一种高纯氧化铝纤维纸的制备方法与流程

本发明属于氧化铝纤维制品，具体涉及一种高纯氧化铝纤维纸的制备方法。

背景技术：

1、氧化铝纤维是一种新型高性能氧化物陶瓷纤维，主要成分是α-al2o3，其具备热导率低、热稳定性好、耐高温、耐化学腐蚀、质轻、绝缘性好、与树脂基体结合良好等优势，在工业高温炉窑、航空航天、交通运输等领域具有十分广泛的应用前景，其中高纯氧化铝纤维中氧化铝含量达到95%以上。

2、氧化铝纤维属于脆性材料，有较低的抗弯折强度。氧化铝中的化学键为离子键，是由铝原子失去最外层电子形成正离子，氧原子得到电子形成氧负离子，两者相互结合形成的。离子键是正负离子间通过静电吸引所产生的化学键，既没有方向性，也没有饱和性。因此，氧化铝纤维柔韧性差，容易导致在裂纹尖端产生应力集中，在外力作用下，裂纹逐渐开裂扩展，最终影响纤维性能。

3、另外现有技术通过溶胶-凝胶法制备氧化铝连续纤维，凝胶纤维在高温煅烧过程中受热分解发生收缩，纤维单丝间产生摩擦形成较强的静电作用，在后续的合股加捻工艺中由于强静电作用影响纤维的成束性，再加上纤维表面不光滑，氧化铝纤维本身柔韧性较差，在加捻过程中受到扭曲力会导致纤维发生断丝现象，影响纤维束的性能，从而影响氧化铝连续纤维的成品制造。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种高纯氧化铝纤维纸的制备方法，采用氧化铝含量超过95%的高纯氧化铝，同时以氧化铝溶胶作为浸渍液，制备的纤维纸具有良好的耐高温性、柔韧性、抗张强度以及耐老化性质。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种高纯氧化铝纤维纸的制备方法，由如下步骤制成：将凝胶纤维和高纯氧化铝纤维浸泡在氧化铝溶胶中搅拌分散，然后利用氧化铝纤维制纸机抄纸压平，再经过烘干、烧结，制备得到高纯氧化铝纤维纸；

4、所述氧化铝溶胶的制备方法包括以下步骤：

5、a、取结晶氯化铝和去离子水混合均匀，得到氯化铝溶液；

6、b、将铝粉加入至氯化铝溶液中，在机械搅拌的同时置于80~95℃的恒温水浴中加热回流9~18h，得到聚合氯化铝母液；

7、c、将聚合氯化铝母液、硅溶胶、改性聚氨酯和成纤助剂置于80~120℃下混合反应2~5h，得到氧化铝溶胶；

8、所述步骤c中改性聚氨酯的制备方法包括以下步骤：

9、c1、取异佛尔酮二异氰酸酯于反应器中，通氮气保护，加入聚丙二醇和二月桂酸二丁基锡反应2~4h，反应体系降温至70~80℃，加入2，2-二羟甲基丙酸和1，4-丁二醇进行扩链反应3~5h，然后加入烯丙氧基聚乙烯醚进行封端，反应体系降温至35~45℃，滴加三乙胺中和，反应体系降至室温后，加入去离子水高速搅拌乳化，制备得到水性聚氨酯；

10、c2、取氧化锌分散于乙醇和去离子水的混合溶液中，滴加冰醋酸调节体系ph值为4~5，升温至65~80℃，加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷反应10~13h，反应完成后离心、洗涤、干燥，制备得到改性氧化锌；

11、c3、取水性聚氨酯于反应器中，加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和改性氧化锌搅拌1~3h，然后升温至70~95℃，滴加过硫酸钾溶液，保温反应4~6h，降温出料，制备得到改性聚氨酯。

12、优选地，所述步骤c中成纤助剂包括聚环氧乙烷、醋酸和乳酸，所述聚环氧乙烷、醋酸和乳酸的质量比为7~12：3~5：1~3；所述成纤助剂占氧化铝溶胶质量的0.5~2%。

13、优选地，所述烘干温度为70~95℃，烘干时间为8~12h；控制烧结程序为从室温以0.5~0.7℃/min的升温速率升温至350~400℃，再以1~1.5℃/min的升温速率升温至900~1200℃烧结，保温1~4h后冷却。

14、优选地，所述高纯氧化铝纤维纸的厚度为0.5~5mm。

15、优选地，所述步骤c1中异佛尔酮二异氰酸酯、聚丙二醇、2，2-二羟甲基丙酸、1，4-丁二醇和烯丙氧基聚乙烯醚的质量比为15~20：24~30：1.5~2：1：10~14。

16、优选地，所述步骤c3中水性聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和改性氧化锌的质量比为40~50：15~23：8~15：4.5~10。

17、优选地，所述高纯氧化铝纤维的制备方法包括以下步骤：

18、（1）制备氧化铝纤维前驱体溶胶：取结晶氯化铝加入去离子水混合均匀，然后加入铝粉搅拌混合，置于80~100℃下回流12~24h，然后加入添加助剂，分散均匀、浓缩，得到氧化铝纤维前驱体溶胶；

19、（2）离心纺丝：利用离心纺丝机离心纺丝得到凝胶纤维；

20、（3）制备高纯氧化铝纤维：将得到的凝胶纤维置于25~65℃下干燥12~36h，然后置于500~1200℃热处理温度下热处理2~8h，得到高纯氧化铝纤维。

21、优选地，所述步骤（1）中去离子水、结晶氯化铝、铝粉和添加助剂的质量比为60~80：10~25：1~5：5~15。

22、优选地，所述步骤（1）中添加助剂包括乳酸、聚乙烯醇和乙醇，所述乳酸、聚乙烯醇和乙醇的质量比为0.5~1：5~15：0.5~1。

23、本发明的有益效果：

24、本发明以氧化铝溶胶作为浸渍液，起到保护氧化铝纤维的作用，使氧化铝纤维免受外力损伤，增加氧化铝纤维的润滑性，同时提高氧化铝纤维的集束性，消除强静电作用，使纤维束能粘接在一起，保持原丝的完整性，避免出现散丝或断丝，从而避免应力集中在单根纤维上，提高氧化铝连续纤维的力学性能，另外本发明采用氧化铝含量超过95%的高纯氧化铝，耐高温性能更好，高温挥发硅蒸汽量低，能适应极高温和更多极端环境下的使用。本发明制备的纤维纸具有良好的耐高温性、柔韧性、抗张强度以及耐老化性质。

25、本发明利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌，使氧化锌表面接枝双键，然后将水性聚氨酯与甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以及改性氧化锌共聚，制备得到改性聚氨酯，其中水性聚氨酯是一种水性环保树脂材料，含有氨基甲酸酯基团和羟基，可以与纤维形成氢键，对纸张起到加固作用，丙烯酸酯拥有更好的耐水性、机械性能及固化速度，与水性聚氨酯具有互补性，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为抗静电主体，形成的共聚物分子链中带有稳定的铵阳离子，能够增加聚合物的电荷密度，促进电荷的转移，硅溶胶表面的si-oh与氧化铝溶胶中的al-oh相互作用形成si-o-al化学连接，剩下的si-oh也与相邻的-oh反应脱水生成si-o-si键与al-o-si键，消除了氧化铝表面阴离子空穴，从而提高了过渡相的稳定性，在后续热处理过程中，si-o-al转化成无定型的界面层，有效阻止了过渡相氧化铝微晶的聚集，从而阻止了α-al2o3成核与长大，抑制了α-al2o3相变的发生。

技术特征：

1.一种高纯氧化铝纤维纸的制备方法，其特征在于，由如下步骤制成：将凝胶纤维和高纯氧化铝纤维浸泡在氧化铝溶胶中搅拌分散，然后利用氧化铝纤维制纸机抄纸压平，再经过烘干、烧结，制备得到高纯氧化铝纤维纸；

2.根据权利要求1所述的高纯氧化铝纤维纸的制备方法，其特征在于，所述步骤c中成纤助剂包括聚环氧乙烷、醋酸和乳酸，所述聚环氧乙烷、醋酸和乳酸的质量比为7~12：3~5：1~3；所述成纤助剂占氧化铝溶胶质量的0.5~2%。

3.根据权利要求1所述的高纯氧化铝纤维纸的制备方法，其特征在于，所述烘干温度为70~95℃，烘干时间为8~12h；控制烧结程序为从室温以0.5~0.7℃/min的升温速率升温至350~400℃，再以1~1.5℃/min的升温速率升温至900~1200℃烧结，保温1~4h后冷却。

4.根据权利要求1所述的高纯氧化铝纤维纸的制备方法，其特征在于，所述高纯氧化铝纤维纸的厚度为0.5~5mm。

5.根据权利要求1所述的高纯氧化铝纤维纸的制备方法，其特征在于，所述步骤c1中异佛尔酮二异氰酸酯、聚丙二醇、2，2-二羟甲基丙酸、1，4-丁二醇和烯丙氧基聚乙烯醚的质量比为15~20：24~30：1.5~2：1：10~14。

6.根据权利要求1所述的高纯氧化铝纤维纸的制备方法，其特征在于，所述步骤c3中水性聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和改性氧化锌的质量比为40~50：15~23：8~15：4.5~10。

7.根据权利要求1所述的高纯氧化铝纤维纸的制备方法，其特征在于，所述高纯氧化铝纤维的制备方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的高纯氧化铝纤维纸的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中去离子水、结晶氯化铝、铝粉和添加助剂的质量比为60~80：10~25：1~5：5~15。

9.根据权利要求7所述的高纯氧化铝纤维纸的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中添加助剂包括乳酸、聚乙烯醇和乙醇，所述乳酸、聚乙烯醇和乙醇的质量比为0.5~1：5~15：0.5~1。

技术总结
本发明涉及氧化铝纤维制品领域，公开了一种高纯氧化铝纤维纸的制备方法，由如下步骤制成：将凝胶纤维和高纯氧化铝纤维浸泡在氧化铝溶胶中搅拌分散，利用氧化铝纤维制纸机抄纸压平后烘干、烧结，制备得到高纯氧化铝纤维纸；氧化铝溶胶的制备方法包括以下步骤：取结晶氯化铝和去离子水混合均匀，得到氯化铝溶液；将铝粉加入至氯化铝溶液中，在机械搅拌的同时置于80~95℃的恒温水浴中加热回流，得到聚合氯化铝母液；将聚合氯化铝母液、硅溶胶、改性聚氨酯和成纤助剂混合反应，得到氧化铝溶胶，本发明采用高纯氧化铝，同时以氧化铝溶胶作为浸渍液，制备的纤维纸具有良好的耐高温性、柔韧性、抗张强度以及耐老化性质。

技术研发人员：夏树杨
受保护的技术使用者：安徽同和晶体新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/1