[发明专利]一种氧化锆纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化锆纤维的制备方法。涉及的一种氧化锆纤维的制备方法采用碱式碳酸锆、氧氯化锆、冰乙酸、硝酸钇、去离子水为原料制备前驱体锆溶胶纺丝液，经离心甩丝或静电喷吹获得氧化锆凝胶纤维，再经高温热处理获得直径为1‑6μm的氧化锆纤维；该方法采用市场上价格低廉的氧氯化锆和碱式碳酸锆为原料，通过碱式碳酸锆控制氧氯化锆的水解和冰乙酸的加入量，精确调节溶胶的PH值，避免了冰乙酸的过量使用，通过离心甩丝法或静电喷吹法获得氧化锆纤维，制备过程操作简单，成本低廉，易于规模化生产。

技术领域

本发明为无机耐火节能材料技术领域，具体涉及一种氧化锆纤维的制备方法。

背景技术

多晶氧化锆纤维由于其具有诸多的优良特性，已成为航天军工、节能减排和复合材料等领域的重要基础原材料。与其它无机纤维相比多晶氧化锆纤维具有许多独特的、不可替代的优良性能。在所有投入商用的无机纤维中氧化锆纤维的理论使用温度最高（熔点2715℃），且具有导热率低（氧化锆的导热率在金属氧化物中最低）、良好的抗烧蚀性、耐化学腐蚀、高温下蒸汽压低和强度高等特性，是一种可以长期在超高温氧化气氛下使用的优质高温隔热材料和结构功能材料。

在航天领域中多晶氧化锆纤维的主要用途是超高温绝热材料和结构增强材料；如用多晶氧化锆纤维制成的衬垫作为导弹、火箭喷管、喉部的绝热稳定材料，可以在短时间经受2000℃以上的高温；在通讯卫星上，多晶氧化锆纤维被用于高能电池隔膜、支撑体和隔热材料。此外，近年来多晶氧化锆纤维还被广泛应用于再入飞行器的超高温复合材料，前锥体及翼前缘超高温绝热、烧蚀与结构材料等。

多晶氧化锆纤维在上世纪70年代首先由美国联合碳化物公司研制成功并投入商业化生产，最初的应用领域是镍氢电池的隔膜材料，并将其成功的应用于卫星航天器中；随后英国ICI公司，日本东芝公司和品川耐火材料公司先后开发出具有各自风格的多晶氧化锆纤维系列产品，并将应用领域逐步扩大，目前已在航天军工、超高温工业和复合材料领域得到了广泛的应用。国外公司的生产技术已趋于成熟，产品质量稳定，使用效果较好，一直作为军工战略物品使用，因此研发我国具有自主知识产权的氧化锆纤维的制备技术并实现工业化生产，具有重要现实意义。

在国内中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司、山东大学、厦门大学、山东德艾普节能材料有限公司、南京理工大学等数家高校和研究机构在氧化锆纤维制备技术方面已开展深入性研究工作，部分已开始进行氧化锆纤维的小批量生产；但目前仍存在生产工艺复杂、胶体稳定性差、制备的氧化锆纤维直径较粗、粉化严重现象。

专利CN 1459418A和CN 1584155 A中利用氧氯化锆、乙酰丙酮和三乙胺合成乙酰丙酮合锆前驱体胶体制备氧化锆纤维，其工艺复杂，需要在低温下控制合成，难易进行工业化生产；专利CN 102181962 B和CN 110592723 A中采用碱式碳酸锆和冰乙酸，加入助纺剂直接合成前驱体胶体制备氧化锆纤维，其合成的胶体稳定性需要过量的乙酸（1:2-3）进行稳定，虽然专利CN110592723 A中说明尽少量使用冰乙酸，但使用量仍然超过碱式碳酸锆和冰乙酸理论摩尔反应值（1:1）达到1:1.5-1.8；由于冰乙酸自身具有的挥发性，造成后续胶体储备和纤维成纤时，会对设备和人员形成酸性伤害。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种氧化锆纤维的制备方法。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种氧化锆纤维的制备方法，其特征在于：制备方法采用碱式碳酸锆、氧氯化锆、冰乙酸、硝酸钇、去离子水为原料制备前驱体锆溶胶纺丝液，经离心甩丝或静电喷吹获得氧化锆凝胶纤维，再经高温热处理获得直径为1-6μm的氧化锆纤维；其具体步骤如下：