[发明专利]由陶瓷材料制成的微空心纤维,其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种由陶瓷材料制成的微空心纤维，其制备方法和应用。

对实心的，即不具有内空腔的，所谓在纤维纵向上的中心不具有空腔的陶瓷纤维的制备已有相应记载。这种陶瓷纤维大多绝大部分或完全由玻璃相构成并且例如可作为织物、针织物和隔离材料中的无纺布及用于对金属材料加衬的防热屏蔽和在复合材料中加以应用。这种纤维在各种应用领域，例如就其弹性、弯曲强度以及隔离效果而言都不令人满意。此外这种已知纤维有待于降低其重量并提高其纺丝速度。

采用已知的聚合塑料制的成空心纤维并不能克服上述缺点。这种纤维基于其特性适用服装、屋顶衬、帐棚帆布、膜等平面织物中。但这类纤维的生态耐受性以及耐耐化学和耐热能力通常是不能令人满意的。另外，这类纤维还具有诸如渗透速度较小并且不能吹洗和清洁等缺点。

另外，对陶瓷空心纤维也有记载，这种纤维具有大的壁厚和外径并且其尺寸误差较大和部分甚至仅能制备短的纤维。例如在WO94/23829中记载了一种陶瓷空心纤维，其外径尤其为0.5至10mm并且壁厚为30至500μm，该纤维通过挤压含有陶瓷粉的膏状物、去除粘合剂和烧结制成。但这种陶瓷空心纤维具有的强度有限、弹性小、比表面积小并且不具有半渗透特性。另外，仅能用低速制备和卷绕粗纤维。因此，该纤维不适合于韧度要求高的织物、编织物、针织物和其它的纺织平面结构物。

故本发明的任务在于，制备陶瓷材料构成的微空心纤维，这种纤维不具有已知纤维的上述不足之处，该纤维尤其具有高弹性、高弯曲强度、良好的隔离效果和适于生态环境保护并且另外还可以用高的生产速度加以制备。此外还可用现有的化学纤维纺丝设备来进行它的制备。

依照本发明，该任务通过特征为壁厚约0.01至15μm并且外径约0.5至35μm的陶瓷材料制成的微空心纤维得以解决。

就制造工艺而言，实现小于0.01μm的壁厚是很困难的，即使能实现的话，也具有如下缺点：空心纤维的内表面和外表面不均匀并且随后涂覆的涂层可能具有诸如孔洞或不均匀的厚度等疵点。当采用本发明的空心纤维通过渗透进行物质分离时，壁厚如果超过约15μm势必导致渗透物流通变差，这是因为渗透物要经过较长的路径，同时选择性也不会得到进一步改善。壁厚优选为约0.3至6μm，尤其是约0.5至3μm。

如果外径小于0.5μm，则空心纤维具有的管孔(Lumen)过小并且将阻碍液体流过纤维。当外径超过35μm时将导致空心纤维的韧性受限以及由大量本发明的空心纤维构成的物质分离组件(就其渗透物流量而言)体积过大。外径，优选约为1至25μm，尤其是约1至10μm并且特别是5至10μm。

本发明的微空心纤维优选作为无端的纤维加以制备，并且当其壁厚和外径的误差不超过+/-6％，尤其是不超过+/-2.5％时，是特别有价值的，即涉及的是优选均匀形成的微空心纤维。这意味着在实际应用时本发明的空心纤维沿其长度具有均一的特性。通过对无端纤维的剪切制成的切段短纤维具有的优点是，它们中没有危害健康的针纤维，即没有其长度小于3μm的纤维。

本发明的微空心纤维外径典型值的数量级为约7μm，壁厚为约1μm，并且因此与管孔的外径相符的空心纤维内径的数量级为5μm。与无管孔的实心纤维相比，节省原材料和降低重量约10至95％，典型值为约40至60％。因此势必大大节省与原材料和制备成本有关的费用。

在本发明的范围内就“陶瓷材料”而言，应将其理解为广义的概念。其中涉及的是由无机和主要是非金属化合物或元素构成的材料的总称。该材料尤其是含有达30体积％以上的结晶材料。就此而言，请参见罗姆波化工大百科(Roempp Chemic Lexikon)，第9版，第3卷，1990年，2193至2195页。本发明的陶瓷空心纤维优选是由氧化物的、硅酸盐的、氮化物的和/或碳化物的陶瓷材料构成。本发明的这种陶瓷空心纤维尤其优选以氧化铝、磷酸钙(磷灰石)或同族的磷酸盐、瓷-或或堇青石类的成分、富铝红柱石、氧化钛、钛酸盐、氧化锆、硅酸锆、锆酸盐、尖晶石、祖母绿、红宝石、金刚砂、硅或其它化学元素的氮化物或碳化物或其混合物为基础。必要时对无机的主要组份添加作为添加剂的诸如MgO、CaO、ZrO₂、ZrSiO₄、Y₂O₃等陶瓷中已知的物质或主成份的前体物。