1、概述

隨著鋁型材行業(yè)的快速發(fā)展，特別是隔熱斷橋型材的節(jié)能環(huán)保等特點越發(fā)被廣大用戶追捧，普遍用在建筑門窗上，這些好的特性已經(jīng)得到了證明?，F(xiàn)在對隔熱型材的要求已經(jīng)不僅僅是使用在建筑門窗上了，對它的應(yīng)用范圍得到了進一步擴大。

最近我國軌道客車行業(yè)的蓬勃發(fā)展以及對節(jié)能環(huán)保的迫切要求，逐漸認識到隔熱型材的諸多特點更符合這樣的要求?，F(xiàn)在的軌道客車上已經(jīng)開始普遍采用，這給隔熱型材的需求又開闊了一片新的應(yīng)用領(lǐng)域。我們主要探討一下我公司生產(chǎn)用于軌道客車的隔熱型材的一些經(jīng)驗。對于軌道客車上用的隔熱型材國家沒有規(guī)定專門的標準，我們只能夠采用用于建筑鋁型材標準中的GB 5237.6-2004這個標準作為參考依據(jù)。標準規(guī)定抗剪性能是建筑鋁合金隔熱型材重要的性能之一。我國發(fā)布的GB 5237.6-2004《鋁合金建筑型材第6部分:隔熱型材》,本標準參照歐洲prEN14024:2000《隔熱金屬型材性能要求和測試試驗》的要求規(guī)定隔熱型材縱向抗剪特征值應(yīng)≥24N/mm。

鋁型材時效是指：時效，指在一定時期內(nèi)能夠發(fā)生的效用；鋁合金在一定溫度下（分為自然時效和人工時效），保持一段時間，由于過飽和固溶體脫溶和晶格沉淀而使強度逐漸升高的現(xiàn)象。

2、試驗條件與目的

交通運輸行業(yè)的客戶委托我們公司研究生產(chǎn)用于軌道交通車輛上的先由我公司將穿條復(fù)合后的型材交給客戶，客戶再加工成半成品后進行人工時效的特殊工藝生產(chǎn)的隔熱鋁型材。要求的材料是6063鋁型材的性能滿足GB 5237.1-2008的性能指標，穿條復(fù)合型材交貨時不時效，由客戶要把型材加工成所需要的半成品后自己進時效爐進行時效。隔熱條在時效時不能有變形、氣泡等現(xiàn)象，時效后的型材必須滿足GB 5237.6-2004的要求。所以對型材的隔熱條的耐熱性能和復(fù)合后的抗剪切特征值是一個新的挑戰(zhàn)。

因為我們平時生產(chǎn)的隔熱型材都是采用先時效后復(fù)合的工藝，這種狀態(tài)下其內(nèi)部組織基本穩(wěn)定，復(fù)合后型材與隔熱條的嚙合力不再發(fā)生大的變化。而客戶這種工藝要求我們在以前沒有生產(chǎn)過，要保證型材既滿足客戶的這種工藝要求又要使型材達到國標要求，必須經(jīng)過一系列的實驗數(shù)據(jù)來證明其可行性。剛開始我們也走了些彎路不過也從中找到了用這種工藝生產(chǎn)隔熱型材的經(jīng)驗，最終以較高的客戶滿意度完成了這次訂單的生產(chǎn)任務(wù)，與這種工藝要求的客戶建立了長期的戰(zhàn)略合作關(guān)系。

為驗證隔熱鋁型材性能，是否滿足客戶的這種特殊加工工藝要求，我們進行了以下試驗。

3、試驗過程與分析

本次試驗分析我們首先采用了專門定制的耐高溫I型隔熱條。用未時效的型材，先使用耐高溫I型隔熱條將型材復(fù)合，截取成3段長度為2 m的型材，將其中1段進行未時效前的抗剪實驗，另一段使用我們常用的200℃±5℃保溫2小時的時效工藝，剩余的一段按180℃±5℃、保溫4小時的時效制度進行時效處理。

對三段型材分別采用頭尾各截掉200mm,然后按兩頭分別取樣3個，中間取樣4個，每個試樣100mm，在剪切力試驗機上進行試驗抗剪特征值的實驗，對實驗后的數(shù)據(jù)進行分析，具體數(shù)據(jù)結(jié)果見表相應(yīng)的表格（表1、表2、表3）。

按公式（1）計算各試樣單位長度上所能承受的最大剪切力，再按公式（2）計算試樣縱向抗剪特征值。

T=Fmax/L……………………………（1）

式中：

T------試樣單位長度上所能承受的最大剪切力，單位為牛頓每毫米（N/mm）

L------試樣長度，單位為毫米（mm）;

Fmax------最大剪切力，單位為牛頓（N）

Tc=T—2.02*s…………………………..（2）

式中：

Tc--------縱向抗剪特征值，單位為牛頓每毫米（N/mm）
 
--------10個試樣單位長度上所能承受最大剪切力的平均值，單位為牛頓每毫米（N/mm）。

s--------相應(yīng)樣本估算的標準差，單位為牛頓每毫米（N/mm）。

通過以上公式求得三次實驗數(shù)據(jù)的標準差分別為s1=1.474、s2=2.483、s3=2.24

由標準差求的特征值分別為Tc1=45.118、Tc2=10.145、Tc3=10.508

通過以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過200℃±5℃、保溫2小時和180℃±5℃、保溫4小時的時效制度時效處理后，型材的抗剪特征值分別下降了77.5%和76.7%，且Tc2 、Tc3都小于GB5237.6-2004要求的縱向抗剪切特征值大于等于24N/mm的規(guī)定，時效后的型材都屬于不合格品。

經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員研究探討與技術(shù)革新，我們對隔熱條與型材的嚙合過程及原理進行了分析，雖然在輥壓后隔熱型材有較高的縱向剪切力，在經(jīng)過時效處理后，在約180℃-200℃的高溫作用下，鋁型材槽口的外夾頭會因熱脹冷縮的影響，而產(chǎn)生松動，不能緊密咬合隔熱條（如圖1所示），從而使得隔熱型材的縱向剪切力大幅下降。

現(xiàn)在需要解決的一個技術(shù)難題就是在時效時設(shè)法增加隔熱條與鋁型材之間的嚙合力，時效過后依然持續(xù)這種性能不發(fā)生改變，作為提高隔熱鋁型材剪切性能的有效途徑。

經(jīng)過多次討論論證，我們發(fā)現(xiàn)一種新型的帶熱熔膠線隔熱條可以彌補這一不足，常規(guī)耐高溫隔熱條頭部如圖2所示，帶熱熔膠線隔熱條頭部如圖3所示。

熱熔膠線在常溫下是固體，卡在隔熱條上；在時效過程中，當溫度達到100℃左右時，熱熔膠線開始熔化，熔融的熱熔膠線填充滿隔熱條底部與鋁型材間的間隙；當時效完后，溫度開始下降，熔融的熱熔膠便開始固化，并因其有較強的黏結(jié)性能，使得隔熱條與鋁型材黏結(jié)在一起，從而彌補因外夾頭松動帶來的剪切力損失。

采用帶熱熔膠線隔熱條，我們又進行了以下試驗，實驗方法和取樣方法與上次完全相同。具體數(shù)據(jù)結(jié)果見（表4、表5、表6）。

根據(jù)抗剪特征值計算公式，求得三次試驗的的特征值分別為Tc4=51.959、Tc5=19.075、Tc6=48.837。

從試驗數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)：使用帶熱熔膠線隔熱條的復(fù)合型材在時效前比普通耐高溫隔熱條特征值要高，在經(jīng)200℃±5℃時效處理后，特征值下降了62.35%，不符合GB5237.6的要求，經(jīng)180℃±5℃時效處理后，特征值下降了5.72%，依然滿足GB5237.6-2004的要求，將以上數(shù)據(jù)結(jié)合試驗現(xiàn)象進行分析發(fā)現(xiàn)，在200℃±5℃條件下進行時效，因溫度較高，熱熔膠融化溢出，不能起到其應(yīng)有的黏合作用，而在180℃±5℃條件下時效，時效過程中，熱熔膠在熔融狀態(tài)下填充隔熱條底部與鋁型材間的間隙；當時效后，溫度開始下降，熔融的熱熔膠便開始固化，并因其有較強的黏結(jié)性能，使得隔熱條與鋁型材黏結(jié)在一起，從而有效彌補了因外夾頭松動帶來的剪切力損失。

4、試驗結(jié)果與結(jié)論

本文通過對穿條式隔熱型材經(jīng)不同的熱處理工藝前后的特征值變化進行對比分析，從而對“先穿條后時效”生產(chǎn)工藝在實際生產(chǎn)中的可行性進行了探討。
①使用普通耐高溫隔熱條復(fù)合的隔熱型材，先穿條后時效后，抗剪特征值下降76%以上，不能滿足GB 5237.6-2004的要求；

②使用帶熱熔膠線隔熱條復(fù)合的隔熱型材，采用200℃±5℃，保溫2小時時效后，抗剪特征值比時效前下降了62.35%，不能滿足GB 5237.6-2004的要求
②使用帶熱熔膠線隔熱條復(fù)合的隔熱型材，采用180℃±5℃，保溫4小時時效后，抗剪特征值比時效前下降了5.72%，依然能夠滿足GB5237.6-2004的要求；

④帶熱熔膠線隔熱條在時效過程中，熱熔膠在熔融狀態(tài)下填充隔熱條底部與鋁型材間的間隙；當時效完后，熔融的熱熔膠隨溫度下降逐漸固化，因其有較強的黏結(jié)性能，使得隔熱條與鋁型材黏結(jié)在一起，從而有效彌補了因外夾頭松動帶來的剪切力損失，從而實現(xiàn)“先穿條后時效”的生產(chǎn)工藝。