八、金属包装材料

第八章金属包装材料第一节金属包装材料现代金属包装技术是以英国人1814年发明马口铁罐为标志，至今不到200年。金属材料广泛应用于工业产品包装、运输包装和销售包装，已成为制作各种包装容器的最主要的包装材料之一。在包装材料中，金属所占的比重各国不尽相同。美国约为28％，仅次于纸和纸板；日本约为15％，仅次于纸、纸板和塑料而占据第三位；德国约为20％；法国约为14.2％；英国约为20.7％。我国占20％左右。第一节金属包装材料一、金属包装材料的性能特点优点：1．优良的力学性能机械强度优于其它包装材料。2．综合保护性能好极好的阻隔性能。3．外表美观具有自己独特的金属光泽。4．加工性能好加工性能好，且工艺较成熟，适于连续自动化生产。一、金属包装材料的性能特点优点：5．资源丰富作为主要金属包装材料的铁和铝，蕴藏量极为丰富6．废弃物处理性好金属包装容器一般可以回炉再生，循环使用，减少环境污染。不足之处：金属材料的化学稳定性差，尤其是钢材，耐腐蚀性差。加工工艺比较复杂，相对成本较高；单位面积的质量较纸和塑料大，故制成的容器也较重。金属包装容器金属包装产品可细分为:印铁品（听、盒）易拉罐（包括铝制二片罐、钢制二片罐、马口铁三片罐）喷雾罐（马口铁制成精美的药用罐、杀虫剂罐、化妆品罐等）食品罐（罐头、液体或固体食品罐等）各类瓶盖（马口铁皇冠盖、旋开盖、铝质防盗盖）化工桶及钢桶。我国金属包装的最大用户是食品工业，其次是化工产业，此外，化妆品和药品也占一定的比例。•金属包装材料的种类•镀锡薄钢板•钢材镀铬薄钢板•镀锌薄钢板•金属低碳薄钢板•铝合金薄板•铝材铝箔•镀铝薄膜1．钢质包装材料钢质包装材料种类：1)运输包装用钢材：运输包装用大型容器，如集装箱、钢罐、钢桶等及捆扎材料2)镀锌薄钢板：又称白铁皮。制作工业产品包装容器3)镀锡薄钢板：又称马口铁。用于罐头工业，和其他食品和非食品罐4)镀铬薄钢板：又称无锡钢板。可部分代替马口铁，主要用于制饮料罐2．铝质包装材料铝质包装材料可与纸、纸板和塑料等加工成复合包装材料。主要优点：质量轻，无毒无味，可塑性好、延展性和冲拔性能优良，在大气和水中化学性质稳定，不生锈、表面洁净有光泽。缺点：在酸、碱和盐介质不耐蚀，表面要涂料或镀层；强度低于钢，成本比钢高种类：l)纯铝板和合金铝板酒类容器、罐头容器、包装饮料用罐、药品管和牙膏等。2)铝箔：作为阻隔层与其他材料制成复合材料3)镀铝薄膜：在塑料膜和纸张上镀上极薄的铝层。同铝箔相比，其耐刺扎性优良；但阻隔性稍差第二节金属包装材料的晶体结构一、金属材料的性能金属材料的结合键主要为金属键，内部的原子呈规则排列，称为金属晶体。工业上把金属材料分为两类：1.黑色金属它是指铁、锰、铬及其合金，其中铁基合金（钢和铸铁）材料应用最广，占整个结构和工具材料的80％。2.有色金属及其合金如铝、铜、钛等。1．金属材料的力学性能金属材料的性能一般分为使用性能和工艺性能两大类。使用性能包括力学、物理和化学性能等；工艺性能包括铸造、锻压、焊接、热处理、切削、冲拔性能等。（l）弹性和刚度（2）强度和塑性（3）冲击韧性（4）疲劳（5）硬度（6）断裂韧性2．全属材料的物理化学性能（1）相对密度（2）熔点（3）热膨胀性（4）磁性（5）导热性（6）导电性（7）相对介电常数（8）耐腐蚀性（9）高温抗氧化性3．金属材料的包装适性与测试技术（l）包装适性①耐蚀性②力学性能③印刷适性与造型④卫生性（2）金属包装材料包装适性的测试技术①钢质金属包装材料包装适性的测试技术。硬度、塑性、镀锡量、合金层、钝化膜、油膜等。②铝质金属包装材料包装适性的测试技术。内在质量指标和外形质量指标。二、金属材料的结构包装工业中使用的钢质包装材料大都是含碳量较低的铁碳合金，属于含碳量小于0.77％的亚共析钢，其室温组织均为由铁素体（F）和珠光体（P）组成。铁碳含金的含碳量对其力学性能的影响很大。低碳钢的强度和硬度较低，而塑性和韧性则很高。包装工业中使用的铁碳合金（钢）应具有一定的强度和足够的塑性和韧性，所以使用的都是低碳钢，其含碳量都低于0.25％。金属材料的结构金属材料的结构金属材料的结构铝的基本结构及性能（l）工业纯铝的主要特性纯铝是一种有银白色金属光泽的金属。它的相对密度小，熔点低，导电、导热性优良。纯铝化学性质活泼，在大气中极易与氧作用，在表面生成一层结合牢固致密的Al2O3氧化膜，从而使它在大气和淡水中具有良好抗蚀性。工业纯铝强度很低，故不宜直接用于结构材料。铝合金铝合金分类（2）铝合金铝合金一般分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。形变铝合金按性能特点分为四类：①防锈铝合金②硬铝合金③超硬铝合金④锻铝合金第三节包装用钢铁材料一、低碳薄钢板（俗称黑铁皮）二、镀锌薄钢板（俗称白铁皮）三、镀锡薄钢板（也称镀锡板、马口铁）四、镀铬薄钢板（简称镀铬板、无锡钢板、TFS）五、其它钢质包装材料1．掺镍镀锡簿钢板2．薄锡铁（TS）3．镀镍铁皮一、低碳薄钢板俗称黑铁皮包装用钢材主要是含碳量低于0.25％的低碳薄钢板。低碳薄钢板的性能低碳薄钢板机械强度高，加工性能良好，具有优良的综合防护性能，遮光性强、导热率高、耐热性和耐寒性优良、易于印刷装饰。低碳薄钢板的用途运输包装用金属容器和金属罐如集装箱、钢桶、钢箱、钢托盘等的主要材料；缺点：耐腐蚀性差：一般需要加涂料处理。二、镀锌薄钢板镀锌薄钢板（俗称白铁皮）是制罐材料之一。1．镀锌簿钢板的结构镀锌薄钢板是在酸洗薄钢板表面镀上一层厚度为0.02mm以上的锌保护层而成，镀锌板厚度在0.44mm－1mm之间。二．镀锌薄钢板的性能及用途镀锌薄钢板的性能镀锌薄钢板的力学性能和镀锡板、镀铬板相近。它表面光亮，强度、韧性良好，耐腐蚀性能也不错，但较镀锡板、镀铬板差，价格较低。镀锌薄钢板的用途镀锌板是应用较多的金属包装材料，多用于制造中型和大型容器，适宜盛装粉状、浆状和液状等其它物料,如润滑液、油漆、洗涤剂等。用镀锌板制成容器后就不必进行表面防腐处理，因此镀锌薄钢板广泛用来制作金属包装容器，特别是镀锌板所制的容器还具有强度高、密封性能好等特点，是在工业产品包装中应用较多的一种包装容器。三、镀锡薄钢板镀锡薄钢板镀锡薄钢板（也称镀锡板、马口铁）是传统的制罐材料，是用量最大的一种金属包装板材。它是在低碳薄钢板上两面镀锡而成。性能特点：(1)有光亮的外观，良好的耐蚀性和制罐加工性能，易于焊接。(2)其冲拔性能不如铝板。大多制成以焊接和卷封工艺成型的三片罐结构，也可以做成冲拔罐。三.镀锡薄钢板的结构镀锡薄钢板的结构:将薄钢板放在熔融的锡液中热浸或电镀而得镀锡薄钢板结构由钢基板、锡铁合金层、锡层、氧化膜和油膜构成。油膜：润滑＋防锈氧化膜：防锈＋防蚀＋防硫化物锡层：美观＋易焊＋耐蚀＋无毒合金层：耐腐蚀基体：加工性好＋强度好P267，表8－5罐内涂料要求罐的内涂料必须满足如下要求：素铁：水果罐头罐内涂料涂料铁：食品罐头涂料是一种有机化合物，主要成分是油料和树脂。涂料层将物品与镀锡层隔绝，与物品直接接触。(1)无毒、无臭、无味；(2)涂膜致密，基本无孔隙，耐蚀性好；(3)涂膜在经受冲击、折叠、弯曲等加工时不脱落；(4)高温焊接时不变焦脱落，无有害物溶出。镀锡薄钢板应用镀锡薄钢板应用：（1）大量用于罐头工业，制作用于包装化妆品、糖果、饼干、茶叶、奶粉等的罐、听、盒。（2）是玻璃、塑料等瓶罐的良好制盖材料。四、镀铬薄钢板镀铬薄钢板镀铬薄钢板（简称镀铬板）是20世纪60年代初为减少金属锡的用量、降低成本而发展的一种镀锡板代用材料，又称无锡钢板，是在低碳薄钢板上镀铬而成，是制罐的材料之一。商品名为铬型无锡薄钢板，简称TFS（TinFreeSteel）。四．镀铬簿钢板的结构和性能特点TFS结构:1)在无水铬酸为主的溶液中，在低碳薄钢板表面镀铬2)镀铬薄钢板是表面镀有铬和铬的氧化物的低碳薄钢板，它的结构由钢基板、金属铬层、水合氧化铬层和油膜构成。四、TFS性能特点TFS性能特点:（1）镀铬薄钢板和镀锡薄钢板的钢基是相同的，强度和加工性能也基本相同。（2）镀铬薄钢板耐腐蚀性不如镀锡薄钢板，镀层只能在弱酸弱碱下起保护作用。（3）镀铬板对有机涂料的附着力特别好，是马口铁的3-6倍，因此适合于制造二片拉伸罐和三片罐的罐底和罐盖。（4）镀铬板的光泽也不如镀锡板，且焊接困难，制罐时不能采用锡焊接缝，只能用熔接法和粘合法接合。四、TFS应用TFS应用:（1）镀铬板现主要用于腐蚀性较小的啤酒罐、饮料罐（2）经内外涂装后用于制作冲拔罐和食品罐的底和盖等。美国二片罐90％以上采用TFS。五、其它钢质包装材料1．掺镍镀锡簿钢板是一种轻度掺镍的低镀锡薄钢板。2．薄锡铁（LTS）低锡薄钢板与一般镀锡薄钢板比较，镀锡厚度由传统的2.8g/m2降低到0.78g/m2。应用：目前用得较多的是即食食品、宠物食品、果酱、婴儿食品和非酸性的蔬菜类、一般果汁类。3．镀镍铁皮一般镀镍量为500mg／m2－800mg／m2，可焊接性能与镀铬铁皮类似。第四节包装用铝材一、铝质包装材料的性能优点：①质轻、无毒无味②有优良的加工性③不易生锈④热传导率高⑤阻隔性好⑥再循环性能好⑦能与其它材料如纸、纸板及塑料等复合成复合材料。存在如下不足：⑧材质较软，强度较低⑨焊接性能差铝合金薄板铝板：制作铝包装容器的板材多采用铝合金薄板应用：铝合金薄板强度较低，可用于生产冲拔罐和薄壁拉伸罐等两片罐和易开盖和饮料瓶盖等。铝冲拔罐•※铝板加工性能好，焊接较困难•※铝罐轻便美观，外壁不生锈，罐身无缝隙不泄•漏，且由单一金属制成，保护性能好，用于鱼•肉类罐头和啤酒饮料罐，无风味变化等现象。•※缺点：强度低，较易碰凹，通过改进运输包装，可解•决此问题•※铝冲拔罐在欧洲应用较多，约占金属罐的1/3，主要用•于啤酒饮料罐。铝管和铝管包装•※挤压软管包装容器中2/3是铝管，用于牙膏、化妆品、•药膏、食品等的包装。•※铝管适用于罐装半流质或膏状食品，如果酱、肉酱、•奶油、蜂蜜、浓缩食品和调味品等。•具有易开启、可挤压折叠、使用后食品易于再存放，保持•新鲜度的时间较瓶装和罐装的要长，不需要进行冷冻处•理，使用方便；也用于军用食品和宇航食品的包装。•※铝管多由99％的纯铝制成，便于挤压卷曲，外表可进行印•刷装潢，内壁涂有有机树脂(环氧树脂、酚醛树脂、乙烯•基树脂等)，提高耐蚀性的同时，又能防止铝管再卷曲、•破裂•※铝管尺寸：直径1.27－5.08mm，长度3.81－19.05cm.铝箔铝箔铝箔是将铝材轧制成板材，再经精轧工艺制成的厚度非常小的薄板材。习惯上对厚度在0.20mm以下的铝板称为铝箔。铝箔常用于包装糖果、香烟、食品、药品等。铝箔与各种纸、塑料复合制成复合材料。2．铝箔的分类通常分为纯铝箔和合金铝箔铝箔透明的铝箔包装膜透明防锈铝箔包装铝箔通常指纯度在99．5％以上的，厚度在0.2mm以下的铝材。防锈纯铝箔包裝膜铝合金薄板和铝箔防銹鋁鉑真空包裝袋防銹鋁鉑包裝膜铝箔•铝箔优点：•1)重量轻，有利于降低费用•2)隔绝性和遮光性良好。能防潮、不透气及具有保香特•性，可防止包装物吸潮、氧化和挥发变质•3)耐热性好。高低温时形状稳定，可做烘烤容器•4)保护性好。包装物不易受细菌、霉菌和昆虫的损害•5)光的反射和光泽性好。反射率达83～85％。•6)机械特性好。满足自动包装机械使用•7)二次加工、模压性和压花性好•8)印刷和复合适应好。便于着色，易于纸、塑料等贴合•9)无毒。不易产生公害铝箔•※铝箔多与塑料薄膜、纸张复合成复合材料，为什么？•铝箔由于本身强度低，耐撕裂性差，折叠时容易裂口，不耐酸碱介质，不能热粘合封口，很少单独使用；复合后既保持了铝箔的优良性能，又发挥了其他材料的优良特性。•※复合材料：PET/铝箔/改性PP或HDPE？(P272)•※铝箔复合容器：半硬质和硬质容器，其罐身一般多为三层，每一层组成？罐底和罐盖材质？其优点？用途？P273镀铝薄膜•※镀铝薄膜：采用特殊工艺在塑料薄膜或纸张表面(单面或双面)镀上一层极薄的金属铝，即为镀铝薄膜。•※镀铝层厚约0.30mm•※镀铝薄膜基材：塑料＋纸张•聚酯