国家标准《铝及铝合金箔》述评

张惠红

(厦门厦顺铝箔有限公司,福建 厦门 361000)

GB/T 3198-2020《铝及铝合金箔》已正式实施。该标准的前身GB/T 3198-2010《铝及铝合金箔》国家标准发布至修订已接近十年,其间我国铝加工工业高速发展,特别是随着我国民航、轨道交通运输的发展,铝箔在民航飞机、轨道交通装备上的应用越来越广泛。随着“中国制造2025”战略的推出,航空航天、先进轨道交通装备成为研发重点,需要增加民用飞机、轨道交通等用铝箔的技术标准,使得此类铝箔在生产、订货时有据可依。另外随着智能制造技术的发展,在线检测设备广泛应用于铝箔生产中,客户对铝箔产品质量的要求进一步提高,需要进一步提升及新增部分产品技术指标。为了满足行业发展需求,配合国家相关政策,主编单位联合国内科研院所、高校以及企业对GB/T 3198-2010《铝及铝合金箔》国家标准进行修订。

1 标准发展历程

GB/T 3198-2020《铝及铝合金箔》经过四次修订,其历史版本分别是GB 3198-1982《工业用纯铝箔》,GB 3198-1996《工业用纯铝箔》,GB/T 3198-2003《铝及铝合金箔》,GB/T 3198-2010《铝及铝合金箔》。特别需要指出,GB/T 3198-2003是对GB 3198-1996《工业用纯铝箔》、GB/T 3614-1999《铝合金箔》、GB/T 3616-1999《电力电容器用铝箔》和YS/T 430-2000《电缆用铝箔》等4项标准进行合并修订而成的。GB/T 3198标准的发展历程反映了我国铝工业的发展史,1982年版和1996年版的GB 3198标准都是强制性标准,内容仅包含部分1×××系铝合金;2003年版的GB/T 3198则开始与国际接轨,标准编制参考EN 546等国际标准,提高了厚度偏差、针孔、接头、表面质量的技术要求,同时新增许多合金牌号及力学性能要求;2010年版的GB/T 3198进一步扩展铝箔厚度范围,进一步提高铝箔产品的指标要求,增加并调整了部分牌号、规格的力学性能要求,增加有毒有害元素的检测要求等;2020年版的GB/T 3198增加了民用飞机、轨道交通等用途铝箔的技术要求,铝箔品种覆盖范围更广,同时增加在线针孔和在线表面质量检测要求、信息化标识及特殊包装装置的要求,体现了铝加工行业与时俱进的特点,促进行业的信息化和绿色发展。

2 标准修订过程

国家标准化管理委员会于2017年12月28日发布《国家标准化管理委员会关于下达2017年推荐性国家标准计划(修订)通知(国标委综合〔2017〕128号)》,下达了《铝及铝合金箔》国家标准的修订任务,计划号为20173773-T-610。2018年2月完成标准征求意见稿,2019年9月完成标准审定,2019年10月完成标准报批,2020年3月标准正式发布,2021年1月标准正式实施。

3 标准修订原则

基于《国家标准化发展纲要》、“中国制造2025”等战略需求,本标准的修订提升了我国铝及铝合金箔标准水平,主要原则:

一是充分检索和对比国外先进标准,吸收国外先进标准的编制经验,促进标准水平提升。

二是扩大标准适用性和覆盖面,优化完善推荐性国家标准。标准增加了应用在民航飞机、轨道交通装备上的铝箔产品要求,体现军民融合的精神。

三是提升标准实用性。结合国内外未来的生产、工艺、质量性能等现状,将处于发展前沿的铝箔产品纳入标准中,完善标准的技术指标体系,体现标准的引领作用。

四是促进行业的信息化及绿色发展。标准增加了最新的信息化要求及绿色环保包装等。

4 标准的主要修订内容和依据

1)修改标准适用范围

本次标准修订新增了军用方面的铝箔技术要求,因此标准适用范围去掉了一般工业用的限定,即标准适用于铝及铝合金箔。

2)修改引用文件

GB/T 16865 在2013年完成修订,增加了拉伸试样的试验方法内容,更适合铝加工行业的室温拉伸力学性能试验要求,因此在规范性引用文件中新增GB/T 16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》,同时删除GB/T 228《金属材料 室温拉伸试验方法》。本标准新增化学成分分析数值修约规则及尺寸偏差极限数值判定方法的规定,因此在规范性引用文件中新增GB/T 8170《数值修约规则与极限数值的表示和判定》。根据2016年发布的最新版铝箔试验方法系列标准,相应修改试验方法引用标准。

3)修改了产品分类

铝箔因其优良的特性,被广泛用作包装材料、电解电容器材料、绝热材料等;除一般工业用途外,铝箔还被逐渐应用于军工、航空航天等领域,被用作包裹阻隔、蜂窝夹层结构、垫片、填充材料等,通过对一般工业用和航空航天用等铝箔生产企业的全面调研和国外标准全面检索,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铝合金的牌号和状态。2A12、3A21铝合金是我国牌号,对应的国际牌号为2024、3003,两者在成分和机械性能上没有明显区别,此次标准修订删除了2A12和3A21铝合金牌号和状态,将3A12铝合金的相关规定融入3003铝合金中,同时新增2024O、2024H18铝合金。随着铝箔轧机自动化程度的提升,多数铝箔轧机都配有自动厚度、自动板形控制系统,且对铝箔的退火工艺研究越来越精细,原有用途的铝箔规格不断朝更薄、更宽等方向发展,此次本标准修订也根据调研结果进一步调整相关产品的规格范围。根据轧制方式不同铝箔可区分为单面光和双面光产品。对于单面光产品,亮暗面的卷取朝向使用时会有不同要求,为了便于供需双方沟通,此次修订新增单面光铝箔在卷取时,应对卷取朝向进行规定,并在订货单(或合同)中注明。

4)尺寸偏差修改

随着铝箔轧机自动化程度的提升,基本都配备自动厚度控制系统,原标准中2A11、2024(原为2A12)、5A02、5052铝合金的厚度T允许偏差由±10%T修改为±5%T。长度及卷外径划分档中,原标准描述为“每批中个数不超过20%的箔卷”修改为“每批中个数少于20%的铝卷”。

5)修改了力学性能要求

铝箔的力学性能是标准的核心技术内容,力学性能是以国内生产企业实际生产情况为基础并参考国外同类标准制定,同时检测合金的退火软化曲线用以确定O态的性能,以GB/T 16475《变形铝及铝合金状态代号》为依据推测其他状态的性能标准并对制定的标准进行验证。综合参考国内外标准和国内实际使用情况,保留了A50 mm和A100 mm两种断后伸长率。具体修改如下:

1×××系铝合金主要包括1050、1060、1070、1100、1145、1200、1235铝合金,以及此次新增的航天产品用1035铝合金。经数据调研1×××系铝合金O态产品已经实现0.004 0 mm超薄铝箔的生产,因此厚度下限从0.004 5 mm修改为0.004 0 mm;而0.004 0 mm～0.025 0 mm的铝箔被广泛应用于食品包装、容器箔、家用箔等,性能太软会影响最终产品的使用,为保证此类产品的使用性能,将0.004 0 mm～0.025 0 mm厚度铝箔的最小抗拉强度由40 MPa修改为45 MPa。1×××系铝合金H18状态、0.004 5 mm～0.006 0 mm厚度铝箔未调研到实际性能数据,同时市场上没有该类型成熟的产品,因此删除H18状态、0.004 5 mm～0.006 0 mm厚度铝箔的性能要求,需要时由供需双方协商具体要求。新增的1035铝合金根据调研的结果显示与1×××系铝合金的性能差距不大,且同属于纯铝系列,因此将其性能合并进入原1×××系铝合金中。

2A12是我国铝合金牌号,对应的国际牌号为2024,两者在成分和机械性能上没有明显区别,此次标准修订将2A12修改为2024,对应的性能保持不变。

3A21是我国铝合金牌号,对应的国际牌号为3003,两者在成分和机械性能上没有明显区别,此次修订删除了3A21,将其性能数据融入3003铝合金中。根据实际调研数据及3003铝合金O态数据的检测结果,以GB/T 16475为依据,将3003H22铝合金状态抗拉强度由90 MPa～130 MPa修改为110 MPa～160 MPa;调研数据显示3003H12(散热器用铝箔)与3003H22铝合金性能差异不大,因此确定新增3003铝合金、H12状态、0.15 mm～0.20 mm的抗拉强度要求为110 MPa～160 MPa;根据O态、H12及H22状态的数据,将H14、H24状态的最大抗拉强度由170 MPa修改为190 MPa,H16、H26状态抗拉强度最小值由180 MPa修改为170 MPa,修改后的性能指标不仅与各厂家的调研数据更贴合,也更符合3003铝合金各个状态性能的逻辑推导。原标准规定的3003H19铝箔的厚度为0.018 0 mm～0.100 0 mm,但现有生产的飞机、轨道交通用3003蜂窝铝箔H19状态厚度为0.017 0 mm～0.150 0 mm,因此修改3003H19铝箔的厚度范围为0.017 0 mm～0.150 0 mm,结合实际调研数据和美国蜂窝箔标准,确定其抗拉强度最小值保持200 MPa不变。

新增的家具装饰用3004H19、3104H19铝箔与普通电子元器件线路板钻孔用3005H19、3105H19铝箔均为超硬状态,一般是为了得到高强度产品,要求产品抗拉强度越高越好,因此一般H19状态抗拉强度只要求最小值,且比H18状态至少高10 MPa。根据调研数据确定:3004H19、3104H19铝箔的抗拉强度不小于280 MPa,3005H19、3105H19铝箔的抗拉强度不小于230 MPa。根据调研数据分析,确定新增的空调散热片用厚度为0.080 0 mm～0.120 0 mm的3102H18铝箔,抗拉强度不小于200 MPa;新增的航空航天飞机用厚度为0.030 0 mm～0.150 0 mm的(容器箔)3104O铝箔,抗拉强度为155 MPa～195 MPa;新增的食品外包装用厚度为0.130 0 mm～0.150 0 mm的5005O铝箔,抗拉强度为100 MPa～140 MPa;新增的飞机填充材料用厚度为0.030 0 mm～0.040 0 mm的5B02H18铝箔,抗拉强度不小于250 MPa。

新增的8021、8021B铝合金O状态铝箔因其优良的塑性被广泛用于铝塑复合电池软包等多个领域,两种合金的特性及用途相似,通过调研数据分析,两种合金O状态不同厚度分档的性能一致,因此将这两种合金牌号的性能要求合并:厚度为0.005 0 mm～0.006 0 mm,抗拉强度为60 MPa～110 MPa,伸长率不小于1.5%;厚度为0.006 0 mm～0.009 0 mm,抗拉强度为70 MPa～110 MPa,伸长率不小于1.5%;厚度为0.009 0 mm～0.025 0 mm,抗拉强度为75 MPa～115 MPa;厚度为0.025 0 mm～0.090 0 mm,抗拉强度为80 MPa～120 MPa,伸长率不小于11%。

通过数据调研和分析验证,新增瓶盖料用厚度为0.150 0 mm～0.200 0 mm的8011H14铝箔,确定其抗拉强度为120 MPa～170 MPa。新增胶带用8111O铝箔的性能要求,通过对比8111铝合金与现有8011、8011A、8079铝合金各厚度档铝箔的性能要求,这几个铝合金箔之间的抗拉强度范围基本一致,因此将8111与现有的8011、8011A、8079铝合金箔性能要求合并;根据调研数据,修改O态0.006 0 mm～0.009 0 mm厚度的铝箔厚度下限为0.005 0 mm,H18和H19状态的铝箔厚度下限分别修改为0.010 0 mm和0.020 0 mm;根据调研厚度为0.009 0 mm～0.020 0 mm的8111O铝箔力学性能情况,同步修订O态0.009 0 mm～0.025 0 mm厚度的铝箔抗拉强度上限为110 MPa。

6)修改了针孔和外观质量检测规定

随着铝箔检测技术和设备能力的提高以及客户对铝箔产品质量要求的逐步提升,在线针孔检测仪和在线表面质量检测仪被广泛应用于铝箔的生产过程中,通过在线检测可以实时获取整个料卷的针孔分布及表面质量情况,并可以得到各类统计分析图谱,相对于人工检验更加准确并具有时效性。因此,本标准修订增加了在线针孔检测和在线表面质量检测要求的规定。

随着装机水平的提高,铝箔分切机张力自动控制系统的实现完全可消除铝箔卷取后层与层之间的滑动及管芯脱出的缺陷。因此本标准修订时,删除了外观质量中“当立拿铝箔卷时,不允许有层与层之间的滑动及管芯脱出现象”的要求。

7)修改了粘附性要求

铝箔的粘附性要求一般是针对退火状态的铝箔,对于不进行成品退火的铝箔,如H18等硬状态就不需要检测粘附性。因此本标准修订时,在铝箔前面增加了“退火态”进行限定。GB/T 22638.3《铝箔试验方法 第3部分:粘附性的检测》修订时已经增加了边部或局部粘附性的检测方法,因此本标准修订时,将需方对退火态铝箔局部粘附性要求也增加进来。根据铝箔行业现状调研和铝箔相关国家标准、行业标准技术指标的统计,对于0.1 mm以上厚度的铝箔已无粘附性要求,粘附性要求只针对厚度不大于0.100 0 mm的铝箔。

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8)修改了表面润湿张力要求

经调研对表面润湿张力有要求的铝箔主要有:电子电力电容器铝箔、锂离子电池箔、硬态药箔、钎焊用铝箔等。其中锂离子电池箔和硬态药箔的调研数据显示表面润湿张力在(24～34)×10-3N/m之间。原标准中规定铝箔表面润湿张力宜不小于33×10-3N/m,已不适应目前铝箔行业的要求,因此本标准修订时,删除表面润湿张力宜不小于33×10-3N/m的要求。

9)润湿性、直流电阻、破裂强度要求不变

需方对铝箔的润湿性、直流电阻和破裂强度有要求时,由供需双方协商确定,并在订货中注明。

10)增加了热封要求

胶囊铝箔、药用箔等需要和塑料或铝箔本身等材料热封复合,热封强度是考验热封质量好坏的重要指标。若复合材料与铝箔间的粘结不牢固,密封性不好,空气和液体容易渗入,导致所装物品变质。若粘结得太牢固,则不容易撕开,也会引起产品质量投诉,因此需要增加热封强度要求。

不同用途产品对热封强度的要求不一样,本次标准修订只是新增热封强度的要求,具体要求由供需双方协商确认。

11)修改了接头要求

铝箔卷的接头多,下游客户在使用过程中需要降速且对接头处的产品进行剔除,会大大影响生产效率和铝箔产品的使用率。随着铝箔坯料质量、轧机、分切机设备水平的提高,每卷双零箔的接头数较之前的有所降低。根据调研的数据分析和讨论确定,将0.004 5 mm～0.009 0 mm厚度拆分为0.004 5 mm～0.005 5 mm和>0.005 5 mm～0.009 0 mm两档,同时对部分接头要求进行加严。

12)增加了信息化标识和特殊包装装置要求

随着现代科技的进步,越来越多的铝箔生产厂家使用二维码或条形码等电子信息标识,标识包含卷号、批次号、厚度、宽度、长度、净重、订单号、物料编码等信息。信息化标识的使用帮助企业生产实现从传统制造向智能制造的转型,逐步构建工业大数据体系,囊括来自客户、市场和智能产品的外部反馈信息,以及设备状态、物流、生产过程、能耗等内部信息,形成真正属于企业的工业大数据,大大提高生产效率。本次标准修订新增信息化标识的要求,由于客户不同,对信息化标识需要体现的内容也不尽相同,因此信息化标识的具体内容由供需双方协商,并在订货(或合同)中注明。

随着技术和社会的进步,人类越来越多关注环境及资源可持续发展问题,铝箔生产厂家和客户在包装材料要求方面不断进步。纸板包装箱、纸木混合包装箱、钢托架等特殊包装装置的使用,可以极大地减少木材的使用,回收处理更加容易,循环使用周期更长,既环保又经济。此次标准修订,新增钢托架、纸板包装箱、纸木包装箱的使用要求。

5 标准水平分析

本标准修订过程中主要性能指标参考了EN 546:2006《铝及铝合金箔》、ISO 7271-2011 《铝及铝合金箔尺寸偏差》,为了兼顾蜂窝结构和垫片用铝箔及航空用铝箔的需求,参考了SAE AMS-A-81596和GJB 8751-2015。与国外先进标准相比,标准规定的14项主要技术指标,其中10项关键指标优于国外先进标准,5项技术指标是国外同类标准中没有规定的指标。标准整体参考的是国外最先进的标准,同时,参考了国内大量的统计数据,优化了国内产品技术指标,达到了国际先进水平。

6 标准的创新点

本标准的创新性主要集中在四个方面:一是统计了国内60%产量的铝箔数据,将铝箔新应用的产品要求纳入标准,合金牌号增多,且新增航天及轨道交通用铝箔要求,标准的覆盖面更广;二是首次增加了在线针孔检测、在线表面质量检测要求,提升了标准引领行业发展的作用,促进铝箔生产商更加注重铝箔质量,为生产高质量的铝箔提供保障;三是首次将产品标识信息化内容增加进来,可以提升行业的信息化交流,便于产品信息更好的流转,进而提升效率;四是新增了钢托架、纸板包装箱等新型包装要求,使得铝箔行业的包装实现了可循环多次使用、回收利用率高的目的,极大降低了资源的消耗,引领铝箔行业绿色发展。

新增了在线针孔检测、在线表面质量检测等目前铝箔行业最前沿技术的检测方法和新型包装箱。本标准还将GJB 8751-2015 《航空用铝合金箔规范》和SAE AMS-A-81596《aluminium foil for sandwich construction》适应于国内铝箔行情的内容囊括进来,达到了军民通用的目的,充分发挥了标准引领生产的作用。

7 结束语

我国的铝及铝合金箔产品标准自第一版发布到现在已经有40年的历史,在与国际标准接轨的同时,标准内容不断更新和完善,现有标准内容覆盖面广,标准体系也逐步完善,标准内容已经达到国际水平;铝箔检测方法类标准的全面修订也为未来建立有效的标准数据库提供了支撑。

鉴于铝箔的国际贸易遍布世界各地,且贸易量大,现有的铝箔国际贸易中,各国参考的标准如EN546、ASTM B479-19、ISO7271内容差异大且不完善,容易造成贸易纠纷。因此,后续在进一步修订和完善GB/T3198的同时,走上国际舞台,申报修订ISO7271国际标准的内容,增加交货技术规范和力学性能要求,与原有的尺寸公差形成完整的系列标准,对于解决铝箔的国际贸易纠纷将会起到至关重要的作用。