铝型材表面处理技术如何满足建筑业市场的需要 电镀与涂饰000111

铝型材表面处理技术如何满足建筑业市场的需要

朱祖芳

摘　要：本文分析和对比了铝和PVC门窗的国外应用现况和特点，在对照意大利和日本等国先进工业水平的基础上，提出了铝型材表面处理发展前景和技术措施。
关键词：铝型材；　PVC型材；　表面处理
文章编号：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年代以来，我国建筑用门窗的材料发生很大变化。铝合金门窗迅速发展，在我国经济比较发达的南方地区，铝门窗已占主导地位。据中国建材技术研究院估计，1998年铝门窗已占门窗总量的35%。化学建材PVC(我国称为塑钢门窗)发展也很快，1998年也已占门窗总量的8%～10%。表1系我国历年来各种门窗用材比例的估计。近年来还开发了不锈钢、玻璃钢和纤维层压门窗。对照国外的发展，实木和钢门窗用量将继续下降，而铝合金门窗仍会发展和扩大，尤其在高层建筑上仍将占主导地位。

表1　我国各类门窗用材历年使用比例估计(%)^*

1　国外铝门窗和PVC门窗的发展和特征

　　不论是铝还是PVC，国外都已有较长的使用历史。铝门窗在我国已家喻户晓，而PVC则陌生一些。德国是最早使用PVC门窗的国家，据统计1985年已占42%(同期铝占16%；1990年PVC下降到36%(同期铝上升到24%)。据说90年代以来，铝门窗比例进一步上升。作者在德国实地调查时发现在乡村和城镇民居PVC门窗应用较广泛，而大城市高层建筑未见使用。德国PVC门窗价格低于铝合金，也未出现严重的变形和老化问题。生产技术过关，产品质量稳定。这与我国当前PVC门窗变形和变色等严重质量问题形成明显对照。国外调研还表明，在高寒地区PVC门窗的使用比例较高。以日本为例，1997年日本全年门窗安装1290万扇，其中PVC为105万扇，即占8%，事实上PVC门窗基本上在北海道、青森、岩手和秋田等寒冷地区使用，这个地区共安装了388万扇门窗，因此PVC占了27%。与欧州情况相同，在东京、大阪等大城市也几乎看不到PVC门窗，从国外发展和现况分析，铝合金和PVC都有各自的市场定位，绝对不存在这种材料将会取代那种材料的问题。
　　铝门窗使用寿命长，意大利米兰一幢名为MONTECATINI建筑物，由建筑师Gio Ponti设计并于1935年建成，经历了半个世纪以上仍在使用。在当今特别重视环境效应之时，铝门窗容易回收、容易维护、容易加工以及对环境无害而受到重视并获得进一步发展。国外的使用比例也逐年不断增长。而PVC门窗在锯切加工时放出有毒烟害。火灾时放出有毒气体，又难于回收，既不能掩埋又不能焚烧，因此应用受到限制。由于火灾时PVC门窗在高温下放出有毒物质二口　恶英(这与垃圾焚烧时相同)，德国和丹麦有关部门在1992年即规定公共建筑(机场、车站等)和医院等不得使用PVC门窗，以免造成不必要的伤害。
　　表2比较了两种门窗性能。

表2　铝门窗与PVC门窗的比较

2　铝型材表面处理的新技术

　　铝型材在建筑业的定位是城市高层建筑和高档住宅，因此对于铝合金门窗提出了高性能的要术。如果铝型材生产者依然生产质差价廉的产品、还在偷工减料上做文章，那么注定是没有出路的。面对PVC材料的挑战和建筑市场的高要求、铝型材要在基材品质，加工精度、门窗型式品种和表面处理多方面提高技术水平。本文在作者资料调查和实地考察的基础上。就铝型材表面处理技术的新动向提出一点看法和做法。
　　总的来说，建筑业对于铝型材表面处理提出的新要求是：①表面更加均匀一致，没有缺陷和条纹；②颜色更加丰富多样，突破单一古铜色系；③使用性能更加优越，抵挡大气污染和腐蚀；④产品质量更加稳定，杜绝废次品；⑤环境保护更加完善。为满足这些新要求，提出了以下技术措施。
2.1　机械预处理
　　机械预处理是消除表面条纹最有效和经济的方法^［1］。我国传统使用碱洗得到哑光表面效果，该法铝耗、碱耗大，减渣多，引起环境损害，容易揭示材质组织的不均匀性等缺陷。近年来又在试用酸性砂面工艺，进而又推出阳极氧化的同时可以去除表面挤压条纹的电化学技术。但工业化实践尚不充分。
　　欧州推出了已工业化应用的机械预处理(机械抛光和机械喷砂)技术^［3］，有效去除条纹、质量稳定，操作成本低、环境保护效果好，已逐渐得到我国企业的认可。1999年我国至少进口了5台喷砂机和2台抛光机，国内还有几家工厂正在试制设备以满足市场的需要。
2.2　静电喷涂技术
　　静电喷涂是获得多色彩表面最经济方法^［2］。阳极氧化膜电解着色通常只能得到古铜色系。电泳有色漆在理论上可以获得各种各样色彩的电泳层，但每一种颜色需要各自一套精制和回收系统，工业化生产不便、成本也比较高。因此静电粉末喷涂是工业化应用简单可行的经济方法。
　　最近德国和意大利在静电粉未喷涂的基础上，结合丝网技术，实现工业化生产木纹、图案、大理石外观的静电粉未喷涂聚酯-TGIC涂层^［5］。我国已有工厂正在谈判引进这项新技术。
2.3　铝阳极氧化电解着色技术
　　我国建筑业已不满足于古铜色系的电解着色，近年来浅色系(仿不锈钢色和香槟色)和黑色比较流行。阳极氧化电解着色真黑色只要锡盐槽或锡镍混盐槽调整得好，不会产生泛红的问题。但是电解着浅色时色差和色调控制比较困难，从国内外生产实践来看，单镍盐槽比锡盐槽更加稳定。但是镍盐槽抗杂质干扰能力差，尤其对于钠和钾离子十分敏感，因此应该考虑配备去杂质装置或加入添加剂来稳定颜色。
2.4　多色化技术
　　多色化技术(又称三次电解)是当前最先进的电解着色技术^［6］。多色化技术研究多年，一直难于工业化。近年来，日本和意大利都已设厂生产，可以得到稳定的蓝色或灰色铝板和铝型材，并已在建筑物的铝门窗和铝幕墙上使用，装饰效果很好。多色化技术可在一种槽液中得到各种颜色，不同颜色是通过阳极氧化之后电解着色之前的中间处理来实现的。其本质就是光的干涉效应。由于多色化技术对于材质要求和阳极氧化工艺控制十分严格，我国很多工厂不适宜引进这项技术。
2.5　表面有机高聚物涂装技术
　　表面有机高聚物涂层是铝型材抗大气污染的有效措施。不论电泳丙烯酸漆还是静电喷涂聚酯层，其至性能更好的氟碳涂层都属于有机聚合物涂层，都可以有效地保护铝型材在大气污染(如酸雨气氛)环境中使用。近年来，我国陆续发现冷封孔的阳极氧化膜在酸雨大气中使用1～2年即生斑甚至起毛，破坏了装饰效果。经检验证明封孔质量是符合我国和国际标准的。在这种情况下，表面有机涂层比阳极氧化膜更加有效。当然，阳极氧化膜的硬度、抗老化性和寿命均高于有机涂层。因此在北方干燥地区、大气污染小的一些南方地区，阳极氧化膜还是理想的表面保护层，仍然是世界各国铝门窗型材的主要表面处理方法。
　　阳极氧化膜冷封孔技术中，冷封孔品质的提高日益受到重视。冷封孔之后在60℃左右的纯水中浸泡10 min，就是一个有效措施。现在已被国内外称为“封孔后处理”过程了。
2.6　高速高效阳极氧化技术
　　高速高效阳极氧化(HEA)技术可能成为未来提高生产率的有力手段^［7］。众所周知，由于阳极氧化的成膜速度一般只能达到1 μm/3 min，因此生产线产能的控制工序是阳极氧化工序。HEA技术的工业化可望为提高生产效率开辟道路。HEA技术并不是单纯槽液成分，它是一个体系，包括多功能电脑控制的新型电源，特殊的专用添加剂，专门设计的搅拌系统和特殊冷却系统，使阳极氧化速度提高到1 μm/min。
　　随着环境保护不断加强，废液处理朝低排放直至零排放方向发展。加强添加剂的环境生态监控和减少排放废液是局部性的应急措施。用机械预处理加上短时间碱洗(欧州称之为机械浸蚀法)与化学砂面法(碱洗)桐比，每吨型材可以减少湿碱渣约100 kg,相当于干渣30 kg。这就是说一个年产1万吨铝型材厂，每年可少排出干废渣300吨，并相应减少大约600～750吨碱和120～140吨硫酸的消耗，可以想像其环境效应非常明显。为了避免冷封孔工艺中镍和氟的有害作用，欧州新近推出无镍封孔技术，也有很明显的环境保护效果^［8］。
　　欧州和日本已经开始采取各工序闭路循环回收，朝着零排放清洁工艺前进一大步^［4］。阳极氧化槽液用离子变换法去除铝离子并回收硫酸；碱洗槽液利用结晶器和真空过滤排除氢氧化铝回收碱；镍盐电解着色槽液分别用离子交换法和反渗透法回收硫酸镍(即在废水中去掉镍离子)并除去杂质；冷封孔槽液用过滤和离子交换去除固体沉淀和杂质，而ED漆槽和清洗水槽则用离子交换精制和反渗透回收。全部清洗水均通过中和、絮凝、澄清和压滤除去固体料渣，澄清液经过反渗透回收使用。
　　致谢　意大利ITALTECNO公司Mr.Barbc和日本4代田产业(株)潼氵　尺先生提供资料和数据、特此致谢。■

作者单位：朱祖芳(北京有色金属研究总院，北京　100088)

参考文献：

［1］朱祖芳.铝型材阳极氧化的表面机械预处理［J］.电镀与环保，1998，18(1)：25.
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［3］Marcucci J L. Mechanical etching of extruded section［J］. Aluminium Finishing, 1998, 18(1):17.
［4］Fumeaux R C， Finlayson S A. The “zero discharge” anodizing line［J］. Aluminium Finishing, 1997,17(2):34.
［5］Fenzi G, Thibodeau R. Coated aluminium with a wood and Marble effect［J］.Aluminium Finishing, 1997,17(2):34.
［6］Strazzi E, Yincenzi F, Bellei S. Multicolour electolytic Colours［J］.Aluminium Finishing, 1997,17(1):20.
［7］Strazzi E, Bellei S. HEA high-speed-high-efficiency anodizing ［J］.Aluminium Finishing, 1997,17(3/4):10.
［8］Strazzi E, Bellei S. A revolutionary nickel-free medium temperature seal［J］.Aluminium Finishing, 1997,17(2)：22.

收稿日期：1999-10-07