不同表面處理方式對鋁合金隔熱型材縱向剪切性能的影響

江 源，牟雪萍，李 勇

（1.福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350001；2.日照市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，山東 日照 276800）

鋁合金隔熱型材用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，被廣泛應(yīng)用于建筑門窗中以起到隔熱節(jié)能的環(huán)保效果。隔熱型材的復(fù)合方式分為穿條式和澆注式[1]。為克服鋁合金表面性能方面的缺點(diǎn)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，表面處理技術(shù)是鋁合金不可缺少的一環(huán)[2]。鋁合金表面處理方式分為陽極氧化、電泳涂漆、粉末噴涂和氟碳漆噴涂[1]。

隔熱型材由鋁合金和隔熱膠條復(fù)合而成，其復(fù)合性能是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。復(fù)合性能評價指標(biāo)主要包括縱向剪切特征值、橫向抗拉特征值、高溫持久載荷橫向拉伸試驗(yàn)等，縱向剪切特征值和橫向抗拉特征值是隔熱型材復(fù)合性能的核心指標(biāo)。影響隔熱型材復(fù)合性能的因素有鋁型材齒型、滾壓工藝、隔熱條性能等[3]，本文著重研究表面處理方式的不同對隔熱型材的縱向抗剪特征值的影響。

1 準(zhǔn)備試樣

在復(fù)合成隔熱型材之前，將鋁合金型材分成若干批，按正常的生產(chǎn)工藝分別進(jìn)行各種表面處理，獲得基材(未經(jīng)表面處理)、陽極氧化型材、電泳涂漆型材、粉末噴涂型材和氟碳漆噴涂型材；再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，分別加工成穿條式和澆注式隔熱型材。

2 試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)使用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行縱向剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)夾具按GB/T 28289-2012標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)裝置進(jìn)行設(shè)計。在進(jìn)行試驗(yàn)之前，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48h。隔熱型材的室溫縱向剪切試驗(yàn)在23℃±2℃的溫度下進(jìn)行，按GB/T 28289-2012標(biāo)準(zhǔn)中的要求進(jìn)行試驗(yàn)。每組試驗(yàn)共做10個試樣以計算縱向抗剪特征值。低溫和高溫縱向剪切試驗(yàn)先將試驗(yàn)夾具置于高低溫試驗(yàn)箱中，將試樣在規(guī)定的試驗(yàn)溫度下（穿條式隔熱材：低溫：-20℃±2℃、高溫：+80℃±2℃；澆注式隔熱材：低溫：-30℃±2℃、高溫：+70℃±2℃）放置10min再進(jìn)行試驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

對不同表面處理的隔熱型材進(jìn)行縱向剪切試驗(yàn)的結(jié)果如表1所示。

表1 不同表面處理的隔熱型材縱向剪切試驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看出，穿條式隔熱型材的基材在室溫、低溫、高溫的縱向抗剪特征值分別為23N/mm、25N/mm和14N/mm，而經(jīng)陽極氧化、電泳涂漆、粉末噴涂、氟碳漆噴涂的隔熱材的縱向抗剪特征值均高于基材，低溫的縱向抗剪特征值均高于室溫的，高溫縱向抗剪特征值最低；對于澆注式隔熱型材來說，基材在室溫、低溫、高溫的縱向抗剪特征值分別為70N/mm、32N/mm和26N/mm，經(jīng)過表面處理的隔熱型材的縱向抗剪特征值均高于基材，高溫的縱向抗剪特征值最低。

3.2 分析

對基材和表面經(jīng)陽極氧化、電泳涂漆、粉末噴涂、氟碳漆噴涂的穿條式和澆注式隔熱材分別進(jìn)行了室溫、低溫和高溫的縱向剪切試驗(yàn)可以看出，經(jīng)過表面處理的隔熱材在室溫、低溫和高溫下的縱向抗剪特征值均高于基材。建筑鋁型材表面處理可得到三種表面膜：陽極氧化膜、陽極氧化復(fù)合膜和靜電噴涂層。為便于分析本文將鋁合金表面處理膜歸為兩類：陽極氧化膜和高聚物涂層。以下分別討論陽極氧化膜和高聚物涂層對隔熱型材縱向抗剪性能的影響。

（1）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，均勻附著在鋁合金型材上，在與鋁合金的界面及與隔熱條的界面產(chǎn)生一定的化學(xué)吸附力、附著力和表面張力，提高了隔熱型材的縱向抗剪特征值。

（2）高聚物涂層的影響。高聚物涂層是金屬通過表明化學(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，它包括陽極氧化電泳涂漆復(fù)合膜、氟碳漆噴涂膜和靜電粉末噴涂聚酯膜。高聚物涂層形成所使用的涂料皆為高分子材料，隔熱膠條的材料為聚酰胺隔熱條高分子材料。高聚物涂層形成時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)鍵交聯(lián)，使其結(jié)合牢固，進(jìn)行縱向剪切試驗(yàn)時，會因結(jié)合力的增大而導(dǎo)致縱向抗剪特征值的增大；在進(jìn)行高溫縱向剪切試驗(yàn)時，因隔熱膠條和涂料等高分子材料隨著溫度的升高變軟，分子鏈結(jié)構(gòu)會有結(jié)晶態(tài)融化傾向，甚至發(fā)生氧化降解，使分子間結(jié)合力降低，從而降低其縱向抗剪特征值。

4 結(jié)論

對基材和經(jīng)不同表面處理的穿條式和澆注式鋁合金隔熱型材進(jìn)行了室溫、低溫、高溫的縱向剪切試驗(yàn)。結(jié)果表明經(jīng)表面處理的隔熱型材在室溫、低溫和高溫下的縱向抗剪特征值高于基材，試樣表面的陽極氧化膜或高聚物涂層與基材以及隔熱膠條的附著、交聯(lián)作用是導(dǎo)致其縱向抗剪特征值高于基材的原因。