切削金屬纖維性能的檢測方法綜述

摘 要：從切削金屬纖維的主要特點(diǎn)切入，介紹切削金屬纖維性能參數(shù)的檢測原理和方法；在闡述切削金屬纖維技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，分析切削金屬纖維技術(shù)指標(biāo)與金屬纖維氈、纖維織物及摩擦材料之間的關(guān)系，為終端產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制等提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：切削金屬纖維；金屬纖維氈；纖維織物；摩擦材料

引言

金屬纖維由于具有較高的強(qiáng)度、彈性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和良好的燒結(jié)性，可用于制造過濾用金屬纖維氈、燃燒器用金屬纖維織物、吸聲器、防靜電板、高強(qiáng)韌性纖維增強(qiáng)陶瓷及剎車片等[1]。

金屬纖維的生產(chǎn)方法有：拉拔法、熔抽法、切削法[2]。與其他方法相比較，切削法生產(chǎn)效率高且成本低；切削法制備的金屬纖維特點(diǎn)是：長度較短，橫斷面形狀多樣且不規(guī)則。關(guān)于切削金屬纖維的技術(shù)指標(biāo)還沒有統(tǒng)一國標(biāo)及檢測規(guī)程。文章根據(jù)切削金屬纖維的特點(diǎn)、終端產(chǎn)品的應(yīng)用需求及其他紡織用化學(xué)纖維的檢測規(guī)程總結(jié)了切削金屬纖維的相關(guān)檢測原理和方法。

1 切削金屬纖維的技術(shù)指標(biāo)及檢測方法

（1）絲徑檢測。纖維直徑是金屬纖維的主要特性指標(biāo)，絲徑的粗細(xì)直接影響金屬纖維氈的過濾精度、透氣度及強(qiáng)度；絲徑對燃燒器用金屬纖維織物透氣度和厚度也有重要影響，而且影響紗線的制備工藝。

絲徑的測量方法有直接測量法、投影法和金相法、稱重法等。直接測量法：用千分尺直接測量單根纖維絲徑，每批次隨機(jī)測量三十根，所得平均值即為本批次纖維的絲徑。投影法和金相法：直接用掃描電鏡隨機(jī)測量三十根纖維直徑，再求取平均值，如圖1所示；制備成金相樣品，測量其橫斷面直徑，測三十根求取平均值。稱重法：量取相同長度的切削金屬纖維一百根，稱量一百根纖維的重量，帶入公式（1）即可求得纖維的平均絲徑[3]。

m=·l·？籽·根數(shù) （1）

m：一百根纖維的總重量，g；ρ：金屬密度，g/cm3；d：纖維平均絲徑，cm；l：纖維長度，cm。

由于切削金屬纖維形貌極不規(guī)則，所有用三種方法測絲徑的結(jié)果不盡相同。直接測量法，由于千分尺很容易夾到纖維最寬面，即測量面是纖維最窄面，所以測得纖維絲徑值稍微偏小，但操作簡單，經(jīng)濟(jì)快捷。投影法和金相法，誤差小，更精確，但費(fèi)用高耗時(shí)長。稱重法，精確度居中，且經(jīng)濟(jì)，但很難取得相同長度的纖維。綜上所述，三種方法各有利弊，應(yīng)根據(jù)具體要求選取合適的測量方法。

（2）橫斷面形貌檢測。由于切削金屬纖維的特殊加工方式，導(dǎo)致切削金屬纖維橫斷面不同于拉拔金屬纖維的圓形斷面，而是各種不規(guī)則形狀，如圖2所示。斷面形貌會影響金屬纖維氈的透氣度，太過扁平的纖維會降低金屬纖維氈的透氣度。斷面形貌還會影響燃燒器火焰分布的均勻性。纖維的橫斷面形狀主要取決于切削層形狀和切削變形。為了保證終端產(chǎn)品性能，許多企業(yè)對切削金屬纖維的橫斷面形貌做出了相關(guān)技術(shù)要求，要求單根纖維橫斷面的最長和最短直徑比小于2，且90%的纖維達(dá)標(biāo)則整批纖維合格。具體檢測方法：制備纖維斷面金相樣品，如圖2所示，過單根纖維中心點(diǎn)的最長直徑與最短直徑比小于2則為合格。

（3）含油率檢測。由于切削加工過程中有切削液和潤滑油，使得切削金屬纖維表面沾染油漬。從而影響切削金屬纖維的使用性能，如：燒結(jié)的金屬纖維氈表面顏色灰暗，降低剎車片的強(qiáng)度等。含油率的檢測方法為[4]：稱取切削金屬纖維30-50g（精確到0.01g）放入250ml燒杯中，倒入足量丙酮浸泡30min，中間攪拌5次，然后過濾掉丙酮，把燒杯放入烘箱中，在85℃下烘干。確認(rèn)充分干燥后，將燒杯放入干燥器中冷卻至室溫。將浸泡、干燥、冷卻后的切削金屬纖維倒出，稱量，精確至0.01g。含有率的計(jì)算入公式（2）所示。

m1-經(jīng)丙酮浸泡并烘干后樣品的質(zhì)量，g；m-試樣的質(zhì)量，g。

（4）長度檢測。摩擦材料用切削金屬纖維對單根金屬纖維長度有所要求并作出了相關(guān)規(guī)定，其他終端產(chǎn)品雖對纖維長度有要求，但并未作出相應(yīng)的檢測規(guī)程。摩擦材料用切削金屬纖維長度的檢測方法為[4]：銅纖維用篩孔為1.40mm、1.00mm、0.60mm、0.212mm四級篩子，低碳鋼纖維用篩孔為1.40mm、0.850mm、0.425mm、0.212mm、0.150mm五級篩子，按篩孔大小順序疊放在底盤上。稱取約100g試樣（精確至0.01g），放入最上層篩子中，蓋上篩蓋。將套篩固定在振篩機(jī)上。開動振篩機(jī)，篩振15min。篩振完成后，將各層篩子（含底盤）中的篩余物清掃出來，逐一稱量，精確至0.01g。篩余物按公式（3）計(jì)算。

Ni-各層篩子里的篩余物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；mi-各層篩子里的篩余物的質(zhì)量，g；m-試樣質(zhì)量，g。

（5）強(qiáng)度檢測。切削金屬纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率直接影響了過濾用金屬纖維氈、燃燒器用金屬纖維織物、剎車片等終端產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)力和使用壽命。但國標(biāo)沒有對金屬纖維的斷裂強(qiáng)度做統(tǒng)一規(guī)定，各企業(yè)則根據(jù)紡織用紗線的國標(biāo)檢測方法對金屬纖維進(jìn)行相對類似的檢測。檢測方法：采用等速伸長型強(qiáng)力試驗(yàn)儀拉伸切削金屬纖維直至斷裂，同時(shí)記錄斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長，反復(fù)20次試驗(yàn)求取平均值。拉伸速度一般為250-500mm/min，切削金屬纖維的夾持長度一般為10-20mm[5]。

（6）成分檢測。切削金屬纖維的成分會影響終端產(chǎn)品的使用性能。如：不銹鋼燒結(jié)金屬纖維氈中C、Cr和Ni的含量直接影響金屬纖維氈的耐腐蝕性，從而影響其使用壽命；燃燒器用鐵鉻鋁纖維織物的稀土元素含量直接影響其最高燃燒溫度和使用壽命。對于金屬中化學(xué)元素成分含量的檢測國標(biāo)GB223.《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法》中有詳細(xì)說明[6]，在此不多做解釋。

2 結(jié)束語

切削金屬纖維各指標(biāo)之間是相互影響，相互聯(lián)系的，例如：絲經(jīng)太細(xì)，強(qiáng)度必然降低；加工過程中橫斷面形貌和纖維長度之間也相互關(guān)聯(lián)。切削金屬纖維的各指標(biāo)參數(shù)共同決定了各終端產(chǎn)品的性能參數(shù)。因此，只有全面地了解切削金屬纖維的指標(biāo)，才能設(shè)計(jì)、制造出滿足不同需要的高品質(zhì)燒結(jié)金屬纖維氈、燃燒器用金屬纖維織物、剎車片等終端產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1]許佩敏，張健，孫旭東.我國金屬纖維及制品的應(yīng)用研究狀況[J].稀有金屬快報(bào)，2008，27（9）：11-16.

[2]奚正平，湯慧萍.燒結(jié)金屬多孔材料[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[3]全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 15077-2008貴金屬及合金材料幾何尺寸測量方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4]全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.JC/T2004-2010摩擦材料用金屬纖維[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[5]中國紡織工業(yè)聯(lián)合會.GB/T 3916-2013紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[6]全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T223鋼鐵及合金化學(xué)分析方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.