一種泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法
【專利摘要】本發明為一種泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法。該方法包括以下步驟：將純鋁錠切成鋁塊后放入坩堝中，升溫到700℃～740℃熔融，得到鋁熔體；然后向其中加入為鋁熔體質量2～3％的增粘劑，再加入鋁熔體質量3～5％的玄武巖短切纖維，攪拌均勻后再加入發泡劑氫化鈦，攪拌后保溫1～2min；冷卻至泡沫鋁凝固成形，最終得到泡沫鋁吸聲隔音復合材料。本發明只需將工業純鋁熔體通過熔體發泡法經過一次發泡即可獲得吸聲隔音性能好、尺寸范圍廣、高強度、低密度、阻燃性能好、耐候性高的纖維閉孔泡沫鋁復合材料。
【專利說明】
一種泡沬鋁吸聲隔音復合材料的制備方法
技術領域
[0001]本發明的技術方案涉及閉孔隙的合金的制造，具體地說是一種泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，人們對于生活環境的要求也愈來愈高。伴隨著我國城市化和工業化的快速發展，噪音已經成為影響人們生活的一個主要污染源，且噪聲對于工作、學習有嚴重的影響，會造成聽力與其他多種疾病。綜合以上情況需要一種吸聲隔音性能好、尺寸范圍廣、高強度、低密度、阻燃性能好、耐候性高的材料滿足各項要求。
[0003]泡沫鋁是由鋁基體金屬和占體積70%以上的氣孔所組成的非均勻材料，具有許多獨特的性能。泡沫鋁根據孔的連通性可分為開孔泡沫鋁和閉孔泡沫鋁。閉孔泡沫鋁材料具有吸聲隔音效果好、比剛度大、比重小、比表面積大、減震性能好等一系列優良性能，在建筑、機械、交通運輸和航空航天中有著廣泛的應用。
[0004]在已有的研究成果中，CN201910238U公布了一種高效率吸聲隔音泡沫鋁板的制備方法，該方法將閉孔泡沫通過油壓機將孔洞打開變為開孔泡沫鋁，該方法需要二次壓力加工，孔壁處容易產生裂紋，導致泡沫鋁板力學性能差。CN103352135A公開了一種利用滲流法制備吸聲隔音開孔泡沫鋁的方法，受制備方法的限制，所制得的泡沫鋁產品尺寸范圍小，特別是厚度方面，且力學性能和吸聲隔音性能較差。CN105383113A公開一種用于汽車前蓋的泡沫鋁隔熱降噪金屬板，該方法是將泡沫鋁板、隔熱層和泡沫塑料通過膠粘接在一起，其缺點是采用物理方法將材料粘接到一起，一旦受到較大的彎曲應力，粘接處容易開裂，吸聲隔音性能將大大降低，并且粘結劑容易老化失效且耐熱性能差。通過以上分析可見，需要發明一種生產工藝簡單、產品各項性能優良的泡沫鋁復合材料制備方法。
[0005]玄武巖纖維是一種由天然的火山巖玄武巖拉絲而成，是一種新型無機環保材料，其不僅具有良好的吸聲隔音效果，而且強度高、耐腐蝕、耐高溫，與泡沫鋁性能相似。因此，在泡沫鋁吸聲隔音過程中，玄武巖纖維對于提升其吸聲隔音性能起關鍵作用，研發玄武巖纖維增強泡沫鋁復合材料來用于吸聲隔音具有重要的理論和實踐價值。然而，玄武巖纖維在鋁熔體中易團聚形成纖維簇，影響制得的泡沫鋁復合材料的性能，并且纖維在泡沫鋁孔洞中的伸長量難以控制。
[0006]本發明在對玄武巖纖維進行表面處理的基礎上，通過改進傳統泡沫鋁制備過程中的各項工藝參數解決了上述問題，制造出了吸聲隔音性能好、尺寸范圍廣、高強度、低密度、阻燃性能好、耐候性高的泡沫鋁復合材料。
【發明內容】
[0007]本發明的目的為針對當前技術存在的不足，提供一種泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法。該方法采用玄武巖短切纖維與閉孔泡沫鋁復合，首先通過對玄武巖纖維進行了熱處理，改變了其表面與內部的組織結構，為其在鋁基體的分布均勻性提供了先決條件;然后調整了纖維與增粘劑的加入順序，來實現提高泡沫鋁吸聲隔音性能的目的。本發明制得一種吸聲隔音性能良好的閉孔泡沫鋁復合材料。
[0008]本發明解決該技術問題所采用的技術方案是:
[0009]一種泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]第一步，將玄武巖短切纖維在650?750°C下熱處理20?40min，然后取出空冷；
[0011]第二步，將純鋁錠切成鋁塊后放入坩禍中，升溫到700?740°C，保溫40?60min，得到鋁熔體；
[0012]第三步，將上步得到的鋁熔體溫度調節到670?710°C;待鋁熔體溫度穩定后，向其中加入為鋁熔體質量2?3%的增粘劑，100?200r/min下攪拌I?2min;然后再加入鋁熔體質量3?5%的玄武巖短切纖維，100?200r/min下攪拌2?3min，再在400?600r/min下攪拌3?5min，得到鋁熔體混合物；
[0013]第四步，將發泡劑氫化鈦加入到第三步得到的鋁熔體混合物中，加入量為第三步得到的鋁熔體混合物質量的0.5?1.5%，轉速為900?1200r/min下攪拌20?40s，攪拌結束后保溫I?2min;
[0014]第五步，冷卻至泡沫鋁凝固成形，最終得到泡沫鋁吸聲隔音復合材料。
[0015]所述的玄武巖纖維優選為直徑9?18um，長度為5mm的商業玄武巖短切纖維。
[0016]所述的純鋁錠優選為純度為質量百分比99.5 %工業純鋁。
[0017]所述增粘劑是金屬媽顆粒，粒度為I?3mm。
[0018]所述發泡劑氫化鈦的目數為300±20目。
[0019]所述第五步中冷卻方式為水冷、空冷或強制風冷。
[0020]上述一種泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法，所用的原料均通過商購獲得，所用的設備是本技術領域公知的，所用的操作工藝是本技術領域的技術人員所掌握的。
[0021]本發明的有益效果是:
[0022]與現有技術相比，本發明方法的突出的實質性特點是:
[0023](I)本發明方法只需將工業純鋁熔體通過熔體發泡法經過一次發泡即可獲得吸聲隔音性能好、尺寸范圍廣、高強度、低密度、阻燃性能好、耐候性高的纖維閉孔泡沫鋁復合材料。
[0024](2)本發明通過對于玄武巖纖維進行熱處理，改變了玄武巖纖維表面狀態，并且控制玄武巖纖維加入鋁熔體后攪拌的速度和時間以及玄武巖纖維與增粘劑的添加順序，解決了玄武巖纖維在泡沫鋁發泡過程中纖維團聚不分散的缺點，制備的泡沫鋁復合材料玄武巖纖維均勻的分散于泡沫鋁基體之中。
[0025](3)本發明生產的泡沫鋁復合材料優化了傳統泡沫鋁的吸聲隔音方式:傳統泡沫鋁材料當聲波接觸鋁表面時，經過漫反射進入泡沫鋁的孔隙內，使鋁孔隙內部振動，將聲能轉變為熱能起到消音的作用。以玄武巖短切纖維分散嵌入商業純鋁基閉孔泡沫鋁孔隙和孔壁中，當聲波通過泡沫鋁基體時，聲波可以進一步被玄武巖纖維打散，更易被泡沫鋁基體吸收。同時，玄武巖纖維與泡沫鋁基體結合增大了泡沫鋁孔壁的表面粗糙度，聲波與鋁基體表面發生摩擦作用提高了聲能轉化為熱能的效率，提高了泡沫鋁的吸聲隔音效率，其吸聲隔音途徑比純鋁基泡沫鋁更多樣化，因此這種復合材料具有非常好的吸聲隔音效果
[0026](4)本發明通過采用不同的冷卻方式，采用空冷、水冷與強制風冷中的一種控制泡沫鋁發泡冷卻速度，從而控制泡沫鋁孔洞的大小，達到調整玄武巖纖維在孔壁和孔內的長度比例。
[0027](5)本發明方法可以完全利用已有的熔體發泡設備，無需增加設備投資，可在基本不增加成本的情況下大幅度提高泡沫鋁復合材料的吸聲隔音性能，從而增強了產品的競爭力。因此本發明方法制得的泡沫鋁復合材料在建筑、交通等領域中具有良好的應用的前景。
[0028](6)本發明方法工藝簡便快捷，易操作，在生產過程中對設備的要求不高，原材料來源廣泛，便于實現產業化生產。
【附圖說明】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0030]圖1為玄武巖纖維在泡沫鋁中優化吸聲隔音效果原理示意圖。
[0031]圖2為本發明實施例1制得的玄武巖短切纖維與純鋁基閉孔泡沫鋁復合材料的實物照片。
[0032]圖3為本發明實施例1制得的玄武巖短切纖維與純鋁基閉孔泡沫鋁復合材料的吸聲系數測試結果與純鋁基泡沫鋁的吸聲系數對比圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。需要說明的是，本發明以下實例僅是對技術方案的證明和佐證，并不限定保護范圍僅限于此。
[0034]本發明吸聲隔音原理如圖1所示，當聲波通過泡沫鋁基體時，聲波會產生漫散射作用，當玄武巖短切纖維分散嵌入商業純鋁基閉孔泡沫鋁孔隙和孔壁中，聲波可以進一步被玄武巖纖維打散，更易被泡沫鋁基體吸收。同時，玄武巖纖維與泡沫鋁基體結合增大了泡沫鋁孔壁的表面粗糙度，聲波與鋁基體表面發生摩擦，產生阻尼效應提高了聲能轉化為熱能的效率，從而提高了泡沫鋁的吸聲效率。
[0035]本發明所述的玄武巖纖維是公知物質，為商業玄武巖短切纖維，其直徑9?18um，長度為5mm的。
[0036]實施例一
[0037]第一步，將購買的玄武巖短切纖維首先在680 0C下進行熱處理，處理時間為25min，取出空冷，裝袋供實驗時稱取使用；
[0038]第二步，將商業純鋁錠(純度為質量百分比99.5 %工業純鋁)切成鋁塊，稱取810g鋁塊放入坩禍中，啟動電阻爐將溫度升到700°C，保溫45min，使坩禍中的鋁塊熔化并保持溫度均勻，得到鋁熔體；
[0039]第三步，將攪拌槳放入鋁熔體中預熱，將電阻爐溫度調節到680°C，待鋁熔體溫度穩定后，向第二步中得到的鋁溶體中加入預先用鋁箔包好的鋁熔體重量2%的增粘劑金屬I丐顆粒(粒度為I?3mm)，同時啟動攪拌槳，轉速為10r/min，攪拌Imin，使得加入的增粘劑分散均勻，然后加入為鋁熔體重量3%的玄武巖短切纖維，設定轉速為lOOr/min，攪拌2min，然后設置轉速為400r/min，攪拌5min，使得加入的纖維均勻分散于鋁熔體中，得到鋁熔體混合物；
[0040]第四步，將發泡劑氫化鈦(目數為300±20目)加入到第三步得到的鋁熔體混合物中，加入量為第三步得到的鋁熔體混合物質量的0.5%，同時啟動攪拌槳，轉速為900r/min，攪拌20s，攪拌結束后進行保溫，保溫時間為lmin;
[0041]第五步，將坩禍從電阻爐中取出，采用空冷的方式使泡沫鋁凝固成形，最終得到泡沫鋁復合材料。
[0042]圖2為本實施事例得到的泡沫鋁復合材料的照片，從中可以看出，所制得的泡沫鋁復合材料其孔隙比較均勻，且切面無玄武巖短切纖維團聚現象。
[0043]從圖3可以看出，純鋁基泡沫鋁添加玄武巖纖維之后，吸聲系數有了很大的提高。低頻吸聲系數最高峰提高到了0.52，高頻吸聲系數提高到了0.7。由此可見純鋁基泡沫鋁與玄武巖纖維復合對于提高其吸聲特性有很好的效果。
[0044]實施例二
[0045]第一步，將購買的玄武巖短切纖維首先在700 0C下進行熱處理，處理時間為30min，
取出空冷，裝袋供實驗時稱取使用；
[0046]第二步，將商業純鋁錠(純度為質量百分比99.5 %工業純鋁)切成鋁塊，稱取850g鋁塊放入坩禍中，啟動電阻爐將溫度升到710°C，保溫50min，使坩禍中的鋁塊熔化并保持溫度均勻，得到鋁熔體；
[0047]第三步，將攪拌槳放入鋁熔體中預熱，將電阻爐溫度調節到700°C，待鋁熔體溫度穩定后，向第二步中得到的鋁溶體中加入預先用鋁箔包好的為鋁熔體重量3%的增粘劑金屬I丐顆粒(粒度為I?3mm)，同時啟動攪拌槳，轉速為200r/min，攪拌2min，使得加入的增粘劑分散均勻，然后加入為鋁熔體重量4%的玄武巖短切纖維，設定轉速為200r/min，攪拌3min，然后設置轉速為500r/min，攪拌3min，使得加入的纖維均勻分散于鋁熔體中，得到鋁熔體混合物；
[0048]第四步，將發泡劑氫化鈦(目數為300±20目)加入到第三步得到的鋁熔體混合物中，加入量為第三步得到的鋁熔體混合物質量的I %，同時啟動攪拌槳，轉速為1000r/min，攪拌30s，攪拌結束后進行保溫，保溫時間為1.5min;
[0049]第五步，將坩禍從電阻爐中取出，采用水冷的方式使泡沫鋁凝固成形，最終得到泡沫鋁復合材料。
[0050]實施例三
[0051 ] 第一步，將購買的玄武巖短切纖維首先在750 0C下進行熱處理，處理時間40min，取出空冷，裝袋供實驗時稱取使用；
[0052]第二步，將商業純鋁錠(純度為質量百分比99.5%工業純鋁)切成鋁塊，稱取880g鋁塊放入坩禍中，啟動電阻爐將溫度升到730°C，保溫60min，使坩禍中的鋁塊熔化并保持溫度均勻，得到鋁熔體；
[0053]第三步，將攪拌槳放入鋁熔體中預熱，將電阻爐溫度調節到690°C，待鋁熔體溫度穩定后，向第二步中得到的鋁溶體中加入預先用鋁箔包好的為鋁熔體重量2.5%的增粘劑金屬I丐顆粒(粒度為I?3mm)，同時啟動攪拌槳，轉速為150r/min，攪拌2min，使得加入的增粘劑分散均勻，然后加入為鋁熔體重量5 %的玄武巖短切纖維，設定轉速為200r/min，攪拌2min，然后設置轉速為600r/min，攪拌4min，使得加入的纖維均勻分散于鋁熔體中，得到鋁熔體混合物；
[0054]第四步，將發泡劑氫化鈦(目數為300±20目)加入到第三步得到的鋁熔體混合物中，加入量為第三步得到的鋁熔體混合物質量的1.5 %，同時啟動攪拌槳，轉速為I 10r/min，攪拌40s，攪拌結束后進行保溫，保溫時間為2min;
[0055]第五步，將坩禍從電阻爐中取出，采用強制風冷的方式使泡沫鋁凝固成形，最終得到泡沫招復合材料。
[0056]本發明未盡事宜為公知技術。
【主權項】
1.一種泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法，其特征為包括以下步驟: 第一步，將玄武巖短切纖維在650 °C?750 °C下熱處理20?40min，然后取出空冷； 第二步，將純鋁錠切成鋁塊后放入坩禍中，升溫到7000C?7400C，保溫40?60min，得到鋁熔體； 第三步，將上步得到的鋁熔體溫度調節到670?710°C;待鋁熔體溫度穩定后，向其中加入為鋁熔體質量2?3 %的增粘劑，100?200r/min下攪拌I?2min ；然后再加入鋁熔體質量3?5%的玄武巖短切纖維，100?200r/min下攬摔2?3min，再在400?600r/min下攬摔3?5min，得到招恪體混合物； 第四步，將發泡劑氫化鈦加入到第三步得到的鋁熔體混合物中，加入量為第三步得到的鋁熔體混合物質量的0.5?1.5%，轉速為900?1200r/min下攪拌20?40秒，攪拌結束后保溫I?2min; 第五步，冷卻至泡沫鋁凝固成形，最終得到泡沫鋁吸聲隔音復合材料。2.如權利要求1所述的泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法，其特征為所述的玄武巖纖維優選為直徑9?18um，長度為5_的商業玄武巖短切纖維。3.如權利要求1所述的泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法，其特征為所述的純鋁錠優選為純度為質量百分比99.5%工業純鋁。4.如權利要求1所述的泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法，其特征為所述增粘劑是金屬媽顆粒，粒度為I?3mm。5.如權利要求1所述的泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法，其特征為所述發泡劑氫化鈦的目數為300 ±20目。6.如權利要求1所述的泡沫鋁吸聲隔音復合材料的制備方法，其特征為所述第五步中冷卻方式為水冷、空冷或強制風冷。
【文檔編號】C22C101/06GK106086717SQ201610520584
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月3日
【發明人】趙維民, 費鵬揚, 夏興川, 丁儉, 王晶
【申請人】河北工業大學