[发明专利]一种用于制备高性能氧化锆晶体纤维的高温压力解析技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备高性能氧化锆晶体纤维的高温压力解析技术，特别是氧化锆晶体纤维制备中的前驱体纤维的高温压力解析技术，属于无机非金属材料领域。

背景技术

氧化锆晶体纤维同氧化铝、石英、莫来石、硅酸铝等其它氧化物纤维和碳、碳化硅、氮化硼等非氧化物纤维相比，是一种更优异的先进隔热和复合增强材料。由于它在氧化物中具有极高的熔点(2715℃)、导热系数最小、高温蒸汽压最低和优异的耐酸碱腐蚀等独特性能，所以，在航空、航天等尖端技术和工业领域都具有特别重要的应用前景。

由于氧化锆自身具有高的熔点和熔体的低粘度，多采用化学的方法形成含有配体的Zr-O-Zr长链聚合物，然后经过特殊后处理获得高强度的氧化锆晶体纤维。本申请人自1998年开始对氧化锆晶体纤维形成机理和制备的关键技术进行了系统地探索研究，已采用溶胶-凝胶和聚乙酰丙酮合锆以及聚醋酸氧锆前驱体纺丝法系统地解决了高性能氧化锆连续纤维和短纤维棉的制备关键技术。相关的专利包括CN03112408.9氧化锆连续纤维的制备方法及设备，CN200410024264.7有机聚锆前驱体纺丝液甩丝法制备氧化锆纤维棉、CN200410085390.3用于制备氧化锆连续纤维的烧结炉、CN200910013781.7全稳定立方相氧化锆晶体纤维的制备方法、CN200910255807.9氧化锆介孔纤维及其制备方法等。现有技术中聚锆前驱体法制备氧化锆晶体纤维包括如下步骤：前驱体的制备、纺丝液的配制、甩丝、压力解析、热处理等。其中获得的聚锆前驱体纤维是由锆、有机配体和羟基相连形成的线性链状聚合物，其中配体占有较大的分量。根据已有专利实施过程中的工艺及环保问题，本发明人进行了积极地探索研究，通过氧化锆晶体纤维形成机理研究结果发现，氧化锆晶体纤维的性能主要取决于配体的解析、成核、晶粒排列等过程，从无定形态聚锆前驱体纤维到晶粒排列取向构成的氧化锆晶体纤维转变中，配体的有效解析过程是形成氧化锆晶体纤维的关键环节。前驱体纤维解析的效果，直接影响到后面工序过程中氧化锆晶核的形成、成核速率和均匀性、晶粒的排列取向等问题。研究发现对有机配体的低温、低压下的解析不完全，二次解析对纤维的结晶非常不利，此外解析的温度、压力、气氛、时间等都对氧化锆晶体纤维的性能有着重要的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种聚锆前驱体纤维的高温压力解析技术。

本发明是在现有技术聚锆前驱体法制备氧化锆晶体纤维的基础上，处理聚锆前驱体纤维的方法。聚锆前驱体法制备氧化锆晶体纤维，包括前驱体的制备(含锆聚合物的合成)、纺丝液的配制、甩丝或纺丝、压力解析、热处理，在甩丝或纺丝步骤后、热处理步骤前，采用本发明的高温压力解析方法处理聚锆前驱体纤维。聚锆前驱体包括聚乙酰丙酮合锆前驱体、聚醋酸氧锆前驱体。

本发明的技术方案如下：

一种用于制备高性能氧化锆晶体纤维的高温压力解析的方法，所述的氧化锆前驱体纤维是聚乙酰丙酮合锆前驱体纤维或聚醋酸氧锆前驱体纤维，分别含有配体乙酰丙酮、醋酸，包括步骤如下：

(1)将氧化锆前驱体纤维置于预热的70～120℃的压力容器中，密封好压力容器，加热升温，控制温度150℃～400℃，压力容器内的填充度为10～80％，压力容器中填充的溶剂为水、双氧水、有机溶剂之一或组合，进行解析处理，使前驱体纤维中的有机配体解析下来，处理时间为5min～5h；

(2)解析处理结束后，压力容器内自然温度降至80～100℃，将纤维继续放置于容器内干燥30min～2h，得解析处理好的聚乙酰丙酮合锆前驱体纤维或聚醋酸氧锆前驱体纤维。

然后取出继续进行后续热处理制备氧化锆晶体纤维。后续热处理按现有技术，或者将现有技术中所用特殊气氛的蒸汽通入量的1/3～1/5通入蒸汽，或者不用通入蒸汽。

步骤(1)中压力容器中填充的溶剂是水、双氧水、有机溶剂之一或组合；其中有机溶剂优选乙醇或苯等。进一步优选压力容器中填充的溶剂是水或双氧水。

步骤(1)的所述的加热升温是用蒸汽加热或者电加热，所述蒸汽为有机溶剂蒸汽、水蒸汽、双氧水蒸汽之一或组合。有机蒸汽是指乙醇或苯等易挥发的有机溶剂蒸汽。从安全考虑，最优选水蒸汽。进一步优选的，加热升温所用蒸汽与步骤(1)中的填充溶剂相同。

步骤(1)中，前驱体纤维中的有机配体解析率为70～95wt％。根据解析处理前后前驱体纤维重量差计算得出。