真空蒸鍍金屬薄膜:基本信息,特點,套用,包裝用途,開發成功,噴鍍系統,物理鍍金屬法

真空蒸鍍金屬薄膜是在真空條件下，將金屬蒸鍍在薄膜基材的表面而形成複合薄膜的一種新工藝。被鍍金屬材料可以是金、銀、銅、鋅、鉻、鋁等，其中用的最多的是鋁。在塑膠薄膜或紙張表面（單面或雙面）鍍上一層極薄的金屬鋁即成為鍍鋁薄膜，它廣泛地用來代替鋁箔複合材料如鋁箔/塑膠、鋁箔/紙等使用。

基本介紹

中文名：真空蒸鍍金屬薄膜
外文名：Vacuum evaporation is a thin film
性質：概念
產生條件：真空條件
類型：新工藝
學科：冶金工程

基本信息,特點,套用,包裝用途,開發成功,噴鍍系統,物理鍍金屬法,化學鍍金屬法,總結,

基本信息

特點

鍍鋁薄膜與鋁箔複合材料相比具有以下特點：

（1）大大減少了用鋁量，節省了能源和材料，降低了成本，複合用鋁箔厚度多為7～9pm，而鍍鋁薄膜的鋁層厚度約為0．05n左右，其耗鋁量約為鋁箔的1/140～1/180，且生產速度可高達450m/min。

（2）具有優良的耐折性和良好的韌性，很少出現針孔和裂口，無揉曲龜裂現象，因此對氣體、水蒸汽、氣味、光線等的阻隔性提高。

（3）具有極佳的金屬光澤，光反射率可達97%；且可以通過塗料處理形成彩色膜，其裝潢效果是鋁箔所不及的。

（4）可採用禁止式進行部分鍍鋁，以獲得任意圖案或透明視窗，能看到內裝物。

（5）鍍鋁層導電性能好，能消除靜電效應；其封口性能好，尤其包裝粉末狀產品時，不會污染封口部分，保證了包裝的密封性能。

（6）對印刷、複合等後加工具有良好的適應性。

由於以上特點，使鍍鋁薄膜成為一種性能優良、經濟美觀的新型複合薄膜，在許多方面已取代了鋁箔複合材料。主要用於風味食品、農產品的真空包裝，以及藥品、化妝品、香菸的包裝。另外，鍍鋁薄膜也大量用作印刷中的燙金材料和商標標籤材料等。

套用

真空蒸鍍金屬是繼電鍍等表面處理法之後，根據對包裝和裝飾材料膜類的表面處理的需要而發展起來的一種頗具生命力的、可適用於多種被蒸鍍基材的表面處理工藝。最先採用的方法是將金屬加熱汽化後，再冷凝在基材上。工藝過程全部在抽成一定真空(例如其剩餘壓力為標準大氣壓的1/1000000)的密閉容器中進行。另外，要求其被蒸鍍的基材表面必須極平整潔淨，使附著面積和附著力完全符合要求，以保證所鍍金屬製品的表面質量。具體方法是將基材安置於真空容器中的一可調遮板的縫隙之上，加熱的金屬在真空中逐漸汽化為金屬蒸汽後穿過此縫隙而噴鍍於基材上;基材則由捲動機構使其以需要的速率卷繞。因此，蒸鍍的金屬掃描成蒸鍍面積，使在基材上均勻蒸鍍一層金屬超薄層而成為鍍金屬薄膜。此技術最先套用於製造香菸的內包裝紙，隨後套用於製造糖果、茶葉的包裝袋材料，後被廣泛套用於包括制鏡在內的各種需要鍍膜的工件上，可以達到意想不到的效果和功能。

目前有多種金屬可用作蒸鍍金屬的原材料，但是在包裝技術領域中用得最廣、最普遍、且最有實用經濟價值的應首推鋁(具有高純度的鋁材)在直接真空蒸鍍法中的金屬鍍層厚度一般為0. 007一0. 008mm 。

最近已開發的新一代的轉移法真空鍍金屬法中所蒸鍍的金屬厚度只有前者(直接法)的1/500左右(約為0. 000015mm )。過去國外以及目前國內大部採用直接法進行真空鍍金屬工藝，其缺點是耗金屬量相對較多;對基材的平整度和光潔度的要求也特別高;特別是製造所謂“鍍鋁紙”時，除對作為基材的紙張要求具有極佳的平整、光潔度外，因紙含水量較多(10%左右)，在高真空和較高溫度下易失水變脆，使工藝更加複雜，產品成本也相應提高。

以上兩種方法目前存在的問題是均不能連續生產。只能在真空爐中逐爐進行批量生產。這是當今國外工業已開發國家正在研究的課題，並且在諸如日本、美國等國家已開發了設備較為龐大的真空鍍金屬包裝用膜的連續生產線。這無疑是包裝技術和設備方面的一大突破。

包裝用途

真空鍍鋁紙及其複合物的最大用途莫過於用作香菸的內襯包裝紙以取代過去的鋁箔複合紙。如以我國每年生產3000大箱香菸中的80%採用鍍鋁紙為內襯包裝計，則每年需10多億平方米的鍍鋁紙，數量確是驚人。其中尚未包括諸如糖果和茶葉等包裝所需的僅次於香菸包裝的大量該種包裝材料在內。據估計，其在包裝中能被採用的範圍為:

1.鍍鋁紙複合物:香菸內、外部包裝;口香糖包裝;禮品包裝;花卉包裝;貼牆裝飾和建築工業的隔音材料等。

2.軟包裝:餅乾包裝;朱古力包裝和冰淇淋包裝等。

3.折迭箱(盒):化妝品包裝;液體包裝;藥物包裝;牛奶盒式包裝和糖果包裝等。

4.商品標牌、貼簽等:啤酒商標;各種飲料商標、貼簽等。

開發成功

過去無論是直接法或轉移法生產真空鍍金屬薄膜，均是間隙式成批進行的。其方式是單爐生產，逐次抽成真空。亦即將捲筒狀被蒸鍍基材裝人真空蒸鍍爐中後，按規定要求抽成真空，並開始蒸鍍。待該卷基材全部蒸鍍完畢，打開爐門，解除真空狀態，取出成品。再開始以同樣工序進行第二爐生產。如此周而復始，生產速率既受影響，勞動強度亦大，動力浪費亦多，不符合近代工業大規模連續生產的要求。

據估計，間斷式批量生產的真空鍍金屬工藝的生產率僅是連續生產式工藝的50%。更有甚者，在每爐生產後，在再行生產第二爐前要投人大量而艱辛的勞動以去除聚集於爐中的無效金屬蒸汽類廢料以及清除鍍金屬爐的內部，使之清潔乾淨。此種棘手問題，隨著蒸鍍金屬工藝的發明、採用而俱來已有多年。因此.如何使蒸鍍過程一直處於真空狀態中.並能連續進行生產，這是國外從事表面蒸鍍金屬工藝和設備的科技人員們所孜孜以求企盼解決的目標。

為此，諸如美國和日本等最先採用鍍金屬工藝以製造鍍鋁紙和鍍鋁薄膜的國家近年來開發成一種設備較複雜、龐大的具有塗覆粘結劑(在直接法中用之)和脫離層和(或)著色層(在轉移法中用之)的增粘塗布機或預處理裝置;鍍金屬裝置;開卷裝置和收卷裝置等部分所組成的生產線。其中主要特點為開卷、收卷裝置設定於鍍金屬爐之外，原料捲筒材料(紙或塑膠薄膜)的更換、增添以及成品收卷後的取下等均在真空鍍金屬爐的在大氣壓下進行。無論生產多少捲成品材料，並不影響作為主要設備的真空鍍金屬爐在恆定真空中的連續生產。供蒸發、蒸鍍用的金屬絲〔一般為鋁絲)亦是根據與蒸鍍厚度所需的消耗量相平衡而自己進給。此外，此種技術和設備除上述以外的諸多優點為:

1.從開、收卷裝置處的大氣壓環境至真空鍍金屬爐中的高真空狀態，其間共經6個階段，是逐漸提高其真空度的，每一階段中的某種程式的真空度差異並不影響最後的真空度。因此，採用此種設備能使被蒸鍍條狀材在鍍金屬室中作連續運行。其運行速率可以調節。

2.由於該種設備採用了迥異於批量式鍍金屬法中常採用的多個分開的短形金屬蒸發舟皿式柑禍的長型整體式增禍;因此蒸鍍在被鍍條狀材的金屬膜層上和前者相比在相同蒸發條件下所鍍積的厚度較均勻。

3.在間斷式(或稱批量式)蒸鍍金屬法中，眾所周知其所鍍金屬的浪費很大，約75%是浪費的。這不但將有用金屬，形同廢料;而且如前所述在清除一爐生產後剩留於爐中和真空室中的殘留物亦頗費周折。與此相反，由於該種設備將在條狀材和柑禍之間的金屬蒸汽通道設計、製造成有罩式的，可將未蒸鍍完的金屬蒸汽再循環至柑禍處（不使流散於別處）重複回收使用。因此鋁的蒸發得率可達92%以上的高效。

4.此種設備能使金屬蒸鍍層表面質量上乘，所鍍覆的金屬層無針孔和濺潑痕跡等疵病。這是由於電磁功率的增加以及氧化膜和碳質被塔禍壁本身清除乾淨，使熔融鋁的表面清潔無瑕所致。

5.如前所述，由於將在該種設備組成單機中的開卷和收卷裝置設定於普通大氣氛圍中，因此，使條狀材的張力控制易於掌握，亦易於保證鍍金屬薄膜的質量。

6.另外，使用該種設備時，能自動在大氣壓力下轉接各種型式的材料和不同寬度的膜材，並能連續不斷地送進至供蒸鍍金屬的真空室中。

噴鍍系統

真空蒸鍍金屬設備中的關鍵部分除要保持高真空及其穩定性的真空抽除系統外，用以將金屬絲恆定加熱使之適度蒸發的熱源亦是至關重要的。目前國外已開發了諸如真空鍍金屬分子束蒸發，離子鍍等多種加熱方法。這些統稱之為物理鍍金屬法。目前亦正在研究開發除此以外的所謂“化學鍍金屬法”。今分別闡明於下:

物理鍍金屬法

1.蒸發系統

①真空鍍金屬。是一種將蒸發物質加熱的方法。其中包括常用的電阻加熱法，電子束加熱法，高頻感應加熱法以及雷射光束加熱法等。

②分子束蒸發法。在極高真空中分析其鍍膜的增長，並以單位原子層能級控制其鍍金屬膜的形成的方法。

③離子鍍。將待蒸發物質置於等離子狀態中.並將其產生的離子供鍍金屬之用的方法。

④離子束蒸發法。將由離子源激發蒸發物質所產生的離子蒸鍍於薄膜上以形成鍍金屬膜材的方法。

2.濺(噴)鍍系統

①常規噴鍍。常採用直流和高頻放電法以噴鍍的方法。

②磁控管噴鍍。噴鍍對象物在磁場中作高速移動時，使在對象物的表面上形成高密度等離子區的方法。

③離子束噴鍍。採用將由離子源發生的氣體離子加速以噴鍍對象物的方法。

④ECR噴鍍。採用在由磁場和微波所發生的高密度電漿電流中的離子以噴鍍對象物的方法。

化學鍍金屬法

①加熱法。採用由電阻高頻感應，紅外線燈照射和雷射光束等產生的熱源分解原料氣體以形成鍍金屬膜的方法。

②等離子法。在低溫時，藉將原料氣體分解，使呈電漿狀以形成鍍金屬膜的方法。

③有機金屬法。採用有機金屬化合物。作為原料氣體，並可採用多種方法之一使其分解以形成鍍金屬膜的方法。

④光激法。由光能產生的雷射或各種燈光源勵激產生光化學反應以分解原料氣體，使之形成鍍金屬膜的方法。

總結

真空金屬蒸鍍技術的採用已有多年歷史。從最初的直接法真空鍍金屬到轉移法真空鍍金屬，這無論在產品質量、原材料節省和工藝路線的先進合理等方面均是令人矚目的飛躍。直至將間隙性批量生產的方式改進為連續式生產線生產的方式，那更是一個更高層次的飛躍。真空蒸鍍金屬技術的躍進式的發展動態，應引起我國包裝界的充分關注。

真空蒸鍍金屬薄膜