金屬纖維

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金屬纖維(Metal Fiber)

目錄

什麼是金屬纖維[1]

  金屬纖維是指一種新型軟態工業材料,不但具有金屬材料本身的一切優點,還具有非金屬纖維的一些特殊性能。由於其錶面積非常大,因而在內部結構、磁性、熱阻和熔點等方面有著超常的效果,具備良好的導熱、導電、耐高溫、柔韌性、耐腐蝕性等。金屬纖維主要以不鏽鋼和鐵鉻鋁材質為主。

金屬纖維的特性[2]

  金屬纖維是採用金屬絲材經多次多股拉拔、熱處理等特殊工藝製成的,纖維絲徑可達1~2μm,纖維強度可達1200~1800MPa,延伸率大於1%。金屬纖維不但具有金屬材料本身固有的一切優點,還具有非金屬纖維的一些特殊性能。由於金屬纖維錶面積非常大,因而在內部結構、磁性、熱阻和熔點等方面有著特殊的效果,具備良好的導熱、導電、耐高溫性、柔韌性、耐腐蝕性等。

金屬纖維的分類[3]

  目前使用的金屬纖維可分為三類。即金屬箔與有機纖維複合絲、金屬化纖維、純金屬纖維。

  1.金屬箔與有機纖維複合絲

  我國生產的鋁滌複合絲屬於此類,也是目前有代表性的一類。金屬鋁具有良好的導熱性、導電性和抗氧化性(錶面形成Al203保護膜),其體積質量較小(為2.70g/cm3),並且有良好的延展性等特點。我國軍用“81型”偽裝網用基礎布中夾織有鋁滌複合絲,並通過合理設計,成網後不僅能有效預防雷達偵察,而且有不受惡劣氣候條件損壞而起到保護作用。

  2.金屬化纖維

  有機纖維錶面鍍有鎳、銅等金屬物並用如丙烯酸類等樹脂作保護膜,日本稱之為金屬化纖維。據介紹,金屬化纖維經紡織加工成屏蔽布,對1×106Hz~3×1010Hz高頻電磁波的屏蔽率可達99.90%~99.99% ,當然這裡還有織物結構的設計問題。由於金屬化纖維具有導電性,也可用來製作抗靜電織物,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。

  3.純金屬纖維

  具有本質意義的金屬纖維是全部採用金屬材料製成的纖維,如採用鉛、銅、鋁、不鏽鋼等材料製成的纖維。是當前金屬纖維應用開發的基礎。

  (1)鉛纖維

  鉛纖維質地柔軟、體積質量大,有著極為廣泛的用途。如用直徑為150μ m的鉛纖維加樹脂粘合成片狀的無紡布,再與聚氯乙烯或聚酯複合成基布,其厚度在1mm~1.4mm之間,可用於工地雜訊、交通雜訊的遮障以及預防共振共鳴現象的發生,可預防射線輻射,是有效的隔音、制振、防放射線危害的材料,剋服了傳統的鉛板重量大、強度低、施工較困難等缺陷。

  (2)鎳纖維

  採用99.9%純度的鎳製成8μm左右的纖維可供紡織應用,通常為混紡產品,但含鎳纖維量很小。一般鎳纖維含量為4%~5% 即可滿足抑菌效果。鎳纖維可與棉、麻、絲、毛及多種化纖混紡,其產品有襪類、內褲、被套、被單、手套、帽子、病員服、醫護人員工作服、口罩、紗布等,對典型病菌的抑制率達99.5% 以上,對黃曲霉芽孢萌發的抑制率在87%以上。無錫某紡織廠開發了鎳纖維與羅布麻混紡產品,該產品具有抑菌、抗靜電、抗污、防電磁波輻射危害與輔助治療心血管系統、呼吸系統疾病相結合等多種功能,做到了人體調理和人體防護的有機結合。

  (3)銅纖維

  銅纖維具有十分優良的導電性能和導熱性能,可製作抗靜電織物製作工作服等,有一定的開發價值。

  其他一些延展性較好的金屬也可製做成紡織用纖維材料,如金、、鋁、鐵等金屬,但其使用範圍較小。

金屬纖維的應用[4]

  1.紡織製品

  金屬纖維紡織製品分為純金屬纖維織物和摻有金屬纖維的混紡織物兩種,主要用於防靜電、導電及屏蔽、隱形、吸塵織物等方面。

  純金屬織物利用金屬纖維比其他纖維優異的高強和耐熱性能,可製成枕式密封袋,用於焦化廠乾法熄焦塔高溫氣體粉塵密封;製成除塵袋,用於高溫煙氣乾法凈化袋或除塵系統;還可製成熱工件傳送帶、隔熱簾、耐熱緩衝墊等,可用於汽車擋風玻璃、電視屏幕、廚房用品等的生產中。對於某些特種合金纖維來說,其純織物可耐1100℃的高溫。

  目前,摻有金屬纖維的混紡織物的生產在發達國家早已形成新興產業,而我國這一方面剛剛起步,因此研究及開發這一類產品具有廣泛的市場和應用前景。由於金屬纖維柔軟,具有可紡性,可與棉、毛、滌等混紡。金屬纖維含量為0.5%~5%的混紡織物可製成防靜電工作服,用於易燃易爆場所或易產生粉塵的特定工作場所,還可用於防靜電地毯、防靜電吸塵器、電磁波(微波)防護服及防護罩、醫療手術服。含5%~20% 金屬纖維的混紡織物可製成防靜電地毯、防靜電吸塵器、電磁波(微波)防護服及防護罩、醫療手術服等。含25%金屬纖維的混紡織品製作成的超高壓屏蔽服,可用於≤500 kV交、直流作業。此外,它還可以用作雷達敏感織物,在軍事工業上製作假目標和雷達靶子,起迷惑和訓練的作用。

  2.過濾材料

  金屬纖維過濾材料即金屬纖維氈的製備方法主要有三種:濕法成網、氣流成網和機械成網法。金屬纖維氈與傳統粉末過濾材料相比具有高強度、高容塵量、耐腐蝕、使用壽命長等特點,尤其適合於高溫、高粘度、有腐蝕介質等惡劣條件下的過濾,被廣泛用於化纖、聚酯薄膜、石油和液壓等領域。金屬纖維氈的另一主要應用是用作汽車安全氣囊的過濾元件。汽車在受到撞擊後引起氣囊中的疊氮化鈉發生爆炸,產生的氣體充實氣囊,達到保護目的。金屬纖維氈所具有的高強、耐高溫和均勻多孔性使得它在這個過程中起了三個作用:控制氣體膨脹速度,過濾高溫氣體中的顆粒物和冷卻高溫氣體,從而使安全氣囊起到保護人體的作用。金屬纖維非織造布與有機纖維織物複合而成的織物,即以某種機織物為骨架材料,與金屬纖維網片以非織造方法複合的複合織物,可用作抗靜電類過濾材料。

  3.纖維增強複合材料

  金屬纖維作為增強元素主要用於陶瓷材料等的強化和紙鋼的研製和生產。金屬纖維增強的耐火材料具有較好的耐高溫性和抗震性,使用這種耐火材料可使鍛造爐的壽命提高1倍。上鋼三廠鍛造車間出鋼槽由原來的高鋁磚鋪設改為金屬纖維增強耐火材料,其壽命由原來的3個月提高到1年以上。金屬纖維增強的混凝土是一種新穎的建築結構材料,金屬纖維加到混凝土中不僅提高了混凝土的載荷能力,而且還起到抑制裂紋的作用,從而提高混凝土的抗拉強度、彎曲強度、衝擊強度和抗剝落性,這種材料主要用於建築隧道及飛機跑道。紙鋼是用極細的金屬纖維混在紙漿中用造紙法製成。薄的紙鋼僅零點幾毫米,和紙一樣薄;厚的可由幾層薄紙鋼片用合成樹脂粘合而成,厚度達2~3cm,強度和鋼材相當。紙鋼集合了紙的輕、薄和鋼的強度,可製成板材及槽型、波型等各種異形材,廣泛用於工業建築業、國防和軍工以及日常生活等領域。國外已用紙鋼製造汽車、火車的車箱及飛機機身的內壁材料。紙綱還適宜造臨時的工棚、課堂和野營房屋。據介紹,美國已用紙鋼建成一座“紙橋”,跨高達15m,橋面寬約3m,行人、小型拖拉機和2.5t的吉普車均能安全通過,而且可以隨拆隨裝。造一座橋的紙鋼材料,只用一輛中型汽車就可全部運走。薄的紙鋼還像紗布、塑料布一樣輕盈柔軟,可以用作檯布、窗帘等日用品。短金屬纖維大量用於製造摩擦材料、如剎車片等。金屬纖維也可與鋁合金壓鑄,可作汽車發動機連桿材料,這種複合材料與傳統材料相比,在保持同樣強度和剛度的同時,可減輕重量30%。

  4.防偽材料

  每一種金屬纖維都有它自己特有的微波信號,這一特性已被用於防偽識別、防偽標誌等。利用金屬纖維製成的條形碼比用金屬粉末製成的條形碼具有更強的識別功能,將金屬纖維與紙漿混合製備的特殊紙張已被用於銀行的帳單、票據有價證券、單位信函用紙,各種用於個人身份證明的身份證、護照、信用卡等方面的防偽識別。

  5.吸音材料

  金屬纖維氈可用於一些特殊環境和條件下的隔離材料,在高分貝條件下,金屬纖維氈吸音效果很好,這是由於它的多孔性和空隙曲折相連性,由於粘滯流動而使聲音能量損失,改變了聲音傳播的路徑,降低了傳播中的聲音能量,達到了降噪目的。上世紀60年代中期波音公司用8~100μm的不鏽鋼纖維製成消音材料用於發動機輔助機組的進排氣處理。

  將扁平的鋁纖維壓成塊,不經過燒結強度也比較高,這種鋁塊內部錶面積很大的多根纖維,在普通環境中工作時在氣流的壓力作用下彼此之間能相對地移動一段很短的距離,這種移動造成內耗,使鋁塊製品有驚人的聲音阻尼能力,成為理想的防噪音材料。

  6.電池電極材料

  目前國內外用發泡鎳製作鎳氫(Ni—H)電池陽極骨架材料已形成產業,Ni—H電池中主要是採用發泡鎳作為陽極支撐材料,由於發泡鎳是採用電化學方法製備的,比錶面積小、電池容量不高、強度低、充放電次數少,嚴重影響鎳氫電池的發展。而用鎳纖維製作成的金屬纖維氈製備的陽極材料可以大大提高電池的充放電次數,抗大電流衝擊,具有穩定性好、電容量大、活性物質填充量大、內阻低、極板強度高的優點,特別適用於大電流工作環境。因此用鎳纖維氈取代發泡鎳已成為Ni—H電池的一個發展方向,以日本東芝公司為代表的一些日本廠家已用鎳纖維氈替代發泡鎳生產Ni—H電池。用鉛纖維氈代替鉛板在蓄電池上使用也取得了成功。用鉛纖維氈製成的板柵組裝的樣品電池,儲備容量達118min,大大高於GB 5008-91國家標準規定的指標,這種材料應用於鉛酸蓄電池,在車輛動力電池領域內有廣闊的應用前景。

  7.導電塑料

  隨著人們生活水平的提高、家用電器的普及,越來越多的人們認識到,日常生活中電子工具和設備產生的電磁波對人體健康有一定損害,並與某些疾病息息相關。因此,屏蔽電子工具和設備以防電磁波輻射也越來越重要了。目前電子設備如電視機、電腦、微波爐、手機外殼均是用塑料製成的。若將少量金屬纖維摻到塑料中製成導電塑料則可形成一個屏蔽層,它既可阻礙電磁波輻射,又能防止其他電磁波干擾,達到保護人類健康的目的。

  8.其他方面

  金屬纖維在我們日常生活和工業中還有很多其他用途,如用FeCr合金纖維氈的燃燒器,能獲得最有效的錶面積,以有利於燃氣燃燒,它與傳統陶瓷或金屬燃燒器相比,具有壽命長、燃燒充分、成型性好等優點。此外,金屬纖維在以下領域中可以得到很好的應用:催化劑及其載體、熱交換器、氣液分離、高溫密封等。

參考文獻

  1. 庾莉萍.金屬纖維——電磁輻射的剋星[J].非織造布,2012(3)
  2. 庾莉萍.金屬纖維的特性及其開發應用[J].金屬製品,2009(3)
  3. 金永良.金屬纖維的性能特點及其產品開發[J].棉紡織技術,2003(5)
  4. 劉海洋,劉慧英,王偉霞,馬海健,陳雲法.金屬纖維的發展現狀及前景展望[J].產業用紡織品,2005(10)
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