一种提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，将氧化锆连续纤维快速转移至1200‑1500℃高温区域，停留一段时间，然后迅速置于室温环境下冷却。经过本发明专利技术处理后的氧化锆连续纤维，在处理后氧化锆连续纤维单丝抗拉伸强度是缓慢升温程序处理后强度的2‑3倍，力学性能明显提高。

A method to improve the strength and windability of zirconia continuous fiber

The invention relates to a method for improving the strength and winding ability of a zirconia continuous fiber, which rapidly transfers the zirconia continuous fiber to a high temperature area of 1200 \u2011 1500 \u2103, stays for a period of time, and then rapidly cools it under the environment of room temperature. The tensile strength of the treated zirconia continuous fiber is 2 \u2011 3 times of the strength of the treated zirconia continuous fiber after slow temperature rise program treatment, and the mechanical property is obviously improved.

【技术实现步骤摘要】
一种提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法
本专利技术涉及一种提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，尤其涉及一种采用聚乙酰丙酮合锆体系制备高强度氧化锆连续纤维，并进行处理提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，属于无机非金属氧化物纤维材料

技术介绍
氧化锆纤维是一种具有极大应用潜力的结构增强和功能复合材料，具有熔点高、热导率低、热容小、耐酸碱腐蚀、力学性能优异、高温蒸气压低等突出优点，受到世界各国的广泛关注和争相研究，在航天、军事和其他当今高科技和尖端
，正发挥着越来越重要的作用。氧化锆纤维分为短纤维和连续纤维，由于氧化锆纤维制备技术上的难度，国际上通常将长度大于1米的氧化锆纤维成为氧化锆连续纤维。从1964年开始国内外开展的大都是氧化锆短纤维的制备技术方面的研究，山东大学晶体材料国家重点实验室许东教授的研究团队1998年率先在氧化锆连续纤维的制备方面取得重大突破。采用各种前驱体的方法，具体方法在专利CN1206397C中已经详细描述，实验室制备出了氧化锆连续纤维。在CN201410240102.0中介绍了一种千米级耐高温氧化锆连续晶体纤维的制备方法、CN201410240079.5中介绍了一种醋酸氧锆-甲醇体系制备连续氧化锆晶体纤维的方法，都详细描述了前驱体的合成、纺丝液的配制、干法纺丝、压力解析、中高温热处理等过程。但是，上述方法对氧化锆连续纤维的强度关注以及可缠绕性不够，得到的氧化锆连续纤维的强度有待进一步提高，而且缠绕性能不佳。氧化锆连续纤维的强度大小直接影响着其作为力学结构增强和功能复合材料所发挥的作用，而连续纤维材料重要的应用形式是用来做编织体，所以其可缠绕性是其可编织的前提。因此，提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性，势在必行。为此，提出本专利技术。
技术实现思路
：针对现有技术不足，本专利技术在原有制备方法得到的氧化锆连续纤维的基础上，进一步处理，提高氧化锆连续纤维的力学强度和可缠绕性，为纤维的编织和应用做好技术和材料支撑。本专利技术的技术方案如下：一种提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，包括步骤如下：将氧化锆连续纤维快速转移至1200-1500℃高温区域，停留一段时间，然后迅速置于室温环境下冷却。根据本专利技术，优选的，停留时间为2-200s；进一步优选2-10s。根据本专利技术，优选的，将氧化锆连续纤维快速转移至1400℃高温区域，停留10s，然后迅速置于室温环境下冷却。根据本专利技术，优选的，氧化锆连续纤维快速转移至1200-1500℃进行高温停留时，氧化锆连续纤维两端施加微张力，张力的大小20-200cN。施加微张力处理，可以使得氧化锆连续纤维丝束毛丝较少，顺滑无弯曲、无褶皱，纤维有序化程度更高。高温处理后，组成纤维的氧化锆晶粒细小，单丝纤维的抗拉伸强度可达3.0GPa。根据本专利技术，优选的，将室温冷却获得的高强度氧化锆连续纤维进行恒张力或恒线速度有序缠绕，即得成卷氧化锆连续纤维。可缠绕长度几十米到上千米。根据本专利技术，优选的，缠绕的张力大小为50-300cN，线速度为200-2000mm/min。根据本专利技术，优选的，置于室温环境下冷却过程是自然冷却。根据本专利技术，所述的氧化锆连续纤维可按照现有技术制备得到。可参考中国专利文件CN201410240102.0。优选的，按照如下方法得到：(1)聚乙酰丙酮合锆前驱体的制备①按氧氯化锆：无水乙醇＝100g：640～800g的比例，称取氧氯化锆原料溶于无水乙醇中，加入乙酰丙酮搅拌1～2小时；再加入三乙胺-乙醇混合溶液，搅拌反应1～4小时，得含有聚乙酰丙酮合锆的溶液；其中，氧氯化锆：乙酰丙酮：三乙胺＝1:1.8～2.0:1.9～2.5摩尔比，三乙胺-乙醇混合溶液中三乙胺：乙醇＝35～45:100体积比；②将含有聚乙酰丙酮合锆的溶液经减压浓缩除去溶剂乙醇，得粉末，按照氧氯化锆：丙酮＝100g:300～800mL的比例加入丙酮，溶解可溶物，减压抽滤除去不溶的盐酸三乙胺白色沉淀，所得滤液通过减压浓缩回收丙酮，直至获得干的粉末，即得聚乙酰丙酮合锆前驱体；(2)纺丝液的配制将聚乙酰丙酮合锆前驱体溶于无水甲醇中，按照氧化钇：(氧化锆+氧化钇)＝5.7～8mol％的比例加入钇盐，搅拌形成溶液，通过蒸发溶剂的方法浓缩，直至获得粘度10～100Pa·s的透明、均匀、稳定的前驱体纺丝液，所述粘度在20℃时测量；(3)干法纺丝将前驱体纺丝液移入纺丝装置中的液料罐中，真空脱泡5～10min，在温度10～40℃、相对湿度20～80％条件下，用钢瓶氮气或计量泵的方式对纺丝液加压0.5～2.5MPa，使其从孔径为0.03～0.20mm的纺丝板孔喷出，经多级牵伸和收丝，得直径10～40μm的聚乙酰丙酮合锆前驱体连续纤维；(4)压力解析将前驱体连续纤维置于预热至90～130℃的压力容器中，通入气氛后压力控制在2～15个大气压，加热升温，使温度为120～200℃，进行解析处理，处理时间为5min～4h，使得前驱体纤维中的配体乙酰丙酮解析出来；解析处理结束后，排放富集乙酰丙酮的蒸汽使压力容器内的温度降至80～100℃，将压力解析后的纤维继续放置于容器内干燥5～30min，然后取出进行热处理；(5)热处理将步骤(4)压力解析处理后的纤维置于烧结炉内进行热处理，在蒸汽存在下，以0.5～3℃/min的升温速率升温至500～800℃，使聚乙酰丙酮合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。根据本专利技术，一种优选的实施方案，包括步骤如下：将氧化锆连续纤维快速进入1400℃高温区，高温区停留时间为10s，施加张力为100cN，然后直接将氧化锆连续纤维置于室温下冷却。测得氧化锆连续纤维单丝的抗拉伸强度在2.0GPa左右，最高可达3.0GPa。根据本专利技术，一种高强度可缠绕氧化锆连续纤维的制备方法，包括步骤如下：(1)聚乙酰丙酮合锆前驱体的制备①按氧氯化锆：无水乙醇＝100g：640～800g的比例，称取氧氯化锆原料溶于无水乙醇中，加入乙酰丙酮搅拌1～2小时；再加入三乙胺-乙醇混合溶液，搅拌反应1～4小时，得含有聚乙酰丙酮合锆的溶液；其中，氧氯化锆：乙酰丙酮：三乙胺＝1:1.8～2.0:1.9～2.5摩尔比，三乙胺-乙醇混合溶液中三乙胺：乙醇＝35～45:100体积比；②将含有聚乙酰丙酮合锆的溶液经减压浓缩除去溶剂乙醇，得粉末，按照氧氯化锆：丙酮＝100g:300～800mL的比例加入丙酮，溶解可溶物，压滤除去不溶的盐酸三乙胺白色沉淀，所得滤液通过减压浓缩回收丙酮，直至获得干的粉末，即得聚乙酰丙酮合锆前驱体；(2)纺丝液的配制将聚乙酰丙酮合锆前驱体溶于无水甲醇中，按照氧化钇：(氧化锆+氧化钇)＝5.7～8mol％的比例加入钇盐，搅拌形成溶液，通过蒸发溶剂的方法浓缩，直至获得粘度10～100Pa·s的透明、均匀、稳定的前驱体纺丝液，所述粘度在20℃时测量；(3)干法纺丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，包括步骤如下：/n将氧化锆连续纤维快速转移至1200-1500℃高温区域，停留一段时间，然后迅速置于室温环境下冷却。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，包括步骤如下：
将氧化锆连续纤维快速转移至1200-1500℃高温区域，停留一段时间，然后迅速置于室温环境下冷却。


2.根据权利要求1所述的提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，其特征在于，停留时间为2-200s。


3.根据权利要求2所述的提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，其特征在于，停留时间为2-10s。


4.根据权利要求1所述的提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，其特征在于，将氧化锆连续纤维快速转移至1400℃高温区域，停留10s，然后迅速置于室温环境下冷却。


5.根据权利要求1所述的提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，其特征在于，氧化锆连续纤维快速转移至1200-1500℃进行高温停留时，氧化锆连续纤维两端施加微张力，张力的大小20-200cN。


6.根据权利要求1所述的提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，其特征在于，将室温冷却获得的高强度氧化锆连续纤维进行恒张力或恒线速度有序缠绕，即得成卷氧化锆连续纤维。


7.根据权利要求6所述的提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，其特征在于，缠绕的张力大小为50-300cN，线速度为200-2000mm/min。


8.根据权利要求1所述的提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，其特征在于，置于室温环境下冷却过程是自然冷却。


9.根据权利要求1所述的提高氧化锆连续纤维的强度和可缠绕性的方法，其特征在于，氧化锆连续纤维按照如下方法得到：
(1)聚乙酰丙酮合锆前驱体的制备
①按氧氯化锆：无水乙醇＝100g：640～800g的比例，称取氧氯化锆原料溶于无水乙醇中，加入乙酰丙酮搅拌1～2小时；再加入三乙胺-乙醇混合溶液，搅拌反应1～4小时，得含有聚乙酰丙酮合锆的溶液；其中，氧氯化锆：乙酰丙酮：三乙胺＝1:1.8～2.0:1.9～2.5摩尔比，三乙胺-乙醇混合溶液中三乙胺：乙醇＝35～45:100体积比；
②将含有聚乙酰丙酮合锆的溶液经减压浓缩除去溶剂乙醇，得粉末，按照氧氯化锆：丙酮＝100g:300～800mL的比例加入丙酮，溶解可溶物，减压抽滤除去不溶的盐酸三乙胺白色沉淀，所得滤液通过减压浓缩回收丙酮，直至获得干的粉末，即得聚乙酰丙酮合锆前驱体；
(2)纺丝液的配制
将聚乙酰丙酮合锆前驱体溶于无水甲醇中，按照氧化钇：(氧化锆+氧化钇)＝5.7～8mol％的比例加入钇盐，搅拌形成溶液，通过蒸发溶剂的方法浓缩，直至获得粘度10～100Pa·s的透明、均匀、稳定的前驱体纺丝液，所述粘度在20℃时测量；
(3)干法纺丝
将前驱体纺丝液移入纺丝装置中的液料罐中，真空脱泡5～10min，在温度10～40℃、相对湿度20～80％条件下，用钢瓶氮气或计量泵的方式对纺丝液加压0.5～2.5MPa，使其从孔径为0.03～0.20mm的纺丝板孔喷出，经多级牵伸和收丝，得直...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱陆益，谢永帅，许东，王新强，张光辉，刘雪松，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37