[發明專利]一種制備玄武巖纖維－鎳一維核殼結構的化學鍍方法

無效

• 申請號: 200610150149.3
• 申請日: 2006-10-30
• 公開（公告）號: CN101173350A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 曹茂盛;康玉清
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C23C18/16
• 分類號: C23C18/16;C23C18/18;C23C18/32
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

本發明涉及一種簡單、低成本制備玄武巖纖維-鎳一維核殼結構的化學鍍方法和工藝。該發明屬于材料制備領域，能廣泛應用于航空、航天、電子工業、醫藥、汽車工業、石油化工、機械、紡織等領域。

背景技術

玄武巖纖維是用于復合材料的一種新型優質增強材料，由于它具有彈性模量高、抗拉強度高、熱穩定性及化學穩定性好、絕緣性能和介電性能好等多種優點，在航空航天、石油化工、建筑、汽車等領域都有廣泛的應用前景。自上世紀80年代首次在蘇聯航空宇宙研究院得到應用以來，就在國內外引起了廣泛的關注。但是，目前國內外關于玄武巖的研究只局限于將玄武巖纖維作為增強體來制備陶瓷基和樹脂基復合材料，未見到對玄武巖纖維進行表面修飾，制備一維核殼結構的報道。目前，有關表面修飾的方法已有多種，但目前討論較多的仍然是化學鍍方法。這種方法制備溫度比較低，工藝條件也比較溫和，并且操作簡單。從目前化學鍍方法的公開資料來看，盡管文獻數量不少，但公開的內容所披露的方法較為單一，都是在材料的表面沉積一些金屬顆粒，沒有形成核殼結構，而且都屬于實驗室階段的結果，工藝條件還存在著不合理之處。其中較為突出的問題是操作繁瑣復雜，用料成本較高，按照工業化生產的要求，還有大量的技術內容有待于完善。另外，很多文獻也采用其他的方法如自組裝等技術已經制備了核殼結構，但成本較高，操作復雜，很難滿足工業需求。

發明內容

本發明的目的在于設計了一種簡單、低成本制備玄武巖纖維-鎳一維核殼結構的化學鍍方法：該工藝操作簡單、成本較低，所得玄武巖纖維-鎳一維核殼結構均勻，能很好滿足工業化生產要求，便于工業化推廣和應用。

本發明的主要內容為：

利用氫氟酸對玄武巖纖維進行親水處理，亞錫離子和貴金屬離子分別對其進行敏化和活化，然后放入化學鍍液中通過化學鍍法制備玄武巖纖維-鎳一維核殼結構。

它的工藝過程為：玄武巖纖維先經氫氟酸親水處理，時間不少于1分鐘；其次，用含有亞錫離子溶液敏化處理，敏化時間不少于1分鐘；其三，用貴金屬活化處理，活化時間不少于1分鐘；其四，處理后的玄武巖纖維加入到pH為7.0-11.0，溫度為40℃-70℃的鍍液中進行化學鍍鎳，反應時間不少于1分鐘。

親水性處理所用的氫氟酸的濃度在1％-30％，敏化溶液中錫離子的濃度為0.01-10mol/L，活化溶液中貴金屬的濃度為0.1g/L。

化學鍍液中各種成分的濃度分別為：

鎳離子的濃度為0.09--5mol/L

次亞磷酸鈉濃度為0.0001--5mol/L

銨鹽的濃度為0.0001--10mol/L

檸檬酸鹽濃度為0.0001--5mol/L

穩定劑的濃度為0.0001--5mol/L

分散劑的濃度為0.0001--5g·L^-1

本發明的詳細內容為：

本發明的工藝構成包括玄武巖纖維的前處理和化學鍍兩個過程。其中，前處理過程(包括親水性處理、敏化處理、貴金屬活化處理)的目的是在玄武巖纖維表面形成一層均勻催化核，通過調整各種處理的時間，能夠保證得到均勻的玄武巖纖維-鎳一維核殼結構。其次，配置化學鍍鍍液時，調整各種原料的添加順序，保證了鍍液的穩定，防止鍍液分解，以便化學鍍的順利進行。

本發明涉及的工藝原理是，玄武巖纖維經親水性處理后，改善了其表面與水溶液的界面潤濕性，使玄武巖纖維表面均勻分布一層水溶液，使得敏化處理中亞錫離子均勻吸附在玄武巖纖維表面。活化處理時，貴金屬離子與亞錫離子反應在玄武巖纖維表面形成均勻的催化核，為在玄武巖纖維表面形成均勻的鎳殼提供了條件。將經過前處理的玄武巖纖維加入鍍液中，鍍液中的鎳離子在溶液與玄武巖纖維的界面處被還原成金屬鎳顆粒，這些鎳顆粒與玄武巖纖維相遇時，與玄武巖纖維表面的催化核反應，并沉積到玄武巖纖維的表面，形成一層鎳顆粒層。最終，得到玄武巖纖維-鎳一維核殼結構。

本發明的有益效果是：由于利用簡單、易操作的化學鍍方法，與現有核殼結構的制備技術相比，簡化了工藝，降低了成本，可控性較好。通過控制前處理條件、施鍍溫度、施鍍時間、鍍液的pH等，可以得到包覆完全的玄武巖纖維-鎳一維核殼結構，因此本發明工藝非常便于工業化生產。

玄武巖纖維-鎳一維核殼結構具體的技術實施方案如下：

所采用的原料主要為：鎳的可溶性鹽、次亞磷酸鹽、銨鹽、檸檬酸鹽、亞錫離子的鹽、貴金屬的可溶性鹽、弱酸、少量穩定劑及分散劑。

其具體的制備工藝如下：

(1)前處理過程，包括：親水性處理、敏化處理、活化處理。

1)親水處理