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覆膜鐵的產(chǎn)品特性及其國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

覆膜鐵的產(chǎn)品特性及其國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 

Properties of Laminated Steel Product and Its Development Situation 

陳云鵬，黃久貴，李建中，田彥文，劉常升 

(1．寶山鋼鐵股份有限公司寶鋼分公司冷軋薄板廠，上海 200431； 

2．東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧 沈陽 110004) 

摘 要：介紹了覆膜鐵的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品特性及發(fā)展歷程，并分析了國內(nèi)外覆膜鐵產(chǎn)品  的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景。 

關(guān)鍵詞：覆膜鐵；特性；發(fā)展?fàn)顩r；應(yīng)用 

中圖分類號：TG335.22  文獻標(biāo)識碼：A  文章編號：1003-9996(2010)01-0045-04

l前言 

隨著技術(shù)發(fā)展、消費觀念與時尚的變化，在包裝材料中金屬、塑料、紙張和玻璃之間的競爭日趨激烈。而金屬包裝材料以其密閉性好、質(zhì)地堅硬、彈性好、阻光性好、阻氣性好等特點，在包裝領(lǐng)域一直占有重要地位，尤其對于肉類、蔬菜等產(chǎn)品，金屬容器仍是首選。鍍錫板作為金屬包裝材料的重要組成部分，在食品、飲料、氣霧罐和化工罐等領(lǐng)域有著重要的角色[1]。但是，由于錫為主要的戰(zhàn)略資源，價格較貴，且資源日益枯竭，因此，鍍鉻鐵、覆膜鐵以及粉末電泳產(chǎn)品等[2,3]作為鍍錫板及低錫板的替代產(chǎn)品，越來越為人們所關(guān)注。 

2覆膜鐵的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品特點 

2.1覆膜鐵的生產(chǎn)工藝 

覆膜鐵是在冷軋薄鋼板(一般為卷料鋼板)／鍍鉻鐵兩面覆蓋(粘合)上多層的聚脂復(fù)合薄膜(厚度約為20～25μm)，為一種兼有塑料薄膜和金屬板材雙重特點的金屬功能材料。理論上覆膜鐵基板可直接采用冷軋薄鋼板，即留空覆膜鐵。彩色薄膜留空覆膜技術(shù)為中國獨有技術(shù)，但是，留空覆膜鐵制罐時罐身焊縫處易產(chǎn)生銹蝕，且粘合力不牢；在歐美和日本，覆膜鐵技術(shù)多采用鍍鉻鐵TFS作基板，即不宜留空覆膜鐵。其有機膜覆合的牢度極高，這主要是由于TFS產(chǎn)品表面存在一層鉻的水合氧化物膜，與有機膜以氫鍵的形式結(jié)合在一起，如圖1所示。圖2為直接與ECCS電鍍區(qū)段連接的覆膜作業(yè)線[4]。

目前，覆膜工藝有兩種：一是高溫高壓下的擠壓工藝。采用高溫覆膜及急冷重結(jié)晶等技術(shù)，有機膜覆合的牢度極高(歐美國家和日本多采用此工藝)；二是粘合工藝法，采用低溫粘合，其粘合牢度不及高溫高壓法。 

2.2覆膜鐵的產(chǎn)品特點 

與涂料鐵(即內(nèi)涂外印的馬口鐵(鍍鉻鐵))相比，覆膜鐵具有以下特點[4-6]： 

(1)具有良好的防銹、裝飾、隔熱、減震等功能，尤其耐沖壓、耐腐蝕性是涂料鐵不能比擬的。由于覆膜鐵所覆蓋(粘合)上去的薄膜為多層的聚脂復(fù)合薄膜，它阻隔腐蝕介質(zhì)滲透的能力接近于“完全阻遏”。對于番茄醬罐、兩片罐的包裝來說，覆膜鐵是理想的材料。而涂料鐵在耐腐蝕性和附著力之間存在矛盾。 

(2)表面針孔少，致密，且可在覆膜上做多種處理，如標(biāo)識、鐳射處理等(與涂層相比較)。而對于二次冷軋覆膜鐵(國外亦稱“馬奈板”(Malei))來說，其具有優(yōu)良的力學(xué)性能，抗拉強度高。表1為二次冷軋覆膜鐵與二次冷軋普通馬口鐵的性能對比。

由表l可見，馬奈板在DR-8的硬度時伸長率為10％，而普通板則為3％。據(jù)文獻報道，馬奈板之所以硬度高、延伸性好，關(guān)鍵是在煉鋼采取真空冶煉，使鋼材中某些非金屬元素(包括碳)的含量和某些金屬元素的含量都大為減少(10-5級)。 

(3)生產(chǎn)效率高、能源消耗和材料成本低。覆膜鐵表面為熱塑性樹脂薄膜，以聚乙烯對酞酸鹽(PET)為代表的聚酯和以聚丙烯(PP)為代表的樹脂使用最好，成膜溫度只有70℃左右，且無需內(nèi)涂外印，生產(chǎn)效率和能源消耗均較為理想；另外，覆膜鐵基板不必用馬口鐵作底材，這在當(dāng)前馬口鐵價格暴漲和資源緊缺的形勢下，其成本優(yōu)勢是顯而易見的。 

(4)有利于環(huán)保。涂料鐵的內(nèi)涂料多以環(huán)氧樹脂為主，外涂料有底涂料、白涂料、上光涂料之分，以丙稀酸和聚酯樹脂為主。印鐵油墨有熱固化和紫外線固化(UV)之分，但印鐵油墨必須與涂料配套才能保證油墨的色彩和附著力等性能。由于目前使用的涂料在有機高分子中加入固化劑、增塑劑、色調(diào)劑等配料，溶解在溶劑和稀釋劑中，所以，印鐵廠仍然存在環(huán)保問題亟待解決。另外，對于番茄醬罐、深沖兩片罐等，涂料鐵還是不夠穩(wěn)定。而表面為熱塑性樹脂薄膜的覆膜鐵在生產(chǎn)過程中無大量溶劑廢氣排出，有利于環(huán)保。   

3覆膜鐵的發(fā)展?fàn)顩r 

20世紀(jì)90年代后，作為鍍錫板代用品之一的TFS產(chǎn)品在美、日兩國獲得了廣泛應(yīng)用。其主要用途為：皇冠蓋、四旋蓋；三片罐的頂?shù)咨w和淺沖罐；食油罐頭、調(diào)味品罐頭；固體形狀的食品、茶葉、洗滌劑等普通容器；內(nèi)燃機燃料油、油漆、涂料罐等。但TFS產(chǎn)品存在2個缺點：一是產(chǎn)品兩面都需涂上防護性涂膜才能使用，而印涂過程對環(huán)境和人類都造成很嚴(yán)重的苯污染；二是某些涂料存在難以避免的微量殘留，影響人體健康。 

因此，20世紀(jì)80年代后期，日本成功生產(chǎn)出以鍍鉻鐵為基板的覆膜鐵。但是，該產(chǎn)品推出初期不能深拉伸，和DI罐的成本差距較大，且市場需求有限，因此沒有得到廣泛應(yīng)用。目前這一技術(shù)問題已經(jīng)得到完美解決，且覆膜鐵的優(yōu)點也得到了用戶廣泛認(rèn)同。覆膜鐵產(chǎn)量迅速提高。目前，日本擁有覆膜鐵生產(chǎn)線5條，東洋鋼鈑公司3條，新日鐵公司2條和JFE公司1條，產(chǎn)能共計為60萬t／a。2005年，日本覆膜鐵的實際產(chǎn)量為49萬t，占TFS產(chǎn)量的60％。從20世紀(jì)90年代開始，德、英、美、法等國都研制成功了能完全代替馬口鐵的覆膜鐵，在鍍錫板的消費總量中占有很大的比重。隨著錫資源緊缺和嚴(yán)酷的環(huán)保要求，迫使覆膜鐵近幾年快速的發(fā)展。表2為2005年初亞歐兩洲覆膜鐵產(chǎn)量。

目前，我國的覆膜鐵生產(chǎn)處于起步階段，共有兩家企業(yè)：一是無錫一家私有企業(yè)，擁有3條生產(chǎn)線，以冷軋薄板為覆膜基板，采用粘合工藝生產(chǎn)，年產(chǎn)量2萬t，生產(chǎn)線速度80m／min，薄膜與基板粘合牢度不及國外；二是上海德勝聯(lián)興公司1998年引進的1條覆膜鐵生產(chǎn)線，雖然其產(chǎn)品質(zhì)量和外觀都優(yōu)于同類型的三片飲料罐產(chǎn)品，但是由于其產(chǎn)品成本太高，完全沒有競爭能力，該生產(chǎn)線從引進到現(xiàn)在都沒能有效開工?？梢哉f，目前市場所需的TFS基板覆膜鐵沒有國產(chǎn)化能力。具有國內(nèi)速度最快、規(guī)格最薄、工藝最先進的鍍鉻鐵專用生產(chǎn)線的寶鋼股份公司冷軋薄板廠，具備以鍍鉻鐵為基板采用高溫、高壓擠壓工藝生產(chǎn)覆膜鐵的條件，其正討論覆膜鐵生產(chǎn)線的投建計劃。 

隨著食品包裝材料的競爭越來越激烈，制罐行業(yè)使用的鋼基金屬材料正向減薄的趨勢發(fā)展。采用二次冷軋技術(shù)可以降低冷軋板的厚度，提高噸鋼的利用率，達到降低成本的目的，從而提高鋼質(zhì)罐的競爭力。目前，寶鋼股份公司冷軋薄板廠具有二次冷軋技術(shù)，產(chǎn)品厚度規(guī)格為0.15～0.36mm，最薄可達到0.10mm。而國外用戶的使用規(guī)格普遍要比國內(nèi)用戶薄得多，現(xiàn)在發(fā)達國家已采用厚度為0.07～0.12mm的極薄鋼板制作桶、罐。寶鋼二次冷軋產(chǎn)品的國外市場占有率也已達20％以上，并在不斷增長。對于二次冷軋覆膜鐵而言，由于要適應(yīng)食品用兩片罐愈來愈多的局面，科拉斯(Corus)集團與皇冠(Crown)制罐公司合作，共同研究了覆膜二次冷軋薄板與現(xiàn)有設(shè)備之間的適應(yīng)性問題。以法國洛林薄板廠為代表，已生產(chǎn)出了伸長率極好的二次冷軋覆膜鐵，很適合作兩片沖壓罐和易開蓋。  

4覆膜鐵的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀及前景 

目前，覆膜鐵在沖壓罐D(zhuǎn)RD、沖拔罐D(zhuǎn)I等兩片罐、異形罐、易開蓋(Easy Opened End)和易撕蓋(Easy Peeled End)等包裝材料市場具有很好的應(yīng)用前景，這也為食品罐頭、各種飲料、油脂化工、日用化學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)提供了個性化、時尚化消費觀念的包裝材料。 

在國外覆膜鐵市場中，不宜留空的覆膜鐵居多，覆膜鐵制罐時可采用干式成型，無需過量的潤滑劑，這樣可避免由清洗潤滑劑而產(chǎn)生大量廢水而污染環(huán)境。因此，各式各樣的沖壓罐D(zhuǎn)RD(還有沖拔罐D(zhuǎn)I)便愈來愈流行。例如：采用聚乙烯對酞酸鹽(PET)和聚丙烯(PP)覆層的覆膜鐵可用于制作瓶蓋、DRD罐和噴霧器的閥蓋等；采用聚酯膜的覆膜鐵具有優(yōu)良的加工附著性和加工耐蝕性，適于制作加工變形量大和內(nèi)裝高腐蝕性物品的深沖罐和焊接罐，同時，聚酯膜覆膜對食品中香味的吸收率小，可以使罐內(nèi)食品中各種成分保持微妙的平衡關(guān)系，使之長期處于良好狀態(tài)。而三片罐由于制作復(fù)雜，在發(fā)達國家已漸漸減少，代之而采用沖壓罐D(zhuǎn)RD和沖拔罐D(zhuǎn)I。日本鋼制兩片罐(DI和TULC)的市場占有率已達60％。 

近些年來，易撕蓋在國外逐漸得到普及。這種蓋實際是由厚度為0. 07～0. 13mm覆膜的二次冷軋薄鋼板或二次冷軋鋁薄板，通過機械和加熱等技術(shù)，巧妙地封于空罐上，使用時一撕就開，某些類別的EPE能經(jīng)受高溫殺菌。從歐美的情況來看，覆膜鋁的技術(shù)比覆膜鐵成熟。但是，鋼易撕蓋的成本只有鋁易開蓋的50％。因此，覆膜鐵易撕蓋是今后發(fā)展的一個方向。 

世界最大的制罐集團印象控股集團(Impress Holding)在德國擁有一個年產(chǎn)14億個魚罐頭的工廠，其70％采用覆膜鋁空罐?；使诩瘓F(Crown)在法國和意大利共有4個生產(chǎn)廠，主要生產(chǎn)精肉罐頭(500萬罐／a)，也采用了覆膜鋁?？梢?，隨著覆膜鐵的技術(shù)發(fā)展，以追求利潤最大化為目標(biāo)的企業(yè)將傾向低成本的覆膜鐵替代高成本的覆膜鋁。 

目前，覆膜鐵在我國兩片罐的應(yīng)用還處于起步階段。隨著兩片罐應(yīng)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(nèi)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年后國內(nèi)兩片罐的需求將達到160億只，凈增加60億只。目前，國內(nèi)鋼制兩片罐產(chǎn)量為12億只左右，占有率僅為12％，產(chǎn)能不足和傳統(tǒng)Dl罐生產(chǎn)過程的能耗問題、二次污染問題及其先天劣勢(影響風(fēng)味致使不能進入啤酒市場，易銹蝕)限制了其進一步發(fā)展。因此可以預(yù)見，以綠色環(huán)保的覆膜鐵制作兩片罐的國內(nèi)市場前景非常廣闊。 

隨著綠色環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格和資源日漸緊缺，可回收和循環(huán)再生的金屬包裝材料為人們所青睞。據(jù)歐洲包裝用鐵制造協(xié)會報告，2003年歐共體15國的鋼鐵包裝回收率已達61％(其中比利時已達94％)，到2008年，將提高到70％。所以，全球的制罐材料業(yè)、制罐業(yè)和制蓋業(yè)，正在發(fā)生革命性的重大變化，二次冷軋薄板、覆膜鐵(覆膜鋁)、沖壓罐、沖拔異形罐和易撕蓋正慢慢成為發(fā)達國家制罐業(yè)的主流。這些變化的關(guān)鍵(基礎(chǔ))是二次冷軋薄板質(zhì)量(煉鋼技術(shù)的進步)的推進和覆膜技術(shù)的發(fā)展。