王一帆，严涛海，2，张福星，梁 通，王苗苗，陈奕斌，黄露明，陆东东

（1.闽江学院 服装与艺术工程学院，福建 福州 350108；2.福建东龙针纺有限公司，福建 福州 350217；3.春晖科技集团有限公司，福建 福州 350018；4.福建华峰新材料有限公司 福建省运动鞋面料重点实验室，福建 莆田 351164）

美国于1936 年发明了集束拉拔法生产金属纤维。中国纺织科学研究院和北京有色金属研究总院于1984 年开始研究不锈钢金属纤维生产工艺，并成功研发了一系列的金属纤维产品。如今，我国已是部分金属纤维的全球最大生产供应商[1]。金属纤维及其制品是一种极具市场价值的高技术、高附加值工业材料，金属纤维制作的产品根据制作方法的差异拥有着侧重点各不相同的各式产品，是许多民用和国防工业领域的关键材料。

1 不锈钢金属纤维制作方法

制造不锈钢金属纤维的传统方法为拉拔法、切削法和熔抽法[2]。随着技术的发展以及不锈钢金属纤维新要求的出现，新的制作方法也随之诞生。

1.1 拉拔法

拉拔法可分为单丝拉拔法和集束拉拔法。单丝拉拔法采用多模具来连续拉拔生产不锈钢金属纤维，丝径均匀连续、表面光滑、尺寸精确，但丝径无法达到10μm 以下，而且生产工序冗长、生产成本高。集束拉拔法是将几十根甚至上万根金属线包在圆管里进行拉拔，该方法生产的不锈钢金属纤维直径可达1～2μm。与单丝拉拔法相比，集束拉拔法效率高、成本低，还可以集中生产，是拉拔法生产金属纤维的主要方式。

1.2 切削法

切削法可分为振动切削法、纵切法、剃削法、磨削法等。切削法主要以固态金属为原料，用刀具将金属原料切削成纤维屑。切削法制造出来的不锈钢金属纤维通常截面粗糙不匀且抗拉强度低，但该法工艺简单、成本低、生产周期短，一般用来生产短的金属纤维。

1.3 熔抽法

熔抽法有悬滴熔融牵引法、玻璃包复熔纺法、坩埚熔融牵引法、悬滴熔融牵引法、激冷块熔纺法、自由飞出熔纺法、熔融抽拉法等。熔抽法是将固态的金属融化成液态，再将液态金属牵引拉伸冷切，从而得到不锈钢金属纤维。生产的不锈钢金属纤维成本低，但有着和切削法类似的问题。

1.4 其他方法

随着科学技术的发展，一些有别于传统不锈钢金属纤维的制作方法也开始出现[3]。化学气相沉积法和无模拉拔法（细分为外磁场引导生长和无外磁场引导2 种）都不需要模板，都是将金属进行加热融化（或局部融化）后再对金属进行一个拉伸，可以生产出直径更细的不锈钢纤维。气—液—固法是利用一些高温设备将金属气化，再使气化的金属通过不断地吸附反应物在催化剂-纳米线界面上生长成不锈钢金属纤维,制作成本较高。除此之外还有模板法、有机凝胶-热还原法。相较于传统的金属纤维制作方法，这些新方法可以制造出更细的金属纤维，可以使金属纤维的性能多样化，使其应用领域更为广泛。其中化学气相沉积法生产的不锈钢金属纤维可作为吸波和高密度信息储存材料，模板法制作的金属纤维通常作为专用高性能材料。

2 不锈钢金属纤维的制品

不锈钢金属纤维的制品可以根据金属纤维的应用形式分为复合材料、多孔材料、纺织品，其中不锈钢金属纤维的纺织品可分为纯金属纤维制品和混纺金属纤维制品。

2.1 复合材料

金属纤维除了与其他纤维混纺外，还可以增强材料的形态与其他基体材料相结合制成复合材料，还常将金属纤维以填料的形式加入到陶瓷、橡胶、树脂和塑料等材料中，以此来增强复合材料的性能。如将不锈钢纤维作为导电填料填入复合树脂中，使其具有电磁屏蔽的性能。还可以将不锈钢金属纤维加入基体材料中，有效地提高了复合材料的强度和韧性，并且性能要优于普通的复合材料[4]。

2.2 多孔材料

金属纤维多孔材料是一种复合结构的功能材料，其内部是由金属纤维交错搭接相连而成的三维网状结构，孔径直径小、孔隙率高、比表面积大。不锈钢金属纤维多孔材料的制造方法一般为固相烧结和液相烧结。金属纤维多孔材料不仅在吸声降噪领域得到应用，也在过滤分离、生物医学、高效换热、阻尼减振等领域得到应用[5]。

2.3 纺织品

不锈钢金属纤维纺织品根据纱线的不同分为纯不锈钢金属纤维织物和不锈钢混纺金属纤维织物两种。

纯不锈钢金属纤维纺织品是通过将金属纤维纺纱加捻得到纯金属纱线，再对纯金属纱线进行编织形成纯金属纤维纺织品。纯金属纱线织造得到的纺织品耐高温，具有隔热性能，主要用于高温隔热领域。不锈钢金属纤维混纺织物是将不锈钢纤维与其他纤维混纺成纱织造而成的织物。混纺金属纤维制品被广泛应用于孕妇装、工装、工业除尘袋、抑菌除臭产品，其在军工中用于伪装网、雷达目标布、金属纤维弹、单兵热成像防护服、军用多功能篷盖布。

3 金属纤维在防护用纺织品中的应用

静电在军工、火工、化工、胶片、橡胶作业的生产和电子产品生产中，以及煤气工业的生产、灌装、储运过程中比较常见，轻则影响产品的质量，重则危害人的生命安全。而长期工作在高电磁辐射下的人体将会出现各种症状，如心率不齐、血压不稳等。不锈钢金属纤维因其良好的导电性能被广泛使用在电磁屏蔽、防静电的领域中，一般与其他纤维混纺，在保证防静电或电磁屏蔽的情况下还有着不错的服用性[6-7]。

不锈钢金属纤维混纺织物可用来制作抗静电工作服、防静电过滤布、电磁屏蔽产品、导电布及高压带电作业服。电磁屏蔽服装一般采用机织物，其电磁屏蔽效果要好于针织物，一般采用不锈钢金属纤维与棉或涤纶混纺的纱线，电磁屏蔽效果与织物的组织结构、紧度以及金属纤维含量有关。一般来说，金属纤维含量越高则其电磁屏蔽效果越好，织物紧度越高电磁屏蔽效果越好。整体而言，织物为平纹机织物时效果最好。

在抗静电功能应用上，采用的金属纤维以及织物结构同样影响着金属纤维混纺织物的抗静电性，通常采用的金属纤维为不锈钢金属纤维，采用的织物结构为平纹和斜纹。除此之外，若采用金属短纤维混纺，则金属短纤维在纱线与织物的分布以及连续性将影响抗静电性。抗静电防护服、抗静电过滤布的金属纤维含量一般在0.5%～5.0%，单面起绒或不起绒。

在其他应用上，金属纤维混纺织物可制成超净工作服、抗静电防护罩等，二者的金属纤维含量需大于5.0%小于20.0%，当金属纤维含量大于20.0%时可用来制作超高压屏蔽服。

4 不锈钢金属纤维的表面处理实验研究

不锈钢金属纤维与其他纤维混纺时，存在抱合力不足、纺纱工艺相对较难等问题。在作为复合材料的增强材料时，和基体之间的结合力也存在一定的不足。因此，需要对不锈钢金属纤维进行表面处理，以强化不锈钢金属纤维表面的凹凸不平形态，增强不锈钢金属纤维与其他纤维之间的抱合力，增强不锈钢金属纤维与基体之间的结合力。实验工艺参数为所有溶液对不锈钢金属纤维的表面处理时间均为30min，实验室环境室温20±5℃，相对湿度65±5%。

图1 为表面处理后的不锈钢金属纤维SEM 图。图1（a）为经过水洗的纤维，其表面清晰光滑，纤维平均直径7.65μm。图1（b）所示纤维平均直径6.67μm，有明显可见的团状物质，是强酸与不锈钢金属纤维表面化学反应后的产物附着在不锈钢金属纤维表面形成的。

图1 表面处理后的不锈钢金属纤维SEM 图

硫酸溶液是一种强腐蚀性的酸性溶液，对大部分的金属都有比较强的腐蚀作用。而不锈钢的性质比较稳定。图2 为不同比例的硫酸对不锈钢金属纤维表面处理SEM 图。图2（a）、图2（b）和图2（c）的纤维直径分别为7.46μm、7.22μm、6.66μm，直径依次减小。从图2可知在硫酸溶液的作用下不锈钢金属纤维表面出现了一些凹凸不平的空穴，硫酸溶液浓度越高，空穴越多。这说明，用硫酸溶液对不锈钢金属纤维表面进行处理时，浓度越高，表面处理效果越明显。

图2 不同比例的硫酸对不锈钢金属纤维表面处理SEM 图

盐酸溶液也是一种常见的腐蚀性的酸性溶液，对金属的腐蚀作用也比较强。图3 为不同比例的盐酸对不锈钢金属纤维表面处理SEM 图。图3（a）、图3（b）和图3（c）的纤维直径分别为7.43μm、6.84μm、6.64μm，直径依次减小。从图3 可知盐酸溶液对于不锈钢金属纤维的表面处理也是有效的，并且随着浓度的增大，表面空穴明显变多。

图3 不同比例的盐酸对不锈钢金属纤维表面处理SEM 图

氢氧化钠溶液是一种强腐蚀性的液体。图4 为不同比例的氢氧化钠溶液对不锈钢金属纤维表面处理SEM 图。从图4 可知，氢氧化钠溶液对不锈钢金属纤维的腐蚀作用有限。不同比例下的氢氧化钠溶液对不锈钢金属纤维表面进行处理时，纤维表面看不出区别，直径变化也不明显。跟图1（a）的清水处理的图片相比较也少见差异。经过处理后的纤维直径基本都在7.6～7.7μm 范围内，变化极小。因此认为，氢氧化钠溶液用于不锈钢金属纤维的表面处理无显著效果。

图4 不同比例的氢氧化钠对不锈钢金属纤维表面处理SEM 图

5 结语

不锈钢金属纤维经过浓度越高的强腐蚀性的酸液表面处理后具有直径更细、表面空穴更多的变化趋势，具有潜在的改善纺纱性能和基体结合性能优势。