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(xué)研究院， 福建 福州 350000）

鋁合金型材由于具有質(zhì)量低、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，加上可塑性強(qiáng)，能夠有效防火防潮等特性，在門窗制作中得到廣泛應(yīng)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(dǎo)熱性較好，會將熱能傳導(dǎo)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(dǎo)熱功能，而對非隔熱鋁合金進(jìn)行處理形成的隔熱鋁合金型材的導(dǎo)熱性能減弱，是保溫節(jié)能型的鋁合金產(chǎn)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(jìn)行隔熱。當(dāng)前，隔熱材料的復(fù)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(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，集合了塑料和鋁合金兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，不僅提高了門窗強(qiáng)度及耐老化性能，還增強(qiáng)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(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，將水汽腔完美分離，形成汽水等壓平衡系統(tǒng)，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(fēng)沙大的地區(qū)室內(nèi)灰塵數(shù)量；能很大程度上減少高速公路兩側(cè)噪音對居民的干擾；在熱傳導(dǎo)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(shù)和鋁合金型材的線膨脹系數(shù)相近，不會因?yàn)闊崦浝淇s而在復(fù)合部位產(chǎn)生較大的應(yīng)力、滑移錯(cuò)位、脫落等現(xiàn)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(chǎn)加工環(huán)境沒有特殊要求，但開齒、滾壓等工序的生產(chǎn)工藝控制不當(dāng)時(shí)，會對產(chǎn)品性能造成嚴(yán)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(yōu)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(dǎo)、對流和輻射，因此要想使其具有較好的阻熱效果，應(yīng)從熱傳導(dǎo)方式著手，采取適當(dāng)?shù)拇胧┳柚够驕p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(qiáng)的導(dǎo)熱性，其中熱傳導(dǎo)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(dǎo)熱性能，最主要的是要解決熱傳導(dǎo)形式傳遞的熱量，同時(shí)盡可能的減少對流傳導(dǎo)傳遞的熱量。通過隔熱加工生產(chǎn)的隔熱鋁合金型材能夠有效的解決熱傳導(dǎo)問題，其原理是：由于鋁合金材料本身具有較高的導(dǎo)熱性，在兩個(gè)鋁合金材料中間增加一層具有較低導(dǎo)熱率的非金屬材料，就能夠有效的解決鋁合金的熱傳導(dǎo)高的問題，用低導(dǎo)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(qiáng)化玻璃纖維，其很穩(wěn)定性強(qiáng)；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(shù)，因此在鍛壓過程中由于膨脹所產(chǎn)生的的內(nèi)應(yīng)力較小，而在縱向方向上具有較好的機(jī)械性能。不僅如此，此種材料還具有很強(qiáng)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(jié)合是十分理想的結(jié)合方式。

隔熱鋁合金具有較強(qiáng)的節(jié)能性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(dǎo)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?yàn)榭諝饬鲃蛹拜椛溆绊憥ё叩臒崃浚坏诙诠潭ㄇ粌?nèi)增加了低導(dǎo)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(shè)置，將腔體中的空間分成了冷腔和熱腔兩個(gè)部分，從而減小因冷端和熱端的溫度不從產(chǎn)生的對流和輻射交換。

2.2 對比分析“節(jié)能環(huán)保性能”

根據(jù)性能劃分要求，隔熱鋁合金型材根據(jù)“主要性能”進(jìn)行分類：工程力學(xué)性能、使用性能和節(jié)能環(huán)保性能。其中，工程力學(xué)性能的特點(diǎn)及檢測方法在GB 5237.1 和GB 5237.6 中均有詳細(xì)規(guī)定；而使用性能主要依據(jù)其尺寸、外觀、耐酸堿性等指標(biāo)進(jìn)行劃分。

節(jié)能環(huán)保性是當(dāng)今時(shí)代比較關(guān)注的問題，隨著建筑材料的使用量的增加，對建筑材料的節(jié)能型的關(guān)注是國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、節(jié)能減排規(guī)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(zhì)地輕且容易加工，因此具有較強(qiáng)的節(jié)能環(huán)保性。隔熱鋁合金材料的內(nèi)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(jīng)引進(jìn)立刻獲得大量的市場需求。由于我國地域分布廣，不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)不同，且隔熱材料和鋁型材之間的膨脹系數(shù)差距不宜過大，要求兩種材料應(yīng)具備想接近的抗拉強(qiáng)庫、抗彎強(qiáng)度、膨脹系數(shù)以及彈性模量，如果差距較大，在實(shí)際使用過程中很容易出現(xiàn)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(gè)部分，分別是外部金框、內(nèi)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(shù)。通過此種技術(shù)生產(chǎn)的鋁合金型材不僅滿足鋁合金材料的優(yōu)點(diǎn)，而且克服了高導(dǎo)熱性的缺點(diǎn)，是理想的鋁合金框材料之一。加上中空玻璃的設(shè)計(jì)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(jīng)久耐用。

我們將非隔熱鋁合金型材與隔熱鋁合金型材進(jìn)行受力對比分析可以發(fā)現(xiàn)，隔熱鋁合金型材的受力明顯優(yōu)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(guān)鍵作用，使得復(fù)合材料能應(yīng)對較高的應(yīng)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(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，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(yàn)中我們還發(fā)現(xiàn)，在三種溫度下，高溫環(huán)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(diǎn)解反應(yīng)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(hù)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過氧化保護(hù)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(qiáng)、易生產(chǎn)、性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適合我國的市場發(fā)展行情，發(fā)展非常迅猛。由于環(huán)境保護(hù)的大趨勢，隔熱鋁合金型材在我國建筑行業(yè)中會有更大的發(fā)展空間。但是，隨著隔熱鋁合金型材的發(fā)展，其特性也備受爭議，例如，行業(yè)中對非金屬類的隔熱材料的承載力存在質(zhì)疑，而我國目前在隔熱材料的性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范方面仍存在空缺，因此為適應(yīng)未來的發(fā)展中需要，需對標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行嚴(yán)格制定并不斷完善。