專利名稱：金屬纖維股線及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬加工領(lǐng)域，尤其涉及一種由一種以上的金屬纖維制成的金屬纖維股 線，還涉及一種制備該金屬纖維股線的方法。
技術(shù)背景金屬纖維在現(xiàn)有技術(shù)中已眾所周知，最具有代表性的一個(gè)實(shí)例是用線束拉拔方法所 獲得的金屬纖維。隨著人們對(duì)金屬纖維認(rèn)識(shí)的深入，由金屬纖維發(fā)展而來的金屬纖維股線也受到越來 越廣泛的關(guān)注，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸拓寬。以不銹鋼金屬纖維股線為例，其耐高溫特性明 顯，瞬間耐高溫可達(dá)1000°C，而長時(shí)間耐高溫可達(dá)50(TC且其本身的特性不會(huì)改質(zhì)，不 銹鋼金屬纖維股線因此也成為耐高溫產(chǎn)品及防火產(chǎn)品市場上目前所發(fā)現(xiàn)的最佳材料；也 可以把不銹鋼纖維股線與其它纖維混合織布，使其能夠應(yīng)用于防靜電、導(dǎo)電紡織品等技 術(shù)領(lǐng)域。而另外一種鐵鉻鋁金屬纖維股線由于其在導(dǎo)電和耐高溫(長時(shí)間承受1000'C) 上的特性，可廣泛應(yīng)用于柔性低壓電加熱、表面燃燒器等技術(shù)領(lǐng)域。此外，金屬纖維股 線也是復(fù)印機(jī)和傳真機(jī)中的導(dǎo)電刷所不可或缺的原材料。正因?yàn)榻饘倮w維股線所具有的上述優(yōu)良特性及廣泛用途，使得金屬纖維股線的加工 制備也變得頗為重要。目前，金屬纖維股線的加工方法基本上是在通過各種加工方法獲 得成品金屬纖維的基礎(chǔ)上，再對(duì)金屬纖維進(jìn)行加捻，從而獲得金屬纖維股線。因?yàn)槭遣?用加捻設(shè)備直接對(duì)成品金屬纖維進(jìn)行加捻，使得加工效率低下，而且獲得的金屬纖維股 線經(jīng)常出現(xiàn)松股、斷股、交叉、折疊和破損等缺陷。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能有效避免出現(xiàn)松股、 斷股、折疊、交叉和破損現(xiàn)象的、綜合性能較好的金屬纖維股線，還提供一種生產(chǎn)效率 高、工藝過程簡單且容易操作的制備金屬纖維股線的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種金屬纖維股線，其特征在于所 述金屬纖維股線由1~5000股的金屬纖維束捻結(jié)而成，所述金屬纖維束由金屬纖維M1、 金屬纖維M2或金屬纖維M3組成，每股金屬纖維束中包含的金屬纖維的數(shù)量控制在1~10000根，其中金屬纖維M1中各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0<C《0.05%、0<Mn《5%、0<Si《2%、 8%《Ni《14%、 15%《Cr《20%、 0<Mo《3%、 0<Cu《4%、 0<N《0.05%、 0<S《0.03%、 0<P《0.05%，余量為鐵；金屬纖維M2中各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.005%《C《0.03%、 0.2%《Mn《0.4%、 0.4%《Si《0.6%、 15%《Cr《27%、 0.05%《Cu《0.2%、 0.03%《S《0.04%、 0.01%《P 《0.045%、 5.0%《A1《7.0%、 0.01%《Re《0.04%，余量為鐵；金屬纖維M3中各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0<C《0.05%、 0<Mn《1.5%、 0.2《Si 《1.3%、 9%《Cr《23%、 0<A1《0.3%、 0《Cu《0.2%、 0<S《0.02%、 0<P《0.03%、 0 《Fe《1.5%，余量為鎳。上述金屬纖維股線包含的金屬纖維束的股數(shù)范圍優(yōu)選控制在10~2000股。本發(fā)明還提供了一種金屬纖維股線的制備方法，包括以下步驟(1) 復(fù)合線材制備準(zhǔn)備金屬線材，將所述金屬線材嵌入基體材料中并捆綁成束， 封裝后制得初始復(fù)合線材；(2) 減徑拉拔采用線束拉拔法拉拔初始復(fù)合線材，得到所要求線徑的成品復(fù)合線材；(3) 加捻對(duì)上述制得的成品復(fù)合線材進(jìn)行加捻；(4) 高溫定型對(duì)加捻完成后的成品復(fù)合線材進(jìn)行高溫加熱使之定型；(5) 電化學(xué)分離采用電化學(xué)分離方法對(duì)高溫定型后的成品復(fù)合線材進(jìn)行分離，從 而制得金屬纖維股線。上述方法制得的成品是單股金屬纖維股線還是多股(兩股以上的)金屬纖維股線， 取決于制備過程中所選用的復(fù)合線材的數(shù)量。當(dāng)采用單根復(fù)合線材進(jìn)行制備的情況下， 得到的是只包含單股金屬纖維束的金屬纖維股線；當(dāng)采用多根復(fù)合線材進(jìn)行制備的情況 下，得到的是包含多股金屬纖維束的金屬纖維股線。同一根復(fù)合線材是由相同材質(zhì)的金 屬線材加工而成，但用于制備多股金屬纖維股線的各根復(fù)合線材之間，其金屬線材的材 質(zhì)卻可以有所變化，換言之單股金屬纖維股線中金屬纖維的材質(zhì)是相同的，而多股金屬 纖維股線中卻有可能包含有不同材質(zhì)的金屬纖維束。上述步驟(1)中的"基體材料"是為了進(jìn)行線束拉拔過程而施加在各金屬線材上的 材料。這種基體材料可以是銅、鐵、銅合金、鐵合金或者其他類似金屬。封裝材料被定 義為在其上已涂覆有基體材料的金屬線材束上包覆的材料。這種封裝材料可以是鋁、鐵、鋁合金、鐵合金或者其他類似金屬。這種嵌入基體材料中并被封裝的金屬線材束被稱作 "復(fù)合線材"。上述步驟(2)的采用線束拉拔法生產(chǎn)制備成品復(fù)合線材的過程中，通常在將初始復(fù) 合線材減徑至成品復(fù)合線徑時(shí)，成品復(fù)合線材基體材料中所包覆的金屬纖維直徑便能達(dá) 到成品金屬纖維股線所要求的金屬纖維直徑。而用于控制減徑程度的成品復(fù)合線徑的大 小取決于金屬纖維股線成品中對(duì)金屬纖維線徑的具體要求和每股金屬纖維束中所包覆的 金屬纖維的根數(shù)，實(shí)踐中對(duì)金屬纖維的線徑一般要求控制在1.5 10(Him。上述步驟(3)所述的"加捻"，對(duì)于單股金屬纖維股線來說是指直接對(duì)單根的成品 復(fù)合線材進(jìn)行單股加捻，而對(duì)于多股金屬纖維股線來說則是指對(duì)多根成品復(fù)合線材進(jìn)行 合股加捻。我們可以采用常規(guī)的加捻設(shè)備對(duì)成品復(fù)合線材進(jìn)行加捻，以獲得相應(yīng)直徑的 金屬纖維股線。所述的常規(guī)的加捻設(shè)備可以是內(nèi)收線式雙捻機(jī)、外收線式雙捻機(jī)或者集 合式雙捻機(jī)，當(dāng)然也包括其它可以用于對(duì)復(fù)合線材進(jìn)行加捻的加捻設(shè)備。加捻過程中捻 數(shù)范圍可以控制在1 500捻，優(yōu)選50 200捻，此處"捻數(shù)"定義為一米內(nèi)出現(xiàn)的捻的個(gè) 數(shù)。上述步驟(4)的高溫定型過程為加捻完成后再經(jīng)過的一個(gè)加熱步驟，使金屬復(fù)合線 材保持一種穩(wěn)定的拉伸狀態(tài)，從而使最后得到的金屬纖維股線保持一種穩(wěn)定的狀態(tài)。高 溫定型的溫度可以控制在100~800°C，高溫定型的時(shí)間可控制在l~5h。上述電化學(xué)分離方法是采用連續(xù)陰陽交替電解法，使用的電化學(xué)溶液體系為硫酸溶液，硫酸溶液的濃度為0.7-1.4mol/L;在電解分離過程中，電解電壓采用3 4V的恒壓控 制，根據(jù)基體和封裝材料的不同，可以將復(fù)合線材的分離速度控制在0.8 1.2m/min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)現(xiàn)有的金屬纖維股線加工效率低下以及經(jīng) 常存在的松股、斷股、折疊、交叉和破損等缺陷，提供了一種金屬纖維股線及其制作工 藝，由于本發(fā)明的方法是在對(duì)采用線束拉拔法生產(chǎn)的金屬復(fù)合線材拉拔到某一線徑后， 使用常規(guī)的加捻設(shè)備對(duì)金屬復(fù)合線材進(jìn)行加捻(而不是對(duì)金屬纖維直接進(jìn)行加捻)，然后 再采用電化學(xué)分離的方法進(jìn)行分離，這樣不僅使金屬纖維股線的綜合性能獲得很大提高， 也使加工的效率獲得大大提高。由于是對(duì)復(fù)合線材進(jìn)行加捻，因此本發(fā)明金屬纖維股線 的股數(shù)范圍比對(duì)金屬纖維直接加捻更容易控制(可以是1 5000股，優(yōu)選10-2000股)； 由于是對(duì)復(fù)合線材進(jìn)行加捻，因此金屬纖維股線的捻向比對(duì)金屬纖維直接加捻更容易控 制，可以是左捻(Z捻)，也可以是右捻(S捻)；由于是對(duì)復(fù)合線材進(jìn)行加捻，因此金屬 纖維股線的捻數(shù)范圍比對(duì)金屬纖維直接加捻更容易控制(可以是1 500捻，優(yōu)選50 200捻)。此外，由于是對(duì)復(fù)合線材進(jìn)行加捻，因此金屬纖維股線中的金屬纖維基本上不會(huì)出 現(xiàn)松股、斷股、折疊、交叉和破損等現(xiàn)象。通過上述方法制備得到的金屬纖維股線，不論是單根金屬纖維還是整體金屬纖維股 現(xiàn)，在抗拉強(qiáng)度、延伸率等性能指標(biāo)上都有較好的表現(xiàn)。


圖1為實(shí)施例1制得的兩股金屬纖維股線的顯微照片； 圖2為實(shí)施例2制得的三股金屬纖維股線的顯微照片。
具體實(shí)施方式
下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本 發(fā)明。實(shí)施例l:一種金屬纖維股線，包含兩股金屬纖維束，每股金屬纖維束包含275根金屬纖維， 每股金屬纖維束中包含的金屬纖維的材質(zhì)為金屬纖維Ml，其組分及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如 下所示(以wtc/。表示)C: 0.007%; Mn: 1.28%; Si: 0.74%; Ni: 9.81%; Cr: 18.19%; MO: 0.43%; Cu: 0.35%; N: 0.02%; S: 0.001%; P: 0.025%,余量為鐵。上述金屬纖維股線可以通過以下的方法制備得到(1) 復(fù)合線材制備選取直徑為0.5mm的上述材質(zhì)的金屬線材，通過電解在其上 涂覆一層厚度為3nm的銅(基體材料)，將涂覆后的275根金屬線材捆扎成束并封裝在 鐵套(封裝材料)內(nèi)，制得初始復(fù)合線材；(2) 減徑拉拔采用線束拉拔法拉拔初始復(fù)合線材，當(dāng)初始復(fù)合線材的直徑達(dá)到 0.3mm時(shí)停止拉拔，得到線徑為0.3mm的成品復(fù)合線材；(3) 加捻選取兩根上述制備得到的成品復(fù)合線材，并采用內(nèi)收線式雙捻機(jī)對(duì)成品 復(fù)合線材進(jìn)行合股加捻，捻向?yàn)樽竽?，捻?shù)為220捻；(4) 高溫定型對(duì)加捻完成后的成品復(fù)合線材進(jìn)行高溫加熱使之定型，采用的定型 溫度為48(TC，定型時(shí)間為3.5小時(shí)；(5) 電化學(xué)分離采用電化學(xué)分離方法對(duì)高溫定型后的成品復(fù)合線材進(jìn)行分離，電 化學(xué)分離采用硫酸溶液作為電化學(xué)溶液體系，硫酸溶液的濃度為1.Omol/L，在電解分離 過程中，電解電壓采用恒壓控制，電壓控制在4V，控制復(fù)合線分離的速度為1.0m/min;通過以上五個(gè)步驟制備得到股數(shù)為兩股、單股纖維束為275根、每根金屬纖維直徑為12nm的金屬纖維股線。對(duì)上述制得的金屬纖維股線進(jìn)行力學(xué)性能檢測，其單根金屬纖維的抗拉力可以達(dá)到 21.5CN，延伸率達(dá)到1.74%;整體金屬纖維股線的抗拉力可以達(dá)到95.3N延伸率達(dá)到 1.57%。這種金屬纖維股線的表面狀況如圖1所示，從圖1可以看出金屬纖維股線呈典型 的空間螺旋結(jié)構(gòu)，股與股之間結(jié)合良好，無明顯的松股、斷股、交叉、折疊和破損等缺 陷。實(shí)施例2:一種金屬纖維股線，包含三股金屬纖維束，每股金屬纖維束包含100根金屬纖維， 三股金屬纖維束的材質(zhì)各不相同，其中一股金屬纖維束中包含的金屬纖維的材質(zhì)為金屬纖維Ml，其組分及各組分的質(zhì)量分 數(shù)如下所示(以wt /。表示):C: 0.011%; Mn: 0.24%; Si: 0.36%; Ni: 11.17%; Cr: 18.76%; Mo: 0.24%; Cu: 0.26%; N: 0.032%; S: 0.009%; P: 0.019%;余量為鐵；一股金屬纖維束中包含的金屬纖維的材質(zhì)為金屬纖維M2，其組分及各組分的質(zhì)量分 數(shù)如下所示(以wto/c表示)C: 0.022%; Mm 0.20%; Si: 0.4%; Cr: 20.36%; Cu: 0.058%; S: 0.03%; P: 0.015%; Al: 5.0%; Re: 0.029%;余量為鐵；一股金屬纖維束中包含的金屬纖維的材質(zhì)為金屬纖維M3，其組分及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下所示(以Wt,o/()表示)C: 0.03%; Mn: 0.7%; Si: 1.2%; Cr: 21%; Al: 0.3%; Cu: 0.1%; S: 0.01%; P: 0.01%; Fe: 1.1%。；余量為鎳。 上述金屬纖維股線可以通過以下的方法制備得到(1) 復(fù)合線材制備選取直徑為1.2mm的包括上述三種材質(zhì)(Ml、 M2和M3)的 金屬線材，通過在金屬線材上電解涂覆一層厚度為2pm的銅，并將涂覆后的100根相同 材質(zhì)的金屬線材捆扎成束并封裝在鐵套內(nèi)，制得初始復(fù)合線材，因?yàn)檫x用了三種材質(zhì)的 金屬線材作為原材料，因此可得到三種不同材質(zhì)的初始復(fù)合線材；(2) 減徑拉拔采用線束拉拔法拉拔初始復(fù)合線材，當(dāng)初始復(fù)合線材的直徑達(dá)到 0.21mm時(shí)停止拉拔，得到線徑為0.21mm的成品復(fù)合線材；(3) 加捻選取三根分別包含上述三種材質(zhì)(Ml、 M2、 M3)的成品復(fù)合線材，并 采用內(nèi)收線式雙捻機(jī)對(duì)這三根成品復(fù)合線材進(jìn)行合股加捻，捻向?yàn)樽竽?，捻?shù)為180捻；(4) 高溫定型對(duì)加捻完成后的成品復(fù)合線材進(jìn)行高溫加熱使之定型，采用的定型 溫度為58(TC，定型時(shí)間為4小時(shí)；(5)電化學(xué)分離采用電化學(xué)分離方法對(duì)高溫定型后的成品復(fù)合線材進(jìn)行分離，電化學(xué)分離采用硫酸溶液作為電化學(xué)溶液體系，硫酸溶液的濃度為1.0mol/L,在電解分離 過程中，電解電壓采用恒壓控制，電壓控制在4V，控制復(fù)合線分離的速度為l.Om/min; 通過以上五個(gè)步驟制備得到股數(shù)為三股、單股纖維束為100根、每根纖維直徑為13pm的金屬纖維股線。對(duì)上述制得的金屬纖維股線進(jìn)行力學(xué)性能檢測，整體纖維股線的抗拉力可以達(dá)到 87.5N，延伸率達(dá)到1.87%。這種金屬纖維股線的表面狀況如圖2所示，從圖2可以看出 金屬纖維股線呈典型的空間螺旋結(jié)構(gòu)，股與股之間結(jié)合良好，無明顯的松股、斷股、交 叉、折疊和破損等缺陷。實(shí)施例3:一種金屬纖維股線，包含一股金屬纖維束，該股金屬纖維束包含90根金屬纖維，所 述金屬纖維的材質(zhì)為金屬纖維Ml ，其組分及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下所示(以wt，。表示)C: 0.025%; Mn: 0.6o/o; Si: 0.34%; Ni: 10.1%; Cr: 16.8%; Mo: 2.14%; Cu: 0.35%; N: 0.02%; S: 0.001%; P: 0.015%,余量為鐵。 上述金屬纖維股線可以通過以下的方法制備得到(1) 復(fù)合線材制備選取直徑為0.7mm的上述材質(zhì)的金屬線材，通過電解在其上 涂覆一層厚度為2pm的銅，并將涂覆后的90根金屬線材捆扎成束并封裝在鐵套內(nèi)，制 得初始復(fù)合線材；(2) 減徑拉拔采用線束拉拔法拉拔初始復(fù)合線材，當(dāng)初始復(fù)合線材的直徑達(dá)到 0.21mm時(shí)停止拉拔，得到線徑為0.21mm的成品復(fù)合線材；(3) 加捻選取上述制備得到的成品復(fù)合線材，并采用內(nèi)收線式雙捻機(jī)對(duì)成品復(fù)合 線材進(jìn)行單股加捻，捻向?yàn)樽竽?，捻?shù)為100捻；(4) 高溫定型對(duì)加捻完成后的成品復(fù)合線材進(jìn)行高溫加熱使之定型，采用的定型 溫度為450'C，定型時(shí)間為3小時(shí)；(5) 電化學(xué)分離采用電化學(xué)分離方法對(duì)高溫定型后的成品復(fù)合線材進(jìn)行分離，電 化學(xué)分離采用硫酸溶液作為電化學(xué)溶液體系，硫酸溶液的濃度為1.Omol/L，在電解分離 過程中，電解電壓采用恒壓控制，電壓控制在4V，控制復(fù)合線分離的速度為1.2m/min;通過以上五個(gè)步驟制得單股金屬纖維股線，其中包含的金屬纖維數(shù)量為100根，每 根金屬纖維的直徑為"nm。對(duì)上述制得的單股金屬纖維股線進(jìn)行力學(xué)性能檢測，其單根金屬纖維的抗拉強(qiáng)度可 以達(dá)到32.4CN，延伸率達(dá)到1.78%;整體金屬纖維股線的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到32.7N，延 伸率達(dá)到1.57%。金屬纖維股線呈典型的空間螺旋結(jié)構(gòu)，股與股之間結(jié)合良好，無明顯 的松股、斷股、交叉、折疊和破損等缺陷。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明作出替換、變形，但只要不脫離本發(fā)明的基本思想， 均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種金屬纖維股線，其特征在于所述金屬纖維股線由1～5000股的金屬纖維束捻結(jié)而成，所述金屬纖維束包含1～10000根的金屬纖維M1、金屬纖維M2或金屬纖維M3，其中金屬纖維M1中各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0＜C≤0.05％、0＜Mn≤5％、0＜Si≤2％、8％≤Ni≤14％、15％≤Cr≤20％、0＜Mo≤3％、0＜Cu≤4％、0＜N≤0.05％、0＜S≤0.03％、0＜P≤0.05％，余量為鐵；金屬纖維M2中各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.005％≤C≤0.03％、0.2％≤Mn≤0.4％、0.4％≤Si≤0.6％、15％≤Cr≤27％、0.05％≤Cu≤0.2％、0.03％≤S≤0.04％、0.01％≤P≤0.045％、5.0％≤Al≤7.0％、0.01％≤Re≤0.04％，余量為鐵；金屬纖維M3中各元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0＜C≤0.05％、0＜Mn≤1.5％、0.2≤Si≤1.3％、9％≤Cr≤23％、0＜Al≤0.3％、0≤Cu≤0.2％、0＜S≤0.02％、0＜P≤0.03％、0≤Fe≤1.5％，余量為鎳。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬纖維股線，其特征在于所述金屬纖維股線包含的金屬 纖維束的股數(shù)范圍控制在10-2000股。
3、 一種金屬纖維股線的制備方法，包括以下步驟(1) 復(fù)合線材制備準(zhǔn)備金屬線材，將所述金屬線材嵌入基體材料中并捆綁成束， 封裝后制得初始復(fù)合線材；(2) 減徑拉拔采用線束拉拔法拉拔初始復(fù)合線材，得到所要求線徑的成品復(fù)合線材；(3) 加捻對(duì)上述制得的成品復(fù)合線材進(jìn)行加捻；(4) 高溫定型對(duì)加捻完的成品復(fù)合線材進(jìn)行高溫加熱使之定型；(5) 電化學(xué)分離采用電化學(xué)分離方法對(duì)高溫定型后的成品復(fù)合線材進(jìn)行分離，從 而制得金屬纖維股線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬纖維股線的制備方法，其特征在于所述高溫定型的溫 度控制在100~80(TC,高溫定型的時(shí)間控制在l~5h。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬纖維股線的制備方法，其特征在于所述加捻步驟中捻 數(shù)范圍控制在1~500捻。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬纖維股線的制備方法，其特征在于所述加捻步驟中捻 數(shù)范圍控制在50~200捻。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬纖維股線的制備方法，其特征在于所述電化學(xué)分離方 法是采用連續(xù)陰陽交替電解法，使用的電化學(xué)溶液體系為硫酸溶液，硫酸溶液的濃度為 0.7~1.4mol/L，電解電壓采用3 4V的恒壓控制，分離的速度控制在0.8~1.2m/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬纖維股線及其制備方法，該金屬纖維股線由1～5000股的金屬纖維束捻結(jié)而成，每股金屬纖維束包含1～10000根的金屬纖維M1、金屬纖維M2或金屬纖維M3，M1、M2、M3為鐵或鎳的合金。該金屬纖維股線可通過復(fù)合線材制備、減徑拉拔、加捻、高溫定型和電化學(xué)分離五個(gè)步驟制備得到。本發(fā)明的金屬纖維股線不會(huì)出現(xiàn)松股、斷股、折疊、交叉和破損等現(xiàn)象，綜合性能較好，而本發(fā)明的制備金屬纖維股線的方法也具有較高的生產(chǎn)效率，工藝過程簡單且容易操作。
文檔編號(hào)C22C38/34GK101307518SQ200810031540
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者吳曉春, 魏少鋒, 黃俊杰 申請(qǐng)人:湖南惠同新材料股份有限公司