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。
評(píng)論加載中...
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