一种具有隔音功能的铝合金摩擦焊型材及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料技术领域，具体是涉及一种具有隔音功能的铝合金摩擦焊型材及其制备方法。

背景技术：

型材是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料通过轧制、挤出、铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体，这类材料具有的外观尺寸一定，断面呈一定形状，具有一定的力学物理性能，型材既能单独使用也能进一步加工成其他制造品，常用于建筑结构与制造安装，机械工程师可根据设计要求选择型材的具体形状、材质、热处理状态、力学性能等参数，再根据具体的尺寸形状要求将型材进行分割，而后进一步加工或热处理，达到设计的精度要求。

严格意义上说，几乎所有的材料都具有隔音作用，其区别就是不同材料间隔音量的大小不同而已，同一种材料，由于面密度不同，其隔音量存在比较大的变化，隔音量遵循质量定律原则，就是隔音材料的单位密集面密度越大，隔音量就越大，面密度与隔音量成正比关系，而铝合金型材由于其质量轻、可塑性强、耐腐蚀等等，在多个领域均受到青睐，但是随着人们对型材隔音效果要求逐渐变高，而传统铝合金型材已逐渐不能满足实际使用需要。

因此，现需要一种新型的具有隔音功能的的铝合金型材来优化增强传统铝合金型材隔音性能不足的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有隔音功能的铝合金摩擦焊型材及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种具有隔音功能的铝合金摩擦焊型材，所述铝合金摩擦焊型材由铝合金壳层、隔音层组成，

所述铝合金壳层两侧内层壁上各设有一组排槽，所述排槽由其上等间距设有的多个矩形分槽组成，所述矩形分槽内侧设有用于配接隔音层的卡槽；

所述隔音层包括隔音中心层板、隔音支板，所述隔音支板与矩形分槽截面相同且内部中空，隔音支板两侧侧面均为内弧形结构，所述隔音支板等间距设置在所述隔音中心层板的两侧且与矩形分槽的数量位置匹配，所述隔音支板与隔音中心层板通过空心管连接。

本发明铝合金摩擦焊型材通过采用铝合金壳层和隔音层的组合拼装方式，提高铝合金摩擦焊型材的大量生产，通过排槽和隔音层的配合，增加铝合金摩擦焊型材内的空隙，再配合隔音支板和隔音中心层板的二级配合消音，显著增强铝合金摩擦焊型材的隔音效果。

进一步地，所述隔音中心层板包括隔音外层、隔音网层，所述隔音外层设置在隔音网层的两侧，隔音网层结构呈菱形网状结构，且各个菱形网孔内填充有隔音微球。通过隔音中心层板的结构设计，利用隔音外层和隔音网层的配合，使隔音中心层板内包含密集分布的菱形网孔，并通过菱形网孔填充的隔音微球增强吸音效果，并将隔音微球的分布分隔为多个菱形网孔分布，从而优化后期型材使用的切割裁剪，改善增强铝合金的隔音性能。

更进一步地，所述排槽、隔音支板、隔音外层、隔音网层均采用铝合金材料制成。铝合金相对于其他金属材料具有质量轻、可塑性强、耐腐蚀等优势。

进一步地，所述隔音支板内填充有矩形吸音棉，隔音支板靠近铝合金壳层一侧侧面、矩形吸音棉靠近矩形分槽一侧侧面上均密集开设有1.5～2mm直径的音孔，所述矩形吸音棉的音孔一侧内壁对应设有与其数量匹配的弧形半管，所述各个弧形半管呈不规则角度设置在其对应的音孔处。通过隔音支板和矩形吸音棉一侧设置的音孔，以增加声波的衍射并利用矩形吸音棉内部腔体对高声波进行有效吸收。

一种具有隔音功能的铝合金摩擦焊型材的制备方法，主要包括以下步骤：

s1：铝合金壳层制备：将排槽在铝合金壳层内层壁上一体成型，得到铝合金壳层备用；

s2：隔音材料制备：分别制备相应数量的隔音微球、矩形吸音棉并备用；

s3：隔音层制备：将隔音支板、隔音外层及空心管一体成型，并在隔音支板靠近铝合金壳层一侧侧面开设均匀密集的音孔，制备隔音网层并将步骤s2制备的隔音微球填充在菱形网孔中，随后将两侧与隔音外层压焊，得到隔音层备用；

s4：铝合金摩擦焊型材制备：将隔音层通过各个隔音支板与铝合金壳层的排槽上的矩形分槽对应卡接，将接缝处焊接后，将步骤s2制备的各个矩形吸音棉粘接入对应隔音支板内，得到铝合金摩擦焊型材。

通过上述方法制备铝合金摩擦焊型材，各部件材料可以单独批量生产，再进行后期的组装装配，以增加铝合金摩擦焊型材生产效率，提高型材的产能产量，更有利于快速地推广和使用。

进一步地，所述步骤s2中隔音微球的制备方法主要包括以下步骤：

1)隔音原球的制备：按质量份数选取35～45份中空二氧化硅微球、6.5～9.0份中空纤维、2～3.5份硅藻土、12～15份有机黏合剂混合得到混合料a，然后按照质量比为3：1喷洒混合水得到湿混料a，将湿混料a挤出造粒制成粒径为1～1.5mm的隔音原球；

2)包覆小球的制备：按质量份数选取10～15份中空二氧化硅微球、8～12份氢氧化镁粉末、6～10份有机黏合剂混合得到混合料b，然后按照质量比为5：2喷洒混合水得到湿混料b，将湿混料b挤出造粒制成粒径为0.1～0.2mm的包覆小球；

3)包覆浆体的制备：将包覆小球与中空二氧化硅微球、中空纤维、硅藻土、有机黏合剂和水按照质量比为：6：4：2：1：3：的比例混合制成包覆浆体，备用；

4)隔音微球的制备：将隔音原球投入过量包覆浆体中搅拌后捞出，将隔音原球平铺后通过红外光辐照处理，处理完成后将其再投入包覆浆体中，重复多次，得到隔音微球。

通过上述配比进行制备隔音微球，利用其多层结构的设计增强对声波的吸收，尤其是低声波，通过多层包覆浆体包覆隔音原球，并配合相应参数功率的红外光辐照进行处理，使隔音原球外包覆的多层包覆浆体具有很多密集细孔，通过密集细孔与中空二氧化硅微球、中空纤维等混合而成的隔音材料配合，增强对声波的吸收，进而提高隔音微球所填充的隔音层的隔音效果。

进一步地，所述混合水由质量份数为6～12份阴离子型聚丙烯酰胺、2～5份硅油、40～50份水混合而成；所述有机黏合剂为羧甲基纤维素。

进一步地，所述红外光辐照参数为：通过红外线加热板进行照射加热，控制红外线加热板与隔音原球距离为5～8cm，加热温度为380～420℃，照射停留时间为6～9s。通过在该参数下进行包覆浆体的照射加热处理，可以有效避免隔音原球及包覆浆体层开裂的同时，使大量氢氧化镁粉末进行分解，使包覆浆体层具有密集细孔。

进一步地，所述步骤s2中矩形吸音棉的制备方法主要包括以下步骤：

1)将环氧树脂、二乙二醇和丙三醇按照质量比为：：1的比例搅拌混合均匀，得到混合物料a；

2)将分别占混合物料a质量的9～13％聚氧化丙烯二醇、1.2～1.8％异丁基乙烯基醚、4～6％促进剂ns加热至35℃后，依次倒入混合物料a中，搅拌10～15min后得到混合物料b；

3)将步骤2)制备的混合物料b倒入预热至55℃的矩形吸音棉模具中，脱模后得到矩形吸音棉初坯；

4)将步骤3)制备的矩形吸音棉初坯挖凿出各个音孔和弧形半管的孔径。

通过上述方法进行矩形吸音棉的制备，可以得到性能优异的异型吸音棉结构，从而提高与隔音支板的装配配合精度，相对于现有吸音棉材料其不具有以适配本发明隔音支板的现有材料。

本发明的有益效果是：

(1)本发明铝合金摩擦焊型材通过采用铝合金壳层和隔音层的组合拼装方式，利用排槽和隔音层的配合，增加铝合金摩擦焊型材内的空隙，再配合隔音支板和隔音中心层板的二级式配合消音，显著增强铝合金摩擦焊型材的隔音效果。

(2)本发明通过隔音支板和中心层板的组合隔音，通过隔音支板及矩形吸音棉的配合进行一级吸音，再通过隔音中心层板及内填充的隔音微球进行二级吸音，可以有效的过滤吸收外界或内界的声波，优化提高铝合金型材的隔音效果。

(3)本发明通过隔音网层内填充的隔音微球有效提高中心层板的隔音效果，利用其多层包覆浆体所具有很多密集细孔结构，以及与中空二氧化硅微球、中空纤维等混合而成的隔音材料配合，增强对声波的吸收效果，进而提高隔音微球所填充的隔音层的隔音效果。

(4)本发明通过隔音支板内填充的矩形吸音棉结构以及音孔设置，以增加声波的衍射并利用矩形吸音棉内部腔体对高声波进行有效吸收，提高隔音效果。

附图说明

图1是本发明铝合金摩擦焊型材的整体结构示意图。

图2是本发明铝合金摩擦焊型材的隔音网层结构示意图。

图3是本发明铝合金摩擦焊型材的隔音支板结构示意图。

图4是本发明铝合金摩擦焊型材的矩形吸音棉主视示意图。

图5是本发明铝合金摩擦焊型材的矩形吸音棉内壁结构示意图。

其中，1-铝合金壳层、11-排槽、12-矩形分槽、13-卡槽、2-隔音层、21-隔音中心层板、211-隔音外层、212-隔音网层、22-隔音支板、23-空心管、24-矩形吸音棉、241-弧形半管。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种具有隔音功能的铝合金摩擦焊型材，铝合金摩擦焊型材由铝合金壳层1、隔音层2组成，铝合金壳层1两侧内层壁上各设有一组排槽11，排槽11由其上等间距设有的多个矩形分槽12组成，矩形分槽12内侧设有用于配接隔音层2的卡槽13；

如图1所示，隔音层2包括隔音中心层板21、隔音支板22，隔音支板22与矩形分槽12截面相同且内部中空，隔音支板22两侧侧面均为内弧形结构，隔音支板22等间距设置在隔音中心层板21的两侧且与矩形分槽12的数量位置匹配，隔音支板22与隔音中心层板22通过空心管23连接。

如图1、2、3所示，隔音中心层板21包括隔音外层211、隔音网层212，隔音外层211设置在隔音网层212的两侧，隔音网层212结构呈菱形网状结构，且各个菱形网孔内填充有隔音微球。通过隔音中心层板21的结构设计，利用隔音外层211和隔音网层212的配合，使隔音中心层板21内包含密集分布的菱形网孔，并通过菱形网孔填充的隔音微球增强吸音效果，并将隔音微球的分布分隔为多个菱形网孔分布，从而优化后期型材使用的切割裁剪，改善增强铝合金的隔音性能。

如图1、3、4、5所示，隔音支板22内填充有矩形吸音棉24，隔音支板22靠近铝合金壳层1一侧侧面、矩形吸音棉24靠近矩形分槽12一侧侧面上均密集开设有1.5～2mm直径的音孔，矩形吸音棉24的音孔一侧内壁对应设有与其数量匹配的弧形半管241，各个弧形半管241呈不规则角度设置在其对应的音孔处。通过隔音支板22和矩形吸音棉24一侧设置的音孔，以增加声波的衍射并利用矩形吸音棉24内部腔体对高声波进行有效吸收。

排槽11、隔音支板22、隔音外层211、隔音网层212均采用铝合金材料制成。铝合金相对于其他金属材料具有质量轻、可塑性强、耐腐蚀等优势。

本发明铝合金摩擦焊型材通过采用铝合金壳层1和隔音层2的组合拼装方式，提高铝合金摩擦焊型材的大量生产，通过排槽11和隔音层2的配合，增加铝合金摩擦焊型材内的空隙，再配合隔音支板22和隔音中心层板21的二级配合消音，显著增强铝合金摩擦焊型材的隔音效果。

上述具有隔音功能的铝合金摩擦焊型材的制备方法，主要包括以下步骤：

s1：铝合金壳层1制备：将排槽11在铝合金壳层1内层壁上一体成型，得到铝合金壳层1备用；

s2：隔音材料制备：分别制备相应数量的隔音微球、矩形吸音棉24并备用；

s3：隔音层2制备：将隔音支板22、隔音外层211及空心管23一体成型，并在隔音支板22靠近铝合金壳层1一侧侧面开设均匀密集的音孔，制备隔音网层212并将步骤s2制备的隔音微球填充在菱形网孔中，随后将两侧与隔音外层211压焊，得到隔音层2备用；

s4：铝合金摩擦焊型材制备：将隔音层2通过各个隔音支板22与铝合金壳层1的排槽11上的矩形分槽12对应卡接，将接缝处焊接后，将步骤s2制备的各个矩形吸音棉24粘接入对应隔音支板22内，得到铝合金摩擦焊型材。

通过上述方法制备铝合金摩擦焊型材，各部件材料可以单独批量生产，再进行后期的组装装配，以增加铝合金摩擦焊型材生产效率，提高型材的产能产量，更有利于快速地推广和使用。

其中，步骤s2中隔音微球的制备方法主要包括以下步骤：

1)隔音原球的制备：按质量份数选取35份中空二氧化硅微球、6.5份中空纤维、2份硅藻土、12份有机黏合剂混合得到混合料a，然后按照质量比为3：1喷洒混合水得到湿混料a，将湿混料a挤出造粒制成粒径为1mm的隔音原球；

2)包覆小球的制备：按质量份数选取10份中空二氧化硅微球、8份氢氧化镁粉末、6份有机黏合剂混合得到混合料b，然后按照质量比为5：2喷洒混合水得到湿混料b，将湿混料b挤出造粒制成粒径为0.1mm的包覆小球；

3)包覆浆体的制备：将包覆小球与中空二氧化硅微球、中空纤维、硅藻土、有机黏合剂和水按照质量比为12：6：4：2：1：3：10的比例混合制成包覆浆体，备用；

4)隔音微球的制备：将隔音原球投入过量包覆浆体中搅拌后捞出，将隔音原球平铺后通过红外光辐照处理，红外光辐照参数为：通过红外线加热板进行照射加热，控制红外线加热板与隔音原球距离为5cm，加热温度为380℃，照射停留时间为6s。通过在该参数下进行包覆浆体的照射加热处理，可以有效避免隔音原球及包覆浆体层开裂的同时，使大量氢氧化镁粉末进行分解，使包覆浆体层具有密集细孔，处理完成后将其再投入包覆浆体中，重复多次，得到隔音微球。

其中，混合水由质量份数为6份阴离子型聚丙烯酰胺、2份硅油、40份水混合而成；有机黏合剂为羧甲基纤维素。

通过上述配比进行制备隔音微球，利用其多层结构的设计增强对声波的吸收，尤其是低声波，通过多层包覆浆体包覆隔音原球，并配合相应参数功率的红外光辐照进行处理，使隔音原球外包覆的多层包覆浆体具有很多密集细孔，通过密集细孔与中空二氧化硅微球、中空纤维等混合而成的隔音材料配合，增强对声波的吸收，进而提高隔音微球所填充的隔音层2的隔音效果。

步骤s2中矩形吸音棉24的制备方法主要包括以下步骤：

1)将环氧树脂、二乙二醇和丙三醇按照质量比为4：1：1的比例搅拌混合均匀，得到混合物料a；

2)将分别占混合物料a质量的9％聚氧化丙烯二醇、1.2％异丁基乙烯基醚、4％促进剂ns加热至35℃后，依次倒入混合物料a中，搅拌12min后得到混合物料b；

3)将步骤2)制备的混合物料b倒入预热至55℃的矩形吸音棉模具中，脱模后得到矩形吸音棉初坯；

4)将步骤3)制备的矩形吸音棉初坯挖凿出各个音孔和弧形半管241的孔径。

通过上述方法进行矩形吸音棉24的制备，可以得到性能优异的异型吸音棉结构，从而提高与隔音支板22的装配配合精度，相对于现有吸音棉材料其不具有以适配本发明隔音支板22的现有材料。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于隔音微球的制备参数不同，步骤s2中隔音微球的制备方法主要包括以下步骤：

1)隔音原球的制备：按质量份数选取40份中空二氧化硅微球、8.5份中空纤维、3份硅藻土、14份有机黏合剂混合得到混合料a，然后按照质量比为3：1喷洒混合水得到湿混料a，将湿混料a挤出造粒制成粒径为1.2mm的隔音原球；

2)包覆小球的制备：按质量份数选取13份中空二氧化硅微球、10份氢氧化镁粉末、8份有机黏合剂混合得到混合料b，然后按照质量比为5：2喷洒混合水得到湿混料b，将湿混料b挤出造粒制成粒径为0.2mm的包覆小球；

3)包覆浆体的制备：将包覆小球与中空二氧化硅微球、中空纤维、硅藻土、有机黏合剂和水按照质量比为16：6：4：2：1：3：23的比例混合制成包覆浆体，备用；

4)隔音微球的制备：将隔音原球投入过量包覆浆体中搅拌后捞出，将隔音原球平铺后通过红外光辐照处理，红外光辐照参数为：通过红外线加热板进行照射加热，控制红外线加热板与隔音原球距离为7cm，加热温度为410℃，照射停留时间为8s。通过在该参数下进行包覆浆体的照射加热处理，可以有效避免隔音原球及包覆浆体层开裂的同时，使大量氢氧化镁粉末进行分解，使包覆浆体层具有密集细孔，处理完成后将其再投入包覆浆体中，重复多次，得到隔音微球。

其中，混合水由质量份数为10份阴离子型聚丙烯酰胺、4份硅油、45份水混合而成；有机黏合剂为羧甲基纤维素。

通过上述配比进行制备隔音微球，利用其多层结构的设计增强对声波的吸收，尤其是低声波，通过多层包覆浆体包覆隔音原球，并配合相应参数功率的红外光辐照进行处理，使隔音原球外包覆的多层包覆浆体具有很多密集细孔，通过密集细孔与中空二氧化硅微球、中空纤维等混合而成的隔音材料配合，增强对声波的吸收，进而提高隔音微球所填充的隔音层2的隔音效果。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于隔音微球的制备参数不同，步骤s2中隔音微球的制备方法主要包括以下步骤：

1)隔音原球的制备：按质量份数选取45份中空二氧化硅微球、9.0份中空纤维、3.5份硅藻土、15份有机黏合剂混合得到混合料a，然后按照质量比为3：1喷洒混合水得到湿混料a，将湿混料a挤出造粒制成粒径为1.5mm的隔音原球；

2)包覆小球的制备：按质量份数选取15份中空二氧化硅微球、12份氢氧化镁粉末、10份有机黏合剂混合得到混合料b，然后按照质量比为5：2喷洒混合水得到湿混料b，将湿混料b挤出造粒制成粒径为0.2mm的包覆小球；

3)包覆浆体的制备：将包覆小球与中空二氧化硅微球、中空纤维、硅藻土、有机黏合剂和水按照质量比为18：6：4：2：1：3：30的比例混合制成包覆浆体，备用；

4)隔音微球的制备：将隔音原球投入过量包覆浆体中搅拌后捞出，将隔音原球平铺后通过红外光辐照处理，红外光辐照参数为：通过红外线加热板进行照射加热，控制红外线加热板与隔音原球距离为8cm，加热温度为420℃，照射停留时间为9s。通过在该参数下进行包覆浆体的照射加热处理，可以有效避免隔音原球及包覆浆体层开裂的同时，使大量氢氧化镁粉末进行分解，使包覆浆体层具有密集细孔。处理完成后将其再投入包覆浆体中，重复多次，得到隔音微球。

其中，混合水由质量份数为12份阴离子型聚丙烯酰胺、5份硅油、50份水混合而成；有机黏合剂为羧甲基纤维素。

通过上述配比进行制备隔音微球，利用其多层结构的设计增强对声波的吸收，尤其是低声波，通过多层包覆浆体包覆隔音原球，并配合相应参数功率的红外光辐照进行处理，使隔音原球外包覆的多层包覆浆体具有很多密集细孔，通过密集细孔与中空二氧化硅微球、中空纤维等混合而成的隔音材料配合，增强对声波的吸收，进而提高隔音微球所填充的隔音层2的隔音效果。

实施例4

本实施例与实施例2基本相同，与其不同之处在于矩形吸音棉24的制备参数不同，步骤s2中矩形吸音棉24的制备方法主要包括以下步骤：

1)将环氧树脂、二乙二醇和丙三醇按照质量比为10：3：2的比例搅拌混合均匀，得到混合物料a；

2)将分别占混合物料a质量的11％聚氧化丙烯二醇、1.6％异丁基乙烯基醚、5％促进剂ns加热至35℃后，依次倒入混合物料a中，搅拌12min后得到混合物料b；

3)将步骤2)制备的混合物料b倒入预热至55℃的矩形吸音棉模具中，脱模后得到矩形吸音棉初坯；

4)将步骤3)制备的矩形吸音棉初坯挖凿出各个音孔和弧形半管241的孔径。

通过上述方法进行矩形吸音棉24的制备，可以得到性能优异的异型吸音棉结构，从而提高与隔音支板22的装配配合精度，相对于现有吸音棉材料其不具有以适配本发明隔音支板22的现有材料。

实施例5

本实施例与实施例2基本相同，与其不同之处在于矩形吸音棉24的制备参数不同，步骤s2中矩形吸音棉24的制备方法主要包括以下步骤：

1)将环氧树脂、二乙二醇和丙三醇按照质量比为6：2：1的比例搅拌混合均匀，得到混合物料a；

2)将分别占混合物料a质量的13％聚氧化丙烯二醇、1.8％异丁基乙烯基醚、6％促进剂ns加热至35℃后，依次倒入混合物料a中，搅拌12min后得到混合物料b；

3)将步骤2)制备的混合物料b倒入预热至55℃的矩形吸音棉模具中，脱模后得到矩形吸音棉初坯；

4)将步骤3)制备的矩形吸音棉初坯挖凿出各个音孔和弧形半管241的孔径。

通过上述方法进行矩形吸音棉24的制备，可以得到性能优异的异型吸音棉结构，从而提高与隔音支板22的装配配合精度，相对于现有吸音棉材料其不具有以适配本发明隔音支板22的现有材料。

实验例

实验组别：分别采用实施例1-5的方法制备面积相同的铝合金摩擦焊型材，并分别记作实验例1-5，并采用现有铝合金空心型材作为本实验的对照组。

分别对各个实验例1-5以及对照例的铝合金摩擦焊型材进行发生室和受声室的构建，其体积分别为：发声室62cm×40cm×20cm；受声室50cm×30cm×20cm，受声室内空气温度为20℃，空气相对湿度为80％；

根据《建筑隔声测量规范》gbj75-84；《建筑隔声评价标准》gb/t50121-2005对实验例1-5及对照例进行隔声量测定，结果如下表1所示：

表1各实验例及对照例的隔声量数据

实验结论：

1)由表1数据可知，根据实验例1-5与对照例的数据对比可以看出，采用本发明制备的铝合金摩擦焊型材的隔音效果均优于对照例，因此，通过本发明方法构建制备的铝合金摩擦焊型材可以显著增强铝合金型材的隔音效果。

2)由表1数据可知，根据实验例1-3的数据对比可以看出，不同的隔音微球制备参数对型材隔声量存在有一定影响，而采用实验例2的制备参数所制备的隔音微球其应用在铝合金摩擦焊型材中是效果相对最优的。

3)由表1数据可知，根据实验例2、4和5的数据对比可以看出，不同的矩形吸音棉24制备参数对型材隔声量存在有一定影响，其中以实验例4的制备参数所制备的矩形吸音棉24其应用在铝合金摩擦焊型材中是效果相对最优的。

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