第七章金属包装容器

第七章金属包装容器金属包装容器特点:强度大,刚性好,不易破裂。金属薄板有比其它任何材料均优异的阻隔性、阻气性、防潮性、遮光性、保香性、密封性好,能可靠地保护产品。金属材料印刷性能好,图案商标鲜艳美观,所制得的包装容器引人注目,是一种优良的销售包装。金属容器可根据不同需要制成各种形状,如圆形、椭圆形、方形、马蹄形、梯形等,既满足了不同产品的包装需要,又使包装容器更具变化,促进销售。金属包装是中国包装工业的重要组成部分,其产值约占包装工业总产值的10%,主要为饮料、食品、罐头、油脂、化工、药品及化妆品等行业提供包装服务。金属包装容器是指用金属薄板制造的薄壁包装容器,广泛应用于食品包装、医药品包装、日用品包装、仪器仪表包装、工业品包装、军火包装等方面,其中用于食品包装的数量最大。我国金属包装的最大用户是食品工业,其次是化工产品。此外,化妆品和药品也占一定的比例。金属包装现状我国金属容器制造业的装备已具备很强的实力。两片罐有26条生产线,年生产能力达110多亿只(目前市场需求约70亿只);马口铁三片罐制造设备已拥有各种型号的进口和国产的全自动或半自动生产线约500余条,其产品一年供应饮料行业约40亿只,食品罐头行业约38亿只;气雾罐年产能力达6亿只;钢桶年加工生产量约4000万只—5000万只。印铁设备全国拥有500多条生产线,进口设备和国产设备各半,年印刷160多亿印次。目前中国金属包装市场呈现供大于求的趋势,但从人均消费量分析,还存在较大发展空间。中国饮料罐年消费量110亿罐(二片罐70亿只、三片罐40亿只),人均消费不足8罐;日本的年消费量是180亿罐;韩国是32亿罐。如果中国年人均消费量提高到10罐,每年就要求130亿罐的供应能力。此外,中国罐头食品消费水平偏低,人均年消费不足1.5公斤,欧洲罐头食品人均年消费水平为50公斤,日本人均年消费水平为23公斤。一.金属包装容器的基本类型金属包装产品可细分为印铁制品(听、盒)、易拉罐(铝制二片罐、钢制二片罐、马口铁三片罐)、气雾罐(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)和各类瓶盖(皇冠盖、旋开盖、铝质防盗盖)。另有1升—18升马口铁制成的化工桶及冷轧板;锌板制成的20升—200升的钢桶。金属箱具有一定刚性的容量较大的方型容器,多用于枪械弹药等军品包装。金属盒容量较小具有一定刚性的金属包装容器,形状多样,如圆筒盒、方筒盒、扁方盒、椭圆柱盒及其他异性盒。多用于饼干、茶叶、咖啡、香烟等包装。金属罐容量较小，主要有三片罐、两片罐等。金属桶容量较大（20L以上）并且用较厚金属板制成的金属包装容器。用于大中型运输包装。金属软管挠性金属材料制成的圆柱形包装容器．适于包装各种膏体类产品，如药膏、牙膏、化妆品、颜料等。金属盘金属材料制成的无盖浅包装容器，如餐盘等。二.常用金属包装材料镀锡薄钢板Tinplate（马口铁）是一种双面镀有纯锡的低碳薄钢板,厚度约0.1-0.4mm。镀锡板和涂料镀锡板均容易焊接，镀锡板还具有良好的印刷和涂覆适应性，是传统的制罐材料，除制作罐头盒外，还用于制作其他的食品听、盒及玻璃瓶罐的制盖材料。镀铬薄钢板Tin-freeplate又称无锡薄钢板或镀铬板，是一种双面镀有铬或铬系氧化物的低碳薄钢板。作为镀锡板的代用材料，其耐蚀性和焊接性等均比镀锡板差，但其价格低，故大量用于腐蚀性较小的啤酒罐、饮料罐以及食品罐的底盖等。但铬层的韧性较差，罐的卷边部位易开裂或擦伤，需补涂以防生锈。另外，镀铬板不能锡焊，只能采用缝焊法或粘结法制罐。镀锌薄钢板又称为白铁皮，是在低碳薄钢板上镀一层0.02mm以上厚度的锌保护层而构成。致密的锌层使钢基板的防腐能力大大提高。一般锌层越厚，其耐蚀能力越强，但锌层过厚会影响容器焊接接头强度。镀锌板常用于制造各种容量的桶和特殊用途的容器。耐蚀性和密封性良好，可用于粉状、浆状和液状商品，是应用较多的一种金属包装材料。铝合金薄板铝合金薄板系铝镁、铝锰等合金制造。特点是质轻、美观、耐腐蚀；对人体无毒、卫生、安全；加工性能好，废旧罐易回收。缺点是对酸盐的腐蚀性较差，所以需经涂料涂覆后使用。铝合金薄板具有优异的金属压延性能，容易成型，易于形成薄壁，适于制造扁平冲拉罐和深拉冲拔罐，特别是易拉罐，开罐性能十分优异。低碳薄钢板是指含量小于0.25%的薄钢板，厚度一般为0.25-4mm。这种钢板经过剪裁、成型和连接，可直接制成金属容器。优点是货源充足、成本低、加工性好、制成的容器有足够的刚度和强度。目前，国外已开始采用低碳薄钢板经表面涂层处理后用于食品和饮料罐。三.金属罐各部结构名称罐盖通常指罐装后再封口的金属盖。罐身侧壁与罐底（两片罐）侧壁（三片罐）罐体除盖以外的部分。拉环膨胀圈刻痕（撕裂线）加强筋缩颈四.三片罐1三片罐的结构三片罐由罐身、罐底和罐盖三部分组成。罐身的上缘和下缘分别为罐盖与罐身、罐身与罐底的结合部，为使罐身上缘与一定规格的罐盖相封合，可设计成缩颈结构。2三片罐的制造成型过程：罐身的制造剪切下料→罐身坯料→切角和切缺→端折→成圆→锡焊→翻边罐盖的制造落料→涂油→冲盖→圆边→涂胶→烘干3罐型三片罐容器的造型有圆罐和异型罐两类。圆罐外形为圆柱体，最常见的罐型。其中罐径小于罐高者称为竖圆罐；反之称之为平圆罐。圆罐采用国际通用标准，见表8-1。（p222）异型罐异型罐是非圆柱体罐的总称。常见的罐型有扁圆罐、方罐、椭圆罐、梯型罐、梨型罐等。异型罐规格尺寸见表8-2。4罐盖和罐底1膨胀圈一般由一、两道外凸筋和若干级30°的环状斜坡组成。具体参见表8-3，p225膨胀圈的作用1.提高罐底与罐盖的力学强度，起加强筋的作用；（避免罐身因温度变化而引起的永久变形）2.保护封口结构的密封性能；（使罐的卷边结构免遭破坏）3.便于识别变质食品。2圆边圆边就是罐底、罐盖边缘向外弯曲形成的边钩，以便与罐身的翻边做卷边密封。5罐身罐身接缝以缝焊工艺不同分为：1锡焊罐罐身板两侧相互钩合形成四层接缝，接缝利用焊锡填充接缝。2电阻焊罐（熔焊罐）靠焊件接触电阻通电生热再施加压力进行焊接的技术。电阻焊罐焊接工艺目前，电阻焊法已逐渐取代了锡焊法。它的特点有：1.罐身缝不用焊锡,杜绝了铅、锡等重金属污染；2.焊缝密封性好,强度高；3.焊缝重叠宽度小（约0.3-0.8mm）,与锡焊罐相比节省了材料；4.焊缝与罐身通体厚度相近,便于翻边、缩颈、封口,且封口完整性好；5.生产效率高,400罐/分。（省去了切角、成钩等工序）6.焊缝处破坏了原来的表面镀锡层,需加涂保护层,即补涂工序。3粘接罐一种新型的制罐方法，起步较晚。罐身接缝采用高分子粘合剂粘合。接缝可搭接也可钩合。特点主要有：可使用镀铬板，原料成本低，节省锡，避免重金属污染；可满版印刷；生产过程耗能小，运行成本低；耐热性和耐水性较差，主要用于固体状或粉状内容的包装。4激光焊罐身板两端边缘对接在一起，利用激光加热焊罐。激光焊具有以下特点：激光焊属于非接触焊接，将高能量密度的激光束直接轰射到焊件接缝上进行焊接。焊缝是由基体材料直接熔化凝固而成的连续焊缝，机械力学性能更接近于基体材料。焊缝接头采取对接结构形式，故焊缝平直、窄细、外观好且强度高。与电阻焊相比，耗料、耗能都少，焊接成本降低一半左右。焊接材料范围、种类都比电阻焊广泛，焊接尺寸范围也大，可焊0.1-50mm厚的焊料。不同焊接缝切角与切缺在锡焊罐制造过程中，为使罐身两端只有两层钢板重叠，以便翻边和封口，需要在罐身板的一端切去上下角，另一端切出两个锐角或U型豁口，成为切角与切缺。成钩（端折）经过切角与切缺的罐身板，用折边机将两端各自相反方向弯折成钩状，以便成圆后互相钩合。压平将罐身板的两端的成钩部分互相钩合后通过特定的模具，利用机械压力将钩压平，形成罐身接缝。接缝凸起部在罐体内部，罐外仅留一道缝隙。翻边将罐上下边缘向外适当翻出，以便与罐盖、底进行卷边密封。环筋（加强筋）当罐身直径或高度较大时，为防止由于罐内正负压力的影响以及外面机械力的影响而导致的内凹或外凸，可在圆周方向上滚压环筋。同塑料瓶一样，在提供一个较好的刚度的同时，降低了垂直载荷强度。五.二重卷边二重卷边是目前广泛采用的金属罐身与罐盖（底）封口的形式，它不仅适应装罐，制罐和封罐的高速度、大批量自动化生产，而且也容易保证金属罐容器的气密性。二重卷边是目前广泛采用的一种封口形式，目前几乎所有的金属容器（除去一些大的钢桶）都采用二重卷边的形式来密封。1二重卷边的形式2二重卷边的形成罐身与罐底的密封使用专门的卷边封口机。二重卷边成型示意图头道压辊与二道压辊其尺寸基本相同，但压辊的沟槽形状不同。头道压辊主要引导罐盖的圆边逐步弯曲并与罐身翻边钩合。二道压辊是把初步定型的卷边压扁压紧，达到最终形状。压头用于固定罐盖与罐身的位置，使卷封时罐体稳住不动。压头的大小应根据罐径选择。升降板用于顶托罐身，使带盖的罐身上升到卷封操作工位，并与压头一起使罐身与罐盖配合，同时避免卷封时罐体滑动移位。六.易开结构金属容器的开启方式有很多，有易开结构、非易开结构（切开式）。罐盖品种很多，常见的有切开式罐盖和拉开式罐盖。1卷开结构开启位置在罐身上，罐盖只起到封合作用，不能开启。有开罐钥匙，沿刻痕线将罐身打开。缺点：由于材料的力学性能有差异，采用这种结构不能保证100%全部打开。2易开盖结构杠杆开启式与油漆桶类似，有环圈（罐盖环）上再扣盖。利用杠杆作用开启，常用来包装颗粒状食品，如奶粉等。优点是便于多次开启。拉环式易开盖（拉开盖）这种类型的盖开启方便，开启时只要提拉盖上的拉环，稍用力撕拉即可开启。开启方法：先提拉环造成局部破坏，再不断沿刻痕撕裂。拉环式易开盖有两种形式：一是小口式，拉环拉起时罐盖开启一小口，由此小口可吸出或倒出内装物，多为液体。二是大口式，拉环拉起时几乎整个盖被撕开，以便取出，多为固体，颗粒状，粉状或高度粘稠的内装物。（如八宝粥）新式的小口式易开盖设计成非全撕裂结构，这种开口在拉环拉起时开口并不从盖上脱落，而是被拉环推入罐内。而早期的全脱落式结构，开启后易开部件与罐身分离，造成伤人或环境污染问题。对于大口式结构设计中，主要考虑的是减少罐口开启后锋利的切口伤人的问题。设计时可使罐盖折叠，以防止人体与撕裂口接触。这种以安全为目的的折叠叫做安全折叠。今后易开盖的结构将朝着更安全、更方便的方向发展。七.二片罐二片罐是指由罐盖和带底的整体无缝的罐身两个部分组成的金属容器。这种容器采用拉深的方法，形成设定形状。这种杯状容器的成型方法属冲压加工，所以二片罐也常称为冲压罐。1发展19世纪40年代英国人将冲压技术用于罐头容器生产，制造出了铝合金浅冲罐，引发了罐头容器技术的改革和发展。70年代，制造技术已相当完善，开始在全世界传播。80年代，我国开始引进二片罐的生产技术和生产线。制罐商正在努力改进制罐工艺和罐型设计，如进一步降低壁厚及缩小罐盖直径，以节约铝材降低成本（耗能大）。随着制造工艺的改进以及结构上的改进，铝罐重量从每千只20-22Kg降低到目前的13Kg左右。在使用铝材制罐的同时，人们也尝试利用薄钢板制作二片罐。现在已能用镀锡板、镀铬板生产。90年代后，随铝材价格上涨，铝罐成本约高出钢罐一倍，大批厂商改用钢材制罐。2二片罐特点由于罐身的侧壁与底部为一整体结构，无接缝，所以有很多优点。内装物安全，卫生质量高；包装装潢效果好；重量轻，节省材料；成型工艺简单，可实现自动化高速生产；（2000件/分）设备投资大，对材料要求高，罐型单一。3两片罐的分类按成型工艺的不同，分为以下几种类型：浅拉深罐拉深罐深拉深罐(DRD)二片冲压罐变薄拉深罐(D&I)4两片罐的制造①浅拉深罐（平圆罐）工艺过程：板料→落料（冲裁）→拉深→罐底成型→翻边→清洗特点：只需一次拉深即可完成（深度小）。②深拉深罐（DRD）竖圆罐由于受极限拉伸比的限制，需要分若干次拉深，才能达到要求的罐身尺寸。工艺过程：板料→落料→预拉深(一次拉深)→再拉深(