一種莫來(lái)石纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高純莫來(lái)石連續(xù)纖維的制備方法，以無(wú)水氯化鋁、鋁粉為鋁源，正硅酸乙酯為硅源，冰乙酸為膠體穩(wěn)定劑及紡絲助劑，采用溶膠-凝膠法和離心紡絲工藝得到多晶莫來(lái)石纖維，其制備過(guò)程如下：首先是根據(jù)原材料制備出莫來(lái)石纖維前驅(qū)體溶膠，并通過(guò)離心紡絲工藝得到凝膠纖維，最后經(jīng)過(guò)干燥和高溫?zé)Y(jié)得到莫來(lái)石纖維。為了提高莫來(lái)石的室溫及高溫力學(xué)性能，添加了0~2wt.%的氧化物第二相。本發(fā)明方法制備的莫來(lái)石纖維相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，用時(shí)短、同時(shí)原料價(jià)格便宜，可以考慮工業(yè)化生產(chǎn)，相對(duì)于硅酸鋁纖維以及高純氧化鋁纖維，其耐高溫程度更高、理化性能更好；同時(shí)還可以作為莫來(lái)石纖維氈、纖維板的基體纖維，可對(duì)其進(jìn)一步地加工。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于耐火材料隔熱【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種莫來(lái)石纖維的制備方法。 一種莫來(lái)石纖維的制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 莫來(lái)石（3Al203 *2Si02)是Si02-Al203體系在常壓下唯一穩(wěn)定存在的晶態(tài)化合物， 是一種優(yōu)良的耐高溫陶瓷材料。莫來(lái)石纖維具有較好的高溫力學(xué)強(qiáng)度、抗蠕變特性、熱穩(wěn)定 性和化學(xué)穩(wěn)定性，還具有較低的密度、熱膨脹系數(shù)及導(dǎo)熱系數(shù)和電導(dǎo)率，同時(shí)還有良好的介 電性能，相對(duì)于C纖維或者SiC纖維等非氧化物纖維，莫來(lái)石纖維具有更優(yōu)異的高溫抗氧化 性能，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 由于莫來(lái)石纖維的優(yōu)異性能，使其在在冶金、機(jī)械、化工、電子、陶瓷等工業(yè)部門(mén)的 高溫工業(yè)窯爐和高溫設(shè)備上，作為爐襯材料和隔熱材料使用，具有明顯的保溫節(jié)能效果。同 時(shí)在復(fù)合材料、催化劑載體等方面的應(yīng)用，也有很好的效果。因此對(duì)于莫來(lái)石纖維的開(kāi)發(fā)和 研究十分必要。
[0004] 在氧化鋁的各種相結(jié)構(gòu)中，α -A1203具有最高的彈性模量(達(dá)到42, 000kp/mm2)， 因此很多人想要制備出α -A1203連續(xù)纖維，但是在采用溶膠-凝膠法制備高純氧化鋁纖維 的過(guò)程中，氧化鋁會(huì)經(jīng)過(guò)各種中間相的轉(zhuǎn)變，最終轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Α1 203相。在這個(gè)過(guò)程中纖維 的拉伸強(qiáng)度會(huì)降低，導(dǎo)致耐高溫程度下降。美國(guó)專利號(hào)US 5, 514, 631描述了一種采用溶 膠-凝膠法制備氧化鋁纖維的方法。主要采用勃姆石溶膠為鋁源，并添加了少量的氧化物 第二相。在其制備的一種添加5wt. %的MgO的α -Α1203纖維中，其硬度為19GPa，但其耐火 度< 1400°C。美國(guó)專利3, 503, 765描述了一種八1203^02基多晶纖維的制備方法，其主晶相 為莫來(lái)石相，并含有1~1〇%的Β 203，Ρ205或者Ti02。該法以結(jié)晶氯化鋁、鋁粉、硅溶膠為原料， 采用溶膠-凝膠法得到。但其缺點(diǎn)是，在制備過(guò)程中膠體的穩(wěn)定性較差，由于膠凝化速度過(guò) 快，而使粘度迅速增加。所以最終得到的纖維是不連續(xù)的短纖維。美國(guó)專利US 4, 101，615 提到了一種氧化鋁纖維和氧化鋁-二氧化硅纖維的方法，但其鋁源和硅源都為有機(jī)醇鹽， 且采用有機(jī)物而不是水作為溶劑。這使其制備過(guò)程復(fù)雜，不易控制反應(yīng)速率兼有原材料成 本較高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。已公開(kāi)的專利號(hào)CN 1385570A提供了一種陶瓷纖維針刺毯的 制備方法，其化學(xué)組成為：A1203 20?40wt. %;Si02 5 5?75wt. %;Mg0/Ca0 4?6wt. %。但陶瓷纖 維采用熔融噴吹法制得，能耗高、且纖維長(zhǎng)度較短。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明首先提供一種具有優(yōu)良耐高 溫性能的高純莫來(lái)石連續(xù)纖維的制備方法，其次，為了提高莫來(lái)石纖維的斷裂韌性，添加少 量的氧化物第二相，改善莫來(lái)石纖維的室溫和高溫力學(xué)性能。
[0006] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種莫來(lái)石連續(xù)纖維的制備方法， 其特征在于：制備工藝流程如下： (1)制備莫來(lái)石纖維前驅(qū)體膠體：a，將氯化鋁溶液和鋁粉按照一定比例添加到具有加 熱、回流的反應(yīng)釜中，9(T10(TC加熱2~3h，反應(yīng)完全后，過(guò)濾得到蒼白色透明聚合氯化鋁母 液；b，將TEOS和無(wú)水乙醇的共混物加入到硝酸與醋酸的混合溶液中，攪拌0. 5h，此時(shí)TEOS 水解，得到硅酸溶液；c，將得到硅酸溶液添加到聚合氯化鋁母液中，加入A1203與Si0 2總質(zhì) 量的25%的醋酸作為穩(wěn)定劑及紡絲助劑或者一定量的氧化物第二相（Mg0、B20 3、Zr02、Y203) 的前驅(qū)體溶膠，65~70°C下抽真空濃縮至一定粘度，得到莫來(lái)石纖維前驅(qū)體溶膠，其粘度值 在 20?40Pa · s。
[0007] (2)離心紡絲：采用自制的離心紡絲機(jī)離心紡絲，根據(jù)所制備膠體的粘度的不同， 調(diào)整合適的風(fēng)速、轉(zhuǎn)速及溫度，最終得到直徑均勻的凝膠纖維。
[0008] (3)制備莫來(lái)石纖維：將得到的凝膠纖維55?65°C干燥24h，90(Tl60(TC下熱處理 2h，得到所需要的多晶莫來(lái)石連續(xù)纖維。
[0009] 進(jìn)一步地，所述離心紡絲的過(guò)程為：紡絲原液在離心力的作用下，從孔徑為0. 5mm 的小孔中高速離心甩出后，再經(jīng)過(guò)50?65°C的熱空氣流進(jìn)行二次牽引，干燥、固化，最終得 到直徑均勻且韌性較好的前驅(qū)體長(zhǎng)纖維，所述纖維長(zhǎng)度在3(T60cm、直徑為l(Tl5 Um。
[0010] 進(jìn)一步地，所述TEOS、無(wú)水乙醇、硝酸、醋酸、水按照體積比為10:5:1:1:15。
[0011] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)中對(duì)凝膠纖維進(jìn)行熱處理的過(guò)程如下：將凝膠纖維放入 熱處理爐中，以1°C /min的速率從100°C升溫至500°C，并保溫lh，其中20(T50(TC通入水蒸 氣帶走纖維熱解產(chǎn)生的酸性揮發(fā)性氣體，使纖維表面不受腐蝕，然后以3°C /min的升溫速 率升溫至700°C，并保溫lh，最后纖維以5°C /min升溫至1300°C以上，保溫2h，得到所要制 備的多晶莫來(lái)石連續(xù)纖維。
[0012] 優(yōu)選地，所述無(wú)水氯化鋁和鋁粉的添加量中A1/C1的摩爾比為1. 7~2. 1，更好的 1. 8?2. 0。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟（1)中的氧化物第二相為Mg0、B203、Y 203、Zr02中的一種，其前驅(qū) 體溶膠分別為醋酸鎂溶液、硼酸、醋酸釔溶液、醋酸鋯溶液。
[0014] 優(yōu)選地，所述氧化物第二相的前驅(qū)體溶液的添加量為總質(zhì)量的(Γ2%。
[0015] 本發(fā)明采用無(wú)水氯化鋁、鋁粉為鋁源，正硅酸乙酯為硅源，冰乙酸為膠體穩(wěn)定劑及 紡絲助劑，采用溶膠-凝膠法和離心紡絲工藝得到最終的莫來(lái)石纖維。制備過(guò)程首先是根 據(jù)原材料制備出莫來(lái)石纖維前驅(qū)體溶膠，并通過(guò)離心紡絲工藝得到凝膠纖維，最后經(jīng)過(guò)干 燥和高溫?zé)Y(jié)得到莫來(lái)石纖維。由于莫來(lái)石纖維斷裂韌性較低，所以在莫來(lái)石中添加質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為(Γ2%的氧化物第二相（MgO、^A、Y 203、Zr02等）用以改善莫來(lái)石纖維的室溫及高溫 力學(xué)性能。
[0016] 本發(fā)明制備的多晶莫來(lái)石連續(xù)纖維的平均直徑為6~llum ;晶粒尺寸小于100nm， 最優(yōu)地，晶粒小于l〇nm，纖維可長(zhǎng)期在1500°C使用，仍具有較高的拉伸強(qiáng)度，纖維的主晶相 為莫來(lái)石相，同時(shí)還有少量的第二相的摻雜，用于改善纖維的性能。
[0017] 有益效果：本發(fā)明方法制備的莫來(lái)石纖維相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，制備時(shí)間短、同時(shí) 原料價(jià)格便宜，采用溶膠-凝膠法和離心紡絲工藝產(chǎn)量高，具有較高的拉伸強(qiáng)，能耗低，可 以考慮工業(yè)化生產(chǎn)。
[0018] 采用正硅酸乙酯為硅源，主要是盡可能減少雜質(zhì)的含量，同時(shí)膠體具有良好的穩(wěn) 定性和流變特性。相對(duì)于硅酸鋁纖維以及高純氧化鋁纖維，其耐高溫程度更高、抗蠕變性能 更好；還可以作為莫來(lái)石纖維氈、纖維板的基體纖維，對(duì)其進(jìn)一步地加工。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1和圖2分別是純莫來(lái)石凝膠纖維的SEM照片。
[0020] 圖3和圖4分別是純莫來(lái)石凝膠纖維1500°C時(shí)熱處理2h的SEM纖維照片。
[0021] 圖5和圖6分別是是凝膠纖維1500°C熱處理2h后的純莫來(lái)石纖維XRD圖譜和含 有l(wèi)wt. %Zr02的莫來(lái)石纖維XRD圖譜。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0023] 實(shí)施例一： 將30g無(wú)水氯化鋁溶于500ml水中，然后和30. 3g鋁粉按一定比例(其中A1/C1的摩爾 比為2. 0)投入到具有加熱回流的反應(yīng)釜中，9(n〇0°C加熱2~3h，冷卻過(guò)濾后得到聚合氯化 鋁母液(A120 3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)12. 5%)。
[0024] 按照莫來(lái)石（3Al203 *2Si02)的化學(xué)組成，即Al/Si的摩爾比為3:1，量取正硅酸乙 酯（TEOS) 100ml，將TE0S和無(wú)水乙醇的共混物加入到硝酸與醋酸的混合溶液中，攪拌0. 5h， TE0S在酸性條件下快速水解，得到硅酸溶膠。其中TE0S、無(wú)水乙醇、濃硝酸、醋酸、水按照體 積比為10:5:1:1:15。同時(shí)硅酸溶膠應(yīng)盡快使用，以免長(zhǎng)時(shí)間靜置形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，失去 效用。將硅溶膠加入到聚合氯化鋁溶液中，然后加入30ml冰乙酸作為膠體穩(wěn)定劑及紡絲助 齊U，70°C抽真空濃縮1. 5h后，制成粘度約為25Pa. s的膠體。
[0025] 將制備的膠體在自制的離心紡絲機(jī)上紡絲，根據(jù)膠體的粘度調(diào)整紡絲機(jī)的轉(zhuǎn)速、 風(fēng)速和溫度，通過(guò)離心力將可紡性膠體甩出，并經(jīng)過(guò)熱空氣流的二次牽引，得到纖維長(zhǎng)度為 3(T60cm，直徑l(Tl5 Um的凝膠纖維，如圖1和圖2所示所示。其中，甩絲頭的直徑為45臟， 高度為35mm，周圍均勻分布了 12個(gè)直徑為0· 5mm的小孔。離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為200(T3500r/ min，成纖罩內(nèi)的溫度為5(T65°C，相對(duì)濕度為209Γ40%。凝膠纖維經(jīng)55?65°C干燥24h后，放 在熱處理爐中，以1°C /min的升溫速率從KKTC升溫至500°C，保溫lh，其中20(T50(TC通 入水蒸氣帶走纖維熱解產(chǎn)生的酸性揮發(fā)性氣體，使纖維表面不受腐蝕。再以3°C /min升溫 至700°C，保溫lh，最后以5°C /min升溫至1500°C，保溫2h，得到莫來(lái)石連續(xù)纖維，如圖3和 圖4所示。纖維平均直徑在6~llum，且表面光滑，無(wú)氣孔和微裂紋的出現(xiàn)。同時(shí)直徑均勻、 晶粒細(xì)小，仍有較高的力學(xué)強(qiáng)度。說(shuō)明纖維可在1500°C以上長(zhǎng)期使用。纖維主晶相為莫來(lái) 石，如圖5所示，而沒(méi)有其他中間相的產(chǎn)生，說(shuō)明纖維純度很高。纖維密度為3. 3g/cm3,拉伸 強(qiáng)度為〇. 6GPa，楊氏模量為210Gpa。
[0026] 實(shí)施例二： 將30g無(wú)水氯化鋁溶于500ml水中，然后和30. 3g鋁粉添加到具有加熱、回流的反應(yīng)釜 中，KKTC加熱2~2. 5h，冷卻過(guò)濾后得到聚合氯化鋁母液。
[0027] 按照Al203:Si02:Mg0的質(zhì)量比為72 :27:1的化學(xué)組成，量取正硅酸乙酯 (TE0S)96ml，將TE0S和無(wú)水乙醇的共混物加入到硝酸與醋酸的混合溶液中，攪拌0. 5h， TE0S快速水解，得到硅酸溶液。其中TE0S、無(wú)水乙醇、濃硝酸、醋酸、水的體積比為 10:5:1:1:15。量取2.3g的堿式碳酸鎂（化學(xué)式4Mg(0H) 2*MgC03)溶于10g冰乙酸中，形 成透明溶液。
[0028] 將硅溶膠加入到聚合氯化鋁溶液中，將醋酸鎂溶液加入到兩者的混合溶液中，然 后加入25ml冰乙酸作為膠體穩(wěn)定劑及紡絲助劑。70°C抽真空濃縮2~2. 5h后，制成粘度約 為35Pa. s的膠體。
[0029] 將制備的膠體在自制的離心紡絲機(jī)上紡絲，根據(jù)膠體的粘度調(diào)整紡絲機(jī)的轉(zhuǎn)速、 風(fēng)速和溫度，通過(guò)離心力將紡絲原液甩出，并經(jīng)過(guò)熱空氣流的二次牽引，得到纖維長(zhǎng)度在 2(T50cm，直徑l(Tl6um的凝膠纖維。其中，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，成纖罩內(nèi)的溫度為 50?65°C，相對(duì)濕度為209Γ30%。經(jīng)65°C干燥24h后，放在熱處理爐中，以rOmirT 1的升溫速 率從100°C升溫至500°C，再以3°C .min-1升溫至700°C，最后以5°C .min-1升溫至1400°C， 保溫2h，得到莫來(lái)石連續(xù)纖維。由于凝膠纖維在熱處理過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生腐蝕性氣體，所以在 開(kāi)始升溫階段通入水蒸氣，使纖維表面不受腐蝕。得到的莫來(lái)石纖維平均直徑為8~12um，長(zhǎng) 度為2(T40cm。且纖維密度為3. 05g/cm3,拉伸強(qiáng)度為1. 2GPa，楊氏模量為200Gpa。表面光 滑，無(wú)氣孔和微裂紋的出現(xiàn)。
[0030] 實(shí)施例三： 將30g無(wú)水氯化鋁溶于500ml水中，然后和30. 3g鋁粉添加到具有加熱、回流的三叉燒 瓶中，9(Γ100?加熱2?3h，冷卻過(guò)濾后得到透明聚合氯化鋁母液。
[0031] 按照Al203:Si02:B 203的質(zhì)量比為72:26:2的化學(xué)組成，量取正硅酸乙酯 (TE0S) 92ml，將TE0S和無(wú)水乙醇的共混物加入到硝酸與醋酸的混合溶液中，TE0S在酸 性條件下快速水解，得到硅酸溶液。其中TE0S、無(wú)水乙醇、濃硝酸、醋酸、水的體積比為 10:5:1:1:15。量取3. 3g的硼酸粉末（化學(xué)SH3B03)溶于50ml熱水中，形成透明溶液。
[0032] 將硅溶膠加入到所制備的聚合氯化鋁溶液中，再加入硼酸溶液，然后加入30ml冰 乙酸作為膠體穩(wěn)定劑及紡絲助劑，攪拌。70°C抽真空濃縮2. 5h后，制成粘度約為28Pa. s的 膠體。
[0033] 將制備的膠體在自制的離心紡絲機(jī)上紡絲，通過(guò)離心力將膠體甩出，并經(jīng)熱空氣 流的二次牽引，得到纖維長(zhǎng)度在3(T70cm，直徑5~10um的凝膠纖維。其中，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為 2500r/min，成纖罩內(nèi)的溫度為5(T60°C，相對(duì)濕度為309Γ40%。凝膠纖維經(jīng)60°C干燥24h 后，以1. 5°C · mirT1的升溫速率從100°C升溫至500°C，再以3°C · mirT1的升溫速率升溫至 700°C，最后以δ?.π?ιΓ1的速率升溫至1400°C，保溫2h，得到莫來(lái)石纖維。其中20(T500°C 通入水蒸氣帶走纖維熱解產(chǎn)生的酸性揮發(fā)性氣體，使纖維表面不受酸性氣體的腐蝕。得到 的莫來(lái)石纖維平均直徑為7um，且表面光滑，無(wú)氣孔和微裂紋的產(chǎn)生。纖維密度為3. lg/cm3， 拉伸強(qiáng)度為1. 54GPa，楊氏模量為195Gpa。
[0034] 實(shí)施例四： 將30g無(wú)水氯化鋁溶于500ml水中，然后和30. 3g鋁粉添加到具有加熱、回流的反應(yīng)釜 中，100°C加熱2~2. 5h，冷卻過(guò)濾后得到聚合氯化鋁母液。
[0035] 按照Al203:Si02:Y 203的質(zhì)量比為72:26:2的化學(xué)組成，量取正硅酸乙酯 (TE0S)93ml，將TE0S和無(wú)水乙醇的共混物加入到硝酸與醋酸的混合溶液中，TE0S快速水 解，得到硅酸溶液。其中TE0S、無(wú)水乙醇、濃硝酸、醋酸、水的體積比為10:5:1:1:15。將硅 溶膠加入到所制備的聚合氯化鋁溶液中，量取5. 4g的醋酸釔（化學(xué)式Y(jié)(Ac) 3 · 3H20)溶于 兩者的混合溶液中，然后加入30ml冰乙酸作為膠體穩(wěn)定劑及紡絲助劑，攪拌一段時(shí)間，直 至醋酸釔完全溶解。70°C抽真空濃縮1. 5~2h后，制成粘度約為33Pa. s的膠體。
[0036] 將制備的膠體在自制的離心紡絲機(jī)上紡絲，通過(guò)離心力將紡絲原液甩出，并經(jīng)熱 空氣流的二次牽引，得到纖維長(zhǎng)度在4(T55cm，直徑5~10um的凝膠纖維。其中，離心機(jī)的轉(zhuǎn) 速為3500r/min，成纖罩內(nèi)的溫度為50?65°C，相對(duì)濕度為209Γ40%。凝膠纖維經(jīng)55°C干燥 25h后，以1°C 的升溫速率從100°C升溫至500°C，其中20(T50(TC通入水蒸氣帶走纖 維熱解產(chǎn)生的酸性揮發(fā)性氣體，使纖維表面不受酸性氣體的腐蝕。再以3°C ?mirT1升溫至 700°C，保溫lh，最后以YOmirT1升溫至1500°C，保溫2h，得到多晶莫來(lái)石連續(xù)纖維。得到 的莫來(lái)石纖維平均直徑為l〇um，但表面粗糙，無(wú)氣孔和微裂紋的產(chǎn)生。纖維密度為3. 33g/ cm3,拉伸強(qiáng)度為0. 8GPa，楊氏模量為215Gpa。
[0037] 實(shí)施例五： 將30g無(wú)水氯化鋁溶于500ml水中，然后和30. 3g鋁粉添加到具有加熱、回流的反應(yīng)釜 中，100°C加熱2~2. 5h，冷卻過(guò)濾后得到聚合氯化鋁母液。
[0038] 按照Al203:Si02:Zr0 2的質(zhì)量比為71 :28:1的化學(xué)組成，量取正硅酸乙酯 (TEOS) 101ml，將TE0S和無(wú)水乙醇的共混物加入到硝酸與醋酸的混合溶液中，TE0S快速水 解，得到硅酸溶液。其中TE0S、無(wú)水乙醇、濃硝酸、醋酸、水的體積比為10:5:1:1:15。同時(shí) 硅酸溶膠應(yīng)盡快使用，以免長(zhǎng)時(shí)間靜置形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，失去效用。
[0039] 量取2. 4g的堿式碳酸鋯（Zr02含量> 40%)溶于10g冰乙酸中，形成透明溶液。將 硅溶液加入到聚合氯化鋁溶液中，并加入醋酸鋯溶液，然后加入25ml冰乙酸作為膠體穩(wěn)定 劑及紡絲助劑，攪拌。70°C抽真空濃縮1. 5h后，制成粘度約為20Pa. s的膠體。
[0040] 將制備的膠體在自制的離心紡絲機(jī)上離心紡絲，根據(jù)膠體的粘度調(diào)整紡絲機(jī)的 轉(zhuǎn)速、風(fēng)速和溫度，通過(guò)離心力將紡絲原液甩出，并經(jīng)過(guò)熱空氣流的二次牽引，得到長(zhǎng)度為 35?60cm，直徑5?10um的凝膠纖維。其中，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為2500r/min，成纖罩內(nèi)的溫度為 50?65°C，相對(duì)濕度為209Γ40%。凝膠纖維經(jīng)55?65°C干燥24h后，放在熱處理爐中，以1°C / min的升溫速率從100°C升溫至500°C，保溫lh，其中20(T500°C通入水蒸氣帶走纖維熱解產(chǎn) 生的酸性揮發(fā)性氣體，使纖維表面不受腐蝕。再以3°C /min升溫至700°C，保溫lh，最后以 5°C /min升溫至1400°C，保溫2h，得到莫來(lái)石連續(xù)纖維。纖維主晶相為莫來(lái)石相，此外還有 t-Zr02相的產(chǎn)生，如圖6所示。得到的莫來(lái)石纖維平均直徑在6~llum，且表面光滑，無(wú)氣孔 和微裂紋的出現(xiàn)。纖維密度為3. 18g/cm3,拉伸強(qiáng)度為1. 86GPa，楊氏模量為204Gpa。
[0041] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種莫來(lái)石纖維的制備方法，其特征在于：其制備步驟包括如下： (1) 制備莫來(lái)石纖維前驅(qū)體膠體：a，將氯化鋁溶液和鋁粉按照一定比例添加到具有加 熱、回流的反應(yīng)釜中，9(T10(TC加熱2~3h，反應(yīng)完全后，過(guò)濾得到蒼白色透明聚合氯化鋁母 液；b，將TEOS和無(wú)水乙醇的共混物加入到硝酸與醋酸的混合溶液中，攪拌0. 5h后，TEOS水 解，得到硅酸溶液；c，將得到硅酸溶液添加到聚合氯化鋁母液中，并加入醋酸作為穩(wěn)定劑及 紡絲助劑或者其他氧化物第二相的前驅(qū)體溶膠，65~70°C下抽真空濃縮至一定粘度，得到莫 來(lái)石纖維前驅(qū)體溶膠，其粘度值為2(T40Pa · s ; (2) 離心紡絲：采用自制的離心紡絲機(jī)離心紡絲，最終得到直徑均勻的凝膠纖維； (3) 制備莫來(lái)石纖維：將得到的凝膠纖維55?65°C干燥24h，90(Tl60(rC下熱處理2h，得 到所需要的多晶莫來(lái)石連續(xù)纖維。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石纖維的制備方法，其特征在于：所述離心紡絲的過(guò)程 為：莫來(lái)石纖維前驅(qū)體溶膠在離心力的作用下，從孔徑為〇. 5_的小孔中高速離心甩出后， 再經(jīng)5(T65°C的熱空氣流進(jìn)行二次牽引，干燥、固化，最終得到直徑均勻且韌性較好的前驅(qū) 體長(zhǎng)纖維，所述纖維長(zhǎng)度為3(T60cm、直徑為l(Tl5um，其中，甩絲頭的直徑為45mm，高度為 35mm，周圍均勻分布了 12個(gè)直徑為0. 5mm的小孔，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000?3500r/min，成纖罩 內(nèi)的溫度為50?65°C，相對(duì)濕度為209Γ40%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石纖維的制備方法，其特征在于：所述TEOS、無(wú)水乙醇、 濃硝酸、醋酸、水按照體積比為10:5:1:1:15。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟（3)中對(duì)凝膠 纖維進(jìn)行熱處理的過(guò)程如下：將凝膠纖維放入熱處理爐中，以1°C /min的速率從100°C升溫 至500°C，并保溫lh，其中20(T500°C通入水蒸氣帶走纖維熱解產(chǎn)生的酸性揮發(fā)性氣體，使 纖維表面不受腐蝕；然后以3°C/min的升溫速率升溫至700°C，并保溫lh ;最后纖維以5°C / min升溫至1300°C以上，保溫2h，得到所要制備的多晶莫來(lái)石連續(xù)纖維。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石纖維的制備方法，其特征在于：所述無(wú)水氯化鋁和鋁 粉的添加量中A1/C1的摩爾比為1. 7?2. 1，更好的為1. 8?2. 0。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟（1)中的氧化 物第二相為MgO、B20 3、Y203、Zr02中的一種，其前驅(qū)體溶膠分別為醋酸鎂溶液、硼酸溶液、醋 酸釔溶液、醋酸鋯溶液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟（1)中加入 A1203與Si02總質(zhì)量的25%的醋酸作為穩(wěn)定劑及紡絲助劑或者(Γ2%的其他氧化物第二相的 前驅(qū)體溶膠。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK104086200SQ201410351067
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】劉和義, 喬健, 黃振進(jìn), 崔宏亮, 朱玉龍 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)