[发明专利]一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法

权利要求书

1.一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤S1：将碱式碳酸锆、碳酸钇、醋酸加入反应釜中，在转速为100-150r/min，温度为50-60℃的条件下，进行反应至反应液的粘度为8-25Pa.s，制得前驱体醋酸锆溶胶，将前驱体醋酸锆溶胶在温度为15-45℃条件下，进行老化至粘度为60-100Pa.s，得到可纺性醋酸锆胶体；

步骤S2：将步骤S1制得的可纺性醋酸锆胶体加入反应釜中，在转速为60-80r/min，温度为320-350℃的条件下，进行搅拌并加入碳化硅胶体，搅拌2-3h制得混合胶体，将混合胶体加入高速离心甩丝机中，在转速为10000-13000r/min，温度为20-35℃的条件下，进行纺丝制得凝胶纤维；

步骤S3：将步骤S2制得的凝胶纤维放入高温轨道窑炉中进行加热，以1.5-2℃/min的升温速率进行升温至温度为550℃，进行保温1-1.5h，再以5-10℃/min的升温速率进行升温至温度为1050℃，进行保温1-1.5h后，快速冷却至室温，制得直径为3-6μm的氧化锆晶体纤维基体；

步骤S4：将步骤S3制得氧化锆晶体纤维基体加入增强液中，在温度为25-30℃的条件下，进行浸泡20-25h后，取出氧化锆晶体纤维基体，在温度为300-350℃的条件下，煅烧1-1.5h，在温度为500-550℃的条件下，煅烧1-1.5h，温度为700-750℃的条件下，煅烧1-1.5h，温度为1000-1100℃的条件下，煅烧1-1.5h后，冷却至室温制得氧化锆晶体纤维；

所述的碳化硅胶体由如下步骤制成：

步骤A1：将聚二甲基硅氧烷加入反应釜中，并通入氮气进行保护，在温度为300-320℃的条件下，进行保温2-2.5h后，以1℃/min的升温速率进行升温至温度为390-420℃的条件下，进行保温1.5-2h，制得液态聚硅烷；

步骤A2：将二乙烯基苯和步骤A1制得的液态聚硅烷加入反应釜中，通入氮气进行保护，在温度为530-550℃的条件下，经过石英裂解柱进行裂解，并进行冷凝回流4-5h后，冷却至室温制得先驱体粗品；

步骤A3：将步骤A2制得的先驱体粗品和二甲苯中加入反应釜中，在转速为100-150r/min，温度为35-40℃的条件下，进行搅拌15-20min后，过滤去除过滤物，将滤液在氮气保护的条件下，进行升温至温度为420-430℃，保温1-1.5h后，降温至温度为340-350℃，进行减压蒸馏，去除蒸馏物，将底物进行冷却至室温制得先驱体；

步骤A4：将步骤A3制得的先驱体加入反应釜中，在温度为320-350℃的条件下，进行加热2-4h，制得碳化硅胶体；

步骤A2所述的二乙烯基苯的用量为液态聚硅烷质量的1.5-3%，步骤A3所述的先驱体粗品和二甲苯的用量为1g:5mL；

所述的增强液由如下步骤制成：

步骤B1：将氢氧化钠溶液加入搅拌釜中，在转速为150-200r/min，温度为35-40℃的条件下，进行搅拌并加入氯化铁，搅拌15-20min后，加入炭黑继续搅拌至混合均匀，升温至温度为300-320℃，进行保温1.5-2h后，继续升温至温度为1100-1200℃，进行保温1.5-2h，冷却至室温，将反应液中黑色粉末用去离子水进行冲洗2-3次，每次冲洗1-3min，制得纳米金刚石；

步骤B2：将步骤B1制得的纳米金刚石和氢氧化钠溶液加入反应釜中，在转速为150-200r/min，温度为85-90℃的条件下，进行搅拌3-5h后，过滤去除氢氧化钠溶液，将滤饼用去离子水进行冲洗至滤饼表面成中性，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇溶液加入反应釜中，在转速为100-150r/min的条件下，进行搅拌并加入滤饼，搅拌5-10min后，升温至温度为80-85℃的条件下，进行回流反应4-5h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干制得改性纳米金刚石；

步骤B3：将碳纳米管加入丙酮中进行浸泡，在频率为30-50kHz的条件下，进行超声处理后，过滤去除丙酮，将碳纳米管用去离子水进行冲洗3-5次，每次冲洗20-30s，将冲洗后的碳纳米管浸泡在氢氧化钠溶液中，在温度为80-90℃的条件下，进行保温10-15min后，过滤去除氢氧化钠溶液，将碳纳米管进行冲洗至表面成中性，再将碳纳米管加入硝酸溶液中，在温度为50-60℃的条件下，进行浸泡5-10min后，过滤去除硝酸溶液，将碳纳米管进行烘干，制得改性碳纳米管；

步骤B4：步骤B2制得的改性纳米金刚石和去离子水加入搅拌釜中，在转速为200-300r/min的条件下，进行搅拌10-15min后，加入步骤B3制得的改性碳纳米管继续搅拌5-10min，在频率为10-15MHz的条件下，进行分散10-15min，制得增强液；

步骤B1所述的氢氧化钠溶液的质量分数50-60%，氢氧化钠溶液和氯化铁的用量比为10mL:3-5g，炭黑的用量为氯化铁用量的8-10倍，步骤B2所述的氢氧化钠溶液的质量分数为10-15%，γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇溶液的用量体积比为1:1-1.3，乙醇溶液的质量分数为70-80%，滤饼的用量为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇溶重量总和30-50%，步骤B3所述的氢氧化钠溶液质量分数为10-13%，硝酸溶液的质量分数为45-50%，步骤B4所述的改性纳米金刚石、去离子水、改性碳纳米管的用量比为3g:10mL:1-1.5g。

2.根据权利要求1所述的一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法，其特征在于：步骤S1所述的碱式碳酸锆和碳酸钇的用量质量比为5:1，步骤S2所述的可纺性醋酸锆胶体和碳化硅胶体用量体积比为6:1-1.5。