Способ изготовления алюминиевой фольги с интегрированными защитными элементами
Изобретение относится к области прокатки алюминиевой фольги. Способ включает изготовление алюминиевой фольги (1), а также алюминиевой фольги, снабженной интегрированными защитными элементами (6), которую в несколько проходов холодной прокатки прокатывают до толщины менее 150 мкм и при этом одновременно на двух сторонах (4a, 4b) поверхности алюминиевой фольги образуют проходящее в направлении прокатки текстурирование (5a, 5b). Повышение надежности идентификации производимой фольги и уменьшение вероятности подделки обеспечивается за счет того, что по меньшей мере из двух алюминиевых фольг (4) образуют нескрепленную слоистую структуру (8), которая в последнем проходе холодной прокатки подается к паре (9) рабочих валков, у которой по меньшей мере на одной поверхности (11) валка созданное в направлении прокатки путем шлифования рельефное структурирование (11a) поверхности было продавлено контрастно и в зависимости от мотива в пределах (6') от 10 до 50% относительно средней глубины шероховатости для образования мотива защитного элемента (6), который переносится на обращенную к поверхности валка сторону (2a) поверхности алюминиевой фольги, после чего нескрепленную слоистую структуру (8) алюминиевых фольг (1, 4') разделяют. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение касается способа изготовления алюминиевой фольги с интегрированными защитными элементами, а также изготовленной этим способом алюминиевой фольги с интегрированными защитными элементами.
Медицинские продукты, которые обычно упаковываются с помощью алюминиевых фольг, часто являются мишенями для подделок. Поэтому элементы защиты от подделки должны находиться как можно ближе к медицинскому продукту, т.е. наилучшей предпосылкой для этого является непосредственное нанесение элементов защиты во время процесса изготовления первичных упаковок.
Поэтому, как обычно у банкнот, делались попытки снабжать голограммами также упаковочные материалы для фармацевтической промышленности. При этом оказалось, что также голограммы, хотя их изготовление является относительно трудоемким, могут подделываться.
Здесь может быть полезным это изобретение.
В соответствии с изобретением предлагается способ вышеназванного рода, при этом алюминиевая фольга в несколько проходов холодной прокатки прокатывается до толщины менее 150 мкм и при этом одновременно на двух сторонах поверхности алюминиевой фольги возникает проходящее в направлении прокатки текстурирование, при этом по меньшей мере из двух этих алюминиевых фольг образуется нескрепленная слоистая структура, которая в последнем проходе холодной прокатки подается к паре рабочих валков, у которой по меньшей мере на одной поверхности валка созданное в направлении прокатки за счет полировки рельефное структурирование поверхности было продавлено в зависимости от контраста и мотива в пределах от 10 до 50% относительно средней глубины шероховатости с целью образования мотива защитного элемента, который переносится на обращенную к поверхности валка сторону поверхности алюминиевых фольг, после чего нескрепленная слоистая структура алюминиевых фольг разделяется.
Другие варианты осуществления этого способа раскрыты в соответствии с зависимыми пунктами 2-5 формулы изобретения.
Изобретение касается, кроме того, алюминиевой фольги с интегрированными защитными элементами, которая изготавливается предлагаемым изобретением способом и которая имеет защитные элементы в количестве максимум 30% на единицу площади.
Другие варианты осуществления этой предлагаемой изобретением алюминиевой фольги раскрыты в соответствии с зависимыми пунктами 7-10 формулы изобретения.
Ниже изобретение поясняется подробнее на одном из возможных примеров осуществления изобретения, а также с помощью фиг. 1-8.
При этом на фиг.1 показана пара рабочих валков для осуществления предлагаемого изобретением способа, на фиг.2 - детальный вид одного из рабочих валков, а также конфигурации его поверхности, на фиг.3 - график Штрибека для документирования релевантных параметров способа в межвалковом зазоре, а также на фиг.4 - процесс осуществления способа изготовления интегрированных защитных элементов. На фиг.5-8 показаны возможные варианты осуществления интегрированного защитного элемента.
Процесс изготовления предлагаемой изобретением алюминиевой фольги 1, снабженной интегрированными защитными элементами 6, состоит сначала из отдельных процессов непрерывной разливки, гомогенизации, горячей прокатки, холодной прокатки и последующего обжига выше температуры рекристаллизации. За ними следует процесс холодной прокатки фольги. При этом алюминиевая фольга 4 в несколько проходов холодной прокатки прокатывается до толщины менее 150 мкм, при этом одновременно на двух сторонах 4a, 4b поверхности алюминиевой фольги возникает проходящее в направлении прокатки текстурирование 5a, 5b, см. фиг. 4b. Эта образовавшаяся в направлении движения структурированная шероховатость приводит к направленному отражению падающего света, так что вследствие этого направленного отражения стороны 4a и 4b поверхности приобретают блестящий вид.
Для последнего прохода прокатки осуществляется переоснастка, см. фиг.1, а также фиг.4a, при этом применяется пара 9 рабочих валков, у которой по меньшей мере одна поверхность валка имеет мотив 6' защитного элемента. Этот мотив 6' создается тогда, когда создаваемое в направлении прокатки путем шлифования структурирование 11a поверхности контрастно и в зависимости от мотива продавливается в пределах от 10 до 50% относительно средней глубины шероховатости. Это может, например, происходить под воздействием лазерных лучей, см. фиг.2b, 2c и 4c. Для последнего прохода холодной прокатки, например, из двух блестящих алюминиевых фольг 4 посредством разделительного средства 7 образуется нескрепленная слоистая структура 8, см. фиг.1 и 4b. Эта нескрепленная слоистая структура 8 подается к сомкнутому межвалковому зазору 9', который выполнен между двумя рабочими валками 10, 11. На обращенную к рабочему валку сторону 4a поверхности алюминиевой фольги теперь переносится мотив защитного элемента 6. В области защитного элемента 6 алюминиевой фольги 1 - см. фиг.4d - возникает теперь уже кажущееся матовым неупорядоченное текстурирование, которое заметно возвышается над оставшейся кажущейся блестящей областью 2a поверхности с направленным текстурированием 3. В области защитного элемента 6 вследствие этого неупорядоченного текстурирования происходит диффузное отражение падающего света, так что область защитного элемента 6 кажется матовой. Отвернутая от поверхности валка сторона 2b поверхности алюминиевой фольги 1 покрыта разделительным средством 7, а также второй алюминиевой фольгой, для ясности обозначенной 4'. Контактные стороны этих двух фольг отличаются бороздками от прокатки предыдущего прохода прокатки и вновь возникшей при сдвоенной прокатке шероховатостью, которая в основном ориентирована поперек направления движения. Вследствие неупорядоченного текстурирования этих поверхностей происходит диффузное рассеяние. После холодной прокатки нескрепленная слоистая структура из изготовленной в соответствии с изобретением алюминиевой фольги 1, снабженной интегрированным защитным элементом 6, а также алюминия 4' разделяется. Алюминиевая фольга 4' на своей стороне 4'a поверхности имеет направленное структурирование 5'a, так что эта сторона поверхности кажется блестящей, в отличие от чего вторая сторона 4'b поверхности имеет неупорядоченную структуру и поэтому имеет матовую поверхность.
Впрочем, если оба рабочих валка снабжены одним мотивом 6', то вместо алюминиевой фольги 4' получается другая алюминиевая фольга 1, снабженная интегрированным защитным элементом 6.
Лежащая в основе предлагаемого изобретением способа прокатка фольги относится к подгруппе «прокатки с плющением» и, в частности, определяется конечными продуктами способа с толщиной, равной 20 мкм. Процесс холодной прокатки в этом диапазоне толщин требует специфического применения значений шероховатости поверхности у инструментов в комбинации с технологическими жидкостями, чтобы создавать необходимые для пластической деформации трибологические состояния в межвалковом зазоре.
Для документирования релевантных процессу параметров способа ссылаемся на график Штрибека, см. фиг.3.
По оси абсцисс нанесен коэффициент трения, по оси ординат функция скорости, давления и вязкости. Для холодной прокатки фольг необходима область смешанного трения. В области ограниченной смазки происходит постоянный контакт с прокатом; обжатие материала в этой области невозможно и приводит в дальнейшем к плохим свойствам поверхности и повреждению валка. В области гидродинамической смазки - см. об этом также ссылочное обозначение 14 на фиг.2a - рабочий валок 11 «всплывает», так что целенаправленное регулирование процесса прокатки и, в частности, уменьшения толщины материала больше невозможно. Поэтому путем варьирования параметров v, p и n можно устанавливать область смешанного трения.
Только в области смешанного трения можно создавать напряжения продольного растяжения и сжатия, которые нагружают материал выше сопротивления деформации и таким образом приводят к деформации, то есть уменьшению толщины материала. Регулирование необходимых для процесса деформации параметров прокатного масла 12, а именно вязкости, устойчивости к давлению, смазочного действия, осуществляется путем точного выбора базового масла, а именно керосиноподобного высокорафинированного углеводорода с точно заданной вязкостью, и путем добавления приблизительно 5 об. % добавок к прокатному маслу, которые, с одной стороны, доводят устойчивость среды к давлению до определенного уровня, но также решающим образом влияют на условия трения в межвалковом зазоре 9'.
Согласование этих параметров является основной предпосылкой для предлагаемого изобретением способа. Поэтому эти параметры постоянно контролируются и дополнительно юстируются. В конкретном случае применения концентрация добавок к прокатному маслу измеряется непосредственно путем отбора проб из буферной емкости прокатной клети и поддерживается в точно заданных пределах посредством ввода добавок. С целью точного дозирования технологическая жидкость посредством форсуночной балки распыляется на рабочие валки 10, 11.
Условия смешанного трения в межвалковом зазоре 9' необходимы, так как только определенный коэффициент трения допускает приложение напряжений продольного растяжения. Эти напряжения продольного растяжения действуют против сопротивления деформации и при прокатке фольги являются существенным фактором для достижения сопротивления деформации. Уменьшение толщины без этих напряжений продольного растяжения с технической точки зрения в любом случае невозможно.
При холодной прокатке с сомкнутым межвалковым зазором возникающее в результате способа обжатие и вместе с тем толщина полосы на выходе из валков регулируется посредством первичных параметров напряжения на входе (растяжения на входе), так как они действуют против сопротивления деформации алюминиевой фольги 4. По достижении максимального растяжения на входе используется вторичный параметр регулирования, скорость валков, чтобы варьировать толщину смазочной пленки (гидродинамическая подача смазки).
При холодной прокатке стремятся к состоянию смешанного трения, которое отличается одновременным возникновением граничного трения и жидкостного трения. При жидкостном трении, то есть гидродинамической смазке 14, обе поверхности полностью отделены друг от друга. Передаваемое напряжение сдвига зависит от динамической вязкости смазки и разности скоростей между рабочим валком и алюминиевой фольгой. При граничном трении, напротив, обе поверхности разделены только слоем смазки толщиной в несколько молекулярных слоев, при этом вязкость смазки играет лишь второстепенную роль. Отношение между граничным трением и жидкостным трением на длине межвалкового зазора зависит от толщины слоя подаваемой смазки и шероховатости рабочего валка и алюминиевой фольги.
На механизмы воздействия на толщину 13 смазочной пленки влияют гидродинамическая подача смазки, поступление смазки во впадины 11b шероховатости, а также отложение частиц смазки, см. фиг.2b.
Гидродинамическая подача 14 смазки происходит в первую очередь в зоне входа в межвалковый зазор 9'. При этом зона входа образует клинообразный зазор 12, причем рабочий валок 11 и алюминиевая фольга 4 как ограничивающие поверхности при их движении в направлении острия клина затягивают с собой смазку 13 в виде пленки, см. фиг.2a. Вызываемый этим в прокатном масле подъем гидродинамического давления зависит от скорости прокатки, вязкости смазки и геометрии межвалкового зазора. Как только условие текучести для алюминиевых фольг 4 выполнено, они пластически деформируются и имеющаяся в этом месте толщина слоя смазки втягивается в межвалковый зазор 9'.
В межвалковом зазоре 9' в углубления поверхности, так называемые впадины 11b шероховатости, на рабочем валке 11 и алюминиевой фольге 4 поступает смазка, см. фиг.4c. Этот процесс зависит, наряду с вмещаемым объемом масла этих поверхностей, также от ориентации структуры поверхности.
Этот механизм может использоваться для целенаправленного изменения условий трения и служит также для того, чтобы за счет возникающего жидкостного трения создавать измененную текстуру поверхности. Это происходит благодаря отсутствию контакта рабочего валка и отсутствующему благодаря этому текстурированию в направлении прокатки.
На поверхности рабочего валка и алюминиевой фольги за счет физической сорбции и химической сорбции компонентов смазки, таких как, например, поверхностно-активные добавки, образуются граничные слои, которые направляются в межвалковый зазор 9'. На этот механизм влияет материал валков и проката, а также химический состав прокатного масла 12 и его температура. Так как температура и состав прокатного масла 12 с точки зрения отложения компонентов смазки в предлагаемом изобретением способе не отличаются от традиционного способа холодной прокатки, на этом механизме подробно останавливаться не будем.
Впрочем, комбинация вышеназванных эффектов позволяет посредством целенаправленного частичного разрушения структуры шлифования рабочего валка приводить толщину смазочной пленки и связанное с ней изменение трибологических условий в межвалковом зазоре области смешанного трения в области мотива в гидродинамическую область. Благодаря этому происходит всплытие рабочего валка, и возникает неупорядоченная текстура, которая хотя и измеримо почти не отличается по измеряемым значениям шероховатости, однако вследствие свойств отражения оптически заметно отличается от прочих областей поверхности, которые вследствие частичного контакта с рабочим валком имеют структурированную в направлении прокатки поверхность.
Изготовленная алюминиевая фольга 1, снабженная интегрированными защитными элементами 6, в аналитических целях за несколько проходов подвергается светокопированию оптическими способами. Для наглядного изображения структуры поверхности изготавливаются репрезентативные образцы фольги в формате А4. Для обмера структуры поверхности необходимых для изготовления инструментов изготавливаются отпечатки поверхности на эпоксидной смоле и обмеряются посредством микроскопа для исследования в отраженном свете и бесконечного фокуса.
С помощью этого аналитического способа теперь можно выполнять оптическую идентификацию с целью подтверждения изготовленных в соответствии с изобретением защитных элементов 6. Так, на фиг.5 показано изображение защитного элемента 6, состоящего из надписи Security в сочетании с принятым в медицинской области изображением эскулаповой змеи. Здесь оно очевидным образом без претензии на возможные исключительные права показано только в качестве примера. В любом случае важно указать на то, что изображенная на фиг.5b сторона поверхности, которая во время процесса прокатки была отвернута от поверхности валков, не имеет никаких нежелательных мотивов выворотной печати вышеупомянутого защитного элемента.
На фиг.6 приведено фантазийное изображение защитного элемента 6, причем на фрагменте B, см. об этом фиг.6b, можно констатировать, что в области защитного элемента 6 поверхность матовая, однако в соответственно граничащих областях поверхности структурирование 3 в продольном направлении по-прежнему сохраняется, благодаря чему эта поверхность кажется блестящей.
На фиг.7 тоже показано снятое посредством растровой электронной микроскопии изображение защитного элемента 6. В области защитного элемента поверхность матовая, в отличие от чего поверхность в граничащих областях поверхности кажется блестящей. Детальные виды, изображенные на фиг.7a или, соответственно, 7b, показывают, что этот различный эффект вызывается тем, что в области защитного элемента 6 поверхность шероховатая, однако в граничащих областях структурирована в продольном направлении.
Аналогичное относится к показанному на фиг.8 изображению изготовленной в соответствии с изобретением алюминиевой фольги 1, снабженной интегрированным защитным элементом Security посредством анализа бесконечного фокуса. Также из соответствующих изображений в соответствии с фиг.8a, 8b, 8c и 8d можно видеть, что в области защитного элемента 6 имеется неупорядоченное текстурирование, в отличие от чего в граничащих областях имеется направленное структурирование 13.
Для подведения итога перечисляются существенные отличительные элементы точной идентификации предлагаемого изобретением способа:
- нанесение защитного элемента 6 непосредственно и одновременно с уменьшением толщины алюминиевой фольги 4; поэтому не требуется никакой дополнительный рабочий шаг;
- высокая экономичность благодаря высоким скоростям при изготовлении предлагаемой изобретением алюминиевой фольги 1;
- затрудненная подделка благодаря сложности основного процесса;
- однозначная идентификация способа процесса прокатки благодаря форме и расположению структурирования 3 поверхности;
- отсутствие возможности удаления защитных элементов 6 без разрушения поверхности алюминиевой фольги 1;
- отсутствие продавливания защитного элемента 6 на обратной стороне алюминиевой фольги 1;
- отсутствие изменения физических и/или химических свойств алюминиевой фольги 4, таких как шероховатость, способность к складыванию, продольная деформация, прочность при растяжении и смачиваемость;
- изменение качества поверхности в пределах 4-го порядка, измеримое посредством средней глубины шероховатости Rz;
- отсутствие значительного изменения арифметического среднего значения шероховатости Ra в области защитного элемента 6;
- отсутствие деформации в пределах 1-го порядка (отклонения формы, такие как неплоскостность или некруглость), 2-го порядка (волнистости) или 3-го порядка (канавки).
При применяемой в соответствии с изобретением холодной прокатке оптические элементы, такие как защитные элементы 6, вводятся путем целенаправленного нанесения различных текстур поверхности алюминиевых фольг в пределах 4-го порядка. Не констатируется никакое значительное отличие значений глубины шероховатости, но достигается отличие по виду текстуры бороздок и чешуек. Изменение формы алюминиевой фольги 4 не констатируется, поэтому также отсутствует продавливание на обратной стороне фольги.
Графическая рельефная конфигурация гибких упаковочных материалов с помощью распространенных способов изготовления и технологий облагораживания, таких как, например, тиснение (способ вдавливания), значительно отличается в отношении исходного материала, технологии и способа изготовления, а также оптических или, соответственно, механических свойств конечного продукта от предлагаемого изобретением способа, так как при способе вдавливания мотив тиснения часто нежелательным образом продавливается на обратной стороне тисненого материала.
При прокатке в ходе предлагаемого изобретением способа структура поверхности алюминиевой фольги 4 во время процесса деформации изменяется, благодаря чему становится возможным выполнить поверхность с одним или несколькими защитными элементами 6. Подделка с помощью распространенных технологий облагораживания невозможна или, соответственно, может легко идентифицироваться как таковая. Изготовление и дальнейшая обработка предлагаемой изобретением алюминиевой фольги 1, снабженной интегрированными защитными элементами 6, по количеству технологических шагов не отличается от обработки обычных, наклепанных прокаткой алюминиевых фольг и может, таким образом, просто внедряться в обычный для фармацевтических продуктов процесс изготовления.
1. Способ изготовления алюминиевой фольги (1) с интегрированными защитными элементами (6), включающий холодную прокатку алюминиевой фольги (4) в несколько проходов до толщины менее 150 мкм с одновременным образованием на двух сторонах (4а, 4b) поверхности алюминиевой фольги упорядоченного рельефного текстурирования (5а, 5b), проходящего в направлении прокатки, после чего по меньшей мере две алюминиевые фольги (4) соединяют, не скрепляя между собой, с образованием нескрепленной слоистой структуры (8), которую в последнем проходе холодной прокатки подают к паре (9) рабочих валков, поверхность (11) по меньшей мере одного из которых имеет образованное шлифованием рельефное структурирование (11а) в направлении прокатки и рельеф (6′) рисунка защитного элемента, выполненный посредством продавливания упомянутого структурирования (11а) поверхности валка на глубину 10-15% относительно средней глубины шероховатости структурирования (11а), в зависимости от контрастности и рельефа рисунка защитного элемента, который в процессе прокатки переносят на обращенную к поверхности валка сторону (2а) поверхности алюминиевой фольги, после чего нескрепленную слоистую структуру (8) алюминиевых фольг (1, 4′) разделяют.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последний проход холодной прокатки выполняют с сомкнутым межвалковым зазором (9′), при этом устанавливают область смешенного трения посредством графика Штрибека в зависимости от параметров коэффициента трения, динамической вязкости прокатного масла, скорости прокатки и давления прокатки, причем одновременно с прокаткой в сомкнутом межвалковом зазоре (9′) к алюминиевой фольге (4) прикладывают напряжения продольного растяжения, противоположные сопротивлению деформации алюминиевой фольги.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в последнем проходе холодной прокатки на поверхности (11) валка рельефное структурирование (11а) поверхности по средней глубине шероховатости уменьшают посредством лазерной обработки.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нескрепленная слоистая структура (8) имеет разделительное средство (7) для исключения продавливания рельефа (6′) рисунка защитного элемента (6) на другой стороне (2b) поверхности алюминиевой фольги (1).
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокатку в сомкнутом межвалковом зазоре (9′) производят с соблюдением трибологических условий, обеспечивающих сохранение физических и/или химических свойств в готовой алюминиевой фольге (4).
6. Алюминиевая фольга (1), изготовленная способом по п. 1, содержащая интегрированные защитные элементы (6) в количестве, составляющем не более 30% на единицу площади.
7. Фольга по п. 6, отличающаяся тем, что защитные элементы (6) выполнены в форме букв, фантазийных знаков или линий.
8. Фольга по п. 6, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью удаления защитных элементов (6) только при разрушении ее поверхности.
9. Фольга по п. 6, отличающаяся тем, что она не имеет отклонений формы в виде неплоскостности, волнистости и канавок.
10. Фольга по п. 6, отличающаяся тем, что она имеет блестящую поверхность с матовой областью защитного элемента (6).
