CN105780167A - 一种氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机及纺丝方法 - Google Patents

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赵峰
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    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material

Abstract

本发明公开了一种氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机及纺丝方法，属于陶瓷纤维制备技术领域。包括恒温干燥通道及设置在恒温干燥通道外部的电机，在恒温干燥通道内部设有与电机相连的卷丝辊，在卷丝辊上方设有喷丝头；在恒温干燥通道顶部外还设有储液罐和阻尼器，储液罐和阻尼器之间设有齿轮泵，阻尼器与喷丝头相连。该纺丝机结构设计合理，操作十分简单，保证了陶瓷纤维的机械化纺丝，为陶瓷纤维的工业化生产奠定了基础。经本发明方法制得的氧化铝基陶瓷纤维可用于航空航天、汽车、文体用品等领域，作为复合材料中的增强体。

Description

一种氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机及纺丝方法
技术领域
本发明属于陶瓷纤维制备技术领域，具体涉及一种氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机及纺丝方法。
背景技术
陶瓷纤维是一种纤维状材料，它的直径一般为2～50μm，纤维表面呈光滑圆柱形。陶瓷纤维的品种主要有普通硅酸铝纤维、高铝硅酸铝纤维、硅酸铝纤维(Cr2O3，ZrO2)、多晶氧化铝纤维和多晶莫来石纤维等。
陶瓷纤维具有质量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，因而广泛应用于石化、冶金、电力、航空、航天、消防、家电、汽车、船舶等各个领域。随着应用技术的提高，陶瓷纤维还在不断拓展新的应用领域。
在国内，短陶瓷纤维的生产工艺比较成熟，生产厂家有：山东鲁阳，浙江德清，洛阳耐火材料等公司。在国外，陶瓷短纤维、连续纤维的制备技术也已工业化生产，生产厂家如：美国3M，英国ICI，日本Sunitomo等公司。全世界的研究者继续对纤维的制备进行更深入的研究，以期简化纤维制备工艺、降低成本、提高质量。
溶胶－凝胶法制备陶瓷纤维设备简单、制备成本低，烧结温度低(比淤浆法低400～500℃)，前驱体混合均匀(其化学均匀性可达分子水平)，制备过程中的反应温和，反应过程易于控制。因此，用溶胶－凝胶法制备陶瓷纤维的研究较多。但是，关于制备氧化铝基陶瓷纤维的纺丝装置，还鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机及纺丝方法，该纺丝机结构设计合理，操作简单，能够高效制备氧化铝基陶瓷纤维。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，包括恒温干燥通道及设置在恒温干燥通道外部的电机，在恒温干燥通道内部设有与电机相连的卷丝辊，在卷丝辊上方设有喷丝头；在恒温干燥通道顶部外还设有储液罐和阻尼器，储液罐和阻尼器之间设有齿轮泵，阻尼器与喷丝头相连。
恒温干燥通道的温度为20～80℃连续可调，湿度为20％～80％连续可调。
齿轮泵和喷丝头由哈氏合金或蒙乃尔合金制成。
齿轮泵的流量在0.1-1L范围内连续可调。
卷丝辊由聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯制成，卷丝辊的轴由不锈钢制成。
电机为可编程控制电机，速度可在0.1-1000转/分钟范围内任意可调。
所述储液罐采用搪玻璃不锈钢罐。
阻尼器由橡胶制成。
本发明还公开了基于上述的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机制备氧化铝陶瓷的方法，包括以下步骤：
1)以氯化铝、铝粉和硅溶胶为原料，制备氧化铝基陶瓷纤维前驱体溶胶，将氧化铝基陶瓷纤维前驱体溶胶泵入储液罐中，真空脱泡处理；
2)由齿轮泵将真空脱泡处理后的溶胶泵入阻尼器后，进入喷丝头，由喷丝头喷出纤维，纤维进入恒温干燥通道中；
3)在恒温干燥通道中被干燥的纤维落下后，用卷丝辊进行缠绕，得到凝胶纤维；
4)将凝胶纤维煅烧处理后，制得氧化铝基陶瓷纤维。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，设置了恒温干燥通道，在恒温干燥通道内底部位置设有卷丝辊，该卷丝辊与设置在恒温干燥通道外部的电机相连，能够由电机带动转动；在卷丝辊上方设有喷丝头；在恒温干燥通道顶部外还设有储液罐和阻尼器，储液罐和阻尼器之间设有齿轮泵，阻尼器与喷丝头相连，喷丝头落下的纤维正好被卷丝辊缠绕，能够制得凝胶纤维。恒温干燥通道内的温度湿度可调，有利于凝胶纤维的干燥，避免缺陷产生。该纺丝机结构设计合理，操作十分简单，保证了陶瓷纤维的机械化纺丝，为陶瓷纤维的工业化生产奠定了基础。
进一步地，储液罐采用搪玻璃不锈钢罐，可避免胶体对罐的腐蚀。齿轮泵具有流量稳定的特点，采用哈氏合金、蒙乃尔合金具有耐酸腐蚀的特点。阻尼器，可对胶体流量进行进一步稳定。
本发明公开的制备氧化铝基陶瓷的方法，将前驱体溶胶，泵入纺丝机的储液罐中，进行真空脱泡后，由齿轮泵将溶胶泵入阻尼器后，进入喷丝头，喷出的纤维，进入恒温干燥通道中，干燥后用卷丝辊进行缠绕，得到凝胶纤维，凝胶纤维煅烧后，得到氧化铝基陶瓷纤维。经本发明方法制得的氧化铝基陶瓷纤维可用于航空航天、汽车、文体用品等领域，作为复合材料中的增强体。
附图说明
图1为本发明的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机结构示意图。
其中，1为恒温干燥通道；2为卷丝辊；3为喷丝头；4为阻尼器；5为齿轮泵；6为储液罐；7为电机。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，一种氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，其特征在于，包括恒温干燥通道1及设置在恒温干燥通道1外部的电机7，在恒温干燥通道1内部设有与电机7相连的卷丝辊2，在卷丝辊2上方设有喷丝头3；在恒温干燥通道1顶部外还设有储液罐6和阻尼器4，储液罐6和阻尼器4之间设有齿轮泵5，阻尼器4与喷丝头3相连。
恒温干燥通道1的温度为20～80℃连续可调，湿度为20％～80％连续可调。齿轮泵5和喷丝头3由哈氏合金或蒙乃尔合金制成。齿轮泵5的流量在0.1-1L范围内连续可调。卷丝辊2由聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯制成，卷丝辊2的轴由不锈钢制成。电机7为可编程控制电机，速度可在0.1-1000转/分钟范围内任意可调。所述储液罐6采用搪玻璃不锈钢罐，阻尼器4由橡胶制成。
本发明公开的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，在制备氧化铝基陶瓷纤维时，包括以下步骤：
1)以氯化铝、铝粉和硅溶胶为原料，制备氧化铝基陶瓷纤维前驱体溶胶，将氧化铝基陶瓷纤维前驱体溶胶泵入储液罐,6中，真空脱泡处理；
2)由齿轮泵5将真空脱泡处理后的溶胶泵入阻尼器4后，进入喷丝头3，由喷丝头3喷出纤维，纤维进入恒温干燥通道2中；
3)在恒温干燥通道2中被干燥的纤维落下后，用卷丝辊3进行缠绕，得到凝胶纤维；
4)将凝胶纤维煅烧处理后，制得氧化铝基陶瓷纤维。

Claims (9)

1.一种氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，其特征在于，包括恒温干燥通道(1)及设置在恒温干燥通道(1)外部的电机(7)，在恒温干燥通道(1)内部设有与电机(7)相连的卷丝辊(2)，在卷丝辊(2)上方设有喷丝头(3)；在恒温干燥通道(1)顶部外还设有储液罐(6)和阻尼器(4)，储液罐(6)和阻尼器(4)之间设有齿轮泵(5)，阻尼器(4)与喷丝头(3)相连。
2.根据权利要求1所述的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，其特征在于，恒温干燥通道(1)的温度为20～80℃连续可调，湿度为20％～80％连续可调。
3.根据权利要求1所述的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，其特征在于，齿轮泵(5)和喷丝头(3)由哈氏合金或蒙乃尔合金制成。
4.根据权利要求1或3所述的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，其特征在于，齿轮泵(5)的流量在0.1-1L范围内连续可调。
5.根据权利要求1所述的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，其特征在于，卷丝辊(2)由聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯制成，卷丝辊(2)的轴由不锈钢制成。
6.根据权利要求1所述的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，其特征在于，电机(7)为可编程控制电机，速度可在0.1-1000转/分钟范围内任意可调。
7.根据权利要求1所述的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，其特征在于，所述储液罐(6)采用搪玻璃不锈钢罐。
8.根据权利要求1所述的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机，其特征在于，阻尼器(4)由橡胶制成。
9.基于权利要求1～8中任意一项所述的氧化铝基陶瓷纤维的纺丝机制备氧化铝基陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)以氯化铝、铝粉和硅溶胶为原料，制备氧化铝基陶瓷纤维前驱体溶胶，将氧化铝基陶瓷纤维前驱体溶胶泵入储液罐(6)中，真空脱泡处理；
2)由齿轮泵(5)将真空脱泡处理后的溶胶泵入阻尼器(4)后，进入喷丝头(3)，由喷丝头(3)喷出纤维，纤维进入恒温干燥通道(1)中；
3)在恒温干燥通道(1)中被干燥的纤维落下后，用卷丝辊(2)进行缠绕，得到凝胶纤维；
4)将凝胶纤维煅烧处理后，制得氧化铝基陶瓷纤维。
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