一种醋酸氧锆-甲醇体系制备连续氧化锆晶体纤维的方法

摘要

本发明涉及一种醋酸氧锆-甲醇体系制备连续氧化锆晶体纤维的方法。该方法是分别以氧氯化锆、醋酸盐或者碱式碳酸锆、冰醋酸、甲醇为原料，一步合成醋酸氧锆前驱体溶胶纺丝液，利用干法纺丝结合牵伸技术获得连续的氧化锆前驱体纤维，在有机蒸汽、水蒸气或者混合气氛中进行压力解析并通过中高温气氛热处理获得高性能连续氧化锆晶体纤维。纤维更加致密、透明，高温性能好。

主权项

一种醋酸氧锆‑甲醇体系制备连续氧化锆晶体纤维的方法，包括聚醋酸氧锆前驱体溶胶的制备、干法纺丝、压力解析、中高温处理，步骤如下：（1）醋酸氧锆前驱体纺丝液的制备醋酸氧锆前驱体纺丝液分两种方法进行制备：分别以高纯八水合氧氯化锆和碱式碳酸锆为锆源；按以下方法制备：①八水合氧氯化锆作为锆源：将氧氯化锆溶于无水甲醇中，搅拌至充分溶解，形成氧氯化锆的甲醇溶液；按氧氯化锆与醋酸盐的摩尔比为1:1.6~2.0的比例，取醋酸盐溶于无水甲醇中，形成醋酸盐的甲醇溶液；在室温和搅拌的条件下，将醋酸盐的甲醇溶液滴加至氧氯化锆的甲醇溶液中，有白色沉淀产生并放热；待反应体系冷却至0~10℃，真空抽滤、分离去除沉淀，获得聚醋酸氧锆前驱体的溶液；按摩尔比Y₂O₃：（Y₂O₃+ZrO₂）=5.7~8mol%的比例掺入钇盐，在32~45℃减压浓缩，直至获得无色透明均匀、粘度为30~100Pa·s的溶胶纺丝液，所述粘度在20℃下测量；②碱式碳酸锆作为锆源：按照碱式碳酸锆：冰乙酸：甲醇=1：（2~2.5）：（2~5）的摩尔比，称取碱式碳酸锆、冰乙酸和无水甲醇，将冰乙酸与无水甲醇混合均匀；在20~40℃温度下，将冰乙酸与甲醇的混合溶液加入至碱式碳酸锆中，同时快速搅拌，反应完全形成透明甲醇溶液；按摩尔比Y₂O₃：（Y₂O₃+ZrO₂）=3.0~10.0mol%的比例掺入钇盐，在32~45℃减压浓缩，直至获得粘度为30~100Pa·s的溶胶纺丝液，所述粘度在20℃下测量；（2）干法纺丝将纺丝液移入纺丝装置中的液料罐中，真空脱泡5~10min，在温度为10~40℃和相对湿度20~80%条件下，用钢瓶氮气或者计量泵的方式来对纺丝液施加0.5~2.5MPa的压力，使其从孔径0.03~0.20mm的铌钽合金或者铂金纺丝板喷出，经牵伸和特殊收丝装置，获得直径10~40µm，透明、连续的前驱体纤维；（3）压力解析将聚醋酸氧锆连续前驱体纤维置于预热至90~130℃的压力容器中，通入气氛后压力控制在2~20大气压，加热升温，使温度为120~210℃，进行解析处理，处理时间为 5min~4h，使得前驱体纤维中的配体醋酸解析出来；解析处理结束后，排放富集醋酸的蒸汽使压力容器内的温度降至80~100℃，将纤维继续放置于容器内干燥5~30min，然后取出进行后续热处理；（4）中高温热处理将压力解析处理后的纤维置于程控烧结炉内进行中高温热处理，在蒸汽存在下，以0.5~3℃/min的升温速率升温至500~800℃，使聚醋酸氧化锆前驱体发生充分解析并结晶转化为连续氧化锆晶体纤维；以3~6℃/min的升温速率升温至1200~1600℃，并保温1~3h进行烧结，获得直径为5~20µm、单丝连续长度可达数千米的连续氧化锆晶体纤维。