[发明专利]一种增强氧化铝柔性纤维性能的方法

说明书

本发明提供一种增强氧化铝柔性纤维性能的方法，包括以下步骤：(1)原位合成纳米SiO₂薄膜：在硅源和催化剂的作用下在氧化铝柔性纤维表面快速水解缩合形成SiO₂纳米粒子；(2)对步骤(1)所得氧化铝柔性纤维进行热处理和表面粗糙处理；(3)对经步骤(2)处理的氧化铝柔性纤维进行高分子覆膜和热固化处理。本发明方法可以提高纤维的强度，且在高温下保持良好的氧化铝柔性纤维的力学性能；同时还可以修补制备过程中出现的微裂纹，进一步增加纤维力学性能。

技术领域

本发明属于纤维材料技术领域，具体涉及一种增强氧化铝柔性纤维性能的方法。

技术背景

氧化铝柔性纤维属于高性能无机纤维，主要成分是三氧化二铝(A1₂O₃)，还含有一定量的添加剂，如二氧化硅、氧化硼、氧化铁、氧化锆和氧化镁等，其具体形式有短切纤维、柔性纤维和晶须等。

氧化铝柔性纤维除具有耐高温、高强度的特点之外，还具有耐腐蚀性强、抗热震性好、绝热性能好、体积小、重量轻及耐机械震动等特点，是一种综合性能优良的工程材，可作为陶瓷、金属、塑料等的增强组份，在工业及航空、航天领域中有着重要的作用。氧化铝纤维的强度大、熔点高，在大气中可用到1400℃以上仍保持完整的纤维形态，同时具有抗冲击性、可绕性等特点，在用于耐烧蚀隔热功能复合材料方面具有得天独厚的优势，氧化铝具有极低的热传导率，氧化铝纤维被认为是极好的高温隔热材料，大量使用在耐火及高精尖领域。但是由于氧化铝纤维本身为矿物纤维，国内生产的氧化铝纤维因为纺丝、烧结等工艺不过关，极易产生纤维表面有机械损伤或者龟裂的情况，使得纤维无法满足后续处理时的搅拌、打碎等工艺要求。

申请号为201010597725.5的发明专利提供了一种柔性氧化铝陶瓷纤维及其制备方法，使用静电纺丝法制备出柔性氧化铝陶瓷纤维，所得氧化铝陶瓷纤维的直径为400～600nm，由粒径20～30nm的纳米颗粒组成；Al₂O₃含量97.0％，SiO₂含量3.0％。申请号为201210257851.5的发明专利公开了一种柔性γ-Al₂O₃纤维膜及其制备方法，采用溶胶-凝胶法与静电纺丝技术相结合的方法用氯化铝、异丙醇铝和无水乙醇、酒石酸、聚乙烯吡咯烷酮配制溶胶纺丝液，制得氧化铝凝胶纤维膜，将凝胶纤维膜煅烧后得到γ-Al₂O₃纤维膜。所得氧化铝纤维膜柔韧性好，不易断裂，力学性能优异，可加工性强。

但是，现有制备方法在制备过程中，由于凝胶纺丝设备及烧结过程中会出现微裂缝，影响氧化铝柔性纤维的力学性能。并且当氧化铝柔性纤维的使用温度达到1350度以上时，氧化铝柔性纤维的力学性能会出现下降，尤其是韧性出现明显下降。

发明内容

本发明通过提供一种增强氧化铝柔性纤维性能的方法，解决了上述问题。本发明采用二氧化硅原位聚合并与聚氨酯乳液在氧化铝柔性纤维表面形成复合膜，该方法可以提高纤维的强度，且在高温下保持良好的氧化铝基陶瓷纤维的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种增强氧化铝柔性纤维性能的方法，包括以下步骤：

(1)原位合成纳米SiO₂薄膜：在硅源和催化剂的作用下在氧化铝柔性纤维表面快速水解缩合形成SiO₂纳米粒子；

(2)对步骤(1)所得氧化铝柔性纤维进行热处理和表面粗糙处理；

(3)对经步骤(2)处理的氧化铝柔性纤维进行高分子覆膜和热固化处理。

优选的，所述硅源为正硅酸乙酯、硅溶胶或硅分散液中的一种，所述催化剂为L-精氨酸、氨水或KH-550中的一种。

优选的，步骤(1)中所述原位合成纳米SiO₂薄膜的具体方法，包括以下步骤：