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技術(shù)交流
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覆膜鐵及其應(yīng)用前景

詳細(xì)內(nèi)容

前言


隨著技術(shù)發(fā)展、消費(fèi)觀念與時(shí)尚的變化,在包裝材料中金屬、塑料、紙張和玻璃之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。而金屬包裝材料以其密閉性好、質(zhì)地堅(jiān)硬、彈性好、阻光性好、阻氣性好等特點(diǎn),在包裝領(lǐng)域一直占有重要地位,尤其對(duì)于肉類、蔬菜等產(chǎn)品,金屬容器仍是首選。鍍錫板作為金屬包裝材料的重要組成部分,在食品、飲料、氣霧罐和化工罐等領(lǐng)域有著重要的角色。但是,由于錫為主要的戰(zhàn)略資源,價(jià)格較貴,且資源日益枯竭,因此,鍍鉻鐵、覆膜鐵以及粉末電泳產(chǎn)品等作為鍍錫板及低錫板的替代產(chǎn)品,越來越為人們所關(guān)注。 


2覆膜鐵的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品特點(diǎn) 


2.1覆膜鐵的生產(chǎn)工藝 


覆膜鐵是在冷軋薄鋼板(一般為卷料鋼板)/鍍鉻鐵兩面覆蓋(粘合)上多層的聚脂復(fù)合薄膜(厚度約為20~25μm),為一種兼有塑料薄膜和金屬板材雙重特點(diǎn)的金屬功能材料。理論上覆膜鐵基板可直接采用冷軋薄鋼板,即留空覆膜鐵。彩色薄膜留空覆膜技術(shù)為中國(guó)獨(dú)有技術(shù),但是,留空覆膜鐵制罐時(shí)罐身焊縫處易產(chǎn)生銹蝕,且粘合力不牢;在歐美和日本,覆膜鐵技術(shù)多采用鍍鉻鐵TFS作基板,即不宜留空覆膜鐵。其有機(jī)膜覆合的牢度極高,這主要是由于TFS產(chǎn)品表面存在一層鉻的水合氧化物膜,與有機(jī)膜以氫鍵的形式結(jié)合在一起,如圖1所示。圖2為直接與ECCS電鍍區(qū)段連接的覆膜作業(yè)線。

圖1 TFS基板與有機(jī)膜結(jié)合示意圖


圖2 與ECCS電鍍區(qū)段連接的薄膜層作業(yè)線


1-開卷機(jī);2-活套;3-ECCS段;5-活套;6-涂臘;7-卷取機(jī)


目前,覆膜工藝有兩種:一是高溫高壓下的擠壓工藝。采用高溫覆膜及急冷重結(jié)晶等技術(shù),有機(jī)膜覆合的牢度極高(歐美國(guó)家和日本多采用此工藝);二是粘合工藝法,采用低溫粘合,其粘合牢度不及高溫高壓法。


2.2覆膜鐵的產(chǎn)品特點(diǎn) 


與涂料鐵(即內(nèi)涂外印的馬口鐵(鍍鉻鐵))相比,覆膜鐵具有以下特點(diǎn): 


(1)具有良好的防銹、裝飾、隔熱、減震等功能,尤其耐沖壓、耐腐蝕性是涂料鐵不能比擬的。由于覆膜鐵所覆蓋(粘合)上去的薄膜為多層的聚脂復(fù)合薄膜,它阻隔腐蝕介質(zhì)滲透的能力接近于“完全阻遏”。對(duì)于番茄醬罐、兩片罐的包裝來說,覆膜鐵是理想的材料。而涂料鐵在耐腐蝕性和附著力之間存在矛盾。 


(2)表面針孔少,致密,且可在覆膜上做多種處理,如標(biāo)識(shí)、鐳射處理等(與涂層相比較)。而對(duì)于二次冷軋覆膜鐵(國(guó)外亦稱“馬奈板”)來說,其具有優(yōu)良的力學(xué)性能,抗拉強(qiáng)度高。表1為二次冷軋覆膜鐵與二次冷軋普通馬口鐵的性能對(duì)比。 


表1 二次冷軋覆膜鐵與二次冷軋普通馬口鐵的性能對(duì)比

產(chǎn)品類別

硬度

屈服強(qiáng)度/MPa

伸長(zhǎng)率/%

二次冷軋普通馬口鐵

DR-7.5 TH520

520

4

DR-8 TH550

550

3

DR-9 TH620

620

1

二次冷軋覆膜鐵

(馬奈板)

DR-8 ML550

550

10

DR-9 ML620

620

7

DR-9.5 ML650

650

5

DR-10 ML680

680

4

DR-10.5 ML720

720

2

由表l可見,馬奈板在DR-8的硬度時(shí)伸長(zhǎng)率為10%,而普通板則為3%。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,馬奈板之所以硬度高、延伸性好,關(guān)鍵是在煉鋼采取真空冶煉,使鋼材中某些非金屬元素(包括碳)的含量和某些金屬元素的含量都大為減少(10~5級(jí))。 


(3)生產(chǎn)效率高、能源消耗和材料成本低。覆膜鐵表面為熱塑性樹脂薄膜,以聚乙烯對(duì)酞酸鹽(PET)為代表的聚酯和以聚丙烯(PP)為代表的樹脂使用最好,成膜溫度只有70℃左右,且無需內(nèi)涂外印,生產(chǎn)效率和能源消耗均較為理想;另外,覆膜鐵基板不必用馬口鐵作底材,這在當(dāng)前馬口鐵價(jià)格暴漲和資源緊缺的形勢(shì)下,其成本優(yōu)勢(shì)是顯而易見的。 


(4)有利于環(huán)保。涂料鐵的內(nèi)涂料多以環(huán)氧樹脂為主,外涂料有底涂料、白涂料、上光涂料之分,以丙稀酸和聚酯樹脂為主。印鐵油墨有熱固化和紫外線固化(UV)之分,但印鐵油墨必須與涂料配套才能保證油墨的色彩和附著力等性能。由于目前使用的涂料在有機(jī)高分子中加入固化劑、增塑劑、色調(diào)劑等配料,溶解在溶劑和稀釋劑中,所以,印鐵廠仍然存在環(huán)保問題亟待解決。另外,對(duì)于番茄醬罐、深沖兩片罐等,涂料鐵還是不夠穩(wěn)定。而表面為熱塑性樹脂薄膜的覆膜鐵在生產(chǎn)過程中無大量溶劑廢氣排出,有利于環(huán)保。 


3覆膜鐵的發(fā)展?fàn)顩r 


20世紀(jì)90年代后,作為鍍錫板代用品之一的TFS產(chǎn)品在美、日兩國(guó)獲得了廣泛應(yīng)用。其主要用途為:皇冠蓋、四旋蓋;三片罐的頂?shù)咨w和淺沖罐;食油罐頭、調(diào)味品罐頭;固體形狀的食品、茶葉、洗滌劑等普通容器;內(nèi)燃機(jī)燃料油、油漆、涂料罐等。但TFS產(chǎn)品存在2個(gè)缺點(diǎn):一是產(chǎn)品兩面都需涂上防護(hù)性涂膜才能使用,而印涂過程對(duì)環(huán)境和人類都造成很嚴(yán)重的苯污染;二是某些涂料存在難以避免的微量殘留,影響人體健康。 

生產(chǎn)廠家

產(chǎn)量

總產(chǎn)量

日本

新日鐵

名古屋

17.0

49.0

Fukuyama

 

12.0

東洋制罐

Simomatsu

20.0

韓國(guó)

TCC

東洋

5.5

10.5

Donbu

東布

5.0

Corus集團(tuán)

英國(guó)

Trostre

3.0

13.5

比利時(shí)

Duffel

4.0

德國(guó)

Rasselstain

5.0

法國(guó)

Sollac

1.5

因此,20世紀(jì)80年代后期,日本成功生產(chǎn)出以鍍鉻鐵為基板的覆膜鐵。但是,該產(chǎn)品推出初期不能深拉伸,和DI罐的成本差距較大,且市場(chǎng)需求有限,因此沒有得到廣泛應(yīng)用。目前這一技術(shù)問題已經(jīng)得到完美解決,且覆膜鐵的優(yōu)點(diǎn)也得到了用戶廣泛認(rèn)同。覆膜鐵產(chǎn)量迅速提高。目前,日本擁有覆膜鐵生產(chǎn)線5條,東洋鋼鈑公司3條,新日鐵公司2條和JFE公司1條,產(chǎn)能共計(jì)為60萬t/a。2005年,日本覆膜鐵的實(shí)際產(chǎn)量為49萬t,占TFS產(chǎn)量的60%。從20世紀(jì)90年代開始,德、英、美、法等國(guó)都研制成功了能完全代替馬口鐵的覆膜鐵,在鍍錫板的消費(fèi)總量中占有很大的比重。隨著錫資源緊缺和嚴(yán)酷的環(huán)保要求,迫使覆膜鐵近幾年快速的發(fā)展。表2為2005年初亞歐兩洲覆膜鐵產(chǎn)量。 


表2 2005年初亞歐兩洲覆膜鐵產(chǎn)量(單位:萬噸)


目前,我國(guó)的覆膜鐵生產(chǎn)處于起步階段,共有兩家企業(yè):一是無錫一家私有企業(yè),擁有3條生產(chǎn)線,以冷軋薄板為覆膜基板,采用粘合工藝生產(chǎn),年產(chǎn)量2萬t,生產(chǎn)線速度80m/min,薄膜與基板粘合牢度不及國(guó)外;二是上海德勝聯(lián)興公司1998年引進(jìn)的1條覆膜鐵生產(chǎn)線,雖然其產(chǎn)品質(zhì)量和外觀都優(yōu)于同類型的三片飲料罐產(chǎn)品,但是由于其產(chǎn)品成本太高,完全沒有競(jìng)爭(zhēng)能力,該生產(chǎn)線從引進(jìn)到現(xiàn)在都沒能有效開工??梢哉f,目前市場(chǎng)所需的TFS基板覆膜鐵沒有國(guó)產(chǎn)化能力。具有國(guó)內(nèi)速度最快、規(guī)格最薄、工藝最先進(jìn)的鍍鉻鐵專用生產(chǎn)線的寶鋼股份公司冷軋薄板廠,具備以鍍鉻鐵為基板采用高溫、高壓擠壓工藝生產(chǎn)覆膜鐵的條件,其正討論覆膜鐵生產(chǎn)線的投建計(jì)劃。 


隨著食品包裝材料的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈,制罐行業(yè)使用的鋼基金屬材料正向減薄的趨勢(shì)發(fā)展。采用二次冷軋技術(shù)可以降低冷軋板的厚度,提高噸鋼的利用率,達(dá)到降低成本的目的,從而提高鋼質(zhì)罐的競(jìng)爭(zhēng)力。目前,寶鋼股份公司冷軋薄板廠具有二次冷軋技術(shù),產(chǎn)品厚度規(guī)格為0.15~0.36mm,最薄可達(dá)到0.10mm。而國(guó)外用戶的使用規(guī)格普遍要比國(guó)內(nèi)用戶薄得多,現(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家已采用厚度為0.07~0.12mm的極薄鋼板制作桶、罐。寶鋼二次冷軋產(chǎn)品的國(guó)外市場(chǎng)占有率也已達(dá)20%以上,并在不斷增長(zhǎng)。對(duì)于二次冷軋覆膜鐵而言,由于要適應(yīng)食品用兩片罐愈來愈多的局面,科拉斯(Corus)集團(tuán)與皇冠(Crown)制罐公司合作,共同研究了覆膜二次冷軋薄板與現(xiàn)有設(shè)備之間的適應(yīng)性問題。以法國(guó)洛林薄板廠為代表,已生產(chǎn)出了伸長(zhǎng)率極好的二次冷軋覆膜鐵,很適合作兩片沖壓罐和易開蓋。 


4覆膜鐵的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀及前景 


目前,覆膜鐵在沖壓罐D(zhuǎn)RD、沖拔罐D(zhuǎn)I等兩片罐、異形罐、易開蓋(Easy Opened End)和易撕蓋(Easy Peeled End)等包裝材料市場(chǎng)具有很好的應(yīng)用前景,這也為食品罐頭、各種飲料、油脂化工、日用化學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)提供了個(gè)性化、時(shí)尚化消費(fèi)觀念的包裝材料。 


在國(guó)外覆膜鐵市場(chǎng)中,不宜留空的覆膜鐵居多,覆膜鐵制罐時(shí)可采用干式成型,無需過量的潤(rùn)滑劑,這樣可避免由清洗潤(rùn)滑劑而產(chǎn)生大量廢水而污染環(huán)境。因此,各式各樣的沖壓罐D(zhuǎn)RD(還有沖拔罐D(zhuǎn)I)便愈來愈流行。例如:采用聚乙烯對(duì)酞酸鹽(PET)和聚丙烯(PP)覆層的覆膜鐵可用于制作瓶蓋、DRD罐和噴霧器的閥蓋等;采用聚酯膜的覆膜鐵具有優(yōu)良的加工附著性和加工耐蝕性,適于制作加工變形量大和內(nèi)裝高腐蝕性物品的深沖罐和焊接罐,同時(shí),聚酯膜覆膜對(duì)食品中香味的吸收率小,可以使罐內(nèi)食品中各種成分保持微妙的平衡關(guān)系,使之長(zhǎng)期處于良好狀態(tài)。而三片罐由于制作復(fù)雜,在發(fā)達(dá)國(guó)家已漸漸減少,代之而采用沖壓罐D(zhuǎn)RD和沖拔罐D(zhuǎn)I。日本鋼制兩片罐(DI和TULC)的市場(chǎng)占有率已達(dá)60%。 


近些年來,易撕蓋在國(guó)外逐漸得到普及。這種蓋實(shí)際是由厚度為0.07~0.13mm覆膜的二次冷軋薄鋼板或二次冷軋鋁薄板,通過機(jī)械和加熱等技術(shù),巧妙地封于空罐上,使用時(shí)一撕就開,某些類別的EPE能經(jīng)受高溫殺菌。從歐美的情況來看,覆膜鋁的技術(shù)比覆膜鐵成熟。但是,鋼易撕蓋的成本只有鋁易開蓋的50%。因此,覆膜鐵易撕蓋是今后發(fā)展的一個(gè)方向。 


世界最大的制罐集團(tuán)印象控股集團(tuán)(Impress Holding)在德國(guó)擁有一個(gè)年產(chǎn)14億個(gè)魚罐頭的工廠,其70%采用覆膜鋁空罐?;使诩瘓F(tuán)(Crown)在法國(guó)和意大利共有4個(gè)生產(chǎn)廠,主要生產(chǎn)精肉罐頭(500萬罐/a),也采用了覆膜鋁??梢姡S著覆膜鐵的技術(shù)發(fā)展,以追求利潤(rùn)最大化為目標(biāo)的企業(yè)將傾向低成本的覆膜鐵替代高成本的覆膜鋁。 


目前,覆膜鐵在我國(guó)兩片罐的應(yīng)用還處于起步階段。隨著兩片罐應(yīng)用在全球迅速的擴(kuò)張,極大地促進(jìn)了我國(guó)兩片罐的市場(chǎng)需求。目前,國(guó)內(nèi)兩片罐(鋼和鋁)的年消費(fèi)量約為100億只左右。以每年10%的增長(zhǎng)率來計(jì)算,5年后國(guó)內(nèi)兩片罐的需求將達(dá)到160億只,凈增加60億只。目前,國(guó)內(nèi)鋼制兩片罐產(chǎn)量為12億只左右,占有率僅為12%,產(chǎn)能不足和傳統(tǒng)Dl罐生產(chǎn)過程的能耗問題、二次污染問題及其先天劣勢(shì)(影響風(fēng)味致使不能進(jìn)入啤酒市場(chǎng),易銹蝕)限制了其進(jìn)一步發(fā)展。因此可以預(yù)見,以綠色環(huán)保的覆膜鐵制作兩片罐的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景非常廣闊。 


隨著綠色環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格和資源日漸緊缺,可回收和循環(huán)再生的金屬包裝材料為人們所青睞。據(jù)歐洲包裝用鐵制造協(xié)會(huì)報(bào)告,2003年歐共體15國(guó)的鋼鐵包裝回收率已達(dá)61%(其中比利時(shí)已達(dá)94%),到2008年,將提高到70%。所以,全球的制罐材料業(yè)、制罐業(yè)和制蓋業(yè),正在發(fā)生革命性的重大變化,二次冷軋薄板、覆膜鐵(覆膜鋁)、沖壓罐、沖拔異形罐和易撕蓋正慢慢成為發(fā)達(dá)國(guó)家制罐業(yè)的主流。這些變化的關(guān)鍵(基礎(chǔ))是二次冷軋薄板質(zhì)量(煉鋼技術(shù)的進(jìn)步)的推進(jìn)和覆膜技術(shù)的發(fā)展。 


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