一种泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明为一种泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法。该方法包括以下步骤：将纯铝锭切成铝块后放入坩埚中，升温到700℃～740℃熔融，得到铝熔体；然后向其中加入为铝熔体质量2～3％的增粘剂，再加入铝熔体质量3～5％的玄武岩短切纤维，搅拌均匀后再加入发泡剂氢化钛，搅拌后保温1～2min；冷却至泡沫铝凝固成形，最终得到泡沫铝吸声隔音复合材料。本发明只需将工业纯铝熔体通过熔体发泡法经过一次发泡即可获得吸声隔音性能好、尺寸范围广、高强度、低密度、阻燃性能好、耐候性高的纤维闭孔泡沫铝复合材料。
【专利说明】
一种泡沬铝吸声隔音复合材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明的技术方案涉及闭孔隙的合金的制造，具体地说是一种泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，人们对于生活环境的要求也愈来愈高。伴随着我国城市化和工业化的快速发展，噪音已经成为影响人们生活的一个主要污染源，且噪声对于工作、学习有严重的影响，会造成听力与其他多种疾病。综合以上情况需要一种吸声隔音性能好、尺寸范围广、高强度、低密度、阻燃性能好、耐候性高的材料满足各项要求。
[0003]泡沫铝是由铝基体金属和占体积70%以上的气孔所组成的非均匀材料，具有许多独特的性能。泡沫铝根据孔的连通性可分为开孔泡沫铝和闭孔泡沫铝。闭孔泡沫铝材料具有吸声隔音效果好、比刚度大、比重小、比表面积大、减震性能好等一系列优良性能，在建筑、机械、交通运输和航空航天中有着广泛的应用。
[0004]在已有的研究成果中，CN201910238U公布了一种高效率吸声隔音泡沫铝板的制备方法，该方法将闭孔泡沫通过油压机将孔洞打开变为开孔泡沫铝，该方法需要二次压力加工，孔壁处容易产生裂纹，导致泡沫铝板力学性能差。CN103352135A公开了一种利用渗流法制备吸声隔音开孔泡沫铝的方法，受制备方法的限制，所制得的泡沫铝产品尺寸范围小，特别是厚度方面，且力学性能和吸声隔音性能较差。CN105383113A公开一种用于汽车前盖的泡沫铝隔热降噪金属板，该方法是将泡沫铝板、隔热层和泡沫塑料通过胶粘接在一起，其缺点是采用物理方法将材料粘接到一起，一旦受到较大的弯曲应力，粘接处容易开裂，吸声隔音性能将大大降低，并且粘结剂容易老化失效且耐热性能差。通过以上分析可见，需要发明一种生产工艺简单、产品各项性能优良的泡沫铝复合材料制备方法。
[0005]玄武岩纤维是一种由天然的火山岩玄武岩拉丝而成，是一种新型无机环保材料，其不仅具有良好的吸声隔音效果，而且强度高、耐腐蚀、耐高温，与泡沫铝性能相似。因此，在泡沫铝吸声隔音过程中，玄武岩纤维对于提升其吸声隔音性能起关键作用，研发玄武岩纤维增强泡沫铝复合材料来用于吸声隔音具有重要的理论和实践价值。然而，玄武岩纤维在铝熔体中易团聚形成纤维簇，影响制得的泡沫铝复合材料的性能，并且纤维在泡沫铝孔洞中的伸长量难以控制。
[0006]本发明在对玄武岩纤维进行表面处理的基础上，通过改进传统泡沫铝制备过程中的各项工艺参数解决了上述问题，制造出了吸声隔音性能好、尺寸范围广、高强度、低密度、阻燃性能好、耐候性高的泡沫铝复合材料。
【发明内容】
[0007]本发明的目的为针对当前技术存在的不足，提供一种泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法。该方法采用玄武岩短切纤维与闭孔泡沫铝复合，首先通过对玄武岩纤维进行了热处理，改变了其表面与内部的组织结构，为其在铝基体的分布均匀性提供了先决条件;然后调整了纤维与增粘剂的加入顺序，来实现提高泡沫铝吸声隔音性能的目的。本发明制得一种吸声隔音性能良好的闭孔泡沫铝复合材料。
[0008]本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:
[0009]一种泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0010]第一步，将玄武岩短切纤维在650?750°C下热处理20?40min，然后取出空冷；
[0011]第二步，将纯铝锭切成铝块后放入坩祸中，升温到700?740°C，保温40?60min，得到铝熔体；
[0012]第三步，将上步得到的铝熔体温度调节到670?710°C;待铝熔体温度稳定后，向其中加入为铝熔体质量2?3%的增粘剂，100?200r/min下搅拌I?2min;然后再加入铝熔体质量3?5%的玄武岩短切纤维，100?200r/min下搅拌2?3min，再在400?600r/min下搅拌3?5min，得到铝熔体混合物；
[0013]第四步，将发泡剂氢化钛加入到第三步得到的铝熔体混合物中，加入量为第三步得到的铝熔体混合物质量的0.5?1.5%，转速为900?1200r/min下搅拌20?40s，搅拌结束后保温I?2min;
[0014]第五步，冷却至泡沫铝凝固成形，最终得到泡沫铝吸声隔音复合材料。
[0015]所述的玄武岩纤维优选为直径9?18um，长度为5mm的商业玄武岩短切纤维。
[0016]所述的纯铝锭优选为纯度为质量百分比99.5 %工业纯铝。
[0017]所述增粘剂是金属妈颗粒，粒度为I?3mm。
[0018]所述发泡剂氢化钛的目数为300±20目。
[0019]所述第五步中冷却方式为水冷、空冷或强制风冷。
[0020]上述一种泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法，所用的原料均通过商购获得，所用的设备是本技术领域公知的，所用的操作工艺是本技术领域的技术人员所掌握的。
[0021]本发明的有益效果是:
[0022]与现有技术相比，本发明方法的突出的实质性特点是:
[0023](I)本发明方法只需将工业纯铝熔体通过熔体发泡法经过一次发泡即可获得吸声隔音性能好、尺寸范围广、高强度、低密度、阻燃性能好、耐候性高的纤维闭孔泡沫铝复合材料。
[0024](2)本发明通过对于玄武岩纤维进行热处理，改变了玄武岩纤维表面状态，并且控制玄武岩纤维加入铝熔体后搅拌的速度和时间以及玄武岩纤维与增粘剂的添加顺序，解决了玄武岩纤维在泡沫铝发泡过程中纤维团聚不分散的缺点，制备的泡沫铝复合材料玄武岩纤维均匀的分散于泡沫铝基体之中。
[0025](3)本发明生产的泡沫铝复合材料优化了传统泡沫铝的吸声隔音方式:传统泡沫铝材料当声波接触铝表面时，经过漫反射进入泡沫铝的孔隙内，使铝孔隙内部振动，将声能转变为热能起到消音的作用。以玄武岩短切纤维分散嵌入商业纯铝基闭孔泡沫铝孔隙和孔壁中，当声波通过泡沫铝基体时，声波可以进一步被玄武岩纤维打散，更易被泡沫铝基体吸收。同时，玄武岩纤维与泡沫铝基体结合增大了泡沫铝孔壁的表面粗糙度，声波与铝基体表面发生摩擦作用提高了声能转化为热能的效率，提高了泡沫铝的吸声隔音效率，其吸声隔音途径比纯铝基泡沫铝更多样化，因此这种复合材料具有非常好的吸声隔音效果
[0026](4)本发明通过采用不同的冷却方式，采用空冷、水冷与强制风冷中的一种控制泡沫铝发泡冷却速度，从而控制泡沫铝孔洞的大小，达到调整玄武岩纤维在孔壁和孔内的长度比例。
[0027](5)本发明方法可以完全利用已有的熔体发泡设备，无需增加设备投资，可在基本不增加成本的情况下大幅度提高泡沫铝复合材料的吸声隔音性能，从而增强了产品的竞争力。因此本发明方法制得的泡沫铝复合材料在建筑、交通等领域中具有良好的应用的前景。
[0028](6)本发明方法工艺简便快捷，易操作，在生产过程中对设备的要求不高，原材料来源广泛，便于实现产业化生产。
【附图说明】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0030]图1为玄武岩纤维在泡沫铝中优化吸声隔音效果原理示意图。
[0031]图2为本发明实施例1制得的玄武岩短切纤维与纯铝基闭孔泡沫铝复合材料的实物照片。
[0032]图3为本发明实施例1制得的玄武岩短切纤维与纯铝基闭孔泡沫铝复合材料的吸声系数测试结果与纯铝基泡沫铝的吸声系数对比图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，本发明以下实例仅是对技术方案的证明和佐证，并不限定保护范围仅限于此。
[0034]本发明吸声隔音原理如图1所示，当声波通过泡沫铝基体时，声波会产生漫散射作用，当玄武岩短切纤维分散嵌入商业纯铝基闭孔泡沫铝孔隙和孔壁中，声波可以进一步被玄武岩纤维打散，更易被泡沫铝基体吸收。同时，玄武岩纤维与泡沫铝基体结合增大了泡沫铝孔壁的表面粗糙度，声波与铝基体表面发生摩擦，产生阻尼效应提高了声能转化为热能的效率，从而提高了泡沫铝的吸声效率。
[0035]本发明所述的玄武岩纤维是公知物质，为商业玄武岩短切纤维，其直径9?18um，长度为5mm的。
[0036]实施例一
[0037]第一步，将购买的玄武岩短切纤维首先在680 0C下进行热处理，处理时间为25min，取出空冷，装袋供实验时称取使用；
[0038]第二步，将商业纯铝锭(纯度为质量百分比99.5 %工业纯铝)切成铝块，称取810g铝块放入坩祸中，启动电阻炉将温度升到700°C，保温45min，使坩祸中的铝块熔化并保持温度均匀，得到铝熔体；
[0039]第三步，将搅拌桨放入铝熔体中预热，将电阻炉温度调节到680°C，待铝熔体温度稳定后，向第二步中得到的铝溶体中加入预先用铝箔包好的铝熔体重量2%的增粘剂金属I丐颗粒(粒度为I?3mm)，同时启动搅拌桨，转速为10r/min，搅拌Imin，使得加入的增粘剂分散均匀，然后加入为铝熔体重量3%的玄武岩短切纤维，设定转速为lOOr/min，搅拌2min，然后设置转速为400r/min，搅拌5min，使得加入的纤维均匀分散于铝熔体中，得到铝熔体混合物；
[0040]第四步，将发泡剂氢化钛(目数为300±20目)加入到第三步得到的铝熔体混合物中，加入量为第三步得到的铝熔体混合物质量的0.5%，同时启动搅拌桨，转速为900r/min，搅拌20s，搅拌结束后进行保温，保温时间为lmin;
[0041]第五步，将坩祸从电阻炉中取出，采用空冷的方式使泡沫铝凝固成形，最终得到泡沫铝复合材料。
[0042]图2为本实施事例得到的泡沫铝复合材料的照片，从中可以看出，所制得的泡沫铝复合材料其孔隙比较均匀，且切面无玄武岩短切纤维团聚现象。
[0043]从图3可以看出，纯铝基泡沫铝添加玄武岩纤维之后，吸声系数有了很大的提高。低频吸声系数最高峰提高到了0.52，高频吸声系数提高到了0.7。由此可见纯铝基泡沫铝与玄武岩纤维复合对于提高其吸声特性有很好的效果。
[0044]实施例二
[0045]第一步，将购买的玄武岩短切纤维首先在700 0C下进行热处理，处理时间为30min，
取出空冷，装袋供实验时称取使用；
[0046]第二步，将商业纯铝锭(纯度为质量百分比99.5 %工业纯铝)切成铝块，称取850g铝块放入坩祸中，启动电阻炉将温度升到710°C，保温50min，使坩祸中的铝块熔化并保持温度均匀，得到铝熔体；
[0047]第三步，将搅拌桨放入铝熔体中预热，将电阻炉温度调节到700°C，待铝熔体温度稳定后，向第二步中得到的铝溶体中加入预先用铝箔包好的为铝熔体重量3%的增粘剂金属I丐颗粒(粒度为I?3mm)，同时启动搅拌桨，转速为200r/min，搅拌2min，使得加入的增粘剂分散均匀，然后加入为铝熔体重量4%的玄武岩短切纤维，设定转速为200r/min，搅拌3min，然后设置转速为500r/min，搅拌3min，使得加入的纤维均匀分散于铝熔体中，得到铝熔体混合物；
[0048]第四步，将发泡剂氢化钛(目数为300±20目)加入到第三步得到的铝熔体混合物中，加入量为第三步得到的铝熔体混合物质量的I %，同时启动搅拌桨，转速为1000r/min，搅拌30s，搅拌结束后进行保温，保温时间为1.5min;
[0049]第五步，将坩祸从电阻炉中取出，采用水冷的方式使泡沫铝凝固成形，最终得到泡沫铝复合材料。
[0050]实施例三
[0051 ] 第一步，将购买的玄武岩短切纤维首先在750 0C下进行热处理，处理时间40min，取出空冷，装袋供实验时称取使用；
[0052]第二步，将商业纯铝锭(纯度为质量百分比99.5%工业纯铝)切成铝块，称取880g铝块放入坩祸中，启动电阻炉将温度升到730°C，保温60min，使坩祸中的铝块熔化并保持温度均匀，得到铝熔体；
[0053]第三步，将搅拌桨放入铝熔体中预热，将电阻炉温度调节到690°C，待铝熔体温度稳定后，向第二步中得到的铝溶体中加入预先用铝箔包好的为铝熔体重量2.5%的增粘剂金属I丐颗粒(粒度为I?3mm)，同时启动搅拌桨，转速为150r/min，搅拌2min，使得加入的增粘剂分散均匀，然后加入为铝熔体重量5 %的玄武岩短切纤维，设定转速为200r/min，搅拌2min，然后设置转速为600r/min，搅拌4min，使得加入的纤维均匀分散于铝熔体中，得到铝熔体混合物；
[0054]第四步，将发泡剂氢化钛(目数为300±20目)加入到第三步得到的铝熔体混合物中，加入量为第三步得到的铝熔体混合物质量的1.5 %，同时启动搅拌桨，转速为I 10r/min，搅拌40s，搅拌结束后进行保温，保温时间为2min;
[0055]第五步，将坩祸从电阻炉中取出，采用强制风冷的方式使泡沫铝凝固成形，最终得到泡沫招复合材料。
[0056]本发明未尽事宜为公知技术。
【主权项】
1.一种泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法，其特征为包括以下步骤: 第一步，将玄武岩短切纤维在650 °C?750 °C下热处理20?40min，然后取出空冷； 第二步，将纯铝锭切成铝块后放入坩祸中，升温到7000C?7400C，保温40?60min，得到铝熔体； 第三步，将上步得到的铝熔体温度调节到670?710°C;待铝熔体温度稳定后，向其中加入为铝熔体质量2?3 %的增粘剂，100?200r/min下搅拌I?2min ；然后再加入铝熔体质量3?5%的玄武岩短切纤维，100?200r/min下揽摔2?3min，再在400?600r/min下揽摔3?5min，得到招恪体混合物； 第四步，将发泡剂氢化钛加入到第三步得到的铝熔体混合物中，加入量为第三步得到的铝熔体混合物质量的0.5?1.5%，转速为900?1200r/min下搅拌20?40秒，搅拌结束后保温I?2min; 第五步，冷却至泡沫铝凝固成形，最终得到泡沫铝吸声隔音复合材料。2.如权利要求1所述的泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法，其特征为所述的玄武岩纤维优选为直径9?18um，长度为5_的商业玄武岩短切纤维。3.如权利要求1所述的泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法，其特征为所述的纯铝锭优选为纯度为质量百分比99.5%工业纯铝。4.如权利要求1所述的泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法，其特征为所述增粘剂是金属妈颗粒，粒度为I?3mm。5.如权利要求1所述的泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法，其特征为所述发泡剂氢化钛的目数为300 ±20目。6.如权利要求1所述的泡沫铝吸声隔音复合材料的制备方法，其特征为所述第五步中冷却方式为水冷、空冷或强制风冷。
【文档编号】C22C101/06GK106086717SQ201610520584
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月3日
【发明人】赵维民, 费鹏扬, 夏兴川, 丁俭, 王晶
【申请人】河北工业大学