金属纤维

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金属纤维(Metal Fiber)

目录

什么是金属纤维[1]

  金属纤维是指一种新型软态工业材料,不但具有金属材料本身的一切优点,还具有非金属纤维的一些特殊性能。由于其表面积非常大,因而在内部结构、磁性、热阻和熔点等方面有着超常的效果,具备良好的导热、导电、耐高温、柔韧性、耐腐蚀性等。金属纤维主要以不锈钢和铁铬铝材质为主。

金属纤维的特性[2]

  金属纤维是采用金属丝材经多次多股拉拔、热处理等特殊工艺制成的,纤维丝径可达1~2μm,纤维强度可达1200~1800MPa,延伸率大于1%。金属纤维不但具有金属材料本身固有的一切优点,还具有非金属纤维的一些特殊性能。由于金属纤维表面积非常大,因而在内部结构、磁性、热阻和熔点等方面有着特殊的效果,具备良好的导热、导电、耐高温性、柔韧性、耐腐蚀性等。

金属纤维的分类[3]

  目前使用的金属纤维可分为三类。即金属箔与有机纤维复合丝、金属化纤维、纯金属纤维。

  1.金属箔与有机纤维复合丝

  我国生产的铝涤复合丝属于此类,也是目前有代表性的一类。金属铝具有良好的导热性、导电性和抗氧化性(表面形成Al203保护膜),其体积质量较小(为2.70g/cm3),并且有良好的延展性等特点。我国军用“81型”伪装网用基础布中夹织有铝涤复合丝,并通过合理设计,成网后不仅能有效预防雷达侦察,而且有不受恶劣气候条件损坏而起到保护作用。

  2.金属化纤维

  有机纤维表面镀有镍、铜等金属物并用如丙烯酸类等树脂作保护膜,日本称之为金属化纤维。据介绍,金属化纤维经纺织加工成屏蔽布,对1×106Hz~3×1010Hz高频电磁波的屏蔽率可达99.90%~99.99% ,当然这里还有织物结构的设计问题。由于金属化纤维具有导电性,也可用来制作抗静电织物,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。

  3.纯金属纤维

  具有本质意义的金属纤维是全部采用金属材料制成的纤维,如采用铅、铜、铝、不锈钢等材料制成的纤维。是当前金属纤维应用开发的基础。

  (1)铅纤维

  铅纤维质地柔软、体积质量大,有着极为广泛的用途。如用直径为150μ m的铅纤维加树脂粘合成片状的无纺布,再与聚氯乙烯或聚酯复合成基布,其厚度在1mm~1.4mm之间,可用于工地噪声、交通噪声的遮障以及预防共振共鸣现象的发生,可预防射线辐射,是有效的隔音、制振、防放射线危害的材料,克服了传统的铅板重量大、强度低、施工较困难等缺陷。

  (2)镍纤维

  采用99.9%纯度的镍制成8μm左右的纤维可供纺织应用,通常为混纺产品,但含镍纤维量很小。一般镍纤维含量为4%~5% 即可满足抑菌效果。镍纤维可与棉、麻、丝、毛及多种化纤混纺,其产品有袜类、内裤、被套、被单、手套、帽子、病员服、医护人员工作服、口罩、纱布等,对典型病菌的抑制率达99.5% 以上,对黄曲霉芽孢萌发的抑制率在87%以上。无锡某纺织厂开发了镍纤维与罗布麻混纺产品,该产品具有抑菌、抗静电、抗污、防电磁波辐射危害与辅助治疗心血管系统、呼吸系统疾病相结合等多种功能,做到了人体调理和人体防护的有机结合。

  (3)铜纤维

  铜纤维具有十分优良的导电性能和导热性能,可制作抗静电织物制作工作服等,有一定的开发价值。

  其他一些延展性较好的金属也可制做成纺织用纤维材料,如金、、铝、铁等金属,但其使用范围较小。

金属纤维的应用[4]

  1.纺织制品

  金属纤维纺织制品分为纯金属纤维织物和掺有金属纤维的混纺织物两种,主要用于防静电、导电及屏蔽、隐形、吸尘织物等方面。

  纯金属织物利用金属纤维比其他纤维优异的高强和耐热性能,可制成枕式密封袋,用于焦化厂干法熄焦塔高温气体粉尘密封;制成除尘袋,用于高温烟气干法净化袋或除尘系统;还可制成热工件传送带、隔热帘、耐热缓冲垫等,可用于汽车挡风玻璃、电视屏幕、厨房用品等的生产中。对于某些特种合金纤维来说,其纯织物可耐1100℃的高温。

  目前,掺有金属纤维的混纺织物的生产在发达国家早已形成新兴产业,而我国这一方面刚刚起步,因此研究及开发这一类产品具有广泛的市场和应用前景。由于金属纤维柔软,具有可纺性,可与棉、毛、涤等混纺。金属纤维含量为0.5%~5%的混纺织物可制成防静电工作服,用于易燃易爆场所或易产生粉尘的特定工作场所,还可用于防静电地毯、防静电吸尘器、电磁波(微波)防护服及防护罩、医疗手术服。含5%~20% 金属纤维的混纺织物可制成防静电地毯、防静电吸尘器、电磁波(微波)防护服及防护罩、医疗手术服等。含25%金属纤维的混纺织品制作成的超高压屏蔽服,可用于≤500 kV交、直流作业。此外,它还可以用作雷达敏感织物,在军事工业上制作假目标和雷达靶子,起迷惑和训练的作用。

  2.过滤材料

  金属纤维过滤材料即金属纤维毡的制备方法主要有三种:湿法成网、气流成网和机械成网法。金属纤维毡与传统粉末过滤材料相比具有高强度、高容尘量、耐腐蚀、使用寿命长等特点,尤其适合于高温、高粘度、有腐蚀介质等恶劣条件下的过滤,被广泛用于化纤、聚酯薄膜、石油和液压等领域。金属纤维毡的另一主要应用是用作汽车安全气囊的过滤元件。汽车在受到撞击后引起气囊中的叠氮化钠发生爆炸,产生的气体充实气囊,达到保护目的。金属纤维毡所具有的高强、耐高温和均匀多孔性使得它在这个过程中起了三个作用:控制气体膨胀速度,过滤高温气体中的颗粒物和冷却高温气体,从而使安全气囊起到保护人体的作用。金属纤维非织造布与有机纤维织物复合而成的织物,即以某种机织物为骨架材料,与金属纤维网片以非织造方法复合的复合织物,可用作抗静电类过滤材料。

  3.纤维增强复合材料

  金属纤维作为增强元素主要用于陶瓷材料等的强化和纸钢的研制和生产。金属纤维增强的耐火材料具有较好的耐高温性和抗震性,使用这种耐火材料可使锻造炉的寿命提高1倍。上钢三厂锻造车间出钢槽由原来的高铝砖铺设改为金属纤维增强耐火材料,其寿命由原来的3个月提高到1年以上。金属纤维增强的混凝土是一种新颖的建筑结构材料,金属纤维加到混凝土中不仅提高了混凝土的载荷能力,而且还起到抑制裂纹的作用,从而提高混凝土的抗拉强度、弯曲强度、冲击强度和抗剥落性,这种材料主要用于建筑隧道及飞机跑道。纸钢是用极细的金属纤维混在纸浆中用造纸法制成。薄的纸钢仅零点几毫米,和纸一样薄;厚的可由几层薄纸钢片用合成树脂粘合而成,厚度达2~3cm,强度和钢材相当。纸钢集合了纸的轻、薄和钢的强度,可制成板材及槽型、波型等各种异形材,广泛用于工业建筑业、国防和军工以及日常生活等领域。国外已用纸钢制造汽车、火车的车箱及飞机机身的内壁材料。纸纲还适宜造临时的工棚、课堂和野营房屋。据介绍,美国已用纸钢建成一座“纸桥”,跨高达15m,桥面宽约3m,行人、小型拖拉机和2.5t的吉普车均能安全通过,而且可以随拆随装。造一座桥的纸钢材料,只用一辆中型汽车就可全部运走。薄的纸钢还像纱布、塑料布一样轻盈柔软,可以用作台布、窗帘等日用品。短金属纤维大量用于制造摩擦材料、如刹车片等。金属纤维也可与铝合金压铸,可作汽车发动机连杆材料,这种复合材料与传统材料相比,在保持同样强度和刚度的同时,可减轻重量30%。

  4.防伪材料

  每一种金属纤维都有它自己特有的微波信号,这一特性已被用于防伪识别、防伪标志等。利用金属纤维制成的条形码比用金属粉末制成的条形码具有更强的识别功能,将金属纤维与纸浆混合制备的特殊纸张已被用于银行的帐单、票据有价证券、单位信函用纸,各种用于个人身份证明的身份证、护照、信用卡等方面的防伪识别。

  5.吸音材料

  金属纤维毡可用于一些特殊环境和条件下的隔离材料,在高分贝条件下,金属纤维毡吸音效果很好,这是由于它的多孔性和空隙曲折相连性,由于粘滞流动而使声音能量损失,改变了声音传播的路径,降低了传播中的声音能量,达到了降噪目的。上世纪60年代中期波音公司用8~100μm的不锈钢纤维制成消音材料用于发动机辅助机组的进排气处理。

  将扁平的铝纤维压成块,不经过烧结强度也比较高,这种铝块内部表面积很大的多根纤维,在普通环境中工作时在气流的压力作用下彼此之间能相对地移动一段很短的距离,这种移动造成内耗,使铝块制品有惊人的声音阻尼能力,成为理想的防噪音材料。

  6.电池电极材料

  目前国内外用发泡镍制作镍氢(Ni—H)电池阳极骨架材料已形成产业,Ni—H电池中主要是采用发泡镍作为阳极支撑材料,由于发泡镍是采用电化学方法制备的,比表面积小、电池容量不高、强度低、充放电次数少,严重影响镍氢电池的发展。而用镍纤维制作成的金属纤维毡制备的阳极材料可以大大提高电池的充放电次数,抗大电流冲击,具有稳定性好、电容量大、活性物质填充量大、内阻低、极板强度高的优点,特别适用于大电流工作环境。因此用镍纤维毡取代发泡镍已成为Ni—H电池的一个发展方向,以日本东芝公司为代表的一些日本厂家已用镍纤维毡替代发泡镍生产Ni—H电池。用铅纤维毡代替铅板在蓄电池上使用也取得了成功。用铅纤维毡制成的板栅组装的样品电池,储备容量达118min,大大高于GB 5008-91国家标准规定的指标,这种材料应用于铅酸蓄电池,在车辆动力电池领域内有广阔的应用前景。

  7.导电塑料

  随着人们生活水平的提高、家用电器的普及,越来越多的人们认识到,日常生活中电子工具和设备产生的电磁波对人体健康有一定损害,并与某些疾病息息相关。因此,屏蔽电子工具和设备以防电磁波辐射也越来越重要了。目前电子设备如电视机、计算机、微波炉、手机外壳均是用塑料制成的。若将少量金属纤维掺到塑料中制成导电塑料则可形成一个屏蔽层,它既可阻碍电磁波辐射,又能防止其他电磁波干扰,达到保护人类健康的目的。

  8.其他方面

  金属纤维在我们日常生活和工业中还有很多其他用途,如用FeCr合金纤维毡的燃烧器,能获得最有效的表面积,以有利于燃气燃烧,它与传统陶瓷或金属燃烧器相比,具有寿命长、燃烧充分、成型性好等优点。此外,金属纤维在以下领域中可以得到很好的应用:催化剂及其载体、热交换器、气液分离、高温密封等。

参考文献

  1. 庾莉萍.金属纤维——电磁辐射的克星[J].非织造布,2012(3)
  2. 庾莉萍.金属纤维的特性及其开发应用[J].金属制品,2009(3)
  3. 金永良.金属纤维的性能特点及其产品开发[J].棉纺织技术,2003(5)
  4. 刘海洋,刘慧英,王伟霞,马海健,陈云法.金属纤维的发展现状及前景展望[J].产业用纺织品,2005(10)
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