[发明专利]氧化铝纤维及其制造方法

说明书

本发明涉及氧化铝纤维，尤其是涉及多晶氧化铝纤维，该纤维与至今已公知的纤维相比具有较低的密度及较高的模量和强度。本发明还涉及制造低密度氧化铝纤维的方法，该方法将加热时能分解成氧化铝的一种氧化铝母体溶液拉丝而制成纤维。

众所周知，使一种含有可溶性金属化合物溶液的拉丝组合物纤维化可制造无机氧化物纤维，该金属化合物在加热时能分解成一种金属氧化物。例如，氧化铝纤维可通过使水合氯化铝的水溶液纤维化，然后再使铝化合物分解以生成氧化铝纤维，该拉丝组合物可含有一种拉丝助剂（例如，一种有机聚合物，以使其具有适合拉丝的流变特性），并含有添加剂，例如相变阻剂，例如，可将二氧化硅或金属氧化物粒子溶解或悬浮在该组合物中。

可用各种方法由拉丝组合物制成纤维，在某种程度上这取决于所生成的纤维形式。无机氧化物纤维（特别是氧化铝纤维）最普通的形式是比较短（如2-5厘米）的毡式或毯式人造纤维，该纤维的制法如下：使传动中的新拉制的凝胶纤维部分干燥，将部分干燥的纤维以丝状或带状收集在拉丝装置的底部，然后使纤维加热以使其干燥，并将该无机氧化物母体转变成无机氧化物。

上述的一般方法可用来制造随机取向的无机氧化物纤维毡或毯，该方法如英国专利说明书NO1360197（吹拉）和专利公开NO2096586A（离心拉丝）中所述。

还提及呈连续长丝形式的无机氧化物纤维，这类纤维可用如下方法制得：例如，经小孔连续挤压拉丝溶液，然后将连续纤维缠绕在转筒上。使凝胶纤维在拉丝孔和缠绕装置之间干燥到一定程度，这样纤维就不会粘在缠绕装置上。在英国专利说明书NO1360197中提出了这种方法。

最近几年，人们对在金属和合金中掺入无机氧化物如氧化铝纤维从而制得耐磨性能和/或高温性能比只有金属或合金时更好的金属基组合物产生了极大兴趣。在这方面值得注意的是汽车工业用部件，尤其是活塞或活塞和联接棒配件的研制。纤维的这种用途显然要求其具有线性纤维产品形式，以使该部件具有单向强度，即在某个方向上比在其垂直方向上具有更高的强度。

在金属基组合物中掺入纤维还包括将纤维与其压实在一起，从而使该组合物中获得较高的纤维容积百分数。无机氧化物纤维硬而易碎，压制随机取向的纤维毡或毯时，结果会使大批纤维断裂。而对于定向纤维或线性纤维来说，用压制方法得到较高体积百分数的纤维时，结果很少有纤维断裂。

最普通的多晶无机氧化物纤维是氧化铝纤维，这些纤维通常含有少量（如少于5%）的相稳定剂，例如二氧化硅，含有二氧化硅的纤维可用于铝和许多铝合金的增强，但它们不适用于镁和含镁合金的增强，因为镁在金属基组合物的形成过程中会和二氧化硅起反应。虽然还提及无二氧化硅的无机氧化物（如氧化铝）纤维，但至今还未得到高强、多孔、高模量的无二氧化硅纤维。

此外，虽然高强度、高模量的氧化铝纤维（含二氧化硅）是已知的，但是，众所周知，低密度（即多孔）的纤维其强度和模量必然也低。

本发明涉及具有较高强度和模量的多孔、低密度纤维（含二氧化硅的纤维，尤其是无二氧化硅的纤维），它基于这样一个发现，即纤维结构中的轴向排列的孔能提高纤维的性能。

按本发明所提供的一种具有较高强度和模量的多孔、低密度氧化铝纤维，在该氧化铝结构中含有轴向排列的孔，该轴向排列的孔至少占纤维总孔隙率的25%。

如上所述，本发明的一种最佳实施方案与不含二氧化硅或其它相稳定剂的纤维有关，不含二氧化硅的氧化铝纤维是本发明的一个特别优选的实施例。

根据本发明的纤维其特征在于：轴向排列的孔至少占该纤维总孔隙率的25%，最好高于25%。这里所用的术语“轴向排列的孔”不仅仅限于那些取向真正平行于纤维轴的孔，还包括取向与轴成小于30度角的孔。但是，最好绝大多数轴向排列的孔基本平行于轴，特别是它与轴的夹角不大于10度。应该注意，具有轴向排列部分和非轴向排列部分（即径向排列部分）的孔（例如含有与径向孔相通的一个轴向孔的曲径或密封孔），其相对应的轴向排列部分也应看作是轴向排列的孔。因此，该轴向排列的孔相对于纤维表面可为密封的孔，也可为敞开的孔。