CN102224283B

CN102224283B - 多层金属纤维纱

Info

Publication number: CN102224283B
Application number: CN2009801469184A
Authority: CN
Inventors: L·勒佩尔克; S·德邦德; H·特罗斯特
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-11-24
Also published as: US20110225945A1; WO2010060910A1; EP2362919B1; EP2362919A1; CN102224283A; JP2012509997A; US8596033B2

Abstract

提供了一种新的金属纤维纱(1)和获得这种纱的方法。该金属纤维纱包括至少9束(8)连续金属纤维。每束包括至少30根金属纤维(7)。如从金属纤维纱的横横截面所看到的，该至少9束布置成至少两层连续金属纤维束。该新的金属纤维纱具有增强的弯曲寿命和强度。

Description

多层金属纤维纱

技术领域

本发明涉及例如通过集束拉拔丝获得的连续金属纤维和连续金属纤维束。更加具体地，本发明涉及高质量的金属纤维纱和生产这种金属纤维纱的方法。

背景技术

金属纤维束可以通过各种方式获得。可以利用例如US3379000所描述的集束拉拔法获得金属纤维。金属纤维例如也可以通过拉拔到最终直径也称为最终拉拔来获得。典型地，金属纤维的等效直径小于60μm。一般地，金属纤维束的特征在于一系列平行金属纤维。一种类型的金属纤维束包括连续金属纤维，例如通过集束拉拔或最终拉拔获得的连续金属纤维，并把这些金属纤维合并成束。然后，把这些金属纤维束合并而形成金属纤维纱。这些纱具有例如确定的强度和电阻的特性。

为了增大一定厚度的具有连续金属纤维的金属纤维纱的强度，在纱中需要更多的金属纤维。这可以通过两种方式实现：通过增加束中金属纤维的数量，或者增加纱中金属纤维束的数量。

然而，增加纱中每束的金属纤维数量对金属纤维纱的柔性有不利的影响。

在由5个或更多金属纤维束构成的纱的断裂载荷方面比预期要小的增大以及同时出现滑套现象的增加，这使得本领域技术人员得出结论，即，在纱中使用5个或更多的金属纤维束是不可取的。

因此，本发明寻求提供具有更高柔性和弯曲寿命的金属纤维纱。在本发明的进一步详述中，金属纤维纱具有增大的强度和可加工性。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种金属纤维纱，其包括至少9束连续金属纤维。每束包括至少30根金属纤维。在金属纤维纱的横截面上看，该至少9束布置成至少两层连续金属纤维束。更加优选地，在金属纤维纱的横截面上看，该至少9束布置成至少三层。

例如通过将金属纤维束以预定的每米捻数捻合在一起，而把金属纤维束合并成金属纤维纱。从束中心到纱中心的距离相似的各束被认为是纱中同一层束的一部分。在一个优选的实施例中，每层的每米捻数被调适。

更加优选地，每层的捻数被调适成使得不同层中的束都具有相同的长度。本发明的该更加优选的实施例提供了一种金属纤维纱，其中，所述金属纤维纱的每单位长度上各纤维束的长度大体上相等。同时，这些纤维束在所述金属纤维纱每单位长度上的长度比金属纤维纱的单位长度大。这类金属纤维纱提供的另一个优点是，也获得了具有良好可加工性的高强度金属纤维纱。

在另一个优选实施例中，每米的捻数对于金属纤维纱中的所有金属纤维束来说都相同。更加优选地，金属纤维纱的不同层中的所有束沿相同方向加捻，这在本领域中也被称为SS或ZZ结构。这样提供了一种不仅具有更长弯曲寿命而且具有高强度的金属纤维纱。更加优选地，一层一层地形成金属纤维纱，从而获得具有增大伸长率的金属纤维纱。

在一个可替换的更优选的实施例中，沿相反的方向对金属纤维纱后续层中的束加捻。这在本领域中被称为S捻和Z捻。通过在后续层中使用不同的捻法，纱结构在纵向加载时不会产生扭矩。

在另一个优选实施例中，至少部分金属纤维是集束拉拔的金属纤维。在又一个优选实施例中，至少部分金属纤维由不锈钢构成。

优选地，根据本发明的纱束通过集束拉拔法获得。该方法是众所周知的，例如在US3,379,000、US3,394,213、US2,050,298或US3,277,564中所描述地，该方法包括：涂覆多根金属丝(一束)，用覆盖材料包封住束，以获得本领域中所谓的复合丝，拉拔复合丝到合适的直径，并去除各个金属丝(纤维)和束的覆盖材料和涂层材料。用该方法获得的纤维的横截面为多边形，通常是五边形或六边形，周边通常为锯齿状，如US2050298的图2所示。与将多个单根拉拔的纤维聚合在一起形成一束相比，集束拉拔法可以进一步减小纤维直径。已经发现，减小的纤维直径还对弯曲寿命有积极的效果。

在根据本发明的纱束中应用的金属纤维可以是单根拉拔或集束拉拔。上面对集束拉拔进行了描述。对于单根拉拔的纤维，对于一根纤维来说利用一系列模具来减小直径。对于集束拉拔的纤维，利用单组模具使整束的直径减小。在集束拉拔操作的情况下，纤维的横截面通常是如US2050298的图2所示的五边形或六边形，与具有圆形横截面的单根拉拔纤维相反，该集束拉拔纤维的横截面的周边通常为锯齿状。

在本发明中，金属应该理解成包括金属和金属合金(例如不锈钢或碳钢)。优选地，金属纤维由不锈钢构成，例如AISI 316、316L、302、304。在另一个优选实施例中，金属纤维由铁铬铝合金、铜或镍构成。在另一个优选实施例中，金属纤维是例如在JP5-177243、WO03/095724和WO2006/120045中描述的多层金属纤维，例如具有铜芯且外层为不锈钢的金属纤维，或具有钢芯、中间层为铜以及外层为不锈钢的三层的金属纤维。可以通过直接拉拔或集束拉拔工艺生产金属纤维。纱中的金属纤维的等效直径的范围优选为0.5至60μm，更优选地为2至60μm，更优选地为6至40μm，最优选地为8至30μm。

每束连续金属纤维在横截面上包括至少30根金属纤维，优选地少于2500根金属纤维。在更优选的实施例中，每束连续金属纤维包括1000根纤维。在一个可替换的优选实施例中，每束连续金属纤维包括275或90根金属纤维。在另一个可替换的实施例中，纱包括具有不同数量金属纤维的束，例如具有275根纤维的束和具有90根纤维的束组合在一起。纱中连续纤维束的数量优选等于或小于30，例如9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29。

进一步地，金属纤维纱可以涂覆合适的涂层，优选地是PVC、PVA、PTFE(聚四氟乙烯)、FEP(四氟亚甲基和六氟丙烯的共聚物)、MFA(全氟烷氧基聚合物)或聚氨酯清漆。可替换地，金属纤维还可以包括润滑剂。

本发明的另一个方面提供一种根据本发明的金属纤维纱，其中，至少部分金属纤维束是塑性预成型的，例如卷曲的。

本发明的另一个方面提供本发明的金属纤维纱的用途，作为在可加热织物应用例如汽车座椅加热中的电阻加热元件。

本发明的另一个方面提供本发明的金属纤维纱作为缝纫纱的用途。

本发明的另一个方面提供本发明的金属纤维纱作为导线的用途。

本发明的另一个方面提供本发明的金属纤维纱用于生产耐热织物的用途，例如在生产汽车玻璃中使用的分隔材料(例如用于把汽车玻璃模制成期望形状)，或者例如是机织或针织形式的燃烧器膜。

本发明的另一个方面提供本发明的金属纤维纱作为复合材料中的加强元件的用途。

本发明的另一个方面提供了用于生产本发明金属纤维纱的方法。

第一种方法通过提供至少9个金属纤维束，优选地每束都是一束集束拉拔的金属纤维，从而获得根据本发明的金属纤维纱。每束包括至少30根金属纤维，优选地小于2500根。金属纤维束被捻在一起。在该方法中，在两步或更多的步骤中制造纱：在第一步骤中，以预定的每米捻数将至少2束连续金属纤维围绕彼此捻合。在第二步骤中，以预定的每米捻数将其余的束围绕第一层捻合。在更多的步骤中可以增加更多的层。对于纱中不同的层来说，每米的捻数可以不同或者相同。在一个优选的方法中，沿相同的方向捻不同层中的束，以便获得具有高强度和高伸长率的纱。在另一个优选的方法中，沿相反的方向捻不同层中的束，以便获得在纵向加载时不会产生扭矩的纱。在又一个优选的方法中，为了使所有层中所有纤维束的长度相同，需要使不同层的并捻角度相同。

第二可替换的优选方法与第一种方法相似，只要所有的束都是通过集束拉拔获得的金属纤维束，并且其中，每束的形式仍然是拉拔成最终直径的复合丝，且每根复合丝包括多个在基体中的单丝。

该方法还包括：在形成结构后，通过在合适的酸中溶解板和基体来从复合丝去除基体和板的步骤。在另一个优选的方法中，复合丝的不同层的并捻角度设定成使得在沥滤后，不同层的并捻角度变得相同，从而得到这样一种金属纤维纱，在结构的每单位长度上，在所有层中的所有纤维束的长度大体上相同。

第三种方法通过提供至少9个金属纤维束，优选地每束都是一束集束拉拔的金属纤维，来获得根据本发明的金属纤维纱。每束包括至少30根金属纤维，优选地小于2500根。在该方法中，是在一个步骤中制造纱：在一个步骤中使不同层中的所有金属纤维束以相同的预定的每米捻数围绕彼此捻合。这样就获得具有高强度和低伸长率的纱。

第四种方法与第三种方法相似，只要所有的束都是通过集束拉拔获得的金属纤维束，并且其中，每束的形式仍然是复合丝，每个复合丝包括多个在基体中的单丝。该方法还包括的步骤是：在形成结构后，通过在合适的酸中溶解板和基体，从复合丝去除基体和板。

在又一种方法中，根据本发明的示例性金属纤维是通过提供至少9个复合丝且每个所述复合丝包括多个在基体中的金属单丝来获得。然后，提供可去除的芯。去除方法可以是不会改变周围复合丝的空间布置的任何去除方法，例如：沥滤、溶解、燃烧、粉碎、蒸发等等。在一个优选的实施例中，该去除的芯是铁丝构成的。在一个可替换的优选实施例中，该可去除的芯是水溶性的，例如由聚乙烯醇(PVA)构成。在另一个优选实施例中，该可去除的芯包括易受酸影响的聚合物例如尼龙，或易受酸影响的金属例如铜。

然后，组成了结构，其中，可去除的芯、纤维或纱或一组可去除的芯、纤维和/或纱处于芯部，并且复合丝形成围绕该芯部的至少两层。在一步或多步骤中把复合丝围绕可去除芯捻成两层或更多层。之后，通过在合适的液体例如酸中溶解(也称为沥滤)板、基体和可去除的芯，去除可去除的芯并从复合丝去除基体和板。在一个可替换的实施例中，在两步的工艺中去除基体、板和可去除的芯，其中，首先去除可去除的芯，例如通过在第一液体例如水中溶解；然后，在第二步骤中，通过在第二液体例如合适的酸中溶解，去除基体和板。

优选地，不同层的并捻角度设定成使得在沥滤后，不同层的并捻角度变得相同，这样使得所有复合丝的长度在结构的单位长度上大体上相等。由于所有复合丝的长度在结构的单位长度上大体上相等，在沥滤步骤后金属纤维束的长度在金属纤维纱的单位长度上相等。此外，由于复合丝围绕可去除芯捻合，每单位长度上的金属纤维束的长度比每单位长度上的金属纤维纱的长度大。

在一个可替换的方法中，可以根据上述的方法获得纱，其中，至少部分金属纤维束是塑性预成型的，例如通过卷曲。更加优选地，金属纤维纱的同层中的束具有相同的塑性变形量，例如卷曲。

定义

术语金属纤维纱中的“层”应理解为通过一组束在纱中形成的层，所述束沿纱的长度位于该层中。因此，层内的各束从其中心到纱中心的距离相似。

术语纤维的“等效直径”应理解为具有与纤维径向横截面的表面相等的表面积的假想圆的直径。在集束拉拔操作的情况下，纤维的横截面通常为五边形或六边形，纤维横截面的周边通常是如US2050298的图2所示的锯齿状。在单根拉拔纤维的情况下，等效直径应理解为直径。

术语“纤维束”应理解为一组单个的连续纤维。

术语“连续纤维”应理解为长度无限或极长的纤维，例如在丝中自然所见的，或者例如是通过丝拉拔工艺获得的。“连续金属纤维束”在本发明的上下文中应理解为一束连续金属纤维，其可以是通过将拉拔到最终直径并在之后集束的连续金属纤维集束而获得的；或者可以是通过集束拉拔获得，其中，通过对复合丝的沥滤得到束。

术语“纱”应理解为连续的一股纤维、单丝或材料，其形式适合于针织、机织或者以其它方式缠结以形成织物。因此，纱也可以由聚在一起形成新纱的第一纱构成。

术语“复合丝”应理解为例如从US3379000已知的集束拉拔工艺中使用的复合丝，其中，复合丝是嵌入于包封在鞘材料内的基体材料中的金属单丝的总体。当对被拉拔到最终直径的复合丝进行沥滤时，从而去除了基体材料和鞘材料时，连续的金属单丝得到释放并从此时起将其称为连续金属纤维。

术语“纱的单位长度”应理解为当纱在拉伸状态下纱的单位长度。

术语“并捻角度”是本领域技术人员已知的，但是如果有疑问，可以查看参考文献K.Feyrer，Drahtseile：Bemessung，Betrieb，Sicherheit.Berlin：.Springer-Verlag(2000期22-23页)。

术语“弯曲寿命”应理解为“纱在反复弯曲的条件下纱的断裂抵抗性”，并确定为是一束纤维能够在其断裂前在2N的载荷下在直径为20mm的杆上弯曲180度的循环次数。该试验不给出绝对值，但是给出不同纱之间很好的比较。

附图说明

下文参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：

图1示出了本发明示例性实施例的横截面。

图2比较了根据本发明以两种不同方式制得的两种纱的载荷-伸长率曲线。

图3的曲线图示出了单个金属纤维束和具有大致同等数量金属纤维的本发明的金属纤维纱之间的弯曲寿命的差异。

图4示出了用于测量纱中纤维束长度的方法。

附图标记

1：金属纤维纱

2：可水平移动的夹具

3：可转动夹具

4：金属丝

5：换向滑轮

6：配重(17N)

7：金属纤维

8：金属纤维束

9：第一层金属纤维束

10：第二层金属纤维束

具体实施方式

现在，参考附图描述金属纤维纱的实例和获得本发明的金属纤维纱的不同方法。

图1是由处于芯部的三个金属纤维束8，9和处于外层的九个金属纤维束8，10构成的金属纤维纱1的横截面。以每米100捻将包括275根等效直径为12微米的AISI 316L单丝的十二根复合丝围绕彼此在一个步骤中捻合。之后，在合适的酸中溶解复合基体和板。图1中纱的不同束层表示为：处于内层的束用具有实线边界的椭圆形表示，并用附图标记9表示；处于外层的束用具有虚线边界的椭圆形表示，并用附图标记10表示。

图1中示出的实例包括12个金属纤维束8，但是在另一个实例中，可以提供其他数量的金属纤维束和/或可以将金属纤维束不同地分在多层中。

图2示出了根据本发明的两种金属纤维纱A和B的载荷-伸长率曲线的结果。横坐标是伸长率ε，用百分比表示，纵坐标是载荷F，用牛顿(N)表示。如图2所示，如果在一不同的模式下制造纱，则纱的机械性能也不同。图中两种纱都是由两层组成，内层包括3个纤维束，外层包括9个纤维束。每束包括275根等效直径为12微米的连续金属AISI 316L纤维，并以每米100捻使所有的束围绕彼此捻合。第一种纱结构(图2中的A)在一个步骤中制造：以每米100捻使所有复合丝围绕彼此捻合，其效果是不同层的并捻角度不同。第二种纱结构(图2中的B)在两个步骤中制造：首先通过以每米100捻使3根复合丝围绕彼此捻合形成芯层；通过以每米100捻并沿相同的捻向使9根复合丝围绕芯层捻合来形成第二层，这样做是使得不同层的并捻角度相同。对于这两种结构，在合适的酸中溶解复合基体和板。如图2所示，两种纱具有相同的强度，但是与在两个步骤中制造的纱B相比，在一个步骤中制造的纱A具有更小的伸长率。两种纱显示出相同的弯曲寿命。

图3包括比较单束纱(图3中的D)和在纱中包括相似数量的单丝以及对于纱中所有束具有相同的每米捻数的多层纱(图3中的C)得出的在弯曲寿命试验方面的结果。通过以每米100捻使包括1000根等效直径为14微米的金属AISI 316L单丝围绕其轴线捻合，在一个步骤中形成第一种纱(图3中的D)。第二种纱(图3中的C)是由处于芯部的3个金属纤维束和处于外层的9个金属纤维束组成的金属纤维纱。每束包括90根等效直径为14微米的金属AISI 316L单丝。该纱是在两个步骤中形成的：首先通过以每米100捻使3根复合丝围绕彼此捻合而形成芯层；通过以每米100捻并以相同捻向使9根复合丝围绕芯层捻合而形成第二层，这样做使不同层的并捻角度相同。对于这两种结构，在合适的酸中溶解复合的基体和板。图3中给出了两种纱的弯曲寿命的循环数(n)。结果表明，与单束纱(图3中的D)相比，多层纱(图3中的C)能够承受更多的循环，尽管两种纱包括相似数量的、相同等效直径的单丝以及对纱中的束施加的每米捻数相同。

对于优选的实施例(例如图2中的纱B)，其中，每单位长度的所述金属纤维纱中各纤维束的长度大体上相等，同时这些纤维束在每单位长度所述金属纤维纱上的长度比金属纤维纱的单位长度更大，金属纤维纱中单个纤维束的长度是在图4所示的捻度测试台上测得的。将长度为1m的金属纤维纱(1)夹在如图4所示的两个夹具之间。一个夹具(3)是可旋转的，但是不能水平移动，另一个夹具(2)不能旋转，但是能够沿纱的拉伸方向前后水平地移动。可水平移动的夹具(2)通过金属丝(4)而被置于载荷的作用下，该金属丝在换向滑轮(5)上引导并连接到17N的载荷(6)上。然后，沿与纱中金属纤维束的捻向相反的方向捻纱，并且进行与在金属纤维纱中出现捻循环的数量同样多的循环。

由于从纱中去捻，因此纱伸长。当将纱置于配重(6)导致的拉紧作用下时，载荷向下移动(b)。因此，可水平移动的夹具(2)向后移动，纱的伸长等于夹具(2)移动的长度(a)。

当纱由长度不等的多束构成时，最短的束在夹具之间处于拉紧作用下，而其它的束放松。现在，夹具之间的距离是纱中最短束的长度。当切断最短的束时，纱再次伸长，现在原始纱中第二短的束处于拉紧的作用下。这时，夹具之间的距离是纱中第二短的束的长度。重复所述切断、伸长和长度测量，直到最后一束处于拉紧作用下。

因此，在本发明中，术语“纱长度”应理解为当纱在17N的载荷下被拉伸时的纱长度。这是当纱在17N的载荷的作用下并在反向捻纱前，测量到的捻度测试台上夹具之间的长度L。

术语“束长度”应理解为单束x_n的长度L_n，该单束源自由n束构成并被置于17N载荷作用下的反捻纱。纱中最短的束x₁的长度L₁测量为在17N载荷的作用下反捻纱时捻度测试台上夹具之间的长度。纱中第二短的束x₂的长度L₂测量为在17N载荷的作用下反捻纱且纱中最短的束x₁已被切断时捻度测试台上夹具之间的长度。纱中每第n个束x_n ^th的长度L_n测量为在17N载荷的作用下反捻纱且纱中所有x₁...x_n-1个更短束已被切断时捻度测试台上夹具之间的长度。

如果根据公式

各束之间的长度差ΔL小于1％，则认为纱中所有束的长度“大体上相等”。

因此，已经描述了具有提高的弯曲寿命和强度的新的金属纤维纱。该新的金属纤维纱包括至少9束连续金属纤维。每束包括至少30根金属纤维。从金属纤维纱的横截面来看，该至少9束布置成至少2层连续金属纤维束。还公开了获得这种新的金属纤维纱的方法。

Claims

1.一种金属纤维纱（1），包括至少9束（8）连续金属纤维（7），其中，每束连续金属纤维束（8）包括至少30根连续金属纤维（7），并且所述连续金属纤维束（8）以预定的每米捻数捻合在一起以形成金属纤维纱，其特征在于，所述至少9束（8）连续金属纤维在所述金属纤维纱的横截面上布置成至少两层。

2.如权利要求1所述的金属纤维纱（1），其中，所述至少9束（8）连续金属纤维在所述金属纤维纱的横截面上布置成至少三层。

3.如任一前面的权利要求所述的金属纤维纱（1），其中，沿相同的方向捻合各层。

4.如权利要求1或2所述的金属纤维纱（1），其中，层并捻角度在所有的层上不相同。

5.如权利要求1或2所述的金属纤维纱（1），其中，至少部分所述金属纤维是集束拉拔的金属纤维。

6.如权利要求1或2所述的金属纤维纱（1），其中，至少部分所述金属纤维（7）由不锈钢制成。

7.如权利要求1或2所述的金属纤维纱（1），其中，在所述金属纤维束（8）中至少部分金属纤维（7）的横截面包括在金属芯上的至少一个同心金属层。

8.如权利要求7所述的金属纤维纱（1），其中，所述纤维（7）的芯是铜，外层是不锈钢。

9.如权利要求7所述的金属纤维纱（1），其中，所述纤维（7）的芯是不锈钢，外层是铜。

10.如权利要求1或2所述的金属纤维纱（1），其中，所述纱包括连续金属纤维束（8），每束具有相同数量的纤维（7）。

11.如权利要求1或2所述的金属纤维纱（1），其中，每单位长度的所述金属纤维纱（1）上的所述纤维束（8）的长度大体上相同，以及每单位长度的所述金属纤维纱（1）上的纤维束（8）的长度比所述金属纤维纱（1）的单位长度大。

12.一种生产如权利要求1中所述的金属纤维纱（1）的方法，包括以下步骤：

-提供至少9个连续金属纤维束（8），每个所述连续金属纤维束（8）包括至少30根连续金属纤维（7），

-以预定的每米捻数将部分所述金属纤维束捻合在一起，从而获得第一层，

-在至少一个下一层中，以预定的每米捻数围绕所述第一层捻合其余的所述金属纤维束。

13.一种生产如权利要求1中所述的金属纤维纱（1）的方法，包括以下步骤：

-提供至少9个连续金属纤维束，每个所述连续金属纤维束（8）包括至少30根连续金属纤维（7），

-以预定的每米捻数将所有所述金属纤维束（8）捻合在一起，从而获得金属纤维纱（1），其中，所述至少9个连续金属纤维束（8）在所述金属纤维纱（1）的横截面上布置成至少两层。

14.一种生产如权利要求1中所述的金属纤维纱（1）的方法，包括以下步骤：

-提供至少9根拉拔到最终直径的复合丝，每根所述复合丝包括至少30根连续金属纤维（7），

-以预定的每米捻数将部分所述复合丝捻合在一起，从而获得第一层，

-在至少一个下一层中，以预定的每米捻数围绕所述第一层捻合其余的所述复合丝，从而获得复合丝结构，

-在合适的酸中沥滤所述复合丝结构，从而获得金属纤维纱。

15.一种生产如权利要求1中所述的金属纤维纱的方法，包括以下步骤：

-在一个步骤中以相同的预定的每米捻数将不同层中所有所述复合丝捻合在一起，从而获得复合丝结构，

-在合适的酸中沥滤所述复合丝结构，从而获得金属纤维纱。