一種超細金屬纖維的制備方法及其制備的超細金屬纖維的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及了一種超細金屬纖維的制備方法，進一步講，是涉及一種通過將金屬 粉末與聚合物熔融共混后直接拉伸成纖而原位制備超細金屬纖維的方法及其制備的超細 金屬纖維。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬纖維是近幾十年發(fā)展起來的新型工業(yè)材料，早在上世紀20年代，工業(yè)發(fā)達國 家就開始對金屬纖維進行研究。其中1936年公開了一項美國專利（US2050298)，該專利介 紹了一種采用集束拉絲法生產(chǎn)金屬纖維的方法。30多年后，采用這種方法生產(chǎn)的微米級纖 維才作為商品開始在市場上銷售。由于金屬纖維具有如良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性、耐磨性以及 強度高、彈性模量高等諸多傳統(tǒng)有機和無機纖維所不具備的優(yōu)點，而且金屬纖維陣列在形 貌結(jié)構(gòu)及電磁性能等方面具有各向異性，因此其在吸波材料、高密度磁記錄材料、高質(zhì)量的 微電子元器件或電路、醫(yī)學、生化傳感器等眾多領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，可以被廣泛應(yīng)用 于紡織、航天航空、石油化工、電子機械、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等諸多行業(yè)，是許多民用工業(yè)和國 防工業(yè)領(lǐng)域必需的關(guān)鍵材料。為了滿足工業(yè)迅速發(fā)展的需要，20世紀70年代后期發(fā)達國家 開始投入大量人力物力研究金屬纖維的制造方法及其制品。我國在20世紀80年代中期也 成功地研制出了不銹鋼纖維，隨后金屬纖維的品種也不斷增多并逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。 目前，對金屬纖維的開發(fā)和應(yīng)用研究已經(jīng)成為現(xiàn)代材料科學的一個重要領(lǐng)域。
[0003] 傳統(tǒng)的金屬纖維的制備方法主要有四種：熔抽法（G.Lotze，G. Stephani,ff.Loser,H.Fieldler.Fundamentalsoffibreformationduringmelt extraction. [J]MaterialsScienceandEngineeringA. 1991，133(3) :680-683.)線材拉 拔法(包括單絲和集束絲拉伸）、機械切削法（NakagawaT.，SuzukiK.，UematsuT.，Koyama H. .Productionoffineshortlengthmetalfibersusingself-excitedvibrationof anelastictool. [J]JPNSocPrecisEng(1981)47:1399 _ 1405)須晶及粘結(jié)涂覆法（陳衍 夏，肖紅艷，施亦東，李征然，張芳.金屬纖維材料的改性及應(yīng)用新進展[J]產(chǎn)業(yè)用紡織 品，2010 (10) : 1-7)。其中，熔抽法是將金屬加熱至熔融狀態(tài)，然后通過一定的裝置將熔液 噴出或甩出，從而形成金屬纖維，采用這種方法既可制備金屬短纖維又可制備金屬長纖維， 其中采用玻璃包覆熔紡法生產(chǎn)的金屬纖維的直徑最小可以達到lum;單絲拉拔法是將單 根金屬線經(jīng)過多模連續(xù)拉拔制得，制備出的金屬纖維直徑均勻，連續(xù)性好，但成本高，生產(chǎn) 周期長，不能生產(chǎn)細纖維；集束拉拔法是將幾十甚至上萬根金屬線包覆在圓管中進行拉拔， 使多根線在拉伸過程中同時變細，待金屬纖維拉伸至所需直徑時剝?nèi)グ补?，把金屬纖維 分離出來，這種方法提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，但制備工藝復(fù)雜，拉拔、熱處理過程中的 任何參數(shù)變化都對纖維質(zhì)量產(chǎn)生影響，使其性能發(fā)生變化，主要用于不銹鋼纖維的生產(chǎn)。此 夕卜，采用這種方法可生產(chǎn)比單絲拉拔法更細的纖維，最小直徑可達〇. 5ym，但這樣的單纖維 很難再從絲束中分離出來。機械切削法是采用刀具將固態(tài)金屬切削成纖維屑，該方法的工 藝簡單，生產(chǎn)周期短，成本低，但是主要用來生產(chǎn)金屬短纖維，纖維截面不均勻且表面粗糙， 很難得到直徑在10ym以下的超細金屬纖維。須晶及粘結(jié)涂覆法目前還處于研究階段，產(chǎn) 業(yè)化程度不高。
[0004] 雖然采用傳統(tǒng)方法不僅可以生產(chǎn)許多不同種類的金屬長纖維，而且通過調(diào)節(jié)工 藝條件可以控制纖維直徑，但是采用這些方法生產(chǎn)金屬纖維也存在著工藝條件復(fù)雜、成本 高、能耗高、金屬纖維易氧化、直徑較大等缺點。盡管采用熔抽法可以制備出最小直徑達到 0. 5ym的金屬纖維，但由于很難將金屬纖維從絲束中分離出來，因此，目前商品化的金屬纖 維的最小直徑僅能達到1?2ym，且金屬纖維的直徑越小，工藝越復(fù)雜，生產(chǎn)成本越高。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 為了簡化金屬纖維的制備工藝，進一步細化金屬纖維直徑，減少能耗及污染，同時 防止制備過程中的金屬纖維暴露在空氣中被氧化，提出了本發(fā)明。
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種超細金屬纖維的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的制備方法是將金屬粉末填充到聚合物樹脂中，當共混物通過擠出機擠 出，經(jīng)過擠出機口模時直接進行縱向拉伸，得到含有超細金屬纖維的聚合物/金屬復(fù)合纖 維；在通過擠出機口模形成復(fù)合纖維的拉伸過程中，由于聚合物和金屬之間的作用等因素 使得金屬粉末原位延展形成超細金屬纖維。由此所得到的聚合物/金屬復(fù)合纖維的微觀形 態(tài)為超細金屬纖維作為分散相沿著復(fù)合纖維的軸向均勻分布在復(fù)合纖維的聚合物基體中， 從而形成含有超細金屬纖維的聚合物/金屬復(fù)合纖維。再將聚合物/金屬復(fù)合纖維中的聚 合物基體溶解掉，即可分離出其中的超細金屬纖維，從而得到超細金屬纖維。
[0008] 具體來講，本發(fā)明的超細金屬纖維的制備方法包括以下步驟：
[0009] 步驟一：將金屬粉末填充到聚合物樹脂中，所得共混物通過擠出機擠出；從擠出 機口模擠出時對共混物直接進行縱向拉伸，得到含有超細金屬纖維的聚合物/金屬復(fù)合纖 維；其中所述的金屬粉末的熔點不低于聚合物熔點或軟化溫度。這樣在填充等過程中，基本 保持金屬粉末不熔融，由此可便于在擠出拉伸時使金屬粉末原位延展成纖維。此處所述的 聚合物熔點或軟化溫度，是指聚合物受熱開始熔融或軟化的溫度，對于結(jié)晶聚合物來講，此 溫度稱為聚合物熔點，對于非結(jié)晶聚合物來講此溫度就叫聚合物軟化溫度。
[0010] 步驟二：將上述所得到的聚合物/金屬復(fù)合纖維在溶劑中溶解，將其中的聚合物 樹脂完全溶解之后分離得到所述超細金屬纖維；所述溶劑為可溶解所述聚合物樹脂的溶 劑。
[0011] 進一步地，對本發(fā)明的超細金屬纖維制備方法詳述如下：
[0012] 有關(guān)本發(fā)明所述步驟一：
[0013] 其中金屬粉末填充到聚合物樹脂中時，按照聚合物樹脂和金屬粉末總的體積份數(shù) 計算，其中所述的金屬粉末的體積份數(shù)為小于或等于30%V〇1，優(yōu)選為小于或等于15%vol， 更優(yōu)選小于或等于10%vol。
[0014] 步驟一中所述的聚合物樹脂沒有任何限制，可以為現(xiàn)有技術(shù)中各種聚合物樹脂， 優(yōu)選熱塑性聚合物樹脂，更優(yōu)選為聚乳酸、聚酰胺、聚酯、可熔融加工的聚乙烯醇中的至少 一種。其中所述的聚酰胺包括現(xiàn)有技術(shù)中任何種類的聚酰胺，更優(yōu)選尼龍6、尼龍66、尼龍 11或尼龍12。所述的聚酯可以為現(xiàn)有技術(shù)中任何種類的聚酯，更優(yōu)選聚對苯二甲酸乙二醇 (PET)或聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT)?，F(xiàn)有技術(shù)中的聚乙烯醇由于分子鏈結(jié)構(gòu)不同，可分 為可以熔融加工和不可以熔融加工兩部分。本發(fā)明所述的可熔融加工的聚乙烯醇，即為現(xiàn) 有技術(shù)中可以通過熔融加工方式進行加工的聚乙烯醇。本發(fā)明所述的熱塑性聚合物樹脂最 優(yōu)選為可熔融加工的聚乙烯醇。
[0015] 其中所述金屬粉末的金屬為熔點在55?500°C的單組分金屬和金屬合金中的至 少一種，其熔點優(yōu)選為90?350°C，更優(yōu)選為100?300°C，最優(yōu)選為120?250°C。本發(fā)明 所述的金屬粉末的金屬熔點不低于所使用的聚合物樹脂熔點或軟化溫度，優(yōu)選至少高于所 述聚合物熔點或軟化溫度5°C，更優(yōu)選至少高于所述聚合物熔點或軟化溫度10°C，更優(yōu)選 至少高于所述聚合物熔點或軟化溫度15°C。所述單組分金屬優(yōu)選為鎵、銫、銣、銦、錫、鉍、 鎘、鉛元素的單質(zhì)