铁铬铝合金纤维机织物的研发与应用

(保定三源纺织科技有限公司，保定，071000)

耐高温铁铬铝合金是一种新型的电热合金，可由铁铬铝丝以集束拉拔工艺[1]制成直径为8～40 μm的铁铬铝合金纤维。在耐高温过滤材料和金属燃烧器中，铁铬铝合金纤维及其制品是一种具有应用价值的市场广阔的产品。

1 铁铬铝合金纤维的性能

铁铬铝合金纤维的电阻率高、温度系数小、使用寿命长、表面负荷高，具有良好的抗氧化性能[1]。该纤维的强度高，但是延伸率低。

耐高温铁铬铝合金纤维具有化学纤维和合成纤维的柔软性，可纺制成33～400 tex的纱线，可织成机织物，也可制成柔软变形的针织物，能像普通布料一样裁剪。但铁铬铝合金纤维的弹性和可塑性差，延伸率低，纤维之间的抱合力差，密度大，在纺纱织造时有一定的难度。

与其他耐高温材料相比较，耐高温铁铬铝合金纤维有其强大的优势。耐高温的有机纤维聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维只能耐500 ℃的温度，且价格昂贵，是鉄铬铝合金纤维的4～5倍；而目前国内还没有既能耐高温，强力又能满足使用要求的无机纤维。铁铬铝合金纤维能在1 100 ℃的高温下连续工作，而不锈钢纤维只能耐600～800 ℃的高温，而且每吨不锈钢纤维的价格要比铁铬铝合金纤维高10万元人民币。基于上述原因，铁铬铝合金纤维及其制品更有应用价值，市场前景广阔。

2 铁铬铝合金纤维织物的应用

由于铁铬铝合金纤维具有上述特性，可用其制成能在高温、高黏度和有腐蚀介质等恶劣条件下使用的过滤材料，广泛用作汽车尾气排放装置、大型焦化厂的高温烟气除尘、各种燃气和燃油锅炉的助燃高温过滤材料[2]。铁铬铝合金纤维织物还可应用于电力、冶金、消防、建材、机械和航天等行业。

现在焦化厂使用的熄焦方法有干熄焦和湿熄焦两种。干法熄焦投资大，我国大部分焦化厂都采用湿法熄焦。煤在炭化室炼成焦炭后，应及时从炭化室推出，红焦推出时温度约为1 000 ℃，不能直接送往高炉炼铁，必须将红焦温度降低。采用喷水方法将红焦温度降低到300 ℃以下，即是通常所说的湿熄焦。传统湿熄焦系统由带喷淋水装置的熄焦塔、熄焦泵房、熄焦水沉淀池以及各类配管组成，熄焦产生的烟汽直接排放到大气中，带有大量粉尘，通常每吨焦炭排放的粉尘量达200～400 g。我国年炼焦能力在百万吨以上的焦化厂就有许多家，因而会对空气造成严重的污染。如果在烟汽的通道上放置由耐高温铁铬铝合金纤维机织物包覆的熄焦枕，在熄焦过程中就可对散发到大气中的粉尘起到阻隔作用，能大大降低对大气的污染。

铁铬铝合金纤维机织物用在燃烧器上，燃烧强度可以达到2 500 kW/m2。该燃烧技术是国内近几年才逐渐推广应用的新型燃烧技术，可被广泛应用在不同的领域。以铁铬铝合金纤维织物为基材的金属燃烧器是微焰形式的燃烧，火焰很小，发热均匀，可基本杜绝燃烧室的极端高温，因此氮氧化物的排放量非常低，是最环保的一种燃烧方式[3]。由于铁铬铝合金纤维织物透气性好，保证了燃气和空气的完全混合，使燃烧更充分。燃烧器采用铁铬铝合金纤维作为燃烧表面基材，最高使用温度可达1 300 ℃。由于金属纤维燃烧器在1 000 ℃以上仍具有优良的抗氧化性能和热强度，因此除具有燃烧效率高的优点外，还具有耐热冲击、低压降、安全无回火、反应迅速、热惯性小、冷却快、经久耐用、有害气体和有害颗粒物释放少等优势。与传统的大气燃烧式燃烧器比较，具有燃烧均匀、热效率高、有害气体释放量少和可减小锅炉体积等特点。

近年来，节能与减排成为各国政府关注的问题。预计我国将在2～3年内把10 t以下的燃煤锅炉改为燃油、燃气锅炉，为使油、气充分燃烧，达到节能减排的目的，金属燃烧器会得到普及和推广，铁铬铝合金纤维织物作为燃烧器的表面基材将被广泛应用。该项目产品将会有几十亿的市场空间。

3 铁铬铝合金纤维机织物的研发

制造铁铬铝合金纤维机织物的原料是牌号为00Cr20Al6的鉄铬铝合金，制得的铁铬铝合金纤维机织物的规格是：经纬纱线密度285.7 tex×2，经纬密度134×134(根/10 cm)，幅宽100 cm，斜纹。

鉄铬铝合金经过集束拉拔工艺形成铁铬铝合金纤维。该纤维的特性会增加纺纱和织造的难度，因此其生产技术一直被工业发达国家所垄断，国内需求均依赖进口。保定三源纺织科技有限公司经过6年的努力，对纺纱、织造各工序的设备及工艺配置进行不断的改进，终于生产出了达到国际水准的铁铬铝合金纤维产品。

加工耐高温鉄铬铝合金纤维机织物的工艺流程是：纺纱→整经→掏综→织造。

3.1 纺纱

铁铬铝合金纤维纱线是指用材质为00Cr20A16铁铬铝合金，直径为8～40 μm的铁铬铝合金纤维纺制而成的纱线。铁铬铝合金的化学成分列于表1。

表1 铁铬铝合金的化学成分

试验第一阶段使用毛纺设备，执行毛纺工艺流程。通过多次试验，所纺铁铬铝合金纤维纱线强力为1 200～1 450 cN，纱线强力较低，纱线重量不匀率为14%，条干不匀，质量达不到要求。经反复研究，认为是因纤维条经过多次梳理后落纤多、损耗大(损耗达到35%)而造成。为此，决定试用棉纺设备。

试验第二阶段改用棉纺设备，进行棉纺工艺试验。所纺铁铬铝合金纤维纱线虽然纤维损耗降低至20%，重量不匀率达到12%，条干均匀度有所改善，但强力更低，为800～1 200 cN。经过多次试验，认为是因棉纺设备隔距小，适合纺纤维主体长度为40 mm的短纤维。与第一阶段试验结果对比，说明随着纤维主体长度的减小，纱线强力也会降低。

试验第三阶段创新了一套毛纺和棉纺设备相结合的短流程工艺路线。所纺铁铬铝合金纤维纱线的强力达到2 300 cN，纱线重量不匀率达到4%，纤维损耗控制在10%以内。

表2是采用不同工艺流程的三个试验阶段纺制铁铬铝合金纤维纱线的情况比较。

表2 不同工艺流程纺制纱线的情况比较

试验证明，单纯用棉纺设备或单纯用毛纺设备纺制铁铬铝合金纤维纱线都不可行。最后，通过设备改造，采用棉纺和毛纺工艺相结合，取长补短，创新了独特的金属纺工艺，达到了真正意义上的短流程。该工艺流程为：牵切成条→并条→粗纱→细纱。

试验中以提高纤维的伸直平行度、改善纤维条的条干均匀度和减少纱疵为原则，采用“低并和、大隔距、重加压、慢车速[4]”工艺配置。为了更好地控制车速，采用人机界面的电脑控制系统，减少了纺纱过程中的断头。保定三源纺织科技有限公司还自主研制了一套独特的接头装置。该装置可使接头处的纱线直径与原纱相近，强力是原纱的60%。本试验纺制的纱线断裂强力≥1 900 cN，制得了1.2 kg无接头的铁铬铝合金纤维纱线，为生产20 m2无疵点的高品质铁铬铝合金纤维机织物打下了基础。

3.2 整经

鉄铬铝合金纤维纱线的弹性变形和塑性变形极小，毛羽多，摩擦力大，退绕困难。在整经过程中，宜采用小张力、慢车速的工艺配置[4]，退绕张力需均匀，使用的筒子成形大小要一致，经轴卷绕张力也要保持一致。总之，要严格控制纱线的排列均匀度，保持张力、排列、卷绕三均匀，以使经轴平整和织造时片纱张力一致，布面不会出现紧经、吊经等疵点。

3.3 掏综

掏综时要先把纱线梳匀，不能出现绞线和交叉现象。使用的综丝规格要合适。

3.4 织造

试验开始阶段，织造上机工艺按金属纤维与纺织纤维混纺织物的生产工艺制定。开口采用235 mm，后部梭口长度40 cm，车速为220 r/min。按此工艺织造时，经纱断头平均为40～50个/h，有时一次断3～5根，无法织造。经现场分析发现，可能是织造时因纱线变形大而造成断头太多。为了减少纱线的弹性变形，降低断头率，经过多次试验，采用了“迟开口、远后梁、慢车速”工艺配置。在采用了把开口时间调晚，改造设备，用“倍数经位置线”的方法达到远后梁的目的，以及车速由原来的220 r/min降到140 r/min等措施后，经纱断头率和布面疵点大大减少。开始试验时平均每平方米织物至少有一处降等残，经过生产工艺的不断完善，终于生产出了10 m2甚至20 m2无疵点的铁铬铝合金纤维机织物。

4 结语

早在20世纪80年代就已经证明以铁铬铝合金纤维织物为基材的金属燃烧器是一种可以兼顾节能与减排的完美解决方案。由于铁铬铝合金纤维织物生产难度大，生产技术又一直被个别发达国家所垄断[2]，国内需求只能依赖进口，生产技术的瓶颈、铁铬铝合金纤维织物的价格严重影响了燃烧器市场的应用。保定三源纺织科技有限公司经过6年的努力打破了这一技术垄断，使我国的铁铬铝合金纤维机织物不再依赖进口成为可能，为在各个领域的广泛应用打下了坚实的基础。铁铬铝合金纤维机织物的开发成功为金属燃烧器的普及，为节能减排起到推动作用。由于铁铬铝合金纤维的自身特点，决定了铁铬铝合金纤维织物未来需求前景广阔。

[1] 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.

[2] 刘海洋，刘慧英，王伟霞，等.金属纤维的发展现状及前景展望[J] .产业用纺织品，2005，23(10)：1-4.

[3] 百度百科.金属纤维燃烧器[OL].[2013-11-10].http：//baike.baidu.com

[4] 杨旭.纯不锈钢纤维布的研制[J].产业用纺织品，1994，12(5)：4-7.