CN102224285A - 多束金属纤维纱 - Google Patents

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Abstract

提供了一种新的金属纤维纱。该金属纤维纱(10)构成的结构包括形成金属纤维纱的连续金属纤维(13)。该结构包括至少5束(12)捻在一起形成纱的连续金属纤维。每个所述金属纤维束(12)包括至少30根金属纤维(13)。该纱包括至少一个单元纱(11)，所述单元纱(11)包括至少两个以预定的每米捻数围绕彼此捻合的金属纤维束(13)。

Description

多束金属纤维纱
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。金属纤维也可以例如通过拉拔直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连续金属纤维，并把这些金属纤维合并成束。然后，可合并这种金属纤维束来形成金属纤维纱。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。US2003/0006226描述了一种加热丝，其包括纱，纱包括金属纤维，其中，通过将耐热丝螺旋地缠绕在由耐热聚酰胺纤维构成的芯线外周，来解决纱的柔性和断裂的问题。然而，这种围绕聚酰胺纤维芯外周的螺旋缠绕容易发生滑套现象。
已经证明，在纱中使用更多的金属纤维束是受到限制的，即，金属纤维束数量的增加不会导致金属纤维纱的强度有预期的和期望的增大。
还应该注意，纱中金属纤维束数量的增大也会增大纱发生滑套或分解，从而导致纱的可加工性差，特别是当金属纤维纱是通过在以复合形式构建纱结构后进行集束拉拔而形成时。当在随后的处理中使用这种易于出现滑套现象的金属纤维纱时，会在引导部件中或在小通道上出现堵塞。
在由5个或更多金属纤维束构成的纱的断裂力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断定，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断裂力的金属纤维纱，同时不丧失柔性且不会导致金属纤维纱发生滑套现象。
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5束捻在一起形成纱的连续金属纤维。每个金属纤维束包括至少30根金属纤维。该纱包括至少一个单元纱。单元纱包括以预定的每米捻数围绕彼此捻合的至少5个金属纤维束中的至少2束。这样提供一种新型连续金属纤维纱，其更加稳定且不会丧失柔性。
在一个优选实施例中，以预定的每米捻数使至少2个单元纱围绕彼此捻合。
更加优选地，相同的单元纱以预定的每米捻数围绕彼此捻合，其中，相同的单元纱是这样的单元纱，其包括相同数量的金属纤维束，横截面上具有相同数量的金属纤维，每米捻数相同并且捻向相同。这样提供了一种更加稳定的金属纤维纱。
在一个可替换的优选实施例中，至少两个单元纱中的至少一个具有不同的每米捻数，并以相同或不同的预定每米捻数捻在一起，以形成本发明的纱。这种纱结构提供了强度(更紧密的单元纱)和敞开结构(更敞开的、不太紧凑的单元纱)的结合。这种敞开结构可允许聚合物透过本发明的连续金属纤维纱。该敞开结构还可以允许在例如通过机织或针织将金属纤维纱形成织物时获得更高的透气性。
在一个优选实施例中，单元纱的捻向与纱的捻向相反。这在本领域中被称为S捻和Z捻。通过在单元纱和最终纱中使用相反的捻，纱结构会更加敞开，进而通过增大的接触表面允许更好的聚合物附着。在另一个优选实施例中，单元纱的捻向与最终纱的捻向相同。该实施例可获得具有高强度和良好可加工性的紧凑纱。在一个更加优选的实施例中，单元纱和最终纱的捻数和捻向都相同，并且单元纱内金属纤维束的数量及每束中纤维的数量都是相同的，从而获得这样一种纱，其中，所有的单束都具有大体相同的长度。这样就形成了具有高强度和大伸长率的纱。
在另一个优选实施例中，本发明的纱用作组成另一最终纱的单元纱。
在一个优选实施例中，组成单元纱的金属纤维束中纤维的数量是相同的。更加优选地，在本发明的纱的所有束中纤维的数量是相同的。
在一个优选实施例中，至少部分金属纤维是集束拉拔的金属纤维。
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。
本发明的又一方面提供了根据本发明的金属纤维纱，其中，在纱中至少部分金属纤维束捻成具有预定的每米捻数。更加优选地，纱中所有的束捻成具有预定的每米捻数。
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。金属纤维可以通过直接拉拔或集束拉拔工艺来生产。在本发明的一个优选实施例中，纱中的金属纤维是通过集束拉拔法获得的。该方法是众所周知的，包括：涂覆多根金属丝(一束)，用覆盖材料包围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，以及去除各个金属丝(纤维)和束的覆盖材料，例如在US3,379,000、US3,394,213、US2,050,298或US3,277,564中所描述地那样。用该方法获得的纤维的截面为多边形，通常是五边形或六边形，并且其周边通常为锯齿状，如US2050298的图2所示。与将多根单根拉拔的纤维聚合在一起形成束相比，集束拉拔法允许同时地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。
因此，在一个优选实施例中，金属纤维的等效直径小于20μm。
纱中的金属纤维的优选等效直径的范围为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根纤维的束与具有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5、6、7、8、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，优选地是特氟隆、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。
本发明的另一方面提供了一种生产连续金属纤维纱的方法。通过提供至少5束连续金属纤维，构成该金属纤维纱。每个金属纤维束包括至少30根金属纤维。然后，通过以预定的捻数将所述至少5束连续金属纤维中的至少2束捻在一起而形成至少一个单元纱。之后，以预定的捻数将至少一个单元纱与其余的连续金属纤维束和/或单元纱捻在一起，以形成本发明的纱。
本发明的另一方面提供了本发明的金属纤维纱作为在可加热织物应用中例如在汽车座椅加热中作为电阻加热元件的用途。
本发明的另一方面提供了本发明的金属纤维纱作为缝纫纱的用途。
本发明的另一方面提供了本发明的金属纤维纱作为导线的用途。
本发明的另一方面提供了本发明的金属纤维纱在生产耐热织物中的用途，该耐热织物例如是在生产汽车玻璃中使用的隔离材料，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金属燃烧器膜。
本发明的另一方面提供了本发明的金属纤维纱作为复合材料中加强元件的用途。
定义
术语纤维的“等效直径”应理解为表面积与纤维径向截面的表面相等的假想圆的直径。在集束拉拔操作的情况下，纤维的截面通常为五边形或六边形，纤维截面的周边通常是如US2050298的图2所示的锯齿状；与单根拉拔的纤维相反，集束拉拔的纤维具有圆形截面。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纤维。“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，其可以是通过将连续金属纤维集束而获得的，该连续金属纤维被拉拔成最终直径并且之后进行集束；或者可以通过集束拉拔而获得，其中，通过对复合丝沥滤来得到束。
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而形成织物。因此，纱也可以由聚在一起形成新纱的第一纱构成。
术语“单元纱”应理解为这样的纱，其包括至少2个围绕彼此捻合的纤维束。
术语“最终纱”应理解为这样的纱，其包括围绕彼此捻合的至少2个单元纱、或至少1个单元纱和至少1个金属纤维束。
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纤维的总体。当对被拉拔到期望直径的复合丝进行沥滤，从而去除基体和鞘材料时，连续的金属单丝得到释放，并从此时起称为连续金属纤维。换句话说，通过沥滤工艺使复合丝变成一束连续金属纤维。
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示出了本发明纱第一实施例的横截面。
图2示出了本发明第二实施例的横截面。
图3示出了本发明第三实施例的横截面。
图4把已知纱的载荷-伸长率曲线与根据本发明的纱的载荷-伸长率曲线进行比较。
图5示出了本发明的一个可替换的优选实施例的横截面。
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示出了3×3纱的横截面。最终纱10包括3个围绕彼此捻合的单元纱11。单元纱11包括3个围绕彼此捻合的连续金属纤维束12。每个纤维束包括90根连续金属纤维13。该纱在两个步骤中制造。
图2示出了2x2x2纱的横截面。最终纱10由2个围绕彼此捻合的单元纱11构成。每个单元纱11包括2个围绕彼此捻合的第一单元纱14。每个第一单元纱14包括2个围绕彼此捻合的连续金属纤维束12，每个纤维束包括275根连续金属纤维13。该纱在三个步骤中制造。
图3示出了(3x1)+3纱的横截面。最终纱10包括围绕彼此捻合的一个单元纱11和三个单个的金属纤维束15。单元纱11包括3个围绕彼此捻合的金属纤维束12，其中，每个纤维束包括275根连续金属纤维13。该纱在两个步骤中制造。
图4示出了两个载荷-伸长率曲线16和17。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。
曲线16是包括8个金属纤维束的现有技术纱的载荷-伸长率曲线。每个纤维束包括275根等效直径为12微米的连续的AISI 316L金属纤维。在一个步骤中沿S方向以每米100捻将各个束围绕彼此捻合。
如图2所示，曲线17是根据本发明的2x2x2纱的载荷-伸长率曲线，该纱包括8个连续金属纤维束。每个纤维束包括275根等效直径为12微米的连续的AISI 316L金属纤维。该纱在三个步骤中制造。通过沿S方向以每米100捻将两束连续金属纤维围绕彼此捻合而形成第一单元纱。在第二步骤中，通过沿S方向以每米100捻将两个第一单元纱围绕彼此捻合而形成第二单元纱。在第三步骤中，通过沿S方向以每米100捻将两个第二单元纱围绕彼此捻合而形成最终纱。
图4中示出了本发明的2x2x2纱(曲线17)的断裂力是295N，而现有技术的纱(曲线16)的断裂力是240N。两种纱都包括相同数量的纤维束、每束有相同数量的金属纤维，并具有相同的每米捻数。图4示出了通过使用根据本发明的纱结构能够显著地提高纱的断裂力。在这种情况下，纱的断裂力提高了超过20％，并且还获得了更高的伸长率。
图5示出了本发明的一个可替换的优选实施例。图5示出了3x3纱的横截面。最终纱10包括3个围绕彼此捻合的单元纱11。单元纱11包括3个围绕彼此捻合的连续金属纤维束12。每个纤维束包括275根连续金属纤维13。三个单元纱中的一个在Z方向具有每米50捻的捻数，而其他两个单元纱在S方向具有每米120捻的捻数。然后，沿S方向以每米100捻使单元纱围绕彼此捻合。
在后面编号的一系列权利要求中给出了本发明的各个方面。

Claims (15)

1.一种金属纤维纱(10)，包括至少5束(12)连续金属纤维(13)，所述束(12)捻在一起，每个所述金属纤维束(12)包括至少30根连续金属纤维(13)，其特征在于，所述纱(10)包括至少一个单元纱(11)，其中，所述单元纱(11)包括至少两个以预定的每米捻数围绕彼此捻合的所述连续金属纤维束(12)。
2.如权利要求1所述的金属纤维纱(10)，其中，所述纱包括至少两个以预定的每米捻数围绕彼此捻合的单元纱(11)。
3.如任一前面的权利要求所述的金属纤维纱(10)，其中，在所有的所述单元纱(11)中，每束(12)的金属纤维数量相同且金属纤维的等效直径相同，每个单元纱(11)的束数量相同并且捻向相同，从而所有的单元纱相同。
4.如任一前述权利要求所述的金属纤维纱(10)，其中，至少部分所述金属纤维(13)是集束拉拔的金属纤维。
5.如任一前面的权利要求所述的金属纤维纱(10)，其中，至少部分所述金属纤维(13)由不锈钢制成。
6.如任一前面的权利要求所述的金属纤维纱(10)，其中，在所述金属纤维束中至少部分所述金属纤维(13)的横截面包括在金属芯上的至少一个同心金属层。
7.如权利要求6所述的金属纤维纱(10)，其中，所述金属纤维(13)的芯是铜，外层是不锈钢。
8.如权利要求6所述的金属纤维纱(10)，其中，所述金属纤维(13)的芯是不锈钢，外层是铜。
9.如任一前面的权利要求所述的金属纤维纱(10)，其中，所述金属纤维纱(10)还包括涂层，优选是特氟隆、PVC、PVA、PTFE、FEP、MFA或聚氨酯清漆。
10.一种生产连续金属纤维纱(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少5束(12)连续金属纤维，每个所述连续金属纤维束包括至少30根金属纤维，
-以预定的每米捻数将所述至少5束连续金属纤维中的至少2束捻在一起，以形成至少一个单元纱(11)，
-以预定的每米捻数将所述至少一个单元纱(11)与其余的连续金属纤维束和/或单元纱捻在一起。
11.一种生产连续金属纤维纱(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少5根复合丝，每根所述复合丝包括至少30根金属纤维，
-以预定的每米捻数将所述至少5根复合丝中的至少2根捻在一起，以形成至少一个单元纱，
-以预定的每米捻数将所述至少一个单元纱与其余的复合丝和/或单元纱捻在一起，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(10)。
12.如权利要求1-9中任何一项所述的金属纤维纱(10)作为在可加热织物应用中用作电阻加热元件的用途。
13.如权利要求12所述的金属纤维纱(10)的用途，其中，所述可加热织物应用是汽车座椅加热。
14.如权利要求1-9中任何一项所述的金属纤维纱作为缝纫纱的用途。
15.如权利要求1-9中任何一项所述的金属纤维纱作为复合材料中加强元件的用途。
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