第三章-金属、玻璃、陶瓷

1、第四章 金属、玻璃、陶瓷包装材料及容器,第一节金属包装材料及容器,第二节玻璃包装材料及容器,第三节陶瓷包装材料及容器,第一节金属包装材料及容器,一、金属包装材料的发展历史 二、金属包装材料性能 三、常见的金属包装材料 四、金属罐 五、其他金属容器,三、常见的金属包装材料,（一）低碳薄钢板,1、低碳薄钢板：把含碳量小于025的铁碳合金叫做低碳钢，用低碳钢制作的薄钢板称为低碳薄钢板。 2、我国用于制造包装容器的低碳薄钢板有：,普通碳素结构钢低碳薄钢板 优质碳素结构钢低碳薄钢板,（二）镀锡薄钢板,又称镀锡板、马口铁，是两面镀有锡的低碳薄钢板。 以热浸工艺镀锡的称热浸镀锡板； 以电镀工艺镀锡的称是镀锡

2、板； 施涂涂料的电镀锡板称为涂料镀锡板（涂料铁）； 未涂涂料的电镀锡板称为电素铁,（1）钢基板 酸浸时滞值：钢基板浸入盐酸时起至溶解反应速度恒定所需要的时间。一般不超过10S，值越小，钢基板的耐腐蚀性能越好。是评价钢基板耐腐蚀性能指标。,影响因素： A、非金属杂质：表面夹杂物数量越多，抗腐蚀性能越差； B、钢基板的成分：钢基板中含磷、硫、铜会降低耐腐蚀性能。 但对于食品有特殊性： 如：包装橘子类含柠檬酸的食品，用铜稍多的钢基板，增强抗腐蚀性能。对于含碳饮料，用含硫稍多的钢基板，会增强抗腐蚀性能。,(2)锡 层 A、露铁点：暴露出钢基板的孔隙称露铁点。 B、孔隙度：每平方分米上孔隙数或孔隙面积。

3、 是评价露铁点的指标。镀锡板上孔隙度大时，腐蚀速度加快。,C、加工工艺：,D、孔隙度的大小的影响因素： * 表面的净化处理(使表面光滑减少杂质)； * 增加镀锡量 (锡量越大，产生露铁点的可能性就越小) * 加工和使用过程中刮伤破坏锡层的连续性也将影响镀锡板的耐腐蚀性。,衡量指标： 铁溶出值：将一定面积的镀锡板在模拟酸性液中，保持一定的温度和时间，测其铁的溶出量。（值越小,抗腐蚀性能好） * 锡的纯度和锡层晶粒的大小也将影响锡层的耐腐蚀性。,(3) 锡铁合金层 处于钢基板和锡层之间，其主要成分是锡铁金属化合物。,在钢板上镀锡后进行软熔处理和钝化处理产生锡铁合金层，具有媒介作用，使锡牢固地附着于

4、钢板表面，且可使锡层光亮，补偿镀锡层存在的孔隙，提高钢板耐腐蚀性。,合金-锡电偶值ATC：以FeSn2合金为阴极，锡为阳极放置在排气的葡萄柚汁中，在20条件下反应2h后，测量其电流的强度值。,ATC值越小，FeSn2合金层的连续性越好，镀锡板的耐酸性食品的腐蚀性好。 使ATC值变小的方法：镀锡板生产中加强镀锡前的清洗，清除钢基板表面的杂质，合理控制软熔处理工艺，可提高合金层的质量。,(4) 氧化膜 一种：锡层本身形成的氧化物SnO2和SnO。 SnO2 是稳定的氧化物，它在100以下的温度范围内形成且随温度升高数量增多。SnO是不稳定的氧化物，在100以上的温度范围内形成且随温度升高数量增多。

5、,合理地控制镀锡板成型的加工温度，以获得SnO2层将可提高镀锡板的耐腐蚀性。 但如果氧化物过多可能对镀锡板的成型加工和表面涂饰加工带来不好的影响。,另一种：是镀锡板钝化处理后形成的含铬化合物钝化膜； 钝化膜的含铬量越多，耐腐蚀性越好，它可有效地抑制锡氧化变黄，硫氧化变黑。 钝化膜在pH5的环境中易脱落。,(5) 油膜 作用：防止锡层被氧化发黄；防止水气使镀锡板生锈，在使用和制罐当中起到润滑剂的作用。,一般采用棉籽油或癸二酸二酯，油层厚些对防蚀有利，但损害涂料的涂饰性及其它表面性能。, 涂料镀锡板 涂料镀锡板又称涂料铁 1、涂料原因 富含pro的鱼肉高温加热中pro分解产生硫化氢腐蚀镀锡壁与露铁

6、点作用形成硫化铁； 高酸性食品对壁腐蚀产生氢胀穿孔； 2、作用 （1）罐内涂一层涂料可保证食品质量和延长罐头的保存期。涂料将食品与镀锡板有色果蔬壁溶出Sn产生褪色,金属味隔离,减少接触面积。 （2）罐外涂印涂料称之外印铁涂料，既可防止锈蚀，又可把商标印刷在罐头外壁上美化和宣传商品。,3、国内目前罐头内壁涂料主要有： 214抗硫抗酸涂料、脱模涂料、耐深冲涂料、啤酒饮料专用涂料、2126补深涂料，可根据内装物特性要求选择。 4、镀锡板制作三片罐时一般先涂印成涂料铁后再制罐。若罐内壁和外壁都要施涂涂料时，多数先涂内壁再涂外壁,镀锡板的发展方向 节约用锡、降低制罐成本,以低镀锡量代替高镀锡量； 提高钢

7、基板的强度，降低镀锡板的厚度，采用二次冷轧镀锡板，现已用于充气的碳酸饮料罐和啤酒罐，今后石面精整的二次冷轧镀锡板将普遍用于食品罐的生产； 研制各种无锡钢板； 对黑铁皮进行铬酸盐磷酸盐表面处理，加上润滑涂料工艺的改进，用于食品和饮料的包装。,（三）非镀锡薄钢板,由于金属锡的资源少，镀锡薄钢板的成本高。为了降低成本，人们一直设法研制镀锡薄钢板的代用品，因而产生了非镀锡薄钢板。,镀铬薄钢板又铬系无锡钢板，简称镀铬板，TFS板。 镀铬板的价格约比镀锡板低10，是目前制作食品罐的材料中价格最低的，但是它的耐蚀性还是不如镀锡板，主要用于腐蚀性较小的啤酒罐，饮料罐以及食品罐的底盖等，接缝需采用熔接法和粘合法

8、接合。,镀铬板的性能和应用,1、耐蚀性 （1）镀铬钢板虽比镀锡钢板对强酸强碱的抗腐蚀性能差些，但对柠檬酸、乳酸、醋酸等弱酸弱碱能起到很好的保护作用 （2）当镀路板罐内壁施涂涂料后，耐肉类、鱼类和部分蔬菜中的硫化物导致的硫化腐蚀能力比镀锡钢罐还强。,2、对有机涂料的附着性 （1）镀铬板对各种有机涂料的附着力比镀锡钢板普遍都增加36倍，宜制造罐底盖和二片拉深罐，美国90以上二片钢罐采用镀铬板。 （2）镀铬板涂料烘烤时，可采用更高的烘烤温度提高涂印的生产率。,3、机械性能 （1）由于铬层较薄且韧性差，冲拔加工时表面易损伤，铬层会破裂，不能用通常的双重卷边法加工空罐。 （2）在罐头封口时，封口部分涂层

9、易裂或擦伤导致生锈，需加补涂。 4、焊接性能 罐身接缝不能采用锡焊法，制作三片罐时要采用缝焊法或粘合剂粘接法。,镀锌薄钢板,镀锌薄钢板简称镀锌板，俗称白铁皮，它是在低碳薄钢板上镀一层厚002mm以上的锌作为防护层，钢板的防腐蚀能力因而大大提高。,依生产方法镀锌板主要分为热镀锌板和电镀锌板。 热镀锌板是使钢板通过熔融锌液而镀锌，其镀锌层较厚，通常，镀锌层厚的钢板防腐蚀力强，但锌的镀层过厚影响焊接接头的强度； 电镀锌板镀锌层较薄，主要作涂料的底层。 包装工业上，热镀锌板是应用较多的一种金属包装材料，用它制造各种较大容量的桶和特殊用途的容器。因其耐腐蚀性和密封性良好，可用于包装粉状、浆伏和液状商品。

10、,镀铝薄钢板,镀铝薄钢板是作为马口铁代用品而开发的新型包装材料。它的价格低廉、抵抗大气腐蚀的性能强、外表美观，适合用于包装固体物品。 镀铝薄钢板的制造方法主要有热浸法和蒸发法。 热浸法得到的镀铝层较厚，适合制桶； 蒸发法得到的铝层较薄，适合制罐。 镀铝钢不能用锡焊，可用熔接或粘接的方法制罐。 有些食品对铝的腐蚀性比镀锡板强，一般包装非固体物品的镀铝钢要经过瓷漆涂敷并事先经过试验。,（四）铝合金薄板和铝箔,铝材的主要优点,（1）适合用于食品包装； 无毒，无金属异味； 不会造成蛋白质含硫物质的分解； 自然生成三氧化二铝的薄膜阻止氧化的进行； 热传导性能优异； 特别适用于冷冻食品的包装。,（2）铝罐

11、的开启性好，强度较好，加工方法简单，表面处理较易，可着色，印刷效果好。 （3）铝的比重非常轻，原材料的运输方便。 （4）一定厚度的铝箔几乎完全不透气和不透光，用于制造复合薄膜时可有效地保护内装食品，还可以提高塑料薄膜的强度。 （5）废料可以回收再利用。,铝材的主要缺点,造价偏高; 制罐机械不能利用磁铁吸取材料; 质地较软，易出现表面缺陷或造成凹陷等; 目前还没有一种价格便宜，熔点较低，而且对食品卫生无害的无需焊剂的钎料用于铝材的钎焊; 铝的耐腐蚀性较差，不宜用于盛装酸性、碱性及含盐量多的食品; 铝材的这些缺点可以通过与其它材料复合来弥补（见复合软包装材料）,1、铝合金薄板,工业纯铝的铝含量为9

12、9以上，强度低，应用受到很大限制。所以工业上多采用以铝为基础，加入一种或几种其它元素组成铝合金，其强度和硬度明显提高。 包装常用的铝合金薄板材料为铝镁合金和铝锰合金，又称防锈铝合金。其特点是耐腐蚀性强，抛光性好，能长期保持光亮的外观，并且无毒、轻巧耐用，所以广泛用于制作金属包装容器。,铝合金薄板的选用,制成的食品和饮料空罐和空罐形状稳定，要求材料有一定强度，同时为了使其表面在冲压加工和材料运输过程中不易划伤，要求材料具有一定硬度，因而制罐不能选用极软的“O”型纯铝。,不变薄拉深罐常采用3003及5052规格；变薄拉深罐常采用30040规格，但近年美国也采用3004H19硬质铝板，板厚可由059

13、mm降到036mm，以减轻罐的重量。 铝质软管是采用反挤压工艺，成型时材料薄，在凸模下承压面积较大，使变形力大。同时挤压的变形程度很大，故采用强度低、延伸率高的纯铝比较合适。,对易开盖和瓶盖、罐盖，其高度小，冲压成型时变形程度小，对塑性要求比罐身材料低，可按耐压强度选用。 对于易开盖，如材料塑性高反而使盖子不易沿刻痕处被打开。对盖子的坚固性有要求时，材料的强度应高些，可选用5052、5082及5182。,2、铝箔,铝箔通常指纯度在995以上的，厚度在0.2mm以下的铝材。 用于层合的铝箔厚度在715m之间，铝容器的铝箔厚度多为30130m。,铝箔的优点,质量极轻； 遮光性强，对光和热有较高的反

14、射能力，可作防热绝缘包装。 隔绝性好，不透气体和水汽； 高温和低温时的形状稳定性好； 易于加工，可对铝箔进行印刷、着色、压花、表面涂布、上胶、上漆及与塑料、纸加工成复合材料。,铝箔的缺点,不能承受较大的载荷，耐折叠性差； 无封缄性； 太薄的铝箔易形成针孔并易起皱，但如和纸、塑料制成复合材料，上述问题全可解决，其隔绝性等优点能得到更充分的发挥。,1、金属罐结构 （1）三片罐： 罐身、罐底、罐盖； 罐身有接缝，罐身与罐盖、罐底卷封。 罐底和罐盖的结构： 盖钩圆边、肩胛、外凸筋、斜坡、盖中心、密封胶；,四、金属罐,膨胀圈作用（罐盖的外凸筋和斜坡） （1）加强盖强度； （2）加热时适应热膨胀，冷收缩，

15、易恢复形状； （3）适应罐封机械加工要求； （4）显示罐头是否败坏 例：午餐肉的罐盖膨胀圈； 分析：罐内食品结成块状、顶隙较小； 结果：采用膨胀圈的强度要大些；,（2）两片罐：盖身底一体（身无缝，盖与身卷封）,3、罐型 八类：圆罐，冲底圆罐，方罐，冲底方罐，圆罐，冲底椭圆罐，梯形罐，马蹄形罐,4、三片罐制造 罐身制造、罐盖制造、罐身与底盖卷封、空罐质量检验； 罐身纵缝加工：高频电阻熔焊法、压接法、黏接法；,5、二片罐： 适用：啤酒及含气饮料包装。 种类： 变薄拉伸罐（冲拔罐DWI） 卷材冲压预拉伸成坯多次拉伸变薄 缩颈翻边成品 拉深罐（深冲罐DRD） 连续多次变径冲模而成；罐身内径变小，厚度不

16、变；,1、金属软管 （1）工艺：铝料坯 挤压管状 管口螺纹 截取管长涂料、粉刷 （2）材料：铝质材料； （3）特点： 可进行高温杀菌开启方便，再封性好，卫生阻隔性好。 （4）应用：果酱，果冻，调味品等半流体黏稠食品。,五、其他金属容器,2、金属桶 （1）材料：镀锡板、镀锌板、低碳钢板等，内壁涂布树脂涂料； （2）特点：容积大，30-200L； （3）应用：贮存运输包装桶；粉状、块状、浆状食品大口桶。,3、铝箔容皿：指以铝箔为主体材料制成的钢性，半钢性或软性容皿。 （1）皱壁铝箔：稍硬铝合金箔，用于冷冻食品中流通期限很短的方便食品包装；,（2）光壁铝箔容皿：工业纯铝，100以下杀菌食品包装； （

17、3）铝箔复合膜蒸煮袋：铝箔复合膜，高温杀菌食品包装可替代玻璃瓶、金属瓶；,定义：由石英石、纯碱 (助熔剂)、石灰石（稳定剂）为主要原料，加入澄清剂、着色剂或脱色剂等，经1400-1600的高温熔炼成粘稠玻璃液体再经冷凝而成的非晶体材料。 优点： 1、高阻隔性 2、化学稳定性好 3、易成型 缺点： 易破碎、重量大、受塑料包装 材料的冲击。,一、玻璃,第二节 玻璃包装材料及容器,玻璃的化学成分基本上是二氧化硅（SiO2）和各种金属氧化物，SiO2在玻璃中形成硅氧四面体的结构网，即为玻璃的骨架。,二、瓶罐玻璃的化学组成及包装特性,金属氧化物包括氧化钠、氧化钙、氧化铝、氧化硼、氧化钡、氧化铬和氧化镍等

18、。这些金属氧化物与氧化硅按一定配比，经过高温熔融、冷却形成固定物质。,化学组成,物理机械性能,玻璃的密度随成分不同而不同，一般为2.26.5gcm3，常用的钢玻璃密度为2.5gcm3。 玻璃的透明性好，阻性隔强，加入Cr2O2能制成绿色玻璃，加入NiO能制成棕色玻璃。 玻璃热塑时抗拉强度则显著提高，增加CaO含量亦可使抗拉强度提高，但NaO、K2O的含量则会降低其抗拉强度。 玻璃的抗压强度高。 玻璃的弹性和韧性差，属于脆性材料，超过其强度极限会立刻破理裂。 玻璃的硬度很好。,热稳定性,玻璃有一定的耐热性，但不耐温度急剧变化。作为容器玻璃，在成分中加入硅、硼、铅、镁、锌等的氧化物，可提高其耐热性

19、，以适应玻璃容器的高温杀菌和消毒处理。 容器玻璃的厚度不均匀，或存在结石、气泡、微小裂纹和不均匀的内应力，均会影响热稳定性。,光学性能,玻璃的光学性能体现为透明性和折光性。 干净的玻璃有高度的透明性。 由琥珀色玻璃吹制的瓶子（厚度2mm），能遮隔波长大于4500A的光，绿色玻璃能遮隔波长3500A左右的光。,厚度与种类影响玻璃滤光性。 玻璃的折光性使工艺品玻璃容器具光彩夺目的装潢效果。,化学稳定性,玻璃具有良好的化学稳定性，耐化学腐蚀性强。只有氢氟酸能腐蚀玻璃。因此，玻璃容器盛装酸性或碱性食品以及针剂药液，显得格外重要。,（三）玻璃包装材料种类,普通瓶罐玻璃（主要是钠、钙、硅酸盐玻璃） 特种玻

20、璃（如中性玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、钠化玻璃等）,结构及制造 1、结构： 瓶口：卡口、螺纹口、压灌盖、撬开口等形式； 瓶身：瓶颈、瓶肩、侧壁、瓶跟部、瓶身合封 ； 瓶底：端面环形，内凹曲；可标示制造日期、编号等。 2、制造： 配料（新原料、碎玻璃） 熔炼（500-1600） 成型 退火 （600-500度）二次加工（抛光、印花等） 检验 成品,四、玻璃容器的破裂 1、内压破裂 2、外部冲击破裂 3、热冲击破裂：热冷剧变,五、玻璃容器的发展 1、轻量瓶：在保持玻璃容器的容量和强度条件下，通过减薄壁厚而减轻重量制得的瓶称为轻量瓶。一般壁厚2-2.5mm； 2、强化瓶：为改善或提高玻璃容器的抗张强度

21、和冲击强度，采取一些强化措施使玻璃容器的强度得以明显的提高，强化处理后的玻璃瓶称强化瓶。,第三节陶瓷包装材料,（一）陶瓷的概念 陶瓷是以铝硅酸盐矿物或某些氧化物为主要原料，或加入配料并以当时的技术和工艺水平，按用途给予造型，表面涂上各种光滑釉，或特定釉和各种装饰，采取特定的化学工艺，用相当的温度和不同的气体（氧化、碳化、氮化等）烧结成一种或多种晶体。,(二)陶瓷的化学组成,陶瓷由各种基本金属氧化物组成， SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、MnO4、TOi2、ThO2、Y2O3、La2O3；还有碳化物如SiC，WC，TiC，B4C；氮化物如Si3N4，BN，TiN，AIN；氮氧化物等。 陶瓷的矿物组成有刚玉（Al2