金属纤维

更新时间:2020-10-18 10:00 作者:老哥论坛

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  金属纤维是指金属含量较高,而且金属材料连续分布的、横向尺寸在微米级的纤维形材料。将金属微粉非连续性散布于有机聚合物中的纤维不属于金属纤维。

  金属纤维一般均达微米级,如不锈钢纤维一般直径在10μm左右,且市场供应的细不锈钢纤维平均直径为4μm。金属纤维具有良好的力学性能,不仅断裂比强度和拉伸比模量较高,而且可耐弯折、韧性良好;具有很好的导电性,能防静电,如钨纤维用作白炽灯泡的灯丝,同时它也是防电磁辐射和导电及电信号传输的重要材料;具有耐高温性能;不锈钢纤维、金纤维、镍纤维等还具有较好的耐化学腐蚀性能,空气中不易氧化等性能。

  (1)金属纤维能在500~590℃(930~1100℃)温度下运行,将来可能在更复杂的系统中使用。

  金属纤维可分为三类,即金属箔和有机纤维复合纤维(丝线)、金属化纤维、以及纯金属纤维。

  我国生产的铝/涤复合纤维即属此类,也是具有代表性的一种。铝具有较好的导热性、导电性、抗氧化性,密度小,且熟铝的延展性好,可制成薄膜丝,与涤纶丝复合。铝箔丝最初应用于镶嵌装饰或工业方面,在我国有“金银丝”之称。我国军用“81”型伪装网用基础布巾织有涤纶铝箔复合丝线,用来反雷达侦察。通过合理设计的基础布,成网后不仅能控制雷达波透射率,而且能抵抗外部恶劣条件,起保护作用。

  有机纤维表面镀有镍、铜、钻之类的金属物,并用丙烯酸类等树脂保护膜,日本称为金属化纤维。据介绍,经纺织加工成屏蔽布,对1×10

  Hz的屏蔽率可达99.90%~99.99%,由于它有导电性,也可用来制作抗静电织物等,但尚存在金属膜的牢度问题,尤其要考虑相应的耐洗涤性能。

  具有本质意义的金属纤维,是全部用金属材料制成的纤维,如用铅、铜、铝、不锈钢等制成的纤维,是应用开发的基础。

  用铅制成的铅纤维质软而密度大,有着极为广泛的用途,如隔音、制振、防放射线侵害及电池材料。铜纤维具有优良的导电性、导热性,可用于制备导电织物、导电服等产品。不锈钢纤维是用不锈钢丝拉伸而成的纤维,是世界开发最快、应用最广的金属纤维。不锈钢纤维拉拔丝是长丝束,每束含数千根至数万根不锈钢纤维。不锈钢纤维是柔韧性好,直径8m的不锈钢纤维的柔韧性与直径13m的麻纤维相当;且有良好的机械性能和耐腐蚀性,完全耐硝酸、磷酸、碱和有机化学溶剂的腐蚀;耐热性好,在氧气气氛中,600℃高温下可连续使用,是性能良好的耐高温材料。由不锈钢纤维织成的织物,其电阻随温度的提高而降低,具有很好的纺织应用性能。

  金属纤维的制备可采用拉拔法、纺丝法、切削法、研磨法和镀覆金属烧结法等。

  普通的单线拉拔可得到极细的纤维,其断面形状和表面状态可达到最佳状态,表面光滑,尺寸精确。但生产效率低,模具费用高,因此价格很贵。采用集束拉拔的方法,在一个模子上同时通过数十根乃至数百根的线来进行拉拔,就大大提高了生产效率,降低了成本。集束拉拔是将原料金属线装在包套(如铜套)中拉拔,反复多次,中间附加退火工序,达到一定直径后裁成段,合在一起,再在包套材料内装好后继续拉拔,直至得到要求的纤维丝径。包套材料可用酸(如硝酸)溶去,最后得到所需的金属纤维。

  纺丝法可从液态金属直接生产金属纤维,成本较低,但需专门设备。如将金属熔融后用机械力或气体压力使熔融液从容器底部的小孔流出,并在适当的气氛中凝固。熔融金属从细孑L中流出后,刚凝固不久,金属纤维晶粒间的结合力很弱,具有“热脆性”,故较小的作用力就能使金属纤维切成短纤维。因此,将下降的金属纤维加上一定的剪切力便可得到长短一致的金属短纤维。剪切力可借助于与金属纤维相倾斜的金属板冲击来产生。该法制取金属纤维工艺简单,速度快,无油、水等污染,也无残余应力。

  切削法以固态金属为原料,用刀具切削成纤维屑。其方法简单,生产周期短,成本低,但很难得到截面均匀而光滑的纤维,主要用来生产短的金属纤维。

  将金属在装有某种磨料(高硬度材料)的磨床上进行研磨,通过咬入量、送料量的调节以及磨床上磨料粒度的选择就能得到所要求直径的金属纤维。金属纤维的粗细受许多因素影响,如送料量越大则所得金属纤维越细,而磨料粒度越粗则所得金属纤维也越粗。用这种方法可以制取细的镍或镍合金丝以及镍铁合金一类的强韧性金属纤维。

  在有机纤维上进行金属化学镀、真空蒸镀和金属浆料浸润等,或对有机纤维表面进行导电处理后电镀,再在还原性气氛中热解除去有机物并烧结,或在大气中烧解(或热解)有机物后还原退火除去氧化物,即可得到中空金属纤维。

  将金属粉末或金属氧化物加有机粘结剂调制成浆料,从微孔喷丝头挤出成纤维,高温除去粘结剂后,在还原性气氛中烧结,或直接在还原性气氛中热解除去粘结剂,也可得到金属纤维。还有,如用Ni(OH)

  (1)在智能服装中作为电源传输和电信号传输等的导线)一般功能性服装中的抗静电材料,如果采用金属短纤维混纺,重量混纺比叮在10%以下;如果采用金属纤维长丝,重量混纺比在2.5%以下,即可达到完全消除各种摩擦、感应等静电,这在油、气田及易燃易爆产品的生产企业,石油、天热气等易燃易爆材料的运输过程,电器安全操作场所均很适用。

  (3)金属纤维嵌入织物中,可使其达到良好的电磁波屏蔽效果。在军事、航空、通信及机密屏蔽环境等方面,具有广泛应用。

  (4)化学药剂、加工材料、废液废水过滤的滤网,高温粉尘过滤器的滤网以及要求高强、耐磨、导电运输带等的材料。

  何建新主编;喻红芹,陈金静副主编,新型纤维材料学,华东大学出版社,2014.07


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