1、不銹鋼纖維簡介非織1001 李一舟 摘要：針對當(dāng)前電磁波輻射日益嚴(yán)重的現(xiàn)象，本文在介紹不銹鋼纖維發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)說明了不銹鋼纖維的性能特點、制備方法及其應(yīng)用，對不銹鋼纖維織物電磁波屏蔽性能的影響因素等內(nèi)容進行了詳細(xì)說明，為不銹鋼纖維織物開發(fā)及應(yīng)用提供理論支持。關(guān)鍵詞：不銹鋼纖維；制備方法；性能；應(yīng)用Abstract ： To face the phenomenon of electromagnetic wave ray becoming more serious, the current status of stainless steel fiber wasintroduced, the

2、 making method,properties and application of stainless steel fiber were discussed.Keywords ： stainless steel fiber; characteristic; making method; application當(dāng)今社會，材料科學(xué)與工程突飛猛進發(fā)展，帶來了人們生活方式的巨大變革。作為 一種新型金屬材料，不銹鋼制品已經(jīng)滲透到社會和生活的各個角落。而不銹鋼纖維材料作為紡織材料在紡織品中的應(yīng)用，則主要是基于周圍環(huán)境的電磁波污染和人們對化學(xué)纖 維靜電現(xiàn)象厭煩。生活中各種電子設(shè)備、儀器和家用電器在使用

3、過程中會產(chǎn)生不同波長 和不同頻率的電磁波，電磁波的脈沖輻射可引起心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的功能失常，特別是對人們的大腦系統(tǒng)有較大的傷害作用。不銹鋼纖維及其混紡織物可以大大減輕電磁波對人體的傷害，起到人體防護功能。一、不銹鋼纖維的性能特點與開發(fā)現(xiàn)狀1、不銹鋼纖維的概念與結(jié)構(gòu)不銹鋼纖維一般是指以304、304L或316、316L等不銹鋼為基材，經(jīng)特殊工藝加工而 成的直徑在10 m以下的軟態(tài)工業(yè)用材料。不銹鋼纖維是純金屬纖維，較鍥、銅、鋁等 其它金屬纖維在可紡性、使用性、經(jīng)濟性等方面有明顯的優(yōu)越性。圖1所示分別為直徑6 m和直徑8 m的不銹鋼纖維縱向截面圖。(1)直徑為6 m(2)

4、直徑為8 m圖1不銹鋼纖維縱向表面形態(tài)圖2、不銹鋼纖維成分及性能特點鋼號為316L和304的不銹鋼纖維的主要成分列于表1。表1不銹鋼纖維的化學(xué)成分(單位：%。)70ftCSiMnSNiCrMoFe316L0.031.002.000.0310-1416.5-18.52-3余量3040.081.002.000.038-10.517.5-19余量不銹鋼纖維主要具備了如下幾方面的性能特點：(1)不銹鋼纖維是純金屬，體積質(zhì)量大，相當(dāng)于普通紡織纖維的5-8倍。(2)導(dǎo)電性能好，纖維的電阻很低，是電的良導(dǎo)體。(3)耐腐蝕性好。完全耐硝酸、堿及有機溶劑的腐蝕，但在硫酸、鹽酸等還原性 酸中耐腐蝕性較差些。(4)

5、耐熱性好。在氧化氛圍中，高達600c可連續(xù)使用，是很好的耐高溫材料。同 時也是傳熱的良導(dǎo)體，可用作散熱材料。(5)具有一定的可紡性。不銹鋼纖維在長度和細(xì)度方面都能達到紡紗的要求。具有一定的強度，8 m的纖維單纖強力可達2.94cN-5.88 cN,與棉纖維單纖強度相近。但不銹鋼纖維的剛度大，奸維的韌性比普通的滌棉等紡織纖維要差， 纖維無卷曲、彈性差。3、不銹鋼纖維的開發(fā)現(xiàn)狀不銹鋼金屬的纖維化技術(shù)始于20世紀(jì)60年代中期，金屬纖維及其制品是近20年來發(fā) 展起來的新型工業(yè)材料和具有高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，被廣泛用于航天、航空、汽車工 業(yè)、化工、化纖、紡織、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，是許多國民經(jīng)濟工業(yè)領(lǐng)域和國

6、防工業(yè)必需 的關(guān)鍵支撐材料，由于技術(shù)難度大、工藝復(fù)雜，很長時間以來世界上只有美國、比利時等少數(shù)國家可以生產(chǎn)金屬纖維及其制品。首先由美國進行開發(fā)與研究，到70年代末已在紡織、石油、化工、軍事、航空、通訊、電力等許多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。由于金屬纖 維制造技術(shù)難度大、工藝復(fù)雜，目前世界上只有比利時、美國、目本等少數(shù)國家可以生 產(chǎn)。其中規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化最快的比利時Bekaert公司，幾乎控制世界金屬纖維市場的一半 以上。國際上著名的金屬纖維生產(chǎn)廠商主要有比利時的 Bekaert公司、美國的Memtec公 司和日本的金線公司等，產(chǎn)品以316L不銹鋼纖維為主，直徑從2-80 m。其中美國起步 最早，但規(guī)?；?/p>

7、、產(chǎn)業(yè)化最快的是比利時的 BEKARET公司，曾占據(jù)著全球市場約80% 的份額。我國對不銹鋼纖維及其制品的研究始于20世紀(jì)70年代末期，起因是當(dāng)時我國石化、 冶金、紡織及航空部門人量引進的國外先進設(shè)備中需使用不銹鋼纖維氈作為過濾元件， 但由于技術(shù)、原輔材料等問題，始終停留在粗纖維、小試樣的實驗階段，生產(chǎn)的不銹鋼 纖維質(zhì)量達不到國外同類產(chǎn)品水平，因而不得不花費大量外匯從國外進口。加快金屬纖 維及其制品的研發(fā)進程，打破國外對其技術(shù)和產(chǎn)品壟斷的堅冰，對于我國國民經(jīng)濟的發(fā) 展無疑具有重要意義。正是在這樣的困境和挑戰(zhàn)下，西北有色金屬研究院開始向金屬纖 維及其制品的研制和產(chǎn)業(yè)化發(fā)起了沖擊。1994年研制成

8、功線材電鍍機和鋼銅復(fù)合機等關(guān) 鍵設(shè)備，為工業(yè)化開發(fā)打下了設(shè)備基礎(chǔ)，當(dāng)年 7月實現(xiàn)了金屬纖維的小批量生產(chǎn)，產(chǎn)品 達到了國際領(lǐng)先的比利時BEKARET公司的水平。1997年9月，金屬纖維及其制品”被國 家計委正式列為國家重點工業(yè)性試驗項目，產(chǎn)業(yè)化工作開始提速。1998年10月，項目的建設(shè)獲得了階段性重大成果，兩條中試生產(chǎn)線和檢測中心成功建成，技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量均 達到了當(dāng)代國際先進水平；2002年7月，項目通過國家驗收，得到了院士專家組一致高 度評價；2004年超細(xì)不銹鋼纖維氈研制又通過國家863的驗收；200研底開始，金屬纖 維項目進一步得到國家支持，一個年產(chǎn)350噸金屬纖維、5萬平方米纖維氈的世界

9、第二大 生產(chǎn)基地正在西安建設(shè)。如今我國不銹鋼纖維制造不僅已實現(xiàn)國產(chǎn)化， 而且生產(chǎn)基地多、 品種規(guī)格齊全，有些混紡制品已經(jīng)開始出口。二、不銹鋼纖維的制備方法不銹鋼纖維根據(jù)其使用場合的不同，可以將其加工成長絲和短纖維兩種形式加以應(yīng) 用。不銹鋼長絲纖維的制備主要采用線材拉伸法、熔融紡絲法及切削法等方法，不銹鋼 長絲纖維如圖2(1)所示。不銹鋼短纖維的制備主要是將其牽切成短纖維再與其他纖維 原料混紡，不銹鋼纖維須條如圖2 (2)和圖2 (3)所示。(1)不銹鋼長絲及紗線(2)不銹鋼短纖維須條(3)不銹鋼短纖維束圖2不銹鋼長絲纖維1、不銹鋼長絲纖維的制備與應(yīng)用不銹鋼纖維的生產(chǎn)涉及到物理、化學(xué)、材料加工等

10、眾多科學(xué)領(lǐng)域。不銹鋼纖維的生產(chǎn)方法歸納起來有五種：單絲拉拔法、集束拉拔法、切削法、熔抽 法和生長法。線材拉伸法(1)單絲拉伸法單絲拉伸法是通常用于制造金屬線材的方法，但不銹鋼纖維細(xì)絲的制取必須通過孔 徑逐漸遞減的拉絲模孔多次進行拉伸的方法。纖維截面壓縮率不能過大，否則拉絲阻力 會超過材料的拉伸強度，從而引起撕裂。其工藝流程為：不銹鋼線材一水箱粗拉一熱處理退火一微拉拔一熱處理退火一成品。該方法工序繁瑣、纖維易斷裂，成本高，不能生產(chǎn)細(xì)纖維，產(chǎn)品主要用于高精度篩 網(wǎng)等特殊領(lǐng)域。(2)集束拉伸法集束拉伸法是把單絲拉伸法制取的線材多根集束，外加包覆材料，再進行拉伸。該 方法大大減少拉伸次數(shù)，同時也能防止

11、單根細(xì)絲被拉斷，外部包覆材料多用中碳鋼，因 為中碳鋼與不銹鋼有類似傾向的加工硬化。 集束中各根纖維之間涂有銅等物質(zhì)避免纖維 間的相互粘著，拉絲結(jié)束后再用化學(xué)方法清除涂層物質(zhì)，即可加工得到集束型不銹鋼纖 維。該法制備的纖維直徑可達1-2 m,強度高達1200-1800MPa,延伸率大于1%,纖維 直徑均勻，連續(xù)性好，成本低，是目前制備不銹鋼纖維普遍采用的方法。熔抽法熔抽法是由熔融金屬直接制取不銹鋼纖維的一種方法。其方法有多種形式，包括熔 融擠壓法、噴射驟冷法等。其中熔融擠壓法和噴射驟冷法，與制取有機纖維和玻璃纖維 的原理一樣，把熔化的金屬液從噴頭擠出，在各種媒介中冷卻成絲，但是，熔融的金屬 液表

12、面張力很大、粘度小、擠出的金屬流線很容易形成液滴，故成絲過程比較困難。其關(guān)鍵工藝是熔束模板的制作、噴嘴的安裝及其角度的控制、冷卻速度的控制等使其快速 凝固下來。切削法切削法既可制備長絲纖維也可制備短纖維，該方法設(shè)備簡單，成本低，可適用于不 同材質(zhì)的金屬如低碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁及其合金等的纖維加上。熔融紡絲法與切削法雖然工藝成本低，但得到的不銹鋼纖維不連續(xù)且直徑不均，只 能應(yīng)用于一些要求不高的領(lǐng)域中。生長法線材拉伸法、熔融紡絲法和切割法制備不銹鋼纖維的方法均是采用物理加工方法， 而生長法主要采用化學(xué)加工方法來制備不銹鋼纖維，因此將此類方法稱為生長法。生長 法代表性方法有膜層涂渡法和結(jié)晶析出

13、法。2、不銹鋼短纖維的制備在生產(chǎn)某些不銹鋼纖維混紡產(chǎn)品的時候，首先要對不銹鋼長絲纖維進行預(yù)加工，將 其制備成短纖維來與其他原料進行混紡。不銹鋼纖維長絲按照工藝要求的長度制成短纖 維主要可以采用兩種方法：一是直接將其剪切成短纖維，這樣可以得到整齊度均一的短 纖維；一種是利用紡織上的牽切原理把長絲束牽切成短纖維。三、不銹鋼纖維及其織物的應(yīng)用不銹鋼纖維含量不同，可以被應(yīng)用到不同領(lǐng)域，表 2給出了不銹鋼纖維含量與織物 用途對照。表2不銹鋼纖維含量與織物用途對照表不銹鋼含量%產(chǎn)品名稱用途0.5-1防靜電工作服靜電危害場所3-5防靜電過濾布過濾帶電粉塵3-5防雷達偵察遮障布坦克、大炮偽裝5-15防微波輻射

14、服人身防護5-15屏敝用貼墻布防止外來信號干擾及敵方偵察20假雷達靶子、除點布迷惑敵人、消除器皿或材料帶電30-40高壓帶電作業(yè)服不停電檢修輸電線路100純不銹鋼纖維布/氈高溫氣體/酸堿性液體/污水處理過濾用1、不銹鋼纖維的應(yīng)用不銹鋼長絲纖維的應(yīng)用利用不銹鋼纖維優(yōu)異的高強和耐熱性能生產(chǎn)的純不銹鋼長絲纖維織物，可制成枕式密封袋；也可制成除塵袋，用于高溫?zé)煔飧煞▋艋虺龎m系統(tǒng)； 或制成熱工件傳送帶、 隔熱簾、耐熱緩沖墊等，用于汽車擋風(fēng)玻璃、電視屏幕、廚房用品等的生產(chǎn)。不銹鋼纖 維紗線機織物，如圖3 (1)所示，可用于高溫?zé)煔飧煞▋艋龎m系統(tǒng)、熱工傳送帶、 耐熱緩沖墊等。不銹鋼纖維微孔過濾氈，采

15、用氣流成網(wǎng)，真空燒結(jié)工藝壓實成氈，如圖3 (2)、(3)所示，這種不銹鋼纖維針刺氈具有耐熱、耐磨、柔軟透氣、隔熱保溫、吸 音、減震、過濾等方面的優(yōu)異特性，可用于冶金、化工、玻璃、熱能等領(lǐng)域工業(yè)設(shè)備的 高溫腐蝕部位。民用領(lǐng)域主要是以不銹鋼纖維(金屬絲)為芯紗，棉纖維或滌綸、錦綸長絲為皮紗，加工成不銹鋼纖維包芯紗，用于抗靜電、物理起皺或閃光效應(yīng)織物(3)純不銹鋼纖維針刺氈(1)純不銹鋼絲機織布(2)純不銹鋼絲針織布(4)不銹鋼纖維氈網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖圖3不銹鋼長絲纖維的應(yīng)用不銹鋼短纖維的應(yīng)用不銹鋼短纖維主要是通過與其它纖維的混紡加工成棉 /不銹鋼、毛/不銹鋼和滌/不銹 鋼等混紡紗線，用于生產(chǎn)不銹鋼纖維抗靜電

16、織物和電磁波屏蔽織物等功能產(chǎn)品。以棉 / 不銹鋼、滌/棉/不銹鋼混紡為例，它們的混紡工藝路線如下:(1)棉纖維與不銹鋼纖維棉一開清一梳理 不銹鋼纖維一牽切-并條一粗勃一細(xì)砂(2)滌/棉與不銹鋼纖維不鑄鋼纖維一壟切1卜一預(yù)并滌一開清一梳理J1三道并條一粗紗一細(xì)紗福一開清一梳理一精梳 目前一般選用專用設(shè)備來牽切制條， 有單獨制條和將其與其他纖維采用混拉混并法 次牽切混合成條兩種。但用這些方法生產(chǎn)出來的條子易產(chǎn)生條干不勻，易起毛，不銹鋼纖維分布不夠均勻，纖維之間的抱合力較低，條子易伸長拉斷，且在牽切過程中不銹 鋼纖維散落，消耗大，生產(chǎn)成本高，在混拉混并方法中還易出現(xiàn)不銹鋼絲束漏切現(xiàn)象， 牽切質(zhì)量難以

17、保證?？刹捎美瓓A法來牽切不銹鋼纖維絲束的方法改善上述問題。即用兩 根需要混合的常規(guī)纖維條子(棉或滌)，將其分別上下對準(zhǔn)在不銹鋼纖維絲束被牽切拉 斷后須條的出口處喂入，將牽切后的不銹鋼短纖維托起火持在這兩根條子中間，并輸出 形成一根混合條，此時輸出的條子外表看不見不銹鋼纖維，形成一根包芯條。經(jīng)過這一 方法牽切后不銹鋼纖維形成了適合紡紗工藝要求的長度分布，且被夾持包覆在混合的常規(guī)條子中間。這一方法有效避免了不銹鋼纖維絲束在牽切制條過程中纖維的散落損失， 使紡制出的條子不起毛，均勻度好，不易纏繞，斷頭少，提高了生產(chǎn)效率，大大降低了 產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。不銹鋼短纖維和長絲的混合應(yīng)用將不銹鋼短纖維混紡紗、不

18、銹鋼長絲包芯紗與其它纖維紗線以一定比例間隔排列進 行交織加工成各種不銹鋼纖維網(wǎng)格織物；也可將不銹鋼短纖維與其他纖維原料的混紡 紗、不銹鋼長絲等紡制成花式線，應(yīng)用于功能織物的開發(fā)，既可豐富紗線的外觀，又加 強了終端產(chǎn)品電磁波屏蔽和高效抗靜電等多重功能，圖4為本文紡制的部分花式線樣品。2、不銹鋼纖維織物的應(yīng)用民用產(chǎn)品(1)抗靜電服不銹鋼纖維混紡機織物可作為抗靜電工作服，目前廣泛應(yīng)用于煉油、有機合成、油輪、炸藥制造業(yè)和煤礦等行業(yè)，有可靠的防燃、防爆作用，也能在 某些場合防止電磁波干擾導(dǎo)致電子計算機、電子儀器誤動作等自控失效所造成的危害。 不銹鋼纖維含量很高的混紡機織物，廣泛應(yīng)用于變電站巡視、交直流帶

19、電作業(yè)服等高壓屏蔽服。如圖5 (1)所示(2)不銹鋼纖維混紡織物電磁波屏蔽服(1)不銹鋼纖維混紡織物抗靜電服圖5不銹鋼纖維混紡織物功能服裝(2)防微波屏蔽服現(xiàn)代社會的人們時刻生活在縱橫交錯的微波輻射中。資料表明：一定強度的微波輻射，可以引起人體的心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和生 殖系統(tǒng)的功能損傷。長期受到微波輻射的人，將會出現(xiàn)神經(jīng)衰弱等癥狀。因此采用不銹 鋼纖維開發(fā)防微波屏蔽服，當(dāng)纖維含量達到足夠比例時，通過經(jīng)緯紗交織，使織物中的 不銹鋼纖維構(gòu)成縱橫交錯的隔離網(wǎng)，把微波與被保護體隔開，使微波能量衰減到一定程 度達到屏蔽作用。防電磁波輻射屏蔽布，加入不等量不銹鋼纖維，可抗電磁波輻射及抗 靜電

20、，持久性強。抗電磁波輻射服裝可用來制作電腦衣、襯衫、孕婦裝、圍裙、屏蔽毛 衣、醫(yī)院特種工作服、電子廠高精密工作服、導(dǎo)電工作服、帶電作業(yè)服、手機防護套、 手機休眠袋等，如圖5 (2)和圖6所示。所示為芳綸/不銹鋼纖維/高強纖維混紡制織的功 能手套，具有耐高溫、防微波等功能。(3)時尚休閑服(A)物理起皺：利用經(jīng)緯紗線均采用不銹鋼纖維的方法，開發(fā)休閑服裝，實現(xiàn)織 物物理起皺的效果，如圖7所示。(B)閃爍效應(yīng)：采用不銹鋼長絲開發(fā)嵌條織物，賦予織物金屬光澤般的閃爍效應(yīng)， 如圖8所示。(1)電磁波屏蔽手套(2)電磁波屏蔽孕婦服圖6防電磁波輻射屏蔽服裝和手套(4)抗菌服與塑身衣銀、銅等金屬元素對病毒、細(xì)菌

21、、真菌等微生物具有永久抑制作用。利用含銀、銅等金屬元素的不銹鋼纖維可以和各種天然纖維、合成纖維混紡，加工出各種保健、塑身紡織品和醫(yī)療衛(wèi)生用品，并且對人體無毒副作用，不銹鋼纖 維的抗菌作用是永久性的，因此符合健康纖維的發(fā)展要求。圖9是自美國SHIRLEY的高級設(shè)計師為2007年圣誕節(jié)設(shè)計的最新款式塑身衣，采用了彈力金屬蕾絲面料。軍用產(chǎn)品(1)偽裝網(wǎng) 圖10為軍用產(chǎn)品偽裝網(wǎng)即反雷達偵察偽裝遮障用基礎(chǔ)布，是現(xiàn)代 化戰(zhàn)爭常用的一類隱形技術(shù)，能有效防可見光、中近紅外線、紫外線和雷達偵察，尤其 能防空載雷達偵察和制導(dǎo)。它主要采用了高散射吸收衰減原理，是不銹鋼纖維與某種合 纖的混紡產(chǎn)品?？椢镏泻幸欢?、一定長度、合理間距、均勻分布的不銹鋼纖維，作 為對雷達波的散射元，根據(jù)雷達頻率設(shè)計的纖維長度及分布在牽切機上實施，有嚴(yán)格的 工藝設(shè)計要求和實踐調(diào)整工作過程，所含不銹鋼纖維較少，并有規(guī)定界限，既保證高的 散射效果達到軍械裝備“隱身”的目的，又不暴露網(wǎng)片本身反射成為目標(biāo)。(2)雷達目標(biāo)布 雷達目標(biāo)布即有意識使雷達偵察發(fā)現(xiàn)，而無真實軍事目標(biāo)的 遮障物?？梢砸约賮y真，誘惑敵人。還可作為航海救身器材，便于尋找失去的目標(biāo)或需尋找遺失的目標(biāo)。其原理是在布中增加不銹鋼纖維的含量，即增大雷達反射面而無