[发明专利]一种含有莫来石晶相的氧化铝基长纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的增强体，具体涉及一种含有莫来石晶相的氧 化铝基长纤维及其制备方法。

背景技术

氧化铝基长纤维是一种高性能陶瓷纤维，其主要成份为氧化铝和二氧化 硅，主要形式有短纤维、长纤维和纤维聚合体。目前，公开报道的制备氧化 铝基长纤维的公司有3M公司的Nextel系列长纤维、杜邦公司的FP和 PRD-166系列长纤维、日本Sumitomo公司的Altex系列和Sumica系列的连 续纤维以及英国ICI公司的Saffil系列短纤维。其纤维的制备方法也有所差 异，如杜邦公司的FP型纤维，将15μm的α-Al₂O₃微粉和Al₂(OH)₅ Cl·2H₂O 及少量的MgCl₂配成凝胶溶液，达到一定粘度后，纺成连续的莫来石连续纤 维。在1500℃氢氧火焰中，经数秒煅烧而成莫来石纤维；3M公司的Nextel 系列纤维得用溶胶-凝胶法生产，其是将含有HCOO-和CH₃COO-等阴离子的 铝溶胶与硅胶和硼酸按适当比例混合，在一定条件下浓缩制得粘性适宜的纺 丝液，经纺丝机拉丝成连续纤维(US 4,047,965；Johnson，D.D Nextel 312 ceramic fiber from 3M.J.Coated fabrics，1981，11，282-296)；英国的ICI公司 的Safill系列短纤维，将Al₂(OH)₅ Cl·2H₂O或Al₂(OH)₅ Cl·2H₂O水溶液与水 溶性的有机硅烷混合，并加入聚乙烯醇，形成可纺溶胶，纺丝液高速气流喷 吹成棉花状短纤维，并在1000℃以下热处理，得到多晶Al₂O₃纤维(US 4,320,074)。

杜邦公司得到的FP型纤维，其直径大，强度低，不适于工业生产；而 英国的ICI公司得到的纤维为短纤维，无连续性；3M公司的Nextel系列纤 维由于采用了先进的工业手段，纤维性能好，但制备麻烦，且过多的有机物 的加入在很大程度上损害了纤维的综合性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含有莫来石 晶相的氧化铝基长纤维及其制备方法，该氧化铝基长纤维具有制备容易、成 本低廉、长度长、直径小，且具有强度高、柔软性好的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种含有莫来石晶相的氧化铝基长纤维，其晶体结构为莫来石晶形或由 莫来石和氧化铝两种晶形组成，若由两种晶形组成，其中莫来石晶形含量占 总晶形含量为a，且2.6％≤a＜100％，而氧化铝晶形为不定形氧化铝晶形和α- 氧化铝晶形中的一种或两种，若为两种，则两种晶形为任意比，所述长纤维 的原生纤维直径为1-50μm，长度大于30m，烧成纤维的直径为0.5-40μm， 长度大于20m。

一种制备所述含有莫来石晶相的氧化铝基长纤维的方法，包括如下步骤：

步骤1：制备碱式氯化铝溶胶：首先将分子式为：[Al₂(OH)_n Cl_6-n]_m，0＜n＜6 的聚合氯化铝溶于水中，然后和Al粉按摩尔比1∶2-1∶6混合，最后将混合溶 液在40-90℃温度下回流搅拌4-10h，得到碱式氯化铝溶胶；

步骤2：制备前驱体溶胶：首先将酸性硅溶胶加入步骤1制备好的碱式 氯化铝溶胶中，酸性硅溶胶的加入量以SiO₂的含量占烧成纤维的质量的 1-35％进行折算，搅拌0.5-5h，得到双相溶胶，然后向该双相溶胶中添加高 分子聚合物纺丝助剂，高分子聚合物纺丝助剂添加量占最终烧成的长纤维中 Al₂O₃质量的2％-12％，搅拌0.2-10h，得到前驱体溶胶；

步骤3：制备可纺溶胶：将步骤2得到的前驱体溶胶在常压或负压下且 在温度20-90℃下浓缩聚合，得到可纺溶胶；

步骤4：制备原生氧化铝基长纤维：首先将步骤3中得到的可纺溶胶， 注入纺丝机储存罐中，经脱泡处理后，然后经干法纺丝得到原生氧化铝基长 纤维，并用滚筒卷绕收集；