1、概述

隨著鋁型材行業的快速發展，特別是隔熱斷橋型材的節能環保等特點越發被廣大用戶追捧，普遍用在建筑門窗上，這些好的特性已經得到了證明。現在對隔熱型材的要求已經不僅僅是使用在建筑門窗上了，對它的應用范圍得到了進一步擴大。

最近我國軌道客車行業的蓬勃發展以及對節能環保的迫切要求，逐漸認識到隔熱型材的諸多特點更符合這樣的要求。現在的軌道客車上已經開始普遍采用，這給隔熱型材的需求又開闊了一片新的應用領域。我們主要探討一下我公司生產用于軌道客車的隔熱型材的一些經驗。對于軌道客車上用的隔熱型材國家沒有規定專門的標準，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。標準規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》的要求規定隔熱型材縱向抗剪特征值應≥24N/mm。

鋁型材時效是指：時效，指在一定時期內能夠發生的效用；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象。

2、試驗條件與目的

交通運輸行業的客戶委托我們公司研究生產用于軌道交通車輛上的先由我公司將穿條復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合后的抗剪切特征值是一個新的挑戰。

因為我們平時生產的隔熱型材都是采用先時效后復合的工藝，這種狀態下其內部組織基本穩定，復合后型材與隔熱條的嚙合力不再發生大的變化。而客戶這種工藝要求我們在以前沒有生產過，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，必須經過一系列的實驗數據來證明其可行性。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隔熱型材的經驗，最終以較高的客戶滿意度完成了這次訂單的生產任務，與這種工藝要求的客戶建立了長期的戰略合作關系。

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，對實驗后的數據進行分析，具體數據結果見表相應的表格（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據的標準差分別為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

通過以上數據可以發現，經過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的規定，時效后的型材都屬于不合格品。

經過相關技術人員研究探討與技術革新，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。

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

經過多次討論論證，我們發現一種新型的帶熱熔膠線隔熱條可以彌補這一不足，常規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性能，使得隔熱條與鋁型材黏結在一起，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。具體數據結果見（表4、表5、表6）。

根據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。

從試驗數據分析可以發現：使用帶熱熔膠線隔熱條的復合型材在時效前比普通耐高溫隔熱條特征值要高，在經200℃±5℃時效處理后，特征值下降了62.35%，不符合GB5237.6的要求，經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，將以上數據結合試驗現象進行分析發現，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性能，使得隔熱條與鋁型材黏結在一起，從而有效彌補了因外夾頭松動帶來的剪切力損失。

4、試驗結果與結論

本文通過對穿條式隔熱型材經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”生產工藝在實際生產中的可行性進行了探討。
①使用普通耐高溫隔熱條復合的隔熱型材，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，因其有較強的黏結性能，使得隔熱條與鋁型材黏結在一起，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“先穿條后時效”的生產工藝。