化学防护包装工艺及机械.ppt

化学防护包装工艺及机械,防锈包装工艺真空包装与充气包装工艺,第一节 防锈包装工艺,一、防锈包装的意义，种类和分级,Cortec气相防锈发散剂及气相防锈膜,金属制品表面因大气锈蚀，会变色、生锈，降低使用性能，造成产品价值降低以至失效。为隔绝或减少大气中水气、氧气和其它污染物对金属制品表面的影响，防止发生大气锈蚀，而采用的包装材料和包装技术方法称为防锈包装或封存包装。防锈包装对金属制品的储运与销售具有重要意义。,1.金属锈蚀原理,（1）化学锈蚀,根据化学的多相反应机理，金属表面的原子直接与反应物（如氧水酸）的分子相互作用。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的，电子从金属原子直接转移到接受体，而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。,（2）电化学锈蚀,铁的电化学腐蚀模型,A.双电层 与电极电位,双电层,当金属与溶液接触时，由于其具有自发腐蚀的倾向，金属就会变成离子进入溶液，留下相应的电子在金属表面上。结果使得金属表面带负电。而与金属表面相接触的溶液带正电。这就使得在电极材料与溶液之间的相界区不同于电极材料或溶液本身，该相界区通常称为双电层。由于双电层的建立，使金属与溶液之间产生了电位差。这种电位差就叫电极电位。,随着时间的推移，进入溶液的离子越来越多，留在表面的电子也越来越多，由于电子对离子的吸引力，金属的离子化倾向愈来愈困难，最后达到平衡。此时就有一个不变的电位量，称为平衡电位。当温度为25C，金属离子的有效浓度是1克离子/升，（即活度为1）时的平衡电位叫标准电极电位。,金属的腐蚀是由氧化反应与还原反应组成的腐蚀原电池过程。根据阴极与阳极的大小，又将腐蚀原电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池.,B.电化学腐蚀原理,条件：形成电化学腐蚀的两种金属（a）存在电极电位差（b）相连（c）共处于电解质溶液中,c.电极的极化,电极极化:当电流通过电极时，电极电位偏离其平衡电位数值的现象叫电极极化.阳极极化作用：使阳极的电极电位偏离其平衡电位数值而变得较正的极化作用叫阳极极化。阴极极化作用：使阴极的电极电位偏离其平衡电位数值而变得较负的极化作用叫阴极极化。,来不及扩散的金属离子造成浓度极化。,电流大于阴极反应速度，造成电子累积，阴极电位变负即阴极极化,形成钝化膜，阻碍反应进行，电位升高。,2.控制腐蚀的方法,正确选材：不同材料在不同环境中，腐蚀的自发性和腐蚀速度都可能有很大差别，所以在特定环境中，要选用能满足使用要求，且腐蚀自发性小，腐蚀速度小的材料.钝化：金属表面形成钝化膜后，扩散阻力变的很大，腐蚀基本上停止了，所以对可能钝化的金属可采用：.提高溶液的氧化能力，加入氧化剂.导入阳极电流，提高溶液电位，即进行阳极保护.合金化：加入Cr，Ni等.表面钝化：如钢铁磷化处理，表面形成的膜，Al经阳极氧化之后形成的膜。另外在表面渗入易钝化的元素（Cr、Al），使表面易钝化.,缓蚀剂：其作用就是在溶液中加入此类物质后能大大降低腐蚀速度.阴极保护：.利用外电流导入.牺牲阳极法涂料：是应用最广泛的一种防腐手段，它通常由合成树脂，植物油，橡胶，浆液溶剂等配制而成，覆盖在金属面上，干后形成薄层多孔的膜。虽然不能使金属与腐蚀介质完全隔绝，但使介质通过微孔的扩散阻力和溶液电阻大大增加，腐蚀电流下降。,金属镀层：.贵金属镀层：镀一层或多层较耐腐蚀的金属（如CR,NI等）可以保护底层的FE,但镀层一定要致密，否则将形成大阴极小阳极的腐蚀电池，反而会加速FE的腐蚀。.贱金属保护层：在金属外镀上电位较低的金属（如电镀或热浸镀ZN等），其保护机理是牺牲阳极，所以镀层偶有微孔也无妨.非金属衬里：如化工设备广泛采用的橡胶、塑料、瓷砖等衬里。控制腐蚀环境：消除环境中直接或间接引起腐蚀的因素，腐蚀就会停止，但这有个前提就是改变环境对于产品、工艺等不能造成有害的影响。,3.防锈包装工艺一般包含：,防锈封存包装。用防锈材料对金属制品表面进行处理与包封。,防锈包装前金属制品的清洁和干燥；,我国GB4879-1985对防锈包装方法分类如下：M-1 一般防湿防水包装 M-2 防锈油脂包装M-2-1 涂覆防锈油脂(涂覆硬膜防锈油料)M-2-2 涂防锈油脂，包覆防锈纸M-2-3 涂防锈油脂，塑料袋包装M-2-4 涂防锈油脂，铝塑薄膜包装M-3 气相防锈材料包装M-3-1 气相缓蚀剂包装M-3-2 气相防锈纸包装M-3-3 气相塑料薄膜包装,M-4 密封容器包装M-4-1 刚性金属容器密封包装M-4-2 非金属刚性容器密封包装M-4-3 刚性容器中防锈油浸泡包装M-5 密封系统的防锈包装M-6 可剥性塑料包装M-6-l 涂覆热浸型可剥性塑料M-6-2 涂覆溶剂型可剥性塑料 M-7 贴体包装M-8 充氮包装M-9 干燥空气封存包装M-9-1 刚性容器干燥空气封存M-9-2 封套包装,4.防锈分级 金属制品采用何种防锈包装方法，应根据制品重要性和储运要求而定,我国GB4879将防锈包装产品分为四级。,防锈包装分级,二、防锈包装件的清洗与干燥,包装件的清洗与干燥是防锈包装的准备工序。常用的清洗液：石油溶剂、卤代烃溶剂、碱性清洗液及非离子型表面活性剂清洗液四大类。清洗方法有浸洗、刷洗、喷洗及超声波清洗4种。它们的配方、性能及清洗工艺可查阅相关参考文献。除热浸洗、热喷洗和卤代烃蒸气清洗外，其它清洗方法清洗后的金属制品都应进行干燥处理。常用的干燥方法有：压缩空气吹干、加热干燥、红外线干燥、油浴脱水以及擦拭法等,三、几种常用防锈包装材料与方法,1防锈油脂封存包装(M-2),将防锈油脂涂覆于金属制品表面，然后用石蜡纸或塑料袋封装，称防锈油脂封存包装。此法材料易得、使用方便、价格较低且防锈期可满足一般需要，是应用最早、使用最广泛的防锈方法。常用于钢铁、铜铝及其合金镀件、氧化及磷化件以及多种金属组件的防锈。且产品涂油能起到一定的防止划伤和减震作用。,(1)防锈油脂的组成 防锈油脂矿物油(基体)油溶性缓蚀剂辅助性添加剂,石油磺酸盐硬脂酸铝环烷酸锌氧化石油蜡羊毛脂及其衍生物苯并三氮唑,缓蚀剂的防锈作用机理可简单解释为：第一，缓蚀剂在金属表面的化学吸附、降低了金属表面化学活性；第二，缓蚀剂降低水滴在油膜上的表面张力，因而降低水滴穿透油膜到达金属表面的能力；第三，缓蚀剂能将金属表面吸附水置换出来。,(2)防锈油脂的分类 防锈油脂可分为防锈脂与防锈油两大类。防锈脂。防锈脂是在常温下呈膏状的油脂材料。它的成膜材料主要由润滑油和工业凡土林组成，另外加入缓蚀剂、抗氧剂和分散剂等构成防锈脂。防锈油。防锈油是在矿物油中加入油溶性缓蚀剂和其它添加剂配制而成。它黏度不高，涂覆方便，但油层薄，一般只能作短期防锈。(3)防锈油脂的刷涂方法 防锈脂用热浸涂或刷涂。包装件解封后，要去除金属表面油脂比较麻烦。防锈油可方便地用浸涂或刷涂，然后用塑料袋封装。,2气相缓蚀剂防锈封存包装(M-3),气相缓蚀剂(Vapor Phase Inhibitor)，简写为VPI，亦称挥发性缓蚀剂。它在常温下具有一定的蒸气压，在密封包装内能自动挥发到达金属制品表面，对金属起防止锈蚀的作用。气相防锈包装使用很方便，效果好、防锈期长，能用于表面不平、结构复杂及忌油产品的防锈，已得到越来越广泛的应用。,(1)气相缓蚀剂的性能要求 常温下能挥发，具有合宜的蒸气压和扩散能力。与水作用时，能分解出具有缓蚀作用的基团，这些基团防锈能力强，同时对金属材料又不腐蚀。这些基团包括 以及带上述基团的的有机化合物和能电离出有机阳离子的化合物等。这些基团可能在金属表面起钝化阳极作用，或吸附在金属表面形成憎水性膜，或与金属形成稳定络合物等，抑制了电化学作用。在水或溶剂中具有一定的溶解度，同时还应具有较好的化学稳定性，在一般光、热作用下不会分解失效，不会生成有害物质等。,(2)气相缓蚀剂的种类及其作用机理 气相缓蚀剂多半可归纳为铵类、有机胺类及含氮有机化合物与酸形成的化合物等。金属制品因材料不同，所用缓蚀剂也应不同。气相缓蚀剂配方种类很多，并都有一定适应性，要经试验后仔细选用。一般，钢铁制品常用气相缓蚀剂为亚硝酸二环己胺和碳酸环己胺，有色金属制品常用苯并三氮唑。,亚硝酸二环己胺(VPI-260)化学式：物理性质：白色的结晶状物，熔点为178180，能溶于水和有机醇中，它的蒸气压极低，21时只有0133Pa(10-4mmHg)。作用机理：亚硝酸二环己胺在常温下气化挥发，到达金属制品表面与其上的水发生水解反应，生成有机阳离子基团吸附在金属表面，使表面钝化，降低腐蚀速度。在实际使用中，一般密封包装l立方货物需35gVPI-260，防锈期可达1015年。应用：亚硝酸二环己胺对黑色金属有良好的防锈能力，但对铜及其合金、铝、镁、锌等金属则促进腐蚀；对塑料、橡胶有相容性。它有弱致癌性，要加强防护。,碳酸环己胺(CHC)化学式：物理性质：白色结晶体，熔点为11051115，有氨味，无毒，易溶于水和有机溶剂中，它的蒸气压较大，25时为5332Pa(04mmHg)，同温下较VPI-260大2000倍，它挥发快、易消耗，防锈期较短，常与VPI-260混合使用。一般每l立方包装空间只用0510g即能有效防锈。应用：对钢铁有良好的防锈性能，对铸铁、铝、钢的镀铬、镀锡层及黄铜上的铜焊层等有保护作用，但对铜、镁则加速腐蚀；与塑料、橡胶有相容性。,苯并三氮唑(BTA)化学式：物理性质：浅黄或淡褐色结晶粉末，有轻微气味，熔点为9598，易溶于水及极性有机溶剂中，在30 下蒸气压为533Pa(004mmHg)，比VPI-260小100倍，但在100时蒸气压为1333Pa(01mmHg)，则大100倍。作用机理：当铜和吸附在其表面的BTA水溶液作用时，生成络合物皮膜，这种皮膜为链状聚合体，成为有效阻止介质对铜腐蚀的阻隔层。应用：BTA的防锈性能很好，在01的BTA汽油溶液或酒精溶液中处理铜及铜合金2rain，就可以形成保护膜防止变色及生锈。用15BTA处理过的包装纸包装铜及其合金件，具有长期防锈效果。它特别适合在潮湿条件下或SO，气氛中铜及其合金件的防锈包装。BTA对其它金属相容性较好，不会引起其它金属腐蚀。与铬酸盐相比，BTA属于无毒性防锈剂。,(3)气相缓蚀剂的使用 气相缓蚀剂粉末 气相防锈纸 气相防锈塑料 气相缓蚀剂溶液,（4)气相缓蚀剂在使用的注意事项 不同金属材料应用不同的气相缓蚀剂。金属制品为多种金属组件时则应选用对多种金属均能适应的缓蚀剂。气相缓蚀剂的用量，因包装材料、包装方法和防锈期要求不同而异。可用经验公式估算：式中Q一防锈剂用量(g)；Qo一容器内饱和气相防锈剂量，一般为1gm3；y一25时一年内漏损防锈剂量，一般木箱为96g年 T一保管年限(年)；K一为安全系数，一般为1.52。,被保护表面与缓蚀剂源间距离一般不宜大于30cm。密封包装可减少缓蚀剂损耗而延长防锈期，但要注意密封材料与气相缓蚀剂的相容性。不同的密封包装材料，防锈期不同，具体数据可参见表12-2。温度过高如大于60，湿度过高如大于85RH，都会影响防锈效果。气相防锈剂对汗液无效，故包装件在防锈前必须清洁，包装时应带手套和口罩。,3可剥性塑料封存包装(M6),可剥性塑料是以塑料为基本成分，加入矿物油，防锈剂、增塑剂、稳定剂以及防霉剂和溶剂配制而成的防锈材料。它涂覆于金属表面可硬化成固体膜，具有良好的防止大气锈蚀作用；同时膜层柔韧有弹性，也有一定的机械缓冲作用。由于固体膜被一层油膜与金属件隔开，启封时膜层很容易从金属表面剥下，故称为可剥性塑料封存包装。广泛应用于工具、汽车、飞机、造船业等金属制品的防锈包装上。,(1)热熔型可剥性塑料 主要组成：热熔型可剥性塑料是由乙基纤维素或醋酸纤维素与其它物质配制而成的。涂覆方法：金属件清洗干燥后，其上小孔、缝隙、深凹等处要用铝箔堵塞或用胶带封闭。如为组合件，非金属部分同法处理。然后将金属件浸入熔融塑料液中(约180195)，涂覆310s，提出冷却后即固化成膜。悬挂用的金属丝或尼龙线割断后，用塑料将断头封于膜层中。浸涂温度与时间应据实际情况加以调节，膜层厚度控制在1020mm。特点：a膜层可隔绝外界介质对产品的影响，且能从膜层中渗出防锈油液，有优良的防锈效果。保护膜在-4060 内都具有防锈效果。且膜层柔韧，有缓冲效果。b透明美观，内装物易辨认检查。c包封操作简单，拆封方便，膜层材料可回用。d要在高温下熔化涂覆。,(2)溶剂型可剥性塑料 主要组成。溶剂型可剥性塑料是以乙烯树脂为成膜剂，加入添加剂用适当溶剂配制而成。常用的乙烯树脂有聚氯乙烯、过氯乙烯、聚苯乙烯和醋酸乙烯一氯乙烯共聚体等。常用的溶剂为甲基乙基酮或其与甲苯的混合物。涂覆方法。金属件经清洗、干燥，并用铝箔或胶带封堵小孔缝隙和深凹处后，可用喷涂、刷涂、浸涂或淋涂等方法将塑料液涂覆于物体之上。特点。a常温下能涂覆，操作方便，适用不易涂覆的大型部件及机械，价格较便宜，应用较广。b膜层较薄，一般只有02075mm，但膜层中可能有气泡，故防锈能力不如热熔型，主要用于短期防锈。涂覆时注意事项。涂覆时应注意通风，涂覆件应避免与有机溶剂接触，并避光和热以防膜层老化。,4封套防锈封存包装(M-9-2),将金属制品密封于包装或一定空间内，使其处于低湿或无氧状态，以防金属件大气锈蚀的方法，称为环境封存防锈。这类方法有：充氮包装，干燥空气封存一封套包装，茧式包装，脱氧剂封存包装等。环境封存防锈包装适用于含有多种金属或非金属材料的金属制品，或形状结构复杂又不宜解体包装者。,封套包装时将金属件放入一密封套内，并放入干燥剂或气相防锈剂，然后在口部用拉链密封的防锈包装方法。拉链启闭灵活，便于检查和使用，但防锈期较短，一般只有23年，特别适用于运输途中的短期防锈包装。坦克、装甲车、火炮、鱼雷和枪械等军工产品经常采用封套包装。,干燥剂用量(d）可根据GB4879推荐的经验公式计算：式中：d一干燥剂需用量，kg；A一包装表面能透湿的表面积，平方米；R一包装材料透湿率，gm224h；M一包装物储存时间，月；D一缓冲材料质量，kg；K1一温湿度关系系数，为01200007；K2一缓冲材料种类系数，为084004(可查标准),四、应用实例,防锈包装种类较多，应根据产品性质、储运条件和保存期加以选用。在储运条件方面应考虑的因素有：到达运输终点的距离与时间；运输过程与终点的气候条件，是否高温多湿、海滨或极寒等；装卸次数，装卸设施；储存期长短及储存条件；所用包装容器是用于批发，零售还是作储存；包装费用。,下为：光学仪器防锈概要,工序名称零件加工热处理后防锈工序间防锈 涂装过程非涂装面防锈,工艺要求使用有防锈性的切削液喷砂法：喷砂防锈水 或防锈油防锈。清洗法：水冲洗非离子型金属清洗剂清洗水冲洗防锈水或防锈油防锈。碳氢系溶剂两道清洗防锈水，防锈油、气相纸或气相盒防锈。溶剂汽油清洗硬膜稀释型防锈油涂装后除油膜清洗防锈水或防锈油防锈,在制品、备件库防锈半成品库装配过程防锈成品封存包装产品装箱,溶剂汽油两道清洗根据防锈期要求选用防锈油、气相纸或气相柜防锈。两道溶剂汽油清洗储存防锈。3个月以内的，室温涂刷防锈油脂，3个月以上的用防锈油脂防锈，并以苯甲酸钠纸遮盖或包装或干燥封存或浸入防锈油等。两道溶剂汽油清洗用柔软中性纸抹干室温涂刷防锈润滑油，阻尼润滑油 两道溶剂汽油清洗柔软中性纸抹干裸露金属面涂防锈油料苯甲酸钠防锈纸或塑料复合纸包装。支承：紧固部分如遇精加工面，先涂刷防锈油脂覆盖防锈纸毛毡衬里+泡沫塑料衬垫。充氮封存：产品装入塑料或铝塑衬套抽气充氮粘胶带封口或热焊封口(套内放干燥剂500gm3)光学玻璃组件，封套内加以防霉措施。装箱：装入木箱(木材含水量不超过15)，内衬油毛毡，沥青纸。,真空包装与充气包装工艺,将产品装入气密性包装容器，抽去容器内部的空气，使密封后的容器内达到预定真空度，然后将包装密封的一种包装方法。充气包装是指在产品装入气密性包装容器，抽真空(或不抽真空)，再充入保护性气体(一般为N2、CO2)，然后将包装密封的一种包装方法。,一、简介,真空、充气包装有以下特点：食品不用加热或冷冻，不用或少用化学防腐剂，便能有较长保存期，且食品风味可保持较好。充气包装饱满美观，可克服真空软包装缩瘪难看和易机械损伤的缺点。与罐藏和冷冻贮藏相比，包装材料和设备较简单，操作方便，费用较少。但应用上也有以下不足：真空包装抽真空后，软包装缩瘪不美观，不适合有尖锐外形产品及粉状产品的包装。充气包装所用的保护气体对食品的保护作用有限且因包装透气问题，不一定始终维持最佳保护气氛；真空充气包装对厌氧菌无效。因此，对食品来说，真空及充气包装常要与冷藏相结合，才有较好的效果。与罐藏相比，食品真空及充气包装速度较慢，效率较低。,二、真空，充气包装原理与应用,真空、充气包装的基本工艺要素：包装内气体成分的选择和包装贮存温度的确定；高阻隔性包装材料的选用和包装容器的密封；包装方法和包装机械的选用。,1、保护性气体的作用 氧气 氮气 二氧化碳,2、包装材料的选用（1）真空充气,（2）自然气调材料的选用,一些塑料的气体渗透率比率,功能材料,(1)腔室式真空充气包装机 其原理如下图示：,三、真空、充气包装机械,工艺过程为：供袋、装入产品置入腔室，袋口对着充气口并平搁在热封条上抽真空充气(或不充气)热封腔室通大气，输出包装件。腔室式真空充气包装机也有多种类型。按腔室数量，有单腔和双腔，双腔式生产效率较高，按结构，又有台式、传送带式、回转工作台式等；现国内生产的多为台式机。,(2)气流冲洗式充气包装机 其工艺原理如图示:,工艺过程为：置入产品覆膜、纵封(筒膜免)气流冲洗横封切断枕式包装件。这种包装机可用于薄膜枕式包装，也可用于热成型浅盘包装。由于是采用气流驱除包装内空气，不用抽真空，因而包装速度快。但充入气体消耗大，包装内残留氧可多达25，只能用于包装内除氧要求不高的产品。,四、真空、充气包装储存期计算,真空充气包装的储存期是指包装外氧气渗透过包装材料，达到包装内物品容许的吸氧量所经历的时间。渗透性包装材料对气体的渗透量用下式计算：式中：g一气体渗透量，立方厘米；p一气体渗透系数(透气系数)P1-P2。一包装材料两侧气体分压差；A一包装材料表面积，平方厘米；t一储存时间，s；d一包装材料厚度，cm。,