專利名稱：納米孔硅纖維及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑材料，尤其涉及一種是利用玻璃纖維加工成的納米孔硅纖維及其制備工藝。
背景技術(shù)：
目前隨著產(chǎn)業(yè)設(shè)施和住宅建設(shè)的快速發(fā)展，在建筑行業(yè)對保溫材料的需求就很高，尤其是隨著社會各個部門強(qiáng)調(diào)節(jié)能、環(huán)保的大環(huán)境下，對保溫、絕熱及隔音材料的要求更嚴(yán)格。當(dāng)前廣泛采用的保溫材料有有機(jī)高分子發(fā)泡樹脂(如ps、pu的發(fā)泡)和無機(jī)纖維 (如玻璃纖維，礦巖纖維等)。有機(jī)高分子發(fā)泡樹脂雖然重量輕，保溫效果好，施工方便，但耐熱性差，易燃并且燃燒時發(fā)生有毒氣體發(fā)生，因此有致命的缺點(diǎn)。美國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)大量使用無機(jī)纖維保溫材料。無機(jī)纖維中有玻璃纖維和礦巖纖維等。其中玻璃纖維的耐熱溫度為350°C左右，礦巖纖維的耐熱溫度為850°C左右，這些纖維的保溫性和不燃性都很好。另外，無機(jī)纖維還包括硅纖維、陶瓷纖維等，這些纖維的耐熱溫度可達(dá)1000°C，因此高溫工作環(huán)境中被廣泛采用。但這種無機(jī)纖維保溫材料的缺點(diǎn)是保溫性能還是不如有機(jī)高分子型發(fā)泡樹脂的保溫性。

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有技術(shù)所存在技術(shù)問題和不足，本發(fā)明旨在公開一種用玻璃纖維加工成納米孔硅纖維的新技術(shù)，也就是玻璃纖維作為原料，把玻璃纖維中除二氧化硅(Sit)》之外的其它成分的物質(zhì)析出，形成納米孔硅纖維。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明以二氧化硅含量為45 85%的玻璃纖維為原料制備納米孔硅纖維的工藝，主要包括鹽分解的步驟和酸浸泡的步驟。所述的玻璃纖維是在二氧化硅(Sit)》骨架里分布著相對活性強(qiáng)的下列金屬氧化物 Na20-R0，如Na20-Ca0，Na20_B203，Na20_A1203，Na20_Mg0 等，其中 R 為 IIA 族或 IIIA 族的元素；所述鹽分解的步驟是利用銨鹽與玻璃纖維表面的活性強(qiáng)的金屬氧化物的反應(yīng)將后者變成可溶性鹽使所述纖維表面形成微細(xì)的納米孔的階段；其化學(xué)反應(yīng)方程式如下Na20-R0+4NH4N03 = 2NaN03+R(N03)2+4NH3+2H20Na20-R0+4NH4C1 = 2NaCl+RC12+4NH3+2H20所述鹽分解步驟中所用的鹽為硝酸銨和氯酸銨的混合物，硝酸銨和氯酸銨混合比為1 0.1 0.6較適宜。納米孔的形成與鹽分解劑的濃度及分解溫度有關(guān)，隨著分解劑濃度和分解溫度的不同，玻璃纖維上形成的納米孔也不同，此時用鹽分解劑的適宜濃度為0.8 12. 5%，適宜分解溫度為100 500°C。所述酸浸泡的步驟是使鹽分解步驟中產(chǎn)生的微細(xì)納米孔的可溶性鹽完全析出并獲得孔深和孔徑符合要求的納米孔纖維的階段。通過酸浸泡使纖維表面上形成納米孔的過程是把鹽分解過程中表面形成納米微細(xì)孔的纖維浸泡在硝酸或鹽酸或硫酸中擴(kuò)張纖維表面的微孔，從而得到所需孔深和孔徑的納米孔纖維。利用硝酸時其濃度為7 20%，利用鹽酸時其濃度為15 30%，利用硫酸時其濃度為25 45%。酸浸泡過程為可溶性物質(zhì)在溶液里擴(kuò)散過程，因此，纖維表面上要得到均勻且有效的納米孔，一定要均勻地攪拌，在50 100°C溫度里進(jìn)行1 5小時。上述酸浸泡后的纖維在50 100°C清水里洗凈，洗滌時間0. 5 2小時，然后將所得到的納米孔硅纖維在100 150°C溫度下進(jìn)行干燥，繼而在550 650°C溫度下進(jìn)行熱處理來穩(wěn)定納米孔的形成并增加纖維的強(qiáng)度。此時要注意的是熱處理溫度過高時，雖然能提高纖維的強(qiáng)度，但所形成的納米孔大量地收縮掉；反之，熱處理溫度過低時，形成微細(xì)孔數(shù)量過多，反而降低纖維的機(jī)械強(qiáng)度。采用上述方法處理即可獲得納米孔硅纖維，其以二氧化硅含量為45 85%的玻璃纖維為原料，制備出二氧化硅(Sit)》含量高達(dá)92-99%的多孔硅纖維，具有優(yōu)良的耐熱性能；同時，納米孔結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)良的保溫絕熱和隔音吸音效果。所述納米孔硅纖維的直徑0. 5 20. Ομπι，長度1. Omm以上，其表面孔徑3 200nm,孔深I(lǐng)Onm以上，孔隙度(單位質(zhì)量纖維的納米孔隙體積)0. 1 0. 2ml/g,孔隙率 (納米孔隙和纖維的體積比)20 50%，熱導(dǎo)系數(shù)20°C時，0. 021 0. 033w/mm · k，吸音系數(shù)0. 65 1. 00。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)其原料成本低，工藝簡單，尤其所制備的納米孔硅纖維性能優(yōu)越，可廣泛用于防火型建筑保溫材料、絕熱材料、隔音材料領(lǐng)域的最理想的高科技尖端材料。


圖1是本發(fā)明所述納米孔硅纖維制備工藝的流程圖。
具體實施例方式實施例1一種以玻璃纖維為原料制備納米孔硅纖維的工藝，主要包括鹽分解的步驟和酸浸泡的步驟，具體講，玻璃纖維成分=7Na2O-MB2O3-7OSiA直徑Φ7 μ m把上述硼硅酸玻璃纖維IOOg放入到濃度為7. 9 %的銨鹽混合溶液里， NH4NO3 NH4Cl = 10 2，加熱至250°C，浸泡了 IOmin后，取出干燥；在70°C濃度為11. 7% 的硝酸(HNO3)溶液里浸泡濁；進(jìn)而在沸水里洗滌了 30min后在120°C溫度下干燥了 15min。最后在590°C進(jìn)行了 5min的熱處理后緩慢地冷卻之后得到納米孔硅纖維成份Si02_96%
B203-3. 5%Na2O-O. 5%直徑Φ 49nm軟化溫度1470°C實施例2玻璃纖維成份8Na20-16Ca0-76Si02直徑Φ 5 μ m把上述堿石灰玻璃纖維IOOg按實施例1完全一樣的工藝步驟進(jìn)行鹽分解和酸浸泡，又把所得到的纖維在70°C的熱水里洗滌1. 5h后，在120°C溫度下干燥了 20min，然后在 550°C的溫度下進(jìn)行了 Imin的熱處理后緩慢地冷卻后又得到了具有下列參數(shù)的硅纖維。成份Si02-94%Ca0-5. 6%Na2O-O. 4%孔直徑Φ6^ι 軟化溫度i;35(rC實施例3 玻璃纖維成份6Mg0-i;3B203-12Al203-69SiA直徑Φ9μπι把上述E玻璃纖維IOOg放入到濃度為5%的300°C的鹽溶液(即NH4NO3 NH4Cl =10 3)中浸泡IOmin后取出來干燥后，繼而在15%的硝酸(HNO3)溶液里浸泡池后，佛水里洗滌30min ；然后在120°C溫度下干燥15min后在600°C的溫度下進(jìn)行5min的熱處理后緩慢地冷卻，可得出下列硅纖維成份Si02_98.5%Al2O3-O- 9%B2O3-O- 4%MgO-O. 2%孔直徑Φ59ηπι軟化溫度1560°C可見，隨著鹽分解反應(yīng)的進(jìn)行不斷從玻璃纖維表面上溶解出可溶性成分，從而提高纖維的S^2含量，同時升高了纖維的耐熱溫度和保溫性能。表1所述納米孔硅纖維及現(xiàn)有材料在不同溫度下的熱傳導(dǎo)系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種納米孔硅纖維的制備工藝，包括如下步驟(1)鹽分解把玻璃纖維置于銨鹽溶液中并加熱，使玻璃纖維的二氧化硅的骨架里分布的相對活性強(qiáng)的金屬氧化物Na2O-RO與銨鹽反應(yīng)形成可溶性鹽析出，并在玻璃纖維表面形成很多納米級微細(xì)孔；所述玻璃纖維的二氧化硅含量為45 85% ；加熱溫度為:100 500°C ；其中，R為IIA族或IIIA族的元素；(2)酸浸泡進(jìn)而將所述纖維浸泡在酸溶液中，并不停的攪拌，以擴(kuò)張所述纖維表面上的納米級微細(xì)孔，獲得合適的孔深和孔徑；所述酸溶液為硝酸、鹽酸或硫酸； 酸溶液的溫度50 100°C ；酸溶液的濃度(質(zhì)量比)硝酸濃度，7 20% ；鹽酸濃度，15 30% ；硫酸濃度25 45% ；浸泡時間1 5小時；(3)洗滌、干燥及熱處理將所述纖維用清水洗凈后進(jìn)行干燥，然后在高溫下進(jìn)行熱處理以穩(wěn)定納米孔的形成并增加纖維的強(qiáng)度，并最終獲得所述納米孔硅纖維；其中，洗滌用水溫50 100°C ； 洗滌時間0. 5 2小時； 干燥溫度100 150°C ； 熱處理溫度550 650°C ； 熱處理時間0. 5 5分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔硅纖維的制備工藝，其特征在于步驟(1)中，所述銨鹽溶液是硝酸銨和氯酸銨的混合溶液，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下Na20-R0+4NH4N03 = 2NaN03+R (NO3) 2+4NH3+2H20Na20-R0+4NH4C1 = 2NaCl+RCl2+4NH3+2H20其中，硝酸銨和氯酸銨的混合比例(質(zhì)量比)1 0. 1 0. 6 ；硝酸銨和氯酸銨的混合溶液的濃度(質(zhì)量比)0. 8 12.5%。
3.—種如權(quán)利要求1所述制備工藝制備的納米孔硅纖維，其特征在于所述納米孔硅纖維是以二氧化硅含量為45 85%的玻璃纖維為原料制備而成的二氧化硅含量為92 99%的硅纖維；納米孔硅纖維的直徑0. 5 20. 0 μ m 納米孔硅纖維的長度1. Omm以上納米孔硅纖維表面孔徑3 200nm 孔深I(lǐng)Onm以上孔隙度0. 1 0. 2ml/g 孔隙率20 ~ 50%熱導(dǎo)系數(shù):20°C時，0. 021 0. 033w/mm · k 吸音系數(shù)0. 65 1.00。
全文摘要
本發(fā)明是利用玻璃纖維加工成納米孔硅纖維及其制備工藝。所述制備工藝以二氧化硅含量為45～85％的玻璃纖維為原料，主要包括鹽分解的步驟和酸浸泡的步驟，制備出二氧化硅(SiO2)含量高達(dá)92-99％的多孔硅纖維，具有優(yōu)良的耐熱性能；同時，不規(guī)則的納米孔結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)良的絕熱和隔音吸音效果。這種納米孔硅纖維廣泛用于建筑用防火保溫材料、絕熱材料以及防火隔熱材料。
文檔編號D01F9/08GK102277657SQ20111017399
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者樸成國, 金學(xué)范 申請人:大連宏燠科技有限公司