一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法，将现有技术中的硝酸钇替换成碳酸钇，经过水体系一步合成可纺性醋酸锆胶体，进一步与碳化硅胶体，进行共混纺丝，制得氧化锆晶体纤维基体，碳酸钇的使用避免了传统工艺中硝酸钇带来的吸潮性，且在反应环境潮性较大时，仍能保持氧化锆晶体纤维生产，且在高温烧结时不再产生氮氧化物，对环境的污染更小，并在制备过程中制备一种增强液，在氧化锆晶体纤维基体与增强液进行浸泡，使得镶嵌有改性纳米金刚石的碳纳米管吸附在氧化锆晶体纤维基体表面凹槽中，进而增强了氧化锆晶体纤维的强度，大大提升了氧化锆纤维的耐冲击性。

【技术实现步骤摘要】
一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法
本专利技术属于纤维制备
，具体涉及一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法。
技术介绍
氧化锆纤维的耐热保温性能具有容重小、热导率低、有氧环境耐热高(在大气中2500℃仍能保持良好的纤维形态)等特点，并由此决定其在国防尖端科技和先进民用工业都有着巨大的应用需求，因此，特种晶体纤维的研制与应用是现代材料科学与技术重要发展方向之一。现有的氧化锆晶体纤维在制备过程中会使用硝酸钇，使得在制备过程中会出现吸潮现象，进而影响生产的进行，且在制备过程会产生氮氧化物，进而对环境造成污染，且现有的氧化锆晶体纤维的强度较低，在使用受到外力作用会造成损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法。本专利技术要解决的技术问题：现有的氧化锆晶体纤维在制备过程中会使用硝酸钇，使得在制备过程中会出现吸潮现象，进而影响生产的进行，且在制备过程会产生氮氧化物，进而对环境造成污染，且现有的氧化锆晶体纤维的强度较低，在使用受到外力作用会造成损坏。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法，具体包括如下步骤：步骤S1：将碱式碳酸锆、碳酸钇、醋酸加入反应釜中，在转速为100-150r/min，温度为50-60℃的条件下，进行反应至反应液的粘度为8-25Pa.s，制得前驱体醋酸锆溶胶，将前驱体醋酸锆溶胶在温度为15-45℃条件下，进行老化至粘度为60-100Pa.s，得到可纺性醋酸锆胶体；步骤S2：将步骤S1制得的可纺性醋酸锆胶体加入反应釜中，在转速为60-80r/min，温度为320-350℃的条件下，进行搅拌并加入碳化硅胶体，搅拌2-3h制得混合胶体，将混合胶体加入高速离心甩丝机中，在转速为10000-13000r/min，温度为20-35℃的条件下，进行纺丝制得凝胶纤维；步骤S3：将步骤S2制得的凝胶纤维放入高温轨道窑炉中进行加热，以1.5-2℃/min的升温速率进行升温至温度为550℃，进行保温1-1.5h，再以5-10℃/min的升温速率进行升温至温度为1050℃，进行保温1-1.5h后，快速冷却至室温，制得直径为3-6μm的氧化锆晶体纤维基体；步骤S4：将步骤S3制得氧化锆晶体纤维基体加入增强液中，在温度为25-30℃的条件下，进行浸泡20-25h后，取出氧化锆晶体纤维基体，在温度为300-350℃的条件下，煅烧1-1.5h，在温度为500-550℃的条件下，煅烧1-1.5h，温度为700-750℃的条件下，煅烧1-1.5h，温度为1000-1100℃的条件下，煅烧1-1.5h后，冷却至室温制得氧化锆晶体纤维。进一步，步骤S1所述的碱式碳酸锆和碳酸钇的用量质量比为5:1，步骤S2所述的可纺性醋酸锆胶体和碳化硅胶体用量体积比为6:1-1.5。进一步，所述的碳化硅胶体由如下步骤制成：步骤A1：将聚二甲基硅氧烷加入反应釜中，并通入氮气进行保护，在温度为300-320℃的条件下，进行保温2-2.5h后，以1℃/min的升温速率进行升温至温度为390-420℃的条件下，进行保温1.5-2h，制得液态聚硅烷；步骤A2：将二乙烯基苯和步骤A1制得的液态聚硅烷加入反应釜中，通入氮气进行保护，在温度为530-550℃的条件下，经过石英裂解柱进行裂解，并进行冷凝回流4-5h后，冷却至室温制得先驱体粗品；步骤A3：将步骤A2制得的先驱体粗品和二甲苯中加入反应釜中，在转速为100-150r/min，温度为35-40℃的条件下，进行搅拌15-20min后，过滤去除过滤物，将滤液在氮气保护的条件下，进行升温至温度为420-430℃，保温1-1.5h后，降温至温度为340-350℃，进行减压蒸馏，去除蒸馏物，将底物进行冷却至室温制得先驱体；步骤A4：将步骤A3制得的先驱体加入反应釜中，在温度为320-350℃的条件下，进行加热2-4h，制得碳化硅胶体。进一步，步骤A2所述的二乙烯基苯的用量为液态聚硅烷质量的1.5-3％，步骤A3所述的先驱体粗品和二甲苯的用量为1g:5mL。进一步，所述的增强液由如下步骤制成：步骤B1：将氢氧化钠溶液加入搅拌釜中，在转速为150-200r/min，温度为35-40℃的条件下，进行搅拌并加入氯化铁，搅拌15-20min后，加入炭黑继续搅拌至混合均匀，升温至温度为300-320℃，进行保温1.5-2h后，继续升温至温度为1100-1200℃，进行保温1.5-2h，冷却至室温，将反应液中黑色粉末用去离子水进行冲洗2-3次，每次冲洗1-3min，制得纳米金刚石；步骤B2：将步骤B1制得的纳米金刚石和氢氧化钠溶液加入反应釜中，在转速为150-200r/min，温度为85-90℃的条件下，进行搅拌3-5h后，过滤去除氢氧化钠溶液，将滤饼用去离子水进行冲洗至滤饼表面成中性，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇溶液加入反应釜中，在转速为100-150r/min的条件下，进行搅拌并加入滤饼，搅拌5-10min后，升温至温度为80-85℃的条件下，进行回流反应4-5h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干制得改性纳米金刚石；步骤B3：将碳纳米管加入丙酮中进行浸泡，在频率为30-50kHz的条件下，进行超声处理后，过滤去除丙酮，将碳纳米管用去离子水进行冲洗3-5次，每次冲洗20-30s，将冲洗后的碳纳米管浸泡在氢氧化钠溶液中，在温度为80-90℃的条件下，进行保温10-15min后，过滤去除氢氧化钠溶液，将碳纳米管进行冲洗至表面成中性，再将碳纳米管加入硝酸溶液中，在温度为50-60℃的条件下，进行浸泡5-10min后，过滤去除硝酸溶液，将碳纳米管进行烘干，制得改性碳纳米管；步骤B4：步骤B2制得的改性纳米金刚石和去离子水加入搅拌釜中，在转速为200-300r/min的条件下，进行搅拌10-15min后，加入步骤B3制得的改性碳纳米管继续搅拌5-10min，在频率为10-15MHz的条件下，进行分散10-15min，制得增强液。进一步，步骤B1所述的氢氧化钠溶液的质量分数50-60％，氢氧化钠溶液和氯化铁的用量比为10mL:3-5g，炭黑的用量为氯化铁用量的8-10倍，步骤B2所述的氢氧化钠溶液的质量分数为10-15％，γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇溶液的用量体积比为1:1-1.3，乙醇溶液的质量分数为70-80％，滤饼的用量为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇溶重量总和30-50％，步骤B3所述的氢氧化钠溶液质量分数为10-13％，硝酸溶液的质量分数为45-50％，步骤B4所述的改性纳米金刚石、去离子水、改性碳纳米管的用量比为3g:10mL:1-1.5g。本专利技术的有益效果：本专利技术在制备氧化锆晶体纤维的过程中，将现有技术中的硝酸钇替换成碳酸钇，经过水体系一步合成可纺性醋酸锆胶体，进一步与碳化硅胶体，进行共混纺丝，制得氧化锆晶体纤维基体，碳酸钇的使用避免了传统工艺中硝酸钇带来的吸潮性，且在反应环境潮性较大时，仍能保持氧化锆晶体纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：/n步骤S1：将碱式碳酸锆、碳酸钇、醋酸加入反应釜中，在转速为100-150r/min，温度为50-60℃的条件下，进行反应至反应液的粘度为8-25Pa.s，制得前驱体醋酸锆溶胶，将前驱体醋酸锆溶胶在温度为15-45℃条件下，进行老化至粘度为60-100Pa.s，得到可纺性醋酸锆胶体；/n步骤S2：将步骤S1制得的可纺性醋酸锆胶体加入反应釜中，在转速为60-80r/min，温度为320-350℃的条件下，进行搅拌并加入碳化硅胶体，搅拌2-3h制得混合胶体，将混合胶体加入高速离心甩丝机中，在转速为10000-13000r/min，温度为20-35℃的条件下，进行纺丝制得凝胶纤维；/n步骤S3：将步骤S2制得的凝胶纤维放入高温轨道窑炉中进行加热，以1.5-2℃/min的升温速率进行升温至温度为550℃，进行保温1-1.5h，再以5-10℃/min的升温速率进行升温至温度为1050℃，进行保温1-1.5h后，快速冷却至室温，制得直径为3-6μm的氧化锆晶体纤维基体；/n步骤S4：将步骤S3制得氧化锆晶体纤维基体加入增强液中，在温度为25-30℃的条件下，进行浸泡20-25h后，取出氧化锆晶体纤维基体，在温度为300-350℃的条件下，煅烧1-1.5h，在温度为500-550℃的条件下，煅烧1-1.5h，温度为700-750℃的条件下，煅烧1-1.5h，温度为1000-1100℃的条件下，煅烧1-1.5h后，冷却至室温制得氧化锆晶体纤维。/n...

【技术特征摘要】
1.一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤S1：将碱式碳酸锆、碳酸钇、醋酸加入反应釜中，在转速为100-150r/min，温度为50-60℃的条件下，进行反应至反应液的粘度为8-25Pa.s，制得前驱体醋酸锆溶胶，将前驱体醋酸锆溶胶在温度为15-45℃条件下，进行老化至粘度为60-100Pa.s，得到可纺性醋酸锆胶体；
步骤S2：将步骤S1制得的可纺性醋酸锆胶体加入反应釜中，在转速为60-80r/min，温度为320-350℃的条件下，进行搅拌并加入碳化硅胶体，搅拌2-3h制得混合胶体，将混合胶体加入高速离心甩丝机中，在转速为10000-13000r/min，温度为20-35℃的条件下，进行纺丝制得凝胶纤维；
步骤S3：将步骤S2制得的凝胶纤维放入高温轨道窑炉中进行加热，以1.5-2℃/min的升温速率进行升温至温度为550℃，进行保温1-1.5h，再以5-10℃/min的升温速率进行升温至温度为1050℃，进行保温1-1.5h后，快速冷却至室温，制得直径为3-6μm的氧化锆晶体纤维基体；
步骤S4：将步骤S3制得氧化锆晶体纤维基体加入增强液中，在温度为25-30℃的条件下，进行浸泡20-25h后，取出氧化锆晶体纤维基体，在温度为300-350℃的条件下，煅烧1-1.5h，在温度为500-550℃的条件下，煅烧1-1.5h，温度为700-750℃的条件下，煅烧1-1.5h，温度为1000-1100℃的条件下，煅烧1-1.5h后，冷却至室温制得氧化锆晶体纤维。


2.根据权利要求1所述的一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法，其特征在于：步骤S1所述的碱式碳酸锆和碳酸钇的用量质量比为5:1，步骤S2所述的可纺性醋酸锆胶体和碳化硅胶体用量体积比为6:1-1.5。


3.根据权利要求1所述的一种碱法制备环保氧化锆晶体纤维的方法，其特征在于：所述的碳化硅胶体由如下步骤制成：
步骤A1：将聚二甲基硅氧烷加入反应釜中，并通入氮气进行保护，在温度为300-320℃的条件下，进行保温2-2.5h后，以1℃/min的升温速率进行升温至温度为390-420℃的条件下，进行保温1.5-2h，制得液态聚硅烷；
步骤A2：将二乙烯基苯和步骤A1制得的液态聚硅烷加入反应釜中，通入氮气进行保护，在温度为530-550℃的条件下，经过石英裂解柱进行裂解，并进行冷凝回流4-5h后，冷却至室温制得先驱体粗品；
步骤A3：将步骤A2制得的先驱体粗品和二甲苯中加入反应釜中，在转速为100-150r/min，温度为35-40℃的条件下，进行搅拌15-20min后，过滤去除过滤物，将滤液在氮气保护的条件下，进行升温至温度为420-430℃，保温1-1.5h后，降温至温度为340-350℃，进行减压蒸馏，去除蒸馏物，将底物进行冷却至室温制得先驱体；
步骤A4：将步骤A3制得的先驱体加入反应釜中，在温度为320-350℃的条件下，进行加热2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：任克诚，夏树杨，赵显，周小平，
申请(专利权)人：安徽同和晶体新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34