Metallische Faser - Metallic fiber
Metallische Fasern sind hergestellte Fasern aus Metall, Metalllegierungen, kunststoffbeschichtetem Metall, metallbeschichtetem Kunststoff oder einem vollständig mit Metall bedeckten Kern.
Ursprünglich aus Textil- und Bekleidungsanwendungen stammend, werden Gold- und Silberfasern seit der Antike als Garne zur Stoffdekoration verwendet. In jüngerer Zeit haben Aluminiumgarne , aluminisierte Kunststoffgarne und aluminisierte Nylongarne Gold und Silber ersetzt.
Die heutige Metallfaserindustrie bietet hauptsächlich Fasern aus Edelstahl, Nickel, Titan, Kupfer und Aluminium für verschiedene Anwendungen an. Metallische Filamente können mit transparenten Folien beschichtet werden, um das Anlaufen zu minimieren.
Metallfasern können auch aus Draht (Stahlwolle), aus Folie geschoren, aus Draht mit größerem Durchmesser gebündelt, aus einem Barren maschinell hergestellt, aus geschmolzenem Metall gegossen oder um einen Samen (oft Kohlenstoff) herum gewachsen werden.
Geschichte
Gold und Silber werden seit der Antike als Dekoration in Kleidung und Textilien von Königen, Führern, Adeligen und Standesleuten verwendet. Viele dieser eleganten Textilien sind in Museen auf der ganzen Welt zu finden. In der Vergangenheit wurde der Metallfaden hergestellt, indem ein Metallstreifen um einen Faserkern (Baumwolle oder Seide) gewickelt wurde, oft so, dass die Farbe des Faserkerns sichtbar wurde, um die visuelle Qualität der Dekoration zu verbessern. Antike Textilien und Kleidung, die ganz oder teilweise aus Goldfäden gewebt sind, werden manchmal als Goldgewebe bezeichnet . Sie wurden vom 7. bis 9. Jahrhundert auf byzantinischen Webstühlen gewebt und danach in Sizilien , Zypern , Lucca und Venedig . Die Weberei blühte auch im 12. Jahrhundert während des Erbes von Dschingis Khan auf, als Kunst und Handel unter der mongolischen Herrschaft in China und einigen Gebieten des Nahen Ostens florierten. Die Firma Dobeckmum stellte 1946 die erste moderne Metallfaser her.
In den frühen 1960er Jahren führte Brunswick Corp. ein Forschungsprogramm durch, um ein wirtschaftlich tragfähiges Verfahren zur Bildung von Metallfilamenten zu entwickeln. Sie begannen in einer Pilotanlage im Labormaßstab mit der Produktion von Metallfilamenten. Bis 1964 produzierte Brunswick feine Metallfasern mit einer Größe von 1 µm aus Edelstahl vom Typ 304. Ihre erste große Produktionsanlage in den USA wurde 1966 in Betrieb genommen. Metallfasern werden heute in großem Umfang hergestellt und in allen Arten von Technologien verwendet. Mit einem breiten Anwendungsspektrum ist es ein ausgereifter Sektor.
In der Vergangenheit war Aluminium oft die Basis einer Metallfaser. In jüngerer Zeit ist Edelstahl zum dominierenden Metall für Metallfasern geworden. Je nach Legierung verleihen die metallischen Fasern dem Garn Eigenschaften, die den Einsatz in High-Tech-Anwendungen ermöglichen.
Fasereigenschaften
Metallfasern gibt es in verschiedenen Formen und Durchmessern. Im Allgemeinen bietet der Sektor Metallfaserdurchmesser von 100 μm bis hinunter zu 1 μm an.
Metallische Fasern gibt es sowohl in langen Endlosfasern als auch in Kurzfasern (mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von weniger als 100).
Im Vergleich zu anderen Faserarten wie Carbon-, Glas-, Aramid- oder Naturfasern haben Metallfasern einen geringen elektrischen Widerstand. Dadurch eignen sie sich für alle Anwendungen, die eine elektrische Leitfähigkeit erfordern. Durch ihre ausgezeichnete Wärmebeständigkeit halten sie extremen Temperaturen stand. Korrosionsbeständigkeit wird durch den Einsatz hochwertiger Legierungen in Edelstählen oder anderen Metallen erreicht. Andere vorteilhafte mechanische Eigenschaften von Metallfasern umfassen hohe Bruchdehnung, Duktilität, Stoßfestigkeit, Feuerbeständigkeit und Schalldämmung.
Gesinterte Metallfaserstrukturen und -produkte weisen hohe Porositätseigenschaften auf und bleiben dabei strukturell stark und langlebig. Dies kommt der Funktion und Struktur bestimmter Anwendungen wie Filtration oder Elektroden zugute.
Beschichtete metallische Filamente helfen, das Anlaufen zu minimieren. Bei Verwendung geeigneter Klebstoffe und Folien werden diese weder durch Salzwasser, Chlorwasser in Schwimmbädern noch durch klimatische Bedingungen angegriffen. Wenn möglich sollte alles mit Metallfasern chemisch gereinigt werden, wenn kein Pflegeetikett vorhanden ist. Bügeln kann problematisch sein, da die Hitze des Bügeleisens, insbesondere bei hohen Temperaturen, die Fasern zum Schmelzen bringen kann.
Produktionsmethode
Es gibt mehrere Verfahren, die zur Herstellung von Metallfasern verwendet werden können.
Die gebräuchlichste Technologie ist als Bündelziehen bekannt. Mehrere tausend Filamente werden zu einem sogenannten Verbunddraht gebündelt, einem Rohr, das durch eine Matrize gezogen wird, um seinen Durchmesser weiter zu reduzieren. Das Hüllrohr wird später in Säure aufgelöst, wodurch einzelne durchgehende Metallfasern entstehen. Dieser Verbunddraht wird weiter gezogen, bis der gewünschte Durchmesser der einzelnen Filamente innerhalb des Bündels erreicht ist. Die Bündelziehtechnologie ermöglicht die Herstellung von endlosen Metallfaserbündeln mit Längen von bis zu mehreren Kilometern. Der Querschnitt der Fasern ist verfahrensbedingt achteckig. Um qualitativ hochwertige Fasern zu erzielen, kann diese Technologie fein abgestimmt werden, was zu gleichmäßigen, sehr dünnen Fasern mit einer sehr engen äquivalenten Durchmesserspreizung führt. Spezielle Entwicklungen der letzten Jahre haben es ermöglicht, diese Technologie zur Herstellung von Fasern mit Durchmessern bis 200 nm und darunter einzusetzen.
Beim Laminieren siegelt man eine Aluminiumschicht zwischen zwei Lagen Acetat- oder Polyesterfolie . Diese Fasern werden dann in Längsstreifen für Garne geschnitten und auf Spulen gewickelt. Das Metall kann eingefärbt und in einer klaren Folie versiegelt werden, der Klebstoff kann eingefärbt werden oder die Folie kann vor dem Laminieren eingefärbt werden. Es gibt viele verschiedene Farb- und Effektvariationen, die in Metallic-Fasern hergestellt werden können, wodurch eine breite Palette von Looks entsteht.
Mit folien shaving Technologie, Fasern mit Durchmessern bis hinunter zu 14 & mgr; m und einem rechteckigen Querschnitt sind möglich. Dabei entstehen halbkontinuierliche Bündel von Fasern oder Stapelfasern.
Durch die Bearbeitung von Stapelfasern können halbkontinuierliche Faserbündel bis zu 10 µm erzeugt werden. Die Verbesserung der Stapelfaserherstellung ermöglicht eine schmale Durchmesserverteilung bei diesen Arten von Fasern sowie eine Abstimmung der Fasergeometrie. Diese Technologie ist aufgrund der kleinen erreichbaren Durchmesser und der relativ kleinen Durchmesserspreizung einzigartig im Vergleich zu Folienspäne oder Fasern aus dem Schmelzspinnen
Metallische Fasern können auch unter Verwendung des Metallisierungsverfahrens hergestellt werden . Bei diesem Prozess wird das Metall erhitzt, bis es verdampft und dann mit hohem Druck auf die Polyesterfolie aufgebracht. Dieses Verfahren produziert dünnere, flexiblere, haltbarere und bequemere Fasern.
Metallfasern können auch aus Draht (Stahlwolle) geschliffen, aus geschmolzenem Metall gegossen oder um einen Samen (oft Kohlenstoff) herum gewachsen sein.
Arten von Metallfaserprodukten
Gesinterte Medien
Metallfasern werden entweder als Vlies oder gesinterte Strukturen aus Fasern mit einem Durchmesser von 1,5 bis 80 µm zu Fasermedien verarbeitet. Diese porösen Metallfasermedien wurden wegen ihrer Einzigartigkeit in sehr anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt. Der Vorteil der Kombination eines hervorragend durchlässigen Materials (Porositäten bis zu 90% bei Sinter- und bis zu 99% bei Vliesstrukturen) in Kombination mit einer hohen Korrosions- und Temperaturbeständigkeit wird sehr geschätzt. Die gesinterte poröse Struktur weist kein Bindemittel auf, da die einzelnen Fasern durch intermetallische Diffusionsbindung fest miteinander verbunden sind. Auch 3D-Sinterstrukturen sind zum Standardprodukt geworden. Einige der neuesten Entwicklungen beziehen sich auf Filtermedien mit einer Kombination aus metallischen und nichtmetallischen Fasern, die das Beste aus beiden Welten ermöglichen.
Kurzfasern
Ein speziell entwickeltes Verfahren ermöglicht die Herstellung einzelner pulverförmiger Metallfasern, sogenannter Kurzfasern mit einem Längen-über-Durchmesser-Bereich (L/D) von 100. Diese Kurzfasern können als solche oder in Kombination mit Metallpulvern zur Herstellung einer Sinterfiltration verwendet werden Strukturen mit ultrahohen Filtrationsgraden bei gleichzeitig einzigartiger Durchlässigkeit.
Polymerpellets
Andere Metallfaserprodukte sind Polymerpellets oder -körner aus Metallfasern. Dabei werden mehrere Faserbündel mit unterschiedlichen Schlichten verklebt und eine entsprechend verträgliche Extrusionsbeschichtung aufgebracht. Nach dem Zerkleinern dieser beschichteten Bündel in Pellets können sie als Additive bei der Herstellung von technischen leitfähigen/abschirmenden Kunststoffteilen durch Spritzgießen und Extrusion verwendet werden. Der einzigartige Vorteil von Metallfasern ist die leitfähige Netzwerkbildung mit einem relativ begrenzten Volumen an leitfähigen Additiven.
Vliese oder Filze können mit Metallfasern hergestellt werden, genauso wie mit herkömmlichen Textilfasern. In einer sehr begrenzten Anzahl von Fällen kann eine Vernadelung angewendet werden, um die Fasern zu verwirren und Nadelfilz zu erhalten.
Ein Bündel endloser Edelstahlfasern kann durch Textilspinnverfahren zu Garnen verarbeitet werden. Es gibt zwei Arten von Garnen: eine mit einem geringen Faseranteil und eine mit einem hohen Faseranteil. Ersteres mit einer Filamentanzahl von rund 275 kann durch Zugabe von Zwirn in ein Filamentgarn umgewandelt werden. Bündel mit mehreren Tausend Fasern werden typischerweise verwendet, um Fasern in Spinngarn umzuwandeln. Dies kann durch Dehnungsbrechen und anschließende traditionelle Garnspinntechnologien erfolgen. Dies führt zu 100 % Metallgarnen. Während des Spinnprozesses können Tows gemischt und auch Mischgarne hergestellt werden. Mischungen mit Baumwolle, Polyester und Wolle sind möglich. Anschließend können Metallgarne mit textilen Verfahren zu verschiedenen textilen Produkten weiterverarbeitet werden. Stricken (rund, flach, Kette) und Weben sind ebenso möglich wie Flechten. Textilmischprodukte können durch Kombination von Metallgarnen mit anderen Garnen oder durch Verwendung von Garnen erhalten werden, die zwei Arten von Fasern im Inneren haben und daher bereits selbst Mischungen sind.
Um Kabel herzustellen, werden zwei oder mehr Filamente mehrmals miteinander verdrillt. Dabei werden Torsion und Geradheit eines Kabels überwacht. Durch die Kombination verschiedener Filamentstärken, Durchmesser oder Anzahl der Drehungen oder durch Vorformen kann das Kabel auf eine bestimmte Anwendung abgestimmt werden.
Faserverstärkte Verbundwerkstoffe
Metallfasern können als Verstärkungsfasern für Verbundwerkstoffe verwendet werden und verbessern das Bruchverhalten bei Stößen und die elektrische Leitfähigkeit. Herkömmliche Carbon- oder Glasfaserverstärkungsfasern haben sehr begrenzte Dehnungsmöglichkeiten, was zu einem spröden und explosiven Bruchverhalten führt. Metallfasern wirken dazu perfekt komplementär und können viel mehr Energie aufnehmen, bevor sie brechen. Die Verarbeitung unterscheidet sich nicht von jeder anderen Verstärkungsfaser für Verbundwerkstoffe. Es ist sogar möglich, Metallfasern mit anderen Fasern zu einer „hybriden“ Verbundstruktur zu kombinieren, die alle Vorteile von Carbon, Glas und Stahl vereint.
Hersteller
Derzeit werden Metallfasern hauptsächlich in Europa hergestellt. Der größte und am stärksten integrierte Hersteller von Metallfasern weltweit ist das multinationale Unternehmen Bekaert mit Hauptsitz in Belgien, aber mit Fertigungspräsenz in Europa, Asien und Amerika. Drei Hersteller produzieren noch Metallgarn in den USA. Metlon Corporation ist einer der verbleibenden Hersteller in den USA, der eine große Auswahl an laminierten und nicht-laminierten Metallgarnen auf Lager hat & Brightex Corporation, Reiko. Co aus Japan und Südkorea, wie Hwa Young, stellt ebenfalls Metallfasern her. China produziert auch Metallgarne; in der stadt Dongyang gibt es mehr als 100 fabriken, von denen einige eher heimische Produktionsstätten als konventionelle fabriken sind. Zwei der beliebtesten Fabriken sind Salu Metallic Yarn und Aoqi Textile.
Im Jahr 2020 begann Fibrecoat, ein deutsches Start-up aus Aachen, mit der Produktion von aluminiumbeschichteten Basaltfasern in Deutschland. Ihre patentierte Beschichtungstechnik ermöglicht eine exponentielle Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit und eine Senkung der Prozessschritte, des Energieverbrauchs und des Preises.
Warenzeichen
Bekaert stellt Metallfasern und viele Folgeprodukte wie Endlosfasern, gesinterte Medien, Vliesstrukturen, Polymerpellets, Geflechte, Gewebe, Kabel, Garne und Kurzfasern her. Bekannte Markennamen sind Bekipor, Beki-Shield und Bekinox.
The Lurex Company stellt seit über 50 Jahren Metallfasern in Europa her. Sie produzieren eine Vielzahl von Metallfaserprodukten, einschließlich Fasern, die in Bekleidungsstoffen , Stickereien , Zöpfen , Strickwaren, Militärinsignien, Besätzen, Seilen, Kordeln und Spitzenoberflächendekorationen verwendet werden. Die meisten Lurex-Fasern haben einen Polyamidfilm, der den Metallstrang bedeckt, aber auch Polyester und Viskose werden verwendet. Die Fasern werden auch mit einem Gleitmittel namens PW, einem Öl auf Mineralbasis, behandelt , das die Handhabung erleichtert.
Metlon Corporation ist eine Marke von Metallic Yarns in den Vereinigten Staaten und produziert seit über sechzig Jahren Metallgarne. Metlon produziert sein Metallic-Garn, indem es einzelne Schlitzgarne mit zwei Nylonenden umwickelt. Ein Ende des Nylons wird im Uhrzeigersinn und das andere Ende gegen den Uhrzeigersinn um das Metallgarn gewickelt. Das am häufigsten verwendete Nylon ist entweder 15 Denier oder 20 Denier, aber schwerere Denier werden für spezielle Zwecke verwendet.
Verwendet
Metallische Fasern werden in den unterschiedlichsten Branchen und Segmenten eingesetzt.
Automobil
Sinterbleche aus Metallfasern werden für Diesel- und Benzinpartikelfilter und Kurbelgehäuseentlüftungsfilter verwendet.
Hitzebeständige Textilmaterialien werden aus Metallfasern für Autoglasbiegeprozesse hergestellt. Diese Metallfasergewebe schützen das Glas während des Biegeprozesses bei stark erhöhten Temperaturen und hohen Drücken.
Auch Heizkabel für Autositzheizung und Selective Catalytic Reduction Röhren, Adblue Tanks . Metallfaser-Heizkabel weisen im Vergleich zu Kupferdraht eine extrem hohe Flexibilität und Haltbarkeit auf.
Luft- und Raumfahrt
Metallfaserfilter werden zur Filtration von Hydraulikflüssigkeiten in Flugzeughydrauliksystemen verwendet. Im Vergleich zu Glasfaser-Filtrationsmedien weisen Metallfasern eine ausgezeichnete Haltbarkeit auf, da die Fasern durch Sintern metallisch miteinander verbunden werden, anstatt durch ein Bindematerial zusammengehalten zu werden.
Gesinterte poröse Bleche aus Metallfasern werden als Schalldämpfungsmedium in der Flugzeugkabine verwendet, um HVAC- Geräusche und Nebenaggregategeräusche zu reduzieren.
Technische Textilien
Metallfasern können als antistatische Fasern für Textilien dienen, die unter anderem in Elektroschutzkleidung oder antistatischen Big Bags verwendet werden können.
Nicht nur antistatisch, sondern auch eine Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen (EMI) kann durch Metallfaser-Textilien erreicht werden.
Edelstahl-Fasertextilien können durch Anlegen von elektrischem Strom erhitzt werden und können auch für schnittfeste Kleidung (Handschuhe) verwendet werden. Nehmen wir an, es ist das moderne Kettenhemd .
Leistung
Metallfaserfilter können bei sehr geringen Porengrößen eine sehr hohe Porosität erreichen, was sie für die HEPA- und ULPA- Filtration geeignet macht . Diese Filter werden unter anderem in Kernkraftwerken als Sicherheitsmaßnahme verwendet, um eine eventuelle Freisetzung von radioaktivem Dampf zu verhindern.
Marine
Metallfaserfilter werden zur Reinigung von Schiffskraftstoff und Schmieröl verwendet.
Andere Verwendungen von Metallfasern
Eine weitere verbreitete Anwendung für Metallfasern sind Möbelstoffe und Textilien wie Lamé und Brokat . Viele Menschen verwenden auch Metallfasern beim Weben und bei der Nadelspitze . Heutzutage werden Metallfasern immer häufiger in Kleidung verwendet, von Party- und Abendkleidung über Clubkleidung, Kälte- und Überlebenskleidung bis hin zu Alltagskleidung. Metallic-Garne werden zu vielen modischen Stoffen und Besätzen gewebt, geflochten und verstrickt. Für zusätzliche Vielfalt werden Metallic-Garne mit anderen Fasern wie Wolle, Nylon, Baumwolle und synthetischen Mischungen verzwirnt, um Garne herzustellen, die dem Endstoff oder Besatz neuartige Effekte verleihen.
Edelstahl und andere Metallfasern werden in Kommunikationsleitungen wie Telefonleitungen und Kabelfernsehleitungen verwendet.
Edelstahlfasern werden auch in Teppichen verwendet . Sie sind mit anderen Fasern im Teppich verteilt, sodass sie nicht erkannt werden. Das Vorhandensein der Fasern hilft, Elektrizität zu leiten, so dass der statische Stoß reduziert wird. Diese Arten von Teppichen werden häufig in Computerbereichen verwendet, in denen die Wahrscheinlichkeit einer statischen Aufladung viel größer ist. Andere Verwendungen umfassen Reifenkordel, Raketennasenkegel, Arbeitskleidung wie Schutzanzüge, Raumanzüge und schnittfeste Handschuhe für Metzger und andere Personen, die in der Nähe von Messern oder gefährlichen Maschinen arbeiten.
Metallfasern können als Verstärkungs- oder elektrisch leitfähige Fasern für faserverstärkte Verbundwerkstoffe verwendet werden.