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金屬纖維

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金屬纖維是指金屬含量較高,而且金屬材料連續分佈的、橫向尺寸在微米級的纖維形材料。將金屬微粉非連續性散佈於有機聚合物中的纖維不屬於金屬纖維。 [1] 
中文名
金屬纖維
外文名
metal fiber
性    能
良好的導電、導熱、導磁和耐高温
用    途
民用行業如電子、化工、機械
製備方法
拉拔法、紡絲法、切削法等
學    科
材料科學技術

目錄

金屬纖維性能

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金屬纖維一般均達微米級,如不鏽鋼纖維一般直徑在10μm左右,且市場供應的細不鏽鋼纖維平均直徑為4μm。金屬纖維具有良好的力學性能,不僅斷裂比強度和拉伸比模量較高,而且可耐彎折、韌性良好;具有很好的導電性,能防靜電,如鎢纖維用作白熾燈泡的燈絲,同時它也是防電磁輻射和導電及電信號傳輸的重要材料;具有耐高温性能;不鏽鋼纖維、金纖維、鎳纖維等還具有較好的耐化學腐蝕性能,空氣中不易氧化等性能。
金屬纖維具有以下特徵:
(1)金屬纖維能在500~590℃(930~1100℃)温度下運行,將來可能在更復雜的系統中使用。
(2)金屬纖維在高温下承受高壓降、淨化能力及穩定性都優於陶瓷濾料。
(3)金屬纖維具有不規則斷面和常規表面積,使它具有非常大的比表面積。 [2] 

金屬纖維分類

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金屬纖維 金屬纖維
金屬纖維可分為三類,即金屬箔和有機纖維複合纖維(絲線)、金屬化纖維、以及純金屬纖維。
(一)金屬箔和有機纖維複合纖維
我國生產的鋁/滌複合纖維即屬此類,也是具有代表性的一種。鋁具有較好的導熱性、導電性、抗氧化性,密度小,且熟鋁的延展性好,可製成薄膜絲,與滌綸絲複合。鋁箔絲最初應用於鑲嵌裝飾或工業方面,在我國有“金銀絲”之稱。我國軍用“81”型偽裝網用基礎布巾織有滌綸鋁箔複合絲線,用來反雷達偵察。通過合理設計的基礎布,成網後不僅能控制雷達波透射率,而且能抵抗外部惡劣條件,起保護作用。
(二)金屬化纖維
有機纖維表面鍍有鎳、銅、鑽之類的金屬物,並用丙烯酸類等樹脂保護膜,日本稱為金屬化纖維。據介紹,經紡織加工成屏蔽布,對1×1010~3×1010Hz的屏蔽率可達99.90%~99.99%,由於它有導電性,也可用來製作抗靜電織物等,但尚存在金屬膜的牢度問題,尤其要考慮相應的耐洗滌性能。
(三)純金屬纖維
具有本質意義的金屬纖維,是全部用金屬材料製成的纖維,如用鉛、銅、鋁、不鏽鋼等製成的纖維,是應用開發的基礎。
用鉛製成的鉛纖維質軟而密度大,有着極為廣泛的用途,如隔音、制振、防放射線侵害及電池材料。銅纖維具有優良的導電性、導熱性,可用於製備導電織物、導電服等產品。不鏽鋼纖維是用不鏽鋼絲拉伸而成的纖維,是世界開發最快、應用最廣的金屬纖維。不鏽鋼纖維拉拔絲是長絲束,每束含數千根至數萬根不鏽鋼纖維。不鏽鋼纖維是柔韌性好,直徑8m的不鏽鋼纖維的柔韌性與直徑13m的麻纖維相當;且有良好的機械性能和耐腐蝕性,完全耐硝酸、磷酸、鹼和有機化學溶劑的腐蝕;耐熱性好,在氧氣氣氛中,600℃高温下可連續使用,是性能良好的耐高温材料。由不鏽鋼纖維織成的織物,其電阻隨温度的提高而降低,具有很好的紡織應用性能。 [3] 

金屬纖維製備

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金屬纖維的製備可採用拉拔法、紡絲法、切削法、研磨法和鍍覆金屬燒結法等。
1)拉拔法
普通的單線拉拔可得到極細的纖維,其斷面形狀和表面狀態可達到最佳狀態,表面光滑,尺寸精確。但生產效率低,模具費用高,因此價格很貴。採用集束拉拔的方法,在一個模子上同時通過數十根乃至數百根的線來進行拉拔,就大大提高了生產效率,降低了成本。集束拉拔是將原料金屬線裝在包套(如銅套)中拉拔,反覆多次,中間附加退火工序,達到一定直徑後裁成段,合在一起,再在包套材料內裝好後繼續拉拔,直至得到要求的纖維絲徑。包套材料可用酸(如硝酸)溶去,最後得到所需的金屬纖維。
2)紡絲法
紡絲法可從液態金屬直接生產金屬纖維,成本較低,但需專門設備。如將金屬熔融後用機械力或氣體壓力使熔融液從容器底部的小孔流出,並在適當的氣氛中凝固。熔融金屬從細孑L中流出後,剛凝固不久,金屬纖維晶粒間的結合力很弱,具有“熱脆性”,故較小的作用力就能使金屬纖維切成短纖維。因此,將下降的金屬纖維加上一定的剪切力便可得到長短一致的金屬短纖維。剪切力可藉助於與金屬纖維相傾斜的金屬板衝擊來產生。該法制取金屬纖維工藝簡單,速度快,無油、水等污染,也無殘餘應力
3)切削法
切削法以固態金屬為原料,用刀具切削成纖維屑。其方法簡單,生產週期短,成本低,但很難得到截面均勻而光滑的纖維,主要用來生產短的金屬纖維。
4)研磨法
將金屬在裝有某種磨料(高硬度材料)的磨牀上進行研磨,通過咬入量、送料量的調節以及磨牀上磨料粒度的選擇就能得到所要求直徑的金屬纖維。金屬纖維的粗細受許多因素影響,如送料量越大則所得金屬纖維越細,而磨料粒度越粗則所得金屬纖維也越粗。用這種方法可以製取細的鎳或鎳合金絲以及鎳鐵合金一類的強韌性金屬纖維。
5)鍍覆金屬燒結法
有機纖維上進行金屬化學鍍、真空蒸鍍和金屬漿料浸潤等,或對有機纖維表面進行導電處理後電鍍,再在還原性氣氛中熱解除去有機物並燒結,或在大氣中燒解(或熱解)有機物後還原退火除去氧化物,即可得到中空金屬纖維。
6)其他方法
將金屬粉末或金屬氧化物有機粘結劑調製成漿料,從微孔噴絲頭擠出成纖維,高温除去粘結劑後,在還原性氣氛中燒結,或直接在還原性氣氛中熱解除去粘結劑,也可得到金屬纖維。還有,如用Ni(OH)2粉末與粘結劑和成膏後,擠出成纖維,再經還原燒結,可製得纖維鎳。 [4] 

金屬纖維主要用途

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(1)在智能服裝中作為電源傳輸和電信號傳輸等的導線。
(2)一般功能性服裝中的抗靜電材料,如果採用金屬短纖維混紡,重量混紡比叮在10%以下;如果採用金屬纖維長絲,重量混紡比在2.5%以下,即可達到完全消除各種摩擦、感應等靜電,這在油、氣田及易燃易爆產品的生產企業,石油、天熱氣等易燃易爆材料的運輸過程,電器安全操作場所均很適用。
(3)金屬纖維嵌入織物中,可使其達到良好的電磁波屏蔽效果。在軍事、航空、通信及機密屏蔽環境等方面,具有廣泛應用。
(4)化學藥劑、加工材料、廢液廢水過濾的濾網,高温粉塵過濾器的濾網以及要求高強、耐磨、導電運輸帶等的材料。
(5)金屬複合材料中的增強材料,如防爆輪胎汽車發動機的連桿等。
(6)其他特殊材料,如製作導電紙、白熾燈泡的燈絲等。 [1] 
參考資料
  • 1.    姚穆主編.紡織材料學 第4版:中國紡織出版社,2015.01
  • 2.    郭豐年,徐天平編著.實用袋濾除塵技術:冶金工業出版社,2015.01
  • 3.    何建新主編;喻紅芹,陳金靜副主編,新型纖維材料學,華東大學出版社,2014.07
  • 4.    劉培生著,多孔材料引論 第2版,清華大學出版社,2012.12,