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單向排氣和充氣技術在鋼桶包裝中的應用
文/楊文亮
隨著用戶對鋼桶包裝要求的提高和制桶行業發展速度的加快，人們對商品的包裝質量日益重視。各種充氣包裝、真空包裝以及排氣包裝越來越受到制桶行業和鋼桶用戶的青睞。近年來，單向充氣和排氣技術在鋼桶包裝中的應用越來越廣泛，出現了單向閥與鋼桶包裝相結合的包裝形式，這種包裝形式能滿足被包裝物的特殊要求，如儲藏或運輸中的自動排氣、單向充氣或抽氣等功能要求，為鋼桶的使用帶來了極大的便利。
1 自動排氣鋼桶
1.1 原理和結構
自動排氣鋼桶主要通過安裝在鋼桶上的單向閥實現自動排氣功能。其單向閥由閥體、閥蓋、密封墊3部分組成，閥體與閥蓋把密封墊嵌在中間，起到平衡鋼桶內外壓力、阻隔外界空氣進入容器內的作用，單向閥的基本結構示意圖見1。將單向閥安裝在鋼桶容器上，可使鋼桶具有自動排氣功能。當包裝鋼桶內壓強大于鋼桶允許接受的最大壓強值時，單向閥的密封墊在鋼桶內外壓差作用下自動開啟，以釋放容器內的氣體，減小容器內壓力，從而避免包裝鋼桶鼓脹泄漏或爆炸。同時，外部氣體由于單向閥的單向阻隔性能而無法進入容器內部，從而保證了內裝物的品質不受損害。
圖1 常見單向排氣閥原理圖
1.2 自動排氣閥的應用
對于危險物品的包裝鋼桶，一般來說，包裝的封口越嚴密越好，特別是對于易于產生氣體、易揮發危險品等更要密封以防泄漏。但由于危險品的特殊性，有些危險品的包裝又不能完全密封。如碳化鈣（電石）在遇潮時會產生乙炔，而乙炔如與堅硬的電石塊或鋼桶壁碰撞出火星，便會發生爆炸，故電石包裝桶一般不能嚴密封口，要留有排氣的小孔。可在電石包裝桶上設置具有自動排氣功能的單向閥裝置，以避免因電石受潮風化而發生的爆炸。這種裝置具有不易脫落、安全可靠、便于安裝、易于加工、成本較低的特點，具有較好的市場發展前景。
如圖2所示，為國家標準的出口電石桶實物圖，桶頂上設有填料口和排氣口。中間的大口為填料口，電石填滿后，用桶蓋進行封口。用于出口的電石桶，一般采用卷邊封口的型式，一次性開啟后不能恢復；用于國內銷售用的電石桶，一般采用螺栓加墊圈的封口方式，可反復開啟。中間填料孔兩側的小孔為透氣孔，為螺母孔，可安裝排氣閥或密封螺栓。
圖2 電石包裝鋼桶實物圖
一般情況下，操作方式是這樣的。第一步先將電石裝填后，把中間裝填孔蓋上桶蓋進行密封。第二步是安裝排氣閥，用于內銷的電石桶，可在其中一個透氣孔上安裝透氣閥，而在另一個透氣孔上安裝密封螺栓；用于出口的電石桶，可從其中一個透氣孔中充入氦氣，從另一個透氣孔中排出空氣，然后將兩個透氣孔都安裝上密封螺栓。
如圖3為電石桶上常用的排氣閥，安裝于桶頂的小螺孔上。
圖3 用于鋼桶上的排氣閥
排氣閥的結構和原理如圖4所示，其工作過程和原理是這樣的。當桶內壓力大于設定壓力時，桶內氣體壓強通過閥口進入排氣閥的通道，推動排氣閥壓縮彈簧，使排氣平墊7向左移，這樣就打開了由通氣平墊4與排氣平墊7所形成的密封。氣體通過閥體3上的小排氣孔排出。當桶內壓力所外界大氣壓力平衡時，彈簧復位，通氣平墊4與排氣閥平墊7貼緊形成密封。
1-彈簧；2-壓力調節閥蓋；3-閥體；4-通氣平墊；
5-橡膠密封圈；6-環氧膠；7-排氣閥平墊
圖4 排氣閥的結構和原理圖
2 真空或充氣包裝鋼桶
2.1 原理和結構
真空包裝鋼桶主要通過鋼桶上的封閉器將包裝容器內的氣體向外抽排，以減少包裝容器內的氣體。其由抽氣裝置、自動吸氣裝置或電動抽氣泵配套使用，閥蓋與外端設備相連接，以實現包裝桶內空氣減少達到一定真空度的作用。也可抽取桶內潮濕空氣，保持桶內干燥，實現一定的真空度，防止桶內生銹。圖5為常見抽真空機實物外形圖。
圖5 抽空氣機實物外形圖
充氣包裝鋼桶主要是由制氮機或氮氣罐，從鋼桶封閉器向桶內充入氮氣，以防止桶內生銹或貨物與空氣反應。也可以向桶內充入干燥空氣，置換桶內的潮濕空氣，達到桶內防銹作用。圖6為常見制氮機原理圖。圖7為常見制氮機實物外形圖。
圖6 制氮機系統原理圖
圖7 制氮機實物外形圖
2.2 真空和充氣包裝鋼桶的應用
目前，真空包裝鋼桶主要應用于鋼桶生產和鋼桶灌裝中。
鋼桶生產企業在鋼桶涂裝前對鋼桶進行了全面的清洗和磷化，使鋼桶內部非常清潔，但是由于生產的環境等原因，可能會使鋼桶內部存有大量潮濕的空氣，這些潮濕的空氣，在桶內表面沒有油脂等任何保護的情況下，很容易生銹，從而降低了鋼桶的清潔度，影響了鋼桶的使用。為了使鋼桶在生產后到用戶正式使用時，這段時間內，鋼桶內部不再生銹，很多企業就采用了對鋼桶抽真空這種方法。其生產過程一般是先利用真空機將桶內潮濕空氣抽出，然后再向桶內充入干燥空氣，要求較高的企業會向桶內充入一部分氮氣，以防止空氣再次進入桶內，從而起到防銹作用。
鋼桶灌裝用戶也有在灌裝時抽取桶內空氣和充入氮氣的。主要是為了防止桶內空氣與內裝貨物起氧化反應。比如出口電石包裝桶，為了防止桶內電石接觸空氣風化，遇潮濕空氣反應生成乙炔氣發生爆炸危險，在罐裝后首先抽取桶內空氣，使桶內變成真空，然后向桶內充入氮氣。在危險貨物包裝中，采用這種方式包裝的還有很多，如金屬鈉、海棉鈦、黃磷等都可以使用這種方法隔絕空氣。
3 結語
單向排氣或充氣包裝利用了單向閥具有氣體單向通過的特性，從而解決了包裝鋼桶內部氣體單向交換而不受外部氣體組分影響這一矛盾。單向排氣或充氣包裝減少了鋼桶的銹蝕和貨物的氧化變質，給鋼桶的應用帶來了極大的便利，且提高了鋼桶的應用范圍；同時，還節約了大量資源，為社會帶來了較大的經濟效益。
鋼桶的真空和充氣包裝，是近年來發展起來的鋼桶生產新工藝，是鋼桶向高清潔應用方向的一大進步，目前已逐步形成了高清潔鋼桶生產的重要方法。
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