弹力布是有弹性的坯布,通过罗纹组织使毛坯更加灵活,经常用作手提包、钱包的内夹层定型物,也可用于t恤的领口、袖口,达到较好的收身效果。弹簧布在线圈之间相互缠绕,所以在受到外力拉的时候,线会打滑,就是因为这个原因,罗纹布拥有巨大的弹性。面料中加入弹性纤维,即氨纶,织出来的即弹力布,加入弹性纤维氨纶的弹力布也在日常应用中很常见。
1、布料介绍
弹力布是装饰常用的材料,日常生活中布料较多,化纤地毯、无纺布、亚麻、尼龙布、彩带、法兰绒等更为常见。布料的种类很多,所以根据织造方式,可以分为梭织和针织织布两类。根据加工工艺的不同,可分为毛坯、漂白布、染色布、印染布、印染布、色织布、混合工艺布等。根据原材料的不同,可以分为棉、化纤、麻布、毛料布、丝绸、混纺织物等。
2、罗纹组织
罗纹组织的种类很多,一般是数字1+1、2+2等,分别表示正面和背面的线圈在一个整体组织中垂直流动的组合。如果一个前线圈纵向行和两个后线圈纵向配置,则构成1+2罗纹组织等。从罗纹组织衍生的复合组织有很多,主要有罗纹空气层组织和点纹组织等。罗纹空气层组织具有横向延展性小、尺寸稳定性好、厚实、容易刮伤的优点。网点组织是由不完整的肋状组织和不完整的扁销组织组合而成。
罗纹弹力布由来已久,每天穿的衣服上都能看到这种弹力布,如t恤的领口、袖口、裤脚等。罗纹更多地应用在内衣方面,弹力背心、弹力衣服等。孕期女性的腹部周长比较大,对裤子的腰围需求更大,例如裤子、罗纹内衣衬衫、毛衣、外套等。
锦纶丝是一种纺织面料,有单丝、股线、特种纱等多种类型,相比于真丝绸的光泽度来说,锦纶丝织品光泽较差,如同涂上了一层蜡质的感觉,同时用手来回摩擦,能感觉到面料之间的摩擦感。
锦纶丝的厂家及价格
公司简介:青岛中孚纤维有限公司成立于2004年,以化纤纱加捻染色合股分纱为主要加工生产产品。我公司集纺织染色销售于一体的综合性公司。
主营产品:化纤纱加捻、倍捻加工、并线加工、纱线染色、涤纶高弹丝、锦纶高弹丝、锦纶丝、尼龙高弹丝、本白加捻丝、锦涤复合丝、包覆纱、橡跟。
参考价格:中孚纤维锦纶丝¥33
公司简介:广东大红马实业有限公司成立于1984年,其前身是潮阳市南华线带有限公司,是一家具备一条龙专业生产纱、丝、线带服装辅料的大型专业化公司。
主营产品:缝纫线、涤纶低弹丝、锦纶高弹丝、商标丝、织带丝、锦纶丝、涤纶高弹丝、尼龙高弹丝、网络丝、大有光丝、66尼龙丝、锦纶光丝。
参考价格:大红马锦纶丝¥42
公司简介:诸暨市露婷化纤厂,位于美丽的”西施故里“, “袜业之都”——大唐镇,我们一直专注于涤纶高弹丝、锦纶高弹丝、橡筋、氨纶、包覆纱等产品的生产加工和研究,拥有完整、科学的质量管理体系。
主营产品:高弹丝、涤纶丝、锦纶丝、包覆纱。
参考价格:露婷锦纶丝¥25
公司简介:山东淄博泰林氨纶纺织有限公司座落于纺织之乡---山东省淄博市周村区。公司占地36000M2,拥有各类机器包覆、空气包覆、合捻、织带机、加弹设备百余台。
主营产品:氨纶包覆纱、弹力纱线、锦纶丝、涤纶+氨纶丝、锦纶+氨纶丝、复合纱线、DTY、FDY、长丝、纱线、松紧带、包边带。
参考价格:泰林锦纶丝¥38
在日常生活中,锦纶丝主要用于制作运动装、围巾等,主要是因为锦纶丝比较挺括,不起球,不起皱,方便清洁。在医疗方面,的优点在于主要用于制作绷带。锦纶丝产品主要用于生产装饰布料。
蜘蛛的丝是可做防弹衣的,军队目前的防弹衣是用13层Kevlar Ⅱ制成的,蛛丝的坚韧性是Kevlar Ⅱ织品的3倍,其超级伸长能力使它断裂时需要吸收更多的能量,理论上可以使射弹更有效地减速。把它用于防弹衣,会起到极好的消力作用,对破碎作用是一种很大的障碍。
你所说的高温效果是瞬间产生的,在极近的距离才会明显,远距离的时候命中目标,是不会产生非常大的热量的。而且子弹命中目标是瞬间的事情,即使温度高,也不会造成影响,就像你拿手瞬间摸一下烫的东西,是不会烫伤的。
而且,经过处理的蛛丝,是抗高温抗低温的。
纱线结构对织物的主要影响分为两个部分:对舒适性的影响,对耐用性的影响。一、对舒适性的影响
1保暖性纱线的结构特征与服装的保暖性有一定关系,因为纱线的结构决定了纤维间能否形成静止的空气层。纱线结构蓬松,织物中的空隙较多,形成空气层,无风时,静止空气较多,保暖性较好;而有风时,空气能顺利通过纱线之间,所以凉爽性较好。对于结构紧密的纱线,由其织成的织物结构也相对较为紧密,因此空气流动受到阻止,保暖性就较好;而结构过于紧密时,织物中滞留的空气减少,即静止空气减少,则保暖性就差。
2吸湿性纱线的吸湿性取决纤维特性和纱线结构。如长丝纱光滑,织成织物易贴在身上,如果织物比较紧密,湿气就很难渗透织物。短纤维纱线表面有毛茸,减少与皮肤的接触,改善了透气性,使穿着舒适。二、纱线结构对耐用性的影响
①纱线的拉伸强度、弹性和耐磨性等影响服装的耐用性。受纱线结构影响。
②纱线结构对起毛起球性能的影响:长丝纱中一根纤维断裂后,一端仍附在纱中,断裂一端自身卷曲,受摩擦起球;混纺短纤纱线,抱合力差,容易脱出。
③对弹性的影响短纤纱线:对短纤纱施加一定外力,短纤从卷曲被拉直,取消外力,其可恢复弹性;而在短纤被拉直后继续对其加力,则短纤之间会滑移或滑脱,这时取消外力就会产生不可恢复变形。长丝纱线:对长丝纱施加外力,由于其本身不卷曲,延伸程度取决于纤维的性能,因此其弹性较小。捻度对弹性也有较大影响:捻度大的纱线,纤维间摩擦也较大,因此在弹性范围内,其不易被拉伸,弹性相对较差;而捻度小的纱线,纤维间摩擦力较小,相对较易被拉伸,弹性较好。
纳米绒脚垫优点在于舒适性,缺点在于难清洗。
纳米绒,纳米面料就是运用了纳米技术的布料,结构表面覆有一层化学物质,这层物质能够使布料上的水直接滑落,有防水作用,产品色泽亮丽、钻石般耀眼,手感好,故称之为钻石绒,表面绒毛能形成空气层,因而保暖性更好,厂商将此面料制作成女士打底裤及裤袜用于保暖、修身。
纳米绒面料采用干纺超细异型截面技术,使面料更为蓬松,此外竖起的绒毛还可以增加静止空气的数量,因此德绒面料十分的保暖。纳米绒最受人喜爱的一点是绒毛厚且浓密,手感软糯,柔软贴身,可免去冬天穿着臃肿的衣物。纳米绒面料采用的是活性印染,色牢度好,不易褪色。纳米绒面料具有独特的水分芯吸功能,可以更好的将湿气排出体外,柔软透气。纳米绒颜色丰富,风格优雅,而且面料光泽如钻石般闪耀。
纱线的品种繁多,性能各异。它可以是由天然纤维或各种化学短纤维制成的纯纺纱,也可以是由几种纤维混合而成的混纺纱,还可以是由化学纤维直接喷丝处理而成的长丝纱。通常,可根据纱线所用原料、纱线粗细、纺纱方法、纺纱系统、纱线结构及纱线用途等进行分类。
按纱线原料分
1.纯纺纱 纯纺纱是由一种纤维材料纺成的纱,如棉纱、毛纱、麻纱和绢纺纱等。此类纱适宜制作纯纺织物。
2.混纺纱 混纺纱是由两种或两种以上的纤维所纺成的纱,如涤纶与棉的混纺纱,羊毛与粘胶的混纺纱等。此类纱用于突出两种纤维优点的织物。
按纱线粗细分
1.粗特纱: 粗特纱指32特及其以上(英制18英支及以下)的纱线。此类纱线适于粗厚织 物,如粗花呢、粗平布等。
2.中特纱: 中特纱指21~32特(英制19~28英支)的纱线。此类纱线适于中厚织物,如中平布、华达呢、卡其等。
3.细特纱: 细特纱指11~20特(英制29~54英支)的纱线。此类纱线适于细薄织物,如细布、府绸等。
4.特细特纱: 特细特纱指10特及其以下(英制58英支及以上)的纱线。此类纱适于高档精细面料,如高支衬衫、精纺贴身羊毛衫等。
按纺纱系统分
1.精纺纱 精纺纱也称精梳纱,是指通过精梳工序纺成的纱,包括精梳棉纱和精梳毛纱。纱中纤维平行伸直度高,条干均匀、光洁,但成本较高,纱支较高。精梳纱主要用于高级织物及针织品的原料,如细纺、华达呢、花呢、羊毛衫等。
2.粗纺纱 粗纺纱也称粗梳毛纱或普梳棉纱,是指按一般的纺纱系统进行梳理,不经过精梳工序纺成的纱。粗纺纱中短纤维含量较多,纤维平行伸直度差,结构松散,毛茸多,纱支较低,品质较差。此类纱多用于一般织物和针织品的原料,如粗纺毛织物、中特以上棉织物等。
3.废纺纱 废纺纱是指用纺织下脚料(废棉)或混入低级原料纺成的纱。纱线品质差、松软、条干不匀、含杂多、色泽差,一般只用来织粗棉毯、厚绒布和包装布等低级的织品。
按纺纱方法分
1.环锭纱 环锭纱是指在环锭细纱机上,用传统的纺纱方法加捻制成的纱线。纱中纤维内外缠绕联结,纱线结构紧密,强力高,但由于同时靠一套机构来完成加捻和卷绕工作,因而生产效率受到限制。此类纱线用途广泛,可用于各类织物、编结物、绳带中。
2.自由端纱 自由端纱是指在高速回转的纺杯流场内或在静电场内使纤维凝聚并加捻成纱,其纱线的加捻与卷绕作用分别由不同的部件完成,因而效率高,成本较低。
⑴气流纱: 气流纱也称转杯纺纱,是利用气流将纤维在高速回转的纺纱杯内凝聚加捻输出成纱。纱线结构比环锭纱蓬松、耐磨、条干均匀、染色较鲜艳,但强力较低。此类纱线主要用于机织物中膨松厚实的平布、手感良好的绒布及针织品类。
⑵静电纱: 静电纱是利用静电场对纤维进行凝聚并加捻制得的纱。纱线结构同气流纱,用途也与气流纱相似。
⑶涡流纱: 涡流纱是用固定不动的涡流纺纱管,代替高速回转的纺纱杯所纺制的纱。纱上弯曲纤维较多、强力低、条干均匀度较差,但染色、耐磨性能较好。此类纱多用于起绒织物,如绒衣、运动衣等。
⑷尘笼纱: 尘笼纱也称摩擦纺纱,是利用一对尘笼对纤维进行凝聚和加捻纺制的纱。纱线呈分层结构,纱芯捻度大、手感硬,外层捻度小、手感较柔软。此类纱主要用于工业纺织品、装饰织物,也可用在外衣(如工作服、防护服)上。
3.非自由端纱: 非自由端纱是又一种与自由端纱不同的新型纺纱方法纺制的纱,即在对纤维进行加捻过程中,纤维条两端是受握持状态,不是自由端。这种新型纱线包括自捻纱、喷气纱和包芯纱等。
⑴自捻纱: 自捻纱属非自由端新型纱的一种,是通过往复运动的罗拉给两根纱条施以假捻,当纱条平行贴紧时,靠其退捻回转的力,互相扭缠成纱。这种纱线捻度不匀,在一根纱线上有无捻区段存在,因而纱强较低。适于生产羊毛纱和化纤纱,用在花色织物和绒面织物上较合适。
⑵喷气纱 喷气纱是利用压缩空气所产生的高速喷射涡流,对纱条施以假捻,经过包缠和扭结而纺制的纱线。成纱结构独特,纱芯几乎无捻,外包纤维随机包缠,纱较疏松,手感粗糙,且强力较低。此类纱线可加工机织物和针织物,做男女上衣、衬衣、运动服和工作服等。
⑶包芯纱: 包芯纱是一种以长丝为纱芯,外包短纤维而纺成的纱线,兼有纱芯长丝和外包短纤维的优点,使成纱性能超过单一纤维。常用的纱芯长丝有涤纶丝、锦纶丝、氨纶丝,外包短纤维常用棉、涤/棉、腈纶、羊毛等。包芯纱目前主要用作缝纫线、衬衫面料、烂花织物和弹力织物等。
按纱线结构分
1.单纱: 单纱是指只有一股纤维束捻合的纱。可以由一种原料纺成纯纺纱,由此构成纯纺织物,也可以由两种或两种以上原料构成混纺纱,由此构成混纺织物。
2.股线: 股线是由两根或两根以上的单纱捻合而成的线。其强力、耐磨好于单纱。同时,股线还可按一定方式进行合股并合加捻,得到复捻股线,如双股线、三股线和多股线。主要用于缝纫线、编织线或中厚结实织物。
3.单丝: 单丝是由一根纤维长丝构成的。其直径大小决定于纤维长丝的粗细。一般只用于加工细薄织物或针织物,如尼龙袜、面纱巾等。
4.变形纱: 变形纱是对合成纤维长丝进行变形处理,使之由伸直变为卷曲而得到的,也称为变形丝或加工丝。变形纱包括高弹丝、低弹丝、膨体纱和网络丝等。
⑴高弹丝: 高弹丝或高弹变形丝具有很高的伸缩性,而膨松性一般。主要用于弹力织物,以锦纶高弹丝为主。
⑵低弹丝: 低弹丝或变形弹力丝具有适度的伸缩性和膨松性。多用于针织物,以涤纶低弹丝为多。
⑶膨体纱: 膨体纱具有较低的伸缩性和很高的膨松性。主要用来作绒线、内衣或外衣等要求膨松性好的织物,其典型代表是腈纶膨体纱,也叫做开司米。
⑷网络丝 网络丝又名交络丝,是化学纤维制丝过程中在尚未成形时,让部分丝抱合在一起而形成的。此丝手感柔软、膨松、仿毛效果好,多用于女式呢。近年来流行的高尔夫呢也是用此丝织制。
6.花式纱线: 花式纱线是指通过各种加工方法而获得特殊的外观、手感、结构和质地的纱线。主要有三类:
⑴花色线: 花色线是指按一定比例将彩色纤维混入基纱的纤维中,使纱上呈现鲜明的长短、大小不一的彩段、彩点的纱线,如彩点线、彩虹线等。这种纱线多用于女装和男茄克衫。
⑵花式线: 花式线是利用超喂原理得到的具有各种外观特征的纱线,如圈圈线、竹节线、螺旋线、结子线等。此类纱线织成的织物手感蓬松、柔软、保暖性好,且外观风格别致,立体感强,既可用于轻薄的夏季织物,又可用于厚重的冬季织物,既可做衣着面料,又可做装饰材料。
⑶特殊花式线: 特殊花式线主要是指金银丝、雪尼尔线等。金银丝主要是指将铝片夹在涤纶薄膜片之间或蒸着在涤纶薄膜上得到的金银线。它既可用于织物,也可用作装饰用缝纫线,使织物表面光泽明亮。雪尼尔线是一种特制的花式纱线,即将纤维握持于合股的芯纱上,状如瓶刷。其手感柔软,广泛用于植绒织物和穗饰织物。
按纱线用途分
1.机织用纱: 机织用纱指加工机织物所用纱线,分经纱和纬纱两种。经纱用作织物纵向纱线,具有捻度较大、强力较高、耐磨较好的特点;纬纱用作织物横向纱线,具有捻度较小、强力较低、但柔软的特点。
2.针织用纱: 针织用纱为针织物所用纱线。纱线质量要求较高,捻度较小,强度适中。
3.其它用纱: 包括缝纫线、绣花线、编结线、杂用线等。根据用途不同,对这些纱的要求是不同的。
这种现象是存在的,在学术和技术上称为“冷焊”,虽然还不清楚人类有没有在太空中做过这样的实验,但是这样的事情却在太空中发生过。美国人发射的一架探测器曾经发生过这样的事情,这架探测器本来是要去探测几大行星的,在探测完金星水星之后,其天线旋转轴就被冷焊焊住了,没办法只好启用了备用天线,但是效率只有主天线的百分之一。
那么为什么会发生这种现象呢?其实道理也很简单,就是两块相同的金属在太空真空环境下接触的时候,其两个接触面表层的原子之间没有任何阻挡,那么在接触的时候两个表层上的原子就会相互抓住对方,使之成为一体,冷焊现象就是这样发生的。美国人的探测器之所以出现那种状况,就是因为其旋转轴的金属连接处处理的太简单,探测器的进入太空之后,经过一段时间的使用,上面的氧化层被磨掉了,在暂停使用的时候,冷焊现象就发生了。
那么这地球上为什么很少看到这种现象呢?其实主要有两个原因,首先就是金属的裸露面会迅速氧化,形成一个氧化层,这样两块金属在一块的时候,会因为氧化层的阻隔而无法发生冷焊现象,还有一个原因就是地球上空气的存在会使两块金属之间有所阻挡,所以两块金属的金属原子难以直接相连,那么冷焊现象当然就不容易发生了。
但是地球上也并不是绝对不会发生这种现象,如果两块金属的表层不氧化,并且之间没有空气等东西隔开的话,把它们放到一起挤压一下,使其接触面的原子充分的接触,也是会发生冷焊现象的。
这个现象在太空 探索 中非常重要,其实科学上有一个专有名词来形容这种现象,“冷焊”。传统的焊接需要高温将两块等待焊接的金属融化,熔融状态下的金属相互扩散、融合到一起,降温之后固化连接到一起。
冷焊则是指在常温甚至低温状态下,两块金属碰到一起后融为一体的现象。对于这种现象,费曼曾经开玩笑地形容说:因为两块金属中的原子搞不清楚自己到底属于哪一块金属,于是干脆融合到了一起。
这自然是玩笑话,原子不会有意识,但金属原子的扩散确实真实发生的。通常情况下我们观察不到这种现象,是因为地球表面充满了大气,将两块金属放到一起,他们之间还是会有隔层,例如氧化层或者空气层。这些隔层组织了金属原子的自由扩散,使得通常情况下两块金属无法自动合为一体。但在太空之中,没有氧化层和气体层的阻隔,两块金属的原子可以自由扩散,无缝衔接到一起后,于是就会发生“冷焊”现象。
这种现象对太空 探索 影响很大。例如上世纪美国发射的伽利略号木星探测器,就是由于发生了冷焊现象,造成天线无法按计划打开,信号传导大受影响。因此为了防止这种现象发生,折叠装置、传动装置之间都会使用油类或其他物质相互隔开,避免两块分离的金属靠在一起时融合到一起,影响正常功能。
是这样的,在太空中两块金属相遇,在满足一定条件下,可能就会熔接在一起。
这种现象被称为冷焊,冷焊就是 在超高真空环境下 , 固体和固体表面相互接触时发生不同程度地粘合现象 。
为什么会出现这种现象呢?
对于冷焊现象,第一位提出纳米概念的物理学家,理查德·菲利普斯·费曼曾在一个介绍摩擦力的讲座中,这样比喻道:在真空中,当两块金属接触在一起时,因为处在金属接触面两侧的原子间没有任何物质阻隔他们,它们分不清自己原来是哪一侧的原子,两侧的原子相互扩散,渐渐地两块金属原子相互融合在一起,最终两块金属便熔接在了一起。但是如果存在空气或者氧化层等其他非同类原子,这些金属原子就会意识到它们属于不同部分,便不会熔接在一起。
总结, 在超真空环境下,两块物质表面达到原子级的清洁度,通过接触或者一定压力作用下,产生了粘连现象或是融合为一体便是冷焊。 因为空气在地球上可以说无处不在,所以很难看到冷焊现象。
举例
大家都知道破镜不能重圆的道理,不过有一种情况不知大家有没有遇到过,一块镜子或玻璃,在即将破碎的边缘,但是仍然粘连在一起,并在表面上能明显看到一条由破裂处延伸出来的裂痕,当你找好角度,向裂痕垂直的方向去压缩镜面或玻璃,上面的裂痕会奇迹般变小。这其实就可以用冷焊原理解释,因为裂痕的尽头处两个接触面间还没有杂质,通过一定作用力,让裂痕重新“粘连”在一起。
还有古代的打铁技术,比如某大侠的刀断了,来到铁匠铺。铁匠将刀断的地方烧红烧热,同时再准备另一块一样烧红烧热的铁块,通过反复捶打,最后帮大侠把刀接上了。通过烧热金属,让原子运动得更猛烈,又通过捶打增加压力,最终强行让两块金属粘在了一起。这就尴尬了!
冷焊对航天影响
在太空中没有空气,对于金属来说会比较容易发生冷焊的现象。美国伽利略号执行木星探测任务时,最开始进行长期的飞行时,默认将通信天线收起,但是经过一年的飞行后,当科学家想打开天线进行数据传输时,却发现怎么也打不开了。就是因为发生了冷焊现象,导致了天线粘在了一起,无法打开。
总结
当今,冷焊技术是一门新型发展起来的技术,在一些传统焊接技术无法满足的场景下有着重要作用。
冷焊最显著的优点,就是它具有和原材料本身相同的焊接强度,不会对连接的零件产生热影响,传统的焊接一般都是高温焊接,有火花、灰尘等影响。冷焊过程快速且没有变形,操作简单。
不过,冷焊本身也有很多局限限性,对冷焊材料要求一般是有延展性金属,不能过度硬化,表面清洁,焊接面形状规则等等。所以冷焊还不能广泛应用。
这叫做冷焊。两块金属在真空中接触时,不需要任何加热和液相,它们就会粘着在一起。但要做到这一点,要保证两块金属表面都是光滑的。由于太空是真空,所以冷焊可以熔接两块金属片。
在宇宙真空环境中,两块裸露的同类金属在接触后会相互粘合,好像被焊接在一起一样。这个现象被称之为『冷焊』(Cold Welding)。
史上最具幽默感的物理学家费曼(Richard Feynman)曾经形象地解释道,这种现象的产生是因为『在真空中,处在接触面两边金属原子之间没有任何物质将它们隔开,所以这些金属原子「无法知道」它们其实是属于两块独立的金属的。』
而在大气环境中,由于空气的存在和金属表面氧化物的存在,两块金属即使相互接触后也不会粘合在一起。
首先,没有绝对的真空,包括现在空间站所处的高轨道周围都不是真空,所以根本就没人做过或者目睹过真空状态下这种所谓的熔接。空间站的一项重要的工作就是太空试验包括冶金,育种,生物杂交等。某些特殊合金就是在空间站里找到合适工艺加工的。你说的这种现象的机理目前还只是猜测,重点不是真空,而是低压低温。在接进宇宙背景温度时,金属很多特性都变化了,还记得液氮冰冻金属会使其变脆吗?宇宙里就是这样的低温,如果又是低压,真的不能想象什么样的金属会这样。空间站对接门的气密口会不会焊在一起分不开呢?
在太空中,如果两个同类的金属相互接触,很容易就会粘在一起,产生这种现象的原因就是因为金属之间发生了冷焊。我们平时所见到的各种焊接基本都是利用高温将金属熔融,凝固后的金属融为一体也就焊接起来了,比如电焊、气焊、摩擦焊等。而冷焊因为在常温下即可进行,这就体现了“冷”字的意义。
冷焊现象是怎么产生的在太空中与在地球上的环境不一样,在太空中物体不受重力作用,同时周围还没有空气,而影响冷焊发生的因素就是空气。太空中基本上属于真空环境,当两个物体相互接触时,由于它们之间没有气体的阻隔,金属原子之间可以说是真的接触到。
而在地球上,如果我们将两块金属压在一起,实际上在金属之间还会存在着一层很薄的气体层将它们隔开,因为物体本身对气体分子就存在着吸附作用,我们很难将它们完全摆脱,所以在地球上正常情况下不会发生冷焊现象,除非我们给予两块金属板很大的压力将中间的气体给完全挤走,这个时候它们就很有可能会粘在一起。
那么两个完全相互接触的金属板又是如何焊接在一起的呢?这主要还是因为金属原子的扩散作用。说到扩散我们很快会想到气体和液体,因为这两类物质属于流体,在生活中我们很容易就能看到这类状态物质的扩散作用。事实上固体同样也会发生扩散作用,只是相比于气液态没有那么明显,所以不容易被我们观察到。
在真空中,两个完全接触的金属之间原子会相互扩散,融合,从而不断的产生新的金属键,使两块金属被“焊”在一起。有科学家就专门研究过冷焊现象,利用纳米金线在真空状态下接触,发现仅需两分钟左右,两根纳米丝就开始粘连。
由于扩散速率与压力有关,压力越大,原子的扩散速率越快,那么产生冷焊的效果就越明显。同时物体的尺寸学校越小,冷焊现象产生的也越快。
另外,太空中金属不易产生氧化层,没有氧化层的阻隔,原子之间也会更容易扩散发生冷焊现象。
美国航天局发射伽利略号探测器曾遭遇冷焊问题在1989年,美国曾发射一颗伽利略号探测器用于探测木星,由于到达木星路途遥远,于是为此设计了一款体积较大的信号接收器,并且为了保护接收器不受太阳辐射的损害,计划在一年半后再将天线展开。但后来问题来了,地面科学家通过向伽利略号发射指令展开信号接收器,却发现无法展开,经过层层排查最后发现几根天线支架之间由于冷焊作用而粘结,所以无法将天线展开,最后好在探测器上还有一个很小的副天线,虽然副天线的带宽只有主天线的几百分之一,但最终还是依靠它成功完成了大量的科研任务。
小小的冷焊现象差点使美国投入伽利略号的十几亿美元打水漂。
在探测器飞行的过程中由于仪器的振动也会促进冷焊的产生,由于振动过程导致不同金属之间发生摩擦、撞击,提供了扩散作用所需的能量势垒,促进了原子的扩散作用,所以现在的设备进入太空都需要充分考虑到冷焊问题,防止带来不必要的麻烦。
类似的问题我以前详细回答过,这里就简单说几句。
首先,太空中两块金属如果只是接触,不会发生“熔接在一起”的现象。
太空中没有氧气,不会使金属表面产生氧化膜,有人就以为必然发生冷焊,其实不然,氧化膜不是金属粘接的唯一阻碍因素。
金属是晶体(你不要觉得奇怪),原子之间按照晶格相互链接在一起形成整体,这个晶格对其它原子的加入是排斥的。
为了让晶格接受新的原子,需要额外给它能量。比如加压、加热、通电或者摩擦。
所以,冷焊的发生需要外部条件,不是挨在一起就能完成的。单纯自由电子的漂移并不能促成原子牵手。
之前美国发射的伽利略号探测器就发生过一起冷焊事故,它的主天线表面镀了金,金在发射的过程中由于振动相互摩擦造成冷焊,天线在发射入轨后无法展开,地面操作人员想了很多办法都以失败告终,最后不得不用一个小天线来代替主天线,传输效率大打折扣。请注意,黄金是最容易发生冷焊的金属,它也需要摩擦才能粘在一起。
黄金的表面没有氧化层,你有听说过金库里的金条都粘在一起分不开的吗?没有吧!
在太空中,两块没有氧化的光滑平成的铁放到一起,很快就会成为一个铁块,这种现象称之为“冷焊”,就是不用加温也能焊接到一起,其道理也很简单,就是当两个铁块儿靠近了之后,两者的铁原子之间相互吸引,由于两者的原子之间的距离足够近,因此接触面的铁原子可以相互把握住对方,最终使得两块铁成为一个整体。
不过这种现象只会发生在金属物上,因为金属中有大量的自由电子,而且,金属都没有固定的微观结构,所有的金属内部都像是一堆原子核畅游在电子的海洋中,虽然大多数金属都体现为固态,其实它们实际上都只是不流动的液态而已,金属原子也都在运动之中,只要对其施加高温,那么金属就很容易变成液态,很多金属在高压之下也会改变形状,但是其本质却不会改变,比如液压机下的铁块,常常像泥巴一样被改变形状,而无论怎么改变,它仍然是铁,这说明金属的延展性也大都很好。
当两块铁在太空中接触的时候,两者接触面上的铁原子会首先在自由电子的层面上接触,而自由电子的交流就使得两者为一体了,铁原子的自由电子并不会区分所接触的铁原子核属于两块铁,因为金属内部的结构本就是杂乱无章的,并不体现为某种晶体模式,所以金属原子并不会一直待在固定的位置。而且同种金属元素的物理和化学性质相同,电子和原子核也相同,运动模式也一样,这使得它们在接触的时候很容易融为一体。如果是非金属的晶体结构的物质,就不会发生这种冷焊现象了。
吉布斯自由能 G= H-T S,理论上只要 G不大于0反应就可能实现。真空环境下,两块金属变成一体应该属于无序变为有序 S是小于零但是真空接近绝对零度所以T接近0,那么就只取决于 H,这跟真空与金属构成的系统有关,目前来看还是能实现的。所以冷焊其实是可行的。
换个说法,压力和温度作用下,原子做扩散运动,粒子之间作用力对粒子的束缚变小,那么反过来太空环境下压力和温度低那么作用力对粒子的束缚就会增强。同种金属光滑表面接触,此时粒子之间距离可以达到很近足够粒子间作用力发挥作用,自然就会束缚在一起,宏观上就表现为所谓的冷焊
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