一种新型的矿物纤维与铝基合金复合板材及生产方法与流程

本发明涉及一种新型复合板材及生产方法，具体说是一种新型的矿物纤维与铝基合金复合板材及生产方法，特别适用于高强度、低比重、抗氧化、低成本的车用板材及其它领域。

背景技术：

目前，民用机动车辆减重节能为大势所趋；据统计，车辆每减重100公斤，可降低能耗5％-7％，普通民用中低档次的机动车辆减重手段为减小钢板厚度，但带来的直接后果是车辆碰撞安全系数大大降低；高档车辆的减重手段为大量使用碳纤维以及铝合金材料，成本高昂。

在其它工业及民用领域，金属及非金属板材作为基础材料大量应用，黑色金属板材(如钢板)价格低强度较高但比重大，有色金属板材(如铝基合金)比重轻但强度稍弱且价格高；非金属板材(如塑料)等大多为有机材料，易燃易老化，限制了其使用途径。

矿物纤维具有高强度(抗拉强度是钢材6倍)、高耐磨、低比重(0.2-0.7g/cm³)、原料易得、成本低廉等优势，早在上世纪80年代，日本就已经将矿物纤维与铝基合金混合制作内燃机活塞，使用寿命是传统活塞的十几倍且比重仅为传统活塞的三分之一，目前国内也有相关厂家在生产，但由于制作工艺复杂，成本较高，故仅仅限于活塞等特殊领域使用，类似板材类的矿物纤维与铝基合金复合材料尚无大范围使用相关文献。

我国是一个铝资源大国，金属铝产能严重过剩；同时我国也是钢铁产能大国，但铁矿石资源匮乏，尤其是一些特殊钢材(如车用板材)长期依赖进口，限制了行业发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种高强度(抗拉强度250-650Mpa)、低比重(1.2-2.7g/cm³)、成本低廉(与普通碳钢板材相近)的新型矿物纤维与铝基合金复合板材及生产方法。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种新型的矿物纤维与铝基合金复合板材及生产方法，所述的复合板材成份组成包括10-70％(重量比例)的矿物纤维，10-70％(重量比例)的铝基合金，所述铝基合金优先选择铝锌合金和铝镁合金；所述的复合板材中矿物纤维与铝基合金的组成形态为：纵横交错、均匀搭接的矿物纤维毯或纸，以铝基合金液渗透，冷却挤压后，铝基合金紧密包裹住每根矿物纤维并充填满矿物纤维间的间隙，起到矿物纤维的粘结作用；而矿物纤维低比重(0.2-0.7g/cm³)、高强度、低成本的特性优势存在于复合板材内，拉低了板材比重，降低了板材成本，并且纵横交错的矿物纤维犹如在合金板内加入了无数根加强筋，如同钢筋混凝土的原理一般，铝基合金比喻为混凝土，矿物纤维比喻为钢筋，配合铝基合金对矿物纤维的握裹力，形成一种轻质高强度矿物纤维与铝基合金复合板材。

所述的一种新型的矿物纤维与铝基合金复合板材的生产方法，生产设备包括热处理隧道炉、铝基合金液池、合金液加热元器件、将矿物纤维毯或纸保护状态下带入液池的上、下带孔传送托带、压滤辊组、厚度调节辊组以及切边、收卷装置。

所述的热处理隧道炉的作用是加热矿物纤维毯或纸，以便消除纤维内在应力，重新排序晶格结构，使其更容易与铝基合金液紧密结合。

所述的铝基合金液池为下部带加热装置、外部敷有保温材料的容器，其作用是：热处理过的矿物纤维毯或纸进入铝基合金液池浸泡，充分吸收铝基合金液，结合形成复合材料，进而随着各个辊组挤压形成复合板材；随着矿物纤维不断进入、吸收合金液，需要随时向铝基合金液池内补充消耗的合金液。

所述的上、下带孔传送托带为表面光滑的、密布透孔的柔性金属带或金属网，由于铝基合金液密度大、浮力大，而矿物纤维材料密度小，为避免其在合金液中上浮而影响正常生产，采用上、下带孔传送托带夹着矿物纤维前行，密布的透孔是为了使铝基合金液通过透孔渗透矿物纤维材料。

所述的压滤辊组为等速反方向运转的动力对辊，压力可调节，其作用是压榨出刚刚吸收了铝基合金液的复合板材，此时合金液尚未冷却，还处于液态，通过压滤辊组的挤压，将多余的合金液压榨出来返回铝基合金液池，减少有色金属消耗量。

所述的厚度调节辊组为等速反方向运转的动力对辊，压力可调节，其作用是挤压尚未冷却的复合板材，提高其密实度以增加强度，并通过挤压达到所需的厚度。

本发明的优势在于：将廉价、质轻、高强度的矿物纤维毯或纤维纸，与价格较高的铝基合金相结合，通过科学的生产方式，生产出成本低廉、比重小、强度高的轻质高强度矿物纤维与铝基合金复合板材，为相关配套行业的节能减排、降低成本、消化过剩产能提供服务。

附图说明

图1为一种新型的矿物纤维与铝基合金复合板材的生产方法示意图；

图2为上、下带孔传送托带的结构示意图；

图3为一种新型的矿物纤维与铝基合金复合板材的结构示意图；

附图标记说明：1-热处理隧道炉；2-矿物纤维毯或纤维纸；3-纤维预压辊组；4-下带孔传送托带；5-上带孔传送托带；6-加热元器件；7-压滤辊组A；8-压滤辊组B；9-厚度调节辊组C；10-厚度调节辊组D；11-厚度调节辊组E；12-切边刀；13-矿物纤维与铝基合金复合板材；14-收卷装置；15-合金液池；16-合金液面拨渣辊；17-合金液箱体保温层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例一：

请参阅图1所示，一种新型的矿物纤维与铝基合金复合板材的生产方法，生产设备包括热处理隧道炉1、合金液池15、压滤辊组A7和压滤辊组B8，以及、厚度调节辊组C9、厚度调节辊组D10；厚度调节辊组E11以及将产品矿物纤维与铝基合金复合板材13修剪至规定宽度的切边刀12、收卷装置14；所述的合金液池内安装有合金液加热元器件6、将矿物纤维毯或纤维纸2带入液池的上带孔传送托带5、下带孔传送托带4以及合金液面拨渣辊16，在合金液池外壁敷有合金液箱体保温层17。

以下简述本实施例复合板材的生产过程：

20毫米厚、密度0.2g/cm³的矿物纤维毯2通过热处理隧道炉1，被加热至650℃进行热处理，消除内在应力，重新排序晶格结构，以便更容易与铝基合金液紧密结合；热处理过的纤维毯被纤维预压辊组3预压至5毫米，预压过后被下带孔传送托带4和上带孔传送托带5对夹保护着传送进入合金液池15，合金液池内的高温合金液为铝锌合金，密度为2.7g/cm³，铝锌合金液温度被加热元器件6加热至550℃，高温合金液的上液面处于合金液面拨渣辊16中心位置；在传送过程中高温铝锌合金液通过带孔传送带上密布的透孔渗透矿物纤维毯，传送出高温合金液面后随即被压滤辊组A7挤压至4毫米厚，渗透在矿物纤维毯中多余的合金液被压榨出来流入合金液池，紧接着被压滤辊组B8二次挤压至3.5毫米厚，以便进一步压榨出多余的合金液；挤压后的3.5毫米厚度的复合板材在大气中迅速冷却固化，依次通过厚度调节辊组C9、厚度调节辊组D10、厚度调节辊组E11，被逐步挤压成厚度3毫米、密度2.2g/cm³的铝锌合金与矿物纤维复合板材，随后被切边刀12裁切掉不规则毛边，随即被收卷装置14收卷既成成品；该型复合板材每平米重量为6.7公斤，其中矿物纤维成分重量4公斤，铝锌合金成分重量2.7公斤，抗拉强度450Mpa。

该型矿物纤维与铝锌合金的结合形态示意图请参阅图3所示，剖面纵线及点为矿物纤维分布形态，其余部分均为铝锌合金。

图2所示为上带孔传送托带和下带孔传送托带的结构示意图，拖带为表面光滑的、密布透孔的柔性金属带或金属网，由于铝锌合金液密度大、浮力大，而矿物纤维材料密度小，为避免其在合金液中上浮而影响正常生产，采用上、下带孔传送托带夹着矿物纤维前行，密布的透孔是为了使铝锌合金液通过透孔渗透矿物纤维材料。

实施例二：

5毫米厚、密度0.5g/cm³的矿物纤维纸2通过热处理隧道炉1，被加热至600℃进行热处理，热处理过的纤维纸被纤维预压辊组3预压至4毫米，预压过后被下带孔传送托带4和上带孔传送托带5对夹保护着传送进入合金液池15，合金液池内的高温合金液为铝镁合金，密度为2.1g/cm³，铝镁合金液温度被加热元器件6加热至750℃，高温合金液的上液面处于合金液面拨渣辊16中心位置；在传送过程中高温铝镁合金液通过带孔传送带上密布的透孔渗透矿物纤维纸，传送出高温合金液面后随即被压滤辊组A7挤压至2.5毫米厚，渗透在矿物纤维纸中多余的合金液被压榨出来流入合金液池，紧接着被压滤辊组B8二次挤压至2.3毫米厚，以便进一步压榨出多余的合金液；挤压后的2.3毫米厚度的复合板材在大气中迅速冷却固化，依次通过厚度调节辊组C9、厚度调节辊组D10、厚度调节辊组E11，被逐步挤压成厚度2毫米、密度2.25g/cm³的铝镁合金与矿物纤维复合板材；该型复合板材每平米重量为4.5公斤，其中矿物纤维成分重量2.5公斤，铝镁合金成分重量2公斤，抗拉强度650Mpa。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。