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鋁型材表面處理技術如何滿足建筑業(yè)市場的需要

朱祖芳

摘　要：本文分析和對比了鋁和PVC門窗的國外應用現(xiàn)況和特點，在對照意大利和日本等國先進工業(yè)水平的基礎上，提出了鋁型材表面處理發(fā)展前景和技術措施。
關鍵詞：鋁型材；　PVC型材；　表面處理
文章編號：1001-227X(2000)01-0043-04

Surface treatment technique for
aluminum profile should satisfy the demands of architectural market

ZHU Zu-fang

Abstract：The application status and characteristics between aluminum alloy and PVC profile for window and door frames were compared. In accordance with Japanese and Italian advanced industrial level, the technical prospect and technique in the anodizing field were presented.
Keywords：aluminum profile; PVC profile; surface treatment▲

　　80年代以來，我國建筑用門窗的材料發(fā)生很大變化。鋁合金門窗迅速發(fā)展，在我國經(jīng)濟比較發(fā)達的南方地區(qū)，鋁門窗已占主導地位。據(jù)中國建材技術研究院估計，1998年鋁門窗已占門窗總量的35%。化學建材PVC(我國稱為塑鋼門窗)發(fā)展也很快，1998年也已占門窗總量的8%～10%。表1系我國歷年來各種門窗用材比例的估計。近年來還開發(fā)了不銹鋼、玻璃鋼和纖維層壓門窗。對照國外的發(fā)展，實木和鋼門窗用量將繼續(xù)下降，而鋁合金門窗仍會發(fā)展和擴大，尤其在高層建筑上仍將占主導地位。

表1　我國各類門窗用材歷年使用比例估計(%)^*

1　國外鋁門窗和PVC門窗的發(fā)展和特征

　　不論是鋁還是PVC，國外都已有較長的使用歷史。鋁門窗在我國已家喻戶曉，而PVC則陌生一些。德國是最早使用PVC門窗的國家，據(jù)統(tǒng)計1985年已占42%(同期鋁占16%；1990年PVC下降到36%(同期鋁上升到24%)。據(jù)說90年代以來，鋁門窗比例進一步上升。作者在德國實地調查時發(fā)現(xiàn)在鄉(xiāng)村和城鎮(zhèn)民居PVC門窗應用較廣泛，而大城市高層建筑未見使用。德國PVC門窗價格低于鋁合金，也未出現(xiàn)嚴重的變形和老化問題。生產(chǎn)技術過關，產(chǎn)品質量穩(wěn)定。這與我國當前PVC門窗變形和變色等嚴重質量問題形成明顯對照。國外調研還表明，在高寒地區(qū)PVC門窗的使用比例較高。以日本為例，1997年日本全年門窗安裝1290萬扇，其中PVC為105萬扇，即占8%，事實上PVC門窗基本上在北海道、青森、巖手和秋田等寒冷地區(qū)使用，這個地區(qū)共安裝了388萬扇門窗，因此PVC占了27%。與歐州情況相同，在東京、大阪等大城市也幾乎看不到PVC門窗，從國外發(fā)展和現(xiàn)況分析，鋁合金和PVC都有各自的市場定位，絕對不存在這種材料將會取代那種材料的問題。
　　鋁門窗使用壽命長，意大利米蘭一幢名為MONTECATINI建筑物，由建筑師Gio Ponti設計并于1935年建成，經(jīng)歷了半個世紀以上仍在使用。在當今特別重視環(huán)境效應之時，鋁門窗容易回收、容易維護、容易加工以及對環(huán)境無害而受到重視并獲得進一步發(fā)展。國外的使用比例也逐年不斷增長。而PVC門窗在鋸切加工時放出有毒煙害?；馂臅r放出有毒氣體，又難于回收，既不能掩埋又不能焚燒，因此應用受到限制。由于火災時PVC門窗在高溫下放出有毒物質二口　惡英(這與垃圾焚燒時相同)，德國和丹麥有關部門在1992年即規(guī)定公共建筑(機場、車站等)和醫(yī)院等不得使用PVC門窗，以免造成不必要的傷害。
　　表2比較了兩種門窗性能。

表2　鋁門窗與PVC門窗的比較

2　鋁型材表面處理的新技術

　　鋁型材在建筑業(yè)的定位是城市高層建筑和高檔住宅，因此對于鋁合金門窗提出了高性能的要術。如果鋁型材生產(chǎn)者依然生產(chǎn)質差價廉的產(chǎn)品、還在偷工減料上做文章，那么注定是沒有出路的。面對PVC材料的挑戰(zhàn)和建筑市場的高要求、鋁型材要在基材品質，加工精度、門窗型式品種和表面處理多方面提高技術水平。本文在作者資料調查和實地考察的基礎上。就鋁型材表面處理技術的新動向提出一點看法和做法。
　　總的來說，建筑業(yè)對于鋁型材表面處理提出的新要求是：①表面更加均勻一致，沒有缺陷和條紋；②顏色更加豐富多樣，突破單一古銅色系；③使用性能更加優(yōu)越，抵擋大氣污染和腐蝕；④產(chǎn)品質量更加穩(wěn)定，杜絕廢次品；⑤環(huán)境保護更加完善。為滿足這些新要求，提出了以下技術措施。
2.1　機械預處理
　　機械預處理是消除表面條紋最有效和經(jīng)濟的方法^［1］。我國傳統(tǒng)使用堿洗得到啞光表面效果，該法鋁耗、堿耗大，減渣多，引起環(huán)境損害，容易揭示材質組織的不均勻性等缺陷。近年來又在試用酸性砂面工藝，進而又推出陽極氧化的同時可以去除表面擠壓條紋的電化學技術。但工業(yè)化實踐尚不充分。
　　歐州推出了已工業(yè)化應用的機械預處理(機械拋光和機械噴砂)技術^［3］，有效去除條紋、質量穩(wěn)定，操作成本低、環(huán)境保護效果好，已逐漸得到我國企業(yè)的認可。1999年我國至少進口了5臺噴砂機和2臺拋光機，國內還有幾家工廠正在試制設備以滿足市場的需要。
2.2　靜電噴涂技術
　　靜電噴涂是獲得多色彩表面最經(jīng)濟方法^［2］。陽極氧化膜電解著色通常只能得到古銅色系。電泳有色漆在理論上可以獲得各種各樣色彩的電泳層，但每一種顏色需要各自一套精制和回收系統(tǒng)，工業(yè)化生產(chǎn)不便、成本也比較高。因此靜電粉末噴涂是工業(yè)化應用簡單可行的經(jīng)濟方法。
　　最近德國和意大利在靜電粉未噴涂的基礎上，結合絲網(wǎng)技術，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)木紋、圖案、大理石外觀的靜電粉未噴涂聚酯-TGIC涂層^［5］。我國已有工廠正在談判引進這項新技術。
2.3　鋁陽極氧化電解著色技術
　　我國建筑業(yè)已不滿足于古銅色系的電解著色，近年來淺色系(仿不銹鋼色和香檳色)和黑色比較流行。陽極氧化電解著色真黑色只要錫鹽槽或錫鎳混鹽槽調整得好，不會產(chǎn)生泛紅的問題。但是電解著淺色時色差和色調控制比較困難，從國內外生產(chǎn)實踐來看，單鎳鹽槽比錫鹽槽更加穩(wěn)定。但是鎳鹽槽抗雜質干擾能力差，尤其對于鈉和鉀離子十分敏感，因此應該考慮配備去雜質裝置或加入添加劑來穩(wěn)定顏色。
2.4　多色化技術
　　多色化技術(又稱三次電解)是當前最先進的電解著色技術^［6］。多色化技術研究多年，一直難于工業(yè)化。近年來，日本和意大利都已設廠生產(chǎn)，可以得到穩(wěn)定的藍色或灰色鋁板和鋁型材，并已在建筑物的鋁門窗和鋁幕墻上使用，裝飾效果很好。多色化技術可在一種槽液中得到各種顏色，不同顏色是通過陽極氧化之后電解著色之前的中間處理來實現(xiàn)的。其本質就是光的干涉效應。由于多色化技術對于材質要求和陽極氧化工藝控制十分嚴格，我國很多工廠不適宜引進這項技術。
2.5　表面有機高聚物涂裝技術
　　表面有機高聚物涂層是鋁型材抗大氣污染的有效措施。不論電泳丙烯酸漆還是靜電噴涂聚酯層，其至性能更好的氟碳涂層都屬于有機聚合物涂層，都可以有效地保護鋁型材在大氣污染(如酸雨氣氛)環(huán)境中使用。近年來，我國陸續(xù)發(fā)現(xiàn)冷封孔的陽極氧化膜在酸雨大氣中使用1～2年即生斑甚至起毛，破壞了裝飾效果。經(jīng)檢驗證明封孔質量是符合我國和國際標準的。在這種情況下，表面有機涂層比陽極氧化膜更加有效。當然，陽極氧化膜的硬度、抗老化性和壽命均高于有機涂層。因此在北方干燥地區(qū)、大氣污染小的一些南方地區(qū)，陽極氧化膜還是理想的表面保護層，仍然是世界各國鋁門窗型材的主要表面處理方法。
　　陽極氧化膜冷封孔技術中，冷封孔品質的提高日益受到重視。冷封孔之后在60℃左右的純水中浸泡10 min，就是一個有效措施?，F(xiàn)在已被國內外稱為“封孔后處理”過程了。
2.6　高速高效陽極氧化技術
　　高速高效陽極氧化(HEA)技術可能成為未來提高生產(chǎn)率的有力手段^［7］。眾所周知，由于陽極氧化的成膜速度一般只能達到1 μm/3 min，因此生產(chǎn)線產(chǎn)能的控制工序是陽極氧化工序。HEA技術的工業(yè)化可望為提高生產(chǎn)效率開辟道路。HEA技術并不是單純槽液成分，它是一個體系，包括多功能電腦控制的新型電源，特殊的專用添加劑，專門設計的攪拌系統(tǒng)和特殊冷卻系統(tǒng)，使陽極氧化速度提高到1 μm/min。
　　隨著環(huán)境保護不斷加強，廢液處理朝低排放直至零排放方向發(fā)展。加強添加劑的環(huán)境生態(tài)監(jiān)控和減少排放廢液是局部性的應急措施。用機械預處理加上短時間堿洗(歐州稱之為機械浸蝕法)與化學砂面法(堿洗)桐比，每噸型材可以減少濕堿渣約100 kg,相當于干渣30 kg。這就是說一個年產(chǎn)1萬噸鋁型材廠，每年可少排出干廢渣300噸，并相應減少大約600～750噸堿和120～140噸硫酸的消耗，可以想像其環(huán)境效應非常明顯。為了避免冷封孔工藝中鎳和氟的有害作用，歐州新近推出無鎳封孔技術，也有很明顯的環(huán)境保護效果^［8］。
　　歐州和日本已經(jīng)開始采取各工序閉路循環(huán)回收，朝著零排放清潔工藝前進一大步^［4］。陽極氧化槽液用離子變換法去除鋁離子并回收硫酸；堿洗槽液利用結晶器和真空過濾排除氫氧化鋁回收堿；鎳鹽電解著色槽液分別用離子交換法和反滲透法回收硫酸鎳(即在廢水中去掉鎳離子)并除去雜質；冷封孔槽液用過濾和離子交換去除固體沉淀和雜質，而ED漆槽和清洗水槽則用離子交換精制和反滲透回收。全部清洗水均通過中和、絮凝、澄清和壓濾除去固體料渣，澄清液經(jīng)過反滲透回收使用。
　　致謝　意大利ITALTECNO公司Mr.Barbc和日本4代田產(chǎn)業(yè)(株)潼氵　尺先生提供資料和數(shù)據(jù)、特此致謝?！?/font>