分享：穿条式铝合金隔热型材不同表面处理方式对横向拉伸性能的影响

铝合金型材是指用铝合金材料通过一定的压 力加工方法和热处理制度制得的具有一定形状和力 学性能的型材，若这种铝合金型材专为建筑行业应 用，称为铝合金建筑型材。铝合金型材具有强度 高、重量轻、耐磨性和装饰性较好等特点，是用于 制作铝合金门、窗和幕墙等的重要材料，在现代建 筑中得到广泛应用[1]。铝合金隔热型材是以隔热材 料连接铝合金型材而制成的具有隔热功能的复合型 材[2]。采用铝合金隔热型材制作的门窗，可以显著降 低空调和暖气供给过程产生的废气对环境的污染， 起到隔热节能的环保效果。按复合方式的不同，隔 热型材分为注胶式和穿条式。其中，穿条式通过开 齿、穿条、滚压，将聚酰胺型材穿入铝合金型材穿 条槽口内，并使之被铝合金型材咬合的复合方式。 为克服铝合金表面性能方面的缺点，延长使用寿命 并符合不同的设计和防护要求，通常将铝合金建筑 型材进行表面处理[3]。

隔热型材作为一种复合材料，其复合性能是影 响产品质量的重要因素。复合性能评价的指标主要 包括纵向抗剪特征值、横向抗拉特征值、高温持久 载荷横向拉伸实验及热循环实验等[2]。目前国内外对 隔热型材的研究主要集中在隔热条的材质、含水率、 型材截面类型和隔热材料的保温效果等[4-5]。笔者从 铝合金隔热型材的表面处理方式的不同为出发点，以 横向拉伸实验为分析手段，研究不同的表面处理方式 对穿条式铝合金隔热型材横向拉伸性能的影响。

试样制备

试样选用牌号为6063、状态为T5的铝合金建筑 型材，型材截面形状如图1所示。在复合成隔热型材 之前，将铝合金型材分成若干批，按不同的生产工 艺分别进行一系列表面处理，获得阳极氧化型材、 电泳涂漆型材、喷粉型材和喷漆型材；将这些铝合 金型材采用同种隔热胶、同一工艺进行复合，加工 成穿条式隔热型材。经固化处理后，从型材的两段 和中间分别取样，中间部分的数量不少于三段，切 割成为长度为(100±2) mm的试样，每组10个试样， 用于室温横向拉伸实验。

为保证样品的均匀性，所取样品均来源于同批 原料。型材所对应的化学成分如表1所示。

实验

状态调节

在实验前应先将试样进行状态调节，调节条件为室温(23±2)℃、相对湿度为50%±10%的环境条件下放置48 h。

室温横向拉伸实验

实验夹具按GB/T 28289—2012“铝合金隔热型 材复合性能实验方法”标准中规定的实验装置进行设计[6]，如图2所示。隔热型材的室温横向实验在 (23±2)℃温度下进行，按照GB/T 28289—2012标准要 求将试样夹好，首先以5 mm/min的速度，加至200 N 的预载荷，然后再以5 mm/min的速度进行横向拉伸 实验，直至出现最大荷载。每组实验10个试样，实 验后计算横向抗拉特征值。

结果与讨论

结果

对不同表面处理的穿条式隔热型材进行了室温 横向拉伸实验，不同表面处理的隔热材的10个试样 其实验结果及横向抗拉特征值如表2所示。

从表2可以看出，穿条式隔热型材的基材在室温 横向抗拉特征值为87 N/mm，而经过表面处理方式为 阳极氧化、电泳涂漆、喷粉和喷漆的隔热型材，其 横向抗拉特征值分别为95、96、104和92 N/mm，均 高于基材的特征值。

讨论

由实验结果可以得出，基材的室温横向抗拉特 征值低于经过阳极氧化、电泳喷涂、喷粉和喷漆等 四种不同种类表面处理的穿条式隔热型材，均符合 标准要求(不低于24 N/mm)。从表面处理方式来看， 铝合金建筑型材表面处理方式有阳极氧化、电泳涂 漆、喷粉和喷漆四种，这四种处理方式得到阳极氧 化膜、阳极氧化电泳涂漆复合膜和静电喷涂层三种类型的表面处理膜。将铝合金表面处理膜分为阳极 氧化膜和有机聚合物膜[6]来进行分析。

◆ 阳极氧化膜的影响 

阳极氧化膜是以铝合金为阳极并置于电解液 中，利用电解作用在铝合金表面形成保护性阳极氧 化膜。在阳极氧化工艺过程中，阳极氧化膜自金属 铝基体共格生长形成，并均匀附着在铝合金建筑型 材上，与铝合金界面及隔热条界面产生一定的化学 吸附力、附着力和表面张力，对隔热型材的横向抗 拉性能起到一定的影响。

◆ 有机聚合物膜的影响 

高聚物涂层是金属通过表面化学预处理，在进 行电泳、喷涂或涂辊等工序处理使铝合金表面涂覆 一层具有保护性的有机高分子聚合物材料膜。高聚 物涂层包括阳极氧化电泳涂漆复合膜、静电粉末喷 涂聚酯、氟碳漆喷涂膜。 

铝合金阳极氧化膜上的电泳涂漆及铝合金化学 转化处理后的静电喷涂都是目前形成表面有机聚合 物的工艺技术。铝合金的电泳涂漆一般是在铝阳极 氧化膜的表面进行的，作为底层的阳极氧化膜，其 阳极氧化工艺与常规阳极氧化相同，因此可以将电 泳涂漆处理看作阳极氧化膜的一种有机聚合物封孔 工艺过程。铝阳极氧化膜的电泳涂漆一般采用聚丙 烯酸树酯的阳极电泳涂料，带负电荷粒子在直流电 的作用下向异性电极(阳极氧化的铝合金)泳动，带负 电荷的水溶性树脂在铝合金阳极上析出，从而沉积 在铝合金阳极的阳极氧化膜表面。再由于电渗透作 用使得电泳沉积层的含水量显著减少，最后漆膜的 水含量减少到大约5%~15%左右，然后可以直接烘烤 使树脂固化得到电泳漆膜层。

电泳涂漆是一种非常复杂的电化学反应，包 括电泳、电沉积、电渗和电解四个同时进行的经典 过程。电泳涂漆成膜过程的核心是电沉积反应，以 水溶性羟酸盐为例，强酸铵盐离解为羧酸根和铵离 子，在大约150 V外加电压下，由于电沉积过程中阳 极氧化膜的微孔中产生的氢离子，与电泳涂漆溶液 中的羧酸根在阳极表面，即铝合金阳极氧化膜的表 面发生中和反应生成羧酸的有机高聚物沉积膜。

建筑用铝合金的喷粉或液相喷漆通常采用静电 喷涂技术，包括粉末静电喷涂和液相静电喷涂。静 电喷涂典型的工艺流程为型材上架后，经过脱脂、 水洗、酸洗等化学转化处理后，再经过水洗、干燥 后，进行静电喷涂，最后进行固化和包装等工艺。 目前，对于涂层中颗粒与基体表面之间的结合通常 认为有三种，即机械结合、冶金-化学结合和物理结 合。建筑铝型材喷粉的涂料基本成分为饱和型聚酯 树脂、固化剂、各种溶剂、颜料和填料等。在一定 温度和固化剂的作用下，树脂本身的活性官能团发 生交联作用，生产相对分子量较大的交联结构，从 而形成三维网状结构的有机聚合物喷涂膜。

液相静电喷涂俗称静电喷漆，其特点是喷涂效 率高、涂膜均匀、表面平滑，作为铝型材四种表面 处理技术之一的喷漆是典型的液相静电喷涂工艺， 液相喷涂的涂料是一种液相物质，将其涂布在金属 基材的表面上，经过烘烤固化处理后，形成具有强 附着力的固态漆膜，且氟碳基料的化学结构中以 氟-碳化学键相结合，这种具有短键性质的结构与 氢离子结合形式是至今为止认为最稳定、最牢固的 结合，因此具有较好的耐腐蚀性、耐候性、耐磨损 型、耐渗透性、较高的强度及柔韧度。

综上所述，高聚物涂层形成所使用的涂料皆为 高分子材料，电泳涂料采用丙烯酸阳极电泳涂料， 喷粉涂料由热固性树脂或热塑性树脂组成，氟碳涂 料由氟碳树脂、丙烯酸树脂和有机溶剂组成[7]；隔 热胶条的材料为聚酰胺隔热条，即玻璃纤维增强的 尼龙66，因此在高聚物涂层形成的工序中，会导致 部分涂料与同为高分子材料的聚酰胺的胶条发生化 学键的交联，使其结合牢固，在进行横向拉伸实验 时，会因结合力的增大而导致横向抗拉特征值的增 大。因此，通过实验结果来看，一定程度的表面处 理可以适当提高穿条式隔热型材的横向拉伸性能。

结束语

对基材和经阳极氧化、电泳涂漆、喷粉和喷漆 表面处理的穿条式铝合金隔热型材进行了室温横向 拉伸实验。通过研究发现表面处理方式对穿条式隔 热型材横向拉伸性能有比较大的影响，在生产前应 对表面处理膜与隔热胶条的相容性情况进行充分了 解；经阳极氧化、电泳涂漆、喷粉和喷漆等表面工 艺处理的穿条式隔热型材其横向抗拉特征值均高于基材的；对基材进行适当方式的表面处理可以提高 穿条式铝合金型材的横向抗拉特征值。

参考文献 

[1] 郑金峰. 关注节能铝门窗幕墙发展与存在的质量问题——隔热 条、穿条式隔热铝型材. 中国建筑金属结构，2009(5)：22 

[2] 全国有色金属标准化技术委员会. GB/T 5836.6—2017铝合金建筑 型材. 北京：中国标准出版社，2018 

[3] 朱祖芳. 铝合金阳极氧化与表面处理技术. 北京：化学工业出版 社，2018 

[4] 饶竹贵，杨景军，黄泽涛，等. 先复合后喷涂隔热型材的抗剪切 性能分析. 材料研究与应用，2014(4)：242 

[5] 朱祖芳. 铝合金表面处理膜层性能及测试. 北京：化学工业出版 社，2012 

[6] 全国有色金属标准化技术委员会. GB/T 28289—2012铝合金隔热 型材复合性能实验方法. 北京：中国标准出版社，2012 

[7] 苗景国. 金属表面处理技术. 北京：机械工业出版社，2018

文章来源——金属世界