Общий химический состав

Для производства сборных банок необходимы белая жесть, уплотняющий материал, припой, паяльная жидкость (флокс) и флюс. При производстве штампованных банок требуются жесть, уплотняющий материал и материал для смазки жести перед штамповкой. Для штампованных банок и других видов консервной тары используют алюминий, его сплавы и другие материалы.

Белая жесть - это тонкая малоуглеродистая сталь, покрытая с обеих сторон оловом. По способу производства проката стали жесть бывает горячекатаная и холоднокатаная, а по способу покрытия оловом - жесть горячего и электролитического лужения. Жесть выпускается листовая (карточная) или рулонная.

Холоднокатанная жесть, отличаясь от горячекатаной стали меньшим количеством примесей и гладкостью поверхности, является лучшей основой для нанесения олова и дает более коррозионностойкий материал.

Холоднокатаную белую жесть изготовляют из низкоуглеродистой стали марки 08кп по ГОСТ 1050-60, имеющей следующий химический состав (в%):

углерод-0,09;

марганец - 0,43;

кремний - следы; фосфор и сера - 0,03.

Белая жесть (горячего и электролитического лужения) в зависимости от

назначения и состояния поверхности делится на две марки: ЖК - консервная, предназначенная для изготовления консервной и других видов пищевой тары, ЖР-жесть разная, применяемая для изготовления некоторых видов пищевой тары и тары для химической и других отраслей промышленности.

В зависимости от номинальной толщины покрытия оловом жесть электролитического лужения делится на три класса: I класс - толщина покрытия 1,15 мкм, что соответствует массе покрытия с двух сторон 16,8 г/м2; II класс - соответственно 0,77 мкм и 11,2 г/м2; III класс - 0,40 мкм и 5,9 г/м2.

Химический состав алюминия (ГОСТ 11069-64), который используется для пищевой тары, приведен в табл.3.1

Таблица 3.1 - Химический свойства алюминия.

При производстве пищевой тары могут также найти применение деформируемые алюминиевые сплавы (ГОСТ 4784-65) типа АДО, АДОО, АМц и АМг2.

Для герметизации жестяной и укупорки стеклянной тары применяются преимущественно уплотнительные пленки (прокладки) различных типов, получаемые из полимерных дисперсий.

В жестянобаночном производстве используют для этой цели водно-аммиачную пасту, представляющую собой коллоидно-дисперсную систему, основным компонентом которой является натуральный или синтетический латекс (например, СКС-30 П; СКС-50 П). Уплотнительные пасты изготовляют также на основе других полимеров (поливинилхлорида, эпоксидных смол и др.).

Перед наложением на крышки паста представляет собой густую вязкую жидкость. Плотный остаток пасты должен составлять 40-49%, вязкость по вискозиметру Светлова не менее 60 с, содержание аммиака 1%. Консистенция и состав пасты, однородные, она должна быть ярко окрашена безвредной пищевой краской.

Пасту разливают по полю крышки равномерным слоем. После высушивания при 80-90° С, продолжающегося в туннельной или вертикальной роторной сушилке 12-18 мин, пленка должна' быть однородной, без пузырьков и пробелов. Перед закатывани-ем банок содержание влаги в уплотняющей пленке должно быть не более 2%.

Паста должна хорошо растекаться по жести и прилипать к ней. При хранении в жидком виде при температуре не ниже 10° С она сохраняет первоначальные свойства в течение года. Высушенная пленка пасты должна быть прочно связана с жестью, не изменяясь выдерживать в течение 2 ч температуру стерилизации 120° С. Она должна быть стойкой в течение длительного срока хранения консервов.

При определении сухого остатка 3-5 г пасты взвешивают с точностью до 1 мг и высушивают при температуре 105° С до постоянной массы

Таблица 3.2 - Химический состав паст

Для пропайки продольного шва сборных банок применяют оловянно-свинцовый сплав (припой). Ввиду дефицитности и высокой стоимости олова разрабатываются способы применения новых видов припоев с низким содержанием олова и обладающих достаточно высокими физико-механическими свойствами. Такими припоями являются, например, припои ПОССу 5-1 и ПОССу 4-6. При этом возникают трудности, связанные с повышенной тугоплавкостью малооловянистых припоев. Перечисленные оловянно-свинцовые припои по химическому составу должны отвечать требованиям, указанным в табл.3.2

Качество паяемого шва во многом зависит от химического состава припоя. Так, например, наличие в припое ПОС 40, сурьмы до 2% увеличивает прочность паяного шва, однако значительно ухудшает смачивающую способность припоя, увеличивает твердость и хрупкость и может привести к нарушению герметичности шва. По-видимому, поэтому за рубежом, например в США и Англии, в аналогичных припоях, содержащих 39-40% олова, находится сурьмы до 0,5%. ГОСТом 1499-54 также предусматривается возможность поставки припоя ПОС 40, содержащего сурьмы до 0,25%.

Таблица 3.2-Химический состав припоев

Наличие в припое примесей меди, цинка, железа загрязняет его, увеличивает температуру пайки и ухудшает свойства припоя. Припой, находясь длительное время в паяльной ванне корпусообразующего агрегата, загрязняется также частицами шлака, сгоревшего жидкого флюса, остатков лака, которые могут попасть на паяльный вал.

Для очистки припоя в паяльной ванне от различного рода загрязнений и для предохранения поверхности расплавленного припоя от окисления, а также обеспечения чистоты паяльного вала и нормального его залуживания применяют хлористый цинк преимущественно в виде концентрированного раствора или же хлористый цинк-аммоний (смесь порошков хлористого цинка - 75% и хлористого аммония).

При добавлении к хлористому цинку нашатыря создается легкоплавкая смесь (температура плавления смеси 175° С, а температура плавления припоя ПОС 40 183°С). Такая смесь в виде порошка загружается в паяльную ванну, плавится и покрывает зеркало припоя, и загрязненный припой удаляется с поверхности. Применение смеси порошков способствует уменьшению коррозии металлических частей корпусообразующего агрегата.

Флюс (паяльная жидкость, флокс) предназначен для очистки поверхности жести от окислов жировых загрязнений, для предохранения расплавленного припоя от окисления, так как наличие окисных пленок снижает поверхностное натяжение металла на границе жесть - жидкий припой и ухудшает растекание припоя и его проникновение во внутрь шва.

Флюс не должен вызывать коррозию шва и химически взаимодействовать с припоем; он должен вытесняться жидким припоем с поверхности шва. Фактор коррозии жести особенно важен для консервной тары, предназначенной для длительного хранения, поэтому флюсы должны легко и полностью удаляться на воздухе (промывкой водой или растворами) с поверхности жести.

Широко применяются в качестве флюсов смолы (содержание канифоли 11 - 16%), растворимые в спирте или в бензине марки Б-70. Такие флюсы при температуре цеха не активны, а при температурах пайки хорошо взаимодействуют с поверхностью жести. В качестве активных растворителей для флюса применяются хлористый аммоний и полиэтиленгликоль (с молекулярным весом 200), который хорошо растворяет смолы. Остатки флюса на полиэтиленгликоле хорошо растворяются в воде.

При изготовлении банок из жести электролитического лужения удовлетворительные результаты получены при применении припоя ПОССу 40-2 и флюсов следующего состава:

а) канифоль (16%), олеиновая кислота (10%), остальное спирт этиловый;

б) янтарная кислота (2-3%) и спирт этиловый (97-98%).

Таблица 3.3 - Химические свойства смазок

Смазки подбираются в зависимости от вида штампуемого металла (белая жесть, алюминий, хромированная жесть) и его толщины. Чем тоньше штампуемый материал, тем большее значение имеют состояние поверхности и качество смазки как факторы, снижающие силы трения.

Физические свойства

Механические свойства жести определяются химическим составом стали, технологией проката и отжига ленты. Известно, что для производства штампованных банок глубокой вытяжки требуется жесть мягкая, с высоким относительным удлинением при разрыве, невысоким пределом прочти при растяжении и отношением, характеризующим пластичность металла, равным 0,6-0,7. При вальцовке, гибке, отбортовке, закатке, характерных для производства сборных банок, жесть должна иметь определенную твердость, упругость, поэтому в данном случае мягкая жесть мало пригодна: на корпусах образуется огранка, имеет место повышенный брак при склепе в процессе формования корпуса.

Для изготовления банок, подвергаемых большим внутренним давлениям (например, аэрозольная тара, банки для пива, напитков), требуется твердая жесть с относительно высоким пределом прочности и относительным удлинением при разрыве 8-15%.

ГОСТами 15580-70 и 13345-67 предусмотрено определение технологических свойств жести испытанием на глубину вытяжки сферической лунки (см. ГОСТ 10510-63), изгиб и перегиб на приборе типа НГ-1-2 вокруг губок радиусом 1,5 см. Однако эти показатели недостаточно характеризуют механические свойства.

В зарубежной практике широко применяется определение поверхностной твердости жести, которая разделяется на несколько классов (условно обозначаемых номером твердости Т-1, Т-2, Т-3 и т.д.). Поверхностная твердость жести определяется с помощью прибора типа Супер-Роквелл. Однако и поверхностная твердость жести не во всех случаях достаточно характеризует механические свойства жести. Поэтому наряду с твердостью определяют пределы текучести, прочности на разрыв, относительное удлинение при разрыве, свойства жести к упругому перегибу (пружинению).

Механические свойства жести зависят от структуры и химического состава стали, а также от ее термообработки.

По твердости жесть, выпускаемая за рубежом, делится на шесть групп (табл.3.4).

Особенностями отечественной холоднокатаной жести по ряду имеющихся данных являются невысокие временное сопротивление и предел текучести, соответствующие группам твердости Т2-ТЗ, и пониженное относительное удлинение, соответствующее в среднем группам Т4-Т5, причем для разных образцов жести относительное удлинение колеблется в широких пределах.

Таблица 3.4 - Физические свойства жести

Сопоставляя данные механических свойств белой жести, выпускаемой заводом "Запорожсталь" и Магнитогорским металлургическим комбинатом, а также литературные данные, можно рекомендовать для конструкторских и технологических расчетов жестянобаночного оборудования классифицировать жесть толщиной 0,22-0,28 мм на три группы, характеризующиеся примерными показателями, приведенными в табл.3.5

Для определения предела прочности при срезе рекомендуют принимать σ_ср = 0,8σ_в.

По данным предварительных опытов, жесть, отнесенная к II группе, вполне пригодна для изготовления цельноштампованных банок, а жесть I группы - для сборных банок. Жесть III группы повышенной жесткости может быть рекомендована для изготовления крупной тары (емкостью от 3 л и более) и аэрозольных банок.

Таблица 3.5 - Классификация жести по механическим свойствам

Кроме механических свойств, важными для работы жестяно-баночных автоматических линий являются способность жести к паяемости и прочному сцеплению с лаком, коррозионная стойкость жести. Эти показатели определяются состоянием поверхности жести, степенью ее зажиренности, наличием пассивной пленки, равномерностью и толщиной оловянного покрытия.

Для изготовления тары в пищевой промышленности, должен соответствовать ГОСТу 11068-64, а сплавов АМц и АМг, не уступающих алюминию по защитным свойствам, но значительно превосходящим его по прочности на растяжение и хорошей штампуемоести - ГОСТу 4784-65 (табл.3.5).

Механические свойства алюминия и его сплавов определяются режимами прокатки и последующей термообработки ленты. Хотя отжиг алюминия и его сплавов производят при 300-420° С, однако и при температуре порядка 200° С происходит частичное уменьшение ое и сгг и увеличение б. Поэтому при лакировании листового алюминия, которое осуществляется при 180-200° С в течение 15-20 мин, увеличивается пластичность металла (примерно на 20-45%) и снижается прочность (на 6-10%).

Таблица 3.5-Физические свойства алюминия и сплавов АМц и АМг

Алюминий, а также сплавы АМг и АМц поставляются в виде лент (ГОСТ 13726-68) или листов. При толщине ленты 0,3 - 0,5 мм допускается отклонение по толщине - 0,05 мм.

В ГДР алюминиевая лента толщиной 0,30 мм для консервной промышленности выпускается с полем допуска по толщине 0,03 мм.

Резиновые кольца для жестяных консервных банок. Для уплотнения закаточного шва фигурных банок обычно применяют прокладочные кольца прямоугольного сечения, изготовленные из каучука без вулканизации. В материалах, используемых для их производства, не должно содержаться вредных примесей.

Длина полуокружности колец 83 мм, 109, 125, 130, 135, 147, 172, 200, 228 и 340 мм, поперечное сечение колец 1X1 мм, допускаются отклонения по длине полуокружности от +2 до - 4% и по поперечному сечению от +0,3 до - 0,2%.

Таблица 3.6. - Физико-механические показатели паст для герметизации жестяных банок

Кольца должны быть эластичны, относительное удлинение их при растяжении составляет не менее 40% первоначальной длины. Кроме того, они должны быть пластичными и не разрываться при сплющивании при температуре 70-100° С. При нагревании до 120° С в течение 30 мин с последующим охлаждением на воздухе форма их сечения и другие свойства не должны изменяться.

Кольца не должны растворяться в жире и масле, при кипячении колец в течение 30 мин в растворах кислот, сахара или поваренной соли они не должны придавать им запах, вкус или окрашивать их.

Физические свойства припоя, должны отвечать требованиям, указанным в табл.3.7.

Таблица 3.7 - Физические свойства припоев

Температура припоя во время пайки корпусов должна быть значительно выше температуры полного расплавления.

Для припоя ПОССу 40-2 температура, при которой он полностью расплавляется, составляет 229° С, а температура пайки корпусов из горячелуженой жести 300° С. Для жести электролитического лужения температура пайки составляет 315° С. Такая разница между температурами объясняется особенностями используемого способа автоматической пайки с помощью вращающегося паяльного вала.

После пайки корпус подвергается отбортовке, при которой в месте нахлестки продольного шва края жести стремятся сдвинуться один относительно другого.

Припой обладает временным сопротивлением разрыву, которое в 7-8 раз меньше сопротивления, оказываемого белой жестью. Разрыва в нахлестке не происходит потому, что относительное удлинение припоя в 2 - 2,5 раза больше удлинения основного металла.