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建筑铝型材标准GB 5237.3-2008与日本及美国相关标准的不同

  1 引言

  GB 5237.3-2008《铝合金建筑型材 第3部分:电泳涂漆型材》主要在GB/T 8013-2007的基础上,参照日本JIS H8602-1992和美国AAMA 612-02制定的。在制订时,该标准的性能要求和指标都达到甚至超过了日本JIS H8602-1992的规定,并根据在建筑上使用的特点增加了耐盐酸性和耐砂浆性等性能要求。但目前日本JIS H8602已进行了修改,新版JIS H8602-2010标准与JIS H8602-1992相比较有非常大的改变,性能要求有很大的提高,并且铝阳极氧化电泳涂漆复合膜规范ISO提案在这几年来也在不断的修改和提高。本文将对我国GB5237.3-2008标准与日本JIS8602-2010标准和中 日两国的ISO提案的主要差异作一简要概述。

  2 我国GB5237.3-2008与日本JIS H 8602-2010及ISO提案的内容差异

  2.1耐候性

  耐候性是建筑用电泳铝合金型材的重要性能指标,日本标准和ISO提案将氙灯人工加速耐候性的试验时间分成350h、1000h、2000h和4000h四档,而我国的国标将氙灯人工加速耐候性的试验时间分成1000h、2000h和4000h三档,由于我国标准主要考虑的是户外使用,因此与日本和ISO提案比较,没有试验时间为350h这一档,另外三档与日本标准和ISO提案要求相当。

  虽然三个标准对于复合膜的耐候性要求差别不大,但三个标准对于各档复合膜的使用环境规定还是有差异的。我国标准规定的三档复合膜仅规定了各档的耐候性要求,但未明确规定各档复合膜的使用环境。日本JISH8602-2010和ISO提案中对各档复合膜的使用环境进行了指导性说明,建议试验时间为350h的电泳复合膜用于室内环境,试验时间为1000h的电泳复合膜用于室外正常环境(如普通城市、绿化区和工业区),试验时间为2000h的电泳复合膜用于室外恶劣环境(如被海盐污染的具有腐蚀性和降解性的区域)选用,而试验时间为4000h的电泳复合膜用于海边地区,室外恶劣环境且强紫外线曝晒区域。笔者认为日本JISH8602-2010和ISO提案中推荐的使用环境有一定的实际意义,可指导客户选用复合膜等级。

  2.2联合耐蚀性

  与我国标准不同的是,日本JISH8602-2010和ISO提案中特别规定了先进行荧光紫外线灯人工加速耐候性试验再联合进行盐雾试验的联合耐蚀性要求,笔者以为主要有以下几个因素。

  2.2.1可操作性因素

  从可操作角度看,耐候性实验检验时间过长,动辄几千个小时,许多厂家没有时间也不可能有那么多的时间等候检验报告,而选择用时较短的其他相关性能测试。

  2.2.2现实性因素

  从现实角度看,使用313nm的紫外灯人工加速耐候仪进行测试时,选择更加接近自然状况的测试条件,即辐照强度为30W/m2,4h干燥,4h湿润,循环进行240h,然后再进行CASS试验这一联合耐蚀性试验更能反映实际的使用情况。因为铝门窗、幕墙在经受紫外线照射的同时,还要承受自然界的酸雨、烟气、泥土、鸟粪、清洁剂等的腐蚀。

  2.2.3涂料因素

  从涂料的角度看,经过紫外线照射240h,相当于经历了短暂的老化实验。如果没有选用稳定性好或更优异的长碳链丙烯酸单体,只是单纯降低成本的话,这一项检测是很难通过的。此外,经过聚合的树脂要有很好的光稳定性,不降解,即在自然界中不粉化。笔者曾在山东一海边尚未销售的商品房内,见到山东某著名铝材厂生产的电泳型材做成的窗户,朝向外侧漆膜已全部粉化消失。

  为消除这一状况,生产过程中须使多种不同性能的单体在共聚中按照竞聚率反应的要求,调整每一时刻加料各单体的比例, 使其不产生暴聚反应,这样才能使游离单体在聚合物中的残留量最少,分子量均匀(加热减量最好能控制在3%以内),从而同时提高涂膜的耐蚀性与耐候性。选用适当的长链型丙烯酸酯,有利于光稳定性,可以做到聚合物的分子量更大,做成的树脂会呈现自乳化状态。耐蚀性、耐候性和机械性能都会得到提高,还可以提高泳透率,使涂装对于助溶剂的依靠性大大降低,有机溶剂的减少有利于环境保护(日本涂料厂在日本国内的电泳涂料基本上都是乳化型涂料)。

  2.2.4微观角度的因素

  从微观的角度,往往选用氙灯,其波长一般选定在340nm至410nm之间(峰值为340nm),也属于紫外线范畴。但是,对于射线来讲,其粒子能量=hν,其中h为普朗克常数,ν为此射线的频率。也就是说,波长越短,射线粒子能量越大,越能在短时间内检测出涂膜的稳定性。如果链接好的涂膜经过高能粒子的轰击而没有断链(粉化),则后序的CASS试验中将会体现出优异的耐蚀性,相反,如果经240h的紫外线照射后分子链发生断裂(这在单纯的耐候性检测中不易看到),则会对后序的CASS试验中其耐蚀性造成很大的影响。

  2.2.5 日本提供的相关数据

  尽管日本的新标准对氧化膜和电泳涂膜的厚度没有提出明确的要求,但是,无论是氧化膜还是电泳涂膜,如果过薄的话,是很难通过联合耐蚀性检验的。同时,这也是对电泳涂料提出了更新更高的要求,怎样在节省能源与提高性能方面更加前行一步。

  2.2.6涂料未来发展的因素

  从涂料未来的发展看,耐候性是铝合金建筑型材的重要性能指标,但是由于其使用的环境、地域等差异,可以采用不同的标准,从而,可对涂料加以针对性的选择。

  以丙烯酸及其酯类为原料的聚合物,有着高的耐候性,这主要由单体决定的,它由聚合的方法形成,对光有着很强的稳定性。如果单体选择得恰当,涂膜将会有优异的保光性。这种树脂与缩聚形成的聚合物相比,耐候性好得多。作为这样的涂料还必须具有优异的耐蚀性,其关键须形成涂膜的交联性,采用六甲氧甲基三氰胺作交联剂,在固化成膜过程中有很好的交联性,使涂膜具有高的硬度、光泽、色泽(不泛黄)和优异的耐候性。近年来,耐光性更优的阴极电泳涂料的出现,也是一个很好的选择,其耐蚀性更好,它是聚多胺树脂结构,用IPDI(异佛尔酮异氰酸酯)或脂肪族异氰酸酯做成的交联剂,都有着优异的耐候性,可以制成CED。采用CED,不必采用铝合金氧化,因为在电沉积过程中,电泳行为是朝向阴极,氧化膜会遭到部分破坏或全部破坏,但这种涂料仍有优异的耐蚀剂和耐候性,有许多人认为这应当是建筑领域的发展趋势。

  关于涂敷工艺,采用电沉积的方法是最理想方法,有利自动化生产,效率高,涂料的利用率高达95%(我国生产的铝阳极电泳涂料一般为82%,效率降低主要与涂料溶液的粘度和抗干扰性能有关),生产涂膜质量最稳定,是通过ED形成的膜,其过程是电场力作用下,首先在电流密度高的部位涂敷,形成膜后电阻变大,而未形成的邻近部位又成为电流密流高的部位,由此继续涂敷,使工件的各部位均形成高的电阻,再延长ED时间涂膜也不会再增厚,对于几何形状复杂的型材能在各部位得到均匀膜厚的涂膜,称之为ED的泳透率性能,且使之耐蚀优异,同样也提高了耐候性。

  3 标准中其他需注意的问题

  3.1 硬度

  涂膜硬度是电泳复合膜的一项基本的性能指标,在国内外对于铝合金表面处理膜硬度的检测方法主要有两种,一种是压痕硬度试验,另一种是铅笔硬度试验。通常来说,对于膜厚较厚的涂膜通常采用压痕硬度进行检测,而对于膜厚较薄的涂膜通常采用铅笔硬度试验进行检测。由于电泳铝合金型材膜厚比较薄,因此我国GB5237.3-2008标准和ISO提案中都是采用铅笔硬度试验进行检测电泳漆膜的硬度(日本标准未规定涂膜硬度)。但两标准规定的性能指标有些差异,我国标准规定A级、B级复合膜硬度至少达到3H,S级复合膜硬度至少达到1H;而ISO提案规定所有复合膜硬度都至少达到3H。

  采用铅笔硬度试验进行检测时应注意铅笔的选择,试验应选择涂膜硬度测试的专用铅笔进行,试验结果采用铅笔的硬度表示涂膜的硬度。在铅笔硬度试验中,试验用铅笔的硬度及稳定性对试验结果有较大的影响,各国生产的铅笔其硬度也有一定的差异,根据实际使用经验发现德国斯德楼铅笔比较硬,而我国中华牌铅笔和日本三菱铅笔相对更软些,如果这两种铅笔也一定要做个比较的话,从统计的角度日本三菱铅笔更硬些。

  涂膜硬度主要与涂料的性能有关,取决于固化的交联度。另外,涂膜的厚度对硬度的影响也是很大的,当涂膜厚度比较薄时则硬度相对较高些。

  3.2光泽

  我国标准和日本标准都未对光泽进行规定,ISO提案中规定了光泽的测试方法,但其质量与数据要求由供需双方商定。光泽通常采用60度光泽计进行测量,如更细分可采用多角度光泽计,用几个角度进行测量辨别。测量时,要求受检面必须平整,平整度在0.18以下。

  3.3 附着性

  我国标准、日本标准和ISO提案对附着性都有规定,且三个标准的指标都相当,都要求附着性应达到0级(25/25)。附着性对涂膜的物性影响很大,对于耐蚀性的影响不可小视,划格法较为常用,但需要注意划格器的选用,确保刀具锋利,可将涂膜划破露出金属基体。浸水后做二次附着力测试是模仿在经雨水冲洗后对其的影响,如果下降较多,则说明涂膜已经与基体材料并不完全粘结,或已经鼓包。

  3.4  耐盐雾腐蚀性

  耐盐雾腐蚀性试验方法通常又三种,即中性盐雾试验(NSS试验)、乙酸盐雾试验(AASS试验)和铜加速乙酸盐雾试验(CASS试验),其中CASS试验加速腐蚀性最快。CASS试验是在铜盐作用下加速破坏的盐雾试验,这个试验必须要做,尤其是在沿海亚热带地

  区使用条件下,盐雾腐蚀是相当严重的,现在环境污

  染问题也增大了对材料防腐性的要求。我国标准、日本标准和ISO提案都对盐雾试验有要求,,并规定了不同等级的使用范围,但需要注意的是我国标准只规定了试验时间为24h、48h两个等级,而日本标准和ISO提案规定了试验时间为24h、72h和120h三个等级,同时要求户外有腐蚀的地区要达到120h的标准,性能要求比我国标准更严格些。

  3.5耐碱性

  我国标准、日本标准和ISO提案对耐碱性的要求基本相同。耐碱性试验时要在20℃进行,因为温度不同对结果影响很大。不过,通过笔者搜集的实验结果显示,在固化完全的前提下,我国涂料都可以通过耐碱性实验。如果在多雨、湿热同时又有污染的地区,可以考虑进行二次耐碱性实验,即先做耐沸水实验,晾干后一个小时内再做耐碱性实验,其结果相差很大,涂料生产厂家选用的树脂不同也会对结果造成极大影响。

  3.6 复合膜的厚度

  日本新标准规定,氧化膜厚度要在5μm以上,对电泳漆膜厚度不做要求。事实上,正如大家所知,电泳与其他的涂装方法最大的区别就是没有涂装死角,在整个的氧化膜上能均匀涂覆,在涂覆时,因为有涂膜的地方电阻变大,因此涂料粒子会向电阻小的地方沉积,但是如果氧化膜过薄,氧化膜本身就会造成电阻严重不均匀,实验表明,如果想得到均匀的电泳涂膜,在主要的装饰面上氧化膜的厚度至少应该在6μm以上。因此,笔者想说的是,尽管日本标准要求氧化膜厚度在5μm以上,按照性能进行分类;但按照笔者的了解,日本企业在实际进行生产时控制的膜厚在8μm以上,这也符合理论的解释。同时,我们仔细分析矢岛胜司先生的数据,发现至少目前,要想通过联合耐蚀性的检测,最好的数据选择是9+7。但是由于中国工厂氧化条件和电泳涂料质量参差不齐,这个数据应用到中国应该是多少,我们还没有数据证明。至于电泳涂膜的厚度,日本新标准只进行了性能的要求,这引发了日本涂料生产厂商的恐慌,大家在涂膜性能满足要求的情况下尽可能降低膜厚,而我们知道,电泳涂膜的很多性能,像CASS,耐候等都是与膜厚有很大关系的。

  3.7 自然耐候性

  对于电泳铝型材来说,耐候性是至关重要的,因为除去别墅外,建筑物更换门窗的可能性比较小,因此我们也往往要求铝门窗与建筑物有相同的寿命。我国GB5237.3-2008标准和ISO提案中都对自然耐候有规定,但对于其具体要求规定都不够明确。我国标准规定性能指标和试验方法都由供需双方协商确定,而ISO提案中虽然规定了自然耐候性的试验方法,但对于性能指标却要求由供需双方协商确定。

  事实上自然耐候性才能比较真实的反映产品的耐久性,而试验室检测的人工加速耐候性虽然在一定程度上能反映产品的耐候性,但由于该试验加速破坏性快,因此存在一定的失真风险。为此,笔者认为我国标准应注重自然耐候性的研究,尽管自然耐候性要求不太方便用于质量检验,但用于涂料的研究开发还是有实际意义的。

  4 结束语

  虽然我国标准GB5237.3-2008与日本标准JIS8602-2010和ISO提案还存在一些差异。但我们有理由相信,随着工业的发展和经济全球化的蔓延,我国在标准的制定上将更加关注提高品质,减小与先进国家标准的差别,甚至可以领先一步,提出所谓现在的先进国家所没有的标准项目和检测方法,.努力完善各类标准。形成更加符合我国国情的先进标准,为我国工业的发展提供更加有利的参考和法律依据。

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