鐵鉻鋁合金纖維針織物制備及性能研究

張小慶 許佩敏 康 彥 左彩霞 盧文靜

西安菲爾特金屬過濾材料有限公司， 陜西 西安 710201

鐵鉻鋁合金纖維針織物制備及性能研究

張小慶 許佩敏 康 彥 左彩霞 盧文靜

西安菲爾特金屬過濾材料有限公司， 陜西 西安 710201

以集束拉拔工藝生產(chǎn)的鐵鉻鋁合金纖維為原料，經(jīng)加捻、上漿、針織、水洗、輥壓等工序，制備出鐵鉻鋁合金纖維針織物，研究鐵鉻鋁合金纖維針織物的厚度均勻性與透氣均勻性，輥壓后厚度對透氣性的影響，以及拉伸性能。結(jié)果表明：鐵鉻鋁合金纖維針織物具有良好的厚度均勻性及透氣均勻性；透氣度隨輥壓后厚度的減小而降低，但降低的趨勢逐漸趨于緩和；縱橫向斷裂強(qiáng)力均超過500 N、斷裂延伸率均大于35%。鐵鉻鋁合金纖維針織物具有極好的柔軟度，可用作異形結(jié)構(gòu)燃燒器的火焰載體。

鐵鉻鋁合金纖維， 針織物， 燃燒器， 厚度， 透氣性， 拉伸性能

鐵鉻鋁合金纖維是鐵鉻鋁合金細(xì)微化的一種產(chǎn)品，其最小絲徑可達(dá)2 μm，具有化學(xué)纖維的柔軟性及鐵鉻鋁合金的耐高溫特性，在高溫氣體過濾、汽車尾氣凈化、燃燒器及燃?xì)饷芊獾刃袠I(yè)有著十分廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。

目前，鐵鉻鋁合金纖維衍生出的產(chǎn)品主要有纖維氈和機(jī)織物[3]，但自專利WO 9704152公布以來，國內(nèi)開始出現(xiàn)了鐵鉻鋁合金纖維針織物的專利，如ZL 200720146279.X，但這種產(chǎn)品一直未得到市場的認(rèn)可。近年來，隨著排放指標(biāo)日趨嚴(yán)苛，國內(nèi)燃燒器廠家開始使用鐵鉻鋁合金纖維針織物作為燃燒器的火焰載體[4-5]，但國內(nèi)廠家制備的鐵鉻鋁合金纖維針織物存在透氣均勻性不良、使用壽命短等問題，故產(chǎn)品仍依賴于從國外進(jìn)口。因此，為縮小國內(nèi)鐵鉻鋁合金纖維針織物與國外的差距，搶占該產(chǎn)品在燃燒器行業(yè)的份額，國內(nèi)相關(guān)廠家亟待加快鐵鉻鋁合金纖維針織物的開發(fā)力度。

本文以集束拉拔工藝生產(chǎn)的鐵鉻鋁合金纖維為原料，經(jīng)加捻、上漿、針織、水洗、輥壓等工序，成功制備出鐵鉻鋁合金纖維針織物，并對鐵鉻鋁合金纖維針織物的厚度均勻性與透氣均勻性，厚度對透氣性的影響，以及拉伸性能，進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原料及輔料

試驗(yàn)所用原料為70芯35 μm的鐵鉻鋁合金纖維，其動摩擦系數(shù)為0.25、斷裂延伸率為2.1%、斷裂強(qiáng)力為45 cN，化學(xué)成分如表1所示。所用輔料為聚乙烯醇，溶解水溫為70 ℃。

表1 鐵鉻鋁合金纖維化學(xué)成分

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

鐵鉻鋁合金纖維束加捻設(shè)備為環(huán)錠捻線機(jī)；上漿設(shè)備為自制的上漿機(jī)，工作原理如圖1所示，其中模具的作用是控制紗線截面形狀，使之保持圓形，并梳理毛羽；針織設(shè)備為電腦橫機(jī)；輥壓設(shè)備為雙輥壓延機(jī)。

1—金屬紗線； 2—放線架； 3—漿料槽； 4—模具； 5—連續(xù)烘干爐； 6—繞線機(jī)圖1 自制的上漿機(jī)工作原理

1.3 組織結(jié)構(gòu)

為減輕鐵鉻鋁合金纖維針織物的卷邊性、增加其厚度，采用雙面組織結(jié)構(gòu)，所得鐵鉻鋁合金纖維針織物的正反面效果如圖2所示。

(a) 正面

(b) 反面

1.4 生產(chǎn)流程及工藝

生產(chǎn)流程為鐵鉻鋁合金纖維束→加捻→上漿→針織→水洗→輥壓。具體工藝：

——為增強(qiáng)鐵鉻鋁合金纖維間的抱合力、減少鐵鉻鋁合金纖維針織物的毛羽、提高鐵鉻鋁合金纖維針織物的強(qiáng)度，需先對鐵鉻鋁合金纖維束進(jìn)行加捻，確定捻度為25捻/m；

——在加捻的鐵鉻鋁合金纖維束表面涂覆1層聚乙烯醇漿料，以減輕鐵鉻鋁合金纖維束對織機(jī)的磨損；

——針織時，調(diào)整設(shè)備的多項(xiàng)參數(shù)，確保針織物在水平自然放置時，沿橫行方向5 cm長度內(nèi)的線圈縱行數(shù)為10、沿縱列方向5 cm長度內(nèi)的線圈橫列數(shù)為20；

——將針織物放入溫度高于70 ℃的水中，溶解掉針織物表面及內(nèi)部的聚乙烯醇漿料，得到最終的鐵鉻鋁合金纖維針織物；

——根據(jù)客戶的需求進(jìn)行輥壓處理，以達(dá)到客戶對鐵鉻鋁合金纖維針織物厚度及透氣性的不同要求。

1.5 檢測設(shè)備及方法

采用織物厚度儀測試厚度，測試時壓腳面積10 cm2、加壓壓力400 cN、加壓時間5 s，測試點(diǎn)距布邊不少于15 cm，具體分布如圖3所示；采用透氣性無損檢測儀測試透氣性，氣體壓強(qiáng)200 Pa，測試點(diǎn)分布同圖3；采用多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)測量斷裂強(qiáng)力及斷裂延伸率，測試樣寬度為5 cm、夾持長度為10 cm、拉伸速率為10 cm/min。

圖3 測試點(diǎn)分布

2 結(jié)果與分析

2.1 表觀效果

圖4為試驗(yàn)制備出的100 cm×100 cm的未經(jīng)輥壓處理的鐵鉻鋁合金纖維針織物照片。

(a) 正面

(b) 反面

由圖4可以看出，所得鐵鉻鋁合金纖維針織物組織結(jié)構(gòu)清晰，線圈飽滿且大小均勻，毛羽較少，正反兩面均無明顯瑕疵。

2.2 厚度

未經(jīng)輥壓處理的鐵鉻鋁合金纖維針織物9個測試點(diǎn)的厚度及數(shù)據(jù)分析見表2。

從表2可知9個測試點(diǎn)的變異系數(shù)僅為1.17%， 故鐵鉻鋁合金纖維針織物厚度均勻性良好；另外，鐵鉻鋁合金纖維針織物的厚度平均值超過2.70 mm，這有利于降低鐵鉻鋁合金纖維針織物使用時的回火傾向性，確保燃燒器具有穩(wěn)定的低氮氧化物排放效果。

表2 鐵鉻鋁合金纖維針織物厚度測量結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.3 透氣性

未經(jīng)輥壓處理的鐵鉻鋁合金纖維針織物9個測試點(diǎn)的透氣性及數(shù)據(jù)分析見表3。

表3 鐵鉻鋁合金纖維針織物透氣性測量結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

由表3可以看出，9個測試點(diǎn)的透氣度平均值為3 318 L/(min·dm2)，變異系數(shù)為2.34%，這說明試驗(yàn)制備的鐵鉻鋁合金纖維針織物不但具有較高的透氣性，還具有良好的透氣均勻性。這些優(yōu)良的特性可確保鐵鉻鋁合金纖維針織物產(chǎn)生均勻的輻射熱，從而有利于提高相關(guān)制成品的質(zhì)量。

2.4 輥壓后厚度與透氣性的關(guān)系

選擇5種不同的輥縫間距對鐵鉻鋁合金纖維針織物進(jìn)行輥壓處理，分別測試輥壓后不同厚度鐵鉻鋁合金纖維針織物的透氣度(測量9個點(diǎn)，取平均值)，得到鐵鉻鋁合金纖維針織物輥壓后厚度變化對透氣性的影響(圖5)。

圖5 輥壓后厚度對透氣性的影響

由圖5可以看出，隨著鐵鉻鋁合金纖維針織物輥壓后厚度的降低，其透氣度逐漸減小，且減小趨勢逐漸放緩。這是因?yàn)樵阼F鉻鋁合金纖維針織物輥壓后厚度減小的初期，纖維受壓力作用而分散并覆蓋了鐵鉻鋁合金纖維針織物中的孔隙，造成透氣性迅速降低；但隨著輥壓后厚度的進(jìn)一步減小，鐵鉻鋁合金纖維針織物中纖維間的摩擦力逐漸增大，纖維向孔隙位置滑動的難度也逐漸加大，故而削弱了輥壓后厚度變化對透氣度的影響。

2.5 拉伸性能

對未經(jīng)輥壓處理的鐵鉻鋁合金纖維針織物縱橫向進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，每個方向各取3塊試樣進(jìn)行測試，結(jié)果取平均值。所得縱橫向的斷裂強(qiáng)力及斷裂延伸率歸納于表4。

表4 鐵鉻鋁合金纖維針織物拉伸性能

由表4可以看出，鐵鉻鋁合金纖維針織物縱向斷裂強(qiáng)力大于橫向，縱向斷裂延伸率小于橫向(但都在35%以上)，說明未經(jīng)輥壓處理的鐵鉻鋁合金纖維針織物具有極好的柔軟度，可設(shè)計(jì)成各種異形結(jié)構(gòu)(如錐形)用作燃燒器火焰載體。

3 結(jié)語

以集束拉拔工藝生產(chǎn)的鐵鉻鋁合金纖維為原料，經(jīng)加捻、上漿、針織、水洗及輥壓等5道工序，制備出鐵鉻鋁合金纖維針織物，研究了該針織物的厚度均勻性與透氣均勻性，輥壓后厚度對透氣性的影響，以及拉伸性能。結(jié)果表明：鐵鉻鋁合金纖維針織物具有良好的厚度均勻性及透氣均勻性，透氣度隨輥壓后厚度的減小逐漸下降，縱橫向斷裂強(qiáng)力均超過500 N，橫向斷裂延伸率大于縱向(但都在35%以上)，適合用作異形結(jié)構(gòu)燃燒器的火焰載體。

[1] 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，2008：241-242.

[2] 楊兆玲，李建平，楊延安，等.鐵鉻鋁合金纖維的制備與性能[J].稀有金屬材料與工程，2008(9)：1684-1687.

[3] 張艷梅，房戈.鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物的研發(fā)與應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2014，32(5)：6-8.

[4] 王振興，廖雄，楊俊杰.全預(yù)混金屬纖維燃燒器的研究[J].燃?xì)忸A(yù)動力，2011，31(6)：18-20.

[5] 要大榮，傅忠誠，潘樹源，等.金屬纖維燃燒器的燃燒特性研究[J].燃?xì)忸A(yù)動力，2005，31(6)：1-3.

Preparation and performance research of FeCrAl alloy fibers knitted fabric

ZhangXiaoqing，XuPeimin，KangYan，ZuoCaixia，LuWenjing

Xi’an Filter Metal Materials Co.， Ltd.， Xi’an 710201， China

Using FeCrAl alloy fibers produced with the bundle-drawing technology as raw materials， the FeCrAl alloy fibers knitted fabric was prepared by twisting， sizing， knitting， washing and rolling， etc. The uniformity of thickness and air permeability， effect of the post-roll thickness on the air permeability， as well as the tensile property of the FeCrAl alloy fibers knitted fabric were studied. The results showed that，the uniformity of thickness and air permeability of the FeCrAl alloy fibers knitted fabric was good. And the air permeability decreased with the decreasing of the post-roll thickness， but the reduction rate of the air permeability tended to remit gradually. The breaking strength in vertical or horizontal direction was more than 500 N， and the breaking elongation was over 35% in vertical or horizontal direction. The FeCrAl alloy fibers knitted fabric had extremely good softness，which could be used as flame vector of burner with special-shaped structure.

FeCrAl alloy fiber， knitted fabric， burner， thickness， air permeability， tensile property

2016-10-18

2017-01-22

張小慶，男，1980年生，工程師，主要從事金屬纖維材料的研發(fā)工作

許佩敏，E-mail：xpm1983@126.com

TS186.5，TQ343+.2

A

1004-7093(2017)05-0016-04