非隔熱鋁合金型材與隔熱鋁合金型材的 性能對比分析

林章浦

（福建省建筑科學研究院， 福建 福州 350000）

鋁合金型材由于具有質量低、強度高、耐腐蝕性強等優點，加上可塑性強，能夠有效防火防潮等特性，在門窗制作中得到廣泛應用。但是，門窗是建筑的最重要采光部位之一,而鋁合金型材是門窗的主要組成部分，存在著一定的問題:鋁合金型材的導熱性較好，會將熱能傳導出去，造成熱量損失。因此，對鋁合金型材的性能的研究，減少材料的熱能損耗是十分必要的。

1 隔熱鋁合金型材

非隔熱鋁合金型材具有很好的導熱功能，而對非隔熱鋁合金進行處理形成的隔熱鋁合金型材的導熱性能減弱，是保溫節能型的鋁合金產品。隔熱鋁合金型材是通過在兩塊鋁合金之間增加一塊隔熱材料進行隔熱。當前，隔熱材料的復合方式一般有兩種，一種是穿條式（如圖1a），一種是澆注式（如圖1b）。

鋁是隔熱鋁合金型材的主要材料，型材中間腔體用塑料型材做隔熱材料。這種創新的結構設計，集合了塑料和鋁合金兩種材料的優點，不僅提高了門窗強度及耐老化性能，還增強了裝飾效果的需求。隔熱鋁合金型材可以使門窗的三道密封結構得以實現，將水汽腔完美分離，形成汽水等壓平衡系統，門窗的水密性能和氣密性能顯著提高。隔熱鋁合金門窗的氣密性能比普通鋁合金窗、塑料窗好，能減少風沙大的地區室內灰塵數量；能很大程度上減少高速公路兩側噪音對居民的干擾；在熱傳導性能方面，與非隔熱鋁合金型材門窗對比，能降低40～70%。

由于穿條式隔熱型材所使用的聚酰胺型材線膨脹系數和鋁合金型材的線膨脹系數相近，不會因為熱脹冷縮而在復合部位產生較大的應力、滑移錯位、脫落等現象使得穿條式隔熱型材成為目前使用較為普遍的隔熱型材材。穿條式型材具有良好的耐高溫性能，可選擇的截面類型多，對隔熱型材生產加工環境沒有特殊要求，但開齒、滾壓等工序的生產工藝控制不當時，會對產品性能造成嚴重影響（如聚酰胺型材與鋁合金型材在使用中分離）。

2 隔熱鋁合金型材與非隔熱鋁合金型材的對比

2.1 對比分析“熱工性能”

和非隔熱的鋁合金型材相比，隔熱鋁合金型材在熱工性能方面具有明顯的優勢。眾所周知，鋁合金型材的熱工性能會受到諸多因素的影響。對于熱量傳播方式，對于鋁合金型材可以分為三種，分別是熱傳導、對流和輻射，因此要想使其具有較好的阻熱效果，應從熱傳導方式著手，采取適當的措施阻止或減少熱量通過這三種方式傳播。

非隔熱的鋁合金型材具有較強的導熱性，其中熱傳導形式傳遞熱量占總熱量的50%。對流形式傳遞的熱量占比35%，輻射形式傳遞的熱量占比15%。因此，要想提高非隔熱鋁合金材料的導熱性能，最主要的是要解決熱傳導形式傳遞的熱量，同時盡可能的減少對流傳導傳遞的熱量。通過隔熱加工生產的隔熱鋁合金型材能夠有效的解決熱傳導問題，其原理是：由于鋁合金材料本身具有較高的導熱性，在兩個鋁合金材料中間增加一層具有較低導熱率的非金屬材料，就能夠有效的解決鋁合金的熱傳導高的問題，用低導熱率的非金屬材料連接鋁合金型材的就叫做隔熱條，此種隔熱方式稱之為斷橋隔熱。隔熱條一般使用聚酰胺66 ，也叫尼龍66，此材料中帶有一種強化玻璃纖維，其很穩定性強；此外，此種材料的軸向方向具有和鋁合金材料相似的線性膨脹系數，因此在鍛壓過程中由于膨脹所產生的的內應力較小，而在縱向方向上具有較好的機械性能。不僅如此，此種材料還具有很強的抗腐蝕性，這也是非隔熱鋁合金材料不具備的性能，因此，將這兩種材料結合是十分理想的結合方式。

隔熱鋁合金具有較強的節能性，主要體現在以下幾個方面：第一，在鋁合金中間增加一層隔熱條能夠有效的減少熱傳導帶走的熱量，而且由于隔熱條將兩層鋁合金中間的空腔分割成了小空腔，因此能夠減少因為空氣流動及輻射影響帶走的熱量；第二，在固定腔內增加了低導熱率的材料，能夠有效減少空腔中的空氣對流，因此能有效地降低熱量交換；第三，在固定腔和開啟腔中增加了熱密線設置，將腔體中的空間分成了冷腔和熱腔兩個部分，從而減小因冷端和熱端的溫度不從產生的對流和輻射交換。

2.2 對比分析“節能環保性能”

根據性能劃分要求，隔熱鋁合金型材根據“主要性能”進行分類：工程力學性能、使用性能和節能環保性能。其中，工程力學性能的特點及檢測方法在GB 5237.1 和GB 5237.6 中均有詳細規定；而使用性能主要依據其尺寸、外觀、耐酸堿性等指標進行劃分。

節能環保性是當今時代比較關注的問題，隨著建筑材料的使用量的增加，對建筑材料的節能型的關注是國家可持續發展戰略、節能減排規劃的重要舉措。和非隔熱鋁合金材料相比，隔熱鋁合金材料質地輕且容易加工，因此具有較強的節能環保性。隔熱鋁合金材料的內外兩面可以使用不同剖面的型材，也可以使用不同表面處理的顏色不同的型材，因此一經引進立刻獲得大量的市場需求。由于我國地域分布廣，不同地區的氣候特點不同，且隔熱材料和鋁型材之間的膨脹系數差距不宜過大，要求兩種材料應具備想接近的抗拉強庫、抗彎強度、膨脹系數以及彈性模量，如果差距較大，在實際使用過程中很容易出現斷橋損壞，影響正常的使用。一般建筑中使用的鋁合金框分為三個部分，分別是外部金框、內部金框和中間芯子，其中中間芯子的制作就是使用隔熱冷橋技術。通過此種技術生產的鋁合金型材不僅滿足鋁合金材料的優點，而且克服了高導熱性的缺點，是理想的鋁合金框材料之一。加上中空玻璃的設計以及密封材料的使用，此種鋁合金框不僅易加工、抗腐蝕、外觀精美，而且有效隔熱、經久耐用。

我們將非隔熱鋁合金型材與隔熱鋁合金型材進行受力對比分析可以發現，隔熱鋁合金型材的受力明顯優于非隔熱鋁合金型材，隔熱鋁合金型材在兩塊鋁合金型材之間增加的一塊隔熱材料起到關鍵作用，使得復合材料能應對較高的應力。

2.3 對比分析“橫向拉伸性能”

通過對非隔熱鋁合金型材以及隔熱鋁合金型材的橫向拉伸試驗我們發現，在室溫、低溫和高溫三種溫度下，隔熱鋁合金型材的橫向抗拉特征值均高于非隔熱鋁合金型材。在橫向拉伸試驗中我們還發現，在三種溫度下，高溫環境下的型材的橫向抗拉特征值低于其他兩種溫度。

以“鋁合金型材”作為陽板，不僅可以在“耐磨性”、“裝飾性”和“耐腐蝕性”等方面獲得一定程度的突破，更重要的是，還可以保證橫向拉伸力。將其表面置于電解液中，通過點解反應在其表面形成一層氧化膜，而這層氧化膜可以起到一定的保護作用。通過氧化作用，鋁合金表面的金屬鋁基體共格生長形成氧化膜表面，我們再次通過橫向拉伸試驗發現，經過氧化保護的隔熱鋁合金型材比非隔熱的隔熱鋁合金型材具有更高的橫向拉伸力，其橫向抗拉特性值明顯提高了。

隔熱鋁合金型材雖然只是鋁合金型材中的一種，但是由于其具有隔熱性強、易生產、性價比高等諸多優點，非常適合我國的市場發展行情，發展非常迅猛。由于環境保護的大趨勢，隔熱鋁合金型材在我國建筑行業中會有更大的發展空間。但是，隨著隔熱鋁合金型材的發展，其特性也備受爭議，例如，行業中對非金屬類的隔熱材料的承載力存在質疑，而我國目前在隔熱材料的性能評價標準及規范方面仍存在空缺，因此為適應未來的發展中需要，需對標準和規范進行嚴格制定并不斷完善。