铝及其合金在建筑、航天和包装行业的应用.doc

铝及其合金在建筑、航天和包装等行业的应用 （上海交通大学电子信息与电气工程学院 上海 200240）摘要:铝是我们在日常生活中应用最为广泛的一种金属，铝及其合金几乎深入到了我们生活中的方方面面。本文主要介绍了铝及其合金在建筑、航天和包装等行业的应用，以此来加强我们对铝的了解，扩展一下知识面。同时，也为我们在今后的生产和生活提供新的思路。从铝及其合金的广泛应用，我们尝鼎一脔，可以深刻理解到贯穿人类发展始终的材料与文明之间的必然联系。关键词: 铝及其合金；建筑；航天；包装 Abstract：Aluminum is applied in our daily lives the most widely used metal, aluminum and its alloys deep into almost every aspect of our life. In this paper, aluminum and its alloys in the construction, aerospace and packaging industries in the application of aluminum in order to enhance our understanding, expand knowledge about. At the same time, but also for our future production and provide a new way of life.From the extensive use of Aluminium and Its Alloy, we try a skinny tripod can be a deep understanding of the material through human development and civilization has always been the inevitable link between.Keyword：Aluminium and Its Alloys Construction Aerospace culture0. 前言 作为地球上含量极其丰富的金属元素铝，其蕴藏量在金属中位居第二，铝具有质轻、可加工行、物理和力学性能好等诸多特点，从而使铝及其合金在诸多领域中被认为是最为经济而使用的材料。铝及其合金就像一棵生长繁茂的榕树一样，他的根须已经深深地扎入了人类生产生活所涉及的几乎一切方面。近10年来，随着国民经济高速发展，我国电解铝工业发展迅猛。由于电解铝工业属高耗能行业。最近几年，国家加大了对铝行业的调控，促使企业进行升级改造。【1】可见，我国的铝产业还是有着较大的发展空间。1. 铝及其合金在建筑反面的应用 铝合金在建筑中的应用我们也许早就司空见惯，比如我们随处可见的铝合金门窗，还有玻璃幕墙等。1.1 玻璃幕墙、 在很宽波长范围内，铝材料抛光后具有良好的反射性，可以反射各种能源的辐射，包括辐射能、可见光、辐射热和电波都能被铝材料有效地反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的。这些特性正好符合我们建筑幕墙所学要的特性。建筑幕墙，特别是玻璃幕墙，如果涉及合理的话，可以有效利用太阳能，减低室外环境对室内环境的影响。一般的幕墙设计流程如下：施工准备一骨架安装_+防火层安装一保温层安装一面层(玻璃幕墙、铝板幕墙、花岗岩幕墙)安装-填塞泡沫棒、打耐候胶，完成墙面施工。单层铝板幕墙、干挂花岗岩幕墙部分，则利用轻钢龙骨及支持体系间形成空气夹层，然后在主体墙面上粘贴双面铝箔矿棉毡保温材料【密度16 k咖，导热系数0053 W(InK)，厚50 mm，利用空腔的保温和铝箔双重的反射效果，起到暖瓶内胆的作用，达到隔热、保温、防潮的目的。同时，保温层又与空心砖墙组成复合型保温外墙，使建筑墙体能耗大大降低，显示出极佳的保温隔热性能【2】。 1.2铝门窗铝合金门窗，是指采用铝合金挤压型材为框、梃、扇料制作的门窗称为铝合金门窗，简称铝门窗。包括以铝合金作受力杆件（承受并传递自重和荷载的杆件）基材的和木材、塑料复合的门窗，简称铝木复合门窗、铝塑复合门窗。铝合金门窗有着多种分类标准。按开启方式分为：固定窗、上悬窗、中悬窗、下悬窗、立转窗、平开门窗、滑轮平开窗、滑轮窗、平开下悬门窗、推拉门窗、推拉平开窗、折叠门、地弹簧门、提升推拉门、推拉折叠门、内倒侧滑门。按性能分为：普通型门窗、隔声型门窗、保温型门窗。按应用部位分为：内门窗、外门窗。与传统木质门窗相比，铝合金门窗有如下特点：1）宽阔的门扇开启幅度大，让居室采光更充足，还空间更多自由；2）而无地轨道的独特设计，让出入通行毫无障碍；上部的吊轮采用高强度优质滑轮，滑动自如、静音顺滑，开合时噪音小，门扇新颖美观，其本身就是都市狭小居室里的一道亮丽风景，让你赏心悦目、心旷神怡。 目前，我国每年新建的建筑中，铝合金门窗约占51%以上、塑料窗35%左右。在上个实际90年代，国家大力推广使用塑料建材产品，建筑门窗市场一度受到塑料门窗的冲击，一时间塑料门窗蜂拥而上，铝合金门窗以及铝型材料的生产受到了不小的影响【3】。穷则思变，当引入节能的思想，引进国外的新设备，采取生产氟碳喷涂、粉末喷涂、电泳涂漆等先进生产技术，我国的铝制建筑材料又迎来了新的春天！2. 铝及其合金在航天工业的应用 2.1铝及其合金在飞机上的应用于发展 铝合金在飞机上主要是用作结构材料，如：蒙皮、框架、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱等。铝合金在航天航空中的应用开发可分为几个阶段：50年代主要目标是减重和提高合金比刚度、比强度：6070年代主要目标是提高合金耐久性和损伤容限开发出7XXX系合金173和T76热处理制度、7050合金和高纯合金：80年代由于燃油价格上涨而要求进一步减轻结构重量；90年代至今，铝合金的发展目标是进一步减重，并进一步提高合金的耐久性和损伤容限【4】。 2.2铝合金在火箭导弹上的应用与发展 迄今为止，世界各国以液体火箭为动力的大型运载火箭，其箭体结构几乎毫无例外地选用铝合金制造。我国的CZ一3A运载火箭箭体结构，除一二子级级问段系、卫星整流罩和卫星支架等结构分别采用了少量的30CrMnSi结构钢、玻璃锕、蜂窝结掏和碳环氧复合材料外，其余均采用铝合金制造。所使用的铝合金主要有一，二，三子级推进剂贮箱所用的2A14(LDl0)，一子级尾段、一二子级和二三子级级间段采用的2A12(LYl2)，7A04(LCA)和7A09(LC9)等合金。【5】此外，CZ一2F运载火箭仪器舱还选用了1420铝锂合金型材。国外大型运载火箭箭体所用材料基本与我国类似，美国后来用耐应力腐蚀性能和焊接性能更好的2219合金替代了2叭4台金(与我国2A14类似)做推进剂贮箱结构材料。尽管目前国外战略导弹早已固体化，所用结构材料也已基本复合材料化，即固体火箭发动机壳体采用了芳纶或碳纤维复合材科，但铝合金仍然是战略导弹重要的结构材料之一. 3. 铝及其合金在包装产业的应用3.1 商品包装的绿色追求镀铝纸 镀铝纸主要是由原纸、铝层和涂层组成，因为光泽度和平滑度好，柔韧性好，喷铝层牢度高，美观环保，同时有良好的印刷性能和机械加工性能，一次可广泛用于烟、酒、瓶贴、茶叶、食品、化妆品、日化、百货、礼品、工艺品等产品的精美包装，也可用于建筑装潢材料。3.2镀铝纸的工艺流程 镀铝纸主要采用转移法来生产。转移法是将PET膜或镭射PET膜置于涂胶纸或纸板复合，再将PET膜剥落(PET膜可反复使用多次)，铝分子层通过胶粘作用转移到纸或纸板。转移法可以生产光芒四射的任意图案、任意文字的镭射防伪真空镀铝纸或、纸板。【6】3.3镀铝纸的优势 真空镀铝纸有着普通复合铝箔无法比拟的优势 （1）成本。镀铝的成本低于铝箔复合。主要靠金属层厚度变小、提高生产线速度、改进设计和材料管理等方面来达到降低成本的目的。首先镀铝纸的铝层厚度仅为0025um0035um，是铝箔复合纸用铝量的l200-1300，即用铝量少：其次适合高速印刷，比铝箔复合纸来制作的烟标大约高出200钞分钟；此外转移基材PlcT膜可反复使用68次。因此最终使得真空镀铝纸比铝箔纸在成本费用上能节约10。【7】（2）防伪性。目前防伪技术已成为高档香烟普遍采用的手段，而转移纸在生产过程中，可直接使用镭射或全息技术，如将文字信号、全息图案通过模压方式复制到喷铝纸表面而成镭射喷铝转移纸，从而达到了良好的防伪效果。比如“利群”、“苏烟”、“大红鹰”，它们不仅具有防伪特性，还赋予了产品美观性，增加了产品知名度和信誉。【8】（3）可降解。与传统铝箔相比，正空镀铝纸有着良好的可降解特性。在同样碱液浓度条件下,真空镀铝纸的铝膜完全溶解所需时间比复合铝箔纸大为缩短。在2% 碱浓时, 镀铝纸溶解时间是铝箔纸1/12, 在10% 碱浓时, 镀铝纸溶解时间约是铝箔纸1/4。真空镀铝纸比复合铝箔纸更容易被土壤中微生物降解, 而且降解产物容易被土壤吸收。9用于建筑保3.4镀铝纸的发展受限 此前真空镀铝纸的商品编码归入税目4811项下，该税目商品属高污染高耗能行业，被列入加工贸易禁止类商品目录范围。根据国家相关规定，出口的真空镀铝纸不仅没有退税，还要以销售额计加征6%的增值税赋。这使得该企业在国际市场竞争中，仅税赋成本就比同类企业高出20个百分点，严重制约了出口和扩大生产规模。 4结语 金属铝及其合金以其相对低廉的价格，比较突出的特性，在人类文明的发展历程上，做出了杰出的贡献。当然，一切都是相对而言，铝产品也有其局限性，大量试验数据均不同程度地显示，人体摄取过量的铝可能引起严重缺钙，并使体中的残余铝含量显著升高，而体内过高的残余铝含量可能正是引发帕金森综合症、老年性痴呆、脱发等顽疾的重要原因。铝主要通过食物及饮水进入人体体内，而食物中的铝含量与食物的种类、加工工艺及污染程度有关，人们可以控制的只有饮水中的残余铝含量，如美国规定Al3+0.05 mg/L，欧洲统一标准规定为0.050.2 mg/L，我国饮用水标准对铝含量还没有具体规定，估计实际含量普遍超过0.5 mg/L。【10】【1】王江敏（2011）.铝电解生产节能新技术的推广应用 中国有色金属【2】高力强 (2010). 铝及其合金材料在建筑节能中的应用. 新型建筑材料 【3】黄圻 (2007). 我国铝门窗幕墙行业发展思路2007年全国铝门窗幕墙行业年会工作报告. 中国建筑金属结构(4): 4.【4】张钰 (2009). 铝合金在航天航空中的应用. 铝加工(3): 4.【5】李成功 (2001). 先进铝合金在航空航天工业中的应用与发展. 中国有色金属学报【6】武瑞年 (2006). 小议镀铝纸在环保包装中的应用. 印刷世界(3): 2.【7】张胜 (2009). 真空镀铝纸在烟包及其它包装上的应用. 印刷世界(9): 3.【8】董海普 (2005). 烟包中转移镀铝纸与转移涂料. 印刷杂志(6): 3.【9】陈敬浩, 陈港, et al. (2005). 环保型真空镀铝纸的生产及其降解性能评价. 造纸科学与技术(01)【10】阮复昌 (1999). 铝的生物毒性及其防治策略. 环境污染与防治 21(5): 2.