馬口鐵包裝專用PET覆膜
一、發(fā)展歷史
早在十九世紀(jì)初，馬口鐵就開始應(yīng)用于食品包裝行業(yè)。在經(jīng)歷了200年的發(fā)展之后，這個(gè)行業(yè)已經(jīng)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(jù)用途的不同，鍍錫的厚度大約在0.5~2μm。全世界每年產(chǎn)錫量約25萬(wàn)噸，其中1/3的錫用于馬口鐵表面電鍍。錫是一種稀有的戰(zhàn)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(shí)也在積極尋找替代產(chǎn)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(chǎn)成本低于馬口鐵（以0.2mm厚度的鍍鉻鐵為例，其售價(jià)比相同厚度馬口鐵低約￥1,000/噸）。鍍鉻鐵的歷史比馬口鐵要短很多。
1953年，美國(guó)伯利恒鋼廠建成第一條鍍鉻鐵生產(chǎn)線。
1961年，日本東洋鋼板公司建立了日本第一條鍍鉻鐵生產(chǎn)線。
1989年，日本東洋鋼板成功生產(chǎn)出以鍍鉻鐵為基板的覆膜鐵。目前，日本在覆膜鐵生產(chǎn)技術(shù)方面處于全球領(lǐng)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(chǎn)線。2005年，日本覆膜鐵的實(shí)際產(chǎn)量就達(dá)到了49萬(wàn)噸，占T F S 產(chǎn)量的60%。
1991年，歐洲覆膜鐵投產(chǎn)，德、英、美、法等國(guó)都研制成功了能完全代替馬口鐵的覆膜鐵，但總產(chǎn)量和日本相比還有很大差距。
本世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)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(chǎn)品也稱之為“覆膜鐵”，但性能與國(guó)外覆膜鐵相距甚遠(yuǎn)，只能用于茶葉罐、月餅盒等雜罐，不能用做食品罐、飲料罐。
目前，市場(chǎng)所需的以TFS為基材的覆膜鐵在我國(guó)還沒(méi)有大規(guī)模生產(chǎn)能力，主要依賴進(jìn)口。
二、原材料及結(jié)構(gòu)
1、 覆膜鐵基材
覆膜鐵往往使用多層聚脂復(fù)合薄膜（厚度約為20-25微米），它阻隔腐蝕介質(zhì)滲透的能力接近于“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(shí)罐身焊縫處易產(chǎn)生銹蝕，且粘合力不牢，因此實(shí)際使用上，各國(guó)都是用鍍鉻鐵TFS作基材。由于TFS產(chǎn)品表面存在一層鉻的水合氧化物膜，可與有機(jī)膜以氫鍵的形式結(jié)合在一起，其有機(jī)膜覆合的牢度極高。
2、 覆膜鐵用高分子薄膜
對(duì)于覆膜鐵來(lái)說(shuō)，膜的研制是其核心技術(shù)。用于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(nèi)容物的理化性能兼容，以確保其對(duì)鍍鉻基板和內(nèi)容物的良好阻遏；同時(shí)，在罐裝各種內(nèi)容物的貨架期內(nèi)須保持所包裝食品的風(fēng)味；此外，在食品高溫蒸煮殺菌過(guò)程中不變色和脫落，以保持高的濕潤(rùn)密閉性，并在制罐成型過(guò)程中，能經(jīng)受高溫、高摩擦力和彎曲等復(fù)合力的作用，具有較好的附著力。
理論上可用于與TFS復(fù)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(yōu)。PET膜具有成型性、可殺菌性、硬度高、耐磨、經(jīng)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(yīng)用上可分為用于深沖的膜、一般化工罐膜和食品罐膜。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，覆膜鐵用PET聚酯薄膜為多層結(jié)構(gòu)（一般為2~3層），需采用多層共擠的方式生產(chǎn)。其中，與TFS貼合的一層為改性PET，其熔點(diǎn)低于普通PET，在達(dá)到其熔點(diǎn)后能夠與TFS迅速貼合。
3、 覆膜鐵結(jié)構(gòu)
用于制罐的覆膜鐵其結(jié)構(gòu)有內(nèi)壁和外壁之分，內(nèi)外壁覆膜均有兩層。內(nèi)壁外層起到阻遏作用，內(nèi)壁內(nèi)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于印刷等作用，外壁內(nèi)層起到與鍍鉻鐵黏合的作用。
三、生產(chǎn)工藝
覆膜鐵生產(chǎn)采用的是高溫、高壓、快速冷卻復(fù)合工藝。
覆膜鐵的生產(chǎn)線主要由鍍鉻鐵開卷部分、焊接及鐵表觀質(zhì)量檢測(cè)、基板加熱、覆膜單元、冷卻單元、產(chǎn)品檢測(cè)及涂油卷取等部分組成，其中最核心的部分為基板的加熱區(qū)域和覆膜單元。通過(guò)電磁感應(yīng)加熱輥預(yù)熱部分加熱鋼帶至膜的熔點(diǎn)以上溫度，用對(duì)稱的兩個(gè)壓力膠輥的擠壓進(jìn)行基板與膜的熱熔貼合。熱貼后的鋼帶通過(guò)冷卻裝置進(jìn)行快速冷卻，以確保熔融后的高分子迅速重新結(jié)晶。
目前，全球主要覆膜鐵生產(chǎn)線對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)熱都是使用電磁感應(yīng)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(nèi)）。但只有均勻的加熱輥是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guān)鍵所在。包覆在壓膜輥表面的是硬質(zhì)橡膠，在液壓缸的作用下能夠?qū)︿摪搴捅∧ば纬珊芨叩膲毫Α榱吮３帜z輥表面的溫度不至于太高，往往都設(shè)計(jì)有冷卻輥對(duì)其進(jìn)行冷卻。但同時(shí)，由于橡膠的導(dǎo)熱性極差，如果冷卻輥的溫度不夠均勻，長(zhǎng)期積累下來(lái)，也會(huì)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，鋼板與薄膜復(fù)合的關(guān)鍵在于以下幾點(diǎn)：
1. 能夠提供高溫（250℃以上）且均勻性良好的加熱源（±1℃以內(nèi)）——現(xiàn)有成熟覆膜鐵生產(chǎn)線均采用電磁感應(yīng)加熱輥；
2. 硬質(zhì)膠輥，能穩(wěn)定提供很高的壓力，確保鋼板與薄膜均勻復(fù)合；同時(shí)，為確保在生產(chǎn)初期的廢品率盡可能降低，需要對(duì)膠輥均勻地加熱，讓膠輥表面一開始就達(dá)到生產(chǎn)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，表面溫差小于±1℃，只有這樣才能保證膠輥表面的溫度均勻；
5. 潔凈的工作環(huán)境，確保鋼板與薄膜復(fù)合時(shí)不會(huì)夾帶灰塵等雜物，提高產(chǎn)品合格率。
四、應(yīng)用前景
相比傳統(tǒng)印鐵工藝，覆膜鐵在性能、材料成本、生產(chǎn)成本、環(huán)保和能源消耗等方面具備更多優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用范圍十分廣泛：
1、 在食品金屬罐方面的應(yīng)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(yīng)用：化工罐、油漆罐、涂料罐、二片氣霧罐及各種頂?shù)咨w等。特別是留空覆膜加工技術(shù)，可適用于各種三片罐的制罐。
3、 在裝飾罐方面的應(yīng)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(yè)的應(yīng)用：建筑板材、墻壁、吊頂、防盜門、地板、遮陽(yáng)棚等等。
隨著兩片罐應(yīng)用在全球迅速的擴(kuò)張，極大地促進(jìn)了我國(guó)兩片罐的市場(chǎng)需求。目前，國(guó)內(nèi)兩片罐（鋼和鋁）的年消費(fèi)量約為100億只左右。以每年10%的增長(zhǎng)率來(lái)計(jì)算，5年后國(guó)內(nèi)兩片罐的需求將達(dá)到160億只，凈增加60億只。而隨著綠色環(huán)保的要求越來(lái)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。因此可以預(yù)見，以綠色環(huán)保的覆膜鐵制作兩片罐的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景非常廣闊。
目前，我國(guó)用于食品包裝的馬口鐵每年消耗約400萬(wàn)噸，如果覆膜鐵技術(shù)一旦成熟，理論上可以完全取代現(xiàn)有馬口鐵。因此，覆膜鐵未來(lái)在我國(guó)的發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?br />
五、國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)高溫覆膜鐵尚處于起步階段，目前僅有少數(shù)幾家企業(yè)在覆膜鐵生產(chǎn)方面做出努力。
1、 上文提到的一家無(wú)錫公司在生產(chǎn)出粘合法覆膜鐵后，也在嘗試高溫熔融法覆膜鐵生產(chǎn)線的開發(fā)。由于缺少本文第三章中所提的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其高溫熔融法覆膜鐵生產(chǎn)線開發(fā)之路注定不會(huì)平坦。
2、 一家來(lái)自北京的上市公司花了幾年時(shí)間在紹興建成了一條覆膜鐵小試線，現(xiàn)在仍然在完善之中。目前，該公司還投巨資正在建設(shè)一條中試線。這條中試線也面臨著上述同樣的問(wèn)題。
3、 鋼鐵巨頭寶鋼2007年建成的TFS冷軋薄板目前是國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的生產(chǎn)線，該公司希望引進(jìn)國(guó)外成熟的覆膜鐵成套生產(chǎn)技術(shù)，但談判多年未果。
4、 上海紅宇化工專業(yè)供應(yīng)覆膜鐵生產(chǎn)必須的PET薄膜，能夠確保鋼板在與薄膜復(fù)合時(shí)始終維持溫度偏差在±1℃之內(nèi)?，F(xiàn)已生產(chǎn)出合格的覆膜鐵產(chǎn)品，并得到了多家制罐企業(yè)的認(rèn)可。由于掌握了多項(xiàng)核心技術(shù)，目前已得到外部巨資的親睞。假以時(shí)日，必定會(huì)在業(yè)內(nèi)掀起軒然大波。
在覆膜鐵的關(guān)鍵材料生產(chǎn)方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)和日本相比還有些差距，但差距并不大。
國(guó)內(nèi)TFS生產(chǎn)廠家主要有寶鋼、中山中粵、東海薄板、統(tǒng)一馬口鐵等，其中能生產(chǎn)兩片罐的目前還只有寶鋼一家。東海薄板從日本JFE引進(jìn)了一條連續(xù)退火冷軋薄板生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2014年5月投產(chǎn)，據(jù)稱其TFS性能可與寶鋼產(chǎn)品媲美。
目前，國(guó)內(nèi)有多家薄膜生產(chǎn)企業(yè)可以提供合格的覆膜鐵生產(chǎn)所需的薄膜，但僅限于三片罐、頂?shù)咨w等產(chǎn)品，可用于深沖兩片罐的薄膜暫時(shí)還沒(méi)有生產(chǎn)。隨著覆膜鐵生產(chǎn)線的建成，相信國(guó)內(nèi)薄膜生產(chǎn)企業(yè)一定會(huì)加大覆膜鐵薄膜的開發(fā)，用于深沖兩片罐的薄膜遲早會(huì)開發(fā)成功。
總之，覆膜鐵在國(guó)內(nèi)屬于朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，由于其性能優(yōu)越、產(chǎn)品和工藝環(huán)保、價(jià)格有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在不久的將來(lái)一定會(huì)在金屬包裝行業(yè)內(nèi)逐步取代馬口鐵。
