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(fā)布至修訂已接近十年,其間我國鋁加工工業(yè)高速發(fā)展,特別是隨著我國民航、軌道交通運輸?shù)陌l(fā)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(zhàn)略的推出,航空航天、先進軌道交通裝備成為研發(fā)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(chǎn)、訂貨時有據(jù)可依。另外隨著智能制造技術的發(fā)展,在線檢測設備廣泛應用于鋁箔生產(chǎn)中,客戶對鋁箔產(chǎn)品質(zhì)量的要求進一步提高,需要進一步提升及新增部分產(chǎn)品技術指標。為了滿足行業(yè)發(fā)展需求,配合國家相關政策,主編單位聯(lián)合國內(nèi)科研院所、高校以及企業(yè)對GB/T 3198-2010《鋁及鋁合金箔》國家標準進行修訂。

1 標準發(fā)展歷程

GB/T 3198-2020《鋁及鋁合金箔》經(jīng)過四次修訂,其歷史版本分別是GB 3198-1982《工業(yè)用純鋁箔》,GB 3198-1996《工業(yè)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(yè)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(fā)展歷程反映了我國鋁工業(yè)的發(fā)展史,1982年版和1996年版的GB 3198標準都是強制性標準,內(nèi)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(zhì)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(chǎn)品的指標要求,增加并調(diào)整了部分牌號、規(guī)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(zhì)量檢測要求、信息化標識及特殊包裝裝置的要求,體現(xiàn)了鋁加工行業(yè)與時俱進的特點,促進行業(yè)的信息化和綠色發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)展綱要》、“中國制造2025”等戰(zhàn)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(jīng)驗,促進標準水平提升。

二是擴大標準適用性和覆蓋面,優(yōu)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(chǎn)品要求,體現(xiàn)軍民融合的精神。

三是提升標準實用性。結合國內(nèi)外未來的生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量性能等現(xiàn)狀,將處于發(fā)展前沿的鋁箔產(chǎn)品納入標準中,完善標準的技術指標體系,體現(xiàn)標準的引領作用。

四是促進行業(yè)的信息化及綠色發(fā)展。標準增加了最新的信息化要求及綠色環(huán)保包裝等。

4 標準的主要修訂內(nèi)容和依據(jù)

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(yè)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(nèi)容,更適合鋁加工行業(yè)的室溫拉伸力學性能試驗要求,因此在規(guī)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(shù)值修約規(guī)則及尺寸偏差極限數(shù)值判定方法的規(guī)定,因此在規(guī)范性引用文件中新增GB/T 8170《數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定》。根據(jù)2016年發(fā)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(chǎn)品分類

鋁箔因其優(yōu)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(yè)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(yè)用和航空航天用等鋁箔生產(chǎn)企業(yè)的全面調(diào)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(tài)。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(qū)別,此次標準修訂刪除了2A12和3A21鋁合金牌號和狀態(tài),將3A12鋁合金的相關規(guī)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(shù)鋁箔軋機都配有自動厚度、自動板形控制系統(tǒng),且對鋁箔的退火工藝研究越來越精細,原有用途的鋁箔規(guī)格不斷朝更薄、更寬等方向發(fā)展,此次本標準修訂也根據(jù)調(diào)研結果進一步調(diào)整相關產(chǎn)品的規(guī)格范圍。根據(jù)軋制方式不同鋁箔可區(qū)分為單面光和雙面光產(chǎn)品。對于單面光產(chǎn)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(guī)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(tǒng),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(shù)不超過20%的箔卷”修改為“每批中個數(shù)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(nèi)容,力學性能是以國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)實際生產(chǎn)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(tài)的性能,以GB/T 16475《變形鋁及鋁合金狀態(tài)代號》為依據(jù)推測其他狀態(tài)的性能標準并對制定的標準進行驗證。綜合參考國內(nèi)外標準和國內(nèi)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(chǎn)品用1035鋁合金。經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)研1×××系鋁合金O態(tài)產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)0.004 0 mm超薄鋁箔的生產(chǎn),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(chǎn)品的使用,為保證此類產(chǎn)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(tài)、0.004 5 mm～0.006 0 mm厚度鋁箔未調(diào)研到實際性能數(shù)據(jù),同時市場上沒有該類型成熟的產(chǎn)品,因此刪除H18狀態(tài)、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(xié)商具體要求。新增的1035鋁合金根據(jù)調(diào)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(qū)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(qū)別,此次修訂刪除了3A21,將其性能數(shù)據(jù)融入3003鋁合金中。根據(jù)實際調(diào)研數(shù)據(jù)及3003鋁合金O態(tài)數(shù)據(jù)的檢測結果,以GB/T 16475為依據(jù),將3003H22鋁合金狀態(tài)抗拉強度由90 MPa～130 MPa修改為110 MPa～160 MPa;調(diào)研數(shù)據(jù)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(tài)、0.15 mm～0.20 mm的抗拉強度要求為110 MPa～160 MPa;根據(jù)O態(tài)、H12及H22狀態(tài)的數(shù)據(jù),將H14、H24狀態(tài)的最大抗拉強度由170 MPa修改為190 MPa,H16、H26狀態(tài)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(diào)研數(shù)據(jù)更貼合,也更符合3003鋁合金各個狀態(tài)性能的邏輯推導。原標準規(guī)定的3003H19鋁箔的厚度為0.018 0 mm～0.100 0 mm,但現(xiàn)有生產(chǎn)的飛機、軌道交通用3003蜂窩鋁箔H19狀態(tài)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(diào)研數(shù)據(jù)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(tài),一般是為了得到高強度產(chǎn)品,要求產(chǎn)品抗拉強度越高越好,因此一般H19狀態(tài)抗拉強度只要求最小值,且比H18狀態(tài)至少高10 MPa。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)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(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)分析,確定新增的空調(diào)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(tài)鋁箔因其優(yōu)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(diào)研數(shù)據(jù)分析,兩種合金O狀態(tài)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(shù)據(jù)調(diào)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(xiàn)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(xiàn)有的8011、8011A、8079鋁合金箔性能要求合并;根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù),修改O態(tài)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(tài)的鋁箔厚度下限分別修改為0.010 0 mm和0.020 0 mm;根據(jù)調(diào)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(tài)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(zhì)量檢測規(guī)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(chǎn)品質(zhì)量要求的逐步提升,在線針孔檢測儀和在線表面質(zhì)量檢測儀被廣泛應用于鋁箔的生產(chǎn)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(zhì)量情況,并可以得到各類統(tǒng)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(zhì)量檢測要求的規(guī)定。

隨著裝機水平的提高,鋁箔分切機張力自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)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(zhì)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(xiàn)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(tài)的鋁箔,對于不進行成品退火的鋁箔,如H18等硬狀態(tài)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(tài)”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(jīng)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(tài)鋁箔局部粘附性要求也增加進來。根據(jù)鋁箔行業(yè)現(xiàn)狀調(diào)研和鋁箔相關國家標準、行業(yè)標準技術指標的統(tǒng)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(jīng)調(diào)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(tài)藥箔、釬焊用鋁箔等。其中鋰離子電池箔和硬態(tài)藥箔的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示表面潤濕張力在(24～34)×10-3N/m之間。原標準中規(guī)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(yè)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(xié)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(zhì)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(zhì)。若粘結得太牢固,則不容易撕開,也會引起產(chǎn)品質(zhì)量投訴,因此需要增加熱封強度要求。

不同用途產(chǎn)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(xié)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(chǎn)品進行剔除,會大大影響生產(chǎn)效率和鋁箔產(chǎn)品的使用率。隨著鋁箔坯料質(zhì)量、軋機、分切機設備水平的提高,每卷雙零箔的接頭數(shù)較之前的有所降低。根據(jù)調(diào)研的數(shù)據(jù)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(xiàn)代科技的進步,越來越多的鋁箔生產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)從傳統(tǒng)制造向智能制造的轉型,逐步構建工業(yè)大數(shù)據(jù)體系,囊括來自客戶、市場和智能產(chǎn)品的外部反饋信息,以及設備狀態(tài)、物流、生產(chǎn)過程、能耗等內(nèi)部信息,形成真正屬于企業(yè)的工業(yè)大數(shù)據(jù),大大提高生產(chǎn)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(xiàn)的內(nèi)容也不盡相同,因此信息化標識的具體內(nèi)容由供需雙方協(xié)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(huán)境及資源可持續(xù)發(fā)展問題,鋁箔生產(chǎn)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(huán)使用周期更長,既環(huán)保又經(jīng)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(guī)定的14項主要技術指標,其中10項關鍵指標優(yōu)于國外先進標準,5項技術指標是國外同類標準中沒有規(guī)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(nèi)大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù),優(yōu)化了國內(nèi)產(chǎn)品技術指標,達到了國際先進水平。

6 標準的創(chuàng)新點

本標準的創(chuàng)新性主要集中在四個方面:一是統(tǒng)計了國內(nèi)60%產(chǎn)量的鋁箔數(shù)據(jù),將鋁箔新應用的產(chǎn)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(zhì)量檢測要求,提升了標準引領行業(yè)發(fā)展的作用,促進鋁箔生產(chǎn)商更加注重鋁箔質(zhì)量,為生產(chǎn)高質(zhì)量的鋁箔提供保障;三是首次將產(chǎn)品標識信息化內(nèi)容增加進來,可以提升行業(yè)的信息化交流,便于產(chǎn)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(yè)的包裝實現(xiàn)了可循環(huán)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(yè)綠色發(fā)展。

新增了在線針孔檢測、在線表面質(zhì)量檢測等目前鋁箔行業(yè)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(guī)范》和SAE AMS-A-81596《aluminium foil for sandwich construction》適應于國內(nèi)鋁箔行情的內(nèi)容囊括進來,達到了軍民通用的目的,充分發(fā)揮了標準引領生產(chǎn)的作用。

7 結束語

我國的鋁及鋁合金箔產(chǎn)品標準自第一版發(fā)布到現(xiàn)在已經(jīng)有40年的歷史,在與國際標準接軌的同時,標準內(nèi)容不斷更新和完善,現(xiàn)有標準內(nèi)容覆蓋面廣,標準體系也逐步完善,標準內(nèi)容已經(jīng)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(shù)據(jù)庫提供了支撐。

鑒于鋁箔的國際貿(mào)易遍布世界各地,且貿(mào)易量大,現(xiàn)有的鋁箔國際貿(mào)易中,各國參考的標準如EN546、ASTM B479-19、ISO7271內(nèi)容差異大且不完善,容易造成貿(mào)易糾紛。因此,后續(xù)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(nèi)容,增加交貨技術規(guī)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(mào)易糾紛將會起到至關重要的作用。