任务四 金属包装材料

任务背景

金属包装是以英国人1814年发明马口铁罐为标志，从而开创了现代金属包装的历史。金属材料广泛用于工业产品包装、运输包装和销售包装，已成为各种包装容器最主要的包装材料之一。金属包装材料具有高阻隔性，是传统的包装材料之一。与其他包装材料相比，金属包装材料有许多显著的性能和特点，它具有高的强度、刚度、韧性，组织结构致密性、良好的加工性等。

知识目标

（1）金属包装材料的基本特点。

（2）金属包装用基材的分类。

（3）常用包装用的金属制品。

技能目标

（1）掌握金属包装材料的基本特点。

（2）认识常用金属基材。

（3）认识常用金属包装制品及相应适用范围。

一、金属包装材料的性能特点

（1）优良的力学性能，金属包装材料的机械强度优于其他包装材料。用它制作的包装容器，尽管壁很薄，也有很高的耐压强度，不易破损。另外，还表现为耐高温、耐温湿度变化、耐虫害、耐有害物质的侵蚀。

（2）保护性能好。金属包装材料有极好的阻隔性能，如阻气性（如氧气、二氧化碳、水蒸气等）、防潮性、遮光性（特别是阻隔紫外线）、保香性能，由于塑料、纸等其他包装材料，能长期保持商品的质量和风味不变。因此，广泛用于食品、药品、化工产品的包装。

（3）外观美观。金属包装材料具有自己独特的金属光泽，便于印刷、装饰，使商品外表华丽美观，提高商品的销售价值。另外，各种金属箔和镀金属薄膜，也是非常理想的商标印刷材料。

（4）加工性能好。金属材料加工性能好，且工艺较成熟，适于联系自动化生产。金属包装材料具有很好的延展性和强度，可以轧制成各种厚度的板材、箔材。箔材可与纸、塑料等进行复合，金属铝、金、银、铬、钛等还在塑料和纸上镀膜。

（5）资源丰富。作为主要金属包装材料的铁和铝，在地球上的蕴藏量极为丰富，且已形成大规模工业化生产，材料品种繁多。

（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。

金属包装材料虽然有上述优点，但也有很多不足之处。主要是：金属材料的化学稳定性差，尤其是钢材，耐腐蚀性差。一般钢材单独作为包装材料用途有限，大多需要在其表面镀覆耐蚀材料（如锡、铬、锌等），以防止来自外界和被包装物的腐蚀破坏作用，同时也要防止金属中的一些有害物质对商品的污染。此外，它的加工工艺比较复杂，小厂无法加工，相对成本较高，其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

金属材料的种类极多，但用于包装上的材料品种并不很多，金属材料按照厚度的不同可分为板材和箔材，一般将厚度小于0.2mm的称箔材，大于0.2mm的称板材。常用的金属包装材料主要有铁和铝两大类，品种有镀锡薄钢板、无锡薄钢板、镀锌薄钢板、低碳薄钢板、铝合金薄板以及铝箔等。

（1）镀锡薄钢板，俗称马口铁，是指在厚度约为0.2mm的薄钢板上双面镀纯锡的一种金属材料。马口铁是一种优质的金属包装材料，其产量的90%用于包装行业。镀锡薄钢板由五层构成，按照从内向外顺序依次为钢基板、锡铁合金层、锡层、氧化膜和油层，如图2-39所示。镀锡薄钢板克服了普通钢材容易生锈、不耐腐蚀、加工性能不良的缺点，因此金属包装广泛应用在食品饮料、化工品等包装领域，如饮料罐、午餐肉罐、喷雾罐等。

（2）无锡薄钢板（TFS板），主要是指镀铬薄钢板，是一种双面镀有铬和铬系氧化物的低碳薄钢板，TFS板是减少锡的使用而开发的，是马口铁的代用材料。镀铬薄钢板由四层构成，按照从内向外顺序依次为钢基板、金属铬层、水合氧化铬层和油膜层，如图2-40所示。TFS板的耐腐蚀性和焊接性能较镀锡薄钢板差，但价格相对低廉，因此广泛应用于对腐蚀性能要求不高的酒类和饮料等产品的包装。

（3）镀锌薄钢板，又称白铁皮，是指在低碳薄钢板上镀一层0.02mm以上厚度的锌保护层而构成的金属材料，如图2-41所示。镀锌薄钢板的机械性能与镀锡薄钢板和镀铬薄钢板相似，表面光泽度高、韧性好、密封性好，但耐蚀性较马口铁、TFS板差，价格低廉，多用于制作中型和大型的包装容器，适用于盛装中性食品及其原料以及粉状物料，多用于工业产品的包装。

（4）低碳薄钢板，是指含碳量低于0.25%的薄钢板，其厚度在0.25～4mm。低碳薄钢板的机械性能高、加工性能优良、综合防护性能好、遮光性强、耐热耐寒性好，唯一的缺点是耐腐蚀性差，使用前需刷涂一层涂料。包装用捆扎包装，就是采用低碳薄钢板制得的，低碳薄钢板多制作集装箱，如图2-42所示。

（5）铝合金薄板，是指铝镁、铝锰等合金经过铸造、热轧、退火、冷轧、热处理和矫平等工序而制得的薄板，如图2-43所示。铝合金薄板兼顾了铝材的诸多优点，质量轻便、美观、光泽度高、安全卫生、导热率高、阻隔性好、加工性能优良、可重复回收利用。铝合金薄板的缺点主要是指其耐蚀性差、焊接性能不好、机械强度低。包装用铝材多以合金的形式应用，其合金金属元素包括锰、镁、铜、铁、硅、铬等，合金元素的添加会很大程度提高合金板的综合性能。铝合金材料具有优异的加工延展性，容易成型薄壁金属罐，因此铝合金薄板多用于制造冲拔罐、深冲罐等。

（6）铝箔，是一种工业纯铝板（纯度在99.5%以上）经过多次压延而制得的金属箔材。通常厚度在0.005～0.200mm。铝箔在包装领域是一种应用十分广泛的材料，其综合性能优良，阻光性、阻水性极佳，热传导效率高，且能进行印刷、复合等二次加工，铝箔也存在一些缺点，如机械强度差、反复使用后存在针孔等。铝箔一般很少单独用于产品的包装，常与其他的材料进行复合使用，如真空镀铝薄膜、塑料铝箔的蒸煮袋，如图2-44所示。

三、金属包装制品

1．金属包装容器

金属包装容器，是指用金属薄板制造的薄壁包装容器，以其机械性能好、阻隔性优异、易于实现自动化生产和形状多样等独特性能，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。

目前常用的金属包装容器有金属罐、金属桶、金属软管、复合罐等。

（1）金属罐

金属罐，是指用金属薄板制成的容量较小的容器。金属罐按照结构和加工工艺的不同，可分为三片罐和两片罐；按照金属罐的形状可分为圆形罐、方形罐、异形罐等；按照材质的不同可分为马口铁铁罐、TFS罐、铝罐等；按照开启方法可分为开顶罐、易拉罐、卷开罐等，按照内壁有无涂料可分为素铁罐和涂料罐。下面着重介绍两片罐和三片罐。

①三片罐

三片罐又称为接缝罐，是早期一种空罐形式，整个罐子由罐身、罐底和罐盖三部分组成（如图2-45、图2-46所示）。罐身的接缝连接可采用锡焊法、电阻焊法和黏结法密封，而罐底、罐盖与罐身之间多采用二重卷边的方式连接，如午餐肉、八宝粥以及杏仁露的商品包装多采用三片罐的包装形式。

三片罐的生产工艺分为锡焊法、电阻焊法和黏结法三种，主要区别在罐身接缝的制造。三片罐制造过程分为以下几步：第一步，将卷材切成长方形板材；第二步，对片材进行印刷装潢处理；第三步，对板材卷圆筒并焊罐身侧缝；第四步，修补合缝处的涂层；第五步，罐体分切；第六步，罐口处缩颈（扩颈）处理；第七步，罐身两端形成凸缘；第八步，封闭端盖；第九步，检验后堆放。

②两片罐

两片罐是由罐盖和罐身两部分组成的，其罐身和罐底是一个整体（如图2-47所示）。通常两片罐的罐身是采用一定形状（方形）的金属薄片，经过模具的多次冲拔，形成罐身罐底一体的包装容器。两片罐与三片罐相比，有如下优点：无罐身接缝，其密封性好，因此广泛运用于含气饮料的包装；罐身内部涂层完整，避免了内装物与金属接触造成的污染；质量较三片罐轻，节约运输成本；两片罐的工艺简单，生产周期短，自动化效率高。

两片罐根据其工艺流程的不同，可分为变薄拉深罐和拉深罐。

拉深罐又可以分为浅拉深罐和深拉深罐（DRD罐）两种。浅拉深罐是指只需一至两次冲拔拉深即可成型的金属罐，一般长径比（罐高与罐底直径之比）小于1，所用材质多为铝合金薄板，根据冲压模具形状的不同，可制成圆形、长方形等形状；深拉深罐是指在制罐中需要几次连续冲压（多为两次）使罐身直径越来越小，罐壁与罐底厚度基本不变，长径比一般为1.5:1。深拉深罐的形状一般为圆形，所用材质多为马口铁。

变薄拉深罐又称DI罐（或DWI罐），常用的板材有铝材、马口铁和白铁板等，变薄拉深罐罐身壁厚明显变薄，而罐底厚度基本不变，最大的特点为长径比很大，一般在2:1～5:1。变薄拉深罐一般需进行多次（一般为三次）变薄拉深。

（2）金属桶

金属桶是指厚度大于0.5mm的金属板制成的容量大于20L的容器，多用于盛装流质、半流质和吸湿性很强的粉状、块状或颗粒状物品，主要用于油脂、燃油、防冻液等大中型运输包装。

金属板按照其结构形式主要有以下几种：

①全开口桶：装有可拆卸桶顶的金属桶。

②闭口桶：装有不可拆卸桶顶的金属桶，桶顶和桶底用卷边接缝或其他方式永久固定于桶身。其中小开口桶的桶顶开口直径≤70mm，中开口桶的开口直径＞70mm。

③缩颈桶：桶径在顶部或底部明显缩小，以便于堆码放置。

④提桶：带提手的金属桶。

按照材料的不同可以分为以下几种类型。

①钢桶。这是用低碳钢板制成的圆柱形包装容器，容积较大（30～200L），钢板厚度在0.5mm以上，为增加钢度，在桶身上有向外凸出的几道环筋，如图2-48所示。钢桶具有机械强度大，耐压，耐冲击，密封性好，容量大，可多次重复使用等特点。

根据包装产品的不同，钢桶可分为：小型桶，俗称油桶，在桶顶有小注入口一个，配有带密垫圈的钢制螺旋封盖，可包装汽油、煤油、植物油等液体物料；中口桶，桶顶注入口较大，配有防渗封盖，便于装填和取出内装物，可包装粉状、块状和半流体物料；大口桶，其桶身无顶盖，完全敞开，桶身上端有凸缘，桶盖靠桶箍与桶身密封。大口桶易于装填和取出物料，且便于清洁，适于包装具有腐蚀性的粉状、块状和半流体物料。

②镀锌桶和镀锡桶。镀锌钢板又称白口铁，镀锡钢板又称马口铁，是在低碳钢板上镀上作为保护层的锌或锡而成，使钢板的防腐蚀能力大为提高，如图2-49所示。镀锡桶和镀锌桶被广泛应用于包装食品、药品、土产品、化工产品等。

③铝桶。有纯铝板桶和铝合金板桶两种。铝桶一般为中、小型桶，由于铝桶的刚度、强度不如钢桶，故常用钢环筋和裙边加固，如图2-50所示。铝桶防锈、防腐蚀性能均比钢桶好，常用于包装酒类和各种食品。

（3）金属软管

用挠性金属材料制成的圆柱形包装容器。软管一端折合压封或焊封，另一端形成管肩和管嘴，通过挤压管壁使内装物从管嘴流出。金属软管主要由管身、管肩、管嘴、管底封折和管盖组成，主要用于工业制品、药品、食品、化妆品等膏状制品的包装，如图2-51、图2-52所示。

金属软管常用的金属材料有铅、锡、铝等。金属软管的生产现已完全实现自动化生产，以金属软管中的铝管为例说明制造工艺：第一步，对铝进行熔炼、轧制、冲裁；第二步，进行挤压、精整处理；第三步，内层涂涂料；第四步，烘箱干燥处理；第五步，外层底涂；第六步，进行印刷、装潢；第七步，封盖；第八步，软管进行注入填充。

（4）复合罐

复合罐一般是指罐体和罐盖用不同的材料制成的罐式容器（如图2-53所示）。通常罐体材料为纸板、塑料和铝箔等复合材料，端盖多用镀锡铁皮、铝板以及塑料板，也有铝箔、塑料与纸板的复合材料。复合罐相对其他金属包装容器来说，可以进行自主设计，以获得良好的印刷效果；同时，还可以进行小批量生产，生产成本较小。复合罐身与罐盖、罐底多用二重卷边或者热封合的方式连接。复合罐的生产过程是先将罐体与端盖通过二重卷边或者其他方法连接，然后可进行产品的充填，充填完成后，再将另一端盖进行封合，完成包装。

2．金属封合物

金属封合物是指附加在塑料、玻璃和金属包装容器上，用于开启和封合的装置，包括各种金属盖、易拉罐等。刚性包装容器多采用金属封合物进行封合。下面介绍几种常见的金属封合物。

（1）皇冠盖，指靠封合面的摩擦力使其维护在封合位置上的一种金属盖材（如图2-54所示）。为保证封合的密封性，皇冠盖内多配制衬垫材料。皇冠盖所用材料多为马口铁或者TFS板材，选用中需保证其材料具有一定的强度、硬度以及耐冲击性。皇冠盖广泛应用于含气饮料和啤酒的包装。

（2）滚压盖，指用延展性较好的铝质材料制成的一种金属螺纹盖（如图2-55所示），瓶盖无预先制作螺纹，封盖时采用滚压的形式，使容器螺纹的外形与盖子完全吻合，密封牢固。广泛应用于酒类、果汁、口服液产品的包装。

（3）螺旋盖，指预置螺旋盖（如图2-56所示），与滚压盖不同，盖子在制成前已经制作好螺纹。盖材多用马口铁，密封效果较滚压盖差，通常为提高密封强度，可在盖与容器之间加以衬垫。螺旋盖加工简单，价格低，广泛应用于药品、速溶咖啡等食品的包装。

（4）易拉盖。为方便金属罐的开启而设计，盖材所用材料多为铝材和马口铁。根据开启方式的不同，可分为拉环式（如图2-57所示）、保留式（如图2-58所示）、圆形食品罐用盖（如图2-59所示）、方形全开式食品罐用盖（如图2-60所示）。