防潮、防锈包装技术

一、防潮包装

在流通环境中，包装件可能会碰到高温、高湿、日晒、雨淋等环境因素。防 潮包装的主要目的就是使被包装的物品能抵御或阻隔外界潮湿大气对内装物的 影响，保证包装件到达目的地后，其性能依然良好，即金属材料及其制品不产生 腐蚀生锈，非金属材料及其制品不受潮长霉变质。要做到这些，保持包装件内有一个较低湿度的微气候条件是十分必要的。

一般气体都有从高浓度区域向低浓度区域扩散的性质，水汽也不例外。当包 装材料或容器的某一面的水汽浓度高(湿度大),而另一面水汽浓度低(湿度小) 时，水汽就会从浓度高的一面向浓度低的一面渗透。要隔断这种流动，保持包装 内要求的相对湿度，可以采用金属和玻璃容器，而一般的塑料防潮包装材料往往 不能完全阻止这种渗透。材料的防潮性能，主要取决于材料或容器的透湿度。防 潮包装的透湿度是指在单位面积上，单位时间内所透过的水汽的重量。(单位为g/m2 ·24h)。

防潮包装即为防止因潮气侵入包装件影响内装物质量而采取一定的防护措 施的包装。我们可以用防潮包装材料密封产品，或在包装容器内加适量干燥剂以 吸收包装内残存的潮气和外界潮湿大气通过包装容器壁透入的潮气，也可在密封包装容器内抽真空。

防潮包装中通常采用的湿度控制的方法主要有两种：一是静态去湿法，二是动态去湿法。

1、 静态去湿法

静态去湿法是在包装容器内放置一定数量的干燥剂，借以吸收封装时带进包 装内的水分，并将湿度保持在一定的范围内。静态去湿一般适用于中、小型包装 件。这种控制湿度的方法要求容器能密封，使容器内部空间与外界空气隔离。一  般的去湿干燥，通常是将干燥剂装入用滤纸或纺织物做成的袋内，再将干燥剂袋 置于容器中。由于是静态的吸湿，容器中的相对湿度不易均匀。若用于大型包装，则干燥剂需要分散放置，且用量也较大。

干燥剂是一种吸附脱水剂，通过毛细作用从周围吸附水分，并将其凝聚后以 液态保持在吸附表面和毛细表面，达到去除封存空间中的水分的目的。能吸附水 分的材料很多，但不一定都能作为干燥剂。可作为干燥剂材料的有硅胶、分子筛、活性氧化铝、氯化钙、生石灰等。其中硅胶和分子筛为常用的包装干燥剂。

干燥剂的吸附能力，用所吸的水汽量与干燥剂自身的重量之比来表示，称为 吸湿率，其值以百分数表示。在防潮包装设计中，为了达到预定的湿度控制目标 必须正确选择干燥剂种类并计算用量，达到既控制包装内的相对湿度又不至过分增加包装重量和费用的经济合理的目的。

确定干燥剂用量应考虑的因素：

1)包装容器的容积

由于在一定温湿度条件下空气中所含水汽量为一定值，因此，只要已知包装

容器的容积即可推算出密封在容器空间的水汽量。

2)包装材料或容器的透湿面积及透湿度

这一因素主要针对透湿度大于零的材料而言。对不透湿的金属包装容器， 一

般不考虑透湿度和透湿面积。

3)预定控制的相对湿度

因干燥剂吸湿能力大小与相对湿度高低有直接的关系。要较准确地计算干燥

剂用量时，必须考虑所用干燥剂在预定控制的相对湿度条件下的实际吸收量。

4)缓冲衬垫材料

这类材料一般为非金属材料，含湿量较高，其所含水汽成为密封容器中水 汽的重要来源之一。所以这些吸湿材料的重量及含湿量是确定干燥剂用量应考虑的主要因素。必要时应计算出这些材料甚至被包装产品本身的实际含水量。

5)产品预定储存时间及储存环境气候条件

因为材料的实际透湿度与环境温湿度直接相关。储存环境条件直接影响到 包装容器在储存期间内可能吸收的总的水汽量。密封的金属容器可不考虑这一因素。

6)干燥剂的吸湿量

干燥剂的吸湿量是经济合理地使用干燥剂应考虑的主要因素。VⅢ.包装场地的温湿度条件对于高新技术产品应强调控制包装作业场地的温湿度。

对于某一具体产品包装来说，要建立准确的干燥剂用量计算公式是困难的 在国内外干燥剂防潮实践中，人们都是根据具体条件，从不同角度和不同需要出发，建立适用的计算方法和经验公式。

按包装方式和包装材料确定的计算公式：见表1。

表1按包装方式及包装材料确定的干燥剂用量计算公式

式中W — — 干燥剂用量(g);V — — 包装容器的容积(L;D — — 包装内含材料(缓冲材料等)重量 (g);A——包装材料的总面积(m²);Y——预定储存时间(年);R——包装薄膜材料在温度40℃、湿度 RH≥90%的试验条件下的透湿度(g/m² · 24h);R1——密封胶带封口罐和塑料罐在温度40℃、湿度 RH≥90%的试验条件下的透湿度(g/m² · 24h)。

2、 动态去湿法

动态去湿是通过对被控空间湿度连续的或间断的检测与控制，达到将被控空间的湿度保持在一定范围内，实现对物资器材进行干燥封存的目的。动态去湿有三种原理方法，即循环去湿、冷凝去湿和加热去湿。

①动态去湿原理

a.   循环去湿

循环干燥去湿系统由干燥系统、鼓风系统、加热系统和必要的空气管道构成。管道与被干燥的空间联接，需要干燥时，鼓风系统工作，使被控空间的空气流动， 流经干燥系统内的干燥剂层将水分吸收，干燥后的空气被送回被控空间，从而达  到干燥去湿的目的。干燥剂必须进行周期性活化，若去湿机只设一个干燥剂层， 则去湿过程只能间歇进行，如果设有两个干燥剂层，情况就不一样了， 一个干燥  剂层工作时，利用加热系统对另一个干燥剂层进行加热活化，脱水再生待用，这样就可以连续地循环干燥，控制效果更好。

b.  冷凝去湿

去湿机主要由制冷系统、冷凝器系统和鼓风系统组成。工作时将被控空间的 潮湿空气送入冷凝系统，使空气中的水汽冷凝成水滴排出。通过冷凝系统的干燥 空气利用加热元件加热后再被送回被控空间，从而达到去湿的目的。这种方法适用于被干燥空间温度不低于25℃的条件。

c.  加热法

利用加热法降低相对湿度，仅需提高被控空间的空气温度即可完成。这种方 法无需排除水分，它是利用温度升高时空气的饱和含水量大，从而降低被控空间 的空气相对湿度(即仅仅激昂的被控空间的空气相对湿度。空气中实际含湿量并 未减少)。这种方法需要较高的温度，或者要求包装件再极低的温度和较低的相对湿度下进行密封而在较高的温度(30℃以上)储存。因此通常并不采用。

早在60年代，美国在军用设备的储存中就已开始采用动态去湿技术。到了 70年代，英国、瑞典、德国等国家相继推广，并获得显著成效。瑞典空军各机 库对备用和在用战斗机、直升机装备了干燥去湿系统进行动态去湿防护。在美国， 配有循环干燥系统的飞机平均寿命增加30%。后来他们又将循环干燥与防护密 封套结合使用，取得了满意的效果。德国对坦克等军用设备采用该方法包装，经 过11年零3个月的储存后检测未发现腐蚀(不需维修)。由此可见，动态去湿和 软质塑料封套的结合应用是长期储存器材的有效方法。现在动态去湿技术的应用 领域日益扩大，军用设备、超级市场、航天飞机等均可采用动态去湿，进行湿度调控。

二、 防锈蚀包装

(一)金属锈蚀的机理

金属锈蚀是指金属与周围介质(气体或液体)发生化学或电化学作用所引起 的破坏现象。按金属锈蚀的机理，金属锈蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类 型。其中，电化学腐蚀是破坏金属的主要形式，对于大多数金属的锈蚀也是发生电化学锈蚀而造成的。金属发生电化学锈蚀必须同时具备以下三个条件：

1. 金属上各部分(或不同金属间)存在着电极电位差。

2. 具有电极电位差的各部分必须相联。

3. 具有电极电位差的各部分要处于相联通的电解质溶液中。

造成电化学锈蚀的原因主要是具备上述三个条件下的原电池作用。金属制品及其材料在储运过程中往往是同时具备金属锈蚀的上面三个条件。因为，金属产 品一般不是纯净的金属制成的，即使是一块金属，不与其他金属接触也会产生锈 蚀，这是因为一般工业用的金属都不是由同一种金属元素组成的，常含有少量的 杂质，当他与电解质溶液接触时，每一颗粒杂质对于金属本身来说都成为阴极， 所以在整个表面就必然有很多微小的阴极和阳极存在，因而在金属表面就形成许 多微小的原电池，这些微小电池的产生就造成了金属的锈蚀。在储运过程中，当 金属与比金属表面温度高的空气接触时，在空气中所含的水蒸汽就可以形成液态 的水，在金属表面凝聚，使金属表面润湿而形成水膜。当金属表面上存在着水膜 时，由于大气中某些气体如二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮或盐类溶解进去，这 种水膜实际上就是一种电解质溶液。在这种情况下，金属表面很自然地就会进行电化学锈蚀。可见，在储运过程中，金属锈蚀的现象是普遍存在的。

(二) 影响金属锈蚀的因素

金属腐蚀的过程是由许多因素左右的，但大致可分为内部因素和外部因素。

1.    影响金属腐蚀的内部因素

主要指金属本身特征和金属表面的性状。这些因素有：金属材料种类、金属 表面加工特性、金属加工残留物、金属表面的锈迹、超过有效期的防锈材料、金属表面汗迹等。

金属制品所采用的各种金属材料如铸铁、碳钢、低合金钢、铜、铝以及合金 等，都会在一定条件下发生腐蚀。不过各种金属材料的腐蚀难易程度是不同的， 一般来讲，铸铁、碳钢的耐锈蚀性较差；低合金钢内含铬等元素，它的耐锈蚀性 比铸铁和碳钢强；因铜及其合金的电极电位较高，而铝及其合金虽其电极电位低， 但它们在大气中很快能生成致密的、有良好保护作用的氧化膜，这样铜、铝及其 合金都表现出良好的耐锈蚀性能。金属制品裸露面的粗糙度和加工方法对锈蚀速 度也有影响。粗车加工或喷丸处理的粗糙表面容易吸水和积尘，将导致锈蚀速度 加快；相反，经精加工后的金属表面的锈蚀速度相对减缓。另外， 一些零部件经 锻、焊、热处理或拉、压、弯加工后，引起金属内部应力变化，也会促进金属锈 蚀，称之为应力锈蚀。不少金属制品零部件要经热处理加工，而清理热处理残盐 一般比较困难，残盐滞留在金属表面，对金属腐蚀会起加速作用。其他还有不少防锈材料和超过防锈有效期不及时清除的防锈材料，都会导致金属腐蚀。

2. 影响金属腐蚀的外部因素

影响金属腐蚀的外部因素即储运的外环境。这些因素有：空气中氧的作用、空气湿度、温度、雨淋的作用，大气中有害气体、环境中的尘埃作用等等。在一定空气相对湿度条件下，金属表面吸附水分有水膜形成，会使金属的化 学腐蚀转变为电化学腐蚀。金属材料都有它们的腐蚀临界湿度，大部分金属在6 0%～65%相对湿度以上时，锈蚀速度成倍增长。金属锈蚀速度会随温度升高 而加快，因为气温升高加速了金属锈蚀的电化学反应，特别是湿度高的雨季，温 度的影响甚为明显。空气中的有害物质，如二氧化硫、氯化氢、氯化钠以及尘埃 都会促进金属锈蚀的速度。雨水的冲淋有破坏防锈涂层的作用，同时雨水本身是 腐蚀介质，雨水中溶解的大气中的有害物质都会导致金属锈蚀。另外在湿热的条 件下，无防霉作用的防锈材料容易生长和繁殖微生物，而微生物的代谢产物多为酸性物质如蚁酸等，也是导致金属锈蚀的介质。

(三)防锈包装的等级、材料与方法

金属产品在运输及储存过程中的防锈不论采用何种防锈材料和方法，都要进行包装，因此正确选用内、外包装材料，对防锈效果影响很大。

常见的防锈包装容器有：纸板盒、瓦楞纸板盒或箱、木盒、塑料容器、金属 容器、封套、木箱。常见的内包装材料为包装纸膜，主要有中性原纸、石蜡纸、 电容纸、羊皮纸、苯甲酸钠纸、亚硝酸钠一苯甲酸钠防锈纸、气相防锈纸、气相 防锈薄膜、塑料薄膜、防潮玻璃纸、塑料复合纸、铝箔、铝塑料膜、铝塑料薄膜纸(布)、浸胶布、增强纸、沥青纸。国际上通用的防锈油等防锈材料的规格对照，可查日本、美国、英国JISK2246(1985)MIL-P-116J(1991),BS1133防锈包装方法是根据防锈材料与被包装物的防锈期要求而提出来，主要有：

(1)一般防湿防水包装；

(2)防锈油脂包装，包括涂覆防锈油脂(涂覆硬膜防锈油料)、涂覆防锈油脂后用防锈纸包覆、涂防锈油脂用塑料袋包装、用铝塑薄膜包装；

(3)气相防锈材料包装，主要分为气相防锈材料包装、气相防锈包装、气相塑料薄膜包装；

(4)密封容器包装，分为刚性金属容器密封包装、非金属刚性容器密封包装、刚性容器中防锈油浸泡包装、密封系统的防锈包装；

(5)可剥性塑料包装，又分为涂覆热浸型可剥性涂料和涂覆溶剂型可剥性涂料、贴体包装、充氮包装；

(6)干燥空气封存包装和刚性容器干燥空气套封包装等。

表 2  防锈包装等级方法和主要防锈材料技术要求((GB/T4879-99)

表 3           日本防锈包装方法通则(JIS Z0303-1985)

与之类似的其他国家标准有：美国MIL-P-116J(1991),英国BS1133

表 4水基防锈材料(GB7631.6)

表 5         可剥性塑料特点与用途

在选择防锈包装时，要把包装对象制品的种类及特性，防锈期限，生产地点、 运送路线、发送地的温湿度和空气污染程度等储运环境，运送过程中的搬运状况 以及包装材料费用、操作费用和时间等经济性都综合性地进行考虑。其中最重要的是防锈期限。最后，选择合理的防锈方法。

(四) 气相防锈包装技术

1. 气 相 防 锈 材 料 ( V C I )VCI(Volatile  Corrosion Inhibit or),

它是经特殊配料合成的一种挥发性腐蚀抑制剂。防锈粒子气化成气体，在金属表面形成保护膜，切断金属离子与水、氧气接触的可能性，从而达到防锈效果。

2. 气相防锈原理

在常温下，VCI分子具有比空气高的气化性压力，并释放分子进入封闭的 包装空间，和所包装保护的金属表面接触后，VCI分子即浓缩并被现存的湿气 分解，形成自由保护离子溶入电解质。电解质中离子同VCI离子发生反应，取 代金属分子附着在金属表面，抑制金属腐蚀的电化学反应发生。VCI分子慢慢地挥发，使包装空间内始终保持“饱和”状态，从而达到长期稳定的防锈效果。

3. 气相缓蚀包装材料的缓蚀机理

气相缓蚀包装材料在封存后，在常温下自动向被包装的空间内挥发一种或多 种缓蚀剂物质，挥发后吸附到金属表面，使金属表面钝化或使活性点失活，实现对金属的防锈。其缓蚀机理有下面三种情况：

(1)吸附缓蚀机理

类似于化学吸附或物理吸附机理，因为缓蚀剂的分子结构和表面活性剂相 似，是由极性基(含弧电子对的N、O、S、P等原子)和非极性的疏水基(烃基等) 两部分组成，其缓蚀机理是由于电子给予体的极性基和金属表层配位，形成化学 或物理吸附，使金属表层生成双电层结构，而非极性基则作定向排列，形成疏水 层，从而使H₂O+离子难以接近金属，腐蚀反应受到抑制。图20-1表示烷基在腐蚀介质中被吸附于金属表面的情况。

非极性基(CHal)

图 1 缓蚀剂分子被吸附在金属表面

(2)成膜缓蚀机理

缓蚀剂分子在腐蚀性介质中能和金属或其离子相互作用，生成不溶或难溶的化合物膜，保护金属免遭腐蚀介质的作用。

(3)阻滞电极过程缓蚀机理这是从电化学腐蚀的观点出发，缓蚀剂在腐蚀电池中阻滞阳极或阴极过程(或是同时阻滞两个过程)的进行从而减缓金属腐蚀。缓蚀剂进入到介质中，对电极过程的影响，可能出现三种极化曲线。如图20-2 (a)(b)和(c)所示。从图上可以看出，未加入缓蚀剂时，阳极和阴极的极化曲线相交于So点，腐蚀电流为I。当加入缓蚀剂后，阳极、阴极极化曲线相交于S点，腐蚀电流为I。I比Io小得多，这是由于缓蚀剂的加入引起电极过程的变化，使得金属在腐蚀介质中的腐蚀速度大大降低。

混合型缓蚀剂C

阴极型较使剂b

图2缓蚀剂对电极过程阻滞的极化曲线

4、气相防锈纸标准

在金属防锈蚀保护中，采用油基防锈材料、水基防锈材料和气相防锈材料是最常用的方法。气相缓释剂是气相防锈材料的主体。

专门术语：VCI( Vapor Corrosion Inhibiter);VRI(Vapor Rust Inhibiter);    VPI(Vapor   Phase   Inhibiter);VPIP(Vapor   Phase   Inhibiter   Paper);VCIF(Vapor Corrosion Inhibiter Film)。

标准文件：

(五)防锈包装方法选择原则与操作要求现行的几种防锈包装方法的比较见表6

 表 6常用防锈包装方法比较

防护包装方法的选择——应按零件和总成件的材质、形状、大小，储存和运输环境条件，以及防锈等级、防锈材料的性能，包装容器承受载荷能力等因素决定。

1. 形状复杂的零件一般不采用带有溶剂的防锈材料，而采用气相防锈工艺。

2. 组合部件采用气相防锈包装和环境封存工艺。

3. 零件重量小于50kg以下时，采用瓦楞纸箱或框架木箱。

4. 防锈材料与要保护金属相适应，如带亚硝酸钠防锈水的前处理液，对黑 色金属是有效的防锈材料，但对活塞、刹车阀、带铜套的连杆等有腐蚀作用。2 号气相防锈纸不能用于铝活塞的防锈，1号气相防锈纸不能用于带铜套的连杆及有镀锌层零件的防锈包装。

防锈包装操作要求——

1. 确定防锈包装等级后，按防锈包装标准GB/T4879-1999分为清洗钝化、干燥、防锈、内包装等四个步骤进行防锈包装操作。

2. 运往防锈站的零部件和总成应有专用运输工位器具，防止运输过程中的 擦碰，要有防雨、雪、尘的措施，表面无锈蚀、毛刺、碰伤，整个防锈包装作业保证连续不中断地进行，应在48小时内包装完毕。

3. 严格控制清洗液、钝化液含量与温度，每天检查一次，清洗槽每隔两周 清理一次，钝化槽每月清理一次。确保工件经清洗、干燥后表面无油污、汗迹、水痕。

4. 防锈包装操作，应在干燥、清洁、温差变化小的环境中进行。操作者必三须带手套、口罩，避免手汗等有机污染物污染工件。

5. 金属组件的总成，采用黑色金属气相防锈纸时，先要把有色金属部位涂 敷防锈油，再包装。已涂敷了防锈剂的零件和总成外面，如还需要包裹内包装材料或箱内填充物，应使用中性、干燥、清洁的包装内充材料。

6. 箱盖处使用防锈纸或塑料膜，必须为整张，封箱时严密紧扣。木箱钉合 封闭时，内部零件不得有移位松动，钉尖不能露出于箱板表面，以免碰破防锈包装材料与部件。