[發明專利]一種增強高硅氧玻璃纖維織物的涂層方法

無效

• 申請號: 201110347757.4
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102505458A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 竺林;黃健;黎鵬;王娟;靳懷強;呂海
• 申請（專利權）人: 南京彤天科技實業有限責任公司;南京工業大學
• 主分類號: D06M11/80
• 分類號: D06M11/80;D06C7/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 郭百濤

技術領域

本發明涉及一種高硅氧玻璃纖維織物的涂層方法，更具體地說涉及一種增強高硅氧玻璃纖維織物的涂層方法。

背景技術

高硅氧玻璃纖維是一種耐高溫的無機纖維，屬于特種玻璃纖維。它的SiO₂含量在96％以上，通常是由鈉硼硅酸鹽玻璃纖維經熱酸萃取(瀝濾)除掉硅以外雜質，后經燒結而成。該纖維耐高溫性能良好，可在900℃下長期使用，短時間可耐1200℃的高溫，是一種化學性能穩定、耐高溫、耐燒蝕、熱收縮率低、導熱系數低，具有良好電絕緣性能的玻璃纖維材料。近年來，隨著國際上逐步禁止石棉，使得高硅氧玻璃纖維得到迅速的發展和應用，已廣泛應用于耐高溫絕緣材料、防火防護材料、高溫氣體和液體過濾材料、航天飛行器的防熱抗燒蝕及透波材料等。但由于該纖維的強度較低，僅為E玻璃纖維的1/10，如何改善高硅氧玻璃纖維織物的強度也就成為輒待解決的問題。

表面涂覆處理是改善高硅氧玻璃纖維織物力學性能簡便且有效的方法。在高硅氧玻璃纖維表面涂覆有機材料，如四氟乙烯、丙烯酸樹脂、有機硅橡膠等，可以提高制品的強度，改善其加工性能，制作各種用途的隔熱、防火材料，如現有美國Armatex?F、Armatexa?N、Armatexa?S及中國的BWTC、BWSC等系列產品。但由于高分子材料本身的耐溫局限性，限制了其玻璃纖維涂層織物耐溫性能的進一步提升。

氮化硼陶瓷材料具有許多優良的物理和化學特性，如耐高溫、抗氧化、耐化學腐蝕、可加工性、優異的介電性能以及良好的導熱性等。由于氮化硼優異的耐高溫性，較低的熱膨脹性，能夠滿足高硅氧玻璃纖維表面涂層的要求。氮化硼涂層可以填補玻璃纖維表面的微缺陷，同時具有高溫抗氧化和阻止低價金屬離子滲透作用，因此有望顯著提高玻璃纖維的力學性能、抗析晶性能及高溫強度保持能力，從而提高玻璃纖維織物在高溫下的使用壽命。同時在復合材料應用領域，氮化硼涂層作為界面相，能夠改善纖維與基體之間的界面結合，提高復合材料的力學性能。氮化硼陶瓷往往經高溫燒結而成，且這種傳統的制備技術不易制得涂層、薄膜或纖維等復雜形狀的氮化硼材料。在玻璃纖維表面制備氮化硼涂層明顯受到溫度的限制，即使是耐溫性較佳的石英纖維在950℃時就開始析晶，高于1050℃時大量析晶，導致纖維脆化。因此，傳統的高溫合成氮化硼的方法，不適合在玻璃纖維表面制備氮化硼涂層。目前，有機先驅體轉化法由于具有易成型、溫度較低等優點，已成為制備陶瓷涂層、陶瓷薄膜、陶瓷纖維、泡沫陶瓷和陶瓷基復合材料的重要方法。以有機先驅體轉化法在玻璃纖維表面制備氮化硼涂層，更可以避免高溫對玻璃纖維結構的破壞，使制備新型的玻璃纖維氮化硼涂層織物成為可能。Shampa?Mondal等人(Materials?Letters，44，113-118，2000)公開了一種硼酸酯涂覆玻璃纖維的方法，在空氣氛中分別于400℃和1000℃下熱解，熱解產物含有氮化硼和碳氮化物。據稱其玻璃纖維涂層織物具有作為熔融鋁過濾材料的潛在用途，但并沒有公布具體的耐溫及力學性能指標。實際上硼酸酯類化合物在空氣氛中高溫熱解時易氧化并生成氧化硼，氧化硼作為常用的玻璃纖維助熔劑，具有顯著降低玻璃纖維的熔點及其高溫下力學性能的作用。實驗表明在空氣氛中熱解的高硅氧玻璃纖維硼酸酯涂層織物在600℃時的拉伸強度即開始明顯下降，800℃時幾乎失去強度(見對比例1)。另外，Shampa?Mondal等采用的先硼酸酯合成、再重結晶純化，最后玻纖涂覆并高溫熱解的工藝路線，其工藝流程復雜，所需設備較多，不利于工業化生產。

因此需要研制開發結合有機先驅體轉化法并適合于工業應用的低溫燒制陶瓷材料技術，在高硅氧玻璃纖維織物的表面覆以耐溫的氮化硼涂層，改善高硅氧玻璃纖維織物的力學性能及耐溫性能，擴大高硅氧玻璃纖維織物的應用領域。

發明內容

本發明針對高硅氧玻璃纖維織物力學性能的不足和現有技術存在的缺點，提供一種增強高硅氧玻璃纖維織物的涂層方法，采用有機先驅體轉化法的低溫燒制陶瓷材料技術，在高硅氧玻璃纖維織物表面覆以含有氮化硼的耐溫涂層，實現了提高高硅氧玻璃纖維織物的力學性能及耐溫性能的目的。以氮化硼源硼酸和三乙醇胺直接對高硅氧玻璃纖維織物表面進行浸漬涂布，然后通過程序升溫熱處理，使得有機先驅體的制備、涂覆、熱解燒結一步完成，在高硅氧玻璃纖維織物表面原位形成了含有氮化硼的耐溫涂層，該方法提供了一種簡化步驟的工藝技術。熱解燒結在氮氣氛中進行，克服了空氣氣氛中易形成氧化硼的缺陷，有效地提高了高硅氧玻璃纖維涂層織物的力學性能。

本發明是通過以下技術方案實現的：