专利名称：金属纤维股线及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属加工领域，尤其涉及一种由一种以上的金属纤维制成的金属纤维股 线，还涉及一种制备该金属纤维股线的方法。
技术背景金属纤维在现有技术中已众所周知，最具有代表性的一个实例是用线束拉拔方法所 获得的金属纤维。随着人们对金属纤维认识的深入，由金属纤维发展而来的金属纤维股线也受到越来 越广泛的关注，其应用领域也逐渐拓宽。以不锈钢金属纤维股线为例，其耐高温特性明 显，瞬间耐高温可达1000°C，而长时间耐高温可达50(TC且其本身的特性不会改质，不 锈钢金属纤维股线因此也成为耐高温产品及防火产品市场上目前所发现的最佳材料；也 可以把不锈钢纤维股线与其它纤维混合织布，使其能够应用于防静电、导电纺织品等技 术领域。而另外一种铁铬铝金属纤维股线由于其在导电和耐高温(长时间承受1000'C) 上的特性，可广泛应用于柔性低压电加热、表面燃烧器等技术领域。此外，金属纤维股 线也是复印机和传真机中的导电刷所不可或缺的原材料。正因为金属纤维股线所具有的上述优良特性及广泛用途，使得金属纤维股线的加工 制备也变得颇为重要。目前，金属纤维股线的加工方法基本上是在通过各种加工方法获 得成品金属纤维的基础上，再对金属纤维进行加捻，从而获得金属纤维股线。因为是采 用加捻设备直接对成品金属纤维进行加捻，使得加工效率低下，而且获得的金属纤维股 线经常出现松股、断股、交叉、折叠和破损等缺陷。 发明内容本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能有效避免出现松股、 断股、折叠、交叉和破损现象的、综合性能较好的金属纤维股线，还提供一种生产效率 高、工艺过程简单且容易操作的制备金属纤维股线的方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种金属纤维股线，其特征在于所 述金属纤维股线由1~5000股的金属纤维束捻结而成，所述金属纤维束由金属纤维M1、 金属纤维M2或金属纤维M3组成，每股金属纤维束中包含的金属纤维的数量控制在1~10000根，其中金属纤维M1中各元素的质量百分数分别为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%，余量为铁；金属纤维M2中各元素的质量百分数分别为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%，余量为铁；金属纤维M3中各元素的质量百分数分别为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%，余量为镍。上述金属纤维股线包含的金属纤维束的股数范围优选控制在10~2000股。本发明还提供了一种金属纤维股线的制备方法，包括以下步骤(1) 复合线材制备准备金属线材，将所述金属线材嵌入基体材料中并捆绑成束， 封装后制得初始复合线材；(2) 减径拉拔采用线束拉拔法拉拔初始复合线材，得到所要求线径的成品复合线材；(3) 加捻对上述制得的成品复合线材进行加捻；(4) 高温定型对加捻完成后的成品复合线材进行高温加热使之定型；(5) 电化学分离采用电化学分离方法对高温定型后的成品复合线材进行分离，从 而制得金属纤维股线。上述方法制得的成品是单股金属纤维股线还是多股(两股以上的)金属纤维股线， 取决于制备过程中所选用的复合线材的数量。当采用单根复合线材进行制备的情况下， 得到的是只包含单股金属纤维束的金属纤维股线；当采用多根复合线材进行制备的情况 下，得到的是包含多股金属纤维束的金属纤维股线。同一根复合线材是由相同材质的金 属线材加工而成，但用于制备多股金属纤维股线的各根复合线材之间，其金属线材的材 质却可以有所变化，换言之单股金属纤维股线中金属纤维的材质是相同的，而多股金属 纤维股线中却有可能包含有不同材质的金属纤维束。上述步骤(1)中的"基体材料"是为了进行线束拉拔过程而施加在各金属线材上的 材料。这种基体材料可以是铜、铁、铜合金、铁合金或者其他类似金属。封装材料被定 义为在其上已涂覆有基体材料的金属线材束上包覆的材料。这种封装材料可以是铝、铁、铝合金、铁合金或者其他类似金属。这种嵌入基体材料中并被封装的金属线材束被称作 "复合线材"。上述步骤(2)的采用线束拉拔法生产制备成品复合线材的过程中，通常在将初始复 合线材减径至成品复合线径时，成品复合线材基体材料中所包覆的金属纤维直径便能达 到成品金属纤维股线所要求的金属纤维直径。而用于控制减径程度的成品复合线径的大 小取决于金属纤维股线成品中对金属纤维线径的具体要求和每股金属纤维束中所包覆的 金属纤维的根数，实践中对金属纤维的线径一般要求控制在1.5 10(Him。上述步骤(3)所述的"加捻"，对于单股金属纤维股线来说是指直接对单根的成品 复合线材进行单股加捻，而对于多股金属纤维股线来说则是指对多根成品复合线材进行 合股加捻。我们可以采用常规的加捻设备对成品复合线材进行加捻，以获得相应直径的 金属纤维股线。所述的常规的加捻设备可以是内收线式双捻机、外收线式双捻机或者集 合式双捻机，当然也包括其它可以用于对复合线材进行加捻的加捻设备。加捻过程中捻 数范围可以控制在1 500捻，优选50 200捻，此处"捻数"定义为一米内出现的捻的个 数。上述步骤(4)的高温定型过程为加捻完成后再经过的一个加热步骤，使金属复合线 材保持一种稳定的拉伸状态，从而使最后得到的金属纤维股线保持一种稳定的状态。高 温定型的温度可以控制在100~800°C，高温定型的时间可控制在l~5h。上述电化学分离方法是采用连续阴阳交替电解法，使用的电化学溶液体系为硫酸溶液，硫酸溶液的浓度为0.7-1.4mol/L;在电解分离过程中，电解电压采用3 4V的恒压控 制，根据基体和封装材料的不同，可以将复合线材的分离速度控制在0.8 1.2m/min。与现有技术相比，本发明的优点在于针对现有的金属纤维股线加工效率低下以及经 常存在的松股、断股、折叠、交叉和破损等缺陷，提供了一种金属纤维股线及其制作工 艺，由于本发明的方法是在对采用线束拉拔法生产的金属复合线材拉拔到某一线径后， 使用常规的加捻设备对金属复合线材进行加捻(而不是对金属纤维直接进行加捻)，然后 再采用电化学分离的方法进行分离，这样不仅使金属纤维股线的综合性能获得很大提高， 也使加工的效率获得大大提高。由于是对复合线材进行加捻，因此本发明金属纤维股线 的股数范围比对金属纤维直接加捻更容易控制(可以是1 5000股，优选10-2000股)； 由于是对复合线材进行加捻，因此金属纤维股线的捻向比对金属纤维直接加捻更容易控 制，可以是左捻(Z捻)，也可以是右捻(S捻)；由于是对复合线材进行加捻，因此金属 纤维股线的捻数范围比对金属纤维直接加捻更容易控制(可以是1 500捻，优选50 200捻)。此外，由于是对复合线材进行加捻，因此金属纤维股线中的金属纤维基本上不会出 现松股、断股、折叠、交叉和破损等现象。通过上述方法制备得到的金属纤维股线，不论是单根金属纤维还是整体金属纤维股 现，在抗拉强度、延伸率等性能指标上都有较好的表现。
图1为实施例1制得的两股金属纤维股线的显微照片； 图2为实施例2制得的三股金属纤维股线的显微照片。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本 发明。实施例l:一种金属纤维股线，包含两股金属纤维束，每股金属纤维束包含275根金属纤维， 每股金属纤维束中包含的金属纤维的材质为金属纤维Ml，其组分及各组分的质量分数如 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%,余量为铁。上述金属纤维股线可以通过以下的方法制备得到(1) 复合线材制备选取直径为0.5mm的上述材质的金属线材，通过电解在其上 涂覆一层厚度为3nm的铜(基体材料)，将涂覆后的275根金属线材捆扎成束并封装在 铁套(封装材料)内，制得初始复合线材；(2) 减径拉拔采用线束拉拔法拉拔初始复合线材，当初始复合线材的直径达到 0.3mm时停止拉拔，得到线径为0.3mm的成品复合线材；(3) 加捻选取两根上述制备得到的成品复合线材，并采用内收线式双捻机对成品 复合线材进行合股加捻，捻向为左捻，捻数为220捻；(4) 高温定型对加捻完成后的成品复合线材进行高温加热使之定型，采用的定型 温度为48(TC，定型时间为3.5小时；(5) 电化学分离采用电化学分离方法对高温定型后的成品复合线材进行分离，电 化学分离采用硫酸溶液作为电化学溶液体系，硫酸溶液的浓度为1.Omol/L，在电解分离 过程中，电解电压采用恒压控制，电压控制在4V，控制复合线分离的速度为1.0m/min;通过以上五个步骤制备得到股数为两股、单股纤维束为275根、每根金属纤维直径为12nm的金属纤维股线。对上述制得的金属纤维股线进行力学性能检测，其单根金属纤维的抗拉力可以达到 21.5CN，延伸率达到1.74%;整体金属纤维股线的抗拉力可以达到95.3N延伸率达到 1.57%。这种金属纤维股线的表面状况如图1所示，从图1可以看出金属纤维股线呈典型 的空间螺旋结构，股与股之间结合良好，无明显的松股、断股、交叉、折叠和破损等缺 陷。实施例2:一种金属纤维股线，包含三股金属纤维束，每股金属纤维束包含100根金属纤维， 三股金属纤维束的材质各不相同，其中一股金属纤维束中包含的金属纤维的材质为金属纤维Ml，其组分及各组分的质量分 数如下所示(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%;余量为铁；一股金属纤维束中包含的金属纤维的材质为金属纤维M2，其组分及各组分的质量分 数如下所示(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%;余量为铁；一股金属纤维束中包含的金属纤维的材质为金属纤维M3，其组分及各组分的质量分数如下所示(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%。；余量为镍。 上述金属纤维股线可以通过以下的方法制备得到(1) 复合线材制备选取直径为1.2mm的包括上述三种材质(Ml、 M2和M3)的 金属线材，通过在金属线材上电解涂覆一层厚度为2pm的铜，并将涂覆后的100根相同 材质的金属线材捆扎成束并封装在铁套内，制得初始复合线材，因为选用了三种材质的 金属线材作为原材料，因此可得到三种不同材质的初始复合线材；(2) 减径拉拔采用线束拉拔法拉拔初始复合线材，当初始复合线材的直径达到 0.21mm时停止拉拔，得到线径为0.21mm的成品复合线材；(3) 加捻选取三根分别包含上述三种材质(Ml、 M2、 M3)的成品复合线材，并 采用内收线式双捻机对这三根成品复合线材进行合股加捻，捻向为左捻，捻数为180捻；(4) 高温定型对加捻完成后的成品复合线材进行高温加热使之定型，采用的定型 温度为58(TC，定型时间为4小时；(5)电化学分离采用电化学分离方法对高温定型后的成品复合线材进行分离，电化学分离采用硫酸溶液作为电化学溶液体系，硫酸溶液的浓度为1.0mol/L,在电解分离 过程中，电解电压采用恒压控制，电压控制在4V，控制复合线分离的速度为l.Om/min; 通过以上五个步骤制备得到股数为三股、单股纤维束为100根、每根纤维直径为13pm的金属纤维股线。对上述制得的金属纤维股线进行力学性能检测，整体纤维股线的抗拉力可以达到 87.5N，延伸率达到1.87%。这种金属纤维股线的表面状况如图2所示，从图2可以看出 金属纤维股线呈典型的空间螺旋结构，股与股之间结合良好，无明显的松股、断股、交 叉、折叠和破损等缺陷。实施例3:一种金属纤维股线，包含一股金属纤维束，该股金属纤维束包含90根金属纤维，所 述金属纤维的材质为金属纤维Ml ，其组分及各组分的质量分数如下所示(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%,余量为铁。 上述金属纤维股线可以通过以下的方法制备得到(1) 复合线材制备选取直径为0.7mm的上述材质的金属线材，通过电解在其上 涂覆一层厚度为2pm的铜，并将涂覆后的90根金属线材捆扎成束并封装在铁套内，制 得初始复合线材；(2) 减径拉拔采用线束拉拔法拉拔初始复合线材，当初始复合线材的直径达到 0.21mm时停止拉拔，得到线径为0.21mm的成品复合线材；(3) 加捻选取上述制备得到的成品复合线材，并采用内收线式双捻机对成品复合 线材进行单股加捻，捻向为左捻，捻数为100捻；(4) 高温定型对加捻完成后的成品复合线材进行高温加热使之定型，采用的定型 温度为450'C，定型时间为3小时；(5) 电化学分离采用电化学分离方法对高温定型后的成品复合线材进行分离，电 化学分离采用硫酸溶液作为电化学溶液体系，硫酸溶液的浓度为1.Omol/L，在电解分离 过程中，电解电压采用恒压控制，电压控制在4V，控制复合线分离的速度为1.2m/min;通过以上五个步骤制得单股金属纤维股线，其中包含的金属纤维数量为100根，每 根金属纤维的直径为"nm。对上述制得的单股金属纤维股线进行力学性能检测，其单根金属纤维的抗拉强度可 以达到32.4CN，延伸率达到1.78%;整体金属纤维股线的抗拉强度可以达到32.7N，延 伸率达到1.57%。金属纤维股线呈典型的空间螺旋结构，股与股之间结合良好，无明显 的松股、断股、交叉、折叠和破损等缺陷。本领域技术人员可以根据本发明作出替换、变形，但只要不脱离本发明的基本思想， 均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种金属纤维股线，其特征在于所述金属纤维股线由1～5000股的金属纤维束捻结而成，所述金属纤维束包含1～10000根的金属纤维M1、金属纤维M2或金属纤维M3，其中金属纤维M1中各元素的质量百分数分别为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％，余量为铁；金属纤维M2中各元素的质量百分数分别为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％，余量为铁；金属纤维M3中各元素的质量百分数分别为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％，余量为镍。
2、 根据权利要求1所述的金属纤维股线，其特征在于所述金属纤维股线包含的金属 纤维束的股数范围控制在10-2000股。
3、 一种金属纤维股线的制备方法，包括以下步骤(1) 复合线材制备准备金属线材，将所述金属线材嵌入基体材料中并捆绑成束， 封装后制得初始复合线材；(2) 减径拉拔采用线束拉拔法拉拔初始复合线材，得到所要求线径的成品复合线材；(3) 加捻对上述制得的成品复合线材进行加捻；(4) 高温定型对加捻完的成品复合线材进行高温加热使之定型；(5) 电化学分离采用电化学分离方法对高温定型后的成品复合线材进行分离，从 而制得金属纤维股线。
4、 根据权利要求3所述的金属纤维股线的制备方法，其特征在于所述高温定型的温 度控制在100~80(TC,高温定型的时间控制在l~5h。
5、 根据权利要求3所述的金属纤维股线的制备方法，其特征在于所述加捻步骤中捻 数范围控制在1~500捻。
6、 根据权利要求5所述的金属纤维股线的制备方法，其特征在于所述加捻步骤中捻 数范围控制在50~200捻。
7、 根据权利要求3所述的金属纤维股线的制备方法，其特征在于所述电化学分离方 法是采用连续阴阳交替电解法，使用的电化学溶液体系为硫酸溶液，硫酸溶液的浓度为 0.7~1.4mol/L，电解电压采用3 4V的恒压控制，分离的速度控制在0.8~1.2m/min。
全文摘要
本发明公开了一种金属纤维股线及其制备方法，该金属纤维股线由1～5000股的金属纤维束捻结而成，每股金属纤维束包含1～10000根的金属纤维M1、金属纤维M2或金属纤维M3，M1、M2、M3为铁或镍的合金。该金属纤维股线可通过复合线材制备、减径拉拔、加捻、高温定型和电化学分离五个步骤制备得到。本发明的金属纤维股线不会出现松股、断股、折叠、交叉和破损等现象，综合性能较好，而本发明的制备金属纤维股线的方法也具有较高的生产效率，工艺过程简单且容易操作。
文档编号C22C38/34GK101307518SQ200810031540
公开日2008年11月19日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者吴晓春, 魏少锋, 黄俊杰 申请人:湖南惠同新材料股份有限公司