Алюминиевая фольга , благодаря своим уникальным свойствам, находит очень широкое применение в различных отраслях промышленности: пищевой, фармацевтической, электротехнической, аэрокосмической, строительной. Ее также часто используют в быту, например, при утеплении бани, сауны, поскольку она создает эффект термоса, выпуская тепло наружу. А для надежного покрытия стыков и различных гибких конструкций применяют самоклеющуюся фольгу.
Этот материал стал исключительно популярным благодаря целому ряду ценных свойств:
Алюминиевая фольга легко принимает необходимую форму, даже весьма сложную, ведь она очень тонкая, ее легко деформировать. Ею можно плотно покрыть практически любую поверхность. Она легко складывается, изгибается, сохраняя при этом свою прочность;
- алюминий устойчивый к коррозии металл, благодаря наличию на поверхности защитной окисной пленки. Именно поэтому фольгу используют для упаковки продуктов;
- алюминиевая фольга, даже самая тонкая, абсолютно непрозрачная. А это очень важно, поскольку при воздействии УФ-излучения качество пищевого или химического продукта может ухудшиться;
- алюминиевая фольга абсолютно экологически чистый материал, ее можно переработать со 100%-й полнотой.
Кроме того, тонкая алюминиевая фольга быстро и полностью разлагается в земле, и таким образом, не загрязняет окружающую среду.
На поверхности алюминиевой фольги не возникает электростатического напряжения, не притягивается пыль (а это очень важно при производстве особо точного оборудования в ряде отраслей промышленности). Алюминиевая фольга устойчива как к высоким, так и к низким температурам, поэтому ее с успехом используют и при заморозке продуктов, и при их термической обработке. Она нетоксична, не меняет органолептических качеств пищевых продуктов, с которыми контактирует, хорошо защищает их от внешних вредоносных воздействий.
Алюминиевая фольга, в зависимости от назначения, подразделяется на три основные группы:
- техническая (сплав АМц, АД1)
-пищевая (сплав А5)
- ленточная (сплав АМц, АД1).
Техническая фольга находит самое широкое применение в электротехнической, авиастроительной и автомобильной промышленности. Также ее применяют при строительстве зданий и отдельных конструкций, в качестве теплоизоляционного материала. Особенно незаменима такая фольга при теплоизоляции вентиляционных систем, водопроводных и канализационных труб, пола и крыши. При этом, благодаря «эффекту термоса», не нужен толстый слой материала.
В быту, как уже было сказано, техническая алюминиевая фольга часто применяется при оборудовании бань разных конструкций. Она обеспечивает быстрый нагрев помещения и долго сохраняет тепло. Таким образом, алюминиевая фольга позволяет существенно сократить расходы на отопление бани, сауны. Особенно эффективно действует фольга, если ее прикрепить непосредственно на стены и потолок парной, зеркальной стороной внутрь помещения (под облицовочные доски). Кроме того, надо отметить, что фольга одновременно играет роль пароизолятора.
Пищевая фольга используется для упаковки продуктов питания, табачных изделий, косметических средств, лекарств. Она полностью сохраняет их полезные свойства, вкусовые качества и ароматы. Ее можно увидеть в термосах.
Ленточная алюминиевая фольга находит применение в строительстве, например, при изготовлении стеновых панелей.
Также алюминиевая фольга по состоянию поверхности бывает армированной, гофрированной, ламинированной. Армированная фольга используется для наружной изоляции водопроводных труб, гофрированная - главным образом, для изоляции нефтепроводов и газопроводов. Ламинированная алюминиевая фольга, благодаря наличию дополнительного слоя, обеспечивает лучшую защиту труб.
Нанесение разделительного (воскового) слоя. Для нанесения воскового слоя на основу используется гравированный цилиндр. Твердое вещество растворяется в растворителях, которые испаряются, когда слой высушивается, оставляя продукты, осажденные на полиэфирной пленочной основе. Количество нанесенного продукта определяется глубиной впадин, выгравированных в цилиндре, и процентным отношением полимера, растворенного в жидкой смеси. Ракельный нож удаляет избыточную жидкость на цилиндре, давая возможность раствору равномерно распределиться, в результате поверхность фольги остается ровной. После того как вещество нанесено, оно немедленно высушивается в сушильном туннеле, после чего можно наносить следующий слой.
рис..42 Процесс нанесения разделительного, лакового или адгезионного слоя:
"г _ раствор слоя (разделительного воскового, лакового или адгезионного);
2 - гравированный цилиндр; 3 - растровый нож; 4 - полиэфирная пленка
(без наносимых на нее слоев, или с восковым слоем, или с восковым
и лаковым слоями); 5 - туннельная сушилка
Нанесение лакового слоя. Лаковый слой наносится аналогично восковому слою (рис. 4.2). Цвет и интенсивность лакового покрытия зависят от количества окрашивающего средства (пигмента, красителя). Вообще не содержится никаких красителей в серебряной фольге, тогда как золотая фольга содержит смесь желтых и оранжевых красителей. Пленке можно придать атласный или матовый вид путем добавления матирующих компонентов к лаку.
Испытания. Фольга испытывается на различных этапах ее производства. Наиболее важные испытания выполняются на образцах фольги при действии различного типа освещения перед нанесением лака и после г Если по цвету или блеску не выполняются технические требования, смесь может быть откорректирована.
Металлизация. Для металлизации фольги главным образом используется алюминий 99,98%-ной чистоты. Алюминий испаряется при очень высокой температуре в печи вакуумной камеры, конденсируясь в тонкую пленку на лаковом слое, для чего служит охлажденный валик (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Процесс нанесения металлического слоя
на лакированную полиэфирную пленку:
рулон алюминия 99,98%-ной чистоты; 2 - рулон лакированной полиэфирной пленки; 3 - охлаждающий цилиндр
Нанесение
адгезивного (клеевого) покрытия. Клей
(адгезив) наносят таким же образом,
как разделительный или лаковый слой
(рис. 4.2), используя цилиндр с концентрическими
углублениями, располагающимися по
его окружностям. Количество наносимого
клея определяется величиной углублений
и соотношением полимеров, растворенных
в жидкой смеси.
27.Голографическая и дифракционная фольга
Голографическая фольга содержит объемные изображения, формирующие привлекательные декоративные рисунки. Однако ее общее назначение заключается в обеспечении защиты, поскольку голограммы очень трудны для копирования, что делает их символом подлинности.
ОУВ (ор(лса! уЫеосИвЬ.) - оптически изменяемая структура, представляющая совокупность определенных оптических признаков (эффектов), располагаемых между слоями фольги. В зависимости от освещения или угла зрения можно увидеть разные цвета, объекты или текст. Голографический рисунок может создаваться разными способами, одним из которых является сложный процесс лазерной интерференционной съемки, когда луч, проходя через систему разделителей и зеркал, соответствующим образом изменяется благодаря феномену преломления (дифракции).
Сегодня наиболее популярными являются несколько основных типов голограмм.
З D -голограммы - трехмерные голограммы, передающие трехмерный эффект и глубину реальной модели и представляющие объемные изображения. Для создания этого типа голограмм всегда используется модель в масштабе 1:1. Под сильным направленным лучом света создается великолепный оптический эффект.
2 D - двумерные голограммы, базирующиеся на двумерной графике, которая содержит всю информацию в одной плоскости. Голограммы данного типа отличаются бриллиантовым блеском и не требуют сильного источника света. Они формируются в одной плоскости и не имеют трехмерной глубины. Эти голограммы обеспечивают цветовые эффекты путем дифракции спектра согласно углу наблюдения. Создаются из рисунка или фотографического негатива.
2 D /2 D -голограммы формируются накладыванием двух двумерных костей в голографической области. Детали на задней плоскости
менее различимы.
2В/З D -голограммы базируются на двух или трех наборах двумерной графики. Если в двумерной голограмме вся информация располагается в одной плоскости, то 2D/ЗD-голограмма состоит из двух и более плоскостей изображения, которые создают в конечном итоге эффект перспективы (параллакс). Благодаря четким контурам рисунка и светящимся краскам, которые могут быть видны при различных условиях освещения, этот тип голограмм используется наиболее часто.
2D/ЗD-голограммы смешивают плоское изображение с трехмерным. Трехмерный объект 3D может быть раздроблен.
Дифракционную фольгу изготавливают, используя голографические технологии; ее поверхность содержит множество малых геометрических форм. Каждая фрагментированная поверхность выступает (появляется) при повороте, поскольку изображение при этом наклонено и отражает свет в цветах спектра.
Мультиплексные голограммы содержат два (или более) изображения, каждое из них имеет определенный угол обзора. Одно изображение видно при просмотре с одного угла, а другое изображение появляется, когда угол наблюдения изменен, при этом его видно вместо первого или поверх первого.
Цифровые голограммы (Digital Image ) - созданное на компьютере изображение базируется на одном уровне и разрешается в форме растровых точек. Этот тип голограмм позволяет передавать специфическую игру красок и эффект движения.
Гелиограммы базируются на линейной графике на одном уровне (в одной плоскости). Комбинация графических элементов с эффектом движения дает очень высокую выразительность.
Trustseal - более высокая ступень голографических защитных знаков, позволяющая передавать эффект движения.
Графическая компьютерная информация может преобразовываться в голографическом процессе в одноцветную или многоцветную информацию. В зависимости от угла зрения всегда видны только определенные цвета, которые изменяются при рассмотрении голограммы.
Если рассматривать голограмму при направленном свете (прожектор), ее цвета и края становятся светлыми и четкими. При рассмотрении голограммы под обычным освещением (люминесцентная лампа) контрастность цветов теряется. Подобный эффект происходит и при рассмотрении в рассеянном свете.
В компьютерной графике наилучший эффект достигается за счет использования максимум трех цветов на переднем плане либо одного или двух цветов на заднем плане.
Важные виды голограмм обычно содержат на переднем плане определенную информацию (логотип фирмы), поскольку она хорошо видна почти при любом освещении. Графические рисунки и объекты заднего плана хорошо видны при направленном свете, однако при рассеянном свете их четкость теряется.
В ОУВ могут вноситься различные дополнительные эффекты, которые улучшают ее оптическое воздействие и, естественно, повышают ее защитные свойства.
Двухканальное изображение. Два наложенных друг на друга рисунка (один рисунок на канал) дают великолепный оптический эффект, когда в зависимости от угла зрения виден только один из двух мотивов. Возможно трехканальное изображение.
Сепарация красок. Графическое и пространственное воздействие голограммы может быть усилено за счет увеличения числа одновременно видимых красок и затенений.
Окантовка, Цветные участки голограммы могут окантовываться различным образом и подчеркиваться за счет использования контрастов:
черная окантовка без дифракционной структуры;
белая окантовка посредством матовой или глянцевой границы раздела;
цветная окантовка, производимая за счет использования специ альных оптических кодированных рельефных структур, которые дают хороший контраст и при слабом освещении.
Призматические компоненты. Речь идет об использовании линзового эффекта. При изменении угла наклона голограммы призматические компоненты создают эффект динамичных линий. Так как создание этого эффекта требует сложного комплекса технологий, подделка его является практически невозможной.
Микротекст . Величина шрифта лежит в границах до 1 мм, когда текст можно различить и невооруженным глазом, до 0,1 мм, когда текст различим только при помощи лупы.
Нанотекст – защитный элемент для Trustseal. Очень мелкий текст до 100 мкм, различимый только с помощью лупы.
Гильошированный рисунок – тонколинейный рисунок накладывается на любую часть голограммы. Рисунок имеет оптическую кодировку, что позволяет получить эффект движения при наклоне голограммы в разные стороны.
Скрытая информация. Кроме вышеперечисленных оптически различимых признаков существуют и скрытые признаки, которые зна-
тельно повышают защитные свойства голограммы. Они вносятся в лограмму в процессе ее изготовления и считываются специальны-ми приборами в УФ, ИК или лазерных лучах.
ОУВ-продукция выпускается с единичным или бесконечным (многократно повторяющимся) дизайном, возможно производство прозрачной или частично деметаллизированной голограммы.
В зависимости от цели применения ОУВ-продукция может изготавливаться в виде этикеток или фольги для горячего тиснения.
Голографическая этикетка представляет собой самоклеящуюся этикетку с голографической структурой, которая разрушается при попытке каких-либо повторных манипуляций. В качестве носителя служит силиконовая бумага. Этикетки могут наноситься на субстрат вручную или при помощи специальных устройств.
Цифровая голограмма(1200 dpi)
Гелиограмма
2D/3D голограмма
Цифровая голограммa(<500 dpi)
2D-голограмма
Фольга LightLine
Металлизированная фольга для тиснения
Рис. 4.4. Степень надежности защиты
Производство алюминиевой фольги, применяемой как в пищевых, так и в технических целях, за последние 20 лет в пределах России и на территории Европейских стран выросло более, чем в два раза.
Наряду с этим, потребность в Российской Федерации в изделиях из нее превышает объемы продукции, которые на данный момент могут дать местные производители. В связи с этим завод по производству фольги может стать выгодным вложением средств для начинающего бизнесмена и предпринимателя, который хочет попробовать себя в новой отрасли. Величина капитальных вложений в открытие предприятия составляет от 25 до 40 миллионов рублей, но может окупить себя уже через 1-2 года, впоследствии принося высокий доход своему владельцу.
Наша оценка бизнеса:
Стартовые инвестиции - 25 000 000 рублей.
Насыщенность рынка - средняя.
Сложность открытия бизнеса - 8/10.
Виды алюминиевой фольги, применяемые в пищевых и технических целях
В настоящее время промышленными предприятиями выпускаются следующие виды алюминиевой фольги:
- По своему типу и назначению: алюминиевая лента, пищевая алюминиевая фольга, а также материал, который применяют для различных технических нужд;
- По виду поверхности материала может выпускаться армированная фольга, в основу которой входит стекловолокно и полимерная сетка, ее другое название теплоизоляционная фольга. Применяют ее для изоляции теплопроводов, проходящих на открытых участках. Не менее востребованной считается и гофрированная фольга, имеющая более усиленную структуру, которая находит свое применение в прокладке газо- водо- и нефтепроводов. Также выделяют ламинированную фольгу, имеющую дополнительный слой, благодаря которому значительно возрастает влагонепроницаемость и самоклеющуюся, используемую для изоляции соединений и гибких конструкций.
Марки алюминиевой фольги выделяют следующие: Н – нормальной точности, П – повышенной точности и В – высокой точности. Кроме того, в зависимости от вида материала, который будет использован в процессе производства, фольга может быть мягкой (М) или более твердой, обозначаемой литерой Т.
Возможные потребители готовой продукции цеха
Благодаря такому широкому ассортименту продукции, который может выпускать предприятие, количество потенциальных покупателей, которые могут приобретать фольгу, также велико. Сюда можно отнести кафе, столовые, бары и рестораны, использующие материал пищевого назначения для упаковки, хранения, доведения до кулинарной готовности, заморозки продуктов, а также пищевые предприятия, использующие фольгу в качестве основного компонента упаковки, предохраняющего от преждевременной порчи.
Техническая алюминиевая фольга по своей востребованности в несколько раз превосходит пищевую и используется при прокладке различный сетей, требующих изоляции для предотвращения возможных потерь тепла или повреждения. Также она незаменима при внутренних и внешних отделках помещений, применяется фольга для бани и сауны в качестве качественного изоляционного материала, при производстве холодильной техники, систем кондиционирования, в автомобилестроении.
Особенности технологии производства алюминиевой фольги
Задумываясь о том, как открыть производство алюминиевой фольги в России, в первую очередь необходимо ознакомиться с особенностями ее производства, поскольку именно они будут определять основные затраты, требуемые для закупки оборудования и аренды или покупке требуемого по параметрам помещения.
Технология изготовления фольги начинается с многократной обработки слитков, состоящих из сплавов алюминия. Подобная операция осуществляется в плавильной печи, температура в которой должна достигать 750 градусов – именно такой параметр позволяет получать на выходе изделия высокого качества, обладающие всеми отличительными особенностями, характерными для такого типа материала. Для того, чтобы периодически контролировать процесс производства на промежуточном этапе в процессе плавления наливают материал в специальную форму и после его остывания затвердевшая масса исследуется на предмет веществ, которые входят в состав алюминиевой фольги.
Далее расплавленная в печи масса поступает на разливочное устройство, предварительно проходя очистку в специальных емкостях и резервуарах. После разлива в емкости масса охлаждается под воздействием постоянно циркулирующей воды, укоряющей процесс затвердевания. На выходе получают слитки, вес которых может достигать до 7-8 тонн, перемещаемые по цехам исключительно при помощи мостовых кранов. Далее происходит очистка от верхнего слоя, осуществляемая не зависимо от того, какие способы изготовления фольги применяются на данном предприятии. Для этого с поверхности слитков удаляется слой толщиной в 3 мм.
Затем производится прокатка металла при температуре 455-540 градусов при помощи специальных валов стана горячей обработки, при этом необходимо применять смазочный материал, предохраняющий от прилипания материала к вальцам. Полуфабрикат, раскатанный до определенной толщины, сматывается и далее фольга в рулонах поступает на окончательную прокатку до достижения необходимого параметра листа и обжиг, полностью обеззараживающий ее и делающий возможным для применения в пищевых целях.
Стоит отметить, что налаживание производства – это основная затратная часть организации бизнеса – только для закупки оборудования для производства фольги понадобится сумма от 20 до 30 миллионов рублей. При этом площадь помещения, используемая для открытия завода, для правильной расстановки всех машин и аппаратов должна составлять не менее 1 тысячи квадратных километров.
Оформление документов и получение разрешений
Процесс оформления документов подразумевает под собой следующие шаги:
- Подача заявления в налоговую на открытие юридического лица. В данном случае код ОКВЭД, указывающий на вид деятельности компании, нужно отразить 27.42.5 – «Изготовление полуфабрикатов из алюминиевого сплава»;
- Оформление устава организации;
- Выбор генерального директора;
- Открытие лицевого счета в банке;
- Заказ печати. На данный момент ее наличие не является обязательным, но придает больше солидности компании, вызывая доверие у потенциальных партнеров.
Основные этапы организации после получения документов
После получения бумаг потребуется осуществить анализ рынка на предмет востребованности того или иного типа алюминиевой фольги в регионе расположения будущего цеха и определиться с примерными объемами выпуска готовой продукции. Дальнейшие шаги будут включать в себя поиск подходящего помещения для аренды или его постройку. Самостоятельное возведение может обойтись несколько дороже, но необходимо понимать, что оплата аренды здания с такой площадью, которая необходима под цех, может обойтись в сумму от 100 до 500 тысяч рублей.
Стоит отметить, что в связи с высокими температурами, сопровождающими процесс производства алюминиевой фольги, к помещению предъявляются повышенные требования – оно должно быть оборудовано качественной противопожарной системой, пол и стены обязательно отделываются материалом, являющимся достаточно огнеупорным, также монтируется мощная система приточно-вытяжной вентиляции. После выбора помещения потребуется произвести закупку оборудования, его монтаж и установку, а также набор персонала, имеющего профильное образование или опыт работы на подобных предприятиях.
Сбыт готовой продукции и возможная прибыль
Сбыт выпущенной продукции можно осуществлять следующим способом:
- Продажа алюминиевой фольги оптом крупным организациям, специализирующимся на производстве различных аппаратов и оснащений с использованием листов алюминия;
- Реализация фирмам, специализирующимся на продажах фольги конечным потребителям;
- Организация сбыта конечному потребителю самостоятельно.
Общая сумма капитальных вложений в организацию бизнеса составит от 25 миллионов рублей и будет формироваться в зависимости от региона расположения завода, планируемого объема выпуска продукции, используемого оборудования и прочих факторов. Цена алюминиевой фольги на реализацию будет зависеть от ее качества, а также основного назначения. В целом, при умелом планировании и осуществлении постоянного контроля всех параметров производства можно добиться полной окупаемости через 1-2 года и в дальнейшем получать стабильную прибыль в размере от 1 миллиона рублей и более.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ»
Кафедра материаловедения и технологии машиностроения
“Технология изготовления алюминиевой фольги”
Выполнил студент:
гр. 134 Вечур В.В.
Проверил:
д.т.н Гропянов А.В.
Санкт-Петербург
Алюминий - наиболее распространенный металл на Земле и третий по содержанию в земной коре после кислорода и кремния. Является легким парамагнитным металлом серебристо-серого цвета. Легко поддается формовке, литью, механической обработке. Обладает низкой плотностью, высоко тепло- и электропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью во многих средах за счет образования на поверхности металла плотной оксидной пленки Al2O3.
Алюминий обладает следующими физическими характеристиками
· Плотность -- 2,7 г/смі
· Температура плавления у технического алюминия -- 658 °C, у алюминия высокой чистоты -- 660 °C
· Временное сопротивление литого алюминия -- 10--12 кг/ммІ, деформируемого -- 18--25 кг/ммІ, сплавов -- 38--42 кг/ммІ
· Твердость по Бринеллю -- 24…32 кгс/ммІ
· Высокая пластичность: у технического -- 35 %, у чистого -- 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу
· Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·ммІ/м
Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).
По различным данным, примерно четверть из всего веса производства алюминия в мире, идет на производство упаковки, а в некоторых странах доля производимой из алюминия упаковки составляет 75%.
Для того, чтобы придать алюминиевым сплавам специальные свойства, в процессе производства могут вводиться микродобавки различных металлов. Благодаря этому становится возможным придать металлу коррозионную стойкость, повысить пластичность, устойчивость к высоким температурам, улучшить перерабатываемость (влияние различных добавок на сплавы алюминия показано в таблице 1).
Таблица 1. Влияние добавок на изменение характеристик сплавов алюминия
|
Добавки в сплаве |
Улучшаемые характеристики |
||
|
Марганец и магний |
Прочность и формуемость |
||
|
Медь и цинк |
Прочность |
||
|
Хром и марганец |
Однородность структуры |
||
|
Магний и кремний |
Прочность |
||
|
Железо и кремний |
Качество поверхности изделия |
||
|
Хром и титан |
Однородность структуры |
||
|
Магний, кремний и медь |
Предел текучести |
||
|
Магний, литий и медь |
Предел текучести |
||
|
Магний, цинк и медь |
Предел текучести |
По европейскому стандарту EN 573-1 алюминий и его сплавы обозначаются четырехзначной цифрой - от 1000 до 8000 (серии). К 1000-ой серии относится чистый алюминий, с содержанием алюминия ~99%, чистота которого указывается в двух последних цифрах в сотых долях процента, следующих за величиной 99%. К примеру, чистота алюминия 1198-ой серии составляет 99,98%. Вторая цифра серии (от 1 до 9) обозначает градации пределов примесей в алюминии. Если вторая цифра ноль, то алюминий имеет природный уровень примесей. Для обозначения алюминиевых сплавов, которые содержат различные добавки (Таблица 2) используются цифровые серии от 2000 до 8000. Последние две цифры в этих сериях обозначают идентификационный номер сплава, а вторая - его модификацию. Такая же нумерация используется в стандарте США.
Таблица 2. Добавки в алюминиевых сплавах различных серий по европейскому стандарту
алюминий фольга плавление технический
Для производства упаковочных материалов большая часть алюминия используется в виде тонколистового проката - фольги. Следует отметить, что международный стандарт ISO относит к фольгам прокат толщиной до 200 мкм.
Фольга - тонкий металлический лист (в большинстве стран толщина фольги до 0,2 мм). Фольгу могут изготавливать из алюминия, стали, олова, золота. При том, для железа и его сплавов определение «фольга» обычно не применяется, а используют слово «жесть». Фольгу широко используют в электротехнике, как тепло- и пароизоляцию в строительстве, для тиснения в полиграфии, а также в упаковочной промышленности для пищевых продуктов и фармацевтических средств. Ежегодное производство алюминиевой фольги в Европе составляет ~900 тысяч тонн.
Алюминиевая фольга - очень тонкий лист алюминия, толщиной около 200 нм. Его ширина будет зависеть только от назначения фольги - для гибкой упаковки, коробок, крышек из фольги и так далее. Важно знать то, что алюминиевая фольга, к окончанию процесса ее производства, благодаря отжигу, становится стерильной. Это придало ей большую значимость в упаковывании различных пищевых продуктов и лекарственных препаратов. Помимо этого, алюминиевая фольга обладает высокой термостойкостью - ее можно нагревать до высоких температур без деформирования или плавления, что является идеальным условием для запайки.
Процесс производства алюминиевой фольги состоит из трех основных этапов - отливки слитков, прокатки слитков на ленточную заготовку и прокатки фольги из ленточной заготовки.
Сначала следует подробнее описать процесс получения алюминиевых слитков. Он состоит из следующих операций:
1. Подготовка шихты (смеси исходных материалов)
2. Расплавление шихты
3. Рафинирование расплава
4. Отливка слитка
5. Разрезание слитка
6. Фрезерование слитка
Под рафинированием расплава понимается процесс очистки металла от окислов, неметаллических включений и растворенных в расплаве газов. Если исключить рафинирование из производственного процесса, то из-за наличия неметаллических включений и газов, на ленточной заготовке будут образовываться пузыри, а на фольге сквозные отверстия. Для рафинирования применяют специализированные флюсы (неорганические вещества, которые добавляют для образования шлака надлежащей степени плавкости). Флюсы содействуют извлечению окислов алюминия и препятствуют насыщению металла газами. Их вводят в печь после расплавления шихты, чтобы создать покровную пленку на поверхности расплава. Для алюминия чаще всего используют флюсы из хлористого калия, хлористого натрия или же криолит (гексафторалюминат натрия Na3).
Слитки из алюминия и алюминиевых сплавов отливают следующим образом: из плавильных печей расплавленный металл поступает в стационарный миксер по закрытому желобу. Миксер находится ниже уровня печей. У лётки (отверстие для выпуска жидкого металла) миксера есть приемник, в который поступает металл при открытии лётки. Из приемника, через отверстие с клапаном, которое располагается внизу приемника, металл поступает в распределительную коробку и далее, через распределительные клапаны, в кристаллизаторы. Машина для полунепрерывного литья располагается ниже уровня миксера, что благоприятствует плавному переливу металла, а это в свою очередь способствует отсутствию нарушений в поверхности окисной пленки, которая образуется на поверхности металла. Это исключает попадание в слитки окислов и появлению сквозных отверстий в фольге. Перед разливкой в миксер температура расплава алюминия должна быть в пределах 730о-760оС, а в самом миксере, перед отливом слитков в пределах 690о-710оС.
Алюминий отливают полунепрерывным способом на литейных машинах, которые имеют целый ряд преимуществ:
· Охлаждение слитков интенсивно, так как их поверхность омывается водой
· Получение плотных слитков без пор, усадочных и газовых раковин благодаря направленному охлаждению снизу-вверх.
· Получение мелкой и равномерной структуры, что благоприятствует обрабатываемости и улучшению механических свойств.
После отлива слитки разрезают на мерные длины, которые необходимы для последующей прокатки. Резка проводится на быстроходных дисковых пилах. Если пила обладает высокой производительностью, то после резки у слитка получается чистая поверхность реза металла. Диаметр дисков пилы составляет 810-1245 миллиметров, а скорость реза 40-50 метров в секунду. Все литейные дефекты устраняются фрезерованием слитков на машинах с горизонтальными или вертикальными фрезголовками. С каждой большой стороны слитка снимается от 3 до 6 миллиметров. Практикой установлено, что если отливка ведется на верхнем пределе скорости, то можно получить слитки с гладкой поверхностью без наплывов и складок. Но для этого так же необходимо высокая точность изготовления и шлифовки кристаллизаторов. Такие слитки не требуется фрезеровать, и они хорошо прокатываются на ленту и фольгу, как и фрезерованные.
При отливке могут встретиться следующие виды брака продукции:
· Трещины - возникают в следствие перегрева металла в процессе плавки, высокой скорости литья, большого количества кремния в алюминиевом расплаве или неравномерного охлаждения. Трещины выявляются как при литье, так и при горячей прокатке.
· Наплывы
· Складки
Эти два вида брака (наплывы и складки) могут образоваться при колебании скорости литья, плохо подготовленной поверхности кристаллизатора или при изменении уровня металла в кристаллизаторе.
После отливки следует прокатка ленточной заготовки, которая состоит из нескольких шагов:
1. Нагрев слитков
2. Горячая прокатка слитков
3. Холодная прокатка ленты до толщины 0,3-0,6 миллиметров
4. Отжиг ленты
5. Перемотка и разбраковка
Нагрев слитков проводиться в электрических печах непрерывно (с одной стороны слитки поступают в печь, проходят через нее, подвергаясь нагреву, и с другой стороны выходят). Слитки укладываются в жароупорные поддоны (преимущественно сделанные из стали марки ЭИ316), которые двигаются по жароупорным направляющим, уложенным на подине (нижней части рабочего пространства) печи. Поддоны со слитками проталкиваются через печь, и после нагрева слитки выталкиваются на стол выдачи, откуда по одному передаются тельфером (подвесное грузоподъемное устройство с электрическим приводом) на конвейер стана горячей прокатки. Прокатку могут проводить на двух-, трёх- или четырехвалковых прокатных станах. Алюминиевый слиток прокатывается в несколько подходов. Обжатие на каждом проходе различно.
Таблица 3. Схема прокатки алюминиевого слитка весом 185 кг и с габаритами 135ммХ510Х1020 на заготовку с габаритами 6,8ммХ510мм
|
Толщина, мм |
Абсолютное обжатие, мм |
Относительное обжатие, % |
|||
|
начальная |
конечная |
||||
Для того, чтобы получить заготовку одинаковой ширины после прокатки осуществляют операцию резания кромки на дисковых ножницах, которые устанавливаются на выходной части конвейера стана горячей прокатки. Возможно исключение этой операции, если слитки отливаются с гранями, скошенными сверху и снизу.
Так же существует возможность бесслитковой прокатки - получения ленты непосредственно из расплава металла. В методе бесслитковой прокатки расплавленный металл поступает к водоохлаждаемым движущимся кристаллизаторам, в который проходит кристаллизация. Далее он обжигается и выходит в виде ленты. Такой метод позволяет уменьшит число производимых операций. Дальнейшую прокатку ленты, полученной таким способом ведут по обычным схемам для ленты, прокатанной в горячем состоянии. Механические свойства прокатанной ленты мало отличаются от свойств ленты полученной обычным способом. Бесслитковую ленту можно прокатывать в фольгу толщиной до 15-30 мкм. При прокатке на более тонкие размеры наблюдается повышенная дырчатость фольги.
После получения ленточной заготовки горячей прокаткой наступает очередь холодной прокатки (без промежуточного отжига) на двух- или четырехвалковых станах. Такие станы могут устанавливаться как вдоль линии горячей прокатки, для ее продолжения, так и вне её. Если установка станов горячей прокатки ведется вдоль линии горячей прокатки, то заготовка сразу поступает в станы холодной прокатки: заготовка толщиной 6-7 миллиметров в неостывшем состоянии (теплая прокатка при температуре 200о-300оС) поступает на стан, где происходит прокатка при обильной подаче эмульсии (смазки, для предотвращения налипания алюминия на валки стана) в один проход, после чего полученная лента сматывается в рулон. Если же станы холодной прокатки установлены отдельно, то после горячей прокатки проводится обрезка кромок и сматывание заготовки в рулон на специальной машине. Холодная прокатка осуществляется после остывания рулонов. Следует заметить, что при холодной прокатке сразу после горячей, исключается необходимость в свертывании ленты в рулоны, поверхность получается чище (меньше царапин, забоин и задиров, которые могут появиться вследствие транспортировки). Для производства фольги распространены следующие виды заготовок:
Таблица 4. Габариты ленточных заготовок для производства фольги
После прокатки ленту, смотанную в рулоны диаметром 500-600 миллиметров, подвергают отжигу в электрических печах сопротивления. Для обеспечения необходимого, равномерного отжига, в электрических печах существует циркуляция воздуха благодаря специально установленным вентиляторам.
При производстве ленточных заготовок могут встречаться следующие виды брака:
1. Несоответствие геометрических размеров
2. Повреждения и загрязнения поверхности
3. Неравномерность механических свойств и структуры
Все вышеперечисленные виды брака отрицательно влияют на качество прокатываемой фольги.
Алюминиевую фольгу прокатывают рулонным способом на фольгопрокатных станах, приспособленных для проката алюминиевой ленты толщиной от 0,3 до 0,8 миллиметров до толщины 0,005 миллиметров. Алюминиевая лента в рулоне должна быть плотно намотана, чтобы при натяжении во время прокатки витки рулона не поворачивались и не перемещались. Если это условие не будет соблюдаться, то образуются задиры, потертости и возможность нарушения целостности и чистоты поверхности фольги. Для того, чтобы получить плотную намотку рулона их перематывают на перемоточной машине, одновременно с этим обрезая или не обрезая кромки. Фольгу изготавливают последовательной прокаткой рулонов на фольгопрокатных станах, которые обычно устанавливаются в одну линию по ходу технологического процесса. На каждом стане рекомендуется осуществлять один проход, поэтому число фольгопрокатных станов должно соответствовать количеству необходимых проходов, число которых зависит от конечных размеров и назначения фольги. Для прокатки фольги применяют станы трех типов:
· Заготовительные (черновые)
· Промежуточные
· Отделочные (чистовые)
Эти станы отличаются скоростями прокатки и чистотой поверхности валков. Следует отметить, что это произвольная классификация, так как зачастую, для толстой фольги отделочную прокатку приходится проводить на промежуточных или заготовительных станах, в зависимости от того, какая конечная толщина должна быть у фольги. При прокатке на заготовительных и промежуточных станах толщину подката доводят до толщины, близкой к двойной толщине готовой фольги. За каждый проход дается обжатие до 50%. Так как прокатка фольги сложная операция, она требует точного оборудования, выполнения всех технических условий и соответствующей квалификации рабочих.
Долгое время прокатка фольги велась на двухвалковых станах с нерегулируемой скоростью прокатки. Скорость на таких станах была порядка 0,4-1,3 м/сек. Несмотря на невозможность регулирования скорости, фольга на таких станах получалась хорошего качества и всех размеров в пределах 0,2-0,005 миллиметров при ширине не более 500 миллиметров. Благодаря развитию техники появились станы с регулируемой скоростью прокатки, скорость которых составляет 3-5 м/сек, а также, появились станы, прокатывающие фольгу шириной до 1000 миллиметров со скоростью 16 м/сек. Позже появились станы со скоростью 25 м/сек, шириной получаемой фольги до 1500 миллиметров и толщиной от 0,8 до 0,009 миллиметров. Такой рулон, к сведению, весит порядка 3,5-5 тонн. После холодной прокатки металл теряет свои пластические свойства - повышается предел прочности и снижается относительное удлинение. Такое состояние металла называется нагортовкой или наклепом. Для снятия нагортовки металл нагревают - проводят отжиг. Это приводит к устранению искажений кристаллической решетки, которые были получены в ходе холодной деформации металла. Вместе с устранением искажений решетки идет образование новых зерен на фоне старых деформированных. Величина новых зерен зависит от температуры и продолжительности отжига. Такое изменение структуры металла с изменением механических свойств называют рекристаллизацией. После отжига фольга будет называться мягкой. Неотоженная фольга называется твердой. Если при прокатке используется смазка, обладающая высокой вязкостью и плохо выгорающая в процессе отжига, то проводят операцию промывки на промывном стане. Это делают для того, чтобы предотвратить слипание двух лент и образование дырчатости. Промывают фольгу авиационным бензином, так как он является лучшим растворителем масел, применяемых при прокатке. Не следует забывать и о резке - отделочной операции, следующей за прокаткой фольги на готовый размер, если фольга поставляется в твердом, неотоженном состоянии, или за отжигом - если фольга поставляется в мягком, отоженном состоянии. Резка может быть двух видов:
· Обрезка кромок фольги
· Разрезка фольги на части вдоль на ширину, требуемую по заказу
Проводят разрезку на дисковых ножницах различных конструкций на узкие части толщиной от 0,005 до 0,2 миллиметров
Следует отметить, что поверхность фольги должна быть чистой, без складок, следов коррозии, надрывов, забоин, расслоений, и, помимо прочего, шероховатостей от выгоревшего масла и пятен от смазки. Готовая фольга не должна иметь запаха керосина, бензина или масла. В зависимости от назначения, фольгу могут выпускать с различной толщиной, шириной и химическим составом - из алюминия технической чистоты любых марок, начиная от А0 (с содержанием алюминия 99,0%), до А85 (с содержанием алюминия 99,85%). На фольге допустимы мелкие единичные сквозные отверстия, которые видно глазом против света, не строчечно расположенные и без местных скоплений. Так же, для фольги толщиной от 0,07 дол 0,2 миллиметров допускаются темные пятна от выгоревшего масла, но без шероховатости поверхности.
После прокатки фольгу наматывают на металлическую втулку, длина которой должна быть не меньше ширины фольги. Для того, чтобы при встряхивании втулка не выпадала из рулона, фольгу наматывают очень плотно. Торцы намотанного рулона должны быть чистыми, ровными, без забоев, вмятин и загрязнения. После намотки, каждый рулон обертывают плотной лентой и упаковывают в сухой деревянный ящик, который выстлан бумагой и плотно затянутый стальной лентой или проволокой. При упаковке рулоны фольги надевают на стержни, укрепляют между двумя вкладышами и перекладывают мягкой прокладкой, диаметр которой больше диаметра рулона. Это помогает сохранить рулон от царапин и забоин. Алюминиевая фольга должна хранится в распакованном виде в крытых, сухих и отапливаемых помещениях.
Таблица 5. Механические свойства фольги различной толщины
Не стоит забывать и о возможности производства фольги из спеченного алюминиевого порошка (САП), которое состоит из следующих операций:
1. Фрезеровка заготовок-плит, для удаления внешних дефектов.
2. Плакировка (нанесения на плиты слоя другого металла или расплава термомеханическим способом) фрезерованных плит планшетами из алюминия марки А6 из расчета 6% на сторону, и дальнейшая зачистка плит стальными щетками.
3. Нагрев заплакированных плит для горячей прокатки. Нагрев проводиться в течении 3-4 часов до температуры 500оС в электропечи.
4. Горячая прокатка пакета с габаритами 90Х600Х1100 миллиметров на 5-6 миллиметров в 11-13 проходов на трехвалковом или двухвалковом стане со скорость 1-1,3 м/сек (до толщины 6 миллиметров), затем теплая прокатка при температуре 270-370оС в два прохода до толщины 3,7 миллиметра.
5. Обрезка рваных кромок на дисковых ножницах по 20-25 миллиметров с каждой стороны.
6. Первая холодная прокатка рулона до толщины 08,-1,2 миллиметра в пять проходов на четырехвалковом стане со скоростью 0,3 м/сек.
7. Отжиг рулонов в электрической печи сопротивления с принудительной циркуляцией воздуха для снятия нагортовки плакирующего слоя. Режим отжига - 5 часов при температуре 450оС.
8. Обрезка кромок на дисковых ножницах. Иногда совмещается с разрезкой вдоль на полосы.
9. Вторая холодная прокатка на фольгопрокатном стане до толщины 0,1-0,12 миллиметров в девять проходов на четырехвалковом стане
10. Промежуточный отжиг рулонов для снятия нагортовки плакирующего слоя.
11. Третья холодная прокатка на отделочном фольгопрокатном двухвалковом стане до толщины 0,03 миллиметра в 7-14 проходов.
12. Промывка бензином на промывном стане.
13. Обрезка на готовые размеры на дисковых ножницах с намоткой в плотные рулоны.
Материал из спеченного алюминиевого порошка хорошо деформируется, с малой рваной кромкой при суммарном обжатии до 70-75%. Промежуточные отжиги ленты из САПа практически не оказывают никакого влияния на механические свойства - они лишь имеют наклеп в плакирующем слое алюминия.
Существуют следующие виды брака при производстве фольги и спеченного алюминиевого порошка:
· Недокат или перекат фольги, являющийся следствием неправильного обжатия по проходам и неправильного подбора состава смазки.
· Зарезы фольги, которые возникают при недостаточном натяжении и неправильном обжатии при прокатке.
· Обрывы фольги, получающиеся вследствие неравномерного натяжения при прокатке, малой пластичности фольги или нечистого обреза кромок.
· Дырчатость или сквозные отверстия - результат перегрева заготовок перед горячей прокаткой, загрязнения, царапин (во время прокатки, резки), спекания порошка с довольно крупными частицами окислов алюминия, которые образуются при производстве порошка.
· Серый цвет поверхности, получающийся из-за плохой полировки валков на отделочных проходах, низкой температуры валков, а также высокой вязкости технологической смазки.
Алюминиевая фольга обладает уникальным набором свойств благодаря своей форме и содержанию. Упаковка из такого материала, благодаря своей яркости и блеску с легкостью сможет привлечь внимание покупателя. Но главными её достоинствами является непроницаемость - возможность служить барьером от света, запахов, не пропускает влагу и бактерии, а также не позволяет продукту растерять собственный вкус и аромат.
Но даже уникальные свойства фольги, не могут обеспечить ей прочное лидерство - во многих сферах производства она постепенно уступает место синтетическим упаковочным материалам. Отчасти, это можно объяснить экономическими причинами (пленочные материалы дешевле, позволяют снизить вес упаковки, имеют высокие печатно-технические свойства, обладают способностью к вторичной переработке). Второй причиной является забота о сохранении истощающихся быстрыми темпами природных ресурсов.
Библиографический список
1) Черняк С. Н., Карасевич В. И., Коваленко П. А. - Производство фольги, 2 изд., Металлургиздат, 1968
2) Черняк С.Н., Симонов В.Н. - Опыт производства алюминиевой фольги. ЦИИН ЦМ, 1966
3) Черняк С.Н., Карасевич В.И. - Производство фольги. Металлургиздат, 1957
4) Баженов М.Ф., Кручер Г.Н. - Современная технология производства алюминиевой фольги на заводе Кокийяр. ЦИИН ЦМ, 1959
5) Крейндлин Н.Н., Кручер Г.Н. - Производство листов и лент из легких сплавов. Металлургиздат, 1957
6) Богоявленский К.Н. и др. - Обработка цветных металлов и сплавов давлением. Металлургиздат, 1964
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Основные альтернативные способы получения алюминиевой фольги. Современные способы получения алюминия из отходов. Отделение фольги от каширующих материалов. Использование шлаков алюминия, стружки, пищевой упаковки, фольги различного происхождения.
реферат , добавлен 30.09.2011
Характеристика процесса травления и описание получаемых при этом объектов. Основные свойства и неоднородность травления алюминиевой фольги. Математическое описание процесса формовки анодной алюминиевой фольги для электролитических конденсаторов.
контрольная работа , добавлен 14.05.2011
Характеристика алюминия и его сплавов. Технологический процесс производства алюминия и использование "толлинга" в производстве. Состояние алюминиевой промышленности и мировой рынок алюминия в конце 2007 - начале 2008 гг. Применение алюминия и его сплавов.
контрольная работа , добавлен 14.08.2009
Общая характеристика и ценные свойства алюминия. Применение алюминия и его сплавов в разных отраслях промышленности. Основные современные способы производства алюминия. Производство глинозема: метод Байера и способ спекания. Рафинирование алюминия.
реферат , добавлен 31.05.2010
Свойства алюминиево-магниевых, алюминиево-марганцевых и алюминиево-медных сплавов, их применение в промышленности. Характеристики порошковых сплавов алюминия и методы их получения в металлургии. Технологическая схема изготовления гранулированных сплавов.
реферат , добавлен 04.12.2011
Достоинства алюминия и его сплавов. Малый удельный вес как основное свойство алюминия. Сплавы, упрочняемые термической обработкой. Сплавы для ковки и штамповки. Литейные алюминиевые сплавы. Получение алюминия. Физико-химические основы процесса Байера.
курсовая работа , добавлен 05.03.2015
Экспериментальное изучение реакции азотирования алюминия для получения нитрида алюминия. Свойства, структура и применение нитрида алюминия. Установка для исследования реакции азотирования алюминия. Результаты синтеза и анализ полученных продуктов.
дипломная работа , добавлен 12.02.2015
Запасы и производство бокситов и другого алюминиесодержащего сырья в России. История развития производства алюминия, основные направления его применения как конструкционного металла. Экологические меры безопасности в производстве алюминия и сплавов.
курсовая работа , добавлен 23.04.2011
Характеристика алюминия (серебристо-белого металла), его химическая активность, природные соединения, содержание в земной коре. Модификации оксида алюминия, их получение и применение в технике. Механические свойства и назначение алюминиевых сплавов.
реферат , добавлен 23.11.2010
Алюминий как основа конструкционных материалов. Технология производства алюминия, методы его очищения. Свойства и достоинства сверхчистого алюминия. Применение сплавов в промышленности, польза их старения. Алюминотермия и разработка фаз-упрочнителей.
Алюминиевая фольга изготовлена из алюминиевого сплава, содержащего от 92 до 99 процентов алюминия. Обычно от 0,00017 до 0,0059 дюймов, фольга производится во многих ширинах и силах для буквально сотен приложений. Он используется для производства теплоизоляции для строительной отрасли, запасного ребра для кондиционеров, электрических катушек для трансформаторов, конденсаторов для радиостанций и телевизоров, изоляции для резервуаров-хранилищ, декоративных изделий, контейнеров и упаковки. Популярность алюминиевой фольги для столь многих приложений обусловлена несколькими основными преимуществами, одним из которых является то, что сырья, необходимого для его изготовления, много. Алюминиевая фольга является недорогой, долговечной, нетоксичной и жиронепроницаемой. Кроме того, он выдерживает химическую атаку и обеспечивает отличную электрическую и немагнитную защиту.
Поставки (в 1991 году) алюминиевой фольги составили 913 миллионов фунтов, причем упаковка составляла семьдесят пять процентов рынка алюминиевой фольги. Популярность алюминиевой фольги в качестве упаковочного материала обусловлена его превосходной непроницаемостью для водяного пара и газов. Он также продлевает срок хранения, использует меньше места для хранения и генерирует меньше отходов, чем многие другие упаковочные материалы. Таким образом, предпочтение алюминия в гибкой упаковке стало глобальным явлением. В Японии алюминиевая фольга используется в качестве барьерного компонента в гибких банках. В Европе алюминиевая гибкая упаковка доминирует на рынке фармацевтических блистерных упаковок и конфетных оберток. Асептическая коробка для напитков, которая использует тонкий слой алюминиевой фольги в качестве барьера против кислорода, света и запаха, также довольно популярна во всем мире.
Алюминий является самым недавно обнаруженным металлом, который современная промышленность использует в больших количествах. Известные как «оксид алюминия», алюминиевые соединения использовались для приготовления лекарств в Древнем Египте и для создания тканевых красителей в средние века. К началу восемнадцатого века ученые подозревали, что эти соединения содержат металл, а в 1807 году английский химик сэр Хэмфри Дэви попытался его изолировать. Хотя его усилия потерпели неудачу, Дэви подтвердил, что глинозем имеет металлическую основу, которую он изначально называл «алюминием». Позже Дэви изменил это на «алюминий», и, хотя ученые многих стран назвали термин «алюминий», большинство американцев использует пересмотренное правописание Дэви. В 1825 году датский химик по имени Ганс Христиан Эрстед успешно изолировал алюминий, а через двадцать лет немецкий физик по имени Фридрих Волер смог создать большие частицы металла; однако частицы Волера все еще были только размером с булавочными головками. В 1854 году французский ученый Анри Сент-Клер Девилль усовершенствовал метод Волера, чтобы создать алюминиевые куски размером с мрамор. Процесс Девилла послужил основой для современной алюминиевой промышленности, а первые алюминиевые балки были представлены в 1855 году на Парижской выставке.
В этот момент высокая стоимость изоляции вновь обнаруженного металла ограничила его использование в промышленности. Однако в 1866 году два ученых, работающих отдельно в Соединенных Штатах и Франции, одновременно разработали то, что стало известно как метод Hall-Eroult для отделения оксида алюминия от кислорода с помощью электрического тока. Хотя Чарльз Холл и Пол-Луи-Туссен Эруэл запатентовали свои открытия, в Америке и Франции соответственно, Холл первым признал финансовый потенциал своего процесса очистки. В 1888 году он и несколько партнеров основали компанию Pittsburgh Reduction Company, которая в этом году выпустила первые алюминиевые слитки. Используя гидроэлектричество для питания большой новой конверсионной установки вблизи Ниагарского водопада и поставки растущего промышленного спроса на алюминий, компания Холла, переименованная в Aluminum Company of America (Alcoa) в 1907 году, процветала. Впоследствии Эроулл основал компанию «Алюминий-Индустри-Актен-Гезельшафт» в Швейцарии. Воодушевленный растущим спросом на алюминий во время I и II мировых войн, большинство других промышленно развитых стран начали производить свой собственный алюминий. В 1903 году Франция стала первой страной по производству фольги из очищенного алюминия. Соединенные Штаты последовали примеру десятилетия спустя, первое использование нового продукта — ножные группы для определения гонок гонок. Вскоре была использована алюминиевая фольга для контейнеров и упаковки, а Вторая мировая война ускорила эту тенденцию, создав алюминиевую фольгу в качестве основного упаковочного материала. До Второй мировой войны Alcoa оставалась единственным американским производителем очищенного алюминия, но сегодня есть семь крупных производителей алюминиевой фольги, расположенных в Соединенных Штатах.
Сырье для фольги
Алюминиевые числа среди самых распространенных элементов: после кислорода и кремния, это самый обильный элемент, найденный на земной поверхности, составляющий более восьми процентов земной коры до глубины десяти миль и появляющийся почти в каждой общей скале. Однако алюминий не происходит в его чистой металлической форме, а скорее в виде гидратированного оксида алюминия (смесь воды и оксида алюминия) в сочетании с диоксидом кремния, оксидом железа и титаном. Наиболее значительная алюминиевая руда — боксит, названный в честь французского города Ле-Бо, где он был обнаружен в 1821 году. Боксит содержит железо и гидратированный оксид алюминия, причем последний представляет собой самый большой составной материал. В настоящее время бокситы достаточно многочисленны, так что для производства алюминия добываются только отложения с содержанием оксида алюминия сорок пять процентов или более. Концентрированные отложения встречаются как в северном, так и в южном полушариях, причем большая часть руды используется в Соединенных Штатах, поступающих из Вест-Индии, Северной Америки и Австралии. Поскольку боксит встречается так близко к поверхности земли, процедуры рудника относительно просты. Взрывчатые вещества используются для открытия больших ям в бокситовых пластах, после чего верхние слои грязи и горной породы очищаются. Открытая руда затем удаляется с помощью фронтальных погрузчиков, складывается в грузовые автомобили или вагоны и транспортируется на перерабатывающие предприятия. Боксит тяжелый (обычно одна тонна алюминия может быть произведена от четырех до шести тонн руды), поэтому, чтобы уменьшить расходы на транспортировку, эти заводы часто расположены как можно ближе к бокситовым рудникам.
Производство фольги
Извлечение чистого алюминия из боксита влечет за собой два процесса. Во-первых, руда очищается для устранения примесей, таких как оксид железа, диоксид кремния, диоксид титана и вода. Затем полученный оксид алюминия плавится с получением чистого алюминия. После этого алюминий прокатывают для производства фольги.
Переработка — процесс Байера
1 Процесс Байера, используемый для очистки бокситов, состоит из четырех этапов: переваривание, очистка, осаждение и прокаливание. Во время стадии пищеварения боксит измельчают и смешивают с гидроксидом натрия перед закачкой в большие емкости под давлением. В этих резервуарах, называемых регенераторами, комбинация гидроксида натрия, тепла и давления разрывает руду в насыщенный раствор алюмината натрия и нерастворимых загрязняющих веществ, которые оседают на дно.
2 Следующая фаза процесса, осветление, влечет за собой отправку раствора и загрязняющих веществ через набор резервуаров и прессов. На этом этапе тканевые фильтры захватывают загрязняющие вещества, которые затем удаляются. После повторного фильтрования оставшийся раствор транспортируется в градирню.
3 На следующем этапе осаждение раствор оксида алюминия перемещается в большой силос, где при адаптации метода Девилла жидкость засевается кристаллами гидратированного алюминия для содействия образованию частиц алюминия. Поскольку затравочные кристаллы привлекают другие кристаллы в растворе, начинают образовываться большие скопления гидрата алюминия. Они сначала отфильтровываются, а затем промываются.
4 Кальцинирование, заключительный этап в процессе очистки Байера, влечет за собой воздействие на гидрат алюминия высоких температур. Этот экстремальный нагрев обезвоживает материал, оставляя остатки мелкого белого порошка: оксида алюминия.
Выплавка фольги
5 Плавление, которое отделяет алюминий-кислородное соединение (оксид алюминия), полученное с помощью процесса Байера, является следующей стадией извлечения чистого, металлического алюминия из бокситов. Хотя применяемая в настоящее время процедура происходит от электролитического метода, изобретенного одновременно Чарльзом Холлом и Полом-Луи-Туссеном Эру в конце девятнадцатого века, он был модернизирован. Во-первых, оксид алюминия растворяют в плавильной камере, глубокую стальную форму, выложенную углеродом и заполненную нагретым жидким проводником, которая состоит в основном из криолита из алюминия.
6 Затем электрический ток проходит через криолит, вызывая образование коры поверх расплава оксида алюминия. Когда в смесь периодически перемешивают дополнительный оксид алюминия, эту кору разрушают и перемешивают. Когда оксид алюминия растворяется, он электролитически разлагается, чтобы получить слой чистого расплавленного алюминия на дне плавильной камеры. Кислород сливается с углеродом, используемым для выделения клетки, и ускользает в виде углекислого газа.
7 Еще в расплавленном виде очищенный алюминий извлекается из плавильных клеток, переносится в тигли и опустошается в печи. На этом этапе могут быть добавлены другие элементы для производства алюминиевых сплавов с характеристиками, подходящими для конечного продукта, хотя фольга обычно изготавливается из чистого алюминия 99,8 или 99,9%. Затем жидкость выливают в устройства для прямого охлаждения, где она остывает в больших плитах, называемых «слитками» или «запасом рерилла». После отжига, термообработки для улучшения обрабатываемости — слитки подходят для прокатки в фольгу.
8 Альтернативный способ плавки и литья алюминия называется «непрерывным литьем». Этот процесс включает в себя производственную линию, состоящую из плавильной печи, удерживающего очага для содержания расплавленного металла, системы переноса, литейной установки, комбинированной установки, состоящей из прижимных валков, сдвига и уздечки, а также машины для перемотки и обмотки. Оба метода дают толщину в диапазоне от 0,125 до 0,205 дюйма (0,317 до 0,635 см) и различной ширины. Преимущество метода непрерывной разливки заключается в том, что для прокатки фольги не требуется этап отжига, как и процесс плавки и литья, поскольку отжиг автоматически достигается в процессе литья.
Роликовая фольга
8 После изготовления фольги его необходимо уменьшить по толщине, чтобы сделать фольгу. Это выполняется на прокатной стане, где материал несколько раз пропускают через металлические рулоны, называемые рабочими валками. Когда листы (или полотна) из алюминия проходят через валки, они выдавливаются более тонким и экструдируются через зазор между валками. Рабочие ролики соединены с более тяжелыми рулонами, называемыми резервными рулонами, которые оказывают давление, чтобы поддерживать стабильность рабочих валков. Это помогает удерживать размеры продукта в пределах допусков. Работа и резервные ролики вращаются в противоположных направлениях. Для облегчения процесса прокатки добавляются смазочные материалы. Во время этого процесса прокатки алюминий иногда должен быть отожжен (термообработан) для поддержания его работоспособности.
Уменьшение фольги контролируется регулировкой оборотов валков и вязкостью (сопротивление потоку), количеством и температурой смазочных материалов для прокатки. Рулонный зазор определяет как толщину, так и длину фольги, выходящей из мельницы. Этот зазор можно отрегулировать, подняв или опустив верхний рабочий валик. Rolling производит две естественные отделки на фольге, яркие и матовые. Светлая отделка получается, когда фольга контактирует с рабочими поверхностями валков. Для изготовления матового покрытия два листа должны быть упакованы вместе и одновременно прокатываться; когда это делается, стороны, которые касаются друг друга, заканчиваются матовой отделкой. Другие методы механической отделки, обычно создаваемые во время операций преобразования, могут использоваться для производства определенных образцов.
9 Когда листы фольги проходят через ролики, они обрезаются и разрезаются круглыми или бритвенными ножами, установленными на валковой мельнице. Обрезка относится к краям фольги, в то время как разрезание разрезает фольгу на несколько листов. Эти этапы используются для изготовления узкой спиральной ширины, для обрезания кромок покрытого или ламинированного материала и для получения прямоугольных кусков. Для некоторых операций по изготовлению и конвертированию полотна, которые были сломаны во время прокатки, должны быть соединены вместе или сплайсированы. Обычные типы сращиваний для соединения полос из простой фольги и / или подложки включают ультразвуковую, термоуплотняющую ленту, герметизирующую ленту и электросварную. Ультразвуковое сращивание использует твердотельный сварной шов с ультразвуковым преобразователем — в перекрытом металле.
Процесс отделки
10 Для многих применений фольга используется в I V / комбинации с другими материалами. Он может быть покрыт широким спектром материалов, таких как полимеры и смолы, для декоративных, защитных или термосвариваемых целей. Его можно ламинировать бумагами, картонами и пластиковыми пленками. Его можно также вырезать, формировать в любую форму, печатать, рельефно, разрезать на полоски, листать, протравливать и анодировать. Как только пленка находится в конечном состоянии, она упаковывается соответствующим образом и отправляется клиенту.
Контроль качества
В дополнение к контролируемому процессу таких параметров, как температура и время, готовый продукт из фольги должен отвечать определенным требованиям. Например, было обнаружено, что для различных процессов конвертирования и конечного использования требуются различные степени сухости на поверхности фольги для достижения удовлетворительной производительности. Для определения сухости используется тест смачиваемости. В этом тесте различные растворы этилового спирта в дистиллированной воде с приращением в десять процентов по объему выливаются в однородный поток на поверхность фольги. Если капель не образуется, смачиваемость равна нулю. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет определено, какой минимальный процент спиртового раствора полностью промоет поверхность фольги.
Другими важными свойствами являются толщина и прочность на растяжение. Стандартные методы испытаний были разработаны Американским обществом испытаний и материалов (ASTM). Толщина определяется взвешиванием образца и измерением его площади, а затем делением веса на произведение площади, умноженной на плотность сплава. Испытание на растяжение фольги необходимо тщательно контролировать, поскольку на результаты теста могут влиять грубые края и наличие мелких дефектов, а также другие переменные. Образец помещают в зажим, и растягивающее или тяговое усилие наносится до тех пор, пока не произойдет разрушение образца. Измеряется сила или сила, необходимые для разрыва образца.
Будущее
Популярность алюминиевой фольги, особенно для гибкой упаковки, будет продолжать расти. Четырехсторонние финские герметичные чехлы приобрели широкую популярность для военных, медицинских и розничных продуктов питания и в больших размерах для институциональных пакетов продовольственных услуг. Также были введены пакеты для упаковки вина от 1,06 до 4,75 галлонов (4-18 литров) для розничных и ресторанных рынков, а также для других рынков общественного питания. Кроме того, другие продукты продолжают разрабатываться для других приложений. Увеличение популярности микроволновых печей привело к разработке нескольких форм полужестких контейнеров на основе алюминия, предназначенных специально для этих печей. Совсем недавно были разработаны специальные кухонные плиты для барбекю.
Однако даже алюминиевую фольгу тщательно анализируют в отношении ее «дружественности» окружающей среды. Следовательно, производители увеличивают свои усилия в области переработки; на самом деле, все производители фольги в США начали программы переработки, хотя общий тоннаж и скорость сбора алюминиевой фольги намного ниже, чем у легкоизвлекаемых алюминиевых банок. Алюминиевая фольга уже имеет то преимущество, что она легкая и малая, что помогает уменьшить ее вклад в поток твердых отходов. Фактически упаковка из ламинированной алюминиевой фольги составляет всего 17/100 единиц одного процента твердых отходов США.
Для упаковочных отходов наиболее перспективным решением может быть сокращение источников. Например, упаковка 65 фунтов (29,51 кг) кофе в стальных баках требует 20 фунтов (9,08 кг) стали, но всего 3 фунта (4,08 кг) ламинированной упаковки, включая алюминиевую фольгу. Такая упаковка также занимает меньше места на полигоне. Отдел фольги Алюминиевой ассоциации даже разрабатывает образовательную программу по алюминиевой фольге для университетов и профессиональных дизайнеров упаковки, чтобы помочь информировать таких дизайнеров о преимуществах перехода на гибкую упаковку.
Алюминиевая фольга также потребляет меньше энергии во время производства и распределения, при этом рециклируется отходы на заводе. Фактически, рециркулированный алюминий, включая банки и фольгу, составляет более 30 процентов годовой поставки металла в отрасли. Это число растет в течение нескольких лет и, как ожидается, продолжится. Кроме того, улучшаются процессы, используемые при производстве фольги, для снижения загрязнения воздуха и опасных отходов.
