[发明专利]一种离心熔体静电纺丝制备金属微纳米纤维的方法

说明书

本发明属于静电纺丝领域，具体涉及一种新型的离心熔体静电纺丝制备金属微纳米纤维的方法。该方法包括以下步骤：1)将一定质量的纯金属块放入到定制坩埚中，盖上端盖，安装好热电偶，启动综合控制台电源，打开电磁感应线圈加热开关，对定制坩埚进行加热，直到金属块彻底融化；2)启动高压电源和高速电机，通过转轴的作用带动定制坩埚旋转以提供离心力，定制坩埚内部金属熔体在离心力和高压静电力的双重作用下通过多孔喷头以纤维的形式均匀落到收集板上，得到纤维直径小、应用范围广等多优点的长金属纤维。本发明方法制备金属纤维简单便捷、生产成本低、纺丝效率高，而且能够生产出更细更长的微纳米级金属纤维。

技术领域

本发明涉及一种采用离心熔体静电纺丝工艺制备金属微纳米纤维的方法，属于静电纺丝领域。

背景技术

静电纺丝制备的微纳米金属纤维毡具备多孔结构，其内部大量相互连通的孔隙，可使声波在材料内部扩散消耗，而且其高比表面积有利于中低频段声波与纤维表面的碰撞消耗。因此，静电纺丝制备的微纳米金属纤维在吸收中低频声波方面具有显著优势。另外，金属纤维还具有机械强度好、耐高温、抗冲击等多种优点，应用范围更广。纤维直径为微纳米级的金属纤维，能在多种极限环境中进行吸声降噪。开发质轻、耐用性好的金属纤维基吸声材料是未来发展的必然趋势。

目前金属纤维的制备主要包括拉拔法、切削法、研磨法和镀覆金属烧结法等。其中，拉拔法制备的纤维虽然表面光滑、尺寸精确，但生产效率低，模具费用高，价格昂贵且纤维直径较大。切削法虽然方法简单，生产周期短，成本低，但很难得到截面均匀而光滑的纤维，主要用来生产短的金属纤维。研磨法能制备所要求直径的金属短纤维，但纤维直径受各种因素影响严重，如磨料粒度越粗，制备的金属纤维直径也越粗。而镀覆金属烧结法制备金属纤维则存在投资大，工艺成本高等问题。这些制备金属纤维的方法都各有其不足之处。

张树玲等采用熔体抽拉法制备了直径20～50μm的钛基金属纤维。这类纤维直径均匀、表面光洁，最大长度达到20cm，具有非晶态结构、热稳定性好、而且力学性能优良，但其缺点是制备工艺比较复杂，成本相对较高。许佩敏等采用电镀法在316L不锈钢丝表面沉积镀铁层，经过穿管、拉拔、退火、电解等工序，制备出12μm不锈钢纤维。但纤维表面质量较差，存在明显的析出物及沟槽，纤维断裂强度与延伸率较小，此时需要对电镀丝进行退火处理，以及改用带水冷装置的线材连续退火炉进行退火等措施加以改善。

目前用于制备金属纤维的各种方法都存在生产效率低、成本高以及生产出的纤维直径大和长度不足等问题，为了解决以上问题，提出本发明。静电纺丝工艺不仅能够高效制备微纳米金属纤维，还能够生产长纤维，相比于采用机械力或气体压力纺丝法和切削法生产的短纤维，长纤维之间具有更复杂的缠结结构，复杂缠结使纤维之间的空隙结构更加多样化，可实现针对不同波长的声波的有效吸收；静电纺丝工艺与镀覆金属烧结法相比，无需复杂的物理化学处理，工艺更加简单，成本相对更低。同时，静电纺丝法生产的纤维具有纤维直径小(熔体静电纺丝纤维直径一般为几百纳米到几微米)的优点，更细的纤维能够有效的吸收不易消除的较长波长的低频声波，因此研究适用于纺微纳米金属纤维的静电纺丝工艺来制备吸音材料具有很大的应用前景。

发明内容

为了生产出纤维直径小、应用范围广等更多优点的长金属纤维，降低生产成本，本发明提出了一种离心熔体静电纺丝制备金属微纳米纤维的方法。