鋁型材表面處理技術(shù)如何滿足建筑業(yè)市場(chǎng)的需要

朱祖芳

摘　要：本文分析和對(duì)比了鋁和PVC門窗的國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)況和特點(diǎn)，在對(duì)照意大利和日本等國(guó)先進(jìn)工業(yè)水平的基礎(chǔ)上，提出了鋁型材表面處理發(fā)展前景和技術(shù)措施。
關(guān)鍵詞：鋁型材；　PVC型材；　表面處理
文章編號(hào)：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(guó)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(guó)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的南方地區(qū)，鋁門窗已占主導(dǎo)地位。據(jù)中國(guó)建材技術(shù)研究院估計(jì)，1998年鋁門窗已占門窗總量的35%?；瘜W(xué)建材PVC(我國(guó)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(guó)歷年來各種門窗用材比例的估計(jì)。近年來還開發(fā)了不銹鋼、玻璃鋼和纖維層壓門窗。對(duì)照國(guó)外的發(fā)展，實(shí)木和鋼門窗用量將繼續(xù)下降，而鋁合金門窗仍會(huì)發(fā)展和擴(kuò)大，尤其在高層建筑上仍將占主導(dǎo)地位。

表1　我國(guó)各類門窗用材歷年使用比例估計(jì)(%)^*

1　國(guó)外鋁門窗和PVC門窗的發(fā)展和特征

　　不論是鋁還是PVC，國(guó)外都已有較長(zhǎng)的使用歷史。鋁門窗在我國(guó)已家喻戶曉，而PVC則陌生一些。德國(guó)是最早使用PVC門窗的國(guó)家，據(jù)統(tǒng)計(jì)1985年已占42%(同期鋁占16%；1990年P(guān)VC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(jìn)一步上升。作者在德國(guó)實(shí)地調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)在鄉(xiāng)村和城鎮(zhèn)民居PVC門窗應(yīng)用較廣泛，而大城市高層建筑未見使用。德國(guó)PVC門窗價(jià)格低于鋁合金，也未出現(xiàn)嚴(yán)重的變形和老化問題。生產(chǎn)技術(shù)過關(guān)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。這與我國(guó)當(dāng)前PVC門窗變形和變色等嚴(yán)重質(zhì)量問題形成明顯對(duì)照。國(guó)外調(diào)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(shí)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(gè)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(guó)外發(fā)展和現(xiàn)況分析，鋁合金和PVC都有各自的市場(chǎng)定位，絕對(duì)不存在這種材料將會(huì)取代那種材料的問題。
　　鋁門窗使用壽命長(zhǎng)，意大利米蘭一幢名為MONTECATINI建筑物，由建筑師Gio Ponti設(shè)計(jì)并于1935年建成，經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)以上仍在使用。在當(dāng)今特別重視環(huán)境效應(yīng)之時(shí)，鋁門窗容易回收、容易維護(hù)、容易加工以及對(duì)環(huán)境無害而受到重視并獲得進(jìn)一步發(fā)展。國(guó)外的使用比例也逐年不斷增長(zhǎng)。而PVC門窗在鋸切加工時(shí)放出有毒煙害?；馂?zāi)時(shí)放出有毒氣體，又難于回收，既不能掩埋又不能焚燒，因此應(yīng)用受到限制。由于火災(zāi)時(shí)PVC門窗在高溫下放出有毒物質(zhì)二口　惡英(這與垃圾焚燒時(shí)相同)，德國(guó)和丹麥有關(guān)部門在1992年即規(guī)定公共建筑(機(jī)場(chǎng)、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(shù)

　　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(duì)于鋁合金門窗提出了高性能的要術(shù)。如果鋁型材生產(chǎn)者依然生產(chǎn)質(zhì)差價(jià)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(duì)PVC材料的挑戰(zhàn)和建筑市場(chǎng)的高要求、鋁型材要在基材品質(zhì)，加工精度、門窗型式品種和表面處理多方面提高技術(shù)水平。本文在作者資料調(diào)查和實(shí)地考察的基礎(chǔ)上。就鋁型材表面處理技術(shù)的新動(dòng)向提出一點(diǎn)看法和做法。
　　總的來說，建筑業(yè)對(duì)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(zhì)量更加穩(wěn)定，杜絕廢次品；⑤環(huán)境保護(hù)更加完善。為滿足這些新要求，提出了以下技術(shù)措施。
2.1　機(jī)械預(yù)處理
　　機(jī)械預(yù)處理是消除表面條紋最有效和經(jīng)濟(jì)的方法^［1］。我國(guó)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(zhì)組織的不均勻性等缺陷。近年來又在試用酸性砂面工藝，進(jìn)而又推出陽極氧化的同時(shí)可以去除表面擠壓條紋的電化學(xué)技術(shù)。但工業(yè)化實(shí)踐尚不充分。
　　歐州推出了已工業(yè)化應(yīng)用的機(jī)械預(yù)處理(機(jī)械拋光和機(jī)械噴砂)技術(shù)^［3］，有效去除條紋、質(zhì)量穩(wěn)定，操作成本低、環(huán)境保護(hù)效果好，已逐漸得到我國(guó)企業(yè)的認(rèn)可。1999年我國(guó)至少進(jìn)口了5臺(tái)噴砂機(jī)和2臺(tái)拋光機(jī)，國(guó)內(nèi)還有幾家工廠正在試制設(shè)備以滿足市場(chǎng)的需要。
2.2　靜電噴涂技術(shù)
　　靜電噴涂是獲得多色彩表面最經(jīng)濟(jì)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(yīng)用簡(jiǎn)單可行的經(jīng)濟(jì)方法。
　　最近德國(guó)和意大利在靜電粉未噴涂的基礎(chǔ)上，結(jié)合絲網(wǎng)技術(shù)，實(shí)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(guó)已有工廠正在談判引進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)。
2.3　鋁陽極氧化電解著色技術(shù)
　　我國(guó)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(diào)整得好，不會(huì)產(chǎn)生泛紅的問題。但是電解著淺色時(shí)色差和色調(diào)控制比較困難，從國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐來看，單鎳鹽槽比錫鹽槽更加穩(wěn)定。但是鎳鹽槽抗雜質(zhì)干擾能力差，尤其對(duì)于鈉和鉀離子十分敏感，因此應(yīng)該考慮配備去雜質(zhì)裝置或加入添加劑來穩(wěn)定顏色。
2.4　多色化技術(shù)
　　多色化技術(shù)(又稱三次電解)是當(dāng)前最先進(jìn)的電解著色技術(shù)^［6］。多色化技術(shù)研究多年，一直難于工業(yè)化。近年來，日本和意大利都已設(shè)廠生產(chǎn)，可以得到穩(wěn)定的藍(lán)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(shù)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(shí)現(xiàn)的。其本質(zhì)就是光的干涉效應(yīng)。由于多色化技術(shù)對(duì)于材質(zhì)要求和陽極氧化工藝控制十分嚴(yán)格，我國(guó)很多工廠不適宜引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。
2.5　表面有機(jī)高聚物涂裝技術(shù)
　　表面有機(jī)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(jī)聚合物涂層，都可以有效地保護(hù)鋁型材在大氣污染(如酸雨氣氛)環(huán)境中使用。近年來，我國(guó)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(yàn)證明封孔質(zhì)量是符合我國(guó)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的。在這種情況下，表面有機(jī)涂層比陽極氧化膜更加有效。當(dāng)然，陽極氧化膜的硬度、抗老化性和壽命均高于有機(jī)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(hù)層，仍然是世界各國(guó)鋁門窗型材的主要表面處理方法。
　　陽極氧化膜冷封孔技術(shù)中，冷封孔品質(zhì)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(gè)有效措施?，F(xiàn)在已被國(guó)內(nèi)外稱為“封孔后處理”過程了。
2.6　高速高效陽極氧化技術(shù)
　　高速高效陽極氧化(HEA)技術(shù)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(dá)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(shù)的工業(yè)化可望為提高生產(chǎn)效率開辟道路。HEA技術(shù)并不是單純槽液成分，它是一個(gè)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(shè)計(jì)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(hù)不斷加強(qiáng)，廢液處理朝低排放直至零排放方向發(fā)展。加強(qiáng)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(yīng)急措施。用機(jī)械預(yù)處理加上短時(shí)間堿洗(歐州稱之為機(jī)械浸蝕法)與化學(xué)砂面法(堿洗)桐比，每噸型材可以減少濕堿渣約100 kg,相當(dāng)于干渣30 kg。這就是說一個(gè)年產(chǎn)1萬噸鋁型材廠，每年可少排出干廢渣300噸，并相應(yīng)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(yīng)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(shù)，也有很明顯的環(huán)境保護(hù)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(jìn)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(jié)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(zhì)；冷封孔槽液用過濾和離子交換去除固體沉淀和雜質(zhì)，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>