覆膜鐵包裝——創新的商業模式

文/楊柳

覆膜鐵是通過熔融法將塑料薄膜復合在冷軋薄鋼板上的復合材料，是一種鋼鐵深加工產品。通過在冷軋薄鋼板或鍍鉻鐵正反兩面覆蓋多層聚脂復合薄膜，覆膜鐵可以兼具塑料薄膜和金屬板材的雙重特性。和傳統的金屬包裝材料馬口鐵相比，覆膜鐵不但原材料本身不含有害物質，其后續生產過程也很環保，且生產成本比馬口鐵要低，因此，覆膜鐵已經被廣泛認為是馬口鐵在包裝行業的最佳替代產品。

一、 發展歷史

早在十九世紀初，馬口鐵就開始應用于食品包裝行業。在經歷了200年的發展之后，這個行業已經非常成熟。所謂馬口鐵，就是在表面電鍍一層金屬錫的冷軋薄鋼板。根據用途的不同，鍍錫的厚度大約在0.5~2μm。全世界每年產錫量約25萬噸，其中1/3用于馬口鐵表面電鍍。錫是一種稀有的戰略資源，為了減少錫的使用，人們一方面不斷將錫的鍍層減薄，另一方面也在積極尋找替代產品。鍍鉻鐵就是其中的一種。

鍍鉻鐵是一種無錫鋼板（Tin free steel），是在冷軋薄鋼板表面電鍍一層金屬鉻。不同的是，鉻的鍍層厚度大約只有馬口鐵表面錫鍍層的1%。因此，鍍鉻鐵的生產成本低于馬口鐵（以0.2mm厚度的鍍鉻鐵為例，其售價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，美國伯利恒鋼廠建成第一條鍍鉻鐵生產線。

1961年，日本東洋鋼板公司建立了日本第一條鍍鉻鐵生產線。

1989年，日本東洋鋼板成功生產出以鍍鉻鐵為基板的覆膜鐵。目前，日本在覆膜鐵生產技術方面處于全球領先水平，除東洋鋼板之外，新日鐵和JFE公司都有各自的覆膜鐵生產線。2005年，日本覆膜鐵的實際產量就達到了49萬噸，占T F S 產量的60%。

1991年，歐洲覆膜鐵投產，德、英、美、法等國都研制成功了能完全代替馬口鐵的覆膜鐵，但總產量和日本相比還有很大差距。

本世紀初，無錫一家公司用粘合法在低溫下將塑料薄膜貼到鍍鉻鐵上，其產品也稱之為“覆膜鐵”，但性能與國外覆膜鐵相距甚遠，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，市場所需的以TFS為基材的覆膜鐵在我國還沒有大規模生產能力，主要依賴進口。

二、 原材料及結構

1、覆膜鐵基材

覆膜鐵往往使用多層聚脂復合薄膜（厚度約為20-25微米），它阻隔腐蝕介質滲透的能力接近于“完全阻遏”，因此覆膜鐵基材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罐身焊縫處易產生銹蝕，且粘合力不牢，因此實際使用上，各國都是用鍍鉻鐵TFS作基材。由于TFS產品表面存在一層鉻的水合氧化物膜，可與有機膜以氫鍵的形式結合在一起，其有機膜覆合的牢度極高。

2、覆膜鐵用高分子薄膜

對于覆膜鐵來說，膜的研制是其核心技術。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，又要與不同罐裝內容物的理化性能兼容，以確保其對鍍鉻基板和內容物的良好阻遏；同時，在罐裝各種內容物的貨架期內須保持所包裝食品的風味；此外，在食品高溫蒸煮殺菌過程中不變色和脫落，以保持高的濕潤密閉性，并在制罐成型過程中，能經受高溫、高摩擦力和彎曲等復合力的作用，具有較好的附著力。

理論上可用于與TFS復合的塑料薄膜有PP、PET、PC、PE等，其中PET膜最為常見，綜合性能最優。PET膜具有成型性、可殺菌性、硬度高、耐磨、經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。從應用上可分為用于深沖的膜、一般化工罐膜和食品罐膜。從結構上來看，覆膜鐵用PET聚酯薄膜為多層結構（一般為2~3層），需采用多層共擠的方式生產。其中，與TFS貼合的一層為改性PET，其熔點低于普通PET，在達到其熔點后能夠與TFS迅速貼合。

3、覆膜鐵結構

用于制罐的覆膜鐵其結構有內壁和外壁之分，內外壁覆膜均有兩層。內壁外層起到阻遏作用，內壁內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，外壁內層起到與鍍鉻鐵黏合的作用。

三、 生產工藝

覆膜鐵生產采用的是高溫、高壓、快速冷卻復合工藝。

覆膜鐵的生產線主要由鍍鉻鐵開卷部分、焊接及鐵表觀質量檢測、基板加熱、覆膜單元、冷卻單元、產品檢測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域和覆膜單元。通過電磁感應加熱輥預熱部分加熱鋼帶至膜的熔點以上溫度，用對稱的兩個壓力膠輥的擠壓進行基板與膜的熱熔貼合。熱貼后的鋼帶通過冷卻裝置進行快速冷卻，以確保熔融后的高分子迅速重新結晶。

目前，全球主要覆膜鐵生產線都是使用電磁感應加熱輥對鋼板進行預熱。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）。但只有加熱輥的溫度具有高均勻性是遠遠不夠的，壓膜輥的溫度均勻性才是鋼板與薄膜貼合一致性的關鍵所在。包覆在壓膜輥表面的是硬質橡膠，在液壓缸的作用下能夠對鋼板和薄膜形成很高的壓力。為了保持膠輥表面的溫度不至于太高，往往都設計有冷卻輥對其進行冷卻。但同時，由于橡膠的導熱性極差，如果冷卻輥的溫度不夠均勻，長期積累下來，也會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，鋼板與薄膜復合的關鍵在于以下幾點：

1. 能夠提供高溫（250℃以上）且均勻性良好的加熱源（±1℃以內）——現有成熟覆膜鐵生產線均采用電磁感應加熱輥；

2. 硬質膠輥，能穩定提供很高的壓力，確保鋼板與薄膜均勻復合；同時，為確保在生產初期的廢品率盡可能降低，需要對膠輥均勻地加熱，讓膠輥表面一開始就達到生產所需的溫度（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. 潔凈的工作環境，確保鋼板與薄膜復合時不會夾帶灰塵等雜物，提高產品合格率。

四、 應用前景

相比傳統印鐵工藝，覆膜鐵在性能、材料成本、生產成本、環保和能源消耗等方面具備更多優勢，其應用范圍十分廣泛：

1、 在食品金屬罐方面的應用：食品罐、飲料罐、四旋蓋、糖果罐、茶葉罐、易開蓋等。

2、 在化工罐方面的應用：化工罐、油漆罐、涂料罐、二片氣霧罐及各種頂底蓋等。特別是留空覆膜加工技術，可適用于各種三片罐的制罐。

3、 在裝飾罐方面的應用：便攜煙灰盒、禮品盒、文具盒、首飾盒、煙盒、酒盒等等。

4、 其他行業的應用：建筑板材、墻壁、吊頂、防盜門、地板、遮陽棚等等。

兩片罐應用在全球的迅速擴張極大地促進了我國兩片罐的市場需求。目前，國內兩片罐（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年后國內兩片罐的需求將達到160億只，凈增加60億只。而隨著綠色環保的要求越來越嚴格和資源日漸緊缺，可回收和循環再生的金屬包裝材料愈加為人們所青睞。因此可以預見，以綠色環保的覆膜鐵制作兩片罐的國內市場前景非常廣闊。

目前，我國用于食品包裝的馬口鐵每年消耗約400萬噸，覆膜鐵技術一旦成熟，理論上可以完全取代現有馬口鐵。因此，覆膜鐵在我國的發展潛力十分巨大。

五、 國內發展現狀

國內高溫覆膜鐵尚處于起步階段，目前僅有少數幾家企業在覆膜鐵生產方面做出努力。

1、上文提到的無錫一家公司在生產出粘合法覆膜鐵后，也在嘗試高溫熔融法覆膜鐵生產線的開發。由于缺少本文第三部分所提的多項關鍵技術，其高溫熔融法覆膜鐵生產線開發之路注定不會平坦。

2、北京的一家上市公司花了幾年時間在紹興建成了一條覆膜鐵小試線，現在仍然在完善之中。目前，該公司正在投巨資建設一條中試線。這條中試線同樣也面臨著上述問題。

3、鋼鐵巨頭寶鋼2007年建成的TFS冷軋薄板生產線是目前國內最先進的TFS生產線，該公司希望引進國外成熟的覆膜鐵成套生產技術，但談判多年未果。

4、上海聯凈公司擁有覆膜鐵生產必須的電磁感應加熱輥，同時擁有復合需要的特種膠輥技術和國際領先的冷卻輥技術，三者組合能夠確保鋼板在與薄膜復合時始終維持溫度偏差在±1℃之內。依靠這幾項技術，上海聯凈申請了多項專利，現已生產出合格的覆膜鐵產品，并得到了多家制罐企業的認可。盡管規模尚小，但由于掌握了多項核心技術，該公司已得到外部巨資的親睞，假以時日，其必定會在業內掀起軒然大波。

在覆膜鐵的關鍵材料生產方面，國內企業和日本企業相比還有些差距，但差距并不大。

國內TFS生產廠家主要有寶鋼、中山中粵、東海薄板、統一馬口鐵等，其中能生產兩片罐的目前還只有寶鋼一家。東海薄板從日本JFE引進了一條連續退火冷軋薄板生產線，預計2014年5月投產，據稱其TFS性能可與寶鋼產品媲美。

目前，國內有多家薄膜生產企業可以提供合格的覆膜鐵生產所需的薄膜，但僅限于三片罐、頂底蓋等產品，可用于深沖兩片罐的薄膜暫時還沒有生產能力。隨著覆膜鐵生產線的建成，相信國內薄膜生產企業一定會加大覆膜鐵薄膜的開發，用于深沖兩片罐的薄膜遲早會開發成功。

總之，覆膜鐵在國內屬于朝陽產業，由于其性能優越、產品和工藝環保、價格有競爭優勢，在不久的將來一定會在金屬包裝行業內逐步取代馬口鐵。