[发明专利]一种氧化铝连续纤维的熔融纺丝原料、其制备方法及制得的氧化铝连续纤维

说明书

本发明涉及一种氧化铝连续纤维的熔融纺丝原料、其制备方法及制得的氧化铝连续纤维。包括：1)将聚铝氧烷置于反应釜中，加热至60～100℃，减压蒸馏，继续升温至110～140℃，保温，最后再升温至150～200℃，取样测软化点达到目标软化点时，停止加热，降至室温，得到固体氧化铝前驱体PAO‑P；2)将分散剂、含铝粉体和溶剂以质量比1:(1.5～4):(3～6)混合，研磨得到粉体浆料；3)将所得前驱体与所得粉体浆料混合，升温至150～200℃减压蒸馏得到熔融纺丝原料。本方法合成了可熔纺的氧化铝前驱体PAO‑P，并给出氧化铝纤维原丝熔融纺丝和烧结工艺，克服了氧化铝连续纤维无法通过熔融纺丝制备得到的缺陷。

技术领域

本发明属于陶瓷纤维的制备领域，具体地说，涉及无机氧化物陶瓷纤维的制备，特别是涉及一种氧化铝连续纤维的熔融纺丝原料、其制备方法及制得的氧化铝连续纤维。

背景技术

氧化铝纤维是一种高性能无机纤维。它以Al₂O₃为主要成分,有的还含有其它金属氧化物如ZrO₂和SiO₂等,具有长纤、短纤、晶须等多种形式。氧化铝纤维的突出优点是高强度、高模量，以及在1000～1200℃空气气氛下优异的力学性能，同时还具有热导率小,热膨胀系数低,抗热震性好等优点。此外，与其它高性能无机纤维如碳化硅纤维相比，氧化铝纤维原料成本低，且生产工艺简单，在航空航天和民用高端材料领域都有巨大的市场前景。

氧化铝陶瓷熔点高且融化后粘度低，无法用传统的熔融拉丝工艺生产。为此各国研究者采用化学方法陆续开发出几条不同的生产路线，其中前驱体法是工业化制备氧化铝连续纤维的主要方法。根据前驱体原料种类差异，具体可分为有机纤维浸渍法、无机盐法、溶胶－凝胶法、有机聚合物前驱体法及泥浆溶液法等。3M公司采用溶胶-凝胶法，以结晶氯化铝、醋酸、铝粉、去离子水等为原料，经过多步反应形成主体为碱式氯化铝的粘性水溶胶。将制备的可拉丝胶体经连续干法纺丝干燥后形成前驱体原丝，通过连续热处理控制结晶方向和速度，转变成氧化物纤维(H.G.Sowman in'Sol-Gel Technology for Thin Films,Fibers,Preforms,Electronics,and Specialty Shapes'(edited by L.C.Klein),Noyes,Park Ridge,NJ,U.S.A,1988,p.140)。干法纺丝的缺点是溶液纺丝再烘干造成的溶剂挥发导致环境污染，以及溶剂挥发过程受环境温度、湿度影响大，原丝质量不易控制。而熔融纺丝工艺避免了溶剂的使用，根本解决了以上问题，因此成为化纤行业首选的纺丝工艺。

E.I.Du Pont公司采用泥浆溶液法，以粒径<500nm的α-Al₂O₃粉体主原料，Al₂(OH)₅Cl·2H₂O水溶液为流变助剂，经熔纺、老化、裂解、陶瓷化得到直径为20um，牌号为FP的氧化铝连续纤维，由于纤维较粗，力学性能不及3M公司水平(ALUMINA FIBER～US 3,808,015)。

目前国内仅能实现氧化铝纤维棉的工业化生产，产品耐温等级仅有800℃，连续纤维研制仍处于实验室研究阶段，山东大学以氯化铝、硝酸铝及异丙醇铝为原料，采用溶胶-凝胶法制备了氧化铝连续纤维(CN2012140454976.7)，产品性能接近国外中端产品水平，受合成方法局限，纤维中残存的钠钾离子，影响纤维的高温力学性能。

熔融纺丝是将原料加热熔融，通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维的纺丝方法。该方法的优点是对设备要求简单，无需溶剂，污染小，工作环境好。但是由于Al原子具有较强的金属性，难以制备出可以熔融的氧化铝前驱体，因此目前尚无采用前驱体熔融纺丝制备氧化铝纤维的报道，而氧化铝陶瓷熔点高且熔体的粘度低，因此无法像石英纤维那样采用传统的熔融拉丝法生产。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容