[發明專利]無機鋁鹽制備氧化鋁基連續纖維的工藝

有效

• 申請號: 201110041290.0
• 申請日: 2011-02-22
• 公開（公告）號: CN102180656A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 譚宏斌;郭從盛;傅明星
• 申請（專利權）人: 陜西理工學院
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/624;D01F9/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及一種可以用作纏繞、疊層或其他二維三維編織的氧化鋁基連續纖維的制備工藝。

背景技術

氧化鋁基纖維一般為多晶陶瓷纖維，以Al₂O₃為主要成分，并含SiO₂、B₂O₃、ZrO₂、Y₂O₃或MgO等成分。氧化鋁基纖維具有高的彈性模量和高溫強度、抗蠕變性和抗熱沖擊性能，在高溫氧化條件下具有良好的穩定性和力學性能，還具有較低的熱導率和優良的電絕緣性，氧化鋁基纖維可應用于高溫材料、復合材料領域。

在國內，氧化鋁基短纖維的生產工藝比較成熟，生產廠家有：山東魯陽，浙江德清，洛陽耐火材料等公司。在國外，氧化鋁基短纖維、連續纖維的制備技術也已工業化生產，生產廠家如：美國3M，英國ICI，日本Sunitomo等公司。但全世界的研究者繼續對纖維的制備進行更深入的研究，以期簡化纖維制備工藝、降低成本、提高質量。溶膠-凝膠法制備氧化鋁基纖維設備簡單、制備成本低，燒結溫度低(比淤漿法低400～500℃)，前驅體混合均勻(其化學均勻性可達分子水平)，制備過程中的反應溫和，反應過程易于控制。因此，用溶膠-凝膠法制備氧化鋁基纖維的研究較多。

由于金屬醇鹽具有較高的化學反應活性，以溶膠-凝膠法制備氧化鋁基纖維時，常用金屬醇鹽為原料。Chandradass等人[Journal?of?the?European?CeramicSociety，1995，15(4)：283-289.]用異丙醇鋁為原料、稀硝酸為催化劑、甲基纖維素為紡絲助劑，通過溶膠-凝膠法制備了氧化鋁纖維。研究發現α-Al₂O₃相變溫度為1100℃，增加紡絲助劑的量，纖維的強度降低。甲基纖維素摻量為10wt％的纖維，在1600℃煅燒2h后的強度為最大(達128MPa)。Maneeratana等人[Chemical?Engineering?Journal，2008，137(1)：137-143]以仲丁醇鋁為原料、二乙二醇單乙基醚為溶劑(兩者摩爾比為2∶1)制備了可紡的溶膠，用10kV的電壓、溶膠流量為6.35cm³/h、電極間的距離為15cm、紡絲孔(針頭孔徑)0.712mm時，通過電紡制備了連續的中空氧化鋁纖維，纖維的直徑為20μm。Towata等人[Composites：PartA，2001，32(8)：1127-1131]用異丙醇鋁、異丙醇釔為原料，異丙醇為溶劑，加入HCl溶液使其水解，制備了釔鋁石榴石(YAG)纖維，研究發現YAG晶種的加入有利于纖維的石榴石化，當其加入量大于2.4vol％時，石榴石化溫度由原來的1500℃降低到1300℃，降低了200℃。Chandradass等人[Journal?of?the?European?Ceramic?Society，2006，26(13)：2611-2617]用異丙醇鋁、氯氧鋯為原料用溶膠-凝膠法制備了氧化鋁、氧化鋁-氧化鋯(10wt.％ZrO₂)纖維，研究了MgO對纖維燒結性能和晶粒大小的影響。研究發現MgO使氧化鋁纖維向α-Al₂O₃相轉變的溫度推遲，但對氧化鋁-氧化鋯的物相轉變溫度不影響(纖維物相為α-Al₂O₃和t-ZrO₂，MgO能促進ZrO₂穩定)，MgO能減小纖維中晶粒的尺寸，使纖維的強度增加(Al₂O₃纖維強度為128MPa，摻2wt％MgO氧化鋁纖維強度為183MPa；Al₂O₃-10％ZrO₂纖維強度為846MPa，摻2wt％MgO的復合纖維強度為1057MPa)。

由于鋁醇鹽的成本較高，用溶膠-凝膠法制備氧化鋁基纖維時，常用金屬鋁粉和氯化鋁為原料制備前驅體溶膠(即聚氯氧鋁溶膠，也稱聚合氯化鋁溶膠)。傅順德等人[耐火材料，2010，44(2)：116-118]以結晶氯化鋁、鋁粉和硅溶膠為原料制備出不同粘度的溶膠，研究甩絲盤轉速、熱風溫度對纖維直徑和單絲拉伸強度的影響，研究發現膠體粘度為20Pa·s、甩絲盤轉速為6000r·min^-1、熱風溫度為80℃時，單絲拉伸強度較高，超過1000MPa，纖維的平均直徑為3.8μm。