不锈钢纤维简介
非织1001
李一舟摘要：针对当前电磁波辐射日益严重的现象，本文在介绍不锈钢纤维发展现
状的基础上，系统说明了不锈钢纤维的性能特点、制备方法及其应用，对不
锈钢纤维织物电磁波屏蔽性能的影响因素等内容进行了详细说明，为不锈钢
纤维织物开发及应用提供理论支持。
关键词：不锈钢纤维；制备方法；性能；应用
Abstract：To face the phenomenon of electromagnetic wave ray becoming
more serious, the current status of stainless steel fiber was
introduced, the making method, properties and application of stainless
steel fiber were discussed.
Keywords：stainless steel fiber; characteristic; making method;
application
当今社会，材料科学与工程突飞猛进发展，带来了人们生活方式的巨大变革。作为一种新型金属材料，不锈钢制品已经渗透到社会和生活的各个角落。而不锈钢纤维材料作为纺织材料在纺织品中的应用，则主要是基于周围环境的电磁波污染和人们对化学纤维静电现象厌烦。生活中各种电子设备、仪器和家用电器在使用过程中会产生不同波长和不同频率的电磁波，电磁波的脉冲辐射可引起心血管系统、内分泌系统、神经系统和免疫系统的功能失常，特别是对人们的大脑系统有较大的伤害作用。不锈钢纤维及其混纺织物可以大大减轻电磁波对人体的伤害，起到人体防护功能。
一、不锈钢纤维的性能特点与开发现状
1、不锈锕纤维的概念与结构
不锈钢纤维一般是指以304、304L 或316、316L 等不锈钢为基材，经特殊工艺加工而成的直径在10m μ以下的软态工业用材料。不锈钢纤维是纯金属纤维，较镍、铜、铝等其它金属纤维在可纺性、使用性、经济性等方面有明显的优越性。图1所示分别为直径6m μ和直径8m μ的不锈钢纤维纵向截面图。
（1）直径为6m μ （2）直径为8m μ
图1 不锈钢纤维纵向表面形态图
2、 不锈钢纤维成分及性能特点
钢号为316L 和304的不锈钢纤维的主要成分列于表1。
表1 不锈钢纤维的化学成分（单位：‰）
不锈钢纤维主要具备了如下几方面的性能特点：
（1）不锈钢纤维是纯金属，体积质量大，相当于普通纺织纤维的5-8倍。
（2）导电性能好，纤维的电阻很低，是电的良导体。
（3）耐腐蚀性好。完全耐硝酸、碱及有机溶剂的腐蚀，但在硫酸、盐酸等还原性酸中耐腐蚀性较差些。
（4）耐热性好。在氧化氛围中，高达600℃可连续使用，是很好的耐高温材料。同时也是传热的良导体，可用作散热材料。
（5）具有一定的可纺性。不锈钢纤维在长度和细度方面都能达到纺纱的要求。具有一μ的纤维单纤强力可达 cN，与棉纤维单纤强度相近。但不锈钢纤维的刚度大，定的强度，8m
奸维的韧性比普通的涤棉等纺织纤维要差，纤维无卷曲、弹性差。
3、不锈钢纤维的开发现状
不锈钢金属的纤维化技术始于20世纪60年代中期，金属纤维及其制品是近20年来发展起来的新型工业材料和具有高技术、高附加值产品，被广泛用于航天、航空、汽车工业、化工、化纤、纺织、医药、食品等领域，是许多国民经济工业领域和国防工业必需的关键支撑材料，由于技术难度大、工艺复杂，很长时间以来世界上只有美国、比利时等少数国家可以生产金属纤维及其制品。首先由美国进行开发与研究，到70年代末已在纺织、石油、化工、军事、航空、通讯、电力等许多领域都得到广泛应用。由于金属纤维制造技术难度大、工艺复杂，目前世界上只有比利时、美国、目本等少数国家可以生产。其中规模化、产业化最快的比利时Bekaert公司，几乎控制世界金属纤维市场的一半以上。国际上着名的金属纤维生产厂商主要有比利时的Bekaert公司、美国的Memtec公司和日本的金线公司等，
μ。其中美国起步最早，但规模化、产业化最快产品以316L不锈钢纤维为主，直径从2-80m
的是比利时的BEKARET公司，曾占据着全球市场约80％的份额。
我国对不锈钢纤维及其制品的研究始于20世纪70年代末期，起因是当时我国石化、冶金、纺织及航空部门人量引进的国外先进设备中需使用不锈钢纤维毡作为过滤元件，但由于技术、原辅材料等问题，始终停留在粗纤维、小试样的实验阶段，生产的不锈钢纤维质
量达不到国外同类产品水平，因而不得不花费大量外汇从国外进口。加快金属纤维及其制品的研发进程，打破国外对其技术和产品垄断的坚冰，对于我国国民经济的发展无疑具有重要意义。正是在这样的困境和挑战下，西北有色金属研究院开始向金属纤维及其制品的研制和产业化发起了冲击。1994年研制成功线材电镀机和钢铜复合机等关键设备，为工业化开发打下了设备基础，当年7月实现了金属纤维的小批量生产，产品达到了国际领先的比利时BEKARET公司的水平。1997年9月，“金属纤维及其制品”被国家计委正式列为国家重点工业性试验项目，产业化工作开始提速。1998年10月，项目的建设获得了阶段性重大成果，两条中试生产线和检测中心成功建成，技术和产品质量均达到了当代国际先进水平；2002年7月，项目通过国家验收，得到了院士专家组一致高度评价； 2004年超细不锈钢纤维毡研制又通过国家863的验收；2005年底开始，金属纤维项目进一步得到国家支持，一个年产350吨金属纤维、5万平方米纤维毡的世界第二大生产基地正在西安建设。如今我国不锈钢纤维制造不仅已实现国产化，而且生产基地多、品种规格齐全，有些混纺制品已经开始出口。
二、不锈钢纤维的制备方法
不锈钢纤维根据其使用场合的不同，可以将其加工成长丝和短纤维两种形式加以应用。不锈钢长丝纤维的制备主要采用线材拉伸法、熔融纺丝法及切削法等方法，不锈钢长丝纤维如图2（1）所示。不锈钢短纤维的制备主要是将其牵切成短纤维再与其他纤维原料混纺，不锈钢纤维须条如图2（2）和图2（3）所示。
（1）不锈钢长丝及纱线（2）不锈钢短纤维须条（3）不锈钢短纤维束
图2 不锈钢长丝纤维
1、不锈钢长丝纤维的制备与应用
不锈钢纤维的生产涉及到物理、化学、材料加工等众多科学领域。
不锈钢纤维的生产方法归纳起来有五种：单丝拉拔法、集束拉拔法、切削法、熔抽法和生长法。
①线材拉伸法
（1）单丝拉伸法
单丝拉伸法是通常用于制造金属线材的方法，但不锈钢纤维细丝的制取必须通过孔径逐渐递减的拉丝模孔多次进行拉伸的方法。纤维截面压缩率不能过大，否则拉丝阻力会超过材料的拉伸强度，从而引起撕裂。其工艺流程为：
不锈钢线材→水箱粗拉→热处理退火→微拉拔→热处理退火→成品。
该方法工序繁琐、纤维易断裂，成本高，不能生产细纤维，产品主要用于高精度筛网等特殊领域。
（2）集束拉伸法
集束拉伸法是把单丝拉伸法制取的线材多根集束，外加包覆材料，再进行拉伸。该方法大大减少拉伸次数，同时也能防止单根细丝被拉断，外部包覆材料多用中碳钢，因为中碳钢与不锈钢有类似倾向的加工硬化。集束中各根纤维之间涂有铜等物质避免纤维间的相互粘着，拉丝结束后再用化学方法清除涂层物质，即可加工得到集束型不锈钢纤维。该法
，强度高达1200-1800MPa，延伸率大于1%，纤维直径均匀，连制备的纤维直径可达1-2m
续性好，成本低，是目前制备不锈钢纤维普遍采用的方法。
②熔抽法
熔抽法是由熔融金属直接制取不锈钢纤维的一种方法。其方法有多种形式，包括熔融挤压法、喷射骤冷法等。其中熔融挤压法和喷射骤冷法，与制取有机纤维和玻璃纤维的原理一样，把熔化的金属液从喷头挤出，在各种媒介中冷却成丝，但是，熔融的金属液表面张力很大、粘度小、挤出的金属流线很容易形成液滴，故成丝过程比较困难。其关键工艺是熔束模板的制作、喷嘴的安装及其角度的控制、冷却速度的控制等使其快速凝固下来。
③切削法
切削法既可制备长丝纤维也可制备短纤维，该方法设备简单，成本低，可适用于不同材质的金属如低碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝及其合金等的纤维加上。
熔融纺丝法与切削法虽然工艺成本低，但得到的不锈钢纤维不连续且直径不均，只能应用于一些要求不高的领域中。
④生长法
线材拉伸法、熔融纺丝法和切割法制备不锈钢纤维的方法均是采用物理加工方法，而生长法主要采用化学加工方法来制备不锈钢纤维，因此将此类方法称为生长法。生长法代表性方法有膜层涂渡法和结晶析出法。
2、不锈钢短纤维的制备
在生产某些不锈钢纤维混纺产品的时候，首先要对不锈钢长丝纤维进行预加工，将其制备成短纤维来与其他原料进行混纺。不锈钢纤维长丝按照工艺要求的长度制成短纤维主要可以采用两种方法：一是直接将其剪切成短纤维，这样可以得到整齐度均一的短纤维；
一种是利用纺织上的牵切原理把长丝束牵切成短纤维。
三、不锈钢纤维及其织物的应用
不锈钢纤维含量不同，可以被应用到不同领域，表2给出了不锈钢纤维含量与织物用途对照。
表2 不锈钢纤维含量与织物用途对照表
不锈钢含量%产品名称用途
防静电工作服静电危害场所
3-5防静电过滤布过滤带电粉尘
3-5防雷达侦察遮障布坦克、大炮伪装
5-15防微波辐射服人身防护
5-15屏蔽用贴墙布防止外来信号干扰及敌方侦察
20假雷达靶子、除点布迷惑敌人、消除器皿或材料带电
30-40高压带电作业服不停电检修输电线路
100纯不锈钢纤维布/毡高温气体/酸碱性液体/污水处理过滤
用
1、不锈钢纤维的应用
①不锈钢长丝纤维的应用
利用不锈钢纤维优异的高强和耐热性能生产的纯不锈钢长丝纤维织物，可制成枕式密封袋；也可制成除尘袋，用于高温烟气干法净化袋或除尘系统；或制成热工件传送带、隔热帘、耐热缓冲垫等，用于汽车挡风玻璃、电视屏幕、厨房用品等的生产。不锈钢纤维纱线机织物，如图3（1）所示，可用于高温烟气干法净化袋除尘系统、热工传送带、耐热缓冲垫等。不锈钢纤维微孔过滤毡，采用气流成网，真空烧结工艺压实成毡，如图3（2）、（3）所示，这种不锈钢纤维针刺毡具有耐热、耐磨、柔软透气、隔热保温、吸音、减震、过滤等方面的优异特性，可用于冶金、化工、玻璃、热能等领域工业设备的高温腐蚀部位。民
用领域主要是以不锈钢
纤维（金属丝）为芯纱，棉
纤维或涤纶、锦纶长丝为
皮纱，加工成不锈钢纤维包芯纱，用于抗静电、物理起皱或闪光效应织物。
（1）纯不锈钢丝机织布（2）纯不锈钢丝针织布（3）纯
不锈钢纤维针刺毡（4）不锈钢纤维毡网结构图
图3 不锈钢长丝纤维的应用
②不锈钢短纤维的应用
不锈钢短纤维主要是通过与其它纤维的混纺加工成棉/不锈钢、毛/不锈钢和涤/不锈钢等混纺纱线，用于生产不锈钢纤维抗静电织物和电磁波屏蔽织物等功能产品。以棉/不锈钢、涤/棉/不锈钢混纺为例，它们的混纺工艺路线如下：
（1）棉纤维与不锈钢纤维
（2）涤/棉与不锈钢纤维
目前一般选用专用设备来牵切制条，有单独制条和将其与其他纤维采用混拉混并法一次牵切混合成条两种。但用这些方法生产出来的条子易产生条干不匀，易起毛，不锈钢纤维分布不够均匀，纤维之间的抱合力较低，条子易伸长拉断，且在牵切过程中不锈钢纤维散落，消耗大，生产成本高，在混拉混并方法中还易出现不锈钢丝束漏切现象，牵切质量难以保证。可采用拉夹法来牵切不锈钢纤维丝束的方法改善上述问题。即用两根需要混合的常规纤维条子（棉或涤），将其分别上下对准在不锈钢纤维丝束被牵切拉断后须条的出口处喂入，将牵切后的不锈钢短纤维托起夹持在这两根条子中间，并输出形成一根混合条，此时输出的条子外表看不见不锈钢纤维，形成一根包芯条。经过这一方法牵切后不锈钢纤维形成了适合纺纱工艺要求的长度分布，且被夹持包覆在混合的常规条子中间。这一方法有效避免了不锈钢纤维丝束在牵切制条过程中纤维的散落损失，使纺制出的条子不起毛，均匀度好，不易缠绕，断头少，提高了生产效率，大大降低了产品的生产成本。
③不锈钢短纤维和长丝的混合应用
将不锈钢短纤维混纺纱、不锈钢长丝包芯纱与其它纤维纱线以一定比例间隔排列进行交织加工成各种不锈钢纤维网格织物；也可将不锈钢短纤维与其他纤维原料的混纺纱、不锈钢长丝等纺制成花式线，应用于功能织物的开发，既可丰富纱线的外观，又加强了终端产品电磁波屏蔽和高效抗静电等多重功能，图4为本文纺制的部分花式线样品。
图4 不锈钢纤维花式线
2、不锈钢纤维织物的应用
①民用产品
（1）抗静电服不锈钢纤维混纺机织物可作为抗静电工作服，目前广泛应用于炼油、有机合成、油轮、炸药制造业和煤矿等行业，有可靠的防燃、防爆作用，也能在某些场合
防止电磁波干扰导致电子计算机、电子仪器误动作等自控失效所造成的危害。不锈钢纤维含量很高的混纺机织物，广泛应用于变电站巡视、交直流带电作业服等高压屏蔽服。如图5（1）所示。
（1）不锈钢纤维混纺织物抗静电服（2）不锈钢纤维混纺织物电磁波屏蔽服
图5 不锈钢纤维混纺织物功能服装
（2）防微波屏蔽服现代社会的人们时刻生活在纵横交错的微波辐射中。资料表明：一定强度的微波辐射，可以引起人体的心血管系统、内分泌系统、免疫系统和生殖系统的功能损伤。长期受到微波辐射的人，将会出现神经衰弱等症状。因此采用不锈钢纤维开发防微波屏蔽服，当纤维含量达到足够比例时，通过经纬纱交织，使织物中的不锈钢纤维构成纵横交错的隔离网，把微波与被保护体隔开，使微波能量衰减到一定程度达到屏蔽作用。防电磁波辐射屏蔽布，加入不等量不锈钢纤维，可抗电磁波辐射及抗静电，持久性强。抗电磁波辐射服装可用来制作电脑衣、衬衫、孕妇装、围裙、屏蔽毛衣、医院特种工作服、电子厂高精密工作服、导电工作服、带电作业服、手机防护套、手机休眠袋等，如图5（2）和图6所示。所示为芳纶/不锈钢纤维/高强纤维混纺制织的功能手套，具有耐高温、防微波等功能。
（3）时尚休闲服
（A）物理起皱：利用经纬纱线均采用不锈钢纤维的方法，开发休闲服装，实现织物物理起皱的效果，如图7所示。
（B）闪烁效应：采用不锈钢长丝开发嵌条织物，赋予织物金属光泽般的闪烁效应，如图8所示。
（1）电磁波屏蔽手套
（2）电磁波屏蔽孕妇服
图6 防电磁波辐射屏蔽服装和手套
图7 不锈钢纤维制织物理起皱面料与服装
图8 不锈钢纤维织物闪光效应图9 弹力金属蕾丝面料塑身衣
（4）抗菌服与塑身衣银、铜等金属元素对病毒、细菌、真菌等微生物具有永久抑制作用。利用含银、铜等金属元素的不锈钢纤维可以和各种天然纤维、合成纤维混纺，加工出各种保健、塑身纺织品和医疗卫生用品，并且对人体无毒副作用，不锈钢纤维的抗菌作用是永久性的，因此符合健康纤维的发展要求。图9是自美国SHIRLEY的高级设计师为2007年圣诞节设计的最新款式塑身衣，采用了弹力金属蕾丝面料。
②军用产品
（1）伪装网图10为军用产品伪装网即反雷达侦察伪装遮障用基础布，是现代化战争常用的一类隐形技术，能有效防可见光、中近红外线、紫外线和雷达侦察，尤其能防空载雷达侦察和制导。它主要采用了高散射吸收衰减原理，是不锈钢纤维与某种合纤的混纺产品。织物中含有一定量、一定长度、合理间距、均匀分布的不锈钢纤维，作为对雷达波的散射元，根据雷达频率设计的纤维长度及分布在牵切机上实施，有严格的工艺设计要求和实践调整工作过程，所含不锈钢纤维较少，并有规定界限，既保证高的散射效果达到军械装备“隐身”的目的，又不暴露网片本身反射成为目标。
（2）雷达目标布雷达目标布即有意识使雷达侦察发现，而无真实军事目标的遮障物。可以以假乱真，诱惑敌人。还可作为航海救身器材，便于寻找失去的目标或需寻找遗失的目标。其原理是在布中增加不锈钢纤维的含量，即增大雷达反射面而无需散射设计。
图10 军用伪装网图11 军用篷盖布（3）军用多功能篷盖布目前使用的多功能篷盖布如图11所示，具有阻燃、防光学、防红外、防水、耐气候、耐腐蚀、防电磁波等多种功能，其中防电磁波功能可以用混入特定设计的不锈钢纤维，其主体纤维仍然是涤纶、维纶、锦纶等合纤，混入的不锈钢纤维量少，但功能主要由不锈钢纤维确定。
③其他用途
（1）增强复合材料不锈钢纤维与铝合金压铸，用作汽车发动机连杆，与传统材料相比，在保持同样强度和刚度的同时，可以减轻重量。
（2）过滤材料不锈钢纤维粉末可制成“特高精度”的过滤材料，其精度可达微米级亚微米级，可用于食品、药品、饮料加工等行业，还可制成抗静电纸、抗微波的导电塑料、包装电子元器件的导电薄膜等。
结束语
现代高科技新材料的飞速发展，使纤维材料种类空前丰富和多样化、功能化。利用人性化、功能化的材料组合设计，可以生产出多重功能的织物面料来满足消费者不同环境和消费心理需求，从而实现了新型面料对传统服装的超越。
不锈钢纤维就是利用高科技开发的一种全新型纤维，具有优越的高强度、低电阻、超低伸长率等性能和耐高温、耐腐蚀、抗静电、电磁波屏蔽等功能，日益引起纺织界、产业界以及消费者的关注和兴趣，其服装、装饰和产业技术应用业已逐渐渗透到社会、生活的方方面面，预示着纺织纤维家族中的一个新成员——矿物物理纤维的出现和迅速发展，必将打破纤维分类中“天然纤维”与“化学纤维”的两极对垒格局，因此所孕育的功能纺织品与产业用纺织品市场商机也是不言而喻的。