Applications of Aluminium

Пищевая алюминиевая фольга

100 лет алюминиевой упаковке

Алюминиевая фольга – это алюминиевый прокат толщиной до 0,2 мм. Ее можно найти буквально в любом доме: сверкающую и серебристую. Невозможно представить себе как без этого продукта можно было: сохранять продукты свежими, готовить шашлык-барбекю, печь картошку в мундире. За столом вы сталкиваетесь с фольгой в пачке масла и в крышке йогурта. В ванной почти все кремы и лосьоны также находятся в алюминиевой упаковке. Интересно, что впервые алюминиевая фольга стала упаковкой в 1911 году – более 100 лет назад, когда она заменила в этом оловянную фольгу /1/.

Figure 1 – Упаковочная пищевая алюминиевая фольга [1]

Figure 2 – Продукт, упакованный в алюминиевую фольгу [1]

Преимущества алюминиевой фольги как упаковочного материала

К преимуществам относятся [2]:

• Внешний вид – привлекательный.
• Стабильность – при контакте с воздухом алюминий образует оксидный слой, предотвращающий дальнейшее окисление. Он также инертен и не образует токсичных соединений при воздействии большинства химических веществ, включая большинство продуктов питания и косметики.
• Барьерные свойства – достаточно “толстая” фольга образуют полный барьер для газов и воды. Кроме того, алюминий отражает свет, что делает его подходящим материалом для защиты светочувствительных продуктов.
• Гигиенические свойства – гладкая металлическая поверхность алюминия не впитывает влагу. Его можно легко чистить и стерилизовать
• Формуемость – пластичность алюминия позволяет легко формовать его.
• Проводимость – алюминий проводит электричество и тепло, что делает его пригодным для таких применений, как индукционная термосварка пищевых контейнеров.
• Возможность вторичной переработки – алюминий можно перерабатывать с относительно низкими затратами. На переработку уходит около 5 % энергии, необходимой для производства первичного алюминия.

Недостатки алюминиевой фольги как упаковочного материала

К недостаткам относятся [2]:

• Чистый алюминий значительно теряет прочность при температурах выше 150°C. Это означает необходимость нанесения защитного покрытия, если он будет подвергаться дальнейшей термической обработке, например, при готовке в духовке.
• Несмотря на то, что алюминий хорошо формуется, его высокая пластичность означает, что алюминиевая фольга легко рвется или прокалывается.
• При толщине менее 17 микрометров фольга также может иметь «проколы» — крошечные отверстия, вызванные примесями в металле или технологическими отклонениями. Точечные отверстия позволяют воде и газу проникать в металл. Следовательно, может потребоваться добавление защитного покрытия или включения фольги как части ламината (композитного слоя) для повышения прочности, предотвращения растрескивания при изгибе и противодействия проколам [2].

Алюминиевые сплавы и их состояния

Для большинства применений фольги используется алюминий технической чистоты, который состоит из более чем 99 % Al с добавками до 0,8 % Fe и около 0,25–0,3 % Si. В полностью отожженном состоянии (O-отпуск) такие Al технической чистоты серии 1ххх, включая известные варианты АА1050 и АА1200, обладают достаточно низкой прочностью. Более высокая прочность – например, для уменьшения толщины – может быть достигнуто за счет повышенного содержания Fe, например, в сплавах серии 8xxx, таких как 8079 [3].

Производство алюминиевой фольги

Исходными материалами для производства фольги служат слитки весом от 10 до 25 тонн. Эти раскатывают до листов толщиной около 3–6 мм. На последний этап прокатки подают листы в рулонах в отожженном состоянии О, чтобы их можно было легко обработать.

Алюминиевая фольга, как правило, имеет толщину до 150 мм. бывает фольга толщиной всего 6,3 мм. Более “толстая” фольга (> 17 мкм) обеспечивает абсолютный барьер для газов и жидкостей. Отметим, что для 9 мм фольги типичная скорость передачи водяного пара составляет 0,3 г/м2 на 24 часа при 38 ° C и 90% RH [2].

Для производства алюминиевой фольги применяют два основных процесса [2]:
• The conventional rolling-mill method of producing reroll aluminium stock and ultimately, aluminium foil (Fig. 1)
• Continuous casting or ‘hot-strip’ casting to produce aluminium reroll stock and ultimately, aluminium foil (Fig. 2).


Figure 1 – The conventional rolling-mill method of producing reroll aluminium stock and ultimately, aluminium foil [2].


Figure 2 –  Continuous casting or ‘hot-strip’ casting to produce aluminium reroll stock and ultimately, aluminium foil [2].

  • Поскольку обычный прокатный метод производства фольги был установлен намного раньше, он все еще широко используется. При прокатке в фольгу промежуточный прокат необходимо несколько раз отжигать между проходами прокатного стана для преодоления деформационного упрочнения и восстановления обрабатываемости [2].
  • Наиболее экономичным способом производства алюминевой фольги является непрерывное литье. Типичная производственная линия непрерывного литья заготовок проходит непосредственно от печи к намоточному барабану. Система непрерывно подает, отливает, охлаждает и наматывает рулонный материал. Поскольку в процессе производства он нагревается, непрерывный прокат не требует повторного отжига при производстве фольги [2].

На рис. 3 показан типичный температурно-временной график при производстве фольги [3].


Fig. 3 Typical temperature/time schedules for the production of  foil [3]

Почему одна сторона алюминиевой фольги матовая?

Чтобы повысить производительность и снизить риск повреждения чрезвычайно тонкой фольги, на последнем этапе прокатки, обычно толщиной менее 40 мкм, фольга сдваивается, так что два слоя фольги проходят через валки вместе. Вот почему эти фольги имеют блестящую полированную поверхность, которую придают вращающиеся цилиндры с одной стороны, тогда как другая сторона имеет матовую поверхность. Большинство продуктов из алюминиевой фольги применяются в состоянии O, что означает, что фольга в конечном итоге должна быть подвергнута мягкому отжигу. Помимо рекристаллизации, это требуется для удаления из фольги прокатных смазок [3].

Источники:

1. Aluminium Foil – Multitalanted Lightweight Packing /GDA, Germany, 2014
2. Aluminium foil packaging /J. Kerry // Packaging technology. Fundamentals, materials and processes – Woodhead Publishing  Limited, 2012
3. Design of Aluminum Rolling Processes for Foil, Sheet, and Plate /J.H. Driver, O. Engler // Encyclopedia of Aluminum and Its Alloys – Ed. G.E. Totten, M. Tiryakioğlu, and O. Kessler – 2019