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不锈钢纤维的概述

添加时间:2017-05-27 14:37 作者:admin 来源:未知 点击:
微细化,柔软化及透明化是未来材料科技发展的主流,而不锈钢金属纤维正符合微细化及柔软化并具多功能的特性,所以可谓是e世代的材料科技结晶。
    在每个人的心目中,及平日所见到的不锈钢材料,都是硬邦邦的建筑材料或各种机器及电器材料,几乎完全呈现块状冰冷亮亮的感觉,除非你亲眼看到摸到用到,你才会发现不锈钢材料亦可做成比头发还细,比棉纤维还细还柔软的不锈钢金属纤维,目前所研发成功的不锈钢金属圆纤维,已正式进入量产的阶段,台湾在世界上第三个进入生产应用的公司及国家(在前者有比利时及日本)。
   不锈钢金属纤维、目前量化生产有8μ、12μ、22μ最细可抽至2μ,至于长纤方面,在纺织应用的领域细度在80μ~35μ(μ之意思是直径10-6m,一般人的头发约60μ~80μ而microfiber的细度大约在5μ)所以纺织用的8μ已达high count的细度及柔软度,比起一般的棉纤维已更加柔软了。
(1)不锈钢之定义:
     钢铁材质若与镍或铬合成,便可有效提高耐蚀性,促进其机械性质;添加铬或镍元素达5% 以上者则称不锈钢。目前纺织用的不锈钢纤维之铬含量约在15%~18%左右,如不锈钢316L、304L。
(2)不锈钢纤维的组成成份:
    Inconel 601一般是使用在特别高温的应用领域里,其余316L及304都是纺织领域使用上的好材料,在不锈钢纤维的8种主元素里,碳的主要功能在增加硬度,量少则愈不生锈正符合纺织品所需求的柔软及不生锈用途,铬的主要功能在于抗酸碱,镍的主要功能在于耐高温、耐酸碱及导电用途,铁的主要功能在于导磁,而铜的主要功能在于导磁及导电,由于各扮演的角色不同,因而产生不锈钢金属纤维多功能的用途,其主要的七大主功能为(i)防电磁波(ii)抗静电(iii)导电(iv)耐高温(v)吸隔音(vi)耐切割耐磨擦(vii)过滤等用途。
(3)不锈钢金属纤维在纺织制程的型态:
    单丝主要有80μ、50μ、40μ、35μ的Mono filament它可单独存在做记忆型服饰,亦可与其它纺织材料合捻成复合纱或做成Core yarn以做为耐磨擦、耐切割、耐穿刺、耐锯等等的半成品及终端产品。纤维束经过纤切并条后,经不织布的制程做成纤维网,再做成过滤材中间体,纤维毡及纤维网烧结体。100%不锈钢金属棉条亦可与棉、PET、Rayon等材料经并条混纺成各种混纺纱,再做成各种的梭织布、针织布、织带、管状织物等。100%纯不绣钢金属棉条,亦可经粗纱、细纱,筒子的纺纱制程,而纺出100%不锈钢金属纱,而后织成梭织布、针织布、经编织物、织带、管状织物、线等用于各种不同的产业用途。
    除以上所谈的纺织制程,可与塑料制程、橡胶制程、造纸制程、机械制程、冶金制程及营建制程结合,而衍生出的终端产品可用于以下多种行业,纺织业、电子业、通讯业、建筑业、营建业、电器业、运动器材业、过滤材业、耐酸碱业、军事用途、汽车业、食品业、环保燃烧业、钢铁业、铝业、农业、玻璃业、涂层业、医疗业、化工业、交通运输业、鞋业二十多种行业。
 (4)全球不锈钢金属纤维需求量预测:
如以2001年估计,全球市值约台币120亿,根据其七大主功能与8大制程所衍生出来的应用产品及终端产品,至少有美金180亿/年的年产值,是不可忽略的一块大市场。
(5)不锈钢金属纤维在纺织原料应用:
    以下是以先进国家比利时及日本所发展出的不锈钢金属纤维的应用,他们的背景是钢铁业,所以所发展出来的产品,在钢铁冶金及过滤材方面具有比较独到的特性,纺织业所研发的半成品大都偏向纺织制程。
电磁波的产生/原理/伤害/防护:
    何以要特别提出电磁波来讨论呢?有以下四个理由(i)由于科技的发达,有线、无线设备的应用,致使我们生活外围的环境,被电磁波的污染情况愈来愈严重了,且已有危及生命的安全,所以电磁波的污染将可能成为人类的第四种严重污染源(前三种是环境污染、水污染及空气污染)(ii)欧、美、日等先进国家已开始重视电磁波的污染,尤其北欧及英国已陆续订定无伤害标准的规范(iii)不锈钢金属纤维所做的梭织布,及其衍生的应用产品是防电磁波的最佳解决方案(iv)台湾纺织业,以其50年的纺织技术及管理,与欧、美、日同步做民生用及专业领域用的防电磁波布开发,具有绝对的发展优势及商机,以下将对电磁波做一个完整的说明:
(1)电磁波的产生:
    电磁波的生成是由电场的变化产生磁场,或是由磁场变化产生电场,两者交互作用,在空间中以波动的形式进行,可视为一种能量的传递。
(2)电磁波的型态:
电磁波依照它的波长的不同,以下列各种型式存在于我们四周的环境中。
1.微波:
航空船舶的雷达、卫星通讯、微波炉、行动电话通讯。
2.VHF、HF、MF:
VHF电视讯号、FM广播讯号、业余无线电通讯。
3.加玛射线、X射线:
部份医疗设备、部份物理、化学、医学研究设备、核能发电厂。
(3)电磁波遮蔽的范围界定:
    而防电磁波乃针对1.微波2.VHF、HF、MF等对人体有害的部分,做有效的防护,进一步对各种波再作分类更显明确,针对目前日常使用的电器商品做测试,可清楚地发现,即使远离这些电器商品已达40CM,对人体仍有直接伤害的产品仍有电磁炉、微波炉、计算机终端机、电刮胡刀、果汁机、饮水机、水族箱空气帮浦及电动摇摆机,所以不得不关心电磁波的慢性伤害。 (4)各类电器商品产生之60赫兹(Hz)磁场强度分布
◇ 大于2毫高斯对人体已发生伤害。
◇ 行动电话接通前后大约在150-250毫高斯(各机种强弱有所不同)。
◇ 这些电器、电子通讯产品所产生的电磁波、数据历历如前,使我们无法否认它的存在。
    由以上的说明,我们更可明确地发现,未来伴随着科技的发达,电磁波对人类的伤害将愈来愈严重。无怪乎,在〝恐怖的电磁波〞防护手册(日本小山寿着,磁能应用专家台大副教授叶政秀译,世茂出版社出版,由生物科技权威江晃荣博士序),在首页的序里,就有如下一段的序述:由于基因的复制,与再造的发明,未来十年将是生物科技的发展年,人类身体内、外部器官,无论是老坏或故障,皆可因基因的复制而重新再生,所以只要你能活过公元2010年,且你能做好电磁波的防护准备,则你将可活到150岁以上。
(5)电磁波的生物效应:
1.电流通过细胞间质,使细胞电位改变。
2.类似微波炉,使人体组织的水份加热破坏组织。
3.磁场效应使细胞改变。
4.在生理上由于电磁波辐射对人体有抑制心管、内分泌、免疫、生殖等系统功能及血小板与白血球降低、神经衰弱,眼晶球混浊,甚至畸形儿之诞生与癌细胞之加速扩散,有十分严重之影响。
5.电磁波影响的实例:
◆1983年马克诺尔:「电气技师患白血病的危险度为一般人的二、三倍」。
◆1983年诺洛斯特罗母:「高压变电所员工的孩天先天性异常者为多」。
◆1984年诺鲁田森:「变电所员工淋巴腺染色体异常增加」。
◆1986年瓦鲁特海玛:「电磁波受曝的孕妇流产率增高」。
◆1988年斯比阿:「电力公司员工患肿瘤的危险度比一般人高十三倍」。
◆1992年威尔森:「哺乳类曝露于电磁波后下视丘素分泌量减少」。
◆1993年阿尔鲁保姆博士发表他在瑞士、丹麦和芬兰等三个国家所做:「诺鲁雷兹克」报告中指出,遭受二毫高斯以上的电磁波,罹患儿童白血病的机率是1.2倍,脑瘤是1.5倍。
◆1985年斯必兹教授在其所做的报告中指出:「常曝露于电磁波中的父亲,所生的儿子发生脑瘤的机率是一般人的11.7倍」。
◆1991年美国华盛顿大学的研究小组所提出的报告中指出「电气技师、电话线架线工等常在电磁波的环境下工作者,其危险性比一般人多二倍」。
(6)电磁波对人类所造成的伤害:
自律神经系统:头痛、头重、疲劳、白天嗜睡、晚上难入睡、神经衰弱、精神疲劳、食欲不振、体重减轻、记忆衰退、知觉降低、手发抖、头耳鼓胀。
筋肉、皮肤:手脚硬直感、筋肉疼痛、手脚麻痹、盗汗症、手脚血管扩张、指甲发青、皮肤泛红、脱毛、皮肤斑点。 突变:睪丸退化、生女机率增加、流产、不妊、畸形儿。
肿瘤:白血病、皮肤癌、其它癌或肿瘤。
眼睛:视力模糊、白内障、眼球痛、网眼症、泪眼。
耳:耳鸣、听力障碍。
鼻:嗅觉不灵。
循环系统:心脏不舒服、心悸、呼吸不顺畅、脉搏不正常、脉搏减缓、血压下降、血压变化大、心电图异常、 心脏病发作、贫血、小孩猝死。
内分泌系统:甲状腺异常、小孩早熟、乳汁分泌不全、月经不顺、精力减退。
(7)电磁波的反射与吸收之屏蔽效果:
    遮蔽材在纺织品里,以梭织布而言,是对人体防护电磁波的最佳解决方案,其重点乃如何有效的降低〝透过波〞对我们所造成的身体伤害,减至最低的情况。
    在梭织布里,以短纤混纺不锈钢金属纤维所织成的布里,随着不锈钢金属混纺比率的增加,其遮蔽率亦随着增加,功能也愈好,成本当然也会增加,但梭织织物的组织及材料密度对遮蔽率的影响也很大,所以纺织业的先进可藉由研究来取得最佳经济效益的产品,而争取最大的利润空间,目前根据大东纺织所研发出1%的不锈钢金属纤维所做成的梭织布,在1800MHZ有88.86%的电磁遮蔽率,在2450MHZ有92.33%的电磁遮蔽率;而3%的不锈钢金属纤维所做成的梭织布,在1800MHZ有98.43%的电磁遮蔽率,在2450MHZ有98.79%的电磁遮蔽率;至于使用至5%的不锈钢金属纤维梭织布,所做出的产品,皆有99%以上的电磁遮蔽率,这在一般民生用途上的防电磁波皆具有非常优良的防护效果。
 所做出的防电磁波梭织布,5%不锈钢金属纤维布在高频方面可达25.004dB,10%不锈钢金属纤维布在高频方面可达(32.892dB~38.237 dB),20%不锈钢金属纤维布在高频方面可达40.894dB,30%不锈钢金属纤维布,在高频方面可达60dB以上,一般而言,在民生用途上,20dB已具有很有效的功能了,而专业领域上,一般在20dB以上,视各种不同专业领域所需的规范而定,目前纺织中心亦针对民生用途的防电磁波规范1,2,3,4,5级的参考标准,目前防电磁波的测试值皆以dB值为标准。
五、不锈钢金属纤维在防电磁波/抗静电/导电的应用:
(1)防电磁波产品主要目标市场及开发应用方向:
    在一般民生用途上,防电磁波主要使用于上衣、内衣裤、背心、孕妇装、围裙、制服等,至于电子业方面大部分以塑料制程结合的不锈钢金属纤维或以高dB值的梭织布做为电子产品的内部防电磁波用途。
    为5%不锈钢金属纤维梭织布做为手机套内里所产生防电磁波的效果,没有防电磁波布,在接通及通话期间的电磁波效应,是有防电磁波布手机套,在接通及通话期间大部分的电磁波效应已不见了。
(2)The worldwide Conductive Market Segment and Size:
    各种材料中,对不锈钢金属纤维做成的半成品较具有竞争优势的是Antistatic Dissipation and EMI(电磁波)Coating及Antistatic Textile两个领域,这两个领域主要是以塑料制程及纺织制程所做出的产业用高科技纺织品,此市场值是2000年的统计资料,大家都知道台湾是全世界最大的计算机及电子产品制造王国,表示内销市场的规模,可惜的是这些产品大部分还是以进口为主,有待各位纺织先进再努力去争取这块市场。
(3)抗静电产品主要目标市场及开发应用:
    抗静电市场里,主要纺织品以梭织布、针织布、不织布手套,地毯型态存在,不锈钢金属纤维混纺比率在3%以内就有很好的抗静电效果,一般级的抗静电纺织品混纺比率在1%以内就可行,所以在纺织品的成本增加不多、市场大,且不锈钢金属纤维混纺在纺织原料里,耐水洗,不影响手感且具有环保的作用,所以是一种非常好的混纺材料,比较不锈钢金属纤维的电阻效益,它比起电镀(高污染行业)及碳纤维在此领域里,具有较高的功能。100%的不锈钢金属纤维线导电度在100~101Ω,而1%的不锈钢金属纤维布就具有106~108以上的电阻,对电的效应,抗静电、导电、电磁波的功能,同时它亦附赠抗静电的功能,或导电的双重功能存在,所以在销售的用途上,应特别注意此种附赠功能所产生的效益。
(4)导电产品主要目标市场及开发应用方向:
    在此市场里,大部分的纺织品以纱、平织、针织布存在、在欧美先进国,在高科技纺织展里,我们可以见到有些公司,它只卖一种导电原料及应用产品,它就可以独立成立一家公司,然后将此产品营销世界各地,属单一型产品公司,导电市场是非常前瞻性的市场,纺织业是否有机会整合电子业的电子产品,使它柔软化且变为随身衣服的附件或一部分,全靠此一功能的运用与发挥,前面也谈过,不锈钢金属纤维具有非常优良的导电性,在此方面的运用实有赖一起来研发。
六、不锈钢金属纤维在耐高温/耐酸碱的应用:
(1)耐高温/耐酸碱产品主要目标市场及开发应用方向
    在此领域的纺织品,以不织布、针织、梭织、经编布、织带管状织物及多股线存在,不锈钢金属纤维具有的耐高温特性为瞬间耐高温可达1100C,长时间耐高温500C/365天其本身的特性并不会改质,所以在耐高温及防火市场,是目前最佳的材料。至于不锈钢金属纤维耐酸碱方面,对于硝酸、硫酸及各种的强碱,具有非常好的防腐蚀功能,亦是目前所发现的最佳材料,在中卫体系与不织布业的联合会议里,特别针对台湾焚化炉所需使用的不织布过滤材做统计,此种耗材台湾内销市场每年有台币120亿(含已兴建及兴建中的焚化炉)焚化炉第一段出口的过滤材必须使用100%不锈钢金属纤维不织布,其余亦可用混纺材料,可惜目前大部分仍由日本进口,尚待纺织先进的努力来争取此市场。
(2)100%不锈钢金属布的用途。
七、不锈钢金属纤维、耐切割/耐磨擦的应用:
    在此领域的纺织品,以梭织布、针织布、手套等等的状态存在,在纱方面使用Mono Filament与纺织材料交捻、复合或做成Core Yarn再织成各种不同的布,及耐锯市场,过去使用的耐锯衣裤是八层布组成,而不锈钢金属布可降至2层左右,另外像攀岩服、潜水服、机车竞技服等等,亦逐渐被不锈钢金属布,来代替发挥其耐摩擦的功能。
八、不锈钢金属纤维在吸隔音的应用:
(1)吸隔音产品主要目标市场及开发应用方向:
    在此领域的不锈钢金属纺织品主要以不织布及梭织布状态存在,它主要使用于中层的里材,它所诉求的是功能,质量是其次。其实不锈钢金属纤维兼具吸隔音、防火、防电磁波功能(高dB值尚有隐形的功能)此混合功能使用于营建业上,最近在此领域上有许多建筑业的不错案子在洽谈。
九、不锈钢金属纤维在服饰上的应用:
    一般服饰指的是民生用途的衣服,由于有不锈钢金属混纺纱在里面,所以具有防电磁波及抗静电的功能,所以用途偏向于防护用;在特殊工作服所谈的是指专业工作场所,所需特别对于人身的防护工作服,以确保工作时人身的安全防护。电磁波遮蔽(抗静电)纺织品。
十、结论12大高科技纺织品使用不锈钢金属纤维应用产品举例:
(a)农业用:农场用的导电线,耐锯衣裤。
(b)建筑用:吸隔音不织布、吸隔音布、金属纤维复合建筑板材。
(c)衣着用:孕妇装、防磁波制服等。
(d)地质用:隧道工程之填补强化材、金属纤维混凝土。
(e)家饰用:电磁波遮蔽窗帘、温控窗帘、椅背、电器用品防护套。
(f)工业用:耐高温垫布、耐酸碱液过滤包覆材、各种燃烧品、工业用抛光材。
(g)医疗用:防静电腕带、仪器防护套、牙齿填充材、电极贴布。
(h)车辆用:消音隔热不织布、车用煞车器、缓冲品、安全气囊用过滤材。
(i)环保用:焚化炉的第一段耐 高温不织布过滤材。
(j)包装用:抗静电牛皮纸、电磁遮蔽纸、磁性卡纸、半导体滤纸。
(k)防护用:耐切割手套、耐磨擦/切割潜水衣。
(l)运动用:剑击耐穿刺衣裤、机车竞技服、攀岩服。
    在以上的12大产业高科技纺织品里,除了地质用及包装用,至目前为止,尚未见到不锈钢金属纤维应用的影子外,其余10项产业高科技纺织品,都已逐渐扩大使用不锈钢金属纤维。除此之外,一般民生用具功能性的不锈钢纤维亦逐渐被认同使用,由于不锈钢金属纤维的柔软性佳,且与纺织材复合时性质温和,水洗方面又没问题,且兼具环保诉求,确实是21世纪初值得重视发展的材料。