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双面复膜铁高速生产线

江阴市和信印刷包装机械有限公司    时间:2014年4月28日
 覆膜铁的产品特性及其国内外发展状况 
Properties of Laminated Steel Product and Its Development Situation 
陈云鹏,黄久贵,李建中,田彦文,刘常升 
(1.宝山钢铁股份有限公司宝钢分公司冷轧薄板厂,上海 200431; 
2.东北大学材料与冶金学院,辽宁 沈阳 110004) 
摘 要:介绍了覆膜铁的生产工艺、产品特性及发展历程,并分析了国内外覆膜铁产品  的应用现状及前景。 
关键词:覆膜铁;特性;发展状况;应用 
中图分类号:TG335.22  文献标识码:A  文章编号:1003-9996(2010)01-0045-04
l前言 
随着技术发展、消费观念与时尚的变化,在包装材料中金属、塑料、纸张和玻璃之间的竞争日趋激烈。而金属包装材料以其密闭性好、质地坚硬、弹性好、阻光性好、阻气性好等特点,在包装领域一直占有重要地位,尤其对于肉类、蔬菜等产品,金属容器仍是首选。镀锡板作为金属包装材料的重要组成部分,在食品、饮料、气雾罐和化工罐等领域有着重要的角色[1]。但是,由于锡为主要的战略资源,价格较贵,且资源日益枯竭,因此,镀铬铁、覆膜铁以及粉末电泳产品等[2,3]作为镀锡板及低锡板的替代产品,越来越为人们所关注。 

2覆膜铁的生产工艺及产品特点 
2.1覆膜铁的生产工艺 
覆膜铁是在冷轧薄钢板(一般为卷料钢板)/镀铬铁两面覆盖(粘合)上多层的聚脂复合薄膜(厚度约为20~25μm),为一种兼有塑料薄膜和金属板材双重特点的金属功能材料。理论上覆膜铁基板可直接采用冷轧薄钢板,即留空覆膜铁。彩色薄膜留空覆膜技术为中国独有技术,但是,留空覆膜铁制罐时罐身焊缝处易产生锈蚀,且粘合力不牢;在欧美和日本,覆膜铁技术多采用镀铬铁TFS作基板,即不宜留空覆膜铁。其有机膜覆合的牢度极高,这主要是由于TFS产品表面存在一层铬的水合氧化物膜,与有机膜以氢键的形式结合在一起,如图1所示。图2为直接与ECCS电镀区段连接的覆膜作业线[4]。
目前,覆膜工艺有两种:一是高温高压下的挤压工艺。采用高温覆膜及急冷重结晶等技术,有机膜覆合的牢度极高(欧美国家和日本多采用此工艺);二是粘合工艺法,采用低温粘合,其粘合牢度不及高温高压法。

2.2覆膜铁的产品特点 
与涂料铁(即内涂外印的马口铁(镀铬铁))相比,覆膜铁具有以下特点[4-6]: 
(1)具有良好的防锈、装饰、隔热、减震等功能,尤其耐冲压、耐腐蚀性是涂料铁不能比拟的。由于覆膜铁所覆盖(粘合)上去的薄膜为多层的聚脂复合薄膜,它阻隔腐蚀介质渗透的能力接近于“完全阻遏”。对于番茄酱罐、两片罐的包装来说,覆膜铁是理想的材料。而涂料铁在耐腐蚀性和附着力之间存在矛盾。 
(2)表面针孔少,致密,且可在覆膜上做多种处理,如标识、镭射处理等(与涂层相比较)。而对于二次冷轧覆膜铁(国外亦称“马奈板”(Malei))来说,其具有优良的力学性能,抗拉强度高。表1为二次冷轧覆膜铁与二次冷轧普通马口铁的性能对比。

由表l可见,马奈板在DR-8的硬度时伸长率为10%,而普通板则为3%。据文献报道,马奈板之所以硬度高、延伸性好,关键是在炼钢采取真空冶炼,使钢材中某些非金属元素(包括碳)的含量和某些金属元素的含量都大为减少(10-5级)。 
(3)生产效率高、能源消耗和材料成本低。覆膜铁表面为热塑性树脂薄膜,以聚乙烯对酞酸盐(PET)为代表的聚酯和以聚丙烯(PP)为代表的树脂使用最好,成膜温度只有70℃左右,且无需内涂外印,生产效率和能源消耗均较为理想;另外,覆膜铁基板不必用马口铁作底材,这在当前马口铁价格暴涨和资源紧缺的形势下,其成本优势是显而易见的。 
(4)有利于环保。涂料铁的内涂料多以环氧树脂为主,外涂料有底涂料、白涂料、上光涂料之分,以丙稀酸和聚酯树脂为主。印铁油墨有热固化和紫外线固化(UV)之分,但印铁油墨必须与涂料配套才能保证油墨的色彩和附着力等性能。由于目前使用的涂料在有机高分子中加入固化剂、增塑剂、色调剂等配料,溶解在溶剂和稀释剂中,所以,印铁厂仍然存在环保问题亟待解决。另外,对于番茄酱罐、深冲两片罐等,涂料铁还是不够稳定。而表面为热塑性树脂薄膜的覆膜铁在生产过程中无大量溶剂废气排出,有利于环保。 
  
3覆膜铁的发展状况 
20世纪90年代后,作为镀锡板代用品之一的TFS产品在美、日两国获得了广泛应用。其主要用途为:皇冠盖、四旋盖;三片罐的顶底盖和浅冲罐;食油罐头、调味品罐头;固体形状的食品、茶叶、洗涤剂等普通容器;内燃机燃料油、油漆、涂料罐等。但TFS产品存在2个缺点:一是产品两面都需涂上防护性涂膜才能使用,而印涂过程对环境和人类都造成很严重的苯污染;二是某些涂料存在难以避免的微量残留,影响人体健康。 
因此,20世纪80年代后期,日本成功生产出以镀铬铁为基板的覆膜铁。但是,该产品推出初期不能深拉伸,和DI罐的成本差距较大,且市场需求有限,因此没有得到广泛应用。目前这一技术问题已经得到完美解决,且覆膜铁的优点也得到了用户广泛认同。覆膜铁产量迅速提高。目前,日本拥有覆膜铁生产线5条,东洋钢钣公司3条,新日铁公司2条和JFE公司1条,产能共计为60万t/a。2005年,日本覆膜铁的实际产量为49万t,占TFS产量的60%。从20世纪90年代开始,德、英、美、法等国都研制成功了能完全代替马口铁的覆膜铁,在镀锡板的消费总量中占有很大的比重。随着锡资源紧缺和严酷的环保要求,迫使覆膜铁近几年快速的发展。表2为2005年初亚欧两洲覆膜铁产量。

目前,我国的覆膜铁生产处于起步阶段,共有两家企业:一是无锡一家私有企业,拥有3条生产线,以冷轧薄板为覆膜基板,采用粘合工艺生产,年产量2万t,生产线速度80m/min,薄膜与基板粘合牢度不及国外;二是上海德胜联兴公司1998年引进的1条覆膜铁生产线,虽然其产品质量和外观都优于同类型的三片饮料罐产品,但是由于其产品成本太高,完全没有竞争能力,该生产线从引进到现在都没能有效开工。可以说,目前市场所需的TFS基板覆膜铁没有国产化能力。具有国内速度最快、规格最薄、工艺最先进的镀铬铁专用生产线的宝钢股份公司冷轧薄板厂,具备以镀铬铁为基板采用高温、高压挤压工艺生产覆膜铁的条件,其正讨论覆膜铁生产线的投建计划。 
随着食品包装材料的竞争越来越激烈,制罐行业使用的钢基金属材料正向减薄的趋势发展。采用二次冷轧技术可以降低冷轧板的厚度,提高吨钢的利用率,达到降低成本的目的,从而提高钢质罐的竞争力。目前,宝钢股份公司冷轧薄板厂具有二次冷轧技术,产品厚度规格为0.15~0.36mm,最薄可达到0.10mm。而国外用户的使用规格普遍要比国内用户薄得多,现在发达国家已采用厚度为0.07~0.12mm的极薄钢板制作桶、罐。宝钢二次冷轧产品的国外市场占有率也已达20%以上,并在不断增长。对于二次冷轧覆膜铁而言,由于要适应食品用两片罐愈来愈多的局面,科拉斯(Corus)集团与皇冠(Crown)制罐公司合作,共同研究了覆膜二次冷轧薄板与现有设备之间的适应性问题。以法国洛林薄板厂为代表,已生产出了伸长率极好的二次冷轧覆膜铁,很适合作两片冲压罐和易开盖。 
  
4覆膜铁的国内外应用现状及前景 
目前,覆膜铁在冲压罐DRD、冲拔罐DI等两片罐、异形罐、易开盖(Easy Opened End)和易撕盖(Easy Peeled End)等包装材料市场具有很好的应用前景,这也为食品罐头、各种饮料、油脂化工、日用化学、医药卫生等行业提供了个性化、时尚化消费观念的包装材料。 
在国外覆膜铁市场中,不宜留空的覆膜铁居多,覆膜铁制罐时可采用干式成型,无需过量的润滑剂,这样可避免由清洗润滑剂而产生大量废水而污染环境。因此,各式各样的冲压罐DRD(还有冲拔罐DI)便愈来愈流行。例如:采用聚乙烯对酞酸盐(PET)和聚丙烯(PP)覆层的覆膜铁可用于制作瓶盖、DRD罐和喷雾器的阀盖等;采用聚酯膜的覆膜铁具有优良的加工附着性和加工耐蚀性,适于制作加工变形量大和内装高腐蚀性物品的深冲罐和焊接罐,同时,聚酯膜覆膜对食品中香味的吸收率小,可以使罐内食品中各种成分保持微妙的平衡关系,使之长期处于良好状态。而三片罐由于制作复杂,在发达国家已渐渐减少,代之而采用冲压罐DRD和冲拔罐DI。日本钢制两片罐(DI和TULC)的市场占有率已达60%。 
近些年来,易撕盖在国外逐渐得到普及。这种盖实际是由厚度为0. 07~0. 13mm覆膜的二次冷轧薄钢板或二次冷轧铝薄板,通过机械和加热等技术,巧妙地封于空罐上,使用时一撕就开,某些类别的EPE能经受高温杀菌。从欧美的情况来看,覆膜铝的技术比覆膜铁成熟。但是,钢易撕盖的成本只有铝易开盖的50%。因此,覆膜铁易撕盖是今后发展的一个方向。 
世界最大的制罐集团印象控股集团(Impress Holding)在德国拥有一个年产14亿个鱼罐头的工厂,其70%采用覆膜铝空罐。皇冠集团(Crown)在法国和意大利共有4个生产厂,主要生产精肉罐头(500万罐/a),也采用了覆膜铝。可见,随着覆膜铁的技术发展,以追求利润最大化为目标的企业将倾向低成本的覆膜铁替代高成本的覆膜铝。 
目前,覆膜铁在我国两片罐的应用还处于起步阶段。随着两片罐应用在全球迅速的扩张,极大地促进了我国两片罐的市场需求。目前,国内两片罐(钢和铝)的年消费量约为100亿只左右。以每年10%的增长率来计算,5年后国内两片罐的需求将达到160亿只,净增加60亿只。目前,国内钢制两片罐产量为12亿只左右,占有率仅为12%,产能不足和传统Dl罐生产过程的能耗问题、二次污染问题及其先天劣势(影响风味致使不能进入啤酒市场,易锈蚀)限制了其进一步发展。因此可以预见,以绿色环保的覆膜铁制作两片罐的国内市场前景非常广阔。 
随着绿色环保的要求越来越严格和资源日渐紧缺,可回收和循环再生的金属包装材料为人们所青睐。据欧洲包装用铁制造协会报告,2003年欧共体15国的钢铁包装回收率已达61%(其中比利时已达94%),到2008年,将提高到70%。所以,全球的制罐材料业、制罐业和制盖业,正在发生革命性的重大变化,二次冷轧薄板、覆膜铁(覆膜铝)、冲压罐、冲拔异形罐和易撕盖正慢慢成为发达国家制罐业的主流。这些变化的关键(基础)是二次冷轧薄板质量(炼钢技术的进步)的推进和覆膜技术的发展。