非隔热铝合金型材与隔热铝合金型材的 性能对比分析

林章浦

（福建省建筑科学研究院， 福建 福州 350000）

铝合金型材由于具有质量低、强度高、耐腐蚀性强等优点，加上可塑性强，能够有效防火防潮等特性，在门窗制作中得到广泛应用。但是，门窗是建筑的最重要采光部位之一,而铝合金型材是门窗的主要组成部分，存在着一定的问题:铝合金型材的导热性较好，会将热能传导出去，造成热量损失。因此，对铝合金型材的性能的研究，减少材料的热能损耗是十分必要的。

1 隔热铝合金型材

非隔热铝合金型材具有很好的导热功能，而对非隔热铝合金进行处理形成的隔热铝合金型材的导热性能减弱，是保温节能型的铝合金产品。隔热铝合金型材是通过在两块铝合金之间增加一块隔热材料进行隔热。当前，隔热材料的复合方式一般有两种，一种是穿条式（如图1a），一种是浇注式（如图1b）。

铝是隔热铝合金型材的主要材料，型材中间腔体用塑料型材做隔热材料。这种创新的结构设计，集合了塑料和铝合金两种材料的优点，不仅提高了门窗强度及耐老化性能，还增强了装饰效果的需求。隔热铝合金型材可以使门窗的三道密封结构得以实现，将水汽腔完美分离，形成汽水等压平衡系统，门窗的水密性能和气密性能显著提高。隔热铝合金门窗的气密性能比普通铝合金窗、塑料窗好，能减少风沙大的地区室内灰尘数量；能很大程度上减少高速公路两侧噪音对居民的干扰；在热传导性能方面，与非隔热铝合金型材门窗对比，能降低40～70%。

由于穿条式隔热型材所使用的聚酰胺型材线膨胀系数和铝合金型材的线膨胀系数相近，不会因为热胀冷缩而在复合部位产生较大的应力、滑移错位、脱落等现象使得穿条式隔热型材成为目前使用较为普遍的隔热型材材。穿条式型材具有良好的耐高温性能，可选择的截面类型多，对隔热型材生产加工环境没有特殊要求，但开齿、滚压等工序的生产工艺控制不当时，会对产品性能造成严重影响（如聚酰胺型材与铝合金型材在使用中分离）。

2 隔热铝合金型材与非隔热铝合金型材的对比

2.1 对比分析“热工性能”

和非隔热的铝合金型材相比，隔热铝合金型材在热工性能方面具有明显的优势。众所周知，铝合金型材的热工性能会受到诸多因素的影响。对于热量传播方式，对于铝合金型材可以分为三种，分别是热传导、对流和辐射，因此要想使其具有较好的阻热效果，应从热传导方式着手，采取适当的措施阻止或减少热量通过这三种方式传播。

非隔热的铝合金型材具有较强的导热性，其中热传导形式传递热量占总热量的50%。对流形式传递的热量占比35%，辐射形式传递的热量占比15%。因此，要想提高非隔热铝合金材料的导热性能，最主要的是要解决热传导形式传递的热量，同时尽可能的减少对流传导传递的热量。通过隔热加工生产的隔热铝合金型材能够有效的解决热传导问题，其原理是：由于铝合金材料本身具有较高的导热性，在两个铝合金材料中间增加一层具有较低导热率的非金属材料，就能够有效的解决铝合金的热传导高的问题，用低导热率的非金属材料连接铝合金型材的就叫做隔热条，此种隔热方式称之为断桥隔热。隔热条一般使用聚酰胺66 ，也叫尼龙66，此材料中带有一种强化玻璃纤维，其很稳定性强；此外，此种材料的轴向方向具有和铝合金材料相似的线性膨胀系数，因此在锻压过程中由于膨胀所产生的的内应力较小，而在纵向方向上具有较好的机械性能。不仅如此，此种材料还具有很强的抗腐蚀性，这也是非隔热铝合金材料不具备的性能，因此，将这两种材料结合是十分理想的结合方式。

隔热铝合金具有较强的节能性，主要体现在以下几个方面：第一，在铝合金中间增加一层隔热条能够有效的减少热传导带走的热量，而且由于隔热条将两层铝合金中间的空腔分割成了小空腔，因此能够减少因为空气流动及辐射影响带走的热量；第二，在固定腔内增加了低导热率的材料，能够有效减少空腔中的空气对流，因此能有效地降低热量交换；第三，在固定腔和开启腔中增加了热密线设置，将腔体中的空间分成了冷腔和热腔两个部分，从而减小因冷端和热端的温度不从产生的对流和辐射交换。

2.2 对比分析“节能环保性能”

根据性能划分要求，隔热铝合金型材根据“主要性能”进行分类：工程力学性能、使用性能和节能环保性能。其中，工程力学性能的特点及检测方法在GB 5237.1 和GB 5237.6 中均有详细规定；而使用性能主要依据其尺寸、外观、耐酸碱性等指标进行划分。

节能环保性是当今时代比较关注的问题，随着建筑材料的使用量的增加，对建筑材料的节能型的关注是国家可持续发展战略、节能减排规划的重要举措。和非隔热铝合金材料相比，隔热铝合金材料质地轻且容易加工，因此具有较强的节能环保性。隔热铝合金材料的内外两面可以使用不同剖面的型材，也可以使用不同表面处理的颜色不同的型材，因此一经引进立刻获得大量的市场需求。由于我国地域分布广，不同地区的气候特点不同，且隔热材料和铝型材之间的膨胀系数差距不宜过大，要求两种材料应具备想接近的抗拉强库、抗弯强度、膨胀系数以及弹性模量，如果差距较大，在实际使用过程中很容易出现断桥损坏，影响正常的使用。一般建筑中使用的铝合金框分为三个部分，分别是外部金框、内部金框和中间芯子，其中中间芯子的制作就是使用隔热冷桥技术。通过此种技术生产的铝合金型材不仅满足铝合金材料的优点，而且克服了高导热性的缺点，是理想的铝合金框材料之一。加上中空玻璃的设计以及密封材料的使用，此种铝合金框不仅易加工、抗腐蚀、外观精美，而且有效隔热、经久耐用。

我们将非隔热铝合金型材与隔热铝合金型材进行受力对比分析可以发现，隔热铝合金型材的受力明显优于非隔热铝合金型材，隔热铝合金型材在两块铝合金型材之间增加的一块隔热材料起到关键作用，使得复合材料能应对较高的应力。

2.3 对比分析“横向拉伸性能”

通过对非隔热铝合金型材以及隔热铝合金型材的横向拉伸试验我们发现，在室温、低温和高温三种温度下，隔热铝合金型材的横向抗拉特征值均高于非隔热铝合金型材。在横向拉伸试验中我们还发现，在三种温度下，高温环境下的型材的横向抗拉特征值低于其他两种温度。

以“铝合金型材”作为阳板，不仅可以在“耐磨性”、“装饰性”和“耐腐蚀性”等方面获得一定程度的突破，更重要的是，还可以保证横向拉伸力。将其表面置于电解液中，通过点解反应在其表面形成一层氧化膜，而这层氧化膜可以起到一定的保护作用。通过氧化作用，铝合金表面的金属铝基体共格生长形成氧化膜表面，我们再次通过横向拉伸试验发现，经过氧化保护的隔热铝合金型材比非隔热的隔热铝合金型材具有更高的横向拉伸力，其横向抗拉特性值明显提高了。

隔热铝合金型材虽然只是铝合金型材中的一种，但是由于其具有隔热性强、易生产、性价比高等诸多优点，非常适合我国的市场发展行情，发展非常迅猛。由于环境保护的大趋势，隔热铝合金型材在我国建筑行业中会有更大的发展空间。但是，随着隔热铝合金型材的发展，其特性也备受争议，例如，行业中对非金属类的隔热材料的承载力存在质疑，而我国目前在隔热材料的性能评价标准及规范方面仍存在空缺，因此为适应未来的发展中需要，需对标准和规范进行严格制定并不断完善。