Industrializácia a aplikácia voštinovej hliníkovej fólie

Výskum priemyselného využitia voštinovej hliníkovej fólie

Voštinové sendvičové kompozitné materiály sú ľahké, majú dobrú absorpciu kompresnej energie, a majú vysokú špecifickú tuhosť a špecifickú pevnosť.

S minimálnym prírastkom hmotnosti, môžu účinne zlepšiť tuhosť v ohybe a zlepšiť schopnosť odolávať ohybovým momentom a tlakom, čo z nich robí ideálny ľahký priemyselný materiál.

V súčasnosti, s rastúcou interdisciplinárnou spoluprácou, voštinové sendvičové materiály priťahujú čoraz väčšiu pozornosť výskumníkov.

Rýchly vývoj a dozrievanie výrobných procesov v posledných rokoch viedli k výraznému zníženiu výrobných nákladov, podpora aplikácie voštinových sendvičových materiálov z vojenských a leteckých oblastí do civilného a komerčného sektora.

V súčasnosti, najpoužívanejšie voštinové sendvičové štruktúry na trhu sú väčšinou šesťuholníkové plástové štruktúry, ktoré napodobňujú prírodné plásty.

Medzi najčastejšie používané patrí hliníková voština, Nomexový plást, papierový plást, a sklolaminátový plást, ktoré sú široko používané v automobilovom priemysle, stavba lodí, výstavby, a obalový priemysel.

Tento článok sa zameria na diskusiu o metódach priemyselnej výroby, procesy, a mechanické vlastnosti hliníkových voštinových sendvičových materiálov.

Voštinové jadro z hliníkovej fólie

1. Hliníková voštinová sendvičová štruktúra

Hliníková voštinová sendvičová konštrukcia pozostáva z čelného panelu, základný panel, a hustý, ľahké hliníkové voštinové jadro vložené medzi ne.

Predný panel a jadro sú navzájom spojené lepidlom, aby vytvorili tuhosť, integrovaná štruktúra.

Horný a spodný panel sú zvyčajne vyrobené z 3003 alebo 5052 zliatinové hliníkové plechy, a dá sa laminovať aj protipožiarnymi doskami, kameň, alebo keramika.

Povrchová úprava čelných panelov zahŕňa fluorokarbónový povlak, valčekový náter, tepelná prenosová tlač, kefovanie, a oxidáciu. Hrúbka laminovaných čelných panelov je 0,4–2,0 mm.

Materiál rámu je hliníkový profil 6063-T4 alebo nehrdzavejúca oceľ. The hliníkový voštinový materiál jadra je väčšinou vyrobený z 3003 alebo 5052 hliníková fólia.

Vzhľadom na vyššie náklady na spracovanie 5052 zliatina, 3003 zliatina je v súčasnosti na komerčnom trhu najpoužívanejšia. Hrúbka hliníkovej fólie vo voštinovom jadre sa pohybuje od 0.02 do 0.08 mm, a dĺžky strán hliníkovej voštiny sú dostupné v 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, a 12 mm.

Voštinové jadrá možno kategorizovať podľa tvaru, vrátane štvorca, kosoštvorcový, kruhový, a pravidelný šesťuholník.

Porovnanie štruktúr a výkonu rôznych tvarov, pravidelná šesťuholníková štruktúra je jednoduchá na výrobu, používa menej materiálu, má vysokú konštrukčnú účinnosť, a ponúka lepšiu odolnosť voči tlaku a ťahu, čo z neho robí najpoužívanejší typ. Celková hrúbka voštinového panelu je 15-25 mm.

2. Spracovanie polotovaru z hliníkovej voštinovej fólie

Pásové polotovary valcované za studena sa spracúvajú hlavne tromi spôsobmi: odlievanie ingotov valcovaných za tepla, dvojvalcové plynulé liatie a valcovanie, a Hazlett kontinuálne liatie a valcovanie.

Konvenčné 3003 zliatinové voštinové fóliové produkty využívajú proces odlievania z taveniny s priamym chladením valcovaním za tepla.

Počas tavenia, hliníkové ingoty s obsahom 99.7% alebo vyššie, pevný odpad, a 10% do 30% elektrolytická hliníková kvapalina sa umiestni do taviacej pece.

Roztavený hliník sa formuje do ingotov (veľké ploché ingoty) z 400-600 mm cez formy rôznych veľkostí.

Ingoty je potrebné rezať na oboch koncoch, frézované, a znovu zahriata na 480-550 ℃ a udržiavaná 20-25 hodín pred odoslaním do dvojzvitkovej valcovne za tepla.

Cez vysoký tlak, viacprechodové valcovanie, za tepla valcované hliníkové zvitky z 6-8 vyrába sa hrúbka mm, ktoré sa potom prenesú do procesu valcovania za studena na ďalšie valcovanie.

Zariadenia na valcovanie za tepla si vyžadujú vysoké investície, zahŕňa zložité procesy, spotrebuje veľa energie, má dlhý výrobný cyklus, a výsledkom sú relatívne vysoké výrobné náklady.

Vo všeobecnosti sa používa na výrobu plechoviek, automobilové oceľové plechy, hrubé dosky z tvrdej zliatiny, špičkové CTP platne, a elektronická hliníková fólia.

Dvojvalcové plynulé liatie a valcovanie má tri formy: top-for, horizontálne, a naklonený. Ich proces odlievania je do značnej miery rovnaký.

Po prvé, hliníkové ingoty s obsahom 99.7% alebo vyššie, pevný odpad, a 20% do 60% elektrolytická hliníková kvapalina sa používa ako surovina.

Tie sa tavia v peci za vzniku taveniny hliníka alebo zliatiny hliníka. Teplota je zvyčajne nižšia ako 760 ° C, 90 o 100 ℃ vyšší ako bod topenia hliníka alebo hliníkovej zliatiny, pomocou najnižšej možnej teploty.

Huawei 3003 Jumbo rolka z hliníkovej fólie

Po rafinácii a usadení, roztavený hliník sa prenesie do udržiavacej pece, kde sa teplota reguluje na 720-740 °C. Potom prúdi cez výlevku a žľab do odplyňovacieho zariadenia, kde sa online pridáva rafinér obilia.

Po filtrácii, prúdi do prednej komory, kde je možné kontrolovať hladinu kvapaliny. Potom prechádza cez odlievaciu dýzu vyrobenú z hliníkového kremičitanového materiálu s rozdeľovačmi prietoku, a vstupuje do priestoru medzi odlievacími valcami, ktoré sa otáčajú v rovnakom smere a sú vybavené cirkulujúcou chladiacou vodou, tvoriaci a 6-8 mm liaty pás.

Tento pás je potom zvinutý do liateho zvitku určitej šírky pomocou navíjacieho zariadenia. Proces dvojvalcového kontinuálneho odlievania a valcovania vyžaduje menej investícií, je vysoko efektívny, má nízku spotrebu energie, a nízke výrobné náklady.

Počas výroby, roztavený kov podlieha rýchlemu ochladzovaniu v zóne odlievania a valcovania, s rýchlosťou ochladzovania dosahujúcou 102-103 °C/s. Tuhnutie prebieha rýchlo, smerová tepelná kryštalizácia, výsledkom je vysoko smerový rast kryštálov, takmer kolmo na povrch odlievacích valcov.

Tento proces je charakterizovaný tvorbou početných dendritických kryštálov, sprevádzaná istou segregáciou. Lokálne, dendritické kryštály v strede pásika rýchlo rastú do stĺpcových kryštálov, zviera uhol 55°-65° so stredom pásu.

Pri výrobe 6-7 hrúbka mm 3003 zliatina, s rýchlosťou odlievania 600-800 mm/min, výsledná mikroštruktúra vykazuje segregáciu a lokálne hrubé zrná.

To nielen zvyšuje nestabilitu výroby, ale vedie aj k zníženiu stability výkonu produktu po následných valcovacích procesoch.

Vysoká priepustnosť (Hazlett) kontinuálne liatie a valcovanie využíva pec na udržiavanie taveniny, zamestnávanie 80%-85% roztavený hliník a 15%-20% pevný materiál na tavenie v peci, s teplotou topenia kontrolovanou pri 740-760 °C.

Proces využíva rafinačný mlyn HD2000, kde sa špecifický pomer Ar a Cl2 vstrekuje cez vysokorýchlostný rotujúci grafitový rotor. Po vyrovnaní sa >1 hodina, roztavený hliník prúdi cez prietokový kanál do vstupu do odplyňovacej komory SNIF.

Na vstupe je pridaný čistič zrna. Roztavený hliník potom prúdi cez filtračnú skriňu do prednej komory so stabilnou a nastaviteľnou hladinou kvapaliny. Pod hydrostatickým tlakom, roztavený hliník prúdi do vákuovo izolovanej odlievacej dýzy sklonenej nadol pod uhlom približne 6°.

Tryska je naplnená cirkulujúcou vodou, podporované magnetickými podpornými valčekmi, a nepretržite odlieva a 19 doska hrúbky mm medzi hornými a spodnými oceľovými pásmi so špecifickým povlakom na ich vonkajšom povrchu.

Rýchlosť chladenia počas odlievania dosahuje 30~80 ℃/s, spadajúce medzi tradičné valcovanie za tepla a dvojvalcové kontinuálne liatie. Pri výrobe 3003 hliníková fólia, štruktúra zŕn je blízka štruktúre ingotov valcovaných za tepla.

Odliata brama sa privádza priamo do trojvalcovej stolice na kontinuálne valcovanie za tepla, vyrábajúce 3003 zliatinové dosky s hrúbkou 2,5~4,5 mm. Rýchlosť odlievania je 6,5~8 m/min, rýchlosť valcovania je 30~80 m/min, a výkon je 35~50 t/h. Tento vysokovýkonný proces kontinuálneho odlievania a valcovania sa môže pochváliť vysokou efektivitou výroby.

V porovnaní s valcovaním za tepla, eliminuje to pílenie, frézovanie, a homogenizačné procesy, nielen zlepšenie efektivity výroby a skrátenie cyklu práce v procese, ale aj šetrenie 500 kWh/t spotreby elektriny a zníženie celkových nákladov o viac ako viac 600 juan/t.

Súčasný domáci výskum sa primárne zameriava na použitie odlievania ingotov valcovaných za tepla na výrobu 3003 sendvičové materiály zliatinovej voštinovej fólie, pri výskume vysokovýkonných procesov kontinuálneho liatia a valcovania na výrobu 3003 sendvičové materiály z voštinovej fólie zo zliatiny takmer neexistujú.

Industrializácia a aplikácia voštinovej hliníkovej fólie

3. Experimentálny postup

Tradičné za tepla valcované 6-8 Proces valcovania predvalkov je nasledujúci: 6-8 mm predvalok → homogenizácia → valcovanie za studena → 0.02-0.08 mm → rezanie → poťahovanie → vytvrdzovanie → voštinové jadro hotový výrobok.

Vysokovýkonný proces kontinuálneho liatia a valcovania je: 2.5-4.5 mm predvalok → homogenizácia → valcovanie za studena → 0.02-0.08 mm → rezanie → náter → vytvrdzovanie. Tento experiment sa vzťahuje na národnú normu 3003 zloženie zliatiny, a proces tavenia prijíma jednotný štandard kontroly.

Špecifické zloženie zliatiny je uvedené v tabuľke 1.

Proces homogenizácie pre 3003 zliatinový predvalok je 550 ℃ pre 25-35 h. Po homogenizácii, za tepla valcovaný materiál mal hrúbku 7.0 mm, pevnosť v ťahu 106 MPa, a predĺženie 43%.

Kontinuálne odlievaný a valcovaný predvalok mal hrúbku o 3.5 mm, pevnosť v ťahu 117 MPa, a predĺženie 39%.

Obidva predvalky boli homogenizované a spracované rovnakým spôsobom, výsledkom je hrúbka hotového výrobku 0.038 mm.

Narezali sa vzorky hotového výrobku 30 mm × 180 kusy mm, a testovali sa ich mechanické vlastnosti a pevnosť zvaru.

Materiál valcovaný za tepla mal pevnosť v ťahu 264 MPa, predĺženie 4.5%, a pevnosť zvarenia za tepla 15 N.

Kontinuálne odlievaný a valcovaný materiál mal pevnosť v ťahu 272 MPa, predĺženie 3.8%, a pevnosť zvarenia za tepla 16 N.

Podľa spätnej väzby trhu, mechanické vlastnosti hotových výrobkov z bežnej voštinovej hliníkovej fólie vyžadujú pevnosť v ťahu >260 MPa, predĺženie >3%, pevnosť tepelného tesnenia >14 N, a rovný a čistý povrch, aby sa zabránilo ovplyvneniu následného nanášania lepidla.

Porovnanie týchto údajov, je zrejmé, že sendvičové materiály z hliníkových voštinových fólií vyrábané pomocou vysokovýkonného procesu kontinuálneho liatia a valcovania majú významné výhody, vrátane kratšieho výrobného procesu, vyšší výnos, nižšia spotreba energie, a lepší výkon produktu.

4. Záver

Vysokovýkonný proces kontinuálneho odlievania a valcovania na výrobu 3003 polotovary zliatinovej voštinovej fólie, v porovnaní s tradičným procesom valcovania za tepla, môže výrazne skrátiť tok procesu a zlepšiť výťažok pri zabezpečení kvality produktu.

Vysokovýkonné plynulé liatie a valcovanie 3003 zliatina 3.5 mm a valcovaním za tepla 7.0 mm polotovary sa riadili rovnakým výrobným procesom, výsledkom je prakticky žiadny rozdiel v mechanických vlastnostiach hotových výrobkov, oba spĺňajú kvalitatívne požiadavky hliníkovej voštinovej fólie.