覆膜铁的研究与产业进展（1）

文/殷宜国

（上海联净复合材料技术有限公司）

上海联净复合材料有限公司是上海联净电子科技有限公司全资子公司，成立于2011年。公司专注于功能高分子材料、复合材料的研发及其深加工技术开发与产业化推广，可以为客户提供新材料开发、工艺设计、设备集成、技术服务等一体化解决方案。公司拥有国内最早授权的高温热熔法覆膜铁生产线发明专利、覆膜铁专用功能膜的核心技术和覆膜铁核心生产设备制造与集成技术。

一、覆膜铁简介

1、覆膜铁是什么

覆膜铁：顾名思义，即净膜覆合在铁的表面而形成的一种新的复合材料，根据覆合工艺的不同，可以将覆膜铁分为胶粘覆膜铁和熔融覆膜铁，前者是在膜的表面预涂一层胶，在一定的温度下固化后再与钢带热融复合。熔融覆膜铁是指在高于膜的熔点温度下，将膜与高温钢带直接压合而形成的一种复合材料，无需使用胶粘剂，是一种更绿色、更低碳、更安全的新型金属包装材料。

2、覆膜铁的结构特征

我们研究的覆膜铁是专指采用高温熔融法生产的覆膜铁，其主要应用于金属包装容器。根据其功能和微观结构，可以将其分为如图1所示的五层结构：由上至下分别为：耐食品饮料组分渗透的阻隔内表层与确保膜与金属基板强力结合并具有一定耐蚀的胶粘内下层，二层的总厚度一般在15～30微米之间。中间层为覆合用的基板如ECCS、镀镍板、低锡板、冷轧板等，其厚度一般在0.15～0.35毫米之间。接下来为用于保持膜与基板强力结合的粘接层，与用于印刷和耐刮擦的外表层，二层的总厚度一般在12～20微米之间。

图1 覆膜铁的结构特征

二、覆膜铁的产品特征

1、性能：远优于涂料铁的加工性能、耐腐蚀性能、更高的阻隔性能和粘附强度。

2、成本：更低的原材料成本、更低的生产及管理成本。

3、环保：覆膜铁的生产过程中无VOC排放，极低的二氧化碳排放，无污水排放。

4、安全：无BPA、三聚氰胺等有害物质的迁移和析出，产品的防锈、防腐等级明显提高，更优异的货架安全表现。

三、原材料类型与性能要求

1、金属基板及性能要求

金属基板主要采用一次或者二次冷轧镀铬薄钢板，表面电镀铬，要求Cr含量为50～150mg/m2，CrOx含量为5～15mg/m2，低锡镀铬板和低锡马口铁，其中镀铬铁和马口铁的典型结构如图2和图3所示。

图2 镀铬铁的结构示意图

图3 马口铁的结构示意图

无论是马口铁、镀铬铁、镀镍铁，其与膜的良好附着强度均离不开铬水氧化物层的存在，其镀层需具有一定的量，且镀层均匀方能实现与膜高强、稳定的粘合，以满足后续加工成型及高温杀菌性能要求，其中最常用的改性PET与金属基板的界面结合机理如图4所示。

图4 PET与金属基板结合机理

2、专用功能膜及性能要求

高温热熔法覆膜铁需要专用功能膜，一般为3层结构：一层为与基板结合的粘接层，中间层为结构支撑层，兼具阻隔性能，第三层为功能结构层，为膜的阻隔层与印刷层，同时，具有较好的机械强度，能耐摩擦与刮擦，在一定的情况下需具有低表面能，因此，其膜需要针对不同的应用环境和工艺要求进行结构设计与成分改性，为覆膜铁产品的核心技术之一。其典型的结构如图5所示。

图5 功能膜的结构

四、生产工艺与关键设备

1、关键工艺

覆膜铁的生产工艺流程如图6所示，其中关键生产工艺段为图7所示的高温热熔覆合工艺段。

图6 覆膜铁生产工艺流程示意图

图7 复合工艺段结构示意图

关键工艺参数为：高温、高压、快速冷却复合工艺。

（1）高温：能够提供高于250℃及以上、均匀加热金属基板的加热源（钢带幅宽温度波动在±2℃以内）——现有成熟覆膜铁生产线均采用电磁感应加热辊。

（2）高压：采用耐高温的硬质胶辊，稳定提供高的覆合压力，确保钢板与薄膜均匀复合和良好的表观。

（3）快速冷却：通过对高温热熔的覆膜铁进行快速冷却，确保膜在高温下与基板之间形成的不定形熔融层能够固化，避免出现冷却慢所引发的膜重结晶，从而实现膜与金属基板的强力结合。

2、关键设备

从覆膜铁的关键工艺参数可以得知其关键生产设备包括有：

（1）加热设备：能够提供高于250℃及以上、均匀加热金属基板的加热源（钢带幅宽温度波动在±2℃以内）——现有成熟覆膜铁生产线均采用电磁感应加热器。

（2）展膜设备：具有稳定张力及良好纠偏能力的展膜体系，确保膜与金属基板的边部对齐和良好的覆膜外观。

（3）复合设备：具有高温、高压下稳定工作的复合胶辊。

（4）冷却设备：具有能提供稳定、快速冷却水循环的冷却系统。

五、主要应用领域

1、食品饮料包装：主要用于DRD食品罐、三片饮料制、DWI饮料罐、顶底盖等。

2、建筑家电装饰材料：可用于建筑板材、墙壁、吊项、防盗门、遮阳棚等。

3、电子产品及化工原料包装：化工罐、油漆罐、涂料罐、二片气雾罐及各种顶底盖等。

六、专用功能膜的开发

针对覆膜铁不同的应用需要，我们开发了一系列不同用途专用功能薄膜。

1、耐蒸煮膜：LE-S系列功能膜可实现135℃下蒸煮30min而不会产生脱落现象，主要用于需要高温杀菌DRD两片罐以及项底盖。

2、可印刷膜：LE-P系列功能膜在与TFS复合后可以进行印刷及后续烘烤，极大地丰富了覆膜铁后续加工的产品类型。

3、高阻隔膜：LE-B系列功能膜对食品饮料中的强酸性、强碱性组分具有非常高的阻隔性，表现出优异的耐蚀性。

4、深拉膜：LE-DI系列功能膜可以在深冲拉伸时不会出现破损和脱落，可用于DI罐。

5、其它专用膜：根据客户需要，开发了金色膜、镭射膜等特殊要求的薄膜。

图8 改性聚酯白膜

图9 改性聚酯透明膜

图10 改性金色膜

图11 改性镭射膜

【相关链接】

覆膜铁的研究与产业进展（1）

覆膜铁的研究与产业进展（2）