罐盖用铝合金带材有机涂层表面密度检测方法浅析

吴艳丽 张昆

龙口南山铝压延新材料有限公司 山东烟台 265700

随着罐装饮料、食品市场的不断扩大，铝质包装材料的需求日益增加。而将铝合金与罐内物质隔离开来的，是一层薄薄的有机涂层，此涂层通常由改性的环氧树脂涂料，涂敷在预处理后的基材表面，然后经过约260℃的烘烤固化而成，此涂层虽薄却具有一定的耐蒸煮、耐溶剂、加工性能好、附着力良好等优良性能。

涂层的厚度通常理解为涂层表面与基材表面之间的距离，可以通过千分尺等工具进行测量，而罐盖材料因其表面涂层较薄，且要求精度较高，行业内用涂层表面密度表示，也称为涂膜重量，简称膜重，单位为克每平方米（g/m2）。涂层检测状态分为烘烤前湿膜和烘烤后干膜，以干膜的表面密度为准。常规铝合金罐盖材料内涂膜重在10-14g/m2，近年有降低内涂膜重至7-9g/m2的产品，主要用于盛装啤酒等饮品；外涂面膜重范围基本在3-5g/m2。文章介绍了此有机涂层表面密度的常用检测方法[1]。

1 手工检测

1.1 重量损失法

此方法适用于涂层干膜检测，主要用于线下实验室测量，确保此操作在有流动水的水槽处进行，注意浓硫酸使用安全。具体方法如下：

从涂层保存良好的部分取固定面积的样片， 一般裁剪100×100mm 正方形或使用冲样机冲取直径100mm 圆片，用精度0．1mg 的电子天平称取原始重量。然后用玻璃棒将浓硫酸或有机溶剂（丁酮等）均匀铺满样片外涂面，用玻璃棒轻轻刮动，待涂层完全脱落后，用流动水冲洗干净，擦干后称重记录数据。再用相同方法除去样片的内涂面涂层，并称取重量。通过计算除膜前后重量差值与试样面积的比值，可得到内涂和外涂的涂层表面密度。

重量损失法通常用来校准仪器，取样面积应尽量精准，使用设备进行固定面积冲样更可靠；在除外涂面膜重期间应避免药剂流至另一面，并确保除膜彻底；内涂面膜重相对较高，容易除膜不彻底造成测量偏差，可采用浓硫酸中浸泡的方式进行除膜。

2 仪器检测

2.1 涡流法

手持涡流法膜重检测仪对样板进行接触式检测，适用于干膜检测，对测量样品表面不会造成破坏。涡流法膜重测量仪较为轻便，可于实验室及生产现场的测量。

涡流测厚仪的测量探头部位能够产生高频磁场，能在测量的导体（金属基材）中产生涡流，通过衡量此涡流的相位和振幅，能算出金属基材与测量探头间涂层的表面密度[2]。

此检测设备的检测数据波动较大，需进行多次测量取平均值做为生产参考，所以近几年逐渐被新的检测仪器替代。

2.2 电容法

电容法干膜厚度检测仪，在线下检测涂层干膜表面密度使用较普遍，需要在平整且绝缘的工作台面上对样板进行接触式测量，适用于实验室测量。

在测量期间，涂层看作电介质，下层金属基材和上层检测仪导电橡胶分别加载正、负电荷，形成一个简单的平行板电容器。涂层表面密度越大，涂层越厚，存在于电路中的电荷量越少，电容值也会越低；相反，若涂层表面密度越小，涂层越薄，存在于电路中的电荷量越多，电容值也越高。

需要注意的是，此检测仪区分了多个工作通道，需要以标准样片校准来确定不同通道的介电常数。不同涂料，和同一涂料涂层表面密度差值大于3．0g/m2时，都必须制作标准样片，与相应的测量通道一一校准。

2.3 红外光吸收法

红外膜重检测仪利用红外光吸收原理，即有机化合物能够吸收特定波长的光波，且分子结构不同的物质所吸收光波的波长不同，而此类产品所用涂料中的碳氢结构能够大量吸收波长为2．32um 的光波，此波长的光波处于红外线范围内。涂层吸收的光波越多，则涂层越厚，涂层表面密度越大，同时反射的光波越少[3]。

利用此原理可测量涂层干膜和湿膜表面密度，无需接触或破坏样品，通过双向高速扫描的方式实现连续性测量，目前普遍用于金属底材涂层产品湿膜或干膜的在线检测。

需要注意的是，不同类型的涂料需各自校正；相同涂料若生产期间表面密度改变超过3g/m2 需重新校正；每次添加涂料或溶剂后必须用秒表计时福特4 号杯（Ford CUP No4）的测量粘度，若粘度改变超过±10s，需重新校正；另外，此检测方法也受到现场环境温度影响，若工作温度改变超过±10℃，需重新校正。

2.4 光学涂层测厚仪

光学涂层测厚仪采用光的干涉原理，当一束狭长的平行光线，以一定角度入射至涂层表面，光束的一部分在涂层表面反射回来；另一部分经过折射进入涂层，在基材与涂层接触面反射回来，再经涂层表面折射出来，所以能看到两条平行的光线。涂层表面密度越大，两条平行光线间距越远；涂层表面密度越小，两条平行光线间距越近。

在明确涂料折射率的前提下，光学涂层测厚仪可直接测量显示绝对的涂层表面密度值，无需校准。此设备能够检测涂层干膜和湿膜的表面密度，可用于线上或线下实验室检测。但此仪器对环境光线的变化比较敏感，测量期间需要保持检测环境的光线恒定，以避免造成检测结果的偏差。

3 结语

随着仪器检测的方法越来越多，检测方式逐渐趋向于非接触、易操作、高效率、自动化以及越来越高的检测精度。同样，随着铝质罐盖材料应用领域的扩大，其涂层表面密度也根据内容物的不同而匹配了不同的控制范围，对生产过程控制的精度要求也是逐步提高的。在当今的铝合金罐盖涂漆产品生产线，要实现涂层表面密度的稳定化控制，就要将线上检测与线下测量相结合，同时还要以重量损失法的测量结果为基准，定期对线上和线下的检测仪器进行校准，以确保检测系统的有效性[4]。