馬口鐵包裝專用PET覆膜

馬口鐵包裝專用PET覆膜

馬口鐵包裝專用PET覆膜是通過熔融法將塑料薄膜複合在冷軋薄鋼板上的複合材料,是一種鋼鐵深加工產品。通過在冷軋薄鋼板或鍍鉻鐵正反兩面覆蓋多層聚脂複合薄膜,覆膜鐵可以兼具塑料薄膜和金屬板材雙重特性。和傳統的金屬包裝材料馬口鐵相比,覆膜鐵不但產品本身不含有害物質,其後續生產過程也很環保,且生產成本比馬口鐵要低,因此,覆膜鐵已經被廣泛認為是馬口鐵在包裝行業的最佳替代產品。
一、發展曆史
早在十九世紀初,馬口鐵就開始應用於食品包裝行業。在經曆了200年的發展之後,這個行業已經非常成熟。所謂馬口鐵,就是在表面電鍍一層金屬錫的冷軋薄鋼板。根據用途的不同,鍍錫的厚度大約在0.5~2μm。全世界每年產錫量約25萬噸,其中1/3的錫用於馬口鐵表面電鍍。錫是一種稀有的戰略資源,為了減少錫的使用,人們一方面不斷將錫的鍍層減薄,同時也在積極尋找替代產品。鍍鉻鐵就是其中的一種。
鍍鉻鐵是一種鋼板(Tin free steel)在冷軋薄鋼板表面電鍍一層金屬鉻,不同的是,鉻的鍍層厚度只有馬口鐵表面錫鍍層的約1%。因此,鍍鉻鐵的生產成本低於馬口鐵(以0.2mm厚度的鍍鉻鐵為例,其售價比相同厚度馬口鐵低約¥1,000/噸)。鍍鉻鐵的曆史比馬口鐵要短很多。
1953年,美國伯利恒鋼廠建成第一條鍍鉻鐵生產線。
1961年,日本東洋鋼板公司建立了日本第一條鍍鉻鐵生產線。
1989年,日本東洋鋼板成功生產出以鍍鉻鐵為基板的覆膜鐵。目前,日本在覆膜鐵生產技術方面處於全球領先水平,除東洋鋼板之外,新日鐵和JFE公司都有各自的覆膜鐵生產線。2005年,日本覆膜鐵的實際產量就達到了49萬噸,占T F S 產量的60%。
1991年,歐洲覆膜鐵投產,德、英、美、法等國都研制成功了能完全代替馬口鐵的覆膜鐵,但總產量和日本相比還有很大差距。
本世紀初,國內一家公司用粘合法在低溫下將塑料薄膜貼到鍍鉻鐵上,其產品也稱之為“覆膜鐵”,但性能與國外覆膜鐵相距甚遠,只能用於茶葉罐、月餅盒等雜罐,不能用做食品罐、飲料罐。
目前,市場所需的以TFS為基材的覆膜鐵在我國還沒有大規模生產能力,主要依賴進口。


二、原材料及結構
1、 覆膜鐵基材
覆膜鐵往往使用多層聚脂複合薄膜(厚度約為20-25微米),它阻隔腐蝕介質滲透的能力接近於“完全阻遏”。理論上可直接使用冷軋薄鋼基板,即留空覆膜鐵,但留空覆膜鐵制罐時罐身焊縫處易產生鏽蝕,且粘合力不牢,因此實際使用上,各國都是用鍍鉻鐵TFS作基材。由於TFS產品表面存在一層鉻的水合氧化物膜,可與有機膜以氫鍵的形式結合在一起,其有機膜覆合的牢度極高。
 

2、 覆膜鐵用高分子薄膜
對於覆膜鐵來說,膜的研制是其核心技術。用於覆膜鐵制造的高分子薄膜既需要具有熱塑性貼合能力,又要與不同罐裝內容物的理化性能兼容,以確保其對鍍鉻基板和內容物的良好阻遏;同時,在罐裝各種內容物的貨架期內須保持所包裝食品的風味;此外,在食品高溫蒸煮殺菌過程中不變色和脫落,以保持高的濕潤密閉性,並在制罐成型過程中,能經受高溫、高摩擦力和彎曲等複合力的作用,具有較好的附著力。
理論上可用於與TFS複合的塑料薄膜有PP、PET、PC、PE等,其中PET膜最為常見,綜合性能最優。PET膜具有成型性、可殺菌性、硬度高、耐磨、經特殊處理可印刷等特性。
從顏色上覆膜鐵用PET聚酯薄膜可以分為白色膜、透明膜、金色膜和鐳射膜。從應用上可分為用於深沖的膜、一般化工罐膜和食品罐膜。從結構上來看,覆膜鐵用PET聚酯薄膜為多層結構(一般為2~3層),需采用多層共擠的方式生產。其中,與TFS貼合的一層為改性PET,其熔點低於普通PET,在達到其熔點後能夠與TFS迅速貼合。
3、 覆膜鐵結構
用於制罐的覆膜鐵其結構有內壁和外壁之分,內外壁覆膜均有兩層。內壁外層起到阻遏作用,內壁內層起到與鍍鉻鐵黏合及防腐蝕的作用;外壁外層起到防劃傷以及便於印刷等作用,外壁內層起到與鍍鉻鐵黏合的作用。

 
三、生產工藝
覆膜鐵生產采用的是高溫、高壓、快速冷卻複合工藝。
覆膜鐵的生產線主要由鍍鉻鐵開卷部分、焊接及鐵表觀質量檢測、基板加熱、覆膜單元、冷卻單元、產品檢測及塗油卷取等部分組成,其中最核心的部分為基板的加熱區域和覆膜單元。通過電磁感應加熱輥預熱部分加熱鋼帶至膜的熔點以上溫度,用對稱的兩個壓力膠輥的擠壓進行基板與膜的熱熔貼合。熱貼後的鋼帶通過冷卻裝置進行快速冷卻,以確保熔融後的高分子迅速重新結晶。
 
目前,全球主要覆膜鐵生產線對鋼板進行預熱都是使用電磁感應加熱輥。這種加熱輥不但能提供250℃以上的溫度,而且其溫度均勻性也非常好(能控制在±1℃以內)。但只有均勻的加熱輥是遠遠不夠的,壓膜輥的溫度均勻性才是鋼板與薄膜貼合一致性的關鍵所在。包覆在壓膜輥表面的是硬質橡膠,在液壓缸的作用下能夠對鋼板和薄膜形成很高的壓力。為了保持膠輥表面的溫度不至於太高,往往都設計有冷卻輥對其進行冷卻。但同時,由於橡膠的導熱性極差,如果冷卻輥的溫度不夠均勻,長期積累下來,也會造成膠輥表面的溫度不均勻,從而影響到壓膜的一致性。
總而言之,鋼板與薄膜複合的關鍵在於以下幾點:
1. 能夠提供高溫(250℃以上)且均勻性良好的加熱源(±1℃以內)——現有成熟覆膜鐵生產線均采用電磁感應加熱輥;
2. 硬質膠輥,能穩定提供很高的壓力,確保鋼板與薄膜均勻複合;同時,為確保在生產初期的廢品率盡可能降低,需要對膠輥均勻地加熱,讓膠輥表面一開始就達到生產所需的溫度(約110~140℃);
3. 膠輥形變一致性良好,確保鋼板受力均勻;
4. 溫度均勻性良好的冷卻輥,表面溫差小於±1℃,只有這樣才能保證膠輥表面的溫度均勻;
5. 潔淨的工作環境,確保鋼板與薄膜複合時不會夾帶灰塵等雜物,提高產品合格率。
四、應用前景
相比傳統印鐵工藝,覆膜鐵在性能、材料成本、生產成本、環保和能源消耗等方面具備更多優勢,其應用范圍十分廣泛:
1、 在食品金屬罐方面的應用:食品罐、飲料罐、四旋蓋、糖果罐、茶葉罐、易開蓋等。
2、 在化工罐方面的應用:化工罐、油漆罐、塗料罐、二片氣霧罐及各種頂底蓋等。特別是留空覆膜加工技術,可適用於各種三片罐的制罐。
3、 在裝飾罐方面的應用:便攜煙灰盒、禮品盒、文具盒、首飾盒、煙盒、酒盒等等。
4、 其他行業的應用:建築板材、牆壁、吊頂、防盜門、地板、遮陽棚等等。
隨著兩片罐應用在全球迅速的擴張,極大地促進了我國兩片罐的市場需求。目前,國內兩片罐(鋼和鋁)的年消費量約為100億只左右。以每年10%的增長率來計算,5年後國內兩片罐的需求將達到160億只,淨增加60億只。而隨著綠色環保的要求越來越嚴格和資源日漸緊缺,可回收和循環再生的金屬包裝材料為人們所青睞。因此可以預見,以綠色環保的覆膜鐵制作兩片罐的國內市場前景非常廣闊。
目前,我國用於食品包裝的馬口鐵每年消耗約400萬噸,如果覆膜鐵技術一旦成熟,理論上可以完全取代現有馬口鐵。因此,覆膜鐵未來在我國的發展潛力十分巨大。
五、國內發展現狀
國內高溫覆膜鐵尚處於起步階段,目前僅有少數幾家企業在覆膜鐵生產方面做出努力。
1、 上文提到的一家無錫公司在生產出粘合法覆膜鐵後,也在嘗試高溫熔融法覆膜鐵生產線的開發。由於缺少本文第三章中所提的多項關鍵技術,其高溫熔融法覆膜鐵生產線開發之路注定不會平坦。
2、 一家來自北京的上市公司花了幾年時間在紹興建成了一條覆膜鐵小試線,現在仍然在完善之中。目前,該公司還投巨資正在建設一條中試線。這條中試線也面臨著上述同樣的問題。
3、 鋼鐵巨頭寶鋼2007年建成的TFS冷軋薄板目前是國內最先進的生產線,該公司希望引進國外成熟的覆膜鐵成套生產技術,但談判多年未果。
4、 上海紅宇化工專業供應覆膜鐵生產必須的PET薄膜,能夠確保鋼板在與薄膜複合時始終維持溫度偏差在±1℃之內。現已生產出合格的覆膜鐵產品,並得到了多家制罐企業的認可。由於掌握了多項核心技術,目前已得到外部巨資的親睞。假以時日,必定會在業內掀起軒然大波。
在覆膜鐵的關鍵材料生產方面,國內企業和日本相比還有些差距,但差距並不大。
國內TFS生產廠家主要有寶鋼、中山中粵、東海薄板、統一馬口鐵等,其中能生產兩片罐的目前還只有寶鋼一家。東海薄板從日本JFE引進了一條連續退火冷軋薄板生產線,預計2014年5月投產,據稱其TFS性能可與寶鋼產品媲美。
目前,國內有多家薄膜生產企業可以提供合格的覆膜鐵生產所需的薄膜,但僅限於三片罐、頂底蓋等產品,可用於深沖兩片罐的薄膜暫時還沒有生產。隨著覆膜鐵生產線的建成,相信國內薄膜生產企業一定會加大覆膜鐵薄膜的開發,用於深沖兩片罐的薄膜遲早會開發成功。

總之,覆膜鐵在國內屬於朝陽產業,由於其性能優越、產品和工藝環保、價格有競爭優勢,在不久的將來一定會在金屬包裝行業內逐步取代馬口鐵。

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