覆膜鐵及其應用前景

劉常升

1 前言

隨著技術發展、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、質地堅硬、彈性好、阻光性好、阻氣性好等特點，在包裝領域一直占有重要地位，尤其對于肉類、蔬菜等產品，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域有著重要的角色。但是，由于錫為主要的戰略資源，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品等作為鍍錫板及低錫板的替代產品，越來越為人們所關注。

2 覆膜鐵的生產工藝及產品特點

2.1 覆膜鐵的生產工藝

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為中國獨有技術，但是，留空覆膜鐵制罐時罐身焊縫處易產生銹蝕，且粘合力不牢；在歐美和日本，覆膜鐵技術多采用鍍鉻鐵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合在一起，如圖1所示。圖2為直接與ECCS電鍍區段連接的覆膜作業線。

圖1 TFS基板與有機膜結合示意圖

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晶等技術，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 覆膜鐵的產品特點

與涂料鐵(即內涂外印的馬口鐵(鍍鉻鐵))相比，覆膜鐵具有以下特點：

(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合薄膜，它阻隔腐蝕介質滲透的能力接近于“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。

圖2 與ECCS電鍍區段連接的薄膜層作業線
1-開卷機；2-活套；3-ECCS段；5-活套；6-涂臘；7-卷取機

(2)表面針孔少，致密，且可在覆膜上做多種處理，如標識、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”)來說，其具有優良的力學性能，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。

表1 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％。據文獻報道，馬奈板之所以硬度高、延伸性好，關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，且無需內涂外印，生產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，這在當前馬口鐵價格暴漲和資源緊缺的形勢下，其成本優勢是顯而易見的。

(4)有利于環保。涂料鐵的內涂料多以環氧樹脂為主，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、色調劑等配料，溶解在溶劑和稀釋劑中，所以，印鐵廠仍然存在環保問題亟待解決。另外，對于番茄醬罐、深沖兩片罐等，涂料鐵還是不夠穩定。而表面為熱塑性樹脂薄膜的覆膜鐵在生產過程中無大量溶劑廢氣排出，有利于環保。

3 覆膜鐵的發展狀況

20世紀90年代后，作為鍍錫板代用品之一的TFS產品在美、日兩國獲得了廣泛應用。其主要用途為：皇冠蓋、四旋蓋；三片罐的頂底蓋和淺沖罐；食油罐頭、調味品罐頭；固體形狀的食品、茶葉、洗滌劑等普通容器；內燃機燃料油、油漆、涂料罐等。但TFS產品存在2個缺點：一是產品兩面都需涂上防護性涂膜才能使用，而印涂過程對環境和人類都造成很嚴重的苯污染；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80年代后期，日本成功生產出以鍍鉻鐵為基板的覆膜鐵。但是，該產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用。目前這一技術問題已經得到完美解決，且覆膜鐵的優點也得到了用戶廣泛認同。覆膜鐵產量迅速提高。目前，日本擁有覆膜鐵生產線5條，東洋鋼鈑公司3條，新日鐵公司2條和JFE公司1條，產能共計為60萬t／a。2005年，日本覆膜鐵的實際產量為49萬t，占TFS產量的60％。從20世紀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酷的環保要求，迫使覆膜鐵近幾年快速的發展。表2為2005年初亞歐兩洲覆膜鐵產量。

表2 2005年初亞歐兩洲覆膜鐵產量（單位：萬噸）

目前，我國的覆膜鐵生產處于起步階段，共有兩家企業：一是無錫一家私有企業，擁有3條生產線，以冷軋薄板為覆膜基板，采用粘合工藝生產，年產量2萬t，生產線速度80m／min，薄膜與基板粘合牢度不及國外；二是上海德勝聯興公司1998年引進的1條覆膜鐵生產線，雖然其產品質量和外觀都優于同類型的三片飲料罐產品，但是由于其產品成本太高，完全沒有競爭能力，該生產線從引進到現在都沒能有效開工。可以說，目前市場所需的TFS基板覆膜鐵沒有國產化能力。具有國內速度最快、規格最薄、工藝最先進的鍍鉻鐵專用生產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、高壓擠壓工藝生產覆膜鐵的條件，其正討論覆膜鐵生產線的投建計劃。

隨著食品包裝材料的競爭越來越激烈，制罐行業使用的鋼基金屬材料正向減薄的趨勢發展。采用二次冷軋技術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，產品厚度規格為0.15～0.36mm，最薄可達到0.10mm。而國外用戶的使用規格普遍要比國內用戶薄得多，現在發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有設備之間的適應性問題。以法國洛林薄板廠為代表，已生產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 覆膜鐵的國內外應用現狀及前景

目前，覆膜鐵在沖壓罐DRD、沖拔罐DI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用前景，這也為食品罐頭、各種飲料、油脂化工、日用化學、醫藥衛生等行業提供了個性化、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生大量廢水而污染環境。因此，各式各樣的沖壓罐DRD(還有沖拔罐DI)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，可以使罐內食品中各種成分保持微妙的平衡關系，使之長期處于良好狀態。而三片罐由于制作復雜，在發達國家已漸漸減少，代之而采用沖壓罐DRD和沖拔罐DI。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，巧妙地封于空罐上，使用時一撕就開，某些類別的EPE能經受高溫殺菌。從歐美的情況來看，覆膜鋁的技術比覆膜鐵成熟。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14億個魚罐頭的工廠，其70％采用覆膜鋁空罐。皇冠集團(Crown)在法國和意大利共有4個生產廠，主要生產精肉罐頭(500萬罐／a)，也采用了覆膜鋁。可見，隨著覆膜鐵的技術發展，以追求利潤最大化為目標的企業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用還處于起步階段。隨著兩片罐應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。目前，國內鋼制兩片罐產量為12億只左右，占有率僅為12％，產能不足和傳統Dl罐生產過程的能耗問題、二次污染問題及其先天劣勢(影響風味致使不能進入啤酒市場，易銹蝕)限制了其進一步發展。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。

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為人們所青睞。據歐洲包裝用鐵制造協會報告，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、制罐業和制蓋業，正在發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達國家制罐業的主流。這些變化的關鍵(基礎)是二次冷軋薄板質量(煉鋼技術的進步)的推進和覆膜技術的發展。