金属包装容器封口方式分析

文/曹利杰

摘要：产品装入金属包装容器后, 需要将包装容器封合或密封起来, 封合质量的好坏对包装功能起着重要的作用。主要分析了金属桶、罐的封口方式。分析了封口缺陷产生的原因, 提出了相应的解决方案。

关键词：金属包装容器；卷边；封口分析

金属包装容器具有许多优点, 例如：具有优良的阻隔性能、力学性能, 方便性好, 表面装饰性好, 废弃物处理方便。但金属包装容器化学稳定性和经济性较差。

漏罐在饮料行业中是一种司空见惯的现象。其封口密封性差是造成这一现象的原因之一。因此, 掌握金属包装容器的封口方式原理, 按照工艺规程严格生产, 提高操作人员的业务水平, 对减少这种现象的发生具有重要意义。

金属包装容器的封口一般采用卷边方式实现。卷边又可以分为二重卷边、三重卷边和微型卷边。

1　二重卷边技术

1.1　二重卷边的形式

图1所示, 二重卷边分平卷、圆卷两种形式, 应用较多的是平卷边结构。除了二重平卷边、二重圆卷边外, 还有一种特殊的二重卷边形式, 即图2所示的加焊双搭接缝。

图1 二重卷边形式

图2 特殊二重卷边结构（加焊双搭接缝）

1.2　二重卷边形成原理

二重卷边由头道压辊和二道压辊分别完成。头道压辊相对罐体作径向移动, 压辊沟槽与罐盖圆边的摩擦力使圆边向沟槽曲线法向卷曲, 完成卷边初步定型, 见图3。头道压辊作业完成后退出卷封位置。二道压辊即开始靠近卷封位置与初步定型的卷边接触, 并开始向罐体作径向移动, 推压卷边完成卷封作业, 见图4。

图3 头道卷边过程

图4 二道卷边过程

卷封时根据封罐机构的不同有两种情况：一是罐体随托底盘和压头旋转, 卷边压辊自转并向罐体轴作径向移动完成二重卷边操作；二是罐体固定不动, 卷封压辊绕罐体旋转并自转, 同时向罐体轴作径向移动, 完成卷边操作。

异型罐卷封时, 取上述第两种方法, 罐体不动, 压辊绕罐边回转完成卷边操作。

2　三重卷边技术

2.1　三重卷边结构

三重卷边亦称为七层卷边, 是闭口钢桶桶身与桶底(顶)连接在一起的主要卷封形式。与二重卷边相比多了两层卷边,即增加了桶身与桶顶(底)的重叠, 从而提高了钢桶的密封性能, 使钢桶具有较强的抗冲击能力。

此外, 三重卷边与二重卷边相比, 对卷边工艺有较高的工艺要求, 一般需经三道压辊加工才能成型, 因此对设备、技术要求较高。

2.2　三重卷边加工工艺

除少数制桶厂在封口机上装3个压辊来完成外, 多数厂家都是在预卷机和封口机2台设备上进行的, 即在预卷机上安装第一道压辊即预卷压辊来完成对桶底(顶)半成品的预卷变形,而封口机上则安装第二道和第三道压辊来完成七层卷边工艺。

3　微型卷边技术

微型卷边是一项使金属罐轻量化、加工成本最佳化的一项新型的成型工艺技术。与传统卷边相比, 微型卷边各项结构尺寸, 都只有传统标准型卷边的一半左右, 见表1。

表1 标准型卷边与微型卷边的尺寸比较

微型卷边结构的金属罐, 尺寸减小了, 能否满足其在流通运输过程中, 对商品的保护性及包装容器的完整性？为此, 巴西科技研究院的包装技术中心作了一系列比较试验。试验结果表明, 微型卷边金属包装容器的各项性能均满足流通中的要求。

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。不仅降低了结构尺寸, 还减少了密封剂用量。而且生产率显著提高, 随之也降低了包装运输费用。

4　卷边质量缺陷检测及解决方案

卷边质量直接影响着金属包装容器对内装产品的保护功能。卷边缺陷可以导致密封不够紧密, 可以引起内装产品的流失或者变质, 同时它也为可能导致波特淋菌中毒(香肠中毒)的细菌潜在滋生提供可能。每一个金属罐在使用前必须进行封口质量的检测, 卷边质量缺陷一旦被发现, 必须按照相关程序和要求对封口过程重新进行卷边。

4.1　卷封滚轮沟槽曲线的影响

卷封滚轮、上压头和托罐盘通常被称为封口设备的封口三要素。作为基本组成部件, 也是影响卷边的基本因素。经验表明 , 封口质量的好坏, 关键取决于卷曲轮槽的剖面形状。在二重卷边中, 对卷边起主要作用的是头道卷封滚轮沟槽曲线, 其主要部分曲线是阿基米德螺线, 其曲率由卷封速率来决定, 而宽度和深度与罐型和材料性质及厚度有关, 沟槽曲线随成品罐直径加大而加宽加深, 随料片增厚而加宽加深。见图5。为方便生产, 设计中以2～4段圆弧代替。弧段多少视沟槽曲线的宽窄而定, 曲线宽则代替的圆弧段相对多些。

图5 卷曲沟槽示意图

4.2　卷边封口技术要求

卷边封口技术要求中, 所用到专业术语对应解释见图6 。为保证金属罐生产合格, 在生产过程中卷边封口必须满足以下要求。

图6 二重卷边结构

1）紧密度≥ 50%。紧密度指卷边密封的紧密程度, 一般用盖钩皱纹度来衡量。皱纹度指卷边解体后, 盖钩内侧周边凹凸不平的皱曲程度, 即皱曲部分占整个盖钩长度的百分%。紧密度=100% -皱纹度。合格罐要求紧密度>50%, 即皱纹度>50%的罐就属于不合格品。

2）接缝盖钩完整率≥ 50%。盖钩完整率是指盖钩下垂的程度。接缝处卷边盖钩向下垂延、造成盖钩宽度不足、从而影响卷边的密封性。

3）叠接率K≥ 50%。叠接率表示卷边内部盖钩和身钩互相叠接的程度, 其大小等于叠接长度与叠接长度加两端空隙长度之比, 叠接率越高, 卷边密性越好。盖钩空隙和身钩空隙要求越小越好, 以提高卷边的叠接率。

4.3　封口缺陷及解决方案

1）垂唇。卷边垂唇是指在正常卷边的下方出现的光滑的悬垂部分。见图7a。这种缺陷通常出现在三片罐的边封处,因为此处厚度比别处要大。

可能导致该种缺陷出现的因素有:托罐盘旋转台压力过大, 头道卷封操作时压力较松, 卷边处有内装物残留, 金属罐自身的缺陷(如弯曲或有凹痕等), 头道卷封滚轮磨损等。

针对不同的因素有不同的解决途径：降低托罐盘旋转台的压力;紧固头道卷封操作压力;在进行罐盖封口前细心清除罐盖、罐身边缘, 确保无内装物或其它杂质残留其中;在金属罐使用前, 检测其是否有残损;更换新的头道卷封滚轮等。

图7 卷边封口缺陷

2）锐边。卷边锐边是指在封口的内侧上部出现锐利的边缘。见图7b。出现锐边的可能原因:头道和(或)二道卷封滚轮操作压力太紧;卷边处有内装物残留;托罐盘旋转台压力太大;卷边滚轮和(或)卡盘磨损。

解决途径：适当使头道和(或)二道滚轮操作压力变松;在进行罐盖封口前, 细心清除罐盖、罐身边缘, 确保无内装物或其它杂质残留其中;减小托罐盘旋转台的压力;更换卷封滚轮和(或)卡盘。

3）断裂。卷边断裂是指卷边太紧而导致外层卷边部分断裂的现象。见图7c。一般是由于头道卷封滚轮和二道卷封滚轮压力过紧引起的。解决方法是将两道卷封滚轮压力适当松开些。

4）假卷。假卷在卷边过程中是一个严重的缺陷, 它能够导致金属容器内装物的泄漏。可以从外观上对金属罐进行详细检测, 若是罐盖与罐身不是相互钩连在一起而仅是被压平贴在一块的话, 那么这就是假卷。见图7d。

可能导致假卷的因素：罐盖与罐身弯曲不平, 或是在卷边前已经损坏;卷边处有内装物残留, 或者金属容器内产品充填(灌装)过满;头道卷封滚轮压力过松;二道卷封滚轮压力过紧。

参考解决方案：在卷封前检测罐盖与罐身是否有残损;在进行罐盖封口前, 细心清除罐盖、罐身边缘, 确保无内装物或其它杂质残留其中, 同时检查内装物是否充填(灌装)过满;增大头道卷封滚轮压力;减轻二道卷封滚轮压力。

5）不完全卷边。不完全卷边是指因为卷边过程未完成或者是卷边过程中, 部分地方压力过松而产生的卷边缺陷。见图7e。

可能的原因是：托罐盘旋转台压力过紧或是过松;卷封卡盘磨损;卷封滚轮不能自由旋转;在卷封卡盘和(或)旋转台上有油脂。

对应的解决方案：降低托罐盘旋转台的压力;更换卷封卡盘;对卷封滚轮进行清洁、上油、检修等操作, 以使其运转无阻碍;清洁卷封卡盘和(或)托罐盘旋转台。

对于金属密封罐卷边封口, 除了避免出现上述缺陷外, 还得检测封口处是否有快口、大塌边、卷边牙齿、铁舌、跳封、卷边破碎等缺陷。按标准在加压试验或减压试验时是否有泄漏。其它工业用金属罐, 要求卷边均匀, 无皱纹、毛刺、铁舌, 气密试验、液压试验和跌落试验应符合标准的有关规定。

5　结语

金属包装容器的封口, 一般是在卷边的基础上, 根据需要加以改进, 再配以相关的金属封合物实现。针对卷边封口中可能出现的封口缺陷, 分析了这些缺陷产生的原因, 并给出了相应的解决方案。