6016、AA6016A、AA6116、AA6018、AA6019、AA6020、AA6021、AA6022、AA6023、AA6024、AA6025、AA6026、AA6027、AA6028、AA6031、AA6032、AA6033、AA6040、AA6041、AA6042、AA6043、AA6151、AA6351、AA6351A、AA6451、AA6951、AA6053、AA6055、AA6056、AA6156、AA6060、AA6160、AA6260、AA6360、AA6460、AA6460B、AA6560、AA6660、AA6061、AA6061A、AA6261、AA6361、AA6162、AA6262、AA6262A、AA6063、AA6063A、AA6463、AA6463A、AA6763、A6963、AA6064、AA6064A、AA6065、AA6066、AA6068、AA6069、AA6070、AA6081、AA6181、AA6181A、AA6082、AA6082A、AA6182、AA6091和AA6092。
适合用作金属基底的7xxx系列铝合金包括例如AA7019、AA7020、AA7021、AA7039、AA7072、AA7075、AA7085、AA7108、AA7108A、AA7015、AA7017、AA7018、AA7019A、AA7024、AA7025、AA7028、AA7030、AA7031、AA7035、AA7035A、AA7046、AA7046A、AA7003、AA7004、AA7005、AA7009、AA7010、AA7011、AA7012、AA7014、AA7016、AA7116、AA7122、AA7023、AA7026、AA7029、AA7129、AA7229、AA7032、AA7033、AA7034、AA7036、AA7136、AA7037、AA7040、AA7140、AA7041、AA7049、AA7049A、AA7149、AA7249、AA7349、AA7449、AA7050、AA7050A、AA7150、AA7250、AA7055、AA7155、AA7255、AA7056、AA7060、AA7064、AA7065、AA7068、AA7168、AA7175、AA7475、AA7076、AA7178、AA7278、AA7278A、AA7081、AA7181、AA7185、AA7090、AA7093、AA7095和AA7099。
适合用作金属基底的8xxx系列铝合金包括例如AA8005、AA8006、AA8007、AA8008、AA8010、AA8011、AA8011A、AA8111、AA8211、AA8112、AA8014、AA8015、AA8016、AA8017、AA8018、AA8019、AA8021、AA8021A、AA8021B、AA8022、AA8023、AA8024、AA8025、AA8026、AA8030、AA8130、AA8040、AA8050、AA8150、AA8076、AA8076A、AA8176、AA8077、AA8177、AA8079、AA8090、AA8091和AA8093。
用作金属基底的铝合金可以是任何合适的状态，包括上述的状态。
任选地，金属基底可以是包覆产品，包括芯层和一个或多个包覆层。芯层具有第一侧和第二侧，并且一个或多个包覆层可以结合到芯层的第一侧或第二侧。在一些实例中，芯层仅包覆在一侧上(即，包覆铝合金制品中存在一个包覆层)。在其它实例中，芯层包覆在两侧上(即，包覆铝合金制品中存在两个包覆层)。
包覆层可以通过以下工艺附着到芯层：直接冷却共铸(即，熔铸)，如在例如美国专利第7,748,434号和第8,927,113号中所述，所述两专利通过引用整体并入本文；热轧和冷轧复合铸锭，如美国专利第7,472,740号所述，所述专利通过引用整体并入本文；或通过辊压结合来实现芯层和包覆层之间所需的冶金结合。
可选地，芯层和/或一个或多个包覆层可包括1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金或8xxx系列铝合金。
用于本文所述金属制品的金属基底可具有任何合适的规格。例如，金属基底可以是箔(例如，小于约0.20mm)、片(例如，约0.20mm至4.0mm)、薄板(例如，约4.0mm至15.0mm)或板(例如，大于约15.0mm)，但也可以使用其它厚度和范围。
本文所述的金属制品还包括聚合物膜。聚合物膜可包括例如膜，所述膜包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氨酯弹性体、聚酯(例如，疏水性聚酯)、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷(例如，聚硅氧烷(甲基)丙烯酸)、聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯)和聚酰胺中的一种或多种。
聚合物膜可包括芯层和外层。在一些情况下，芯层直接附着到金属基底。在其它情况下，在聚合物膜的芯层和金属基底之间可以存在一个或多个另外的中间层。可选地，所述另外的中间层中的一个或多个可以是转换层。转换层可包括铬(III)、铬(VI)、钛、锆和磷酸盐的组分。可选地，所述另外的中间层中的一个或多个可包括共聚物热熔体或粘合剂。
聚合物膜的外层是背离金属基底的表面。在一些示例中，聚合物膜的外层可具有至少约1.5μm(例如，至少约1.6μm、至少约1.7μm、至少约1.8μm、至少约1.9μm、至少约2.0μm、至少约2.1μm、至少约2.2μm、至少约2.3μm、至少约2.4μm、至少约2.5μm、至少约2.6μm、至少约2.7μm、至少约2.8μm、至少约2.9μm或至少约3.0μm)的平均粗糙度。在一些实例中，聚合物膜的外层可具有约1.5μm至约3.5μm(例如，约1.8μm至约3.3μm或约2.0μm至约3.0μm)的平均粗糙度。
本文所述的金属制品还包括蜡层。蜡层可以附着到聚合物膜的外层。可以使用任何合适的蜡。合适的蜡的实例包括聚乙烯蜡和巴西棕榈蜡。蜡可以是天然的或合成的。在一些情况下，如本文所用，蜡可包括熔融温度为约室温(例如，21℃或约21℃)至聚合物膜的熔融温度且当聚合物膜和蜡都处于液态时与聚合物膜不混溶的任何材料。
蜡层可具有任何合适的厚度。期望需要提供数十或数百纳米厚量级的蜡层。例如，蜡层可以设置为约25nm至约200nm、约25nm至约100nm或约40nm至约90nm的厚度。在一些情况下，蜡层可以设置为约25nm、30nm、35nm、40nm或45nm至不超过90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm的厚度。在一些情况下，所提供的蜡的量可以是每平方米数毫克或数十毫克蜡的量级。在一些情况下，蜡层可以使得涂层重量大于1mg/m2、2mg/m2、3mg/m2、4mg/m2、5mg/m2、6mg/m2、7mg/m2、8mg/m2、9mg/m2或10mg/m2且小于50mg/m2、45mg/m2、40mg/m2、35mg/m2、30mg/m2、25mg/m2、20mg/m2、15mg/m2或10mg/m2的量提供。在一些情况下，蜡层可以约10mg/m2至约25mg/m2(例如，约12mg/m2至约22mg/m2或约15mg/m2至约20mg/m2)的量提供。
可选地，本文所述的金属产制品包括漆层以形成混合的层压/涂漆金属制品。在一些情况下，漆层在与聚合物膜相对的一侧直接附着到金属基底。
制作方法
本文所述的金属制品可以通过将薄液体膜或水性蜡分散体层施加到金属基底的层压有聚合物膜的表面来制备。在将聚合物膜和蜡层加热到聚合物膜和蜡层开始熔化的点之后，由于蜡的存在，聚合物膜的表面粗糙度可以得到改善。金属制品是金属基底、聚合物膜和蜡层的组合。
蜡层可以以任何合适的方式施加，包括通过使用棒涂装置、辊涂装置、喷头和静电涂油机。特别理想的表面粗糙度结果可以通过以如上所述的厚度和/或涂层重量施加蜡并随后熔化聚合物膜来实现。
在施加蜡层之后，可以加热金属制品以至少部分地熔化聚合物膜以引起聚合物膜的表面粗糙化。在一些情况下，这些技术可包括在将组合的金属基底、聚合物和蜡层加热到退火温度(T2)之前将聚合物施加到加热到第一温度(T1)的金属基底，其中T1低于聚合物的熔化温度(Tm)而T2高于Tm。在一些情况下，T2处于或高于约250℃、255℃、257℃、260℃、265℃、270℃、275℃或280℃。在一些情况下，将金属基底和聚合物加热到T2可以使金属基底退火。
在一些情况下，金属制品可以层压在两侧上。在一些情况下，金属制品可以层压在一侧上并在相对侧上涂漆。例如，金属制品可以层压在面向内的一侧并且在面向外的一侧上涂漆，但是也可以使用其它构造。这种混合的层压/涂漆金属制品可以通过使用涂蜡的聚合物膜(如PET层压材料)在罐端部坯料的内部提供改善的粗糙度的层压体，同时通过使用漆在罐端部坯料的外部保持高的美容性能(其可能不易于出现与聚合物膜相关的问题)。
在一些情况下，层压金属坯料直接从层压工艺进入退火工艺(例如，进入退火炉)。在一些情况下，层压金属坯料直接从层压工艺进入涂漆系统，然后进入退火工艺(例如，进入退火炉)。
聚合物膜的改善的表面粗糙度可以具有有益的光学外观以及用于各种应用的有益的触感。另外，表面粗糙度的改善可有利于进一步的下游加工。例如，高表面粗糙度可用于使用高速工具(例如，每分钟几百个行程)处理的金属制品。具有高表面粗糙度的金属制品可以在较高的压制速度下改善金属制品的可运行性。另外，具有高表面粗糙度的金属制品可以堆叠在其它条带上并且可以比光滑的金属制品更容易地卷绕。
给出这些说明性实例是为了向读者介绍这里讨论的一般主题，而不旨在限制所公开构思的范围。以下部分参照附图描述了各种附加特征和实例，其中相同的数字表示相同的元件，并且方向性描述用于描述说明性实施例，但是与说明性实施例类似，其不应该用于限制本公开。本文示图中包括的元件可能未按比例绘制。
图1是根据本公开的某些方面的用于层压金属制品的系统100的示意图。层压金属制品可用于任何合适的应用，如罐端部坯料(CES)。金属基底102进入预热炉114，预热炉114将金属基底102加热到预热温度(T1)。预热温度T1低于将被层压到金属基底102的聚合物膜124的熔化温度(Tm)。在一些情况下，预热温度T1等于或低于约250℃、240℃、220℃、200℃、190℃、180℃、170℃或150℃。在一些情况下，预热温度T1在120℃和250℃的范围内、在170℃和240℃的范围内或在190℃和220℃的范围内，但是可以使用其它温度。预热的金属基底104可以进入层压系统116。作为已预热金属基底104的金属基底102穿过层压系统116，层压系统116将聚合物膜124施加到金属基底102的一侧。在一些情况下，聚合物膜124可以施加到金属基底102的两侧。层压系统116可以是用于将聚合物膜124层压到金属基底102的任何合适的系统。层压金属基底106离开将金属基底102与聚合物膜124结合的层压系统116。聚合物膜124可以包括芯层和外层。外层可以与金属基底相对而位于芯层的对面。在一些情况下，芯层直接联接到金属基底102，然而在其它情况下，可以使用附加层(例如共聚物热熔体或粘合剂)将芯层联接到金属基底102。
在一些情况下，层压金属基底106可以可选地进入涂漆系统118。通过涂漆系统118将漆128施加到金属基底102。涂漆系统118可以是用于将漆128施加到金属基底102的任何合适的系统。涂漆系统118可包括用于将漆128加热或固化到金属基底102上的烘箱(如红外烘箱)。在一些情况下，涂漆系统118位于层压系统116的下游(例如在层压系统116之后)。在一些情况下，涂漆系统118位于退火炉122的上游(例如在退火炉122之前)。在一些情况下，涂漆系统118位于层压系统116或预热炉114的上游。在一些情况下，涂漆系统118位于层压系统116和退火炉122二者的下游。如图1所示，涂漆系统118位于层压系统116和退火炉122之间。层压的涂漆金属基底108可以离开涂漆系统118。
在层压系统116之后，层压金属基底106可以进入涂蜡系统120。在一些情况下，当使用涂漆系统118时，层压的涂漆金属基底108可进入涂蜡系统120。在涂蜡系统120中，蜡层130可以施加到层压聚合物膜124的表面。蜡层130可以以各种合适的方式施加。在一些情况下，蜡层130可以通过棒涂、辊涂、喷涂或静电涂油机施加。在一些情况下，蜡层130可以通过静电涂覆来施加。可以使用其它技术。涂蜡系统120可以联接到供蜡部136。供蜡部136可以是任何合适的供蜡部。供蜡部136可以是纯蜡源，或者可以是由涂蜡系统120使用的现成蜡基产品源。例如，在涂蜡系统120将蜡层130施加为水性蜡分散体层的情况下，供蜡部136可以是纯蜡源(其可以根据需要与水动态混合以产生水性蜡分散体)，或供蜡部136可以是预混的水性蜡分散体源。
在离开涂蜡系统120之后，涂蜡层压金属制品110可以进入退火炉122。在退火炉122中，可以将涂蜡层压金属制品110加热到足以熔化层压聚合物膜124的温度。退火炉122可以位于层压系统116和可选的涂漆系统118的下游(例如，之后)。
退火炉122将涂蜡层压金属制品110的温度升高到高温(T2)。高温T2高于聚合物膜124的熔化温度(Tm)。在一些情况下，T2处于或高于约250℃、255℃、257℃、260℃、265℃、270℃、275℃或280℃。因此，在加热过程期间，聚合物膜124熔化并且能够流入金属基底102的机械特征(例如，表面纹理)并且由于在以工艺温度T2退火之后的快速淬火而变为非晶态。此外，当聚合物膜124熔化时，其与蜡层130的相互作用可以增加聚合物膜124的表面粗糙度。粗糙度效应可能由于各种原因而发生，例如聚合物膜124的某些聚合物组分与蜡层相互作用的自然迁移。熔融聚合物和蜡层的不混溶性可在膜表面上产生两相的共连续网络形态，从而产生粗糙表面。
制备的金属制品112包括具有改善的表面粗糙度的层压层(例如，在使用标准技术层压的金属制品上)。在离开退火炉122之后，制备的金属制品112可以经历进一步的处理，如可选地将制备的金属制品112在一定体积的淬火液体中淬火或者通过将冷却剂施加到制备的金属制品112淬火。制备的金属制品112可在离开退火炉122后，通过以足以避免非结晶聚合物的大量重结晶的速率淬火或其它方式立即冷却。在一些情况下，将制备的金属制品112在约30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、5秒或2秒或更短的期望持续时间内冷却至低于约150℃。在一些情况下，将制备的金属制品112在约2至15秒的持续时间内冷却至低于约150℃。避免大量重结晶可以避免聚合物发白。可能期望被重结晶的聚合物的可重结晶部分的重量分数等于或低于30％、25％、20％或15％。还可能期望形成的晶体直径为约100nm或低于约100nm。
在一些情况下，由系统100生产制备的金属制品112可以包括金属基底102，金属基底102上已经将漆层128施加到第一侧并且已经将层压的聚合物膜124层施加到第二侧，如图1所示。制备的金属制品112的金属基底102可以退火并且可以包括层压到其上的结晶聚合物膜124，然后将金属基底102加热到高于聚合物膜124的熔化温度Tm的温度持续足够的持续时间以允许聚合物膜124熔化到金属基底102的表面纹理中并变成非晶态。另外，在加热期间，聚合物膜124可与蜡层130相互作用以改善制备的金属制品112的表面粗糙度并产生蜡粗糙化聚合物膜126。
在一些情况下，控制器132可以联接到涂蜡系统120，以控制施加到聚合物层的蜡的量，从而控制施加到聚合物层的蜡层的厚度。在一些情况下，控制器132使用被设计成产生期望结果(例如，期望的表面粗糙度)的预设输入和值来操作。在一些情况下，控制器132基于从表面粗糙度测量装置134收集的数据使用反馈机制进行操作。所述数据可以是与表面粗糙度有关的任何合适的数据。表面粗糙度测量装置134可以是适合于测量与表面粗糙度相关或指示表面粗糙度的参数的任何接触式或非接触式测量装置。合适的表面粗糙度测量装置134的实例包括非接触式光学表面光度仪、接触式触针表面光度仪(例如，滑动或无滑动的仪表)或其它适用的装置。表面粗糙度测量可以实时进行并由控制器132使用以调节所施加的蜡层的厚度。
在一些情况下，金属基底102可包括一个或多个转换层，如下文进一步详细描述的，其在进入预热炉114或层压系统116之前预先施加。
在一些情况下，在离开熔炉122之后，可以将润滑剂进一步施加到制备的金属制品112。
图2是根据本公开的某些方面的图1制备的金属制品112的特写侧视图。制备的金属制品112包括夹在漆层128和蜡粗糙化聚合物膜126之间的金属基底102。在一些情况下，残留的蜡130可存在于蜡粗糙化聚合物膜126的表面上，但不一定是这种情况。
在一些情况下，为了制备铝以提供增强的粘附性和发白性能，可以可选地将一个或多个转换层202施加到裸铝上。在一些情况下，所述层202可包括铬(III)、铬(VI)、钛、锆和磷酸盐的组分。所述层202可以提供增强的粘附性、巴氏杀菌后的低发白和在乙酸化试验中良好的腐蚀性能。在一些情况下，金属基底102可包括一个或多个转换层202，转换层202位于漆层128和蜡粗糙化聚合物膜126中的一个或两个之间。
图3是描绘根据本发明的某些方面的用于制备涂蜡层压金属制品的工艺300的流程图。涂蜡层压金属制品可以指已经层压和退火然后涂蜡的金属基底。在框302处，可以将聚合物膜施加到金属基底，如上面参照图1的层压系统116所描述的。然而，在将蜡施加到其上之前，可以在框304处对金属基底进行退火。在对金属基底进行退火之后，可以在框306处将蜡施加到金属基底，从而形成涂蜡层压金属制品。在一些情况下，在框306处施加蜡可包括将金属基底加热至基本上低于聚合物膜的熔点(Tm)的相对低的温度(例如，80℃)。当如工艺300中所见被施加时，蜡层将是相对光滑的层。蜡层可以提供减少摩擦的益处。然而，因为在施加蜡之前进行退火，所以聚合物膜的表面基本上或根本不会被蜡进一步粗糙化。因此，涂蜡层压金属制品可具有相对光滑的表面。
图4是描绘根据本公开的某些方面的制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的工艺400的流程图。具有蜡粗糙化表面的层压金属制品可包括已经被层压且施加蜡的金属基底，并且在退火或其它充分加热步骤(例如，足以将聚合物至少加热至聚合物的外层的熔化温度)之前将蜡施加到所述金属基底。在框402处，可以将聚合物膜施加到金属基底，如上面参照图1的层压系统116所描述的。与图3的工艺300相反，在框406处将金属制品退火之前，在框404处将蜡施加到金属基底以形成金属制品。在一些情况下，只要将聚合物膜或至少聚合物膜的外层加热至处于或高于聚合物膜或聚合物膜的外层的熔化温度(Tm)的温度，可在框406处发生除退火之外的加热。
与来自图3的工艺300的涂蜡层压金属制品相反，由于在框406处加热期间蜡层和聚合物膜的相互作用，通过图4的工艺400生产的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品具有改善的粗糙度的聚合物膜。
在框404处将蜡施加到金属基底以形成金属制品可包括通过任何合适的技术施加蜡，如施加蜡作为蜡的水性分散体。可以使用辊涂装置、棒涂装置、静电涂覆装置或其它装置施加蜡层。在一些情况下，加入的蜡的量可以基于金属制品的期望粗糙度轮廓(例如，聚合物膜的期望粗糙度轮廓)来确定。
在框406处加热(例如，退火)金属制品可以以任何合适的方式进行。在一些情况下，间接或非接触式加热可能是期望的或优选的，从而不会由于与加热装置的接触而影响表面粗糙度。可以通过金属制品或从金属制品上方将热施加到聚合物膜。在一些情况下，金属制品可以水平放置，使得蜡层朝上，从而允许重力在加热时协助将熔融的蜡拉向熔融的聚合物膜。在这种情况下，为了在金属制品的两侧上提供层压和蜡粗糙化表面，可以快速翻转金属制品以在金属制品的第二侧上的第二聚合物膜(例如，与金属制品的第一聚合物膜相对)上施加和/或加热蜡层。
图5是描绘根据本公开的某些方面的涂蜡层压金属制品(如使用图3的工艺300生产的产品)和具有蜡粗糙化表面的层压金属制品(如使用图4的工艺400生产的产品)的预估温度曲线的图表500。图表500中描绘的温度作为实例示出，但是可以使用其它温度。两种产品都可以进行层压工艺，在此期间可以加热金属基底(例如，加热到约200℃)以将聚合物膜层压到金属基底。
在层压之后，涂蜡层压金属制品的前体金属制品(例如，层压金属基底)可以在高温(例如，至约295℃)下经历退火过程，然后变成涂蜡状。在涂蜡过程中，可以将金属基底升温至适中的温度(例如，至约80℃)以熔化蜡而不熔化聚合物膜，这可以有助于提供均匀的蜡涂层。在将蜡施加到金属基底以形成金属制品之后，此后不将金属制品加热到高于聚合物膜的熔化温度(Tm)的温度。在层压、退火和涂蜡之间，可以使金属制品冷却至相对低的温度，如环境温度(例如，室温和/或环境条件)。所得金属制品是涂蜡层压金属制品。
与涂蜡层压金属制品相比，具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的前体金属制品可以经历层压，然后涂蜡，然后退火或其它加热。在层压之后，前体金属制品(例如，层压金属基底)可以经历涂蜡，这可以包括将前体金属制品的温度升高至中等温度(例如，至约80℃)。在涂蜡之后，金属制品可以在高温下(例如，至约265℃)经历退火或其它加热。在退火或其它加热期间，可以将金属制品加热到处于或高于聚合物膜的熔化温度(Tm)的温度。在层压、退火和涂蜡之间，可以使金属制品冷却至相对低的温度，如环境温度。所得金属制品是具有蜡粗糙化表面的层压金属制品。
进行各种实验以检查层压金属制品的表面粗糙度。在一个实例中，根据四种变体层压单个铝金属基底。在第一变体中，在被施加聚乙烯蜡之前，将金属基底进行层压和退火，类似于图3的工艺300。在第二变体中，在被施加巴西棕榈蜡之前，将金属基底进行层压并退火，类似于图3的工艺300。在第三变体中，将金属基底进行层压，用聚乙烯蜡涂蜡，然后退火，类似于图4的工艺400。在第四变体中，将金属基底进行层压，用巴西棕榈蜡涂蜡，然后退火，类似于图4的工艺400。表1总结了这四种变体。
表1
变体 第一处理 第二处理 第三处理
第一变体 层压 退火 施加聚乙烯蜡
第二变体 层压 退火 施加巴西棕榈蜡
第三变体 层压 施加聚乙烯蜡 退火
第四变体 层压 施加巴西棕榈蜡 退火
图6是根据本公开的某些方面的作为根据第一变体的涂蜡层压金属制品的金属制品的扫描电子显微照片600。在显微照片600中看到的金属制品的表面相对光滑。显微照片600中描绘的金属制品在施加聚乙烯蜡之前进行层压和退火，类似于图3的工艺300。
图7是根据本公开的某些方面的作为根据第二变体的涂蜡层压金属制品的金属制品的扫描电子显微照片700。在显微照片700中看到的金属制品的表面相对光滑。在显微照片700中描绘的金属制品在施加巴西棕榈蜡之前进行层压和退火，类似于图3的工艺300。
图8是根据本公开的某些方面的作为根据第三变体的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的金属制品的扫描电子显微照片800。在显微照片800中看到的金属制品的表面显示出改善的粗糙度，特别是与图6和图7的显微照片600、700的涂蜡层压金属制品相比。将显微照片800中描绘的金属制品进行层压，使用聚乙烯蜡涂蜡，然后退火，类似于图4的工艺400。
图9是根据本公开的某些方面的作为根据第四变体的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的金属制品的扫描电子显微照片900。在显微照片900中看到的金属制品的表面显示出改善的粗糙度，特别是与图6和图7的显微照片600、700的涂蜡层压金属制品相比。将显微照片900中描绘的金属制品进行层压，使用巴西棕榈蜡涂蜡，然后退火，类似于图4的工艺400。
图10是根据本公开的某些方面的金属制品的一组光学显微照片1002、1004、1006。显微照片1002描绘了涂蜡层压金属制品(如根据第一变体或第二变体的金属制品)的表面的特写图，显示出相对光滑的表面。显微照片1004描绘了在使用中等量的蜡(例如，30-50mg/m2)之后具有蜡粗糙化表面的层压金属制品(如根据第三变体或第四变体的金属制品)的表面的特写图。如在显微照片1004中所见，与在显微照片1002中看到的表面相比，该表面显示出稍微改善的粗糙度。显微照片1006描绘了在使用少量的蜡(例如，10-25mg/m2)之后具有蜡粗糙化表面的层压金属制品(如根据第三变体或第四变体的金属制品)的表面的特写图。如在显微照片1006中所见，与在显微照片1002和显微照片1004中看到的表面相比，该表面显示出进一步改善的粗糙度。通过实验，已经发现，与使用较大量的蜡相比，少量的蜡可以提供更大程度的粗糙度改善。例如，可能期望提供数十或数百纳米量级厚的蜡层。在一些情况下，可以以至少25nm、30nm、35nm、40nm或45nm且不超过90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm的厚度提供蜡层。在一些情况下，可以提供厚度在25-200nm、25-100nm或40-90nm范围内的蜡层。在一些情况下，所提供的蜡的量可以是每平方米数毫克或数十毫克蜡的量级。在一些情况下，可以以大于1mg/m2、2mg/m2、3mg/m2、4mg/m2、5mg/m2、6mg/m2、7mg/m2、8mg/m2、9mg/m2、或10mg/m2且小于50mg/m2、45mg/m2、40mg/m2、35mg/m2、30mg/m2、25mg/m2、20mg/m2、15mg/m2或10mg/m2的量提供蜡层。在一些情况下，可以以10-25mg/m2之间的量提供蜡层。可以使用其它限制和范围。
图11是根据本公开的某些方面的利用作为具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的金属制品的表面的偏振光拍摄的光学显微照片1100。所示金属制品的表面具有强烈可见的皱纹结构，显示出至少与涂蜡层压金属制品相比具有改善的粗糙度的表面。将光学显微照片1100中描绘的金属制品进行层压、涂蜡、然后退火，类似于图4的工艺400。
图12是描绘根据本公开的某些方面的涂蜡层压金属制品的表面的共聚焦显微照片1200。如在显微照片1200中所见，金属制品具有粗糙度低的大致均匀的表面。共聚焦显微照片1200中描绘的金属制品在施加蜡之前被层压和退火，类似于图3的工艺300。
图13是描绘根据本公开的某些方面的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的表面的共聚焦显微照片1300。如在显微照片1300中所见，所述金属制品具有强烈可见的皱纹结构，证明了改善的粗糙度，至少与图12的显微照片1200中描绘的涂蜡层压金属制品的表面相比。共聚焦显微照片1100中描绘的金属制品被层压、涂蜡、然后退火，类似于图4的工艺400。
基于图12的显微照片1200和图13的显微照片1300的测量结果在表2中示出。
表2
粗糙度参数 涂蜡层压金属制品 具有蜡粗糙化表面的层压金属制品
Sa(粗糙度平均值) 1.45μm 2.89μm
Sp(最大峰高) 4.02μm 18.4μm
Sv(最大谷深) 4.12μm 27.2μm
图12的涂蜡层压金属制品显示低平均表面粗糙度、低最大峰高和低最大谷深。相比之下，具有蜡粗糙化表面的层压金属制品显示出更高的粗糙度平均值(例如，大约是涂蜡层压金属制品的两倍)、显著改善的最大峰高(例如，比涂蜡层压金属制品更高的值)和显著改善的最大谷深(例如，比涂蜡层压金属制品更高的值)。在一些情况下，理想的金属制品的平均粗糙度(Sa)可以等于或大于约1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7或2.8μm。
图14是描绘根据本公开的某些方面的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品1406(如由图4的工艺400生产的金属制品)的表面轮廓与涂蜡层压金属制品1404(如由图3的工艺300生产的金属制品)的表面轮廓进行比较的图表1400。图表1400描绘了标识金属制品表面(如聚合物膜的表面或聚合物膜的外层的表面)的平均位置的平均表面线1402。涂蜡层压金属制品1404的表面轮廓以较少的量(例如，平均粗糙度小于1μm)偏离平均表面线1402并且具有相对小的最大粗糙度深度1410。
相反，具有蜡粗糙化表面的层压金属制品1406的表面轮廓以较大的量(例如，粗糙度平均值大于1μm)偏离平均表面线1402并且具有相对较大的最大粗糙度深度1408。
图15是描绘根据本公开的某些方面的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的侧视图的光学显微照片1500。具有蜡粗糙化表面的层压金属制品可包括金属基底1502以及由芯层1504和外层1506制成的聚合物膜。如在显微照片1500中所见，在施加蜡层并且蜡层和聚合物膜都已被加热到高于聚合物膜的熔点或聚合物膜的外层1506的熔点的温度之后，外层1506已经被粗糙化。在一些情况下，具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的裸露面可以显示聚合物膜的芯层1504的一部分和/或聚合物膜的外层1506的一部分。
图16是描绘根据本公开的某些方面的图15的具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的侧视图的一组光学显微照片1600、1601。具有蜡粗糙化表面的层压金属制品可包括金属基底1502以及由芯层1504和外层1506制成的聚合物膜。
图17是描绘根据本公开的某些方面的与具有蜡粗糙化表面的层压金属制品所施加的蜡的估计量相比的预计表面粗糙度的图表1700。图表1700描绘了表面粗糙度的无量纲量和施加的蜡的近似量(mg/m2)。直到施加少量的蜡(例如，在约10-25mg/m2之间)，表面粗糙度的增加得到改善。在特定点之后，随着额外的蜡的添加，表面粗糙度的改善下降。
图18是描绘根据本公开的某些方面的使用聚合物膜和蜡层的组合制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的工艺1800的流程图。在框1802处，可以提供聚合物膜。在框1804处，蜡层可以联接到聚合物膜以产生聚合物膜和蜡层的组合。在框1806处，可以将聚合物膜和蜡层的组合施加到金属基底。在一些情况下，可以冷却蜡层或者可以在聚合物膜与蜡层相对的位置施加热，以确保在将聚合物膜施加到金属基底时蜡不会过早地与聚合物膜分离。在框1808处，可以将聚合物膜和蜡层的组合加热至处于或高于聚合物膜的熔化温度的温度。
图19是描绘根据本公开的某些方面的使用聚合物膜和蜡层的组合制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的系统1900的示意图。系统1900可以被设置为执行图18的工艺1800的框1806。金属基底1902可以穿过一组施加辊1908。可以将具有与其联接的蜡层1906的聚合物膜1904压靠金属基底1902。
图20是描绘根据本公开的某些方面的在层压期间使用聚合物膜和蜡层制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的工艺2000的流程图。在框2002处，可以提供聚合物膜和蜡层作为单独的层(例如，非联接层)。在框2004处，可以在将蜡层施加到聚合物膜，同时将聚合物膜施加到金属基底。在框2006处，可以将聚合物膜和蜡层加热至处于或高于聚合物膜的熔化温度的温度。
图21是描绘根据本公开的某些方面的在层压期间使用聚合物膜和蜡层制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的系统2100的示意图。系统2100可以被设置为执行图20的工艺2000的框2004。金属基底2102可以穿过一组施加辊2108，以将聚合物膜2104施加到金属基底2102，并将蜡层2106施加到聚合物膜2104。聚合物膜2104和蜡层2106可以在施加到金属基底2102之前单独提供并聚集在一起。在一些情况下，附加辊2110可在施加到金属基底2102之前立即将聚合物膜2104压到蜡层2106。
图22是描绘根据本公开的某些方面的通过在层压之后施加蜡层来制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的工艺2200的流程图。在框2202处，提供聚合物膜和蜡层。在框2204处，将聚合物膜施加到金属基底。在一些情况下，可以将聚合物膜加热到金属基底以将聚合物膜联接或层压到金属基底。在框2206处，可以将蜡层施加到层压金属基底。在一些情况下，蜡层可以作为水性蜡施加，水性蜡被辊涂、喷涂或以其它方式施加到层压金属基底。在框2208处，可以将聚合物膜和蜡层加热到处于或高于聚合物膜的熔化温度的温度。在一些情况下，框2206和2208可以同时发生或快速连续发生。
图23是描绘根据本公开的某些方面的通过在层压之后施加蜡层2306来制备具有蜡粗糙化表面的层压金属制品的系统2300的示意图。金属基底2302可以穿过一组施加辊2308以将聚合物膜2304施加到金属基底2302。在将聚合物膜2304施加到金属基底并可选地再次加热和冷却之后，可以将蜡层2306施加到聚合物膜2304的表面。系统2300描绘了具有一个或多个喷嘴的喷头2310，其用于将水性蜡作为蜡层2306分配到聚合物层2304上。
合适的产品、方法和系统的实例
如下所用，对一系列实例的任何提及应理解为对这些实例中的每一个的分别提及(例如，“实例1-4”应理解为“实例1、2、3或4”)。
实例1是一种制备金属制品的方法，包括：将聚合物膜施加到金属基底的表面；将蜡层施加到聚合物膜的外层；以及将聚合物膜和蜡层加热到高于聚合物膜的熔化温度的温度。
实例2是实例1的方法，其中施加蜡层包括使用辊涂机或喷头分配一定体积的水性蜡。
实例3是实例1或2的方法，其中施加蜡层包括施加厚度为约25nm至约100nm的蜡层。
实例4是实例1到3的方法，其中施加蜡层包括施加涂层重量为约10mg/m2至约25mg/m2的蜡层。
实例5是实例1到4的方法，其中在将聚合物膜施加到金属基底的表面之前，将蜡层施加到聚合物膜的外层。
实例6是实例1到5的方法，其中将聚合物膜和蜡层加热至高于聚合物膜熔化温度的温度包括将聚合物膜和蜡层加热至高于聚合物膜的外层的熔化温度。
实例7是实例1到6的方法，还包括：在加热聚合物膜和蜡层之后测量聚合物膜的表面粗糙度参数；以及使用所测量的表面粗糙度参数调整蜡层的厚度。
实例8是根据实例1到7的方法制备的金属制品。
实例9是金属制品，包括：附着到金属基底表面的聚合物膜，其中聚合物膜的背离金属基底的外层具有至少约2μm的平均粗糙度；以及粘附到聚合物膜的外层的蜡层。
实例10是实例9的金属制品，其中蜡层厚度为约25nm至约100nm。
实例11是实例9或10的金属制品，其中蜡层包括约10mg/m2至约25mg/m2的涂层重量。
实例12是实例9到11的金属制品，其中金属基底包含铝合金。
实例13是实例12的金属制品，其中铝合金包括1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金或8xxx系列铝合金。
实例14是实例9到13的金属制品，其中聚合物膜包括聚对苯二甲酸乙二醇酯。
实例15是实例9到14的金属制品，其中蜡层包括聚乙烯蜡层或巴西棕榈蜡层。
实例16是一种系统，包括：用于将聚合物膜施加到金属基底表面的层压系统；涂蜡系统，其位于层压系统的下游，用于接收金属基底并将蜡层施加到聚合物膜的外层以形成金属制品，外层背离金属基底；和熔炉，其位于涂蜡系统的下游，用于接收金属制品并使蜡层和聚合物膜的温度升高到至少高于聚合物膜外层的熔化温度。
实例17是实例16的系统，还包括与涂蜡系统联接的水性蜡供应部，其中涂蜡系统包括与水性蜡供应部流体联接的辊涂机或喷头。
实例18是实例16或17的系统，其中涂蜡系统配置成施加厚度为约25nm至约100nm的蜡层。
实例19是实例16到18的系统，其中涂蜡系统配置成以约10mg/m2至约25mg/m2的涂层重量施加蜡层。
实例20是实例16到19的系统，还包括：表面粗糙度测量装置，其位于熔炉的下游；和控制器，其联接到表面粗糙度测量装置和涂蜡系统，以响应于来自表面粗糙度测量装置的测量结果来调整由涂蜡系统施加的蜡层的厚度。
实例21是实例16到20的系统，其中涂蜡系统配置成以使得表面粗糙度测量值为至少约2μm的厚度施加蜡。
上面引用的所有专利、出版物和摘要都通过引用整体并入本文。已经描述了本发明的各种实施例以实现本发明的各种目的。应该认识到，这些实施例仅仅是对本发明原理的说明。在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员将容易明白其许多修改和改变。

Claims (20)

1.一种制备金属制品的方法，包括：
将聚合物膜施加到金属基底的表面；
将蜡层施加到所述聚合物膜的外层；以及
将所述聚合物膜和所述蜡层加热到高于所述聚合物膜的熔化温度的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述蜡层包括使用辊涂机或喷头来分配一定体积的水性蜡。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中施加所述蜡层包括施加厚度为约25nm至约100nm的蜡层。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中施加所述蜡层包括以约10mg/m2至约25mg/m2的涂层重量施加所述蜡层。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中在将所述聚合物膜施加到所述金属基底的所述表面之前，将所述蜡层施加到所述聚合物膜的所述外层。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中将所述聚合物膜和所述蜡层加热至高于所述聚合物膜的所述熔化温度的所述温度包括将所述聚合物膜和所述蜡层加热至高于所述聚合物膜的外层的熔化温度。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，还包括：
在加热所述聚合物膜和所述蜡层之后测量所述聚合物膜的表面粗糙度参数；以及
使用所测量的表面粗糙度参数调整所述蜡层的厚度。
8.一种根据权利要求1到7中任一项所述的方法制备的金属制品。
9.一种金属制品，包括：
聚合物膜，其附着到金属基底的表面，其中所述聚合物膜的背离所述金属基底的外层具有至少约2μm的平均粗糙度；以及
蜡层，其粘附到所述聚合物膜的所述外层。
10.根据权利要求9所述的金属制品，其中所述蜡层包括约25nm至约100nm的厚度。
11.根据权利要求9或10所述的金属制品，其中所述蜡层包括约10mg/m2至约25mg/m2的涂层重量。
12.根据权利要求9到11中任一项所述的金属制品，其中所述金属基底包括铝合金。
13.根据权利要求12所述的金属制品，其中所述铝合金包括1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金或8xxx系列铝合金。
14.根据权利要求9到13中任一项所述的金属制品，其中所述聚合物膜包括聚对苯二甲酸乙二醇酯。
15.根据权利要求9到14中任一项所述的金属制品，其中所述蜡层包括聚乙烯蜡层或巴西棕榈蜡层。
16.一种系统，包括：
层压系统，其用于将聚合物膜施加到金属基底的表面；
涂蜡系统，其位于所述层压系统的下游，用于接收所述金属基底并将蜡层施加到所述聚合物膜的外层以形成金属制品，所述外层背离所述金属基底；以及
熔炉，其位于所述涂蜡系统的下游，用于接收所述金属制品并将所述蜡层和所述聚合物膜的温度升高到至少高于所述聚合物膜的所述外层的熔化温度。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括：
表面粗糙度测量装置，其位于所述熔炉的下游；以及
控制器，其联接到所述表面粗糙度测量装置和所述涂蜡系统，以响应于来自所述表面粗糙度测量装置的测量结果来调整由所述涂蜡系统施加的所述蜡层的厚度。
18.根据权利要求16或17所述的系统，其中所述涂蜡系统配置成以约25nm至约100nm的厚度施加所述蜡层。
19.根据权利要求16到18中任一项所述的系统，其中所述涂蜡系统配置成以约10mg/m2至约25mg/m2的涂层重量施加所述蜡层。
20.根据权利要求16到19中任一项所述的系统，其中所述涂蜡系统被配置为以可产生至少约2μm的表面粗糙度测量值的厚度施加所述蜡层。
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