镀铝工艺学习笔记

一、概述 真空蒸镀金属薄膜是在高真空（10－4mba 以上）条件下，以电阻、高频或电子 束加热使金属熔融气化，在薄膜基材的表面附着而形成复合薄膜的一种工艺。被 镀金属材料可以是金、银、铜、锌、铬、铝等，其中用的最多的是铝。在塑料薄 膜或纸张表面镀上一层极薄的金属铝即成为镀铝薄膜或镀铝纸。 用于包装上的真空镀铝薄膜具有以下特点： （1）和铝箔相比大大减少了铝的用量，节省了能源和材料，降低了成本。复合 用铝箔厚度多为 7～9um，而镀铝薄膜的铝层厚度约为 400Å（0.04um）左右，其 耗铝量约为铝箔的 1/200，且生产速度可高达 700m／min。 （2）具有优良的耐折性和良好的韧性，很少出现针孔和裂口，无揉曲龟裂现象， 对气体、水蒸汽、气味、光线等的阻隔性提高。 （3）具有极佳的金属光泽，光反射率可达97％；且可以通过涂料处理形成彩色 膜，其装潢效果是铝箔所不及的。 （4）可采用屏蔽或洗脱进行部分镀铝，以获得任意图案或透明窗口，能看到包 装的内容物。 （5）镀铝层导电性能好，能消除静电效应，尤其包装粉末状产品时，不会污染 封口部分，保证了包装的密封性能。 （6）对印刷、复合等后加工具有良好的适应性。 由于以上特点，使镀铝薄膜成为一种性能优良、经济美观的新型复合薄膜，在许 多方面已取代了铝箔复合材料。主要用于风味食品、日用品、农产品、药品、化 妆品以及香烟的包装。 二、真空蒸镀原理 将卷筒状的待镀薄膜基材装在真空蒸镀机的放卷站上，将薄膜穿过冷却辊（蒸镀 辊）卷绕在收卷站上，用真空泵抽真空，使蒸镀室中的真空度达到4×10－4mba 以上，加热蒸发舟使高纯度的铝丝在 1300℃～1400℃的温度下融化并蒸发成气 态铝。启动薄膜卷绕系统，当薄膜运行速度达到一定数值后，打开挡板使气态铝 微粒在移动的薄膜基材表面沉积、冷却即形成一层连续而光亮的金属铝层。真空 镀铝示意图见图 1。通过控制金属铝的蒸发速度、基材薄膜的移动速度以及蒸镀 室内的真空度等来控制镀铝层的厚度，一般镀铝层厚度在 250～500 Å。 三、镀膜基材 由于真空蒸镀工艺的特殊性，它对被镀薄膜基材有以下几点要求： 1、耐热性好，基材必须能耐受蒸发源的辐射热和蒸发物的冷凝潜热。 2、从薄膜基材上产生的挥发性物质要少；对吸湿性大的基材，在蒸镀前要进行 干燥处理。 3、基材应具有一定的强度。 4、 对蒸镀层的粘接性良好； 对于 PP、 PE 等非极性材料， 蒸镀前应进行表面处理、 以提高镀层的附着牢度。 常用的镀铝基材有：BOPET、BOPA、BOPP、CPP、PE、PVC 等塑料薄膜和纸张类。 塑料薄膜基材中 BOPET、BOPA、BOPP 三种基材生产的镀铝薄膜，具有极好的光泽 和附着力，是性能优良的镀铝薄膜，大量用作包装材料和烫金材料。镀铝 PE 薄 膜的光泽度较差，但成本较低，使用也较广。以纸基材形成的镀铝纸，比铝箔/ 纸的复合材料更薄而价廉； 其加工性能好， 印刷中不易产生卷曲， 不留下折痕等， 主要用作香烟、食品等内包装材料以及商标材料等。 各种基材镀铝前后的水蒸汽透过率变化情况 基材厚度 μm 未镀铝时透过率 g/（m2.24h）40℃ 40～45 10～15 5～7 15～25 10～20 250～290 24～25 4～5 800～1000 镀铝后的透过率 g/（m2.24h）40℃ 0.3～0.5 1.0～1.5 0.8～1.2 0.6 0.9 0.5～0.8 2～3 1～1.5 3～4 PET CPP OPP LDPE HDPE OPA KOP MST 12 25 20 25 25 15 17 20 #300 四、工艺 塑料薄膜的镀铝工艺一般采用直镀法，即将铝层直接镀在基材薄膜表面。BOPET、 BOPA 薄膜基材镀铝前不需进行表面处理，可直接进行蒸镀。而 BOPP、CPP、PE 等非极性塑料薄膜，在蒸镀前需对薄膜表面进行电晕处理或涂布粘合层，使其表 面张力达到 38-42 达因/厘米或具有良好的粘合性。蒸镀时，将卷筒薄膜置放于 真空室内，关闭真空室抽真空。当真空度达到一定（4×10－4mba 以上）时，将 蒸发舟升温至 1300℃～1400℃，然后再把纯度为 99． 9％的铝丝连续送至蒸发舟 上。调节好放卷速度、收卷速度、送丝速度和蒸发量，开通冷却源，使铝丝在蒸 发舟上连续地熔化、蒸发， 从而在移动的薄膜表面冷却后形成一层光亮的铝层即 为镀铝薄膜。 镀铝薄膜生产工艺流程： 基材放卷→抽真空→加热蒸发舟→送铝丝→蒸镀→冷却→测厚→展平→收卷 五、蒸镀设备： 现在市场上用于塑料薄膜的真空镀铝设备主要有缠绕式和悬浮式两种类型， 但无 论是缠绕式还是悬浮式，一般都是由真空系统、蒸发系统、薄膜卷绕系统、冷却 系统、控制系统等主要部分组成。 真空系统是由机械泵、罗茨泵、扩散泵组成，抽真空过程分为三级，先是由机械 泵进行初抽， 达到一定真空度后罗茨泵工作， 当真空室内的达到一定的真空度 （10 －2mbar） 扩散泵才打开， 由扩散泵来进一步提高并维持真空室内的高真空度 （10 －4mbar）以满足蒸镀生产的需要。 蒸发系统由蒸发舟夹座（电极） 、蒸发舟变压器、蒸发舟、铝线盘支架、铝线输 送电机等组成。 蒸镀时蒸发舟被固定在夹座上进行加热，正常生产时蒸发舟的温 度在 1300－1400℃，高纯度的铝线由输送电机将其连续送到蒸发舟上并被气化。 薄膜卷绕系统主要由放卷部、收卷部、展平辊等部件组成，它的作用是按照一定 的速度和张力将基材薄膜输送到蒸镀区进行蒸镀后， 再将镀有铝层的薄膜收卷成 筒状卷膜。通过控制薄膜卷绕的速度、张力、以及展平辊的角度等工艺参数，可 以避免产生皱纹而得到收卷整齐的膜卷。 冷却系统主要由冷井、冷却液、冷却辊等部件组成，主要作用是提供薄膜蒸镀时 （或蒸镀后）所需要的冷却温度（－20—－15℃） ，以防止薄膜受热变形。冷却 系统所使用的冷却液为水/乙二醇混合物或盐水混合物，蒸镀时由冷井将冷却液 冷却至所需要的温度，通过管道输送至冷却辊内，再由冷却辊对镀铝后的薄膜进 行冷却。 控制系统包括张力控制、速度控制、蒸发量控制、铝层厚度控制等子系统组成， 在蒸镀生产过程通过控制系统可以对薄膜的张力、运行速度、蒸发舟的状态和蒸 发量、镀铝层的厚度等进行自动调整和控制。 六、检验与检测 镀铝薄膜通常应用于具有阻隔性或遮光性要求的包装上使用，因此，镀铝层的厚 度和表面状况以及附着牢度的大小将直接影响其上述性能。 镀铝膜的检验主要体 现在厚度、镀铝层牢度和镀铝层的表面状况等方面。 1、镀铝层厚度测量 由于真空镀铝薄膜上的镀铝层非常薄，因此不能用常规的测厚仪器检测其厚度， 常用的检测方法有： 电阻法电阻法是利用欧姆定律来对镀铝层的厚度进行测量，根据欧姆定律 R＝ρ×L/S 单位面积镀铝薄膜的电阻值越小，其镀铝层的厚度越厚，反之则越薄。 电阻法检测镀铝层的厚度用表面电阻来表示，单位是Ω/□，数值越大说明镀铝 层厚度越薄， 一般真空镀铝薄膜的表面电阻值为 1.0－2.5Ω/□， 国家标准 GB/T 15717-1995《真空金属镀层厚度测试方法 电阻法》对这一方法进行了详细的规 定。 光密度法光密度（OD）定义为材料遮光能力的