一种柔性铈酸镧纳米纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性铈酸镧纳米纤维膜及其制备方法。该制备方法包括：1)将铈盐、镧盐依次溶解于相对应的溶剂中，并加入硫辛酸继续搅拌，随后加入稳定剂1

【技术实现步骤摘要】
一种柔性铈酸镧纳米纤维膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于纺织材料
，具体涉及一种柔性铈酸镧纳米纤维膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷纤维材料具有耐高温性好、抗氧化能力强、耐机械振动性能好、优良的热稳定性和化学稳定性等优点，在航空航天、国防军工、武器装备、化工冶金、核能发电等热防护领域具有广泛的应用。现有的陶瓷纤维普遍在微米数量级，将其直径进一步细化至纳米数量级时，可显著减小纤维间的孔隙尺寸，增大对气体分子运动的限制作用，进而有效降低气体热导率。然而，当前陶瓷纤维隔热材料的红外反射率普遍较低，致使其在高温条件下隔绝辐射传热的能力不足，限制了其高温隔热防护性能的进一步提升。铈酸镧因具有红外反射性能优异、耐高温性好、导热率低、毒性小等特性而备受关注，将其加工成纳米纤维时，可同时降低材料的气体热传导、固体热传导和辐射热传导，有望制备出兼具低气固热导率与高红外屏蔽性能的高效陶瓷纳米纤维隔热材料。陶瓷纳米纤维材料的制备方法主要有水热合成法、溶胶凝胶法、甩丝法、固液气相法和静电纺丝法等，其中静电纺丝法以其制造装置简单、可纺原料范围广、纤维结构可调性好等优点，已成为当前制备陶瓷纳米纤维材料的主要技术之一。
[0003]目前，国内外利用静电纺丝技术制备铈酸镧纳米纤维的报道较少，Advanced Engineering Materials 9(2007)205
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207中报道了以氧化镧和六水合硝酸铈为金属源，聚乙烯吡咯烷酮为高分子聚合物模板，利用静电纺丝技术和高温煅烧方法，获得了铈酸镧纳米纤维。上述文献虽然利用静电纺丝技术制备出纤维状铈酸镧材料，但是由于在前驱体溶液中加入了大量高分子聚合物，致使前驱体溶液中无机组分含量偏低，导致煅烧后铈酸镧纤维产率偏低。此外，前驱体纤维中的聚合物在煅烧过程中易失稳分解，使得纤维连续性较差且单纤维缺陷较多，难以获得柔性铈酸镧纳米纤维。因此，制备具有红外反射率高、气固热导率低、高温隔热性好、结构稳定性高的柔性铈酸镧纳米纤维膜，可有效提升陶瓷纤维材料的红外遮蔽性能和高温隔热性能，为高效陶瓷纳米纤维高温隔热材料的开发提供借鉴。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种具有高红外反射率、低热导率的柔性铈酸镧纳米纤维膜，解决了现有陶瓷纤维材料在高温条件下隔绝辐射传热能力不足、高温隔热防护性能难以进一步提升的问题，制备出兼具高红外屏蔽性能与低气固热导率的高效陶瓷纳米纤维隔热材料。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种柔性铈酸镧纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，将铈盐、镧盐依次溶解于溶剂中，加入硫辛酸并继续搅拌5～120min，随后加入稳定剂1
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乙基
‑3‑
甲基咪唑二氨腈，搅拌5～120min后，制备得到前驱体溶液；
[0008]步骤2，采用静电纺丝技术将前驱体溶液纺制成前驱体纤维膜；
[0009]步骤3，将前驱体纤维膜进行煅烧，取出后在常温空气中冷却，得到柔性铈酸镧纳米纤维膜；
[0010]所述铈盐为六水合硝酸铈或七水合氯化铈；
[0011]所述镧盐为六水合硝酸镧或六水合氯化镧；
[0012]所述溶剂为乙醇、甲醇或N,N
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二甲基甲酰胺中的一种或几种。
[0013]进一步地，步骤1中，铈盐与镧盐的摩尔比为1:1，铈盐和镧盐的总质量与溶剂的用量比为10g:20～80mL，铈盐与硫辛酸的摩尔比为1:0.1～2，铈盐与1
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乙基
‑3‑
甲基咪唑二氨腈的摩尔比为1:0.01～0.2。
[0014]进一步地，步骤1中，前驱体溶液的动力粘度为0.2～10Pa
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s、电导率为2～80mS/m。
[0015]进一步地，步骤2中，静电纺丝的工艺参数为：在纺丝环境温度10～60℃及相对湿度10～80％的条件下，将前驱体溶液以0.1～15mL/h的流速进行灌注，并将喷丝头连接在5～60kV的高压电源进行纺丝，接收装置与喷丝头之间的距离为10～40cm。
[0016]进一步地，步骤3中煅烧是将前驱体纤维膜直接放入温度为500～1000℃的高温煅烧炉中煅烧，保温10～360min后取出，在常温空气中冷却，得到柔性铈酸镧纳米纤维膜。
[0017]采用上述方法制备得到的柔性铈酸镧纳米纤维膜中纤维的平均直径为10～550nm，且相对标准偏差为0.1～10％，纤维内部晶粒尺寸为2～65nm，柔性铈酸镧纳米纤维膜的柔软度为0～100mN，柔性铈酸镧纳米纤维膜在近红外波段内平均红外反射率为≥91.5％，100～1000℃范围内的导热系数为0.026～0.127W/(m
·
K)。纤维的直径范围代表纤维的粗细，纤维直径较小，单纤维的柔软度较好，纤维膜的柔性提高；相对标准偏差可用来表征纤维直径的分布均匀性，相对偏差值越小，纤维均匀性越好；晶粒尺寸与单纤维的力学性能密切相关，晶粒尺寸越小，单纤维的力学性能越高，纤维膜的柔性越好。
[0018]本专利技术第一步将铈盐、镧盐依次溶解在相对应的溶剂中，并加入硫辛酸搅拌均匀，硫辛酸与游离的铈离子、镧离子发生螯合作用，且硫辛酸分子中的五元环二硫键通过动态开环聚合，形成线型分子长链；同时，硫辛酸侧链羧基与铈羟基、镧羟基通过氢键相互连接，形成交叉网状分子链，有效提高了前驱体溶液的粘弹性与可拉伸性。为了提高前驱体溶液的稳定性，避免交叉网状分子链在快速拉伸过程中出现链断裂现象，在前驱体中加入稳定剂1
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乙基
‑3‑
甲基咪唑二氨腈，1
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乙基
‑3‑
甲基咪唑二氨腈通过分子间静电相互作用使得交叉网状分子链保持稳定。随后，利用静电纺丝技术，将前驱体溶液纺制成前驱体纤维。在纺丝过程中，溶液快速挥发，使得纺丝射流快速凝胶固化，形成结构均匀、连续性较好的前驱体纤维。由于前驱体纤维中有机组分含量较少，因此在后续煅烧过程中，直接将前驱体纤维膜放入具有一定温度的高温煅烧炉中煅烧，而不是利用传统的程序升温方式进行煅烧，可以有效避免单纤维完整的骨架结构因为大量有机组分的失稳分解而受到破坏。此外，在高温炉中保温一段时间后取出并在常温空气中快速冷却处理，可有效缓解陶瓷纤维在降温过程中的晶型转变与晶粒二次生长，获得晶粒尺寸小、纤维缺陷少的柔性铈酸镧纳米纤维膜。
[0019]有益效果：
[0020](1)本专利技术不同于传统的铈酸镧纤维材料制备方法，在前驱体溶液配制过程中无需加入高分子聚合物，前驱体纤维中铈酸镧含量较高，纤维连续性好，单纤维缺陷少，制备
工艺简单、可操作性强且易于产业化。
[0021](2)本专利技术不同于传统陶瓷纤维的程序升温方式进行煅烧，直接将前驱体纤维放入具有一定温度的高温煅烧炉中煅烧，并保温一段时间后取出并在常温空气中快速冷却处理，可有效缓解陶瓷纤维在降温过程中的晶型转变与晶粒二次生长，获得晶粒尺寸小、纤维缺陷少的柔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性铈酸镧纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，将铈盐、镧盐依次溶解于溶剂中，加入硫辛酸并继续搅拌5～120min，随后加入稳定剂1
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乙基
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甲基咪唑二氨腈，搅拌5～120min后，制备得到前驱体溶液；步骤2，采用静电纺丝技术将前驱体溶液纺制成前驱体纤维膜；步骤3，将前驱体纤维膜进行煅烧，取出后在常温空气中冷却，得到柔性铈酸镧纳米纤维膜；所述铈盐为六水合硝酸铈或七水合氯化铈；所述镧盐为六水合硝酸镧或六水合氯化镧；所述溶剂为乙醇、甲醇或N,N
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二甲基甲酰胺中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，铈盐与镧盐的摩尔比为1:1，铈盐和镧盐的总质量与溶剂的用量比为10g:20～80mL，铈盐与硫辛酸的摩尔比为1:0.1～2，铈盐与1
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【专利技术属性】
技术研发人员：单浩如，傅秋霞，王文强，王智蓉，葛建龙，刘其霞，张伟，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：