金属包装材料与制品.ppt

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。,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0.2mm2板材大于0.2mm3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，良好的耐蚀性和制罐加工性能，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的三片罐结构，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-0.25712508-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0.25712508、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335.6mm508mm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纯铝系列纯铝的代号是根据其杂质的限量来编制的，它是以“L”（“铝”字的汉语拼音字首）为标志符号，其后数字为顺序号。如高纯铝为LG1－LG5，其顺序数愈大，纯度愈高。工业纯铝为L1－L7，其顺序数愈大，纯度愈低。纯铝的应用纯铝的强度和硬度较低，使用受到限制，由于富有延展性，适于生产很薄的铝箔、包装铝管。2耐蚀的铝合金板材或箔材等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。铝合金的代号①防锈铝合金主要为Al－Mg系和Al－Mn系，其牌号用“铝”和“防”的汉语拼音第一个字母表示。例LF5，LF21等，“LF”后面的数字为合金顺序号。该种合金不能热处理强化，而常用冷加工方法使其硬化。②硬铝合金主要为Al一Cu－Mg系，加入铜和镁的目的是为了能生成强化相，使其在时效时发生时效硬化作用。该合金的牌号用“铝”和“硬”的汉语拼音第一个字母表示。例LY12，LY16等。这类合金既可通过自然时效强化，也可进行人工时效强化。,铝合金的代号,包装材料学,,,铝合金的代号③超硬铝合金主要为Al－Zn－Mg－Cu系，其时效强化效果较硬铝更高，一般均进行人工时效。该合金的牌号用“铝”和“超”的汉语拼音第一个字母表示，例LC6，LC9等。④锻铝合金主要为Al－Mg－Si系，该合金一般采用人工时效进行强化。其牌号是以“铝”和“锻”的汉语拼音第一个字母表示。例LD5、LD7、LD10等。,三、铝合金薄板,包装材料学,,,铝合金薄板工艺流程为铸造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。,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L4M0.010360GB3198－82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LF2M0.060240GB3614－83其含义是厚度为0.060mm，宽度为240mm的二号防锈铝箔，退火状态，标准号为GB3614－83。,包装用铝箔的要求,包装材料学,,,包装用铝箔的质量要求1表面应洁净、平整，不允许有腐蚀班痕，皱纹和碰伤，表面允许有迎光肉眼可见的针孔，但不得过大或过多，应符合标准；2纯铝箔卷应缠紧，端面要缠齐，不得有压陷、毛刺和污迹；纯铝箔的断头个数应符合标准要求；3食品用铝箔应注明“食用”二字，铝箔不得带油类气味，有毒元素含量应符合标准规定。,思考题,包装材料学,,,1．试述金属包装材料的性能特点。2．常见的金属包装材料有哪些√3．简述金属包装材料的包装适性。√4．简述常见钢质包装材料的结构、性能特点及使用范围。√5．简述铝质包装材料的性能特点及使用范围。√6．对包装铝箔有何质量要求√,第二章金属包装容器,包装材料学,,,金属包装容器的发展历史悠久，特别是镀锡薄钢板容器，一直在食品和其它物品包装中占主导地位。在金属容器中占比例较大的是金属罐。三片罐传统的金属罐是由罐身、罐盖和罐底三部分组成，通常称为三片罐。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）和各类瓶盖（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。,第一节金属包装容器的种类及规格标准,包装材料学,,,一、金属包装容器的分类金属包装容器的分类方法很多，根据结构形状和容积大小的不同分类。按材质分类可分为镀锡薄钢板、镀铬薄钢板，镀锌薄钢板（白铁皮）、铝合金板容器等。食品、饮料常用金属罐主要是由各种材料制成的三片罐和二片罐。,二、金属包装容器的规格标准,包装材料学,,,1．金属罐的常用术语（l）三片罐（Three－pieceCan）由罐盖、罐底和罐身三个主要部分连接而成的金属罐。（2）二片罐（Two－pieceCan）由连底的罐身和罐盖两个主要部分组成的金属罐，有浅冲罐、深冲罐、变薄拉伸罐。（3）锡焊罐（SolderedCan）（4）电阻焊罐（ResistanceWeldingCan）（5）粘接罐（ConoweldCan）,1．金属罐的常用术语,包装材料学,,,（6）浅冲罐（DrawnCan）（7）深冲罐（Deep－drawnCan，DrawnandRedrawnCan）（8）变薄拉伸罐（DrawnandIronedCan）（9）底盖（End、Lid、Cover）（10）易拉盖（EasyopenEnd）一种在开启部位有刻痕，装有提拉附件，以方便开启的金属盖，有拉环式、留片式、按钮式。（11）全开盖（FullopenEnd）一种沿盖周边全部撕开开启，便于取出食物的一种金属易开罐。,三片罐和二片罐,包装材料学,,,2．金属罐的罐形及规格尺寸,包装材料学,,,（l）三片罐的罐形及规格圆形罐、方形罐、椭圆形罐、梯形罐等异形罐。圆形罐在所有的罐形容器中制造最容易、用料最省、容积最大，但外形单调没有特色。异形罐造型独特，但制造困难，用料多，成本也高。（2）二片罐,第二节三片罐罐身制造工艺流程,包装材料学,,,根据罐身制造工艺的不同，可分为压接罐、粘接罐和焊接罐三种。这三种罐的区别在于罐身侧缝的结合方法不同，而罐盖、罐底，以及罐盖和罐底与罐身的结合方法基本相同。,一、压接罐,包装材料学,,,压接罐压接罐的罐身是沿用传统的切角、端折、成圆、压平等工艺制造，主要用于对密封要求不严的食品罐，如茶叶罐、月饼罐、糖果巧克力和饼干罐等；如果是对密封要求较严格的包装，则要增加一道焊锡工序，以确保罐身侧缝的密封性能。以圆形罐为例，其典型制造工艺过程为印铁烘干裁剪切角、切缺去应力端折成圆压平焊锡（对密封要求严格的罐）翻边滚筋罐身,压接罐的制造工艺流程图,包装材料学,,,裁剪工序,,罐身成型,二、焊接罐,包装材料学,,,焊接罐是罐身纵缝采用焊接密封制造的金属罐。焊接方法通常是电阻焊。镀锡薄钢板和镀铬薄钢板均可用电阻焊法制罐。电阻焊罐所用马口铁，必须在焊接部位留有一定宽度的印刷空白，叫做“留空”，以避免印刷油墨对焊接质量造成不利影响。焊接罐除“焊接”一道工序与压接罐不同外，大部分工序与压接罐基本相同，所用设备与压接罐也基本相同。,焊接罐优点,包装材料学,,,优点1节约了贵重的锡，并避免了铅锡等对内装食品的污染；2焊缝强度高，密封性好；3焊缝搭接宽度小（不超过1mm），节约了材料；4焊缝小，彩印面积大，外形美观；5焊缝厚度薄，便于翻边、缩预和封口等后续工序的操作，生产效率高。焊接罐已成为三片罐主导产品，大量用于加热杀菌食品等的包装。,焊接罐罐身制造工艺,包装材料学,,,三、粘结罐,包装材料学,,,粘结罐由于镀铬薄钢板等材料的焊接性差，于是出现了用有机粘合剂粘结罐身纵缝的制罐工艺。与电阻焊工艺相比，它的特点是1印刷时不留空白，因而罐身外形美观；2采用价格便宜的无锡钢板，可以降低成本。,粘结罐罐身制造工艺,包装材料学,,,粘结罐罐身制造工艺,包装材料学,,,第三节二片罐罐身制造工艺流程,包装材料学,,,根据罐身制造工艺的不同，可分为浅冲罐、拉伸罐和变薄拉伸罐三种。,浅冲罐,包装材料学,,,,浅冲罐,包装材料学,,,,变薄拉伸罐,包装材料学,,,,第五节其它金属包装容器,包装材料学,,,除金属罐外，常见的还有金属桶、金属软管、喷雾罐、金属箱、金属盒等类型。,其它金属包装容器,包装材料学,,,,金属桶,其它金属包装容器,包装材料学,,,,金属桶,其它金属包装容器,包装材料学,,,,喷雾罐,其它金属包装容器,包装材料学,,,,喷雾罐,其它金属包装容器,包装材料学,,,,金属盒,其它金属包装容器,包装材料学,,,,金属箱,思考题,包装材料学,,,思考题1．常见金属包装容器有哪些√2．简述二片罐、三片罐的结构特点。√3．三片罐的制造工艺有哪几种各有什么特点,