铝质软管生产工艺分析

2019-01-10何丽郭爽

凿岩机械气动工具 2019年4期

何丽，郭爽

(1.西北投资管理咨询有限公司，陕西西安710000；2.四川大学商学院，四川成都610207)

铝质软管（以下简称铝管），俗称牙膏管，牙膏皮。这种软管的原材料是使用纯度99.7%以上的铝制成。铝管是一种十分常见的包装材料，广泛用于充填灌装化妆品、牙膏、颜料、润滑脂、染发剂、调味品，以及各种胶粘剂等膏剂类产品。铝管身挤压之后会塌陷，空气无法流进软管内部，不容易发生内容物氧化或污染，从而延长了产品的保质期。

1 铝管之前身与现状

铝管最为常见的当属药用铝管，药用铝管可分为软质铝管和硬质铝罐两种。软质铝管也称为“软管”，经过软化处理，主要用于包装药膏、美术颜料、化妆品、密封胶、牙膏、鞋油、AB 胶、染发膏、番茄酱、巧克力酱、瞬干胶等膏剂型的产品；而硬质铝罐则未经软化处理，主要用于包装泡腾片、药片、胶囊、喷雾剂等剂型的产品。

软管又分为三种，即金属软管、塑料软管及复合软管，其中，历史最悠久的要属金属软管。目前，金属软管中最多使用的是铝管，由瑞士人于1913年创制，直到1937年才推广使用。铝管由于没有接缝，可以使管体圆面得到完美的印刷，但美中不足的是肩部不易挤净，使用后总留有残余。

软管的生产、应用和发展历史比较长，已历经三代的更替。

第一代产品是铅锡软管。大约在1841年，美国最早创制出铅质软管，到了1870年左右，美国大量生产铅和锡的软管，用于装牙膏、刮脸膏、胶粘剂等。但铅对人体会产生严重的伤害，而锡资源又较少，所以早已被市场淘汰。

第二代是铝制软管。由于铅锡重金属的毒性大且原材料的生产成本高，随着电解铝技术的成熟和铝制品对人体的亲和性，使得铝管随后占据了市场。然而铝管密封性差，无法隔绝药物与空气的接触，且裸露的铝材与药物极易发生化学反应，直接涉及药品的安全性，因此国内目前使用量迅速减少。

第三代铝管的技术水平与第二代产品相比有本质上的区别和提高。它具有薄顶封膜和尾处的密封涂层，可确保药品在贮存期内不与空气接触，且不会有任何泄漏和干涸现象；内壁涂层能有效隔离药物与金属铝的直接接触，为药品在有效期内的药效和安全性提供可靠保证。加上多色种印刷技术使外表更加显得美观。随着消费者需求的提升，近年来还开发了带塑料保洁头的铝管和带保洁头的尖嘴眼药膏管，可避免因螺纹口磨擦而使铝材发黑的现象，这有效提高药品的清洁度和用药的安全性。随着非处方药(OTC)的上市，第三代铝管备受青睐。

由于铝管推广缓慢、市场未被充分开发和技术的壁垒限制，最早该产品的生产设备由国外少数几家企业所垄断。直到改革开放初期，对生产设备的需求迅速增加，这时由政府主导，由当时牙膏行业的龙头老大上海牙膏厂牵头，组织了几家有实力的厂家共同开发出了国内第一代铝管生产线。

改革开放初期，我国的工业基础相对比较薄弱，部分厂家为了提高产品合格率并降低生产成本，将原来印刷部分的机械手上下管，改为人工手动插拔上下管。这一改变在当时确实提高了产品产成率，减少了用气量，并降低了生产成本。

时过境迁，原来的牙膏铝管包装逐步改为复合管包装，然而铝管的生产经过短时间的沉寂之后又迅速迎来了春天。随着我国改革开放的深入，化妆品、美术颜料、胶粘剂、旅游牙膏、药膏等产品，对铝管的需求都有了大幅度的增加，铝管的生产出现了供求相抵的现象。与此同时，在铝管的主产区广东、江苏等地都出现了不同程度的“用工荒”。由于历史的原因导致了软管生产成了劳动密集型的产业，一条生产线一般需要8～12 名操作工人，并且劳动强度大。但是，铝管属于低附加值的产品，致使行业从业人员工资普遍偏低，加重了用工短缺的状况，并直接导致了该行业的操作工整体素质偏低。

2 铝管市场与特点

据《2018-2024年中国金属软管市场分析预测及发展趋势研究报告》显示，铝管包装在欧美市场最大的领域是化妆品市场，大约占到整个欧美铝管包装市场份额的43%，染发剂、皮肤及头发护理用品是使用铝管包装最多的化妆品。在欧洲、亚洲和美洲等地区的很多国家，铝管包装在化妆品市场的销售收入均呈上升趋势。

铝管包装在欧美医药市场的销售额占到整个欧美铝管包装市场份额的21%。随着人口老龄化问题的日益严重，社会对医药产品的需求将逐渐增加，铝管包装作为附加品也将从中获益。在软管包装中，铝管以其优异的阻隔性能在医药市场仍占有最大的份额，而塑料软管和复合软管主要用于一些敏感性稍低的医药和日化产品的包装。铝管包装还有一个重要的应用领域是牙膏市场，约占到整个软管包装市场份额的6%。

铝管包装在家庭护理产品、食品、工业产品领域也得到了一定的应用，销售额占到整个欧美铝管包装市场份额的9%，应用铝管包装的产品主要包括鞋油、胶黏剂、特殊的清洁产品和油漆等。使用方便、操作简单以及可重复密封，是铝管包装在食品领域拥有的主要优势，随着“单人家庭”的逐渐增多，食品包装有向规格更小化方向发展的趋势。

与其他行业相比，欧美铝管包装市场需求量相对稳定。一是铝管包装具有很好的通用性，广泛的市场基础使得铝管包装能够抵御一定的经济动荡；二是铝管包装主要应用于消费品领域。由于铝管包装的灵活性，欧美铝管包装行业稳住了目前的市场份额，而且有逐步扩大的趋势。

随着铝管的广泛使用，与其他包装相比，铝管具有以下不可替代的优点。

（1）可回收利用。铝管易于回收并循环利用，符合环保理念。

（2）轻量化。与其他材料相比，重量轻，使用方便。

（3）适用性好。与其他材料不同，铝管可以容纳腐蚀性和非腐蚀性的产品，可长期使用，且无害无副作用。中性铝包装既不影响口感，也不影响健康，还可保持风味和香味。

（4）良好的遮光性和气密性。铝管薄壳比其它任何材料均有优异的阻隔性，阻气性、防潮性、遮光性、保香性均好，加之密封可靠，能可靠地保护产品。铝管的致密性好，与氧气接触很短时间就形成保护膜，完全能满足药品的特殊要求。

（5）机械性能好。金属容器相对于塑料、玻璃、纸类等容器的强度均大，且刚性好，不易破裂。同时，比塑料耐热性好，耐腐蚀，能防水，也可避免有害元素外逸。

3 铝管的生产设备与工艺流程

铝管的生产流程比较复杂，根据不同的生产需要，合计由6～12 道不等的生产工序完成。生产铝管的基本工艺过程如下：毛坯料→挤压成型→车削与修饰→退火→内涂→固化→存储→底色印刷→上色印刷→干燥→尾胶→拧盖。产品在每一道工序后的流转均为自动连接，自动进出。

3.1 炒片（上料）

炒片机是铝管生产流水线的辅助设备，与冷挤机配套使用。将铝质金属片材（一般为圆形）投入其中，再加入适当脱模剂进行低速搅拌。搅拌均匀后经输送机构输出，用于冷挤机挤压胚管。

3.2 挤压

卧式冷挤机，也叫卧式冲床，它是将铝圆片挤压成胚管，或其它形状的筒状物的专用生产设备。该机可设定不同的挤压工艺。

该工序由振动料斗自动将铝圆片整理并规则地送入下料导轨，经送片机械手将圆片准确地送入冲压模腔。在曲轴连杆摆杆和滑块的作用下，冲头和模孔之间的间隙控制管材的厚度，通过底模和冲头间的环状缝隙，将圆片一次冷挤成型，形成坯管并自动脱料，经输送链有序地将坯管输出。

3.3 修饰

螺纹机，也叫铝管修饰机，是将胚管进行修饰成形的设备。该机主要工序包括切管头，压管咀螺纹，切除管尾多余部分，管肩抛光等。

其工艺流程是坯管由落料槽经推杆运动插入芯轴，铝管被套上膨胀芯后，膨胀芯轴开始胀大并将铝管固定在芯轴上。随后，膨胀芯轴开始高速旋转，并带动铝管随自身高速旋转，而螺纹刀与膨胀芯轴做相反方向运动，在旋转过程中铝管管尾被切尾刀切齐，并达到设定的管长尺寸，管嘴被车头刀切齐并形成一定高度的管颈，同时螺纹刀在管颈上滚压出产品所需的螺纹。接着，刷盘在电机的带动下对管头、管肩部位进行抛光，去除毛刺，同时压尾轴承将切尾刀留下的切口压平，使管身更加平直，也便于脱料。

最后一个工位为卸料工位，卸料板经凸轮控制，将加工后的管坯推下芯轴，再经平皮带的引导进入落料槽，落料槽可以与退火炉的输送船链连接，进入下一道退火工序。

3.4 退火

铝圆片经冷挤成型形成胚管后，由于金属分子结构改变而产生了应力，失去柔韧性。为了消除这种应力，使管身达到使用要求，必须对管坯进行去应力退火处理，退过火的铝管变得很软。经过退火处理之后的胚管表面的脱模剂被挥发干净，保证了下道工序对内涂层和底涂层的附着力。

退火炉采用电加热供热方式，清洁安全。输送船链将管坯逐个放入“C”型船，通过退火炉船槽依次进入退火炉，管坯跟随“C”型船在炉腔内循环，在退火炉内经过3～5 分钟的高温后，退火完成。在出管处送出退完火的管坯，被送至冷却区，经出管输送船链送入下一工序。

3.5 内壁喷涂

为满足铝管的使用要求，确保铝管灌装的内容物与铝材有效隔离，必须在铝管内壁喷涂一层化学性能稳定的保护膜，一般涂层材料为环氧树脂，所以该机称为内壁喷涂机。

由退火炉输出的坯管经输送船链，落入进管槽，再由推杆送入喷涂机转杯，经福开森（Ferguson）分度机构带动转盘，转杯进入喷涂工位。滚筒上固定6 支喷枪，每支喷枪均单独控制，喷枪随着滚筒一边做前后往复运动，一边随着管链作左右摆动，从而完成一个工作循环。喷枪往复一个循环，管链走过两个转杯，即单根喷枪每隔一个管子喷涂一次。因此，每支铝管均完成了三次喷涂。完成这个工序后，铝管随传送链条进入固化炉。

3.6 固化

固化炉为软管生产线配套设备，担负着内壁喷涂后的固化作用，该炉是软管生产线中所有配置内壁喷涂设备生产线中的必备设备。该炉配有单独的驱动电机，既可以与前后设备保持同步运行，也可以单独运转。

固化炉一般采用电热管供热。喷涂后的胚管，经输送船链传动，转移进入固化炉的不锈钢“C”型船。经船链的带动，在固化炉内随“C”型船循环至出料口。“C”型船将经过高温烘烤后的胚管送出，落入出管输送链，胚管在固化炉内经过一定时间的高温烘烤，附着在管壁的内喷涂液被烤干，并牢牢附着在了管内壁上，从而完成整个固化过程。

3.7 存储

铝管中间存储器是全自动铝管生产线中的必备设备。

为了实现设备使用效率的最大化，特别在生产流程中设置了2～3 套中间存储器。中间储存器可以起到临时储存，对设备运行速度差异的补偿作用，从而使生产线运行更平稳、高效。例如，存储器前面的设备如临时停止运行，为保证后面设备可以继续运行，则使用存储器上的胚管；反之，存储器后道的设备停止运行了，前道设备生产的管子可以临时存储在存储器的链条上。

3.8 底色印刷

底色印刷机用于对铝管圆周面进行底色滚涂的印刷。

为了使铝管表面更好地印上图案，增加印刷的美感，需在铝管外表面涂上一层底墨，一般为白色。只有底色为白色时，各色油墨才能正确呈色。而未经处理的普通金属软管表面是金属本色，影响油墨的呈色效果，故必须在软管的表面涂上一层白底漆。白底漆俗称白可丁，白可丁的涂布厚度较厚，遮盖率好，表面平整光滑有光泽，是软管制造普遍采用的打底工艺。为获得特殊的印刷效果，可丁也可以调配成不同的颜色，如粉红色，淡蓝色等。

其工作流程是胚管经输送船落入进管“V”型槽，在推杆的往复运动下，将胚管插上印刷芯轴。芯轴带着铝管转到涂料工位时，铝管与粘有可丁的胶辊接触，铝管与胶辊做相反方向的旋转，此时可丁经胶棍被均匀地涂上管身，完成底色印刷。随后底涂转盘带着套有铝管的芯轴转动到卸管机械手处，卸管机械手将铝管从底涂芯轴上取下并送到传送链条上，铝管随传送链条进入底涂烘箱。

3.9 上色印刷

铝管印刷机是在铝管、铝罐等金属管表面进行印刷图案的套色印刷机。目前最多可以进行九种不同色彩图案的套色印刷。

来自底色印刷烘箱烘干后的坯管，经输送链传送至印刷机的上管处，坯管进入落管槽，由推杆将坯管插上印刷芯轴。由于软管不是平面状，所用的印刷机结构自然与平常的印刷机不同，它必须适应软管的外形，利用的是弹性橡皮层转印图像的原理。油墨通过墨槽、取墨辊、中间辊、串墨辊、橡胶辊传至印刷版，由印刷版将需要印刷的图文传送到橡皮布滚筒上，辅以适当的压力，采用“圆压圆”方式进行套色印刷，将图文印刷到铝管上。由机械手将印刷好的管从芯轴上取下，插上烘箱链杆，随烘箱链进入烘箱烘干。

3.10 烘干

烘箱是铝管生产线配套设备，用于印刷底漆和图案文字色漆后的烘干、固化。

烘箱一般采用燃烧的方式加热，将天然气或液化石油气转化为热能，燃烧器产生的热量经交换设备形成热空气，热空气经高压风机吹进风道，传给箱体，形成热风循环，热交换效率高，箱体设有对流搅拌技术，温度均匀。当然，随着环保的推进，电加热炉将成为未来的发展趋势。

3.11 拧帽

捻帽机也叫拧帽机，主要用于对铝管的自动上盖和保洁头工作，其适用范围广，可对不同类型的塑料盖进行上盖。

印刷好的铝管经烘箱烘干后进入捻帽机，上盖机械手旋转将帽盖旋至管嘴上。设备将来自输送船上需要拧帽盖或上保洁头的铝管，自动插上芯轴。气缸按一定频率打上保洁头，采用气缸带动夹帽钳夹住帽盖的方法，对旋转芯轴上的铝管进行拧帽。双工位拧帽盖、紧帽，铝管卸脱等工作一次完成。对铝管套上芯轴，进行上保洁头或上帽盖，刮刀将已紧帽的铝管从芯轴上刮下，通过出管部件输送到下道工序。