CN110743248A - 一种短纤维滤料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化物短纤维滤料，属于纤维滤料领域，所述的滤料包括第一过滤层和第二过滤层，所述的第一过滤层用于过滤大粒径固体颗粒，所述的第二过滤层用于过滤小粒径固体颗粒，所述的第二过滤层中包括氧化铝长纤维和氧化铝复合短纤维。
Description
技术领域
本发明纤维滤料领域。
背景技术
纤维滤料是一种用于含有液体、固体颗粒的固液分离过程，如悬浮物及脂类或分离水中油类，特别是在水过滤工艺中用于截留悬浮颗粒的纤维滤料。
用于滤料的纤维通常由高分子纤维、金属纤维、陶瓷纤维等，陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，因而在机械、冶金、化工、石油、陶瓷、玻璃、电子等行业都得到了广泛的应用。近几年由于全球能源价格的不断上涨，节能已成为中国国家战略，在这样的背景下，比隔热砖与浇注料等传统耐材节能达10-30％的陶瓷纤维在中国国内得到了更多更广的应用，发展前景十分看好。
陶瓷纤维中的氧化铝纤维是一种主要成分为氧化铝的多晶质无机纤维，主晶形可呈γ-，δ-，θ-，α-氧化铝，通常它还含有5％左右的二氧化硅，用以稳定晶相、抑制高温下晶粒的长大。氧化铝纤维是当今国内外最新型的超轻质高温绝热材料之一，它采用高科技的“溶胶-凝胶”法，将可溶性铝、硅盐制成具有一定粘度的胶体溶液，溶液经高速离心甩丝成纤维胚体，然后经过脱水、干燥和中高温热处理析晶等工艺，转变成Al-Si氧化铝多晶纤维。
在一些过滤材料特别是应用关于高温环境的过滤材料需要应用无机非金属纤维，但是氧化铝纤维的比表面积低，表面性能差使得其难以应用到高温纤维的过滤环境当中。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的问题，1.一种氧化物短纤维滤料，所述的滤料包括第一过滤层和第二过滤层，所述的第一过滤层用于过滤大粒径固体颗粒，所述的第二过滤层用于过滤小粒径固体颗粒，所述的第二过滤层中包括氧化铝长纤维和氧化铝复合短纤维，所述的氧化铝复合短纤维按照如下方法制备：
1)制备氧化铝初生纤维，所述的氧化铝初生纤维的直径为5-20μm；
2)将氧化铝初生纤维通入含有氢气的惰性气体，在高温下氢气和氧化铝初生纤维表面反应在氧化铝初生纤维表面形成铝金属层，所述的铝金属层的厚度为10-500纳米；
3)将步骤2后的氧化铝纤维进行进一步拉伸处理，形成直径为2-10μm的氧化铝纤维；
4)将上述纤维融入恒温恒湿环境，所述的恒温温度为100-150摄氏度，湿度为50-60％，保温1小时，其次提高温度为250-500摄氏度，湿度提高到80％以上，保温1小时。
5)进行切断操作制备成长度为10-30mm长的短纤维。
在一个优选的实施例当中，所述的氧化铝初生纤维的制备方法如下：
步骤一、将乙二酸和氧化铝加入到溶剂当中，加热搅拌使得氧化铝充分溶解后，减压蒸发制得第一铝盐干粉，将磺酸和氧化铝加入到溶剂当中，反应后减压蒸发制得第二铝盐干粉；
步骤二、将第一铝盐干粉和第二铝盐干粉混合制得前驱体干粉；
步骤三、将前驱体干粉和溶剂混合，得到前驱体纺丝液；
步骤四、将纺丝液进行纺丝制得前驱体纤维，将前驱体纤维在升温到250-300摄氏度下进行保温30-60分钟，其次升温到450-500摄氏度下保温30-60分钟，制得氧化铝初生纤维。
在一个优选的实施例当中，在前驱体干粉中第一铝盐干粉和第二铝盐干粉的质量比为1∶2～1∶10。
在一个优选的实施例当中，所述的溶剂选择去离子水、氯仿、三氯乙烯、三乙醇胺、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮。
在一个优选的实施例当中，所述的前驱体纺丝液的浓度为30％-70％。
在一个优选的实施例当中，所述的惰性气体的为氮气、氦气、氩气的一种或多种混合物，所述的氢气和惰性气体的比例为1∶10～1∶100。
在一个优选的实施例当中，所述的高温采用通入高温惰性气体的方式，或者在初生纤维通入惰性气体后对纤维进行加热。
在一个优选的实施例当中，所述的第二滤层中短纤维和长纤维的比例为1∶1～1∶10。
在一个优选的实施例当中，所述的短纤维的表面形成有微孔结构。
本发明形成的滤料中纤维经过惰性气体环境中，在纤维表面形成一层金属层，进一步的通过后处理，金属层分裂成无数个岛状结构，在纤维表面形成凸凹部平的多孔结构，能够增大其比表面积，增强对粉尘的过滤效果，同时陶瓷纤维能够应用于高温环境。本发明的多纤维的强度大，一方面凹凸不平的表面结构能够增大纤维之间的连接，同时纤维的强度大，不容易断裂，因此本发明的第一过滤层和第二过滤层不需要其他粘接剂，能够通过纤维自身的粘接结合，不引入其他杂质，过滤效果好。
附图说明
图1是本发明滤料的结构示意图；
图中标记：1-第一过滤层，2-第二过滤层。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
实施例1：
将乙二酸和氧化铝加入到溶剂当中，加热搅拌使得氧化铝充分溶解后，减压蒸发制得第一铝盐干粉，将磺酸和氧化铝加入到溶剂当中，反应后减压蒸发制得第二铝盐干粉；将第一铝盐干粉和第二铝盐干粉以1∶2比例混合制得前驱体干粉；将前驱体干粉和溶剂混合，得到前驱体纺丝液，前驱体纺丝液的浓度为30％；将纺丝液进行纺丝制得前驱体纤维，将前驱体纤维在升温到250-300摄氏度下进行保温30-60分钟，其次升温到450-500摄氏度下保温30-60分钟，制得氧化铝初生纤维，所述的初生纤维的直径为5-20μm。
将氧化铝初生纤维通入含有氢气的惰性气体，氢气和惰性气体的比例为1∶50，在高温下氢气和氧化铝初生纤维表面反应在氧化铝初生纤维表面形成铝金属层，所述的铝金属层的厚度为10-500纳米；将上述制备的氧化铝纤维进行进一步拉伸处理，在纤维表面进行微孔结构，形成直径为2-10μm的氧化铝纤维；进一步的将上述纤维融入恒温恒湿环境，所述的恒温温度为100-150摄氏度，湿度为50-60％，保温1小时，其次提高温度为250-500摄氏度，湿度提高到80％以上，保温1小时。进行切断操作制备成长度为10-30mm长的短纤维以及长度高于50mm的长纤维，将上述短纤维和长纤维以1∶5比例混合制备第二过滤层。将第二过滤层和第一过滤层结合，所述第一过滤层可以为上述所述的长纤维，也可以是其他材料如二氧化硅、氮化硅等制备的长纤维。本实施例中所述的溶剂选择为常规的溶剂，优选的为去离子水、氯仿、三氯乙烯、三乙醇胺、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮等；更进一步的优选，惰性气体的为氮气、氦气、氩气的一种或多种混合物。
实施例2：将乙二酸和氧化铝加入到溶剂当中，加热搅拌使得氧化铝充分溶解后，减压蒸发制得第一铝盐干粉，将磺酸和氧化铝加入到溶剂当中，反应后减压蒸发制得第二铝盐干粉；将第一铝盐干粉和第二铝盐干粉以1∶4比例混合制得前驱体干粉；将前驱体干粉和溶剂混合，得到前驱体纺丝液，前驱体纺丝液的浓度为40％；将纺丝液进行纺丝制得前驱体纤维，将前驱体纤维在升温到250-300摄氏度下进行保温30-60分钟，其次升温到450-500摄氏度下保温30-60分钟，制得氧化铝初生纤维，所述的初生纤维的直径为5-20μm。
将氧化铝初生纤维通入含有氢气的惰性气体，氢气和惰性气体的比例为1∶20，在高温下氢气和氧化铝初生纤维表面反应在氧化铝初生纤维表面形成铝金属层，所述的铝金属层的厚度为10-500纳米；将上述制备的氧化铝纤维进行进一步拉伸处理，在纤维表面进行微孔结构，形成直径为2-10μm的氧化铝纤维；进一步的将上述纤维融入恒温恒湿环境，所述的恒温温度为100-150摄氏度，湿度为50-60％，保温1小时，其次提高温度为250-500摄氏度，湿度提高到80％以上，保温1小时。进行切断操作制备成长度为10-30mm长的短纤维以及长度高于50mm的长纤维，将上述短纤维和长纤维以1∶2比例混合制备第二过滤层。将第二过滤层和第一过滤层结合，所述第一过滤层可以为上述所述的长纤维，也可以是其他材料如二氧化硅、氮化硅等制备的长纤维。本实施例中所述的溶剂选择为常规的溶剂，优选的为去离子水、氯仿、三氯乙烯、三乙醇胺、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮等；更进一步的优选，惰性气体的为氮气、氦气、氩气的一种或多种混合物。
实施例3：将乙二酸和氧化铝加入到溶剂当中，加热搅拌使得氧化铝充分溶解后，减压蒸发制得第一铝盐干粉，将磺酸和氧化铝加入到溶剂当中，反应后减压蒸发制得第二铝盐干粉；将第一铝盐干粉和第二铝盐干粉以1∶10比例混合制得前驱体干粉；将前驱体干粉和溶剂混合，得到前驱体纺丝液，前驱体纺丝液的浓度为30％；将纺丝液进行纺丝制得前驱体纤维，将前驱体纤维在升温到250-300摄氏度下进行保温30-60分钟，其次升温到450-500摄氏度下保温30-60分钟，制得氧化铝初生纤维，所述的初生纤维的直径为5-20μm。
将氧化铝初生纤维通入含有氢气的惰性气体，氢气和惰性气体的比例为1∶10，在高温下氢气和氧化铝初生纤维表面反应在氧化铝初生纤维表面形成铝金属层，所述的铝金属层的厚度为10-500纳米；将上述制备的氧化铝纤维进行进一步拉伸处理，在纤维表面进行微孔结构，形成直径为2-10μm的氧化铝纤维；进一步的将上述纤维融入恒温恒湿环境，所述的恒温温度为100-150摄氏度，湿度为50-60％，保温1小时，其次提高温度为250-500摄氏度，湿度提高到80％以上，保温1小时。进行切断操作制备成长度为10-30mm长的短纤维以及长度高于50mm的长纤维，将上述短纤维和长纤维以1∶1比例混合制备第二过滤层。将第二过滤层和第一过滤层结合，所述第一过滤层可以为上述所述的长纤维，也可以是其他材料如二氧化硅、氮化硅等制备的长纤维。本实施例中所述的溶剂选择为常规的溶剂，优选的为去离子水、氯仿、三氯乙烯、三乙醇胺、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮等；更进一步的优选，惰性气体的为氮气、氦气、氩气的一种或多种混合物。
对上述实施例制备的长纤维或短纤维的性能测定和滤料性能测定如下：
| 序号 | 强度(GPa) | 模量GPa | 过滤效果 | 耐高温情况 |
| 实施例1 | 2.51 | 256 | 99.10％ | 高温下性能过滤性能良好 |
| 实施例2 | 2.63 | 362 | 98.90％ | 高温下性能过滤性能良好 |
| 实施例3 | 2.84 | 284 | 98.50％ | 高温下性能过滤性能良好 |
。
Claims (9)
1.一种氧化物短纤维滤料，其特征在于，所述的滤料包括第一过滤层(1)和第二过滤层(2)，所述的第一过滤层用于过滤大粒径固体颗粒，所述的第二过滤层用于过滤小粒径固体颗粒，所述的第二过滤层中包括氧化铝长纤维和氧化铝复合短纤维，所述的氧化铝复合短纤维按照如下方法制备：
1)制备氧化铝初生纤维，所述的氧化铝初生纤维的直径为5-20μm；
2)将氧化铝初生纤维通入含有氢气的惰性气体，在高温下氢气和氧化铝初生纤维表面反应在氧化铝初生纤维表面形成铝金属层，所述的铝金属层的厚度为10-500纳米；
3)将步骤2后的氧化铝纤维进行进一步拉伸处理，形成直径为2-10μm的氧化铝纤维；
4)将上述纤维融入恒温恒湿环境，所述的恒温温度为100-150摄氏度，湿度为50-60％，保温1小时，其次提高温度为250-500摄氏度，湿度提高到80％以上，保温1小时。
5)进行切断操作制备成长度为10-30mm长的短纤维。
2.根据权利要求1所述的氧化铝短纤维滤料，其特征在于，所述的氧化铝初生纤维的制备方法如下：
步骤一、将乙二酸和氧化铝加入到溶剂当中，加热搅拌使得氧化铝充分溶解后，减压蒸发制得第一铝盐干粉，将磺酸和氧化铝加入到溶剂当中，反应后减压蒸发制得第二铝盐干粉；
步骤二、将第一铝盐干粉和第二铝盐干粉混合制得前驱体干粉；
步骤三、将前驱体干粉和溶剂混合，得到前驱体纺丝液；
步骤四、将纺丝液进行纺丝制得前驱体纤维，将前驱体纤维在升温到250-300摄氏度下进行保温30-60分钟，其次升温到450-500摄氏度下保温30-60分钟，制得氧化铝初生纤维。
3.根据权利要求2所述的氧化铝短纤维滤料，其特征在于，在前驱体干粉中第一铝盐干粉和第二铝盐干粉的质量比为1∶2～1∶10。
4.根据权利要求3所述的氧化铝短纤维滤料，其特征在于，所述的溶剂选择去离子水、氯仿、三氯乙烯、三乙醇胺、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮。
5.根据权利要求4所述的氧化铝短纤维滤料，其特征在于，所述的前驱体纺丝液的浓度为30％-70％。
6.根据权利要求5所述的氧化铝短纤维滤料，其特征在于，所述的惰性气体的为氮气、氦气、氩气的一种或多种混合物，所述的氢气和惰性气体的比例为1∶10～1∶100。
7.根据权利要求6所述的氧化铝短纤维滤料，其特征在于，所述的高温采用通入高温惰性气体的方式，或者在初生纤维通入惰性气体后对纤维进行加热。
8.根据权利要求7所述的氧化铝短纤维滤料，其特征在于，所述的第二滤层中短纤维和长纤维的比例为1∶1～1∶10。
9.根据权利要求1-8任一项所述的氧化铝短纤维滤料，其特征在于，所述的短纤维的表面形成有微孔结构。
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| CN201910980769.7A CN110743248A (zh) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | 一种短纤维滤料 |
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| CN201910980769.7A CN110743248A (zh) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | 一种短纤维滤料 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115069098A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-09-20 | 佛山(华南)新材料研究院 | 一种氧化铝纤维滤膜及其制备方法 |
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2019
- 2019-10-15 CN CN201910980769.7A patent/CN110743248A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115069098A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-09-20 | 佛山(华南)新材料研究院 | 一种氧化铝纤维滤膜及其制备方法 |
| CN115069098B (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-08 | 佛山(华南)新材料研究院 | 一种氧化铝纤维滤膜及其制备方法 |
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