氧化铝纤维的制备方法

      氧化铝纤维制备方法
氧化铝纤维的制备方法主要有熔融法、溶胶凝胶法、浸渍法、静电纺丝法、淤浆法、卜内门法、住友法等。其中熔融法是先通过熔融方式获得可纺性熔体,然后通过不同的成纤方式制备连续纤维或短纤维;溶胶凝胶法和静电纺丝法则一般包括可纺性溶胶的制备、成纤和热处理过程;浸渍法是首先获得前驱体溶液或浆液,然后经过浸渍、干燥、烧结等步骤得到结构复杂的纤维。影响纤维性能的主要因素包括胶体的组成和性质、成纤的工艺条件以及烧结工艺等。如何通过组成及工艺参数的优化制备高强度、高隔热性能的纤维,是氧化铝纤维制备过程中面临的主要问题石墨柱。下面将针对不同的纤维制备方法进行简单介绍。
(1)熔融法
熔融法早期主要应用于高分子纤维和玻璃纤维的制备,既可用于生产连续纤维,也可用于短纤维的制备。随着技术的进步,这种方法逐渐被用于较低氧化铝含量(<70%)的纤维的制备,通过这种方法制各的氧化铝纤维一般硅含量较高。利用熔融法制备氧化铝纤维,首先需要使无机氧化物熔融形成熔体,目前一般是通过电加热的方式使其熔融,通过控制熔体的组成和温度可使熔体具有可纺性,然后熔体经不同的成纤方式形成目标产物。作为制备氧化铝纤维
的常用方法,熔融法具有设备相对简单、成本低、工艺易控等优点,成纤后不需要进一步的热处理,避免了热处理过程中构成纤维的颗粒长大等一系列问题。但由于随着氧化铝含量的逐渐升高,熔体的可纺性逐渐变差并难以控制。目前熔融法只能用于低氧化铝含量的纤维的制备,这些纤维一般只能在低于1200。C的条件下应用,纤维品质相对较低。对于耐温要求更高的高氧化铝含量的纤维,目前还无法通过熔融法获得。
(2)溶胶凝胶法
溶胶凝胶法是制备材料的一种湿化学方法,是指由金属有机化合物、金属无机化合物或两者混合物经水解缩聚过程,逐渐凝胶化及进行相应后处理,从而获得氧化物或其他化合物的方法。到目前为止,溶胶凝胶法可以制备大多数无机陶瓷纤维,例如氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化钛等氧化物纤维以及碳化硅等碳化物纤维,同时还能制备莫来石、石榴石等多晶陶瓷纤维,应用范围很广泛。
溶胶-凝胶过程可以分为五步:前驱体的水解与缩聚、胶凝、老化、干燥和热处理。一般以铝的醇盐或无机盐为原料,同时加入其他有机酸作为催化剂,溶于醇或水中,得到混合均匀的溶液。溶液经过醇解或水解和聚合反应得到溶胶,浓缩得到可纺性溶胶。制备过程中
可以通过调节原料种类、组分比例、溶剂、催化剂、pH值和温度来控制水解聚合,进而控制生成溶胶的可纺性。根据需求,选择不同的成纤技术来制备凝胶纤维。对凝胶纤维的热处理过程包含了化学变化和物相变化,即将吸附水、结构水、有机物及某些负离子排除,使纤维结构转化为较稳定的氧化物物相,同时在该过程中控制纤维的致密性和力学等性质。因此热处理过程,要控制升温速率和保温时间,低温缓慢烧结以形成低温晶相,再快速转变为高温晶相,以保证纤维致密化和力学性能。
溶胶凝胶法制备纤维的有很多优点:制品的均匀度高,尤其是多组分制品,其均匀程度可达分子或原子水平;纤维的纯度高,因为所用的原料纯度高,且溶剂在处理过程中容易被除去;烧结温度比传统方法约低400-500℃;制备的氧化铝纤维直径小,因而拉伸强度有较大提高。溶胶凝胶法虽然有诸多优点,但是也存在一些不足之处:pH值、温度、组分比等会影响凝胶物理化学特性,从而影响纤维的性能。
(3)浸渍法
浸渍法是采用无机铝盐作为浸渍液,亲水性能良好的粘胶纤维作为浸渍物基体纤维,在一定条件下将它们混合均匀,无机铝盐以分子状态分散于基体纤维中,经过浸渍、干燥、烧
结、编织等步骤可以得到形状复杂的氧化铝纤维。实验发现,无机盐是以分子状态分散于有机纤维中,而不是黏附在纤维表面,这有利于陶瓷纤维的形成。氧化铝纤维的强度主要取决于基体纤维的孔隙率大小和铝盐晶粒大小。此方法的优点是可以先将纤维编织再进行浸渍烧结,从而能得到形状复杂且高强度的纤维;缺点是成本较高、纤维质量差,不适宜大量生产
(4)静电纺丝法
静电纺丝技术又被称为电纺技术。顾名思义,就是利用电场的作用下使高聚物或溶胶逐渐拉伸得到纳米尺寸的纤维。电纺并不是一种新技术,在60多年前就有了文献报道,但它是能够连续制备纳米纤维的最重要的方法之一,是一种简单的、普适性的纳米纤维制备方法。电纺纳米纤维有以下特点:纤维超长(宏观长度)、甚至是连续纤维,化学组成多样、易调变,纤维直径均匀、可在几十纳米与十几微米范围内任意调节,纤维通常是多晶或非晶态,能通过纺丝前驱体及纺丝装置的设计使纤维含二级纳米结构
由于静电纺陶瓷纤维的高比表面积、高耐热性、高绝缘性、高模量等一系列优异特性,有望在超薄高强复合材料、高性能过滤材料、催化材料、燃料电池隔膜等一系列新兴材料领
水晶面膜>饮料瓶提手域得到应用,并产生巨大的影响。炫轮
(5)其他几种方法
淤浆法又称杜邦法,是以氧化铝粉末为主要原料,同是加入分散剂、流变助剂、烧结助剂,分散于水中制成可纺浆料,经挤出成纤、干燥、烧结得到直径在200μm左右的氧化铝纤维。该法代表产品有美国杜邦公司生产的FP氧化铝纤维和日本Mitsui Mining公司制各的连续氧化铝纤维。所不同的是,杜邦使用的原料为直径0混凝土细骨料.5μm以下的α-A12O3粉末,而Mitsui Mining公司采用的是γ-A12O3。用γ-A12O3做原料,在烧结过程中晶粒生长较为缓慢,晶体致密,产品表面光滑,有较高的拉伸强度。该法的特点是生产中的浆料含水分及挥发物较多,在烧结前必须进行干燥处理,并且选择适当的升温速率,防止气体挥发时体积收缩过快会导致纤维破裂。
卜内门法,将羟基乙酸铝等混合成铝盐粘稠水溶液,然后再与聚环氧乙烷等水溶性高分子和聚硅氧烷混合均匀得纺丝液,然后经过纺丝、干燥、烧结等处理,得到氧化铝纤维。该法与溶胶。凝胶法不同之处是先驱体不形成均匀溶胶,而是通过加入水溶性有机高分子来控制纺丝粘度以得到氧化铝纤维。由于前躯体分子本身不形成类线性聚合物,难以得到连
续的氧化铝长纤维,故其产品一般为短纤维。代表产品为英国ICI公司生产的Saffil氧化铝短纤维,该纤维是均匀无杂志、柔软、有弹性的无机纤维,具有高折射率及惰性,是微晶的、具有丝状手感的材料
住友法,先将烷基铝和其它一些添加剂在一定条件下聚合,形成一种铝氧烷聚合物。将该聚合物溶解在有机溶剂中,加入硅酸酯或有机硅化合物,再对该混合物进行浓缩处理成可纺粘稠液,再经过干法纺丝成先驱纤维。将先驱纤维分别在600℃和1000℃下进行热处理,得到微晶聚集态的连续氧化铝纤纠纤维。住友氧化铝纤维可用作塑料和金属的增强体,如增强环氧树脂和增强铝。

本文发布于:2024-09-23 01:26:03,感谢您对本站的认可!

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