我國新型鋁合金建筑型材的加工技術及發展方向


王大力
鋁合金門窗型材以其強度高、水密性及氣密性高、外觀精美、加工簡便等優點，在我國20世紀80年代初開始在建筑行業得到廣泛應用。但是，進入90年代末，由于鋁合金的導熱性能好，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。節能保溫問題對建筑物首當其沖，關系到千家萬戶，與人民生活息息相關。
如何解決鋁門窗的保溫問題，只有從建筑型材產品入手。20世紀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，把此材料應用于鋁合金建筑型材上進行保溫隔熱，是20世紀末的新創舉。90年代初，法國人研制開發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，從而實現型材的隔熱。這兩種新型建材產品很快被中國人接受。1998年北京東亞鋁業有限公司把灌注PU樹脂的隔熱鋁型材推向市場，受到了國家建設部節能辦的高度重視。20世紀末，我國具有一定實力的鋁型材廠紛紛引進穿條輥壓設備，生產穿條隔熱鋁型材。而目前生產灌注PU樹脂隔熱鋁型材的廠家只有北京東亞鋁業有限公司，現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，隨著國家節能法規的不斷完善，市場發展的需要，鋁合金隔熱型材在不久的將來將大量占領鋁合金建筑型材市場。現對鋁合金隔熱型材生產技術進行論述。

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度高與PU樹脂導熱系數低的特性進行了巧妙的結合，形成了新型的隔熱鋁型材產品。灌注的隔熱材料PU樹脂導熱系數為0．05W/(m·K)；尺寸穩定性，高溫80℃、48h為～0．37%，常溫25℃、48h為～0．09%；隔熱鋁型材的抗拉強度為70N/mm，抗剪切強度為100N/mm；老化性能根據推算，溫度在45℃的條件下，壽命可達到45 a。制作的門窗抗風壓、水密性、氣密性可達到1級；導熱系數2．9～3．2W/(m·K)；隔聲性能30～40dB。因此，它的各項性能指標完全能夠滿足隔熱鋁合金建筑型材的標準要求。
灌裝PU樹脂隔熱鋁型材的加工工藝難度較大，國內許多廠家都曾經作了大量的試驗工作，而未成功，北京東亞鋁業有限公司從1998年經過了一年多的努力，成功地完成了此項工作。它的生產工藝為：
PU樹脂原料{黑料（進口）白料（廠家自配）}加熱→鋁型材預熱→黑、白原料混合攪拌→灌注→臺架固化→機械斷橋。
主要工藝參數見表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6m型材充腔不滿，且PU樹脂隔熱層氣泡嚴重，直接影響到隔熱型材的物理、力學性能。只要解決好充腔和無氣泡問題，就可解決生產工藝的難點。

2 穿條隔熱鋁型材
穿條隔熱鋁型材是采用機械加工的方法把兩片鋁型材通過隔熱穿條進行連接，聯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、力學性能遠高于PVC條的指標，制作高強度隔熱鋁門窗產品時，不論是國內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、力學性能指標是：
抗拉強度不小于12N/mm；剪切強度不小于24N/mm；制作的門窗抗風壓強度可達到1級，水密性、氣密性可達到2級，導熱系數3～3．5W/(m·K)，隔聲性能可達到30～35dB。各項性能指標完全達到隔熱保溫鋁型材的標準要求。
此種產品的加工方法簡單，設備投入資金少，一套簡單設備只需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，復合處的型材斷面尺寸精度必須保證。
穿條隔熱鋁型材生產工藝為：鋁型材開齒→穿隔熱條→輥壓成形。主要工藝參數列于表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、力學性能達到標準要求，開齒深度和輥壓型材變形量必須達到工藝參數的要求，復合處鋁型材的幾何尺寸要滿足尺寸精度要求，否則型材的剪切強度不能滿足標準要求；此外，輥壓變形量小，型材與隔熱條輥壓處會出現漏雨水現象，使門窗的水密性大大降低。

3 展 望
21世紀是科學技術日新月異的時代，展望鋁合金建筑型材的發展如下：
(1)隨著新技術新材料的推出，傳統材料的加工方法必將被取代，鋁合金建筑型材必須走向節能環保之路。
(2)從單一的門窗型材進行保溫隔熱，在不久的將來也將會實現保溫隔熱鋁幕墻型材產品，其加工技術會不斷創新。
(3)中國新型的隔熱保溫鋁型材的開發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品市場前景非常廣闊，它的推廣使用在節能和環保方面將對我國經濟建設起著重要的作用。