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氧化铝纤维

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文章附图

氧化铝纤维

氧化铝纤维主要成分为氧化铝(Al2O3),辅助成分有SiO2、B2O3、MgO等。氧化铝纤维作为高性能无机纤维中的一种,又分为氧化铝短纤维、氧化铝晶须以及氧化铝连续纤维,可广泛用作高温耐火材料、复合材料的结构增强材料。其中,氧化铝短纤维可用于高端窑炉内衬、汽车三元催化器的衬垫中;氧化铝连续纤维在新能源、复合材料等领域展现出独特的应用价值,使用其制备的增强聚合物复合材料具有透波性好、质量轻的特点,有望在电路板、电子器械、雷达罩和电池等工具或器件中得以应用。据已经实现氧化铝纤维产业化的莫纶(珠海)控股集团有限公司的创始人马小民介绍,氧化铝纤维材料的需求端包括军工和民品。军品端是一个较小的市场,占整体市场空间的10%以下,更多的市场在于民品端,将达千亿级市场规模。目前全球氧化铝纤维市场主要由国外企业垄断,尤其是美国企业占据主导地位,如美国DuPont公司、美国3M公司等,另外日本三菱公司、英国ICI公司等也占据一定的市场份额。

国外厂家的氧化铝纤维物理性能

氧化铝纤维与氧化锆纤维、碳化硅纤维、碳纤维等无机纤维皆是国家重点发展的军备材料,属国家重点需求材料。欧美发达国家将其作为战略储备材料,对我国进行技术封锁,部分产品禁售,非禁产品进行高价、限量销售。我国早年因为人力和物力投入较少、相关技术发展滞后等原因,氧化铝连续纤维的研发及生产技术水平与国际先进水平的差距较大。我国在耐高温新材料领域起步较晚,几乎从2000年之后才开始进行连续纤维的研发,而部分发达国家在20世纪70年代已经实现量产。

氧化铝纤维制备工艺有哪些?

01

溶胶-凝胶法


溶胶-凝胶法是制备高纯度且均匀的Al2O3纤维最通用的方法之一,通过控制前驱体溶胶的粒径、采用较低的煅烧温度即可得到均匀的Al2O3纤维,该方法通常选用异丙醇铝、羧酸铝、硝酸铝及氯化铝等作为前驱体。

山东东珩国纤新材料氧化铝短纤维产品


02

卜内门法


将有机铝盐和其他添加剂在一定条件下混合,使之成为一定粘度的粘稠溶液,然后再与一定量的水溶性有机高分子、含硅氧化聚合物等混合均匀,形成可纺粘液,经过纺丝、干燥、烧结等处理,即得到氧化铝纤维。卜内门法难以得到连续长纤维,其产品多为短纤维形式。


03

熔融抽丝法


熔融抽丝法是1971年美国TYCO研究所开发的一种制备单晶α-Al2O3纤维的方法,通过在高温下向Al2O3熔体内插入钼制细管,利用毛细现象,熔融液刚好升到毛细管的顶端,然后由顶端缓慢向上拉伸得到α-Al2O3连续纤维。此方法可以制得形状较为复杂的连续纤维,但产品性能不易控制,纤维质量较差。


04

浸渍法


采用无机铝盐作为浸渍液,亲水性能良好的粘胶纤维作为浸渍物基体纤维。在一定条件下将其混合均匀,无机铝盐以分子状态分散于基体纤维中,经过浸渍、干燥、烧结、编织等步骤可以得到形状复杂的氧化铝纤维。浸渍法易于形成含铝纤维,并可以制成形状复杂的纤维产品,但成本较高,工艺较为繁琐,产品性能不易控制,形成的纤维质量较差。


05

预聚合法


预聚合法先将烷基铝和其它添加剂在一定条件下聚合,形成一种铝氧烷聚合物,将该聚合物溶解在有机溶剂中,加入硅酸酯或有机硅化合物,再对该混合物进行浓缩处理成可纺粘稠液,再经过干法纺丝成先驱纤维,分别在600℃和1000℃进行热处理,得到微晶聚集态连续氧化铝纤维。该方法的纺丝性能好,易于得到连续长纤维。日本往友化学公司采用预聚合法生产氧化铝纤维,先用烷基铝和水在一定的条件下聚合成铝氧烷化合物,将其溶解在有机溶剂中,再加入硅酸酯或有机硅化合物,将混合物制成可纺粘稠液,经纺丝,干燥,烧结生产出氧化铝纤维。


06

淤浆法


淤浆法是以Al2O3粉末为主要原材料,加入分散剂、流变助剂、烧结助剂等,在一定条件下制成可纺混合物,再经过挤出成纤、干燥、烧结等步骤制备Al2O3连续纤维。该方法为了防止气体挥发时体积收缩过快导致纤维破裂,生产的浆料在烧结前需要进行干燥处理,并选择适当的升温速率。


氧化铝纤维应用领域有哪些氧化铝纤维应用领域有哪些?

Al2O3纤维兼具耐高温、低导热系数、抗压强度高、拉伸强度高、质轻及生物相溶性好等优异特性,其在结构增强、高温隔热、吸附过滤及生物医学等领域表现出极强的竞争优势。


01

结构增强复合材料


近年来,增强金属基复合材料性能的研究及应用引起了许多工程界的关注,而无机金属在增强材料方面有其独特性。由于Al2O3纤维与有机基体间具有较小的界面反应,其复合材料制品的机械性能、硬度及耐磨性会得到进一步的改善。


02

高温隔热材料


Al2O3纤维在高温下具有优异的抗氧化性能,能够在高温使用过程中保持较高的抗拉强度,相较于碳化硅纤维其原料成本较低。此外,Al2O3纤维表面活性较高,具有质量轻、耐高温、热膨胀系数小、抗热震性能好等优点,被广泛应用于航空航天高温隔热领域。


03

吸附过滤材料


Al2O3纤维具有轻质、过滤阻力低、热稳定性好、过滤效率高等优点,常被用作吸附过滤材料,在环境领域具有重要的应用价值。


04

生物医学材料


Al2O3纤维尺寸减小到微米甚至纳米级别时,其在生物医学领域也有了一些应用,将其与无毒且良好生物相容性的聚合物复合可用作伤口愈合材料、组织支架材料,协助骨再生过程等。另外Al2O3复合材料在牙修复领域也有着广泛应用。



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