覆膜铁材料是一种新型功能性金属与高聚物复合材料,具有更好的安全性、环保性、美观性以及成形加工与封装保护保鲜性能,符合金属包装工业节能节材、绿色环保、高品味个性化的发展趋势,因而自其被发明起就深受重视,并被认定为替代镀锡板(俗称马口铁)包装材料的未来产品。本文在国家自然科学基金资助下,面向国内覆膜铁制备理论和技术的迫切需求,聚焦国内覆膜铁企业在生产效率与产品质量方面存在的严重问题,针对覆膜铁熔融覆膜过程中金属基材和高聚物薄膜界面间的结合行为以及覆膜过程与质量的影响因素及规律,采用实验、数值仿真、理论分析相结合的方法进行了多尺度系统研究。研究以某国内大型企业覆膜铁生产线为依托,并以研究结果为该企业解决生产技术问题提供了理论指导。论文的主要研究内容及成果如下。(1)针对覆膜过程熔融状态下薄膜高聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与镀铬带钢(TFS)表面水合氧化铬之间的化合过程及行为规律,首先通过XPS实验对镀铬带钢表面水合氧化铬层的化学成分进行了表征分析,确定水合氧化铬层由氧化铬、氢氧化铬、羟基氧化铬分子组成;然后使用分子动力学结合第一性原理的方法建立了微观尺度下PET分子和氧化铬分子的结合模型,以及不同羟基浓度的氧化铬分子与PET分子的结合模型。计算分析发现,氧化铬分子与PET分子以路易斯酸碱相互作用的形式进行结合,对应氧化铬(110)、(200)、(211)晶面的结合模型的结合能分别为-13.07eV、-2.74eV、-2.37eV;羟基化的氧化铬分子与PET分子间以生成氢键的形式进行结合,两者结合能与氧化铬表面羟基浓度呈线性正相关特性,提高镀铬带钢表面水合氧化铬层中的羟基浓度可有效改善覆膜铁界面结合强度。(2)针对覆膜铁制备过程中镀铬带钢和PET薄膜在通过加热辊升温及覆膜辊降温的复杂温控流程下,基材与薄膜的全流程温度变化以及覆膜过程各界面传热行为,建立了覆膜辊-PET-镀铬带钢-加热辊一体化数值仿真模型,揭示了熔融覆膜过程中PET薄膜受热后在镀铬带钢表面熔融与凝固的行为规律,和PET薄膜内部温度变化规律以及覆膜工艺参数对其温度变化的影响规律,以及PET薄膜熔融厚度变化规律及影响因素。研究发现,覆膜辊压力的增加使得PET与镀铬带钢界面接触弧长变长,在覆膜速度一定的条件下,增加了界面接触传热时间;覆膜速度影响薄膜熔融层厚,过大的覆膜工艺速度会导致覆膜铁薄膜完全熔融;覆膜辊和带钢初始预热温度增大都会使得熔融层厚更大,且过大的覆膜辊和带钢初始预热温度也会使得覆膜铁薄膜完全熔融;覆膜速度和覆膜辊与基材带钢的初始预热温度是决定薄膜熔融层厚度的主要工艺参数。(3)针对覆膜铁熔融覆膜过程中熔融态PET薄膜在基材镀铬带钢粗糙表面上的铺展、流动、填充行为,采用模拟实验结合有限元数值仿真的方法,揭示了基材镀铬带钢表面轮廓对覆膜铁结合界面结合行为的影响。结果表明,随覆膜温度升高,覆膜铁界面结合率和结合强度逐渐提高;随覆膜速度的降低,结合率和结合强度逐渐提高;熔融覆膜过程中基材镀铬带钢表面温度不均会导致成品覆膜铁膜内出现气泡。(4)针对覆膜过程中由于原料条件、工艺状态及设备精度等多方面原因导致的成品覆膜铁产品表面PET薄膜的厚度在横向和纵向不均匀的质量问题,借鉴板形研究的方法和模型研究膜厚横向不均匀问题,从覆膜辊系颤振动力学角度研究膜厚纵向不均匀问题,采用解析分析结合数值仿真进行力学建模研究,揭示其主要影响因素及其影响规律。结果表明,镀铬带钢表面的横向温差对覆膜铁表面PET薄膜横向熔融厚度起主要影响,提高镀铬带钢表面的温度可减小横向温差对PET横向熔融厚差的影响;覆膜辊压力与覆膜铁表面PET薄膜纵向厚度和纵向熔融厚度呈负相关特性;覆膜辊偏心对PET纵向厚度的影响呈逐渐衰减的趋势;硅胶层厚度的增加、硅胶层硬度的减少可减小覆膜辊偏心对PET纵向厚差的影响。