基于溶胶-凝胶法制备氧化铝纤维的气流喷吹成形工艺研究

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氧化铝纤维(Al2O3)作为一种高性能的无机纤维,是近年来使用最广泛的一种耐高温及金属增强材料。对于氧化铝纤维的生产方法,目前最常用的为溶胶凝胶法。然而,在目前的氧化铝纤维的成型方法中,例如离心甩丝法,平吹法等,都存在纤维渣球多,纤维连续性差,无法连续化生产及纤维产量低等问题,在一定程度上限制了氧化铝纤维的应用,所以自主开发性能优异的氧化铝纤维长丝的生产方法,使其早日实现工业化生产具有深远的意义。   本课题根据溶液喷吹的纤维成型原理,采用自行设计的纺丝装置,在环形和楔形两种喷丝口形状下均成功制备出了氧化铝初生纤维。其中对环形喷丝口下不同溶液粘度制备的纤维进行形貌及XRD结晶分析,并对煅烧后氧化铝纤维的缺陷进行分析研究。系统研究了楔形喷丝口纺丝过程中纺丝溶液粘度、牵伸风压大小、模头喷丝口伸出长度等纺丝工艺参数对氧化铝初生纤维非织造布的形貌、连续性及纤维直径的影响,并对所制备的氧化铝纤维的微观形貌、热性能、元素组成等进行了表征,此外分析了氧化铝纤维的结晶性能,着重探讨了煅烧温度对纤维结晶性能的影响。   研究结果表明:运用课题组自行研制的溶液喷吹纤维纺丝设备,可成功制备出氧化铝初生纤维非织造布,经高温煅烧后,可得到较好的氧化铝纤维;由于环形喷丝口所形成的牵伸风比较柔和,利于纺丝过程中纺丝细流的维持,所以得到的纤维连续性比较好,更容易得到长纤维,并且纤维渣球密度很小,生产效率高,利于工业化推广生产,但同时此喷丝口制备的纤维直径较大,大约为20μm,由于纤维拉伸程度不够,得到的纤维脆性较大;为进一步改善纤维的直径,采用楔形喷丝口进行纺丝,其中较佳的纺丝条件为:纺丝液粘度1.65Pa·s,牵伸风压0.25MPa,喷丝孔伸出长度2mm,在这种工艺条件下,利用溶液喷吹法可成功制备出纤维直径约为3-5μm的氧化铝初生纤维,在1100℃下煅烧2h后可以得到具有优良耐高温性能和良好形貌的氧化铝纤维毡,并且此时氧化铝纤维的晶型主要为γ晶型;对纺丝过程中各个影响因素的控制及纺丝装置等的进一步改进提出建议。  
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