【网上课堂】金属包装设计与制造（4.1）两片罐概述、特点及内容物
（本节主讲：吴若梅）
一、两片罐发展简史
金属容器用材中铝是占第二位的金属材料，铝具有资源丰富、质量轻、易加工、耐腐蚀等优点。二十世纪40 年代英国人将冲压技术应用于罐头容器的生产，制造了铝合金浅冲罐，将传统制造技术应用于包装上，由此引发了罐头容器制造技术的变革与发展。此后，英美等国相继研究和完善了铝质冲压罐的制造技术，20世纪60年代初，美国的Renolds公司首创了现代金属两片罐的“D& I" 制造方法，实现了铝罐的高效率生产，并于1963 年制造出了第一个商业化的355ml铝制两片罐，同时，美国的铝业公司开发出易拉盖制造技术。这两种技术的结合为铝罐开拓了广阔的市场，也促进了铝罐制造技术的完善及其制造业的发展，市场上第一个两片铝罐出现于1958 年，由于这种新型金属容器具有成本低、生产率高等特点，一出现便迅速占领了饮料包装的市场。70年代中后期又相继推出了＂缩颈”和＂罐底穹面”成形工艺，大量节约了罐用金属原材料的消耗、提高了铝罐的美观度、堆垛性。这些都是金属两片罐制造史上标志性的研究成果。国内铝质两片罐的制造始于1985 年，先后投资3 亿美元引进13 条易拉罐生产线，当时已具备11 0 亿只铝罐的生产能力。由于铝生产过程耗能大，使得世界铝价不断上涨，限制了铝的使用。为此，许多国家掀起了回收铝罐的运动（回收铝的能耗理论值仅为冶炼铝的十分之一） 。同时，铝罐制造商努力改进制罐工艺和罐型设计，进一步降低罐壁厚度及缩小罐盖直径，以节约铝材降低成本。随着铝材性能的改善和制造工艺的改进，铝罐的重量大大减轻。在使用铝材冲制两片罐的同时，人们也尝试了用薄钢板制作二片冲压罐，现已用锁锡板及锁铭板生产二片钢冲压罐。当前，两片罐生产线已经实现了高速、高自动化生产， 9 个人便可以管理一条24 0 0 罐／ min 的高速生产线。人工智能技术在两片罐生产的全过程获得了应用，使生产线实现了智能制造、智能仓储，出现了两片罐智能化生产工厂，人工智能技术带来了颠覆性、替代性的影响。二、两片罐的种类
按成型工艺的不同，两片罐可分为拉深罐和变薄拉深罐两大类。
采用常规的拉深工艺制造，主要用于罐装罐头食品，所得的罐身厚度没有显著变化，侧壁和底部厚度基本一致。根据拉深罐的高度与直径之比，拉深罐还可以细分为浅拉深罐和深拉深罐。也称作浅冲罐，这种罐一般只经一次冲压（拉深）即可成型，成型后罐高与罐身直径之比不超过1 : 2 。浅拉深罐造型各异，有圆形、椭圆形、心形、长方形等，主要用于鱼类、火腿、午餐肉等罐头。惯称为深冲罐，国外称之为DRD 罐。罐高与罐身直径之比大于1,采用通常的拉深工艺， 经过多次拉深后成型，也可以说是经过拉深－再拉深后成型的。主要用于茶叶、饼干、糖果、围棋、咖啡等产品的包装。变薄拉深罐俗称冲拔罐，国外称为Drawn and Ironed Cans, 简称D & I 罐或DI 罐，在欧洲称为Drawn and Wall Ironed Cans, 简称DWI 罐。分别采用常规拉深工艺和变薄拉深工艺成型， 即先采用一次或二次常规拉深工艺， 随后改用变薄拉深工艺使容器成型。变薄拉深工艺的特点是在拉深罐身筒体的同时，使罐身侧壁厚度减薄。变薄拉深时罐身直径通常是不变的。在经历变薄拉深加工时， 罐身侧壁的厚度减薄为板厚度的1 / 3 左右，而罐身底部的厚度基本保持原板厚度。变薄拉深罐除具有冲压罐的特点外，还具有罐壁薄、重量轻等特点。由于罐壁薄，罐的刚度相对较低，故变薄拉深罐多用于灌装各种含气饮料、啤酒等， 借用含气饮料的气体压力增大罐内压力以维持罐的刚度。三、两片罐的特点
(1) 二片冲压罐是采用适当的冲压工艺， 使圆形板还经若千次冲压拉深后成型的。成型后的杯形或其他形状的罐身，其侧壁完整、光洁、无接缝。(2) 底部和侧壁为一整体，没有传统三片式组合罐的侧壁与底部的卷封接缝。(3) 二片冲压罐很容易加工成各种圆形或异形的容器，即使是圆柱形结构的两片罐，也可以很方便地在柱体（罐身）的上缘部分和下缘部分进行适当的加工修饰，使两片罐结构强度得到改善，容器造型更加美观。(4) 大多数的两片罐都采用了易开启的结构形式，使两片罐的开启方便易行。常见的两片罐容器外形如图4- 1 所示。
图4-1 两片罐罐身外形
一、常用选材及特点
拉深罐的原材料主要有锁锡板、涂料锁锡板、黑铁皮、涂料无锡钢板、铝合金薄板、覆膜铁板等。用作金属罐的钢材要具有良好的综合机械性能和一定的耐腐蚀性。为满足综合机械性能的要求，制罐用的钢板主要采用低碳薄钢板。为保证耐腐蚀性的要求，可在低碳薄钢板的基础上，进行镀锡、镀铬、镀锌及施涂相应的涂料等处理，提高其耐腐蚀性。镀锡薄钢板又称马口铁，大量用来制造食品和非食品的小型桶罐容器。镀铬薄钢板又称无锡钢板，是制造小型桶罐的主要材料之一，可部分代替马口铁，主要用于制造食品包装容器。铝合金薄板能满足冲拔拉深时的塑性变形要求，强度比钢材低，生产成本比钢材高，约为钢材的五倍，主要用于有一定内压的含气饮料的罐装。铝材的主要性能是重量轻、无毒、无味、美观、加工性能好、表面具有光泽。铝的表面能生成一层致密的氧化铝薄膜，能有效地隔绝铝和氧的接触，阻止铝表面进一步被氧化。但在酸碱盐介质中易腐蚀，因此铝罐需在喷涂表面涂料后使用。目前通过对模具制作及冲压工艺的调整后，人们也选用镀锡板来制造深拉深罐。(1) 拉深罐由于在冲压过程中金属材料没有变薄，为了保证罐底的厚度，需要采用较厚些的板材，以免罐底发生弯曲变形。(2) 对于冲压较深的空罐，要求采用经调质处理后较软的板材，以适应冲压过程中的压力，使板材具有较好的可塑性，避免在拉深过程中板料断裂，一般要求硬度等级为T2级，如超过T4级就很难进行拉拔。(3) 在拉深过程中板料的锁锡层本身具有一定润滑性能，如使用涂料锁锡板可以使用5. 6g/ m2 锁锡量的薄板，采用素铁拉深则需要112g ／ m2或16 . 8g / m 2 镀锡量的薄板。有的罐头品种采用冲拔成型的两片罐，在空罐制造过程中，需要钢基板涂料能耐冲压及延伸等。(4) 拉深罐使用材料的厚度还取决于内装产品的压力、真空要求和顶盖进行二重卷封的工艺。(5) 浅拉深罐材料主要选用无锡钢板或涂料无锡钢板。(6) 深拉深加工时，材料的变形量大，使用铝合金薄板才能满足冲拔拉深时塑性变形的要求，经过对模具制作及冲压工艺的调整后，目前人们也开始选用锁锡板来制造深拉深罐。(7) 变薄拉深罐的原材料主要有铝合金薄板和镀锡薄钢板，铝板材料的制罐历史较短，但由于铝材具有自己独有的特点，所以它作为食品罐材料逐渐增加。现在人们普遍选用的是美国铝业协会标准(AA 标准）的3000 系列铝合金。近年由于国际上铝合金的价格不断上扬，国内外许多厂家都转向选用锁锡板来制造变薄拉深罐。二、包装内容物特性
金属罐装啤酒和软饮料均为铝罐，食品罐则以钢罐为主。浅拉深罐由于罐身较浅无接缝，多用于盛装鱼类、贝类、虾蟹类罐头，可以减少罐壁腐蚀。深拉伸罐采用多次拉伸法制成，罐壁较厚，最适合包装加热保存的食品，使内部形成真空，以控制产品的氧化和防止罐头的变形，主要包装火腿、午餐肉等罐头。含气饮料的主要品种有啤酒、香棕酒、格瓦斯、汽水、可乐、含气矿泉水和碳酸豆乳等，其中啤酒的消费量在一些国家接近或超过啤酒之外的含气饮料消费量的总和。高浓度稀释啤酒的灌装需要充CO 2 , 与汽水灌装工艺相似。啤酒用金属罐装，能够较长时间储存，随着人均消费量的增加，也需要轻型造价低的金属容器包装。这些产品均还有一定的内压，对罐体的强度和罐壁减薄均有助益。同时，在设计时，食品及饮料用罐，还要考虑内容物的化学特性，为防止内容物含高酸、高盐、花青素的强腐蚀和醇类物质的侵蚀作用。在空罐成型后，往往需要对罐内壁进行一次全喷涂补涂，以加强罐壁的保护作用。饮料内容物，如罐装啤酒等，对铁离子含量极为敏感，需要采用细腻致密的涂料。制罐后需喷涂，保证成膜后没有孔隙点，以防止铁离子渗入罐内，而影响啤酒的风味和透明度。
