金屬包裝材料

1、第四章金屬包裝材料第四章金屬包裝材料 金屬資源豐富、品種多，包裝的可靠性強，目前，金屬包裝材料在我國、日本和歐洲等國占第三位，在美國占第二位。因此，金屬包裝材料的研究在包裝材料學(xué)中占有重要的地位。 一、金屬包裝材料的發(fā)展歷史一、金屬包裝材料的發(fā)展歷史n金屬包裝材料的應(yīng)用始于公元1200年。n17世紀后葉，開始使用鍍錫鐵皮制作金屬桶盛裝干燥食品。n18世紀人們開始用食品罐貯藏食品。n1810年，英國人Peter Durand發(fā)明了用馬口鐵罐貯藏食品的技術(shù)，從此馬口鐵罐誕生了。n二次世界大戰(zhàn)后，由于錫資源短缺，人們研制出鍍錫量少或者無錫的制罐材料。差厚鍍錫板、低鍍錫板、無錫薄鋼板相繼問世。n現(xiàn)代先

2、進的三片罐制罐方法，大都采用縫焊法和粘接法代替錫焊罐，它有著廣闊的發(fā)展前景。二、金屬包裝材料的性能二、金屬包裝材料的性能n優(yōu)點優(yōu)點強度高。有獨特的光澤，便于印刷、裝飾良好的綜合保護性能金屬包裝材料資源豐富，加工性能好金屬罐生產(chǎn)歷史悠久，工藝比較成熟n缺點缺點金屬及焊料中的Pb、As等易滲入食品中，污染食品；另外，金屬離子還會影響食品的風(fēng)味。當(dāng)金屬容器采用酚醛樹脂作為內(nèi)壁涂料時，若加工工藝不當(dāng)，也會影響食品的質(zhì)量。金屬包裝材料金屬包裝材料低碳薄鋼板鍍錫薄鋼板非鍍錫薄鋼板鋁合金薄板和鋁箔鍍鉻薄鋼板鍍鋁薄鋼板鍍鋅薄鋼板三、常見的金屬包裝材料三、常見的金屬包裝材料 （一）低碳薄鋼板（一）低碳薄鋼板n把

3、含碳量小于025的鐵碳合金叫做低碳鋼，用低碳鋼制作的薄鋼板稱為低碳薄鋼板。n我國用于制造包裝容器的低碳薄鋼板有普通碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳薄鋼板和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳薄鋼板。當(dāng)金屬包裝容器的機械性能要求不高且不需要經(jīng)受深沖壓時可選用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳薄鋼板。常用的鋼號有A2、AY2、A3、AY3等。當(dāng)金屬包裝容器的機械性能要求較高時可選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳薄鋼板。常用的鋼號有08、10等。性能特點性能特點 焊接性能好低碳薄鋼板在溫度低的條件下軋制時將產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象，一般要求退火處理。含碳量影響薄鋼板的焊接性能和塑性變形能力，隨著鋼中含碳量的增加，鋼的強度增高，塑性下降硅含量增大，鋼的強度提高，但鍍錫鐵皮

4、的耐蝕性能下降。錳是提高鋼的強度和硬度的元素，硫、磷是鋼中的有害元素，會引起鋼的熱脆性,但磷可提高其強度和硬度。 幾種專用低碳薄鋼板的牌號和規(guī)格幾種專用低碳薄鋼板的牌號和規(guī)格 n制造200L油桶用低碳薄鋼板對于制造200L油桶我國制造了專用的熱軋薄鋼板的尺寸標準 GB327682n包裝用帶鋼包裝用帶鋼（打包帶鋼或打包鐵皮）是冷軋帶鋼中一種專用品，專用于捆扎包裝貨物的木箱或紙箱。包裝用帶鋼分軟性和硬性兩種，軟性帶鋼是冷軋后經(jīng)過退火，大多用地捆扎包裝件；硬性帶鋼是冷軋后不經(jīng)退火，大多用于捆扎木箱和紙箱。n涂料黑鐵皮涂料黑鐵皮可用于食品飲料罐和玻璃瓶蓋。這種一次或兩次冷軋低碳薄鋼板經(jīng)酸洗后表面可鈍化

5、或不鈍化，作罐內(nèi)壁的表面要涂上特殊的高分子涂料，作罐外壁的表面涂上彩色油墨，涂層厚度和涂印工藝由容器用途決定。（二）鍍錫薄鋼板（二）鍍錫薄鋼板n又稱鍍錫板鍍錫板、馬口鐵馬口鐵，是兩面鍍有錫的低碳薄鋼板。以熱浸工藝鍍錫的稱熱浸鍍錫板熱浸鍍錫板；以電鍍工藝鍍錫的稱是鍍錫板鍍錫板；施涂涂料的電鍍錫板稱為涂料鍍錫板（涂料鐵）涂料鍍錫板（涂料鐵）；未涂涂料的電鍍錫板稱為電素鐵電素鐵鍍錫板的結(jié)構(gòu)鍍錫板的結(jié)構(gòu)注意：鋼基板與錫層之間產(chǎn)生了錫鐵合金層。這是在鋼板上鍍錫后進行軟熔處理和鈍化處理而產(chǎn)生的，它不僅具有媒介作用，使錫牢固地附著于鋼板表面，且可使錫層光亮，補償鍍錫層存在的孔隙，提高鋼板耐腐蝕性。馬口鐵各層

6、結(jié)構(gòu)示意圖馬口鐵各層結(jié)構(gòu)示意圖表面性能表面性能 n由鍍錫板表面狀態(tài)所決定的性能有涂飾性、涂膜附著性、錫焊性等。n影響涂飾性的因素有涂料的附著性、涂飾條件及鍍錫板、表面涂油的數(shù)量、所涂油的種類及鈍化處理方法。n鍍錫板同涂油之間的粘合性稱鍍錫板的涂膜附著性。為獲得良好的附著性，涂膜本身的凝集力也必須很高，而此涂料的選擇，鍍錫板表面的光潔度，錫氧化膜的狀態(tài)和數(shù)量都是影響因素。n鍍錫板被大量用于制造罐頭容器，就是利用它有容易進行錫焊的特性。制造三片錫焊罐時，焊料必須良好地滲透到罐身接縫部分或要焊的部分，而且必須有足夠的錫焊強度。 鍍錫板的性能機械性能機械性能n鍍錫板的機械性能是指鍍錫原板即鋼基板的機械

7、性能。n它主要由鋼基板的化學(xué)成分、軋制工藝和退火工藝來決定。鍍錫板的性能耐腐蝕性耐腐蝕性n鍍錫原板鍍錫原板 表面處理n錫層錫層 錫層晶粒度n錫鐵合金層（錫鐵合金層（FeSn2） 腐蝕電池的存在n氧化膜氧化膜 錫層本身氧化生成的氧化膜（SnO2和SnO） 及表面處理生成的鈍化膜。n油層油層 一般采用棉籽油或癸二酸二酯，油層厚些對防蝕有利，但損害涂料的涂飾性及其它表面性能涂料鍍錫板涂料鍍錫板n涂料鍍錫板又稱涂料鐵罐內(nèi)涂一層涂料可保證食品質(zhì)量和延長罐頭的保存期。罐外涂印涂料稱之外印鐵涂料，既可防止銹蝕，又可把商標印刷在罐頭外壁上美化和宣傳商品。各種涂料有其特性和適用性，國內(nèi)目前罐頭內(nèi)壁涂料主要有21

8、4抗硫抗酸涂料、脫模涂料、耐深沖涂料、啤酒飲料專用涂料、2126補深涂料，可根據(jù)內(nèi)裝物特性要求選擇。鍍錫板制作三片罐時一般先涂印成涂料鐵后再制罐。若罐內(nèi)壁和外壁都要施涂涂料時，多數(shù)先涂內(nèi)壁再涂外壁鍍錫板的發(fā)展方向鍍錫板的發(fā)展方向 節(jié)約用錫、降低制罐成本節(jié)約用錫、降低制罐成本n以低鍍錫量代替高鍍錫量；n提高鋼基板的強度，降低鍍錫板的厚度，采用二次冷軋鍍錫板，現(xiàn)已用于充氣的碳酸飲料罐和啤酒罐，今后石面精整的二次冷軋鍍錫板將普遍用于食品罐的生產(chǎn)n研制各種無錫鋼板n對黑鐵皮進行鉻酸鹽磷酸鹽表面處理，加上潤滑涂料工藝的改進，用于食品和飲料的包裝（三）非鍍錫薄鋼板（三）非鍍錫薄鋼板n由于金屬錫的資源少，鍍

9、錫薄鋼板的成本高。為了降低成本，人們一直設(shè)法研制鍍錫薄鋼板的代用品，因而產(chǎn)生了非鍍錫薄鋼板。非鍍錫薄鋼板非鍍錫薄鋼板鍍鉻板鍍鋅板鍍鋁板鍍鉻鍍鉻薄鋼板薄鋼板n鍍鉻薄鋼板又稱鉻系無錫鋼板，簡稱鍍鉻板，即TFS板。n鍍鉻板的價格約比鍍錫板低10，它是目前制作食品罐的材料中價格最低的，但是它的耐蝕性終究還是不如鍍錫板，主要用于腐蝕性較小的啤酒罐，飲料罐以及食品罐的底蓋等，接縫需采用熔接法和粘合法接合。鍍鉻板的結(jié)構(gòu)鍍鉻板的結(jié)構(gòu) 鍍鉻板的性能和應(yīng)用鍍鉻板的性能和應(yīng)用n耐蝕性鍍鉻鋼板雖比鍍錫鋼板對強酸強堿的抗腐蝕性能差些，但對檸檬酸、乳酸、醋酸等弱酸弱堿能起到很好的保護作用當(dāng)鍍路板罐內(nèi)壁施涂涂料后，耐肉類、

10、魚類和部分蔬菜中的硫化物導(dǎo)致的硫化腐蝕能力比鍍錫鋼罐還強。n對有機涂料的附著性鍍鉻板對各種有機涂料的附著力比鍍錫鋼板普遍都增加36倍，宜制造罐底蓋和二片拉深罐，美國90以上二片鋼罐采用鍍鉻板。鍍鉻板涂料烘烤時，可采用更高的烘烤溫度提高涂印的生產(chǎn)率。n機械性能由于鉻層較薄且韌性差，沖拔加工時表面易損傷，鉻層會破裂，不能用通常的雙重卷邊法加工空罐在罐頭封口時，封口部分涂層易裂或擦傷導(dǎo)致生銹，需加補涂。n焊接性能罐身接縫不能采用錫焊法，制作三片罐時要采用縫焊法或粘合劑粘接法。因此，鍍鉻飯應(yīng)用于三片罐的數(shù)量主要取決于制罐工業(yè)配置縫焊設(shè)備的多少或粘合技術(shù)掌握的情況。目前二片拉深罐采用鍍鉻板的數(shù)量逐年增加

11、。鍍鋅鍍鋅薄鋼板薄鋼板n鍍鋅薄鋼板簡稱鍍鋅板，俗稱白鐵皮，它是在低碳薄鋼板上鍍一層厚002mm以上的鋅作為防護層，鋼板的防腐蝕能力因而大大提高。n依生產(chǎn)方法鍍鋅板主要分為熱鍍鋅板和電鍍鋅板。熱鍍鋅板是使鋼板通過熔融鋅液而鍍鋅，其鍍鋅層較厚，通常，鍍鋅層厚的鋼板防腐蝕力強，但鋅的鍍層過厚影響焊接接頭的強度；電鍍鋅板鍍鋅層較薄，主要作涂料的底層。包裝工業(yè)上，熱鍍鋅板是應(yīng)用較多的一種金屬包裝材料，用它制造各種較大容量的桶和特殊用途的容器。因其耐腐蝕性和密封性良好，可用于包裝粉狀、漿伏和液狀商品。鍍鋁鍍鋁薄鋼板薄鋼板n鍍鋁薄鋼板是作為馬口鐵代用品而開發(fā)的新型包裝材料。它的價格低廉、抵抗大氣腐蝕的性能強

12、、外表美觀，適合用于包裝固體物品。n鍍鋁薄鋼板的制造方法主要有熱浸法和蒸發(fā)法。熱浸法得到的鍍鋁層較厚，適合制桶；蒸發(fā)法得到的鋁層較薄，適合制罐。n鍍鋁鋼不能用錫焊，可用熔接或粘接的方法制罐。n有些食品對鋁的腐蝕性比鍍錫板強，一般包裝非固體物品的鍍鋁鋼要經(jīng)過瓷漆涂敷并事先經(jīng)過試驗。 （四）鋁合金薄板和鋁箔（四）鋁合金薄板和鋁箔防銹鋁鉑真空包裝袋防銹鋁鉑真空包裝袋防銹鋁鉑包裝膜防銹鋁鉑包裝膜鋁材的主要優(yōu)點鋁材的主要優(yōu)點n適合用于食品包裝無毒，無金屬異味不會造成蛋白質(zhì)含硫物質(zhì)的分解自然生成三氧化二鋁的薄膜阻止氧化的進行熱傳導(dǎo)性能優(yōu)異，有利于食品罐的加熱滅菌和冷凍處理在低溫狀態(tài)（攝氏零度以下），鋁的機

13、械性能不降低，因而特別適用于冷凍食品的包裝。n鋁罐的開啟性好，強度較好，加工方法簡單，表面處理較易，可著色，印刷效果好。 n鋁的比重非常輕，原材料的運輸方便。 n一定厚度的鋁箔幾乎完全不透氣和不透光，用于制造復(fù)合薄膜時可有效地保護內(nèi)裝食品，還可以提高塑料薄膜的強度。n廢料可以回收再利用。鋁材的主要缺點鋁材的主要缺點n造價偏高n鋁是非磁性材料，制罐機械不能利用磁鐵吸取材料n鋁材質(zhì)地較軟，易出現(xiàn)表面缺陷或造成凹陷等n目前還沒有一種價格便宜，熔點較低，而且對食品衛(wèi)生無害的無需焊劑的釬料用于鋁材的釬焊n鋁的耐腐蝕性較差，不宜用于盛裝酸性、堿性及含鹽量多的食品鋁材的這些缺點可以通過與其它材料復(fù)合來彌補（

14、見復(fù)合軟包裝材料）鋁材的這些缺點可以通過與其它材料復(fù)合來彌補（見復(fù)合軟包裝材料）一、鋁合金薄板一、鋁合金薄板n工業(yè)純鋁的鋁含量為99以上，其強度低，應(yīng)用受到很大限制，所以工業(yè)上多采用以鋁為基礎(chǔ)，加入一種或幾種其它元素組成鋁合金，其強度和硬度明顯提高。n包裝常用的鋁合金薄板材料為鋁鎂合金和鋁錳合金，又稱防銹鋁合金。其特點是耐腐蝕性強，拋光性好，能長期保持光亮的外觀，并且無毒、輕巧耐用，所以廣泛用于制作金屬包裝容器。 鋁合金薄板的選用n鋁合金薄板的選用要兼顧包裝容器的使用要求和容器的加工特點，為了使制成的食品和飲料空罐和空罐形狀穩(wěn)定，要求材料有一定強度，同時為了使其表面在沖壓加工和材料運輸過程中不

15、易劃傷，要求材料具有一定硬度，因而制罐不能選用極軟的“O”型純鋁。n不變薄拉深罐常采用3003及5052規(guī)格；變薄拉深罐常采用30040規(guī)格，但近年美國也采用3004H19硬質(zhì)鋁板，板厚可由059mm降到036mm，以減輕罐的重量。n對易開蓋和瓶蓋、罐蓋其高度小，沖壓成型時變形程度小，對塑性要求比罐身材料低，可按耐壓強度選用。對于易開蓋，如材料塑性高反而使蓋子不易沿刻痕處被打開。對蓋子的堅固性有要求時，材料的強度應(yīng)高些，可選用5052、5082及5182。n鋁質(zhì)軟管是采用反擠壓工藝，成型時材料薄，在凸模下承壓面積較大，使變形力大。同時擠壓的變形程度很大，故采用強度低、延伸率高的純鋁比較合適。二、鋁箔二、鋁箔透明的鋁箔包裝膜透明的鋁箔包裝膜透明防銹鋁箔包裝透明防銹鋁箔包裝 鋁箔通常指純度在995以上的，厚度在0.2mm以下的鋁材。 用于層合的鋁箔厚度在715m之間，鋁容器的鋁箔厚度多為3