國家標準《鋁及鋁合金箔》述評

張惠紅

(廈門廈順鋁箔有限公司,福建 廈門 361000)

GB/T 3198-2020《鋁及鋁合金箔》已正式實施。該標準的前身GB/T 3198-2010《鋁及鋁合金箔》國家標準發布至修訂已接近十年,其間我國鋁加工工業高速發展,特別是隨著我國民航、軌道交通運輸的發展,鋁箔在民航飛機、軌道交通裝備上的應用越來越廣泛。隨著“中國制造2025”戰略的推出,航空航天、先進軌道交通裝備成為研發重點,需要增加民用飛機、軌道交通等用鋁箔的技術標準,使得此類鋁箔在生產、訂貨時有據可依。另外隨著智能制造技術的發展,在線檢測設備廣泛應用于鋁箔生產中,客戶對鋁箔產品質量的要求進一步提高,需要進一步提升及新增部分產品技術指標。為了滿足行業發展需求,配合國家相關政策,主編單位聯合國內科研院所、高校以及企業對GB/T 3198-2010《鋁及鋁合金箔》國家標準進行修訂。

1 標準發展歷程

GB/T 3198-2020《鋁及鋁合金箔》經過四次修訂,其歷史版本分別是GB 3198-1982《工業用純鋁箔》,GB 3198-1996《工業用純鋁箔》,GB/T 3198-2003《鋁及鋁合金箔》,GB/T 3198-2010《鋁及鋁合金箔》。特別需要指出,GB/T 3198-2003是對GB 3198-1996《工業用純鋁箔》、GB/T 3614-1999《鋁合金箔》、GB/T 3616-1999《電力電容器用鋁箔》和YS/T 430-2000《電纜用鋁箔》等4項標準進行合并修訂而成的。GB/T 3198標準的發展歷程反映了我國鋁工業的發展史,1982年版和1996年版的GB 3198標準都是強制性標準,內容僅包含部分1×××系鋁合金;2003年版的GB/T 3198則開始與國際接軌,標準編制參考EN 546等國際標準,提高了厚度偏差、針孔、接頭、表面質量的技術要求,同時新增許多合金牌號及力學性能要求;2010年版的GB/T 3198進一步擴展鋁箔厚度范圍,進一步提高鋁箔產品的指標要求,增加并調整了部分牌號、規格的力學性能要求,增加有毒有害元素的檢測要求等;2020年版的GB/T 3198增加了民用飛機、軌道交通等用途鋁箔的技術要求,鋁箔品種覆蓋范圍更廣,同時增加在線針孔和在線表面質量檢測要求、信息化標識及特殊包裝裝置的要求,體現了鋁加工行業與時俱進的特點,促進行業的信息化和綠色發展。

2 標準修訂過程

國家標準化管理委員會于2017年12月28日發布《國家標準化管理委員會關于下達2017年推薦性國家標準計劃(修訂)通知(國標委綜合〔2017〕128號)》,下達了《鋁及鋁合金箔》國家標準的修訂任務,計劃號為20173773-T-610。2018年2月完成標準征求意見稿,2019年9月完成標準審定,2019年10月完成標準報批,2020年3月標準正式發布,2021年1月標準正式實施。

3 標準修訂原則

基于《國家標準化發展綱要》、“中國制造2025”等戰略需求,本標準的修訂提升了我國鋁及鋁合金箔標準水平,主要原則:

一是充分檢索和對比國外先進標準,吸收國外先進標準的編制經驗,促進標準水平提升。

二是擴大標準適用性和覆蓋面,優化完善推薦性國家標準。標準增加了應用在民航飛機、軌道交通裝備上的鋁箔產品要求,體現軍民融合的精神。

三是提升標準實用性。結合國內外未來的生產、工藝、質量性能等現狀,將處于發展前沿的鋁箔產品納入標準中,完善標準的技術指標體系,體現標準的引領作用。

四是促進行業的信息化及綠色發展。標準增加了最新的信息化要求及綠色環保包裝等。

4 標準的主要修訂內容和依據

1)修改標準適用范圍

本次標準修訂新增了軍用方面的鋁箔技術要求,因此標準適用范圍去掉了一般工業用的限定,即標準適用于鋁及鋁合金箔。

2)修改引用文件

GB/T 16865 在2013年完成修訂,增加了拉伸試樣的試驗方法內容,更適合鋁加工行業的室溫拉伸力學性能試驗要求,因此在規范性引用文件中新增GB/T 16865《變形鋁、鎂及其合金加工制品拉伸試驗用試樣及方法》,同時刪除GB/T 228《金屬材料 室溫拉伸試驗方法》。本標準新增化學成分分析數值修約規則及尺寸偏差極限數值判定方法的規定,因此在規范性引用文件中新增GB/T 8170《數值修約規則與極限數值的表示和判定》。根據2016年發布的最新版鋁箔試驗方法系列標準,相應修改試驗方法引用標準。

3)修改了產品分類

鋁箔因其優良的特性,被廣泛用作包裝材料、電解電容器材料、絕熱材料等;除一般工業用途外,鋁箔還被逐漸應用于軍工、航空航天等領域,被用作包裹阻隔、蜂窩夾層結構、墊片、填充材料等,通過對一般工業用和航空航天用等鋁箔生產企業的全面調研和國外標準全面檢索,主要增加了1035O、1035H18、3003H12、3004O、3004H19、3005O、3005H19、3104O、3104H19、3105O、3105H19、3102H18、5B02H18、5005O、8021O、8021BO、8111O、8111H22、8111H14、8111H24、8111H26、8111H18、8111H19鋁合金的牌號和狀態。2A12、3A21鋁合金是我國牌號,對應的國際牌號為2024、3003,兩者在成分和機械性能上沒有明顯區別,此次標準修訂刪除了2A12和3A21鋁合金牌號和狀態,將3A12鋁合金的相關規定融入3003鋁合金中,同時新增2024O、2024H18鋁合金。隨著鋁箔軋機自動化程度的提升,多數鋁箔軋機都配有自動厚度、自動板形控制系統,且對鋁箔的退火工藝研究越來越精細,原有用途的鋁箔規格不斷朝更薄、更寬等方向發展,此次本標準修訂也根據調研結果進一步調整相關產品的規格范圍。根據軋制方式不同鋁箔可區分為單面光和雙面光產品。對于單面光產品,亮暗面的卷取朝向使用時會有不同要求,為了便于供需雙方溝通,此次修訂新增單面光鋁箔在卷取時,應對卷取朝向進行規定,并在訂貨單(或合同)中注明。

4)尺寸偏差修改

隨著鋁箔軋機自動化程度的提升,基本都配備自動厚度控制系統,原標準中2A11、2024(原為2A12)、5A02、5052鋁合金的厚度T允許偏差由±10%T修改為±5%T。長度及卷外徑劃分檔中,原標準描述為“每批中個數不超過20%的箔卷”修改為“每批中個數少于20%的鋁卷”。

5)修改了力學性能要求

鋁箔的力學性能是標準的核心技術內容,力學性能是以國內生產企業實際生產情況為基礎并參考國外同類標準制定,同時檢測合金的退火軟化曲線用以確定O態的性能,以GB/T 16475《變形鋁及鋁合金狀態代號》為依據推測其他狀態的性能標準并對制定的標準進行驗證。綜合參考國內外標準和國內實際使用情況,保留了A50 mm和A100 mm兩種斷后伸長率。具體修改如下:

1×××系鋁合金主要包括1050、1060、1070、1100、1145、1200、1235鋁合金,以及此次新增的航天產品用1035鋁合金。經數據調研1×××系鋁合金O態產品已經實現0.004 0 mm超薄鋁箔的生產,因此厚度下限從0.004 5 mm修改為0.004 0 mm;而0.004 0 mm～0.025 0 mm的鋁箔被廣泛應用于食品包裝、容器箔、家用箔等,性能太軟會影響最終產品的使用,為保證此類產品的使用性能,將0.004 0 mm～0.025 0 mm厚度鋁箔的最小抗拉強度由40 MPa修改為45 MPa。1×××系鋁合金H18狀態、0.004 5 mm～0.006 0 mm厚度鋁箔未調研到實際性能數據,同時市場上沒有該類型成熟的產品,因此刪除H18狀態、0.004 5 mm～0.006 0 mm厚度鋁箔的性能要求,需要時由供需雙方協商具體要求。新增的1035鋁合金根據調研的結果顯示與1×××系鋁合金的性能差距不大,且同屬于純鋁系列,因此將其性能合并進入原1×××系鋁合金中。

2A12是我國鋁合金牌號,對應的國際牌號為2024,兩者在成分和機械性能上沒有明顯區別,此次標準修訂將2A12修改為2024,對應的性能保持不變。

3A21是我國鋁合金牌號,對應的國際牌號為3003,兩者在成分和機械性能上沒有明顯區別,此次修訂刪除了3A21,將其性能數據融入3003鋁合金中。根據實際調研數據及3003鋁合金O態數據的檢測結果,以GB/T 16475為依據,將3003H22鋁合金狀態抗拉強度由90 MPa～130 MPa修改為110 MPa～160 MPa;調研數據顯示3003H12(散熱器用鋁箔)與3003H22鋁合金性能差異不大,因此確定新增3003鋁合金、H12狀態、0.15 mm～0.20 mm的抗拉強度要求為110 MPa～160 MPa;根據O態、H12及H22狀態的數據,將H14、H24狀態的最大抗拉強度由170 MPa修改為190 MPa,H16、H26狀態抗拉強度最小值由180 MPa修改為170 MPa,修改后的性能指標不僅與各廠家的調研數據更貼合,也更符合3003鋁合金各個狀態性能的邏輯推導。原標準規定的3003H19鋁箔的厚度為0.018 0 mm～0.100 0 mm,但現有生產的飛機、軌道交通用3003蜂窩鋁箔H19狀態厚度為0.017 0 mm～0.150 0 mm,因此修改3003H19鋁箔的厚度范圍為0.017 0 mm～0.150 0 mm,結合實際調研數據和美國蜂窩箔標準,確定其抗拉強度最小值保持200 MPa不變。

新增的家具裝飾用3004H19、3104H19鋁箔與普通電子元器件線路板鉆孔用3005H19、3105H19鋁箔均為超硬狀態,一般是為了得到高強度產品,要求產品抗拉強度越高越好,因此一般H19狀態抗拉強度只要求最小值,且比H18狀態至少高10 MPa。根據調研數據確定:3004H19、3104H19鋁箔的抗拉強度不小于280 MPa,3005H19、3105H19鋁箔的抗拉強度不小于230 MPa。根據調研數據分析,確定新增的空調散熱片用厚度為0.080 0 mm～0.120 0 mm的3102H18鋁箔,抗拉強度不小于200 MPa;新增的航空航天飛機用厚度為0.030 0 mm～0.150 0 mm的(容器箔)3104O鋁箔,抗拉強度為155 MPa～195 MPa;新增的食品外包裝用厚度為0.130 0 mm～0.150 0 mm的5005O鋁箔,抗拉強度為100 MPa～140 MPa;新增的飛機填充材料用厚度為0.030 0 mm～0.040 0 mm的5B02H18鋁箔,抗拉強度不小于250 MPa。

新增的8021、8021B鋁合金O狀態鋁箔因其優良的塑性被廣泛用于鋁塑復合電池軟包等多個領域,兩種合金的特性及用途相似,通過調研數據分析,兩種合金O狀態不同厚度分檔的性能一致,因此將這兩種合金牌號的性能要求合并:厚度為0.005 0 mm～0.006 0 mm,抗拉強度為60 MPa～110 MPa,伸長率不小于1.5%;厚度為0.006 0 mm～0.009 0 mm,抗拉強度為70 MPa～110 MPa,伸長率不小于1.5%;厚度為0.009 0 mm～0.025 0 mm,抗拉強度為75 MPa～115 MPa;厚度為0.025 0 mm～0.090 0 mm,抗拉強度為80 MPa～120 MPa,伸長率不小于11%。

通過數據調研和分析驗證,新增瓶蓋料用厚度為0.150 0 mm～0.200 0 mm的8011H14鋁箔,確定其抗拉強度為120 MPa～170 MPa。新增膠帶用8111O鋁箔的性能要求,通過對比8111鋁合金與現有8011、8011A、8079鋁合金各厚度檔鋁箔的性能要求,這幾個鋁合金箔之間的抗拉強度范圍基本一致,因此將8111與現有的8011、8011A、8079鋁合金箔性能要求合并;根據調研數據,修改O態0.006 0 mm～0.009 0 mm厚度的鋁箔厚度下限為0.005 0 mm,H18和H19狀態的鋁箔厚度下限分別修改為0.010 0 mm和0.020 0 mm;根據調研厚度為0.009 0 mm～0.020 0 mm的8111O鋁箔力學性能情況,同步修訂O態0.009 0 mm～0.025 0 mm厚度的鋁箔抗拉強度上限為110 MPa。

6)修改了針孔和外觀質量檢測規定

隨著鋁箔檢測技術和設備能力的提高以及客戶對鋁箔產品質量要求的逐步提升,在線針孔檢測儀和在線表面質量檢測儀被廣泛應用于鋁箔的生產過程中,通過在線檢測可以實時獲取整個料卷的針孔分布及表面質量情況,并可以得到各類統計分析圖譜,相對于人工檢驗更加準確并具有時效性。因此,本標準修訂增加了在線針孔檢測和在線表面質量檢測要求的規定。

隨著裝機水平的提高,鋁箔分切機張力自動控制系統的實現完全可消除鋁箔卷取后層與層之間的滑動及管芯脫出的缺陷。因此本標準修訂時,刪除了外觀質量中“當立拿鋁箔卷時,不允許有層與層之間的滑動及管芯脫出現象”的要求。

7)修改了粘附性要求

鋁箔的粘附性要求一般是針對退火狀態的鋁箔,對于不進行成品退火的鋁箔,如H18等硬狀態就不需要檢測粘附性。因此本標準修訂時,在鋁箔前面增加了“退火態”進行限定。GB/T 22638.3《鋁箔試驗方法 第3部分:粘附性的檢測》修訂時已經增加了邊部或局部粘附性的檢測方法,因此本標準修訂時,將需方對退火態鋁箔局部粘附性要求也增加進來。根據鋁箔行業現狀調研和鋁箔相關國家標準、行業標準技術指標的統計,對于0.1 mm以上厚度的鋁箔已無粘附性要求,粘附性要求只針對厚度不大于0.100 0 mm的鋁箔。

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8)修改了表面潤濕張力要求

經調研對表面潤濕張力有要求的鋁箔主要有:電子電力電容器鋁箔、鋰離子電池箔、硬態藥箔、釬焊用鋁箔等。其中鋰離子電池箔和硬態藥箔的調研數據顯示表面潤濕張力在(24～34)×10-3N/m之間。原標準中規定鋁箔表面潤濕張力宜不小于33×10-3N/m,已不適應目前鋁箔行業的要求,因此本標準修訂時,刪除表面潤濕張力宜不小于33×10-3N/m的要求。

9)潤濕性、直流電阻、破裂強度要求不變

需方對鋁箔的潤濕性、直流電阻和破裂強度有要求時,由供需雙方協商確定,并在訂貨中注明。

10)增加了熱封要求

膠囊鋁箔、藥用箔等需要和塑料或鋁箔本身等材料熱封復合,熱封強度是考驗熱封質量好壞的重要指標。若復合材料與鋁箔間的粘結不牢固,密封性不好,空氣和液體容易滲入,導致所裝物品變質。若粘結得太牢固,則不容易撕開,也會引起產品質量投訴,因此需要增加熱封強度要求。

不同用途產品對熱封強度的要求不一樣,本次標準修訂只是新增熱封強度的要求,具體要求由供需雙方協商確認。

11)修改了接頭要求

鋁箔卷的接頭多,下游客戶在使用過程中需要降速且對接頭處的產品進行剔除,會大大影響生產效率和鋁箔產品的使用率。隨著鋁箔坯料質量、軋機、分切機設備水平的提高,每卷雙零箔的接頭數較之前的有所降低。根據調研的數據分析和討論確定,將0.004 5 mm～0.009 0 mm厚度拆分為0.004 5 mm～0.005 5 mm和>0.005 5 mm～0.009 0 mm兩檔,同時對部分接頭要求進行加嚴。

12)增加了信息化標識和特殊包裝裝置要求

隨著現代科技的進步,越來越多的鋁箔生產廠家使用二維碼或條形碼等電子信息標識,標識包含卷號、批次號、厚度、寬度、長度、凈重、訂單號、物料編碼等信息。信息化標識的使用幫助企業生產實現從傳統制造向智能制造的轉型,逐步構建工業大數據體系,囊括來自客戶、市場和智能產品的外部反饋信息,以及設備狀態、物流、生產過程、能耗等內部信息,形成真正屬于企業的工業大數據,大大提高生產效率。本次標準修訂新增信息化標識的要求,由于客戶不同,對信息化標識需要體現的內容也不盡相同,因此信息化標識的具體內容由供需雙方協商,并在訂貨(或合同)中注明。

隨著技術和社會的進步,人類越來越多關注環境及資源可持續發展問題,鋁箔生產廠家和客戶在包裝材料要求方面不斷進步。紙板包裝箱、紙木混合包裝箱、鋼托架等特殊包裝裝置的使用,可以極大地減少木材的使用,回收處理更加容易,循環使用周期更長,既環保又經濟。此次標準修訂,新增鋼托架、紙板包裝箱、紙木包裝箱的使用要求。

5 標準水平分析

本標準修訂過程中主要性能指標參考了EN 546:2006《鋁及鋁合金箔》、ISO 7271-2011 《鋁及鋁合金箔尺寸偏差》,為了兼顧蜂窩結構和墊片用鋁箔及航空用鋁箔的需求,參考了SAE AMS-A-81596和GJB 8751-2015。與國外先進標準相比,標準規定的14項主要技術指標,其中10項關鍵指標優于國外先進標準,5項技術指標是國外同類標準中沒有規定的指標。標準整體參考的是國外最先進的標準,同時,參考了國內大量的統計數據,優化了國內產品技術指標,達到了國際先進水平。

6 標準的創新點

本標準的創新性主要集中在四個方面:一是統計了國內60%產量的鋁箔數據,將鋁箔新應用的產品要求納入標準,合金牌號增多,且新增航天及軌道交通用鋁箔要求,標準的覆蓋面更廣;二是首次增加了在線針孔檢測、在線表面質量檢測要求,提升了標準引領行業發展的作用,促進鋁箔生產商更加注重鋁箔質量,為生產高質量的鋁箔提供保障;三是首次將產品標識信息化內容增加進來,可以提升行業的信息化交流,便于產品信息更好的流轉,進而提升效率;四是新增了鋼托架、紙板包裝箱等新型包裝要求,使得鋁箔行業的包裝實現了可循環多次使用、回收利用率高的目的,極大降低了資源的消耗,引領鋁箔行業綠色發展。

新增了在線針孔檢測、在線表面質量檢測等目前鋁箔行業最前沿技術的檢測方法和新型包裝箱。本標準還將GJB 8751-2015 《航空用鋁合金箔規范》和SAE AMS-A-81596《aluminium foil for sandwich construction》適應于國內鋁箔行情的內容囊括進來,達到了軍民通用的目的,充分發揮了標準引領生產的作用。

7 結束語

我國的鋁及鋁合金箔產品標準自第一版發布到現在已經有40年的歷史,在與國際標準接軌的同時,標準內容不斷更新和完善,現有標準內容覆蓋面廣,標準體系也逐步完善,標準內容已經達到國際水平;鋁箔檢測方法類標準的全面修訂也為未來建立有效的標準數據庫提供了支撐。

鑒于鋁箔的國際貿易遍布世界各地,且貿易量大,現有的鋁箔國際貿易中,各國參考的標準如EN546、ASTM B479-19、ISO7271內容差異大且不完善,容易造成貿易糾紛。因此,后續在進一步修訂和完善GB/T3198的同時,走上國際舞臺,申報修訂ISO7271國際標準的內容,增加交貨技術規范和力學性能要求,與原有的尺寸公差形成完整的系列標準,對于解決鋁箔的國際貿易糾紛將會起到至關重要的作用。