[發明專利]一種柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310368622.5
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103451851A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 丁彬;毛雪;陳越成;孫剛;俞建勇
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D04H1/4209
• 分類號: D04H1/4209;D04H1/728;D06C7/00;C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術領域

本發明涉及一種柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法，特別是涉及一種以金屬氧化物納米顆粒作為穩定劑的柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法。

背景技術

二氧化鋯纖維作為一種多晶質耐火纖維材料，其可在1500℃以上超高溫氧化氣氛下長期使用，最高使用溫度高達2200℃，甚至到2500℃仍可保持完整的纖維形狀，并且其高溫化學性質穩定、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震、不揮發、無污染，是目前國際上最頂尖的一種耐火纖維材料。二氧化鋯纖維材料的制備方法主要包括溶膠凝膠法、共混紡絲法、甩絲法、浸漬法等，這些方法制備的氧化鋯纖維多由氧化鋯微顆粒組成，且纖維直徑均為微米數量級，同時纖維因脆性大無法單獨使用，需制成纖維織物、纖維板、纖維氈等制品使用，這大大限制了其的實際應用。近年興起的靜電紡絲技術以其制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質種類繁多、工藝可控等優點，已成為有效制備納米纖維材料的主要技術之一，其制備的纖維材料具有纖維膜孔徑小、纖維直徑小、纖維直徑均勻等特點而被廣泛使用，利用靜電紡絲技術現已制備了50多種無機氧化物納米纖維膜。

Journal?of?Crystal?Growth267(2004)380-384利用靜電紡絲技術制備二氧化鋯纖維材料的文章是以聚乙烯醇與八水合氧氯化鋯為原料經靜電紡絲和煅燒工藝，獲得了直徑50-200nm表面光滑的四方相二氧化鋯納米纖維。隨后，科研人員利用不同的鋯源、模版聚合物以及添加劑通過靜電紡絲技術制備了種類形貌豐富多樣的二氧化鋯纖維材料，然而目前通過靜電紡絲技術制備的氧化鋯纖維材料由于晶粒尺寸較大，使得氧化鋯纖維材料普遍存在脆性大、易斷裂的缺陷。中國專利CN102557628B公開了一種柔性釔穩定氧化鋯陶瓷纖維及其制備方法、CN1206397C公開了氧化鋯連續纖維的制備方法及設備、CN100417620C公開了氧化鋯陶瓷連續纖維的制備方法，這些專利均采用氧化釔等金屬鹽作為穩定劑，以抑制氧化鋯纖維的晶型轉變，制備的纖維均勻且連續，不易斷裂。然而，這些專利在氧化鋯陶瓷纖維制備過程中需加入金屬鹽添加劑以及聚合物等，不但制備工藝復雜而且雜化纖維中氧化鋯含量低，造成整體產率偏低，同時，金屬鹽價格昂貴難以實現氧化鋯納米纖維的工業化生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法，特別是提供一種以金屬氧化物納米顆粒作為穩定劑的柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法。

本發明的一種柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法，具體步驟為：

第一步：將鋯鹽溶于溶劑，在攪拌條件下，加入金屬氧化物納米顆粒，繼續攪拌并老化，得到膠體溶液；其中，鋯鹽與金屬氧化物納米顆粒的摩爾比1:0.01-0.20；金屬氧化物納米顆粒的加入將抑制氧化鋯納米纖維在高溫冷卻過程中單斜晶型的形成以及晶粒尺寸的增大，獲得四方晶型柔韌氧化鋯納米纖維膜；

第二步：在室溫20-28℃及相對濕度30-70%的條件下，將所述膠體溶液進行靜電紡絲，獲得凝膠納米纖維膜；

第三步：將所述凝膠納米纖維膜真空干燥后，再高溫煅燒，即得到柔韌高強氧化鋯納米纖維膜。

作為優選的技術方案：

如上所述的一種柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法，所述的第一步中，鋯鹽與溶劑的比例為100g:50-200mL；所述攪拌是指在室溫下用磁力攪拌器以100-250rpm的轉速攪拌；所述繼續攪拌是指用磁力攪拌器以20-200rpm的轉速攪拌1-6h；所述的老化是在40-60℃下靜置1-24h；所述膠體溶液的粘度為40-1500Pa·S且電導率為10-50mS/m。其中老化的步驟是提高膠體溶液的粘度，便于靜電紡絲的順利進行。

如上所述的一種柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法，所述的第二步中，所述靜電紡絲是指所述膠體溶液以1-4mL/h的流速輸入到靜電紡絲設備的噴絲頭上，同時將噴絲頭連接10-30kV的高壓電源進行靜電紡絲，接收裝置與噴絲頭之間的距離為10-30cm。

如上所述的一種柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法，所述的第三步中，所述真空干燥的干燥溫度為50-100℃，干燥時間為30-120min，真空度為0.09-0.1MPa；所述高溫煅燒是指煅燒溫度從室溫逐步升至600-1000℃，升溫速度為3-10℃/min，并且在最高煅燒溫度下保持0-240min。本專利氧化鋯納米纖維膜的煅燒溫度較低，同時抑制氧化鋯晶粒尺寸的生長。

如上所述的一種柔韌高強氧化鋯納米纖維膜的制備方法，所述高溫煅燒在箱式電阻爐中進行。