說(shuō)起覆膜鐵，金屬包裝行業(yè)內(nèi)的人都清楚，那是一種性能非常好的金屬包裝材料。日本早在二十多年前就發(fā)明了覆膜鐵，到現(xiàn)在其市場(chǎng)上絕大多數(shù)金屬罐都是覆膜罐了?？墒?，可是，現(xiàn)在覆膜鐵在中國(guó)還十分不普及。這究竟是為什么？本文將以淺顯的語(yǔ)言說(shuō)明一下覆膜鐵的發(fā)展歷史以及它的技術(shù)到底是怎么回事。

一、覆膜鐵的來(lái)歷

說(shuō)起覆膜鐵，少不了要先提到馬口鐵。

早在十九世紀(jì)初，馬口鐵就開始應(yīng)用于食品包裝行業(yè)。在經(jīng)歷了200年的發(fā)展之后，這個(gè)行業(yè)已經(jīng)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(jù)用途的不同，鍍錫的厚度大約在0.5~2μm。全世界每年產(chǎn)錫量約25萬(wàn)噸，其中1/3用于馬口鐵表面電鍍。錫是一種稀有的戰(zhàn)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(chǎn)品。鍍鉻鐵就是其中的一種。說(shuō)到鉻，有人就害怕了，認(rèn)為鉻是很有害的物質(zhì)。其實(shí)，這種認(rèn)識(shí)是不全面的。有害的鉻是六價(jià)鉻，以離子形式表現(xiàn)為Cr2O72-，而電鍍?cè)诶滠埍“迳系氖墙饘巽t，化學(xué)價(jià)態(tài)為0，這是完全安全的。

鍍鉻鐵是一種無(wú)錫鋼板（Tin free steel，簡(jiǎn)稱TFS），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(chǎn)成本低于馬口鐵（以0.2mm厚度的鍍鉻鐵為例，每噸售價(jià)比相同規(guī)格馬口鐵低數(shù)百元）。相比而言，鍍鉻鐵的歷史比馬口鐵要短很多。

1953年，美國(guó)伯利恒鋼廠建成第一條鍍鉻鐵生產(chǎn)線。

1961年，日本東洋鋼板公司建立了日本第一條鍍鉻鐵生產(chǎn)線。

1989年，日本東洋鋼板成功在鍍鉻鐵兩面各覆上一層聚酯薄膜，可用于生產(chǎn)食品、飲料罐，這種材料就是覆膜鐵。目前，日本在覆膜鐵生產(chǎn)技術(shù)方面處于全球領(lǐng)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(chǎn)線。現(xiàn)在，日本覆膜鐵的實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到了近百萬(wàn)噸，日本食品、飲料罐中絕大多數(shù)都是覆膜罐了。

1991年，歐洲覆膜鐵投產(chǎn)，但到目前為止，歐洲的覆膜鐵還主要是用于化工罐、氣霧罐等，很少用于食品、飲料。

本世紀(jì)初，江蘇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(chǎn)品也稱之為“覆膜鐵”，但性能與國(guó)外覆膜鐵相距甚遠(yuǎn)，只能用于茶葉罐、月餅盒等雜罐，不能用做食品罐、飲料罐。

因此，本文所說(shuō)的“覆膜鐵”專指用于食品、飲料的覆膜鐵。按照日本的說(shuō)法，覆膜鐵是通過(guò)熔融法將塑料薄膜復(fù)合在冷軋薄鋼板上的復(fù)合材料，是一種鋼鐵深加工產(chǎn)品。通過(guò)在冷軋薄鋼板或鍍鉻鐵正反兩面覆蓋多層聚脂復(fù)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(tǒng)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(zhì)，其后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程也很環(huán)保，且生產(chǎn)成本比馬口鐵要低，因此，覆膜鐵已經(jīng)被廣泛認(rèn)為是馬口鐵在包裝行業(yè)的最佳替代產(chǎn)品。

二、原材料及結(jié)構(gòu)

接下來(lái)要說(shuō)些技術(shù)問(wèn)題了。覆膜鐵，絕不是簡(jiǎn)單地胡亂找張膜往鋼板上一貼就叫覆膜鐵了?！案材よF”三個(gè)字各代表了一項(xiàng)核心技術(shù)。

覆，就是覆合裝備、工藝；

膜，指可以與TFS良好結(jié)合的專用改性薄膜；

鐵，最好是表面鍍鉻的冷軋薄板，含碳量應(yīng)該是盡可能低些的好。

這一節(jié)就來(lái)說(shuō)說(shuō)覆膜鐵的結(jié)構(gòu)及原材料。

1、 覆膜鐵結(jié)構(gòu)

用于制罐的覆膜鐵其結(jié)構(gòu)有內(nèi)壁和外壁之分，內(nèi)外壁覆膜均有兩層。內(nèi)壁外層起到阻遏作用，內(nèi)壁內(nèi)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(nèi)層起到與鍍鉻鐵黏合的作用。

2、覆膜鐵基材

覆膜鐵往往使用多層聚酯復(fù)合薄膜（厚度約為12-25μm），它阻隔腐蝕介質(zhì)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，但直接在冷軋板上覆膜粘合力不牢，因此實(shí)際使用上，各國(guó)都是用鍍鉻鐵作基材。由于TFS產(chǎn)品表面存在一層鉻的水合氧化物膜，可與有機(jī)膜以氫鍵的形式結(jié)合在一起，其有機(jī)膜覆合的牢度極高。

TFS表面金屬鉻以及氧化鉻的含量也有明確的要求。一般來(lái)說(shuō)，鉻的含量在50~150mg/㎡，而氧化鉻的含量大致在5~15mg/㎡。具體指標(biāo)根據(jù)薄膜配方的不同也有所不同。鍍鉻后的表面粗糙度也是有要求的，通常在Ra 03~0.5μm之間，太高或者太低覆膜效果都不是最好。

3、 覆膜鐵專用高分子薄膜

對(duì)于覆膜鐵來(lái)說(shuō)，膜的研制是其核心技術(shù)。日本公司對(duì)于薄膜的保密工作做得簡(jiǎn)直是無(wú)比的嚴(yán)密，中國(guó)人只能全部靠自己的聰明才智了。

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(nèi)容物的理化性能兼容，以確保其對(duì)鍍鉻基板和內(nèi)容物的良好阻遏；同時(shí)，在罐裝各種內(nèi)容物的貨架期內(nèi)須保持所包裝食品的風(fēng)味；此外，在食品高溫蒸煮殺菌過(guò)程中不變色和脫落，以保持高的濕潤(rùn)密閉性，并在制罐成型過(guò)程中，能經(jīng)受高溫、高摩擦力和彎曲等復(fù)合力的作用，有些還要印刷，需要耐受高溫烘烤，因此，薄膜必須具有良好的附著力。

理論上可用于與TFS復(fù)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(yōu)。PET膜具有成型性、可殺菌性、硬度高、耐磨、經(jīng)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(yīng)用上可分為用于深沖的膜、一般化工罐膜和食品罐膜。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，覆膜鐵用PET聚酯薄膜為多層結(jié)構(gòu)（一般為2~3層），需采用多層共擠的方式生產(chǎn)。其中，與TFS貼合的一層為改性PET，其熔點(diǎn)低于普通PET，在達(dá)到其熔點(diǎn)后能夠與TFS迅速貼合。

日本也有采用鍍錫的馬口鐵作為基材進(jìn)行加工的做法。由于錫的熔點(diǎn)低，因此必須使用熔點(diǎn)更低的改性聚酯薄膜。

三、生產(chǎn)工藝

有了合格的原材料，如何加工好也十分關(guān)鍵。這就需要好的裝備以及合適的工藝。

覆膜鐵生產(chǎn)采用的是高溫、高壓、快速冷卻復(fù)合工藝。

看到“高溫”，很多人會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為so easy，不就是加個(gè)溫嘛？加熱方式多種多樣。但是，但是，一個(gè)最最重要的問(wèn)題是，怎么讓鋼板的溫度不但在橫向上均勻，而且在以100~200m/min的速度下，鋼板在復(fù)合的時(shí)候溫度都始終是均勻的。前幾年，國(guó)內(nèi)公司在開發(fā)覆膜鐵生產(chǎn)線時(shí)，采用的加熱方式五花八門，有的用烘箱加熱，有的用煤氣加熱，有的用導(dǎo)熱油輥筒加熱，還有的用感應(yīng)線圈直接加熱。這些，都無(wú)法滿足要求。實(shí)際上，日本公司都采用電磁感應(yīng)加熱輥?zhàn)鳛殇摪宓募訜嵩?。只有這種方式，才能確保鋼板的溫度始終穩(wěn)定、均勻，從而保證產(chǎn)品的一致性良好。

覆膜鐵的生產(chǎn)線主要由鍍鉻鐵開卷部分、焊接及鐵表觀質(zhì)量檢測(cè)、基板加熱、覆膜單元、冷卻單元、產(chǎn)品檢測(cè)及涂油卷取等部分組成，其中最核心的部分為基板的加熱單元和覆膜單元。通過(guò)電磁感應(yīng)加熱輥預(yù)熱部分加熱鋼帶至膜的熔點(diǎn)以上溫度，用對(duì)稱的兩個(gè)壓力膠輥的擠壓進(jìn)行基板與膜的熱熔貼合。熱貼后的鋼帶通過(guò)冷卻裝置進(jìn)行快速冷卻，以確保熔融后的高分子迅速重新結(jié)晶。

目前，全球主要覆膜鐵生產(chǎn)線都是使用電磁感應(yīng)加熱輥對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)熱。這種加熱輥不但能將TFS加熱到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(nèi)）。但只有加熱輥的溫度具有高均勻性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guān)鍵所在。包覆在壓膜輥表面的是硬質(zhì)橡膠，在液壓缸的作用下能夠?qū)︿摪搴捅∧ば纬珊芨叩膲毫?。為了保持膠輥表面的溫度不至于太高，往往都設(shè)計(jì)有冷卻輥對(duì)其進(jìn)行冷卻。但同時(shí)，由于橡膠的導(dǎo)熱性極差，如果冷卻輥的溫度不夠均勻，長(zhǎng)期積累下來(lái)，也會(huì)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(fù)合的關(guān)鍵在于以下幾點(diǎn)：

1. 能夠提供高溫（250℃以上）且均勻性良好的加熱源（±1℃以內(nèi)）——現(xiàn)有成熟覆膜鐵生產(chǎn)線均采用電磁感應(yīng)加熱輥，生產(chǎn)廠家主要有日本Tokuden和上海聯(lián)凈兩家公司。也有其他公司對(duì)外宣傳有電磁感應(yīng)加熱輥，但要用到覆膜鐵生產(chǎn)線上，還是謹(jǐn)慎為好；

2. 膠輥的硬度及其一致性十分關(guān)鍵，這樣，其形變一致性才會(huì)良好，確保鋼板受力均勻。對(duì)于膠輥的具體包膠材質(zhì)，以及硬度值，基本上屬于各家公司的保密范圍，新介入的公司還得花時(shí)間好好試驗(yàn)；

3. 為確保在生產(chǎn)初期的廢品率盡可能降低，需要對(duì)膠輥均勻地加熱，讓膠輥表面一開始就達(dá)到生產(chǎn)所需的溫度（約100~140℃，這個(gè)參數(shù)也大都保密的，不同的廠家、不同的薄膜在不同的速度下都有所差異）；

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(huán)境，確保鋼板與薄膜復(fù)合時(shí)不會(huì)夾帶灰塵等雜物，提高產(chǎn)品合格率。

四、應(yīng)用前景及現(xiàn)狀

相比傳統(tǒng)印鐵工藝，覆膜鐵在性能、材料成本、生產(chǎn)成本、環(huán)保和能源消耗等方面具備更多優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用范圍十分廣泛：

1、 在食品金屬罐方面的應(yīng)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(yīng)用：化工罐、油漆罐、涂料罐、二片氣霧罐及各種頂?shù)咨w等。特別是留空覆膜加工技術(shù)，可適用于各種三片罐的制罐。

3、 在裝飾罐方面的應(yīng)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(yè)的應(yīng)用：建筑板材、墻壁、吊頂、防盜門、地板、遮陽(yáng)棚等等。

盡管理論上可用的地方很多，可事實(shí)上，覆膜鐵最大的優(yōu)勢(shì)還是應(yīng)用在食品、飲料罐，尤其是兩片罐上優(yōu)勢(shì)更加明顯。日本也有很多覆膜鐵三片罐，這主要是為了避開東洋制罐的TULC技術(shù)專利，不得已而為之。

目前，國(guó)內(nèi)兩片罐（鋼和鋁）的年消費(fèi)量約為300億只左右。以每年10%的增長(zhǎng)率來(lái)計(jì)算，5年后國(guó)內(nèi)兩片罐的需求將達(dá)到近500億只，凈增加200億只。而隨著綠色環(huán)保的要求越來(lái)越嚴(yán)格和資源日漸緊缺，可回收和循環(huán)再生的金屬包裝材料愈加為人們所青睞。因此可以預(yù)見，以綠色環(huán)保的覆膜鐵制作兩片罐的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景非常廣闊。

早在2000年前后，中國(guó)包裝聯(lián)合會(huì)金屬容器委員會(huì)就關(guān)注到日本覆膜鐵的發(fā)展，并希望引進(jìn)日本這項(xiàng)技術(shù)。但日本在這方面封鎖嚴(yán)密，也無(wú)意向中國(guó)輸出。寶鋼曾經(jīng)與日方進(jìn)行了多年的談判，最終沒(méi)有結(jié)果，最后寶鋼決定自行開發(fā)，并于2016年7月正式對(duì)外宣布生產(chǎn)線建成投產(chǎn)。目前，其產(chǎn)品仍未見到在食品、飲料方面的應(yīng)用。

金屬包裝界巨頭奧瑞金是國(guó)內(nèi)在覆膜鐵項(xiàng)目上投入最大的公司，2014年即已建成年產(chǎn)能5萬(wàn)噸的生產(chǎn)線。但由于關(guān)鍵裝備不完善，其產(chǎn)品主要用于化工罐，不敢在食品罐上大規(guī)模推廣。2016年，公司在覆膜鐵項(xiàng)目上做出重大調(diào)整，多位核心管理和技術(shù)人員離開?，F(xiàn)在，其覆膜鐵項(xiàng)目在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有大的突破。

上文提到的江蘇一家公司在生產(chǎn)出粘合法覆膜鐵后，也在嘗試高溫熔融法覆膜鐵生產(chǎn)線的開發(fā)。由于缺少本文第三部分所提的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其高溫熔融法覆膜鐵生產(chǎn)線開發(fā)之路注定不會(huì)平坦。

另外，也有其他公司在嘗試覆膜鐵的開發(fā)，有的瞄準(zhǔn)食品飲料罐，但尚有諸多問(wèn)題沒(méi)有解決，有的則把方向?qū)?zhǔn)了建筑板材，與本文所述覆膜鐵迥異。

從市場(chǎng)來(lái)看，目前還只有上海聯(lián)凈一家推出了大量用于食品行業(yè)的產(chǎn)品，這主要得益于其自主開發(fā)了高質(zhì)核心裝備，同時(shí)也在核心材料上取得了突破?，F(xiàn)在，該公司的覆膜鐵罐已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用在水果罐頭、魚肉類罐頭、調(diào)味品、營(yíng)養(yǎng)餐、茶葉、休閑食品等方面。據(jù)稱，采用該公司覆膜鐵生產(chǎn)的瓶罐也已經(jīng)開發(fā)成功，2018年即可在飲料市場(chǎng)投放。

現(xiàn)在，國(guó)家也在積極制訂各項(xiàng)政策支持覆膜鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有些已在前兩年陸續(xù)出臺(tái)。2017年4月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委與中國(guó)包裝聯(lián)合會(huì)金屬容器委員會(huì)一起召集業(yè)內(nèi)專家在烏鎮(zhèn)召開了專題會(huì)議，商議制訂覆膜鐵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)事宜。從這些現(xiàn)象來(lái)看，中國(guó)的覆膜鐵產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過(guò)了十多年的醞釀之后，必將很快迎來(lái)快速發(fā)展的春天。