关于不锈钢纤维及其功能性纺织品的研究

关于不锈钢纤维及其功能性纺织品的研究
不锈钢纤维一般是指以304、304L或316、3l6L等不锈钢为基材,经特殊工艺加工而成的直径在10μm以下的软态工业用材料。

不锈钢纤维是纯金属纤维,较镍、铜、铝等其它金属纤维在可纺性、使用性、经济性等方面有明显的优越性。

不锈钢金属的纤维化技术始于20世纪60年代中期,首先由美国进行开发与研究,到70年代末已在纺织、石油、化工、军事、航空、通讯、电力等许多领域都得到广泛应用。

应兵器工业部要求,我国于1979年开始,由河北省纺织研究所用进口的不锈钢纤维进行试纺试织,研制黑火药生产用防静电过滤布。

经过冶金、纺织、兵工、电力等不同部门十几年的通力合作,如今,我国不锈钢纤维制造不仅已实现国产化,而且生产基地多、品种规格齐全,有些混纺制品已经开始出口,新产品的研制与开发日益受到广泛的关注。

1、不锈钢纤维的性能特点及其制取方法
1.1不锈钢纤维的性能特点
不锈钢纤维之所以得到广泛的应用,是因为它具有许多特有的性
能。

这些特殊性能主要表现在以下几方面。

①、可挠性:一般直径为8μm的不锈钢纤维的柔软性相当于直径为13μm的麻纤维,其可挠性与有机纤维接近,所以具有可纺性,能用来进行纺纱织布;
②、机械性能:8μm的不锈钢单纤维强力可达2.94-5.88cN,与棉单纤强度接近,相对强度较高,并且有良好的弯曲加工性和耐磨性;
③、导电性能:不锈钢纤维的电阻率很低,是良好的电导体;
④、耐腐蚀性:不锈钢纤维完全耐硝酸、碱及有机溶剂的腐蚀;
⑤、耐热性能:在600℃的高温有氧环境下可连续使用,是性能良好的耐高温材料。

1.2不锈钢纤维的制取方法
不锈钢纤维的制造方法主要有单丝拉伸法、集束拉伸法、熔融纺丝法、切削法等
单丝拉伸法是制造金属线材的通用方法,但是,要制取不锈钢纤维细丝,就必须通过孔径逐渐递减的拉丝模孔多次进行拉伸,拉丝工序繁项、纤维易断裂,成本高,不能生产细纤维,产品主要用于某种特殊领域,如高精度筛网等。

熔融纺丝法与切削法虽然工艺成本低,但得到的不锈钢纤维不连续且直径不均,只能应用于一些要求不高的领域中。

用集束拉伸法可生产直径为10μm以下的不锈钢纤维,而且纤维丝直径均匀,连续性好, 成本低,是目前制备不锈钢纤维普遍采用的方法。

1.3集束拉伸法的原理与工艺流程
集束拉伸法是把单丝拉伸法制取的不锈钢线材多根集成一束,外加包覆材料,再进行拉伸。

这种加工方法可以使拉伸次数大大地减少,
同时也能防止单根细丝被拉断,外部包覆材料多用中碳钢因为中碳钢与不锈钢有类似倾向的加工硬化。

为了防止集束中各根纤维之间粘着,一般在其表面涂有铜等物质,拉丝结束后再用化学方法清除涂层物质,即可加工得到集束型不锈钢纤维。

生产工艺流程如下:
不论是单丝拉伸法,还是集束拉伸法,拉丝模的材料必须是超硬合金或金刚石,才能确保拉丝模的精度,满足工艺上强度的要求。

2、不锈钢纤维可纺性研究状况
2.1可纺性与工艺要求
纤维的可纺性是指纤维成纱的难易性和所得到成品纱的综合性能。

用集束拉伸法生产的不锈钢纤维呈连续的长丝束状结构,其直径可以细到几微米,比普通的纺织纤维还要细,而且纤维比较柔软,具有一定的强度和可挠性,因此具备可纺性。

大量科学实验已证明,不锈钢纤维可以制成纺织制品,但与天然纤维和合成纤维相比较,不锈钢纤维在密度、伸长率、抗弯曲能力、回弹性、表面摩擦力等方面存在一定的差异,其生产技术不能完全套用天然纤维和合成纤维的工艺方法,需要依靠材料科学与纺织技术的密切结合,才能探索和实现适合不锈钢纤维性能特点的最佳纺织加工方法和工艺技术条件。

在这一方面,西北有色金属研究院与西安工程科技学院合作进行了深入的研究。

原材料集束型不锈钢纤维
修模
退火微拉退火粗拉消除涂层
为了适应纺纱需要,不锈钢纤维的长度与细度都可以按生产的需要进行控制。

一般有2种方法可供选择:-是直接剪切成所需要的纤维长度用此方法得到的等长纤维整齐度好,纤维成散乱状,适用于短纤维纺纱工艺时在梳棉机上混合使用。

另一种是利用纺织上的牵切原理,把长丝束牵切成所需的纤维长度,用此方法得到的是不等长的纤维,纤维长度的选择范围一般在50～120mnm之间,其成品是均匀的条子,条子重量在1-2g/m之间,适合于短纤维混纺工艺中在并条机上与其它纤维混合使用。

2.2纺织加工技术与工艺措施
2.2.1混纺技术
目前,不锈钢纤维的混纺技术正处于不断完善的过程中,不锈钢纤维的混纺比例因终端产品的功能与用途的不同而异。

与天然纤维和合成纤维相比,由于其可纺性存在很大的差异,所以,在混纺的并、粗、细等工序中需采取一定工艺措施, 以保证混纺的顺利进行。

例如,多道并条(一般为3道)、定量不宜过大、重加压大隔距、通道光洁、防缠防堵、粗纱捻度偏低、勤换细纱钢丝圈等。

2.2.2纯纺技术
关于不锈钢纤维的纯纺技术,目前还处于实验阶段,一般采用“牵切→并条→粗纱→细纱”的工艺路线纺成纱,此方法有利于纺纱效率的提高, 此外还应采取一些措施使成纱质量有所保证,比如牵切纤维的长度在适纺长度内应尽可能的长, 以提高成纱强力;由于不锈钢纤维体积质量大,粗纱的卷装应是普通纤维粗纱卷装的1/3即可,且在细纱中要选用较重的钢丝圈,锭速降至6000r/min以下。

2.2.3非织造布技术
非织造布技术对纤维可纺性总的要求是:纤维的长度和细度合适,纤维柔软,具有一定的弹性和弹性变形回复率,表面性能良好,摩擦系数较低,强度高,伸长率大,卷曲度适中。

不锈钢纤维非织造布生产方法是,先将不锈钢纤维束剪切成一定长度,再采取无纺技术形成纤维网、后经烧结成纤维毡。

整个工艺过程的关键步骤是不锈钢纤维网的形成过程,目前通常采用湿法、梳理法、气流法等,其中湿法是目前不锈钢纤维非织造布生产的一种常用方法,指的是纤维在水溶液中悬浮湿态下,采用造纸方法成网。

其优点是生产速度快,可铺制短纤维,不同材质纤维混和好,纤维杂乱排列和各向同性效果好,纤网均匀度优于干法, 加工成本低。

不足之处是难以实现大批量连续生产。

不锈钢纤维非织造布技术还有待进一步的研究与开发。

3、不锈钢纤维功能性纺织品开发现状与趋势
不锈钢纤维当初主要用于冶金工业的环境保护,在污水处理与高温气体净化时用作过滤材料。

随着经济全球化程度和人们生活水平的不断提高,有关生产环境和生活方式的生态、环保和健康意识日趋强烈,人们对纺织品的功能性要求和各种功能性纺织品的市场需求与日俱
增。

用不锈钢纤维开发的纺织品越来越受到产业领域和人们日常生活的普遍欢迎,其新产品的研究与开发备受关注。

用不锈钢纤维开发的纺织品分为纯不锈钢纤维制品和不锈钢纤维混纺织物2大类。

纺织用不锈钢纤维,由厂家提供每束12400根的长丝束纤维,经纺织的牵切工序牵切成不锈钢短纤维条子,牵切的长度可按纺织混纺纤维的要求确定,加工成不锈钢纤维条子后,采取并条方法与涤纶或棉条按比例混合,最后纺成混纺纱,织成各种织物。

3.1纯不锈钢纤维制品
利用不锈钢纤维比其它纤维所具有的高强和耐热性,可制得枕式密封袋,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,在500℃以下可长期使用。

3.2不锈钢纤维混纺织物
此类纺织制品主要发挥不锈钢纤维所具有的优良导电性,用于电磁波屏蔽和抗静电。

不锈钢纤维含量达到0.5%～5%的混纺织物可制成防静电工作服,供有静电危害场所的工作人员穿用;随着不锈钢纤维含量的不断增加,其混纺织物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;此外,还可用作雷达敏感织物,在军事工业上制作假目标和雷达靶子,达到迷惑和伪装的目的。

当不锈钢纤维的含量达到5%时,其混纺织物可制成超高压电屏蔽服,适用于500kv以下的交、直流作业。

表1列出了目市场上常见的不锈钢纺织制品及其主要用途。

表1常见不锈钢纺织制品及用途
不锈钢含量(%)产品名称用途
0.5～1防静电工作服用于有静电危害场所
3～5防静电过滤布过滤带电粉尘
3～5防雷达侦察遮障布坦克、大炮伪装
5～15防微波辐射服用作人身防护
5～15屏蔽用贴墙布防止外来信号干扰及防止敌方侦察
20假雷达靶子、除点布迷惑敌人、消除器皿或材料带电20～30高压带电作业服不停电检修输电线路
100纯不锈钢纤维布高温气体、酸碱性液体及污水处理过滤用
100纯不锈钢纤维毡同上
不锈钢纤维还具有良好的抗菌性能。

经医学检验证明:不锈钢纤维织品可抑杀多种菌株抑菌效果令人满意。

因此,用不锈钢纤维可加工出各种保健纺织品和医疗卫生用品。

这一用途,将成为不锈钢纤维应用和研究开发新的热点之一。

不锈钢纤维一般是指以不锈钢金属为基材, 经特殊工艺加工而成的直径在10μm以下的软态工业用材料,其主要生产方式为集束拉伸法。

不锈钢纤维作为一种新型的纺织原料,较镍、铜、铝等其它金属纤维在可纺性、使用性、经济性等方面有明显的优越性。

凭借其优良的性能,不锈钢纤维可混纺或纯纺织造成布,赋予纺织品以导电、耐高温、电磁波屏蔽、抑菌杀菌等新的功能。

在不锈钢纤维功能性纺织品设计开发中,不锈钢混纺制品的开发与应用已取得长足的发展,相比之下,纯不锈钢纤维制品及其非织造布制品则显得不足, 今后仍需要进行大量的研究工作。

随着不锈钢纤维纺织制品越来越广泛的应用,其功能性更加多样,已成为功能性纺织品的新宠。