鋁箔：薄如蟬翼，材料新秀

蘇更林

無(wú)論如何，鋁都是一種傳奇金屬。得益于生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，鋁完成了從高貴金屬到大眾材料的蛻變，并逐步走進(jìn)社會(huì)生活的各個(gè)方面。其中，輕薄鋁箔創(chuàng)造的奇跡就是一個(gè)值得分享的嶄新視角。

金屬箔實(shí)際上就是一種很薄的片狀材料，因金屬種類(lèi)不同往往會(huì)有不同的特性和應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，金屬的延展性越好，用其加工的金屬箔就會(huì)越薄。

其實(shí)，金屬箔的加工和應(yīng)用已有極其悠久的歷史。不過(guò)，古人加工金屬箔采用的是極為原始的錘鍛法，即把上百?gòu)埖慕饘俦“宕a起來(lái)，然后用人工錘鍛方法打壓成箔。像古時(shí)候的金箔、銀箔、鉛箔、錫箔等金屬箔片就是用這種方法制成的。

鋁箔走進(jìn)我們的生活已經(jīng)有100多年的歷史了，但是在許多時(shí)候，鋁箔還活在錫箔的影子中。因?yàn)閺耐庥^上來(lái)看，鋁箔和錫箔幾乎很難被區(qū)分開(kāi)來(lái)。由于錫箔的歷史要比鋁箔更為悠久，因此即便現(xiàn)在鋁箔一統(tǒng)天下，人們還是習(xí)慣把鋁箔稱(chēng)為“錫箔”。

據(jù)悉，錫箔的歷史可以追溯到18世紀(jì)后期，其應(yīng)用除了食品包裝之外，還可用于醫(yī)藥、化工、輕工、電子以及藝術(shù)用品等領(lǐng)域。大約在1910年的時(shí)候，世界上第一家鋁箔軋制廠在瑞士誕生，從此開(kāi)啟了鋁箔取代錫箔的歷史。

鋁箔之所以能夠取代錫箔，完全取決于鋁箔的諸多優(yōu)點(diǎn)。首先，鋁箔的成本較錫箔低許多，并且具有高耐用性，因此更容易被消費(fèi)者接受。其次，鋁箔的熔點(diǎn)要比錫箔高不少，并且導(dǎo)熱性能也更好一些，因此在烹飪和烘焙食物時(shí)更受歡迎。此外，用錫箔儲(chǔ)存食物往往會(huì)產(chǎn)生一種令人不快的苦味，而鋁箔則不存在這個(gè)問(wèn)題。

1911年，是世界食品包裝史上的一個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)。因?yàn)檫@一年是鋁箔在食品包裝領(lǐng)域的首秀之年，并因此開(kāi)啟了它在食品包裝領(lǐng)域的輝煌之旅。作為鋁箔包裝的拓荒者—瑞士的一家巧克力企業(yè)，經(jīng)過(guò)100多年的成長(zhǎng)，如今已成為一個(gè)家喻戶(hù)曉的知名品牌（Toblerone）。

鋁箔，通常是指純度在99.5%以上、厚度在0.2毫米以下的鋁材，而用于復(fù)合材料的鋁箔厚度則會(huì)更薄一些。當(dāng)然，不同國(guó)家對(duì)于鋁箔的厚度和成分有著不同的要求。問(wèn)題是，薄如蟬翼的鋁箔能夠勝任食品包裝的重任嗎？這還得從食品包裝的使命以及鋁箔的特性說(shuō)起。

雖然食品包裝一般不可食用，但它卻是食品商品屬性的重要組成部分。就食品包裝的功能來(lái)說(shuō)，最核心的要數(shù)食品保護(hù)功能了。食品從生產(chǎn)到食用要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的流程，因此可能會(huì)受到環(huán)境中的生物、化學(xué)、物理等外來(lái)因素的影響。食品包裝應(yīng)當(dāng)能夠保持食品質(zhì)量的穩(wěn)定性，抵御環(huán)境中的各種不利影響。同時(shí)，食品包裝還應(yīng)滿足美觀、方便、環(huán)保、價(jià)廉等方面的要求。

我們?cè)賮?lái)看看鋁箔的特性吧。第一，鋁箔具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，具有一定的抗沖擊和穿刺能力，因此，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，鋁箔包裝食品不易因擠壓、沖擊、振動(dòng)、溫差等因素而造成損壞。第二，鋁箔具有高阻隔性能，對(duì)陽(yáng)光、高溫、水分、氧氣、微生物等都有很高的阻隔性。這些因素都是促使食品發(fā)生變質(zhì)的因素，阻斷這些因素就可延長(zhǎng)食品保質(zhì)期。第三，鋁箔易于加工，成本較低，可以滿足大多數(shù)食品的包裝需求，并具有漂亮的銀白色以及神秘的質(zhì)感。第四，金屬鋁本身就是一種輕量化金屬，厚度極薄的鋁箔更是符合輕質(zhì)包裝的基本要求，這對(duì)于降低運(yùn)輸成本具有重要意義。第五，鋁箔無(wú)毒無(wú)味，易于回收利用，符合綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求。

然而，在食品包裝實(shí)踐中，一般很少單獨(dú)使用鋁箔，這是因?yàn)殇X箔自身也存在一些不足。比如，隨著鋁箔的進(jìn)一步減薄，氣孔數(shù)量會(huì)有所增加，這會(huì)影響鋁箔的阻隔性能。同時(shí)，輕薄柔軟的鋁箔在抗拉伸和抗剪切方面具有局限性，通常不能用于結(jié)構(gòu)性包裝。好在鋁箔具有很好的二次加工性能，通?？捎娩X箔與其他包裝材料進(jìn)行復(fù)合加工而制成復(fù)合包裝材料，以此來(lái)彌補(bǔ)鋁箔的不足，從而提高復(fù)合包裝材料的綜合包裝性能。

我們通常把兩種或兩種以上材料組合而成的薄膜叫作復(fù)合膜，用復(fù)合膜制成的包裝袋叫作復(fù)合膜袋。一般情況下，可以用黏合或熱合等方法把塑料、鋁箔、紙張以及其他材料制成復(fù)合膜，從而滿足多種食品的不同包裝需求。在現(xiàn)代包裝中，幾乎所有要求不透光和高阻隔的復(fù)合材料都是采用鋁箔作為阻隔層的，這是因?yàn)殇X箔擁有高度致密的金屬晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)任何氣體都具有很好的阻隔性能。

在食品軟包裝中，有一種叫作“真空鍍鋁薄膜”的包裝材料，它與鋁箔復(fù)合包裝材料是不是一回事呢？盡管二者都含有一層很薄的鋁質(zhì)層，但它們并不是同一種材料。真空鍍鋁薄膜是在真空狀態(tài)下采用蒸鍍的方法把高純鋁鍍附在塑料薄膜上的，而鋁箔復(fù)合材料則是將鋁箔與其他材料通過(guò)黏合或熱合等方法復(fù)合在一起的。

與鋁箔復(fù)合材料不同的是，鍍鋁薄膜中的鍍鋁層不具有鋁箔的阻隔作用，起阻隔作用的是基材膜本身。由于鍍鋁層要比鋁箔薄許多，因此鍍鋁薄膜的成本要比鋁箔復(fù)合材料更低一些，其應(yīng)用市場(chǎng)也很廣泛，但一般不用于真空包裝。

除了食品包裝，藥品包裝也是一個(gè)不容忽視的大課題。藥品作為一種特殊商品，從出廠到使用的整個(gè)鏈條都離不開(kāi)藥品包裝的庇護(hù)。因此，藥品包裝是否科學(xué)合理直接關(guān)乎藥物的安全和療效。

藥品包裝由來(lái)已久，但始終與材料科學(xué)的進(jìn)步水平密切相關(guān)。1952年，鋁箔泡罩在藥品領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)全新的藥品包裝新概念。那么，什么是泡罩包裝呢？泡罩包裝作為藥品包裝的一種主要形式，一般是由覆蓋材料和泡罩材料組成的。其中的覆蓋材料通常為鋁箔或復(fù)合鋁箔，主要起密封作用以及充當(dāng)藥品內(nèi)標(biāo)簽；而泡罩材料通常為聚氨乙烯、聚乙烯、聚丙烯硬片及相關(guān)材料復(fù)合組成的硬片，是構(gòu)成泡罩腔的結(jié)構(gòu)材料。

為什么要選用鋁箔作為藥用包裝材料？這是由鋁箔的物理化學(xué)性能決定的。鋁箔具有遮光、防潮以及防污染功能，在藥品包裝領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢(shì)。關(guān)于泡罩包裝的阻隔性，根據(jù)材料以及泡罩的厚度不同，可以分為阻濕性能和阻氧性能兩種。

藥品的泡罩包裝，也被稱(chēng)為“水泡眼包裝”，簡(jiǎn)稱(chēng)PTP（Press Through Packaging）。由于泡罩包裝具有良好的機(jī)械性能、耐高低溫性能和耐腐蝕性能，適用于現(xiàn)代自動(dòng)化包裝流水線作業(yè)。通常，泡罩包裝適用于片劑、膠囊、丸劑、栓劑、粉劑等劑型的藥品自動(dòng)化包裝。

對(duì)于鋁箔泡罩包裝來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)流程：先將透明塑料硬片吸塑成型，然后把片劑、丸劑、顆粒劑或膠囊等不同劑型的藥品填充在凹槽內(nèi)，再與涂有黏合劑的鋁箔片加熱黏合在一起。這樣，就形成了獨(dú)立的密封包裝。

鋁箔泡罩包裝通常為單劑量包裝，即可以盛裝單個(gè)患者單次使用的藥品劑量。為了提高消費(fèi)者的體驗(yàn)，泡罩包裝易采用硬鋁箔作為覆蓋材料，這樣可以方便消費(fèi)者撕下鋁箔后立即取出藥物。

在電子行業(yè)中，鋁箔主要用于電容器生產(chǎn)。電解電容器作為一種最基本的電子元件，被廣泛應(yīng)用于通信、電子、家電、汽車(chē)、航空等多個(gè)領(lǐng)域。那么，為什么生產(chǎn)電容器要用鋁箔呢？

我們通常把應(yīng)用于電解電容器的鋁箔稱(chēng)為電子鋁箔，而把使用鋁箔的電解電容器稱(chēng)為鋁電解電容器。鋁電解電容器因其具有電容量大、成本低以及體積小等方面的優(yōu)勢(shì)，在電容器產(chǎn)品構(gòu)成中占有舉足輕重的地位。

電子鋁箔是生產(chǎn)鋁電解電容器的關(guān)鍵原材料，并在其成本構(gòu)成中占有相當(dāng)大的比重。電子鋁箔實(shí)際上只是鋁電解電容器所用電極箔的坯料，可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電極箔。電極箔是鋁電解電容器的核心材料，直接影響鋁電解電容器的性能。電極箔可以分為陰極箔和陽(yáng)極箔，其作用就是儲(chǔ)存電荷。

那么，電子鋁箔是如何轉(zhuǎn)化為電極箔的呢？根據(jù)生產(chǎn)階段不同，電極箔可以分為腐蝕箔和化成箔。前者為電子鋁箔經(jīng)腐蝕作用后形成的多孔洞鋁箔（陰極箔），而后者則是在腐蝕箔基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)化成作用而形成的表面覆蓋有氧化薄膜的鋁箔（陽(yáng)極箔）。

鋁箔在動(dòng)力鋰電池中也扮演著重要的角色，因此是新能源汽車(chē)發(fā)展史上的一種新興材料。目前，電池箔主要分為電池鋁箔和電池銅箔兩大類(lèi)。前者主要作為鋰離子電池的正極集流體，而后者主要作為鋰離子電池的負(fù)極集流體。

集流體作為鋰離子電池中不可或缺的重要部件之一，具有承載電極活性物質(zhì)（如磷酸鐵鋰等）與匯集輸出電流的多重功能。選擇適宜的正負(fù)極集流體材料，對(duì)于提高鋰電池充放電效率具有重要的意義。發(fā)展新能源汽車(chē)離不開(kāi)高性能的動(dòng)力電池，將電池鋁箔引入集流體，不僅符合汽車(chē)輕量化的要求，而且對(duì)于提高動(dòng)力電池的性能至關(guān)重要。

在磷酸鐵鋰動(dòng)力電池上廣泛應(yīng)用的碳涂層鋁箔，是通過(guò)在鋁箔基材上涂布分散的導(dǎo)電炭黑或碳涂層顆粒而制成的。碳涂層鋁箔可以提高電池的能量密度、抑制電池的極化、降低電池的內(nèi)阻、增加電池的循環(huán)壽命，把碳涂層鋁箔應(yīng)用于正極集流體，可以改善正極活性材料與鋁箔之間的接觸界面，從而達(dá)到提高電池性能的目的。

隨著電氣科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鋁箔在變壓器制造行業(yè)也占有一席之地。鋁箔作為某些變壓器的最常用材料，與其具有的優(yōu)異性能密切相關(guān)。例如，鋁箔具有的高導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，將其用作變壓器的繞組材料，不僅可以減少變壓器的損耗，而且還可以提高變壓器的性能。

在降暑利器空調(diào)中，也有鋁箔的身影?？照{(diào)鋁箔作為制造空調(diào)熱交換器翅片的專(zhuān)用材料，其應(yīng)用已有幾十年的歷史。這里利用了鋁箔易于傳熱（冷）的特性。

不過(guò)，早期使用的空調(diào)鋁箔多為素箔。所謂素箔，指的是表面無(wú)涂層的鋁箔。隨著家用空調(diào)器的進(jìn)步，各種改性鋁箔應(yīng)運(yùn)而生。其中親水鋁箔就是一個(gè)典型的案例。所謂親水鋁箔，指的是在素箔上涂上親水涂層和防腐涂層之后制成的改性鋁箔。

由于親水鋁箔具有較強(qiáng)的親水性，因此有利于水分在換熱片上的鋪展和排出，并使熱交換效率提高10%～15%。同時(shí)，親水鋁箔還具有防腐、抗菌、節(jié)能、降噪、無(wú)味以及延長(zhǎng)使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。如今，高耐腐蝕親水鋁箔、抗菌親水鋁箔、超強(qiáng)親水鋁箔、納米有機(jī)親水鋁箔等新品種都已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

令人嘆為觀止的蜂窩，一直是仿生科學(xué)的研究對(duì)象?？茖W(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，蜂窩獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征使其以更少的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的功能，并且整體穩(wěn)定性非常好。因此，我們可以從中獲得靈感，創(chuàng)制新型環(huán)保材料來(lái)滿足某些領(lǐng)域的特殊需求。

蜂窩結(jié)構(gòu)材料作為一種新型環(huán)保復(fù)合材料，最初被應(yīng)用于航空領(lǐng)域。20世紀(jì)四五十年代，蜂窩結(jié)構(gòu)材料首先在軍用飛機(jī)上獲得應(yīng)用，其后，應(yīng)用于民用飛機(jī)。如今，蜂窩結(jié)構(gòu)材料已獲得廣泛應(yīng)用，在航空航天、建筑、船舶、高鐵等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。

蜂窩結(jié)構(gòu)材料也被稱(chēng)為蜂窩夾芯板，一般為鋁質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)。其構(gòu)成極為簡(jiǎn)單，即在鋁箔蜂窩芯的上下分別粘貼一塊鋁質(zhì)背板。那么，蜂窩結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)勢(shì)呢？在受到垂直于背板的載荷時(shí)，鋁箔蜂窩芯幾乎與實(shí)心結(jié)構(gòu)無(wú)異，甚至還要略勝一籌。用最少的材料創(chuàng)造了最強(qiáng)的幾何結(jié)構(gòu)，何樂(lè)而不為呢！

當(dāng)然，鋁蜂窩結(jié)構(gòu)材料在“輕”和“強(qiáng)”的背后，還隱藏著一個(gè)鮮為人知的“靈魂”。這個(gè)“靈魂”就是隔熱和隔音。既然鋁質(zhì)材料為熱和聲的良好導(dǎo)體和介質(zhì)，那隔熱和隔音又從何而來(lái)呢？

原來(lái)，鋁蜂窩結(jié)構(gòu)材料的核心為鋁箔蜂窩結(jié)構(gòu)，其中六邊形孔洞占據(jù)大部分空間。如果制作蜂窩芯的鋁箔厚度為0.1毫米的話，那么實(shí)心部分僅占總體積的百分之幾。由于上下背板把蜂窩芯的六角柱形空間封閉得非常嚴(yán)實(shí)，因此鋁蜂窩結(jié)構(gòu)內(nèi)的空氣就流通不起來(lái)了?？諝獗焕?，熱量就難以傳遞，自然聲波的傳播也會(huì)受到很大限制。這樣一來(lái)，鋁蜂窩結(jié)構(gòu)材料無(wú)疑就具備了不錯(cuò)的隔熱和隔音性能。

那么，鋁蜂窩結(jié)構(gòu)材料可應(yīng)用在何種場(chǎng)合呢？在航空領(lǐng)域，鋁蜂窩結(jié)構(gòu)材料可應(yīng)用于機(jī)翼、垂直尾翼、駕駛艙、貨艙地板以及門(mén)隔板等場(chǎng)合。在新能源領(lǐng)域，該材料可用作太陽(yáng)能電池板以及風(fēng)力渦輪機(jī)等的吸熱材料。在鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域，該材料可應(yīng)用于火車(chē)艙壁和地板等場(chǎng)合。在建筑領(lǐng)域，該材料被用作高層建筑的幕墻、百葉窗和天花板，以及銀行內(nèi)的屏幕隔斷、隔音板等，也可以用于生產(chǎn)便攜式移動(dòng)房屋。在包裝領(lǐng)域，該材料可應(yīng)用于食品、飲料、化妝品和電子產(chǎn)品的包裝。

除了上述的鋁蜂窩結(jié)構(gòu)材料，基于鋁箔的反射型保溫隔熱材料在建筑行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。原來(lái)，鋁箔顏色銀白，富有光澤，對(duì)陽(yáng)光的反射率超過(guò)90%，而本身的熱輻射能力很低。因此，用其作為絕熱結(jié)構(gòu)的外護(hù)材料，具有良好的絕熱效果。

這里所說(shuō)的絕熱結(jié)構(gòu)，指的是包括高反射性材料在內(nèi)的一個(gè)完整絕熱系統(tǒng)。鋁箔保溫隔熱紙板就是一種比較簡(jiǎn)單的絕熱系統(tǒng)，主要是以波形紙板作為基層，而鋁箔是作為面層貼附在其上而發(fā)揮反射作用的。

在建筑工程實(shí)踐中，金屬反射型絕熱結(jié)構(gòu)形式多樣。如用多層鋁箔重疊組合而形成的多層薄層氣隙的絕熱結(jié)構(gòu)，則利用了鋁箔的反射特性使其輻射熱在空隙中被多次反射，這樣一來(lái)，空隙形成的熱就阻礙了熱的對(duì)流。