爪式旋开盖的制造工艺过程探析

摘要：爪式旋开盖是一种包装封口件，以昆明云海印铁制盖有限公司的金属爪式旋开盖生产线为例，分析了金属旋开盖制造的一般工艺过程，探讨了其中的一些关键技术。以期对金属旋开盖生产线的技术改进提供参考。

　　0 引言

　　金属包装是我国包装业的重要组成部分，主要为食品、化工、医药等行业提供配套服务。金属包装产品可分为印铁制品、易拉罐、气雾罐、食品罐和各类瓶盖等。

　　金属瓶盖是一种小型包装封口件，有旋开盖、皇冠盖、铝质防盗盖之分。旋开盖多用于大口瓶的封盖，如酱菜、罐头等包装；皇冠盖主要用于啤酒瓶的包装封口；铝制防盗盖则用于高档酒的封口包装。旋开盖又称爪式旋开盖，按爪数的不同可分为三爪型、四爪型和六爪型三种，最常见的为四爪型旋开盖，即通常所说的四旋盖。旋开盖按盖肩是否凸起，又可分为平顶旋开盖和尖顶旋开盖，平顶旋开盖的盖肩无凸起，盖肩和盖顶几乎在同一平面上；尖顶盖的盖肩明显凸起，盖肩和盖顶未处在同一平面，尖顶旋开盖结构示意图如图1-1所示[1]，图 

　　图1-1　尖顶爪型旋开盖结构示意图

　　中，盖顶、盖肩、盖臂、盖爪相互连接，盖体内外涂有保护层，在盖顶的外缘有环状凸起面—盖肩，盖顶的中部为平面，在盖肩的位置有柔性密封圈，即胶层圈，密封圈一般为聚氯乙烯树脂及其他辅料制成。按密封垫圈分，可分为半胶盖和满胶盖，半胶和满胶的区别就是看胶垫是否把整个盖子内顶面密封。按瓶盖抗高温的性能可分为高温盖和发泡（即微泡）盖，高温盖是采用聚氯乙烯树脂及其他辅料，经过注胶、烘烤、塑化制成连接于瓶盖内壁的实心装的密封垫圈；发泡盖是采用聚氯乙烯树脂并加入发泡剂及其他辅料，经过注胶、烘烤、塑化制成的连接于瓶盖内壁的有微型气孔的密封垫圈。

　　1　制造材料

　　镀锡薄钢板，又称马口铁，俗称锡铁皮，是指两面镀有纯锡的冷轧低碳薄钢板或钢带，由钢基层、锡铁合金层、锡层、锡氧化膜和油膜组成。锡主要起防腐、防锈及增强承印率的作用。用于瓶盖制造的镀锡薄钢板厚度一般在0.145~0.24mm之间，具体厚度可按瓶盖的盖型、大小、用途进行选择。根据薄钢板正面和反面镀锡厚度的不同，可将马口铁分为等厚镀锡和差厚镀锡两种类型。考虑到印刷面有较厚涂料保护层，可以用镀锡层薄的一面做印刷面，以节约锡。

　　2 制造工艺过程

　　爪式金属旋开盖的制造工艺主要由四个环节组成：印前处理、印刷、制盖（成型）和包装。印前处理是指对薄钢板进行表面处理及涂装处理，改善金属板的适印性和耐腐蚀性。印刷是按生产要求，经过制版、印刷、烘干、上光涂装、干燥等工序后，在处理好的金属板上印刷图文，以达到宣传和保护内装物的目的，一般要求金属印刷油墨要耐高温、耐蒸煮、不掉漆、不退色、无毒、耐摩擦、耐水、耐油脂等。制盖是瓶盖最终成型的工序，包括冲压、成型、注胶、烘干等工序。包装主要包括质量检测、计数及包装等。

　　2.1印前处理

　　印前处理是在印刷前对马口铁进行表面处理（去水分、尘土、油脂、铁锈及不平整处理）及内外涂装等。在正常情况下，质量好的马口铁及包装完好的整张马口铁不经表面处理便可直接使用。涂装在印刷之前进行，经过涂装，一是增加金属与油墨层之间的附着力；二是可以对油墨层起到良好的保护作用，同时增加图案的光亮度，并在制盖过程中不变色、不掉漆。

　　2.1.1内涂装

　　为了防止内装物与瓶盖之间的化学作用而产生污染，要在瓶盖内表面涂布涂料以保护内装物。内涂料层是在马口铁冲压成毛坯之前，用滚涂机将涂料涂布在马口铁表面形成均匀、厚度可控制的涂层。

　　涂布后的马口铁经输送带送至烘干机，在循环运行的链条带动下通过烘干机，进行高温固化，固化温度约在200℃~210℃，固化时间约为10~12min。固化是热固性涂料从溶液状的低分子树脂转变成网状结构的大分子树脂的必要手段。烘干机一般分为三个部分：第一部分铁皮预热，热量由过热蒸汽提供；第二部分恒温烘烤，此阶段的烘烤温度达到了涂料的固化温度，烘烤时间较长，目的是使涂料彻底固化；第三部分是冷却，这部分安装有冷却装置，可以使过热铁皮在较短的时间内达到常温。整个烘烤时间需要10～15min。此后用收铁机整理堆齐，再由自动卸版机卸下铁皮，经检验、理化测试合格后转入下一工序。

　　如果固化不充分，则涂膜的附着力和加工性差，收铁时易出现粘脏，经下道工序加工时会出现划花。如果烘烤温度过高，破坏涂料高分子之间的分子链，则涂膜变硬发脆，容易剥离，油墨及图层变色，白涂料则明显泛黄，影响白度。瓶盖的内涂料大多是环氧三聚氰胺或环氧尿素树脂涂料。

　　2.1.2外涂装

　　外涂装作用在于增加制品的美观性和耐用性。

　　外涂装分辊涂底漆（油）和辊涂底色，所用设备和内涂料一样，均为滚涂机。

　　底漆是铁皮和油墨中间的一层连结剂，其作用一是保证白油墨和铁皮有良好的连接性，提高油墨的附着力，二是提供印刷油墨呈色的背景基础。底漆需在160℃～170℃的温度下烘烤10～12min。底漆通常是印铁厂根据制品要求自己配制，主要有氨基醇酸烘漆和绝缘漆两类。底色多为白色涂料，俗称白磁油，辊涂底色的目的是满足印刷图案的需要，通常辊涂1～2遍，以达到所需白度。为避免烘烤时白油墨可能变黄，可在涂料中加一些调色剂，涂装后在160℃～170℃的温度下烘烤10～15min。印铁白墨是在胶印机上印刷的，印刷的墨膜很薄，大约在3μm左右，一般需要印刷2~3次才能达到理想的白度。

　　2.2印刷

　　金属印刷工艺是利用平版胶印的水墨相斥原理，借助印刷压力，把印版上的油墨，经橡皮滚筒转移到金属印张上的过程。生产线一般由进料系统（送铁机、进铁机）、定位机构、印刷机构（胶印机）、输墨装置、润湿装置（滚筒涂布机）、干燥机构及收铁机等设备组成。

　　金属印刷与纸张印刷基本一致，要经过设计原稿、图文制作、打样、拼版、出菲林、打样、校稿、晒版、校色、印刷、干燥、印后加工等。但与纸张印刷也有所不同，主要表现在分色制版、印刷、干燥及油墨材料等几方面。

　　2.2.1印刷

　　金属表面属于非吸收性表面，在印刷过程中要合理控制印刷速度及油墨粘度。另外，根据印刷油墨的特性，单色金属印刷机一般按黄（Y）、品红（M）、青（C）顺序进行印刷。从油墨褪色的情况来看，先印易褪色的墨，后印不易褪色的墨，以延缓褪色速度。由于金属的适印性和渗透性较差，一般的单色印刷机对同一墨色，需印两次才能达到理想的印刷效果，这也是金属印刷与纸张印刷的不同之处。

　　2.2.2油墨干燥

　　由于油墨在金属表面难以被吸收，需加热促使油墨氧化结膜后干燥或使涂料内的溶剂挥发，形成一层涂膜。这也是印铁与印纸的最大不同点。铁皮干燥在连续干燥室内进行，热源主要有煤气加热、电加热和蒸汽加热三种。此外，在连续干燥室后配置有翻铁机，经过自动烘烤流水线干燥后的铁皮印刷品面朝下，经过翻铁机可以使铁皮的印刷面朝上，便于后续套色印刷。印刷完成后的金属板如图1-2所示。

　　图1-2 铁皮印张（图中所示圆为印刷后的瓶盖）

　　油墨干燥是一个复杂的理化反应过程，要合理控制油墨的干燥速度，干燥太快会降低油墨的正常传递性能，影响生产，干燥太慢，容易起脏及降低生产速度。

　　2.2.3上光涂装

　　金属承印物印后一般要经过上光油处理。上光油的目的是保护墨膜，改善印刷品的光泽，使印品美观，并能增强对制盖加工时的弯曲和机构冲击的承受能力，保护油墨及其涂料层在冲压过程中被划伤。上光油在涂料机上进行。上光涂料应具有一定的光亮度、硬度和牢固度，且要求保色性好，流平性好，与白涂料和彩色油墨均具亲和性。光油一般有椰子油，醇酸脂、环氧树脂、氨基树脂等，溶剂为二甲苯和丁醇。烘烤温度在160℃～180℃之间，时间为10～15min。

　　2.3制盖

　　完成印刷的金属板由*车运送至制盖车间，经冲压→桥架输送→成型→注胶→皮带输送→干燥等一系列工序最终完成瓶盖的生产。

　　2.3.1冲压

　　锻压机床也称冲床，是一种普遍使用的金属机械冷加工设备，用于金属瓶盖制造的多为小型曲柄冲压机。曲柄冲压机是由曲柄滑块机构的主传动带动滑块上下运动，由固装于滑块上的成形器（或模具或刀具）和机座上的固定模具对毛坯实施冲制和拉伸。锻压机床上还装有喷气嘴，用来吹送压制出的金属瓶盖毛坯进入输送通道。

　　2.3.2桥架输送

　　为了保证生产的连续性，冲压出的瓶盖毛坯要经过桥架装置输送到成型机成型。桥架输送装置由管型轨道、电机、磁性履带、位置检测装置和槽型轨道组成。槽型轨道长约10～15m，有两个作用，一是输送瓶盖毛坯；二是储存瓶盖毛坯，以便在锻压机出现故障时，成型机还有充足的坯料维持正常工作，从而提高工作效率。冲压出的金属瓶盖毛坯在锻压机气动喷嘴的作用下由管型轨道滑到磁性履带上，磁性履带垂直安装，磁性履带的上端和槽型轨道相连，磁性履带在电机的作用下将金属瓶盖毛坯由低位输送到高位，到达槽型轨道，槽型轨道前端设有检测装置，检测轨道中的瓶盖毛坯贮存长度，当金属瓶盖毛坯充满整个轨道时，电机停止运行，信号传送到锻压机床，冲床停止工作，待瓶盖毛坯在轨道的贮存长度小于轨道长度时，电机又开始运转，冲床工作，如此循环。

　　2.3.3成型

　　桥架输送过来的瓶盖毛坯自输送履带进入成型机成型。成型机有光电检测器、卷边模具、成型模具、转盘等装置。光电检测器检测卷边和成型过程是否顺利进行，如出现卡盖现象，光电检测器报警，同时成型机停止运转，以保护模具。

　　进入成型机的瓶盖毛坯在预卷边模具的作用下进行预卷边，预卷边瓶盖如图1-3（a）所示。经过预卷边的瓶盖在卷边模具的作用下二次卷边，经过二次卷边的瓶盖如图1-3（b）所示。经过二次卷边的瓶盖在成型模具的作用下成型，成型瓶盖如图1-3（c）所示。

　　图1-3 旋开盖成型过程

　　2.3.4注胶、离心甩转

　　金属瓶盖内用胶为NP胶，此胶是以聚氯乙烯树脂为基料的奶白（黄）色胶状液体。适用于涂注盛装食品类瓶盖、罐盖。NP胶按发泡程度和烘干温度可分为ZF-100FH-NP（低泡高温NP型）、ZF-100FH-NP-H（低泡高温NP-H型）、ZF-100WF-NP（微泡高温NP型）、ZF-100FL-NP（高泡低温NP型）等。离心甩转在甩转轮上进行，甩转轮由专门的电机带动，旋转速度视注胶量的多少而定，一般为600～800rpm。旋转的目的是使由注胶机注射到瓶盖内的胶尽可能均匀的分布，以提高成品的密封效果。

　　2.3.5输送及烘干

　　经成型机成型并注胶后的瓶盖，由输送带送至烘干机，在循环运行的链条带动下通过烘干机促使胶料高温固化。金属瓶盖内的NP胶涂布后必须高温烘烤才能成型，这样能够避免高温杀菌时产生断胶或脱胶现象。适宜的烘烤温度为摄氏200℃～215℃，烘烤时间则需视所用设备而定，一般情况下以200℃～214℃烘烤4min，效果最佳。烘烤时应先设定好时间，将烘炉的温度尽可能调高，使烘烤成型后的胶的颜色为淡黄色，然后再降低烘炉的温度3 ℃ ～ 5 ℃ ， 使烘 图2-4　旋开盖成品烤成型后的胶的颜色刚好为奶白色。烘烤后的金属旋开盖成品如图1-4所示。

　　图2-4　旋开盖成品

　　2.4成品质量检测与包装

　　2.4.1质量检测

　　质量检测主要包括次品分离与高压釜试验。次品分离由目测完成。高压釜试验的主要目的是为了确保成品的密封性，烘烤后的合格产品需抽样进行高压釜试验。具体过程为：将瓶盖盖在装满水的玻璃罐或玻璃瓶上旋紧，放入高压釜中，在高温高压下持续40min，等釜内气压和温度降至常温常压时取出玻璃瓶，查看瓶盖是否凸起，凸起则表明注胶不均匀或胶量太少，需对注胶机进行调节；如未凸起或凹陷，则表明瓶盖密封性良好，无需调节注胶机。

　　2.4.2包装

　　经质量检测后的合格产品由输送带运输至接收装置，接收装置一般设有两个接口，瓶盖经由一个接口落入编织袋或纸箱中。两个接口可切换，切换由运输带前端所设的计数器及导板协同完成，输送带每运送一个瓶盖，计数器上的数字累加记数，当数字达到预设数字时计数器归零，同时导板改变方向，完成切换，进入新一轮的计数。

　　3　结论

　　金属爪式旋开盖的制造是一个复杂的过程，主要有四个工艺环节：印前处理、印刷、制盖和包装，每个环节又有诸多工序，合理安排各个工序，控制其工艺参数是保证瓶盖品质的保障。