第四篇 金属包装材料与制品

第四篇金属包装材料与制品包装材料学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。金属包装材料与制品包装材料学金属包装材料在某些方面的应用已部分地被塑料或其他复合材料所代替。金属包装材料具有极优良的综合性能，且资源较为丰富，回收处理方便、污染少，所以金属包装仍然保持着生命力。复合材料领域中成为复合材料中主要的阻隔材料层，广泛应用于食品、医药和日用化学品的包装。第一章金属包装材料包装材料学金属包装材料，主要是指将金属压延成薄片，用于商品包装的一种材料。金属包装材料具有高阻隔性，是传统的包装材料之一。金属包装材料的性能特点：具有高的强度、刚度、韧性，组织结构致密性、良好的加工性等。第一节概述包装材料学一、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包装材料学优点：5．资源丰富作为主要金属包装材料铁和铝，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。二、金属包装材料的分类包装材料学包装用金属材料的品种钢铁、铝、铜、锡、锌、铅等。其中使用较多的是钢材、铝材及其合金材料。包装用金属材料的形式金属板材、带材、金属丝、箔片等。板材和箔材是按厚度来区分(1)箔材：厚度小于0.2mm(2)板材：大于0.2mm(3)金属板材和带材：小于1mm、大于0.2mm的薄板材料。1．钢质包装材料包装材料学钢质包装材料的用量在金属包装材料中占首位。钢质包装材料主要是低碳薄钢板（含碳量0.25％）及其复合材料。性能特点：1.钢质包装材料与其它金属包装材料相比，来源丰富，价格便宜。2.低碳薄钢板具有良好的塑性和延展性，制罐工艺性好，有优良的综合保护性能，但冲拔性能不如铝材好。3.钢质包装材料的最大缺点是耐蚀性差、易生锈，表面经镀层和涂料处理才能使用。2．铝质包装材料包装材料学铝质包装材料可与纸、纸板和塑料等加工成复合包装材料。（l）纯铝板和合金铝板酒类容器罐头容器包装饮料用罐等。（2）铝箔（3）镀铝薄膜第二节金属材料的性能和结构包装材料学一、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包装材料学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包装材料学（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包装材料学（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材料学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％。金属材料的结构包装材料学金属材料的结构包装材料学金属材料的结构包装材料学铝的基本结构及性能包装材料学（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。铝合金包装材料学铝合金分类包装材料学（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锻铝合金第三节钢质金属包装材料包装材料学一、镀锡薄钢板（也称镀锡板、马口铁）二、镀铬薄钢板（简称镀铬板TFS）三、镀锌薄钢板（俗称白铁皮）四、低碳薄钢板（俗称黑铁皮）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、镀锡薄钢板包装材料学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，良好的耐蚀性制罐加工性能，易于焊接适于涂料和印铁。(2)其冲拔性能不如铝板。大多制成以焊接和卷封工艺成型三片罐结构，也可以做成冲拔罐。1.镀锡薄钢板的结构包装材料学镀锡薄钢板的结构: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。2．镀锡薄钢板的生产工艺流程包装材料学2．镀锡薄钢板的生产工艺流程（l）酸性电镀生产工艺（2）热浸镀锡板工艺3．镀锡薄钢板的标准（l）常见镀锡薄钢板的标准及代号（2）镀锡板和钢带的分类和表示方法代号标记示例：钢板E2-T57-G-H-Q-I-0.25×712×508-GB2520-88其含义是：等厚镀锡量E2、硬度等级T57、表面状况G、钝化方式H、涂油量Q、表面质量I、尺寸0.25×712×508、标准为GB2520-88。4．镀锡薄钢板的主要技术相标包装材料学（l）钢基板种类（2）规格尺寸板的厚度、宽度和长度（3）镀锡量单位面积镀锡的质量表示（4）调质度表示镀锡薄钢板综合力学性能（5）涂料涂料的作用是隔离罐壁与内容物，防止腐蚀和阻止重金属离子铅、铁、锌等溶出对食品等内容物产生污染。（6）镀锡薄钢板包装单位国际上通用的镀锡薄钢板包装单位是“基箱”。“基箱”是一种面积单位，一基箱包含112张尺寸为335.6mm×508mm的镀锡薄钢板，总面积为20.23m2。罐内涂料要求包装材料学罐的内涂料必须满足如下要求：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。镀锡薄钢板应用包装材料学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。二、镀铬薄钢板包装材料学镀铬薄钢板镀铬薄钢板（简称镀铬板）是20世纪60年代初为减少资重金属锡的用量、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（TFS－CT），简称TFS（TinFreeSteel）。1．镀铬簿钢板的结构和性能特点包装材料学TFS结构: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。TFS性能特点包装材料学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。TFS应用包装材料学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。三、镀锌薄钢板包装材料学镀锌薄钢板（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。2．镀锌薄钢板的性能及用途包装材料学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，适宜盛装中性食品及其原料，或盛装粉状、浆状和液状等其它物料。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。四、低碳薄钢板包装材料学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。低碳薄钢板的用途制作各种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。五、其它钢质包装材料包装材料学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。第四节铝质金属包装材料包装材料学一、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表面性能好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耐腐蚀性差。⑨焊接性能差。⑩材质较软，强度较低。二、包装铝材的分类包装材料学包装铝材的分类(1)纯铝系列(2)耐蚀的铝合金板材或箔材等纯铝的应用：纯铝的强度和硬度较低，使用受到限制，酒类容器由于富有延展性，适于生产很薄的铝箔、包装铝管。铝合金的应用：为了生产制造硬质容器，因要提高铝的强度，通常纯的熔融的铝在严格控制的条件下，加入硅、铜、镁、锰等配制成合金，可使强度和硬度得到显著提高。三、铝合金薄板包装材料学铝合金薄板铝合金薄板系铝镁、铝锰等合金制造而成。工艺流程为：铸造热轧冷轧退火冷轧热处理矫平钝化处理（生成氧化铝薄膜）涂料铝合金薄板。应用：铝合金薄板基本相当于低合金钢的强度，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。铝合金薄板应用包装材料学四、铝箔包装材料学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。1．铝箔的特性（l）安全性（2）机械特性（3）针孔特性（4）透湿性（5）保香性和防臭性（6）光反射性（7）化学特性2．铝箔的分类通常分为纯铝箔和合金铝箔铝箔的标记方法包装材料学铝箔的标记方法（l）纯铝箔箔L4M0.010×360GB3198－82其含义是，厚度为0.010mm，宽度为360mm的四号工业纯铝箔，退火状态，标准号为GB3198－82。（2）铝合金箔合金箔LF2M0.060×240GB3