許佩敏 姜飛龍 康 彥 張國朋 楊延安

西安菲爾特金屬過濾材料股份有限公司， 陜西 西安 710201

集束拉拔工藝制備的鐵鉻鋁合金纖維絲束具備柔軟、耐高溫、抗氧化等特性，可制備成針織物或機織物，用作全預(yù)混表面燃燒器的火焰載體[1-3]。張小慶等[4]將集束拉拔工藝制備的鐵鉻鋁合金纖維絲束織成了針織物，但研究發(fā)現(xiàn)，由于針織物彈性特別大，集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維針織物與起支撐和布氣作用的沖孔板的貼合性較低，易導致回火爆炸。張艷梅等[5]6-8利用特殊的金屬紡工藝紡制了鐵鉻鋁合金纖維紗線，并用其織造了鐵鉻鋁合金纖維機織物，但使用發(fā)現(xiàn)該織物高溫抗氧化性較差，使用壽命較短。本文將針對上述問題，采用機織工藝制備集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物以避免織物的高彈性，同時采用更大直徑的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束以提高織物的抗氧化性，并對織物的相關(guān)使用性能展開研究。

1 試驗

1.1 材料

集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束：70芯,直徑為40 μm，外觀呈波紋狀(圖1)，化學成分組成如表1所示，絲束斷裂延伸率為3.300%、斷裂強力為105 cN。

圖1 波紋狀集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束

表1 集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維的化學成分

輔料為聚乙烯醇(PVA)水溶紗線，線密度為20 tex，溶解溫度為80 ℃。

1.2 制備工藝

集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物的制備工藝路線如圖2所示。

圖2 集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物的制備工藝路線

1.2.1 包覆

因70芯、直徑為40 μm的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束中纖維彼此分散，故直接上機織造的織造性較差，且直接織造易導致絲束對織機磨損較大。本文將先應(yīng)用包覆工藝，即利用KT163-A型包覆絲機，將PVA水溶紗線均勻地包覆在集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束表面，捻度設(shè)置為30捻/(10 cm)，以解決集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束直接織造困難、磨損大等問題。

1.2.2 織造

以集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維包覆紗為經(jīng)紗和緯紗，設(shè)置經(jīng)緯紗的上機密度均為50根/(10 cm)，利用WX400型劍桿織機織出幅寬為80 cm、長度為30 m 的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維包覆紗機織物。

1.2.3 水洗+烘干

將整卷的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維包覆紗機織物放入水槽中，加熱至沸騰后煮30 min，取出后清水沖洗干凈，最后放入烘箱中烘干，即得到集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物。

1.3 性能測試

1.3.1 表觀形貌

利用INSIZE型數(shù)碼顯微鏡觀察集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物的表面形貌。

1.3.2 厚度

剪取80 cm×80 cm的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物試樣，采用織物厚度測試儀測試試樣的厚度。測試時，測試點位置示意如圖3所示，且距離試樣布邊不少于15 cm，壓腳面積為10 cm2，加壓壓力為400 cN，加壓時間為5 s。

圖3 測試點分布示意

1.3.3 透氣性

采用FX3500型織物無損透氣檢測儀，測試80 cm×80 cm的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物試樣的透氣性。測試時，測試點位置同1.3.2節(jié)，試樣上下表面的氣體壓差為200 Pa。

1.3.4 抗氧化性

利用馬弗爐對集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物試樣進行抗氧化性試驗，通過氧化增比(k)判定織物的抗氧化性。氧化增比的計算式：

(1)

式中：M前——氧化前試樣的質(zhì)量，g；

M后——氧化后試樣的質(zhì)量, g。

氧化增比越大，試樣抗氧化性越差。

1.3.5 回彈性

因目前還沒有測量鐵鉻鋁合金纖維織物回彈性的標準方法，本試驗將通過測量一定負載條件下集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物的伸長率來表征織物的回彈性。鑒于文獻[4]中制備的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維針織物的橫向(緯向)斷裂強力為545 N、縱向(經(jīng)向)斷裂強力為878 N，本試驗確定使用多功能電子織物強力機,在橫向附加載荷為545 N時測量集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物橫向的延伸率，在縱向附加載荷為878 N時測量集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物縱向的延伸率。測試樣寬度為5 cm、夾持長度為10 cm、拉伸速率為10 cm/min。

2 測試結(jié)果與分析

2.1 表觀形貌

織得的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物試樣的表觀形貌如圖4所示。

圖4 集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物試樣的表觀形貌

由圖4可以看出，織得的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束表面沒有被PVA水溶紗線束縛的痕跡，織物中纖維散開并覆蓋了經(jīng)緯紗交織處的孔洞，試樣中2/2斜紋組織結(jié)構(gòu)及波紋狀的紗線形態(tài)依然清晰可見。

2.2 厚度

去除PVA水溶紗線后，集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物的平均厚度為1.22 mm, 9個測試點的標準方差為0.017 3，變異系數(shù)僅為1.42%，說明采用本文方法制備的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物厚度均勻性好，這有利于其在用作全預(yù)混表面燃燒器燃燒載體時形成穩(wěn)定的紅色火焰。

2.3 透氣性

本文制備的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物的平均透氣度達1 710 L/(min·dm2)，與文獻[1]中由熔抽鐵鉻鋁合金短纖維制備的機織物的透氣度非常接近，優(yōu)于表面平整的絲束制備的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物。這是因為波紋狀的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束的分散性較表面平整的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束的好，且彎彎曲曲的纖維相互交錯，形成了更多的孔隙，有利于試樣孔隙率的增加。

本文制備的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物的透氣性完全符合全預(yù)混表面燃燒器對火焰載體材料透氣均勻性的嚴格要求[6]。

2.4 抗氧化性

抗氧化性是決定全預(yù)混表面燃燒器火焰載體材料使用壽命的關(guān)鍵因素，也是集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物推廣應(yīng)用的核心競爭力。分析集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物的表觀形貌(圖4)可以發(fā)現(xiàn)，整個織造過程并未改變集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束的外觀結(jié)構(gòu), 且未改變纖維原料的任何固有性能[5]6-8，因此，集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維的抗氧化性可反映集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物的抗氧化性。

試驗測得相同質(zhì)量、兩種規(guī)格(70芯40 μm、500芯22 μm)的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維的氧化增比如圖5所示。

圖5 相同質(zhì)量、兩種規(guī)格的集束拉拔 鐵鉻鋁合金纖維絲束的氧化增比

由圖5可以看出：氧化時間相同時，直徑為22 μm的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束的氧化增比大于直徑為40 μm的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束的氧化增比，即后者的抗氧化性優(yōu)于前者，這是因為在質(zhì)量相同的條件下，直徑為22 μm的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束中纖維比表面積大于直徑為40 μm的絲束中纖維比表面積。此外，從氧化增比的變化規(guī)律來看，隨著氧化時間的增加，氧化增比的增幅逐漸放緩，這是因為隨著纖維表面氧化層厚度的增加，外界氧氣進入纖維內(nèi)部的通道逐漸被封閉。

2.5 回彈性

經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，本試驗所制備的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物橫向與縱向的延伸率分別為4.33%和4.47%，較文獻[4]中直徑為35 μm的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束制備的針織物(橫向與縱向的延伸率分別為55.00%和36.00%)顯著下降，說明制備的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物彈性小，適于用作全預(yù)混表面燃燒器的火焰載體。

3 結(jié)論

本文以70芯、直徑為40 μm的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維絲束為原料，經(jīng)PVA水溶紗線包覆、機織、水洗、烘干等工序，制備出集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物，通過相關(guān)性能測試得到：

(1)利用PVA水溶紗線包覆法可制備出滿足集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物織造和性能要求的紗線。

(2)制備的集束拉拔鐵鉻鋁合金纖維機織物試樣組織結(jié)構(gòu)清晰，厚度均勻，透氣性好，抗氧化性優(yōu)異，回彈性較小，可滿足全預(yù)混表面燃燒器用火焰載體的要求。