第3节　气相防锈防硫纸箱

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：在林林总总的防锈工艺中，气相防锈异军突起，它是最具发展前景的一种防护技术，因此研究者众多。目前国内使用最多的气相防锈方法，是将固态VCI装在若干个透气袋中，并将它们均布（固定）在容器内，以抑制大气对内装物的腐蚀。当金属表面的气体保护层达到相对饱和时，VCI气体的释放速度会自行放慢，以此来延长防腐蚀时间，因此它的防锈防腐性能比传统涂料更为优异。

金属零件在储存、流通过程中，常常会发生表面锈蚀氧化。

据美国腐蚀工程学会2004年的报告统计，腐蚀造成的经济损失占国民生产总值的3.1%，而我国统计的数据则接近5%。

目前市场上常用的防锈方法，主要归为以下两类（根据GB/T 4879—2016《防锈包装》）。

1.直接防锈

将防锈物质直接涂覆在产品金属表面的防锈方法。经常采用的材料有防锈油、防锈脂、凡士林、防锈纸、防锈剂、防锈液等。

这是较传统的一种防锈方法。在涂抹或包裹防锈物质时，人工费用较大，终端用户开启使用前，清理零件上的防锈物质又很麻烦，当零件形状复杂时，常会因一些细槽、深孔等位置涂覆不到而造成废品，而且该方法往往会对环境造成一定的污染。

2.间接防锈

不直接对产品的金属表面进行防锈处理的防锈方法。市场上一般选用的材料有干燥剂与气相缓蚀剂（Volatile Corrosion Inhibitor ，VCI），后者以粉剂、片剂或丸剂为主。

它们的缺点包括以下几点：

（1）防锈等级较低；

（2）对温、湿度要求较高，防锈材料及制品不能贮存在温度≥ 65℃及相对湿度≥ 85%的环境中（江南黄梅天时的相对湿度常常大于85%）；

（3）VCI与有色金属铅、锌、镉、镁及其合金接触时，有较多的限制条件（详见GB/T 14188—2008《气相防锈包装材料选用通则》）。

金属制品的防锈历来是个大课题，人们早已将它视作工业产品设计与生产链条中的重要一环。在林林总总的防锈工艺中，气相防锈异军突起，它是最具发展前景的一种防护技术，因此研究者众多。

目前国内使用最多的气相防锈方法，是将固态VCI装在若干个透气袋中，并将它们均布（固定）在容器内，以抑制大气对内装物的腐蚀。

据国家权威查新机构资料显示，我国有关气相防锈包装的专利并不少，例如：有的在纸箱内壁粘贴上一张防锈纸，也有的贴一层防锈膜；有的则将零件先装入气相防锈袋内，然后再放入运输箱中；有的在瓦楞纸板复合前，将VCI溶解在淀粉糨糊（黏结剂）中；有的则将涂有低氯的箱板原纸与涂有防锈剂的瓦楞原纸，复合在一起成为防锈纸板；还有的先用防锈材料将产品包装后，再用防水隔断方法处理；等等。

这些传统的防锈机理一般是这样认为的：

缓蚀剂中的化合物分子结构与空气中的水分子作用时，能分离出具有缓蚀作用的基团，产生适中的蒸汽压，在容器中达到一定的浓度，使VCI在金属表面起到阳极钝化作用。当非极性基的有机阳离子，定向吸附在金属表面上时，就形成了一层“憎水性膜”，它会增加金属表面的电阻，既屏蔽了腐蚀介质的作用，又降低了金属电化学的反应能力，从而保护金属制品不生锈。但这种方法需要空气中具有适量的水蒸气，以提高缓蚀基团的传递速度，否则会降低它的防锈效果。

查新机构提供的这些专利新技术及机理，或多或少存在着这样那样的缺陷，如有的防锈可靠性较差，有的不宜大批量生产，有的加工效率低下，有的纸箱成本太高……

更重要的是，它们大都未涉及合金与有色金属的防腐蚀，但在电子工业飞速发展的今天，对银基、铜基等精密元器件的防腐蚀，已经提上了议事日程。

针对以上诸多问题，现开发研制了一种新的气相防锈方法（见图2-3-1）。即在瓦楞纸板合成前，先将特殊的液态防锈涂料，均匀涂覆在里层牛皮纸上，用它加工成纸板、纸箱后，在这个相对封闭的微环境容器里，纸箱内壁上的涂料不停地释放出VCI，阻止金属表面发生氧化、酸碱或电化学等不良反应，避免金属材料变质、出现锈斑、腐蚀点或产生疏松状产物等，防锈有效期可达两年以上。

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图2-3-1　新的气相防锈方法

这种特殊的防锈涂料，在常温下即具有很强的挥发性，通过升华，在短时间内就可充满容器的各个角落和缝隙，因此对形状复杂产品的防锈效果尤其显著。

利用纸箱内壁上的气相缓蚀剂对制件进行防锈防腐，就全球范围而言，美国企业在这方面的应用较广泛，技术也较先进，特别是在军工产品领域，已使用得相当成熟和成功。

涂料是从MICHELMAN公司进口的，这是美国一家著名的特种功能涂料公司。现以最常用的铁基（黑色金属）防锈涂料为例，它的牌号为105#，它的主要成分为：48%聚合物，其余为水，黏度125～250cP·s，黏度检测用3#量杯，15～25秒流完。

当需防护的金属制件，系有色金属或合金材料时，视其具体成分含量的多少，供应商会提供不同组分的防腐蚀涂料牌号与品种。

经SGS测定，这些非铁基用涂料均不含重金属，不污染环境，符合欧盟的RoHS规定。它的主要缺点是具有一定的刺激性气味（持续时间不长）。

这种新型涂料的防锈防腐机理，与我国传统理念并不相同：

它在常温常压下，纸箱内表面释放出具有缓蚀作用的基团，向外迁移，充满整个纸箱，并在金属表面的浓度达到最高，以达到最好的抗腐蚀效果。空气中适量水蒸气会提高缓蚀基团传递速度，但MICHELMAN公司的涂料却可以不需要水，也能传递到金属表面。当金属表面的气体保护层达到相对饱和时，VCI气体的释放速度会自行放慢，以此来延长防腐蚀时间，因此它的防锈防腐性能比传统涂料更为优异。

防锈纸箱加工的工艺流程是这样的：

（1）将整卷牛皮纸（一般重1～2t），在进口的“MRC-1000”精密滚式“定量涂布机”上均匀地涂上“液态防锈涂料”，并瞬间用170℃高温烘干、烫压、整平；

（2）在瓦楞纸板复合自动流水线上，将此涂布纸与瓦楞纸及面纸等复合黏结成纸板；

（3）再将此“防锈瓦楞纸板”经过印刷、开槽、打钉等后道工序，加工成“防锈纸箱”。

牛皮纸上涂布防锈剂量的确定，是一项技术含量很高的工作，它主要取决于：

（1）需防护产品自身的抗锈蚀能力；

（2）产品的形状与包装箱密封程度；

（3）流通环境及贮存时间；

（4）纸箱的设计结构等。

一般常用的铁基防锈纸箱涂布量的计算方式是：每立方米密封纸箱内的VCI大于等于30g，经过换算，可以采用6#涂布辊，使纸箱表面的涂布量达到20g/m2左右，即能满足此要求。

涂布量的多少，决定了VCI的释放量，而VCI含量及防锈能力的测定，可参照一个专用的国家标准：GB/T 16267—2008《包装材料试验方法气相缓蚀能力》。

防锈涂布面的质量要求很高，一般应做到：

（1）涂布定量偏差允许值小于8%；

（2）表面粗糙度≤5μm；

（3）涂布面应该平整，不应有褶子、斑痕、鼓泡、硬块、漏白等缺陷。

涂布面质量合格与否，应该每批都检测，检验的标准是按GB/T 2828.1—2012规定，质量限AQL=6.5。

气相防锈缓蚀源（即纸箱内壁），到被防护零件所有表面的最佳距离应≤200mm，因为当距离较远时，VCI的有效浓度就会减弱，所以碰到某些形状不规则的曲轴、汽缸、齿轮箱等零部件，在设计纸箱时，往往还须添加必要的纸质防锈附件，如隔档、插片、套管、垫板等。

图2-3-2的“曲轴”是一种非对称性零件，图中的位置A（应该有多处），就需要加塞矩形小纸管（见虚线表示的位置）。

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图2-3-2　曲轴

图2-3-3为常见的伞形齿轮零件，处理的办法也很简单，只要在“伞柄”部位，套一个简易的圆形纸管即可。

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图2-3-3　伞形齿轮零件

如果金属小制件在纸箱内需层层堆置时，那么每层零件之间，都应放一块双面涂有VCI的纸板，如箱内零件须用“井”字类插片隔离时，那么用来隔离的瓦楞纸板的两面，也都应涂有VCI涂料。对个别深孔、盲孔类构件，还可将防锈纸板卷好后，直接嵌塞入孔内。若金属制品上本身就有突起的部位或尖角，则应在包装前，先采取必要的防损措施，避免运输途中将包装箱戳破，造成VCI流失。

防锈纸箱的选材对牛皮纸表面的致密度有一定要求，参照GB/T 13024—2016《箱纸板》的规定，应选用“紧度”较高的“优等品”，而且牛皮纸的“定量”（厚度）一般应大于200g/m2。

瓦楞纸板本身的“含水率”也要严加控制，实际制备时往往会取“国家标准”规定的下限，建议在8%～10%。

防锈纸箱在包装厂制作完成后，到金属零部件厂使用前，中间有一段仓储与运输的过程，为减少纸箱内壁上的VCI在空气中过多暴露与损失，应对入库后的整捆纸箱或整托盘纸箱，用缠绕膜裹扎，尽量与环境中的大气隔绝，形成一个封闭的环境，直到需要包装零件时才把它打开。

防锈纸箱的储运时间应尽量缩短，因为两年的防锈保质期是从纸箱制作开始的，为便于使用厂的管理，应在纸箱明显位置标出制造日期或有效使用期限。

入箱前的制件须清洁干燥、没有污垢，装箱时，忌用汗手接触，防止有机物污染制件表面，影响日后气相防锈的效果，因为VCI对手汗无置换作用。

当纸箱必须在湿度很高的环境中工作时，建议箱内适当放些干燥剂（注意相容性），以避免VCI因长期接触过多水分子而加速失效。

金属制件装入纸箱后，除在上下摇盖的中缝处进行常规封箱外，在纸箱上下两侧，也应加贴封箱胶带（见图2-3-4），胶带建议选用黏性好、宽度大于等于6cm的为佳。

有的用户在纸箱外，直接用热收缩膜包裹，其可靠性则更高。

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图2-3-4　两侧加贴防气漏胶带

防锈包装的过程应该是连续的、不可中断的，一旦防锈纸箱在使用中，发生被刺穿或破损时，应及时更换新的防锈纸箱，如原纸箱的破损时间已较长，则建议对零件用“直接防锈法”来补救。

经过几年来的生产实践，涂布防锈纸箱的物理与化学性能，都得到了优化、改善与稳定，这种新的气相防锈防腐方法，不但具有防护可靠，使用方便，成本低廉的优点，而且宜于大批量工业化生产。目前的客户群主要为汽车零部件及机电行业。

第3节 气相防锈防硫纸箱

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