微型卷边结构技术

     关键词：金属包装容器微型卷边结构技术

一、微型卷边简介

        从二十世纪六十年代起，以金属包装容器为主的市场领域开始被其它多种非金属的包装容器所占领。但由于金属材料具有其它包装材料所不能具备的某些机械特性，例如，高强度、高硬度、高阻隔性和高耐热性等，所以金属容器始终得以坚持活跃在包装产品的舞台上，其生产量仅次于纸制容器和塑料容器。但是，为了对非金属包装容器能保持一种竞争态势，金属制罐工业始终不敢怠懈，总是在思索着如何在这种竞争态势中立于不败之地。其中，降低金属容器的生产成本，则是一条必由之路。随着新技术的不断出现，以及金属材料用量减少，这个目标正在逐步实现。为达此目标的新技术之一就是金属容器成型工艺的微型卷边技术。微型卷边技术在降低金属板材厚度和减少材料面积以及削减其它材料消耗量方面，已经取得令人满意的效果。

       微型卷边结构是一项全新的成型工艺技术，目标在于使得金属罐的加工成本最佳化。根据这项技术，罐体强度更高和罐端尺寸更小的双重卷边，使得传统的金属容器的结构尺寸显著降低了。由于降低了罐身沉头尺寸和修改卷曲结构后，罐盖切边尺寸明显降低。由于改进罐盖并缩短凸缘尺寸，三片罐的罐高可以降低5mm以上。此时， 罐身只需要原来三分之一的涂料。因此，在金属罐内外壁面上和端面上的喷涂量显著减少，内外色条也减少，以及焊缝亦缩小。此外，三片罐罐身的缩短还可提高生产线的产量。

      从结构型式上讲，尽管微型卷边与传统卷边相似，但前者各项结构尺寸都只有传统标准型卷边的一半左右见表1。在实施冷冲压加工过程中，虽然两者罐端冲裁和翻边加工中使用不同的模具或其他工具，但仍可用相同的生产设备及机器，况且微型卷边同样适用于钢质和铝质的二片罐成型加工。无论对于什么型式和尺寸的金属包装容器而言，微型卷边技术都可以为之带来降低成本的益处。如果按容器多项尺寸的减小加以计算的话，平均可以节省10~20% 的材料及加工费用。

    有关微型卷边的这项新技术首先是在1995年召开的第5届国际马口铁学术会议上提出的。会议还介绍了用于评价微型卷边技术的试验项目。通过若干次试验结果表明，这项技术完全适用于各类食品的金属包装容器， 包括需要加热处理的食品包装等。十年来的初步实用情况说明，微型卷边技术在金属容器的各类产品方面都体现出突出的优点。对于金属罐制造厂而言，在罐身冲裁高度上以及端部切边长度上都明显降低了尺寸，并且减少了罐端的密封剂用量。在制罐生产线上，生产率显著提高，同时，焊条消耗量、内外壁涂料及色条都有所减少，随之也降低了包装运输费用。作为金属容器用户的包装公司，也将从减少污染、降低库存空间、减少运输量、降低制罐成本和高质量二重卷边结构的多种特点中获得好处。此外，微型卷边的流线型结构显得更加美观，而且使得它比传统的金属罐更加容易压扁而易于用后处理。从经济前景考虑，通过分析比较几种二片罐和三片罐的结构尺寸和型式，可以估算出费用方面的节省是十分可观的。当然，采购数量越多，最终的成本降低将会愈多。

二、新型技术商业化

    巴西一家技术研究院所属的包装技术研究中心对这种微型卷边结构甚感兴趣，他们对这种微型卷边进行了一系列振动、冲击和垂直加载试验后，发现这种结构具有十分优良的动态力学性能。于是，他们认为金属罐微型卷边技术可以替代常规的卷边工艺方法，而且即使采用超轻型金属板料仍可以得到这些良好性能。这种微型卷边金属罐的首家用户就是美国一家集团公司所属的巴西食品公司CICA，这家食品公司为采用此项微型卷边新技术而改造了两条西红柿食品加工生产线。从1993年至1996年间，这家公司共用去’ 亿多只这种新型卷边的金属罐。

     通过CICA食品公司的几年使用，表明微型卷边结构的各种金属罐由于多种原因引发的缺陷率几乎与标准的常规二重卷边金属容器的相同。同时，这家公司对具有微型卷边金属罐的质量记录说明，它的质量比标准二重卷边的更具有一致性。因此，这家公司目前更加倾向于采用微型卷边技术。除了南美洲以外，这项新技术在北美和中美地区也得到了多年的实际使用，例如在食品、蔬菜和某些肉类的金属罐包装容器方面，得到了多次实用试验。由于在豆类和谷类食品方面的良好试用结果，使得CICA食品公司决定把其生产线转向采用这项新的卷边工艺技术。

     美国农业部已经声明，由于此项微型卷边工艺技术可提供与常规二重卷边工艺结构相似的性能，所以准许用于罐装肉类和禽类等食品包装。根据试验结果及提供样品，美国FDA(食品与药品管理局)也发表了同样的意见。美国CMI(金属罐制造协会)颁布了有关微型卷边制造工艺的技术手册及其操作说明书等文件。

三、微型卷边结构特性

    除常用的二片罐、三片罐以外，容量为900毫升的金属罐在南美、中美地区十分盛行，光是在巴西地区每月需用去1亿5千万只植物油金属罐。显然，无论对于钢铁厂，还是金属制罐厂，这种突出的消费市场将具有很大的生产潜力。尤其是随着微型卷边新技术的引入，可让采用金属罐的植物油公司在降低成本方面可达总价格的6%以上。此时，人们就会询问，在应用微型卷边金属容器后，在其流通运输过程中和进行加工处理中经受外界载荷作用下，它们的机械性能如何以及能否确保包装容器的结构完整性。为能评价微型卷边结构并与标准的卷边结构相比较，巴西科技研究院的包装技术中心曾对这两种卷边结构作了一系列比较试验。

1、规范性冲击试验

    在此试验过程中，对上述金属罐两类卷边结构在45°和67°的两个角度方向上， 随意地施加规范性冲击载荷。这种冲击载荷是专门根据标准二重卷边结构试验时确定的，分别在这两个角度方向上施加的冲击能量为0.95和2.25焦耳。由于金属罐一旦丧失密封和发生较大变形后，易与外部环境的细菌接触而发生胖罐。所以，容器内部真空度降低和罐体中心线变化都将作为受冲击后容器结构完整性的评价(参数)指标。

    通过测试并评价分析后，已经发现微型卷边的机械性能在45°的冲击方向上可与常规卷边结构相当，而在67°冲击方向上则比常规卷边结构还要好。微型卷边结构这种良好的机械性能被认为是由于它具有更好的可塑性所致。也就是说，在受到一定冲击力时更具抗变形能力，且具有比较一致的变形型式。此外，它具有更紧凑的结构方式也是重要原因之一。因此，从密封性角度看，微型卷边在受到冲击力后将具有更好效果。

2、根据ASTM标准试验

    为进一步评价微型卷边与传统卷边两种结构的各项性能，还根据ASTM(美国材料与试验协会) 的有关标准进行比较性试验。试验件采用0.16mm厚马口铁制作，包括容器的罐身及其两端。试验内容包括两类卷边结构金属罐的振动试验、跌落冲击试验和垂直抗载能力试验。其中，振动试验标准为ASTM-D999/75，跌落试验标准为ASTM-D775。通过振动试验可知，微型卷边金属罐的机械性能与传统二重卷边金属罐的基本相同。但在金属罐单独跌落和装入纸箱中跌落两种试验状态下，微型卷边金属罐的性能显得更好。而在运输和储存期间，还发现微型卷边金属罐的抗垂直压缩载荷的能力始终很强。

四、微型卷边的发展

    在南美地区，所有金属罐都使用相同规格的厚度为0.16mm的板材加工，因该地区钢铁厂都不生产小于0.16mm厚度的钢材。但是，欧洲地区的某些钢铁公司可以生产0.14mm、0.12mm 和0.08mm的薄钢板，这为加工微型卷边金属罐提供了很大的生产潜力。巴西一家金属容器厂使用上述0.14mm 和0.12mm的马口铁加工成微型卷边结构的不同型号金属罐，主要用于罐装西红柿和肉类食品两大类产品。在这些工厂生产线上，充填西红柿装入金属罐后，在95°下加工微型卷边并进行巴氏消毒。这些工艺程序可运行在相同的设备上。在另一家生产厂中，肉类金属罐是自动充填的，然后在半自动卷边机上实现卷边封严，并在121°下放入稳定的蒸煮器中消毒60分钟，而冷却过程是在负压状态下完成的。

    几年来的生产表明，微型卷边结构的尺寸校核和视检查结果是令人满意的。在用0.14mm 和0.12mm度钢板加工的所有金属罐中，成型的罐盖盖钩是十分滑的，在这两种产品微型卷边上或在其材料上都没有现结构失稳或起皱现象。这些金属罐产品均具有同样好的结构完整性，同时也具有很好密封性。若与传统二重卷边金属罐相比较，那么，这些金属罐的整体重可降低大约35%。

    综上所述可知，在这种微型卷边结构金属容器上得到的测试结果及其实践反应均是十分成功的。同时也表明，这种微型卷边结构还有进一步减少材料用量的可能性。降低薄钢板重量和缩小卷边结构尺寸的最优化，将使微型卷边金属罐达到真正的超轻型。毫无疑问，从这种微型卷边新工艺、新技术中获得的成本效益是十分显著的，这将使产业部门更具市场竞争力，并可在较低的投资环境条件下获得新的经济增长点。

来自: 中国金包网