鋁合金型材是指用鋁合金材料通過一定的壓 力加工方法和熱處理制度制得的具有一定形狀和力 學(xué)性能的型材，若這種鋁合金型材專為建筑行業(yè)應(yīng) 用，稱為鋁合金建筑型材。鋁合金型材具有強(qiáng)度 高、重量輕、耐磨性和裝飾性較好等特點(diǎn)，是用于 制作鋁合金門、窗和幕墻等的重要材料，在現(xiàn)代建 筑中得到廣泛應(yīng)用[1]。鋁合金隔熱型材是以隔熱材 料連接鋁合金型材而制成的具有隔熱功能的復(fù)合型 材[2]。采用鋁合金隔熱型材制作的門窗，可以顯著降 低空調(diào)和暖氣供給過程產(chǎn)生的廢氣對環(huán)境的污染， 起到隔熱節(jié)能的環(huán)保效果。按復(fù)合方式的不同，隔 熱型材分為注膠式和穿條式。其中，穿條式通過開 齒、穿條、滾壓，將聚酰胺型材穿入鋁合金型材穿 條槽口內(nèi)，并使之被鋁合金型材咬合的復(fù)合方式。 為克服鋁合金表面性能方面的缺點(diǎn)，延長使用壽命 并符合不同的設(shè)計(jì)和防護(hù)要求，通常將鋁合金建筑 型材進(jìn)行表面處理[3]。

隔熱型材作為一種復(fù)合材料，其復(fù)合性能是影 響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。復(fù)合性能評價(jià)的指標(biāo)主要 包括縱向抗剪特征值、橫向抗拉特征值、高溫持久 載荷橫向拉伸實(shí)驗(yàn)及熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)等[2]。目前國內(nèi)外對 隔熱型材的研究主要集中在隔熱條的材質(zhì)、含水率、 型材截面類型和隔熱材料的保溫效果等[4-5]。筆者從 鋁合金隔熱型材的表面處理方式的不同為出發(fā)點(diǎn)，以 橫向拉伸實(shí)驗(yàn)為分析手段，研究不同的表面處理方式 對穿條式鋁合金隔熱型材橫向拉伸性能的影響。

試樣制備

試樣選用牌號為6063、狀態(tài)為T5的鋁合金建筑 型材，型材截面形狀如圖1所示。在復(fù)合成隔熱型材 之前，將鋁合金型材分成若干批，按不同的生產(chǎn)工 藝分別進(jìn)行一系列表面處理，獲得陽極氧化型材、 電泳涂漆型材、噴粉型材和噴漆型材；將這些鋁合 金型材采用同種隔熱膠、同一工藝進(jìn)行復(fù)合，加工 成穿條式隔熱型材。經(jīng)固化處理后，從型材的兩段 和中間分別取樣，中間部分的數(shù)量不少于三段，切 割成為長度為(100±2) mm的試樣，每組10個(gè)試樣， 用于室溫橫向拉伸實(shí)驗(yàn)。

為保證樣品的均勻性，所取樣品均來源于同批 原料。型材所對應(yīng)的化學(xué)成分如表1所示。

實(shí)驗(yàn)

狀態(tài)調(diào)節(jié)

在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先將試樣進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)條件為室溫(23±2)℃、相對濕度為50%±10%的環(huán)境條件下放置48 h。

室溫橫向拉伸實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)夾具按GB/T 28289—2012“鋁合金隔熱型 材復(fù)合性能實(shí)驗(yàn)方法”標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]，如圖2所示。隔熱型材的室溫橫向?qū)嶒?yàn)在 (23±2)℃溫度下進(jìn)行，按照GB/T 28289—2012標(biāo)準(zhǔn)要 求將試樣夾好，首先以5 mm/min的速度，加至200 N 的預(yù)載荷，然后再以5 mm/min的速度進(jìn)行橫向拉伸 實(shí)驗(yàn)，直至出現(xiàn)最大荷載。每組實(shí)驗(yàn)10個(gè)試樣，實(shí) 驗(yàn)后計(jì)算橫向抗拉特征值。

結(jié)果與討論

結(jié)果

對不同表面處理的穿條式隔熱型材進(jìn)行了室溫 橫向拉伸實(shí)驗(yàn)，不同表面處理的隔熱材的10個(gè)試樣 其實(shí)驗(yàn)結(jié)果及橫向抗拉特征值如表2所示。

從表2可以看出，穿條式隔熱型材的基材在室溫 橫向抗拉特征值為87 N/mm，而經(jīng)過表面處理方式為 陽極氧化、電泳涂漆、噴粉和噴漆的隔熱型材，其 橫向抗拉特征值分別為95、96、104和92 N/mm，均 高于基材的特征值。

討論

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，基材的室溫橫向抗拉特 征值低于經(jīng)過陽極氧化、電泳噴涂、噴粉和噴漆等 四種不同種類表面處理的穿條式隔熱型材，均符合 標(biāo)準(zhǔn)要求(不低于24 N/mm)。從表面處理方式來看， 鋁合金建筑型材表面處理方式有陽極氧化、電泳涂 漆、噴粉和噴漆四種，這四種處理方式得到陽極氧 化膜、陽極氧化電泳涂漆復(fù)合膜和靜電噴涂層三種類型的表面處理膜。將鋁合金表面處理膜分為陽極 氧化膜和有機(jī)聚合物膜[6]來進(jìn)行分析。

◆ 陽極氧化膜的影響

陽極氧化膜是以鋁合金為陽極并置于電解液 中，利用電解作用在鋁合金表面形成保護(hù)性陽極氧 化膜。在陽極氧化工藝過程中，陽極氧化膜自金屬 鋁基體共格生長形成，并均勻附著在鋁合金建筑型 材上，與鋁合金界面及隔熱條界面產(chǎn)生一定的化學(xué) 吸附力、附著力和表面張力，對隔熱型材的橫向抗 拉性能起到一定的影響。

◆ 有機(jī)聚合物膜的影響

高聚物涂層是金屬通過表面化學(xué)預(yù)處理，在進(jìn) 行電泳、噴涂或涂輥等工序處理使鋁合金表面涂覆 一層具有保護(hù)性的有機(jī)高分子聚合物材料膜。高聚 物涂層包括陽極氧化電泳涂漆復(fù)合膜、靜電粉末噴 涂聚酯、氟碳漆噴涂膜。

鋁合金陽極氧化膜上的電泳涂漆及鋁合金化學(xué) 轉(zhuǎn)化處理后的靜電噴涂都是目前形成表面有機(jī)聚合 物的工藝技術(shù)。鋁合金的電泳涂漆一般是在鋁陽極 氧化膜的表面進(jìn)行的，作為底層的陽極氧化膜，其 陽極氧化工藝與常規(guī)陽極氧化相同，因此可以將電 泳涂漆處理看作陽極氧化膜的一種有機(jī)聚合物封孔 工藝過程。鋁陽極氧化膜的電泳涂漆一般采用聚丙 烯酸樹酯的陽極電泳涂料，帶負(fù)電荷粒子在直流電 的作用下向異性電極(陽極氧化的鋁合金)泳動，帶負(fù) 電荷的水溶性樹脂在鋁合金陽極上析出，從而沉積 在鋁合金陽極的陽極氧化膜表面。再由于電滲透作 用使得電泳沉積層的含水量顯著減少，最后漆膜的 水含量減少到大約5%~15%左右，然后可以直接烘烤 使樹脂固化得到電泳漆膜層。

電泳涂漆是一種非常復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，包 括電泳、電沉積、電滲和電解四個(gè)同時(shí)進(jìn)行的經(jīng)典 過程。電泳涂漆成膜過程的核心是電沉積反應(yīng)，以 水溶性羥酸鹽為例，強(qiáng)酸銨鹽離解為羧酸根和銨離 子，在大約150 V外加電壓下，由于電沉積過程中陽 極氧化膜的微孔中產(chǎn)生的氫離子，與電泳涂漆溶液 中的羧酸根在陽極表面，即鋁合金陽極氧化膜的表 面發(fā)生中和反應(yīng)生成羧酸的有機(jī)高聚物沉積膜。

建筑用鋁合金的噴粉或液相噴漆通常采用靜電 噴涂技術(shù)，包括粉末靜電噴涂和液相靜電噴涂。靜電噴涂典型的工藝流程為型材上架后，經(jīng)過脫脂、 水洗、酸洗等化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后，再經(jīng)過水洗、干燥 后，進(jìn)行靜電噴涂，最后進(jìn)行固化和包裝等工藝。 目前，對于涂層中顆粒與基體表面之間的結(jié)合通常 認(rèn)為有三種，即機(jī)械結(jié)合、冶金-化學(xué)結(jié)合和物理結(jié) 合。建筑鋁型材噴粉的涂料基本成分為飽和型聚酯 樹脂、固化劑、各種溶劑、顏料和填料等。在一定 溫度和固化劑的作用下，樹脂本身的活性官能團(tuán)發(fā) 生交聯(lián)作用，生產(chǎn)相對分子量較大的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從 而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物噴涂膜。

液相靜電噴涂俗稱靜電噴漆，其特點(diǎn)是噴涂效 率高、涂膜均勻、表面平滑，作為鋁型材四種表面 處理技術(shù)之一的噴漆是典型的液相靜電噴涂工藝， 液相噴涂的涂料是一種液相物質(zhì)，將其涂布在金屬 基材的表面上，經(jīng)過烘烤固化處理后，形成具有強(qiáng) 附著力的固態(tài)漆膜，且氟碳基料的化學(xué)結(jié)構(gòu)中以 氟-碳化學(xué)鍵相結(jié)合，這種具有短鍵性質(zhì)的結(jié)構(gòu)與 氫離子結(jié)合形式是至今為止認(rèn)為最穩(wěn)定、最牢固的 結(jié)合，因此具有較好的耐腐蝕性、耐候性、耐磨損 型、耐滲透性、較高的強(qiáng)度及柔韌度。

綜上所述，高聚物涂層形成所使用的涂料皆為 高分子材料，電泳涂料采用丙烯酸陽極電泳涂料， 噴粉涂料由熱固性樹脂或熱塑性樹脂組成，氟碳涂 料由氟碳樹脂、丙烯酸樹脂和有機(jī)溶劑組成[7]；隔 熱膠條的材料為聚酰胺隔熱條，即玻璃纖維增強(qiáng)的 尼龍66，因此在高聚物涂層形成的工序中，會導(dǎo)致 部分涂料與同為高分子材料的聚酰胺的膠條發(fā)生化 學(xué)鍵的交聯(lián)，使其結(jié)合牢固，在進(jìn)行橫向拉伸實(shí)驗(yàn) 時(shí)，會因結(jié)合力的增大而導(dǎo)致橫向抗拉特征值的增 大。因此，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，一定程度的表面處 理可以適當(dāng)提高穿條式隔熱型材的橫向拉伸性能。

結(jié)束語

對基材和經(jīng)陽極氧化、電泳涂漆、噴粉和噴漆 表面處理的穿條式鋁合金隔熱型材進(jìn)行了室溫橫向 拉伸實(shí)驗(yàn)。通過研究發(fā)現(xiàn)表面處理方式對穿條式隔 熱型材橫向拉伸性能有比較大的影響，在生產(chǎn)前應(yīng) 對表面處理膜與隔熱膠條的相容性情況進(jìn)行充分了 解；經(jīng)陽極氧化、電泳涂漆、噴粉和噴漆等表面工 藝處理的穿條式隔熱型材其橫向抗拉特征值均高于基材的；對基材進(jìn)行適當(dāng)方式的表面處理可以提高 穿條式鋁合金型材的橫向抗拉特征值。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭金峰. 關(guān)注節(jié)能鋁門窗幕墻發(fā)展與存在的質(zhì)量問題——隔熱 條、穿條式隔熱鋁型材. 中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2009(5)：22

[2] 全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB/T 5836.6—2017鋁合金建筑 型材. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018

[3] 朱祖芳. 鋁合金陽極氧化與表面處理技術(shù). 北京：化學(xué)工業(yè)出版 社，2018

[4] 饒竹貴，楊景軍，黃澤濤，等. 先復(fù)合后噴涂隔熱型材的抗剪切 性能分析. 材料研究與應(yīng)用，2014(4)：242

[5] 朱祖芳. 鋁合金表面處理膜層性能及測試. 北京：化學(xué)工業(yè)出版 社，2012

[6] 全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB/T 28289—2012鋁合金隔熱 型材復(fù)合性能實(shí)驗(yàn)方法. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012

[7] 苗景國. 金屬表面處理技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018

文章來源——金屬世界