我國新型鋁合金建筑型材的加工技術(shù)及發(fā)展方向


王大力
鋁合金門窗型材以其強(qiáng)度高、水密性及氣密性高、外觀精美、加工簡便等優(yōu)點，在我國20世紀(jì)80年代初開始在建筑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是，進(jìn)入90年代末，由于鋁合金的導(dǎo)熱性能好，制作的門窗對于建筑物的保溫性能差這一問題逐漸被人們重視。節(jié)能保溫問題對建筑物首當(dāng)其沖，關(guān)系到千家萬戶，與人民生活息息相關(guān)。
如何解決鋁門窗的保溫問題，只有從建筑型材產(chǎn)品入手。20世紀(jì)70年代，德國人開始采用在鋁型材中灌注PU樹脂斷橋的力法進(jìn)行隔熱，效果很好。PU樹脂在隔熱材料中被稱為隔熱王，把此材料應(yīng)用于鋁合金建筑型材上進(jìn)行保溫隔熱，是20世紀(jì)末的新創(chuàng)舉。90年代初，法國人研制開發(fā)了采用穿條輥壓的方法，通過穿入的隔熱尼龍條把鋁合金型材的熱橋斷開，從而實現(xiàn)型材的隔熱。這兩種新型建材產(chǎn)品很快被中國人接受。1998年北京東亞鋁業(yè)有限公司把灌注PU樹脂的隔熱鋁型材推向市場，受到了國家建設(shè)部節(jié)能辦的高度重視。20世紀(jì)末，我國具有一定實力的鋁型材廠紛紛引進(jìn)穿條輥壓設(shè)備，生產(chǎn)穿條隔熱鋁型材。而目前生產(chǎn)灌注PU樹脂隔熱鋁型材的廠家只有北京東亞鋁業(yè)有限公司，現(xiàn)在穿條隔熱鋁型材所占總建筑鋁型材市場的份額僅有10％左右，隨著國家節(jié)能法規(guī)的不斷完善，市場發(fā)展的需要，鋁合金隔熱型材在不久的將來將大量占領(lǐng)鋁合金建筑型材市場�，F(xiàn)對鋁合金隔熱型材生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行論述。

1 灌注PU樹脂隔熱鋁型材
灌注PU樹脂隔熱鋁型材把鋁合金強(qiáng)度高與PU樹脂導(dǎo)熱系數(shù)低的特性進(jìn)行了巧妙的結(jié)合，形成了新型的隔熱鋁型材產(chǎn)品。灌注的隔熱材料PU樹脂導(dǎo)熱系數(shù)為0．05W/(m·K)；尺寸穩(wěn)定性，高溫80℃、48h為～0．37%，常溫25℃、48h為～0．09%；隔熱鋁型材的抗拉強(qiáng)度為70N/mm，抗剪切強(qiáng)度為100N/mm；老化性能根據(jù)推算，溫度在45℃的條件下，壽命可達(dá)到45 a。制作的門窗抗風(fēng)壓、水密性、氣密性可達(dá)到1級；導(dǎo)熱系數(shù)2．9～3．2W/(m·K)；隔聲性能30～40dB。因此，它的各項性能指標(biāo)完全能夠滿足隔熱鋁合金建筑型材的標(biāo)準(zhǔn)要求。
灌裝PU樹脂隔熱鋁型材的加工工藝難度較大，國內(nèi)許多廠家都曾經(jīng)作了大量的試驗工作，而未成功，北京東亞鋁業(yè)有限公司從1998年經(jīng)過了一年多的努力，成功地完成了此項工作。它的生產(chǎn)工藝為：
PU樹脂原料{黑料（進(jìn)口）白料（廠家自配）}加熱→鋁型材預(yù)熱→黑、白原料混合攪拌→灌注→臺架固化→機(jī)械斷橋。
主要工藝參數(shù)見表1。
此項工藝的主要難點：PU樹脂白料的配制，控制灌裝量和灌裝速度，灌裝后的排氣要充分，以確保PU樹脂充腔滿，無氣泡。大部分廠家在試驗過程中，出現(xiàn)6m型材充腔不滿，且PU樹脂隔熱層氣泡嚴(yán)重，直接影響到隔熱型材的物理、力學(xué)性能。只要解決好充腔和無氣泡問題，就可解決生產(chǎn)工藝的難點。

2 穿條隔熱鋁型材
穿條隔熱鋁型材是采用機(jī)械加工的方法把兩片鋁型材通過隔熱穿條進(jìn)行連接，聯(lián)接的隔熱條起到隔熱斷橋的作用。目前，隔熱條的主要材料有：尼龍(PA66+GF)和PVC兩種。隔熱條性能見表2。
從兩種不同材料隔熱條的性能比較看，尼龍條的物理、力學(xué)性能遠(yuǎn)高于PVC條的指標(biāo)，制作高強(qiáng)度隔熱鋁門窗產(chǎn)品時，不論是國內(nèi)還是國外基本上采用尼龍(PA66+GF)隔熱條材料。尼龍隔熱條價格是PVC隔熱條的1．5倍。穿條隔熱鋁型材的物理、力學(xué)性能指標(biāo)是：
抗拉強(qiáng)度不小于12N/mm；剪切強(qiáng)度不小于24N/mm；制作的門窗抗風(fēng)壓強(qiáng)度可達(dá)到1級，水密性、氣密性可達(dá)到2級，導(dǎo)熱系數(shù)3～3．5W/(m·K)，隔聲性能可達(dá)到30～35dB。各項性能指標(biāo)完全達(dá)到隔熱保溫鋁型材的標(biāo)準(zhǔn)要求。
此種產(chǎn)品的加工方法簡單，設(shè)備投入資金少，一套簡單設(shè)備只需20余萬元，一般鋁型材廠家都可接受。雖然穿條隔熱型材加工工藝簡單，但對鋁型材的加工尺寸精度要求高，復(fù)合處的型材斷面尺寸精度必須保證。
穿條隔熱鋁型材生產(chǎn)工藝為：鋁型材開齒→穿隔熱條→輥壓成形。主要工藝參數(shù)列于表3。
此項工藝的難點是開齒深度和輥壓型材變形量。為了確保穿條隔熱鋁型材的物理、力學(xué)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，開齒深度和輥壓型材變形量必須達(dá)到工藝參數(shù)的要求，復(fù)合處鋁型材的幾何尺寸要滿足尺寸精度要求，否則型材的剪切強(qiáng)度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；此外，輥壓變形量小，型材與隔熱條輥壓處會出現(xiàn)漏雨水現(xiàn)象，使門窗的水密性大大降低。

3 展 望
21世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)日新月異的時代，展望鋁合金建筑型材的發(fā)展如下：
(1)隨著新技術(shù)新材料的推出，傳統(tǒng)材料的加工方法必將被取代，鋁合金建筑型材必須走向節(jié)能環(huán)保之路。
(2)從單一的門窗型材進(jìn)行保溫隔熱，在不久的將來也將會實現(xiàn)保溫隔熱鋁幕墻型材產(chǎn)品，其加工技術(shù)會不斷創(chuàng)新。
(3)中國新型的隔熱保溫鋁型材的開發(fā)與研制工作必將走向世界的前列。
新型的隔熱保溫鋁型材產(chǎn)品市場前景非常廣闊，它的推廣使用在節(jié)能和環(huán)保方面將對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)起著重要的作用。