[发明专利]一种连续氧化铝纤维用前驱体溶胶及其应用

说明书

本发明涉及一种可纺氧化铝前驱体溶胶及其应用。所述溶胶通过下述方案制备：选取单质铝，将单质铝分为N份；将有机酸和水混合均匀，然后加入第1份单质铝；在小于等于100℃的条件下进行冷凝回流；冷凝回流过程中，将剩余的单质铝分至少2次加入到体系中继续冷凝回流，单质铝完全加入后继续回流至少1小时；然后加入催化剂；继续冷凝回流至少1小时；冷却，过滤，得到连续氧化铝纤维制备用前驱体溶胶。本发明制备工艺简单、无污染、绿色循环，易于大规模工业化生产制备。该溶胶通过干法纺丝、煅烧处理可制备连续氧化铝纤维及氧化铝基陶瓷纤维，产品可应用于隔热绝缘、军工国防、航空航天、化工环保等领域。

技术领域

本发明涉及一种连续氧化铝纤维用前驱体溶胶及其应用，该溶胶可用于连续氧化铝纤维以及氧化铝基陶瓷纤维的制备，属于无机陶瓷材料领域。

背景技术

氧化铝纤维，又称多晶氧化铝纤维，属于高性能无机纤维，是一种多晶陶瓷纤维，具有长纤、短纤、晶须等多种形式，以Al₂O₃为主要成分，并含有少量的SiO₂、B₂O₃、MgO等助剂。连续氧化铝纤维具有高强度、超常的耐热性和耐高温氧化性的优点，可以在更高温度下保持很好的抗拉强度。连续氧化铝纤维表面活性好，易与树脂、金属、陶瓷基体复合，形成诸多性能优异、应用广泛的复合材料。因此连续氧化铝纤维一直被认为是最具有潜力的高温材料。

连续氧化铝纤维主要采用溶胶-凝胶法制备，可纺性氧化铝前驱体溶胶是获得连续氧化铝基纤维的关键。氧化铝前驱体溶胶的分子结构直接决定纺成纤维的连续性及纺丝过程的稳定性。目前，报道的较适合的前期溶胶主要有铝醇盐、羧酸铝体系。其中铝醇盐体系前驱体溶胶，由于有机醇盐活性高，水解/聚合速率快，制备的氧化铝前驱体不稳定，需添加多种助剂控制反应速率导致工艺复杂，不利于规模化生产，如文献[参见：Journal ofsol-gel science and technology.,1994,2:2525-2528]。羧酸铝体系中，铝粉在酸溶液中的溶解和反应速率较慢，通常需要在高温或添加催化剂的条件下进行反应。如专利[参见USPatent 495462]报道了一种制备连续氧化铝纤维的方法，采用铝粉、甲酸、乙酸体系制备羧酸铝溶胶，同时需要加入硝酸铝等催化剂，整个反应条件较为苛刻，需要在溶液沸腾时才能制备得到；文献[参见：硅酸酸盐学报，1997,25(3):339-344.]报道氯化汞作为催化剂制备羧酸铝体系前驱体溶胶，由于氯化汞有毒性，不适合大规模工业化生产。因此，国内外学者一直致力于开发工艺更简单、更绿色环保、成纤更稳定的氧化铝前驱体溶胶。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种连续氧化铝纤维用前驱体溶胶及其应用，所述方法工艺简单、经济的可纺氧化铝前驱体溶胶的制备方法，得到了。

本发明一种连续氧化铝纤维制备用前驱体溶胶，所述溶胶以羧酸铝体系氧化铝前驱体为主要组分，含有少量其他氧化物前驱体(氧化硅、氧化铁、氧化镁等)，可用于制备连续氧化铝纤维以及氧化铝基陶瓷纤维。

本发明一种连续氧化铝纤维制备用前驱体溶胶，其的制备包括下述步骤：

选取单质铝，将单质铝分为N份；将有机酸和水混合均匀，然后加入第1份单质铝；在小于等于100℃的条件下进行冷凝回流；冷凝回流过程中，将剩余的单质铝分至少2次加入到体系中继续冷凝回流，单质铝完全加入后继续回流至少1小时；然后加入催化剂；继续冷凝回流至少1小时；冷却，过滤，得到连续氧化铝纤维制备用前驱体溶胶；所述催化剂选自水溶性铝盐、无机酸中的至少一种。

本发明一种连续氧化铝纤维制备用前驱体溶胶，单质铝和有机酸的摩尔比为1:0.5～6、优选为1：0.5-4、进一步优选为1：0.5-2；单质铝与水的摩尔比为1：10～80、优选为1:10～50、进一步优选为1:20～40。