张小庆 许佩敏 康 彦 左彩霞 卢文静

西安菲尔特金属过滤材料有限公司， 陕西 西安 710201

铁铬铝合金纤维针织物制备及性能研究

张小庆 许佩敏 康 彦 左彩霞 卢文静

西安菲尔特金属过滤材料有限公司， 陕西 西安 710201

以集束拉拔工艺生产的铁铬铝合金纤维为原料，经加捻、上浆、针织、水洗、辊压等工序，制备出铁铬铝合金纤维针织物，研究铁铬铝合金纤维针织物的厚度均匀性与透气均匀性，辊压后厚度对透气性的影响，以及拉伸性能。结果表明：铁铬铝合金纤维针织物具有良好的厚度均匀性及透气均匀性；透气度随辊压后厚度的减小而降低，但降低的趋势逐渐趋于缓和；纵横向断裂强力均超过500 N、断裂延伸率均大于35%。铁铬铝合金纤维针织物具有极好的柔软度，可用作异形结构燃烧器的火焰载体。

铁铬铝合金纤维， 针织物， 燃烧器， 厚度， 透气性， 拉伸性能

铁铬铝合金纤维是铁铬铝合金细微化的一种产品，其最小丝径可达2 μm，具有化学纤维的柔软性及铁铬铝合金的耐高温特性，在高温气体过滤、汽车尾气净化、燃烧器及燃气密封等行业有着十分广阔的应用前景[1-2]。

目前，铁铬铝合金纤维衍生出的产品主要有纤维毡和机织物[3]，但自专利WO 9704152公布以来，国内开始出现了铁铬铝合金纤维针织物的专利，如ZL 200720146279.X，但这种产品一直未得到市场的认可。近年来，随着排放指标日趋严苛，国内燃烧器厂家开始使用铁铬铝合金纤维针织物作为燃烧器的火焰载体[4-5]，但国内厂家制备的铁铬铝合金纤维针织物存在透气均匀性不良、使用寿命短等问题，故产品仍依赖于从国外进口。因此，为缩小国内铁铬铝合金纤维针织物与国外的差距，抢占该产品在燃烧器行业的份额，国内相关厂家亟待加快铁铬铝合金纤维针织物的开发力度。

本文以集束拉拔工艺生产的铁铬铝合金纤维为原料，经加捻、上浆、针织、水洗、辊压等工序，成功制备出铁铬铝合金纤维针织物，并对铁铬铝合金纤维针织物的厚度均匀性与透气均匀性，厚度对透气性的影响，以及拉伸性能，进行研究。

1 试验

1.1 主要原料及辅料

试验所用原料为70芯35 μm的铁铬铝合金纤维，其动摩擦系数为0.25、断裂延伸率为2.1%、断裂强力为45 cN，化学成分如表1所示。所用辅料为聚乙烯醇，溶解水温为70 ℃。

表1 铁铬铝合金纤维化学成分

1.2 试验设备

铁铬铝合金纤维束加捻设备为环锭捻线机；上浆设备为自制的上浆机，工作原理如图1所示，其中模具的作用是控制纱线截面形状，使之保持圆形，并梳理毛羽；针织设备为电脑横机；辊压设备为双辊压延机。

1—金属纱线； 2—放线架； 3—浆料槽； 4—模具； 5—连续烘干炉； 6—绕线机图1 自制的上浆机工作原理

1.3 组织结构

为减轻铁铬铝合金纤维针织物的卷边性、增加其厚度，采用双面组织结构，所得铁铬铝合金纤维针织物的正反面效果如图2所示。

(a) 正面

(b) 反面

1.4 生产流程及工艺

生产流程为铁铬铝合金纤维束→加捻→上浆→针织→水洗→辊压。具体工艺：

——为增强铁铬铝合金纤维间的抱合力、减少铁铬铝合金纤维针织物的毛羽、提高铁铬铝合金纤维针织物的强度，需先对铁铬铝合金纤维束进行加捻，确定捻度为25捻/m；

——在加捻的铁铬铝合金纤维束表面涂覆1层聚乙烯醇浆料，以减轻铁铬铝合金纤维束对织机的磨损；

——针织时，调整设备的多项参数，确保针织物在水平自然放置时，沿横行方向5 cm长度内的线圈纵行数为10、沿纵列方向5 cm长度内的线圈横列数为20；

——将针织物放入温度高于70 ℃的水中，溶解掉针织物表面及内部的聚乙烯醇浆料，得到最终的铁铬铝合金纤维针织物；

——根据客户的需求进行辊压处理，以达到客户对铁铬铝合金纤维针织物厚度及透气性的不同要求。

1.5 检测设备及方法

采用织物厚度仪测试厚度，测试时压脚面积10 cm2、加压压力400 cN、加压时间5 s，测试点距布边不少于15 cm，具体分布如图3所示；采用透气性无损检测仪测试透气性，气体压强200 Pa，测试点分布同图3；采用多功能电子织物强力机测量断裂强力及断裂延伸率，测试样宽度为5 cm、夹持长度为10 cm、拉伸速率为10 cm/min。

图3 测试点分布

2 结果与分析

2.1 表观效果

图4为试验制备出的100 cm×100 cm的未经辊压处理的铁铬铝合金纤维针织物照片。

(a) 正面

(b) 反面

由图4可以看出，所得铁铬铝合金纤维针织物组织结构清晰，线圈饱满且大小均匀，毛羽较少，正反两面均无明显瑕疵。

2.2 厚度

未经辊压处理的铁铬铝合金纤维针织物9个测试点的厚度及数据分析见表2。

从表2可知9个测试点的变异系数仅为1.17%， 故铁铬铝合金纤维针织物厚度均匀性良好；另外，铁铬铝合金纤维针织物的厚度平均值超过2.70 mm，这有利于降低铁铬铝合金纤维针织物使用时的回火倾向性，确保燃烧器具有稳定的低氮氧化物排放效果。

表2 铁铬铝合金纤维针织物厚度测量结果及数据分析

2.3 透气性

未经辊压处理的铁铬铝合金纤维针织物9个测试点的透气性及数据分析见表3。

表3 铁铬铝合金纤维针织物透气性测量结果及数据分析

由表3可以看出，9个测试点的透气度平均值为3 318 L/(min·dm2)，变异系数为2.34%，这说明试验制备的铁铬铝合金纤维针织物不但具有较高的透气性，还具有良好的透气均匀性。这些优良的特性可确保铁铬铝合金纤维针织物产生均匀的辐射热，从而有利于提高相关制成品的质量。

2.4 辊压后厚度与透气性的关系

选择5种不同的辊缝间距对铁铬铝合金纤维针织物进行辊压处理，分别测试辊压后不同厚度铁铬铝合金纤维针织物的透气度(测量9个点，取平均值)，得到铁铬铝合金纤维针织物辊压后厚度变化对透气性的影响(图5)。

图5 辊压后厚度对透气性的影响

由图5可以看出，随着铁铬铝合金纤维针织物辊压后厚度的降低，其透气度逐渐减小，且减小趋势逐渐放缓。这是因为在铁铬铝合金纤维针织物辊压后厚度减小的初期，纤维受压力作用而分散并覆盖了铁铬铝合金纤维针织物中的孔隙，造成透气性迅速降低；但随着辊压后厚度的进一步减小，铁铬铝合金纤维针织物中纤维间的摩擦力逐渐增大，纤维向孔隙位置滑动的难度也逐渐加大，故而削弱了辊压后厚度变化对透气度的影响。

2.5 拉伸性能

对未经辊压处理的铁铬铝合金纤维针织物纵横向进行拉伸试验，每个方向各取3块试样进行测试，结果取平均值。所得纵横向的断裂强力及断裂延伸率归纳于表4。

表4 铁铬铝合金纤维针织物拉伸性能

由表4可以看出，铁铬铝合金纤维针织物纵向断裂强力大于横向，纵向断裂延伸率小于横向(但都在35%以上)，说明未经辊压处理的铁铬铝合金纤维针织物具有极好的柔软度，可设计成各种异形结构(如锥形)用作燃烧器火焰载体。

3 结语

以集束拉拔工艺生产的铁铬铝合金纤维为原料，经加捻、上浆、针织、水洗及辊压等5道工序，制备出铁铬铝合金纤维针织物，研究了该针织物的厚度均匀性与透气均匀性，辊压后厚度对透气性的影响，以及拉伸性能。结果表明：铁铬铝合金纤维针织物具有良好的厚度均匀性及透气均匀性，透气度随辊压后厚度的减小逐渐下降，纵横向断裂强力均超过500 N，横向断裂延伸率大于纵向(但都在35%以上)，适合用作异形结构燃烧器的火焰载体。

[1] 奚正平，汤慧萍.烧结金属多孔材料[M].北京：冶金工业出版社，2008：241-242.

[2] 杨兆玲，李建平，杨延安，等.铁铬铝合金纤维的制备与性能[J].稀有金属材料与工程，2008(9)：1684-1687.

[3] 张艳梅，房戈.铁铬铝合金纤维机织物的研发与应用[J].产业用纺织品，2014，32(5)：6-8.

[4] 王振兴，廖雄，杨俊杰.全预混金属纤维燃烧器的研究[J].燃气预动力，2011，31(6)：18-20.

[5] 要大荣，傅忠诚，潘树源，等.金属纤维燃烧器的燃烧特性研究[J].燃气预动力，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

张小庆，男，1980年生，工程师，主要从事金属纤维材料的研发工作

许佩敏，E-mail：xpm1983@126.com

TS186.5，TQ343+.2

A

1004-7093(2017)05-0016-04