專利名稱：由陶瓷材料制成的微空心纖維,其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由陶瓷材料制成的微空心纖維，其制備方法和應(yīng)用。
對實心的，即不具有內(nèi)空腔的，所謂在纖維縱向上的中心不具有空腔的陶瓷纖維的制備已有相應(yīng)記載。這種陶瓷纖維大多絕大部分或完全由玻璃相構(gòu)成并且例如可作為織物、針織物和隔離材料中的無紡布及用于對金屬材料加襯的防熱屏蔽和在復(fù)合材料中加以應(yīng)用。這種纖維在各種應(yīng)用領(lǐng)域，例如就其彈性、彎曲強(qiáng)度以及隔離效果而言都不令人滿意。此外這種已知纖維有待于降低其重量并提高其紡絲速度。
采用已知的聚合塑料制的成空心纖維并不能克服上述缺點。這種纖維基于其特性適用服裝、屋頂襯、帳棚帆布、膜等平面織物中。但這類纖維的生態(tài)耐受性以及耐耐化學(xué)和耐熱能力通常是不能令人滿意的。另外，這類纖維還具有諸如滲透速度較小并且不能吹洗和清潔等缺點。
另外，對陶瓷空心纖維也有記載，這種纖維具有大的壁厚和外徑并且其尺寸誤差較大和部分甚至僅能制備短的纖維。例如在WO94/23829中記載了一種陶瓷空心纖維，其外徑尤其為0.5至10mm并且壁厚為30至500μm，該纖維通過擠壓含有陶瓷粉的膏狀物、去除粘合劑和燒結(jié)制成。但這種陶瓷空心纖維具有的強(qiáng)度有限、彈性小、比表面積小并且不具有半滲透特性。另外，僅能用低速制備和卷繞粗纖維。因此，該纖維不適合于韌度要求高的織物、編織物、針織物和其它的紡織平面結(jié)構(gòu)物。
故本發(fā)明的任務(wù)在于，制備陶瓷材料構(gòu)成的微空心纖維，這種纖維不具有已知纖維的上述不足之處，該纖維尤其具有高彈性、高彎曲強(qiáng)度、良好的隔離效果和適于生態(tài)環(huán)境保護(hù)并且另外還可以用高的生產(chǎn)速度加以制備。此外還可用現(xiàn)有的化學(xué)纖維紡絲設(shè)備來進(jìn)行它的制備。
依照本發(fā)明，該任務(wù)通過特征為壁厚約0.01至15μm并且外徑約0.5至35μm的陶瓷材料制成的微空心纖維得以解決。
就制造工藝而言，實現(xiàn)小于0.01μm的壁厚是很困難的，即使能實現(xiàn)的話，也具有如下缺點空心纖維的內(nèi)表面和外表面不均勻并且隨后涂覆的涂層可能具有諸如孔洞或不均勻的厚度等疵點。當(dāng)采用本發(fā)明的空心纖維通過滲透進(jìn)行物質(zhì)分離時，壁厚如果超過約15μm勢必導(dǎo)致滲透物流通變差，這是因為滲透物要經(jīng)過較長的路徑，同時選擇性也不會得到進(jìn)一步改善。壁厚優(yōu)選為約0.3至6μm，尤其是約0.5至3μm。
如果外徑小于0.5μm，則空心纖維具有的管孔(Lumen)過小并且將阻礙液體流過纖維。當(dāng)外徑超過35μm時將導(dǎo)致空心纖維的韌性受限以及由大量本發(fā)明的空心纖維構(gòu)成的物質(zhì)分離組件(就其滲透物流量而言)體積過大。外徑，優(yōu)選約為1至25μm，尤其是約1至10μm并且特別是5至10μm。
本發(fā)明的微空心纖維優(yōu)選作為無端的纖維加以制備，并且當(dāng)其壁厚和外徑的誤差不超過+/-6％，尤其是不超過+/-2.5％時，是特別有價值的，即涉及的是優(yōu)選均勻形成的微空心纖維。這意味著在實際應(yīng)用時本發(fā)明的空心纖維沿其長度具有均一的特性。通過對無端纖維的剪切制成的切段短纖維具有的優(yōu)點是，它們中沒有危害健康的針纖維，即沒有其長度小于3μm的纖維。
本發(fā)明的微空心纖維外徑典型值的數(shù)量級為約7μm，壁厚為約1μm，并且因此與管孔的外徑相符的空心纖維內(nèi)徑的數(shù)量級為5μm。與無管孔的實心纖維相比，節(jié)省原材料和降低重量約10至95％，典型值為約40至60％。因此勢必大大節(jié)省與原材料和制備成本有關(guān)的費用。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)就“陶瓷材料”而言，應(yīng)將其理解為廣義的概念。其中涉及的是由無機(jī)和主要是非金屬化合物或元素構(gòu)成的材料的總稱。該材料尤其是含有達(dá)30體積％以上的結(jié)晶材料。就此而言，請參見羅姆波化工大百科(Roempp Chemic Lexikon)，第9版，第3卷，1990年，2193至2195頁。本發(fā)明的陶瓷空心纖維優(yōu)選是由氧化物的、硅酸鹽的、氮化物的和/或碳化物的陶瓷材料構(gòu)成。本發(fā)明的這種陶瓷空心纖維尤其優(yōu)選以氧化鋁、磷酸鈣(磷灰石)或同族的磷酸鹽、瓷-或或堇青石類的成分、富鋁紅柱石、氧化鈦、鈦酸鹽、氧化鋯、硅酸鋯、鋯酸鹽、尖晶石、祖母綠、紅寶石、金剛砂、硅或其它化學(xué)元素的氮化物或碳化物或其混合物為基礎(chǔ)。必要時對無機(jī)的主要組份添加作為添加劑的諸如MgO、CaO、ZrO2、ZrSiO4、Y2O3等陶瓷中已知的物質(zhì)或主成份的前體物。
本發(fā)明的由陶瓷材料制成的微空心纖維經(jīng)相應(yīng)弱的焙燒后可以使之成為多孔的和半滲透的結(jié)構(gòu)。這種微空心纖維用氮吸附或水銀孔率計根據(jù)BET測量得出的內(nèi)比表面積約為600至2000m2/g。該纖維根據(jù)其無機(jī)的特性通常是親水的并且可用于物質(zhì)分離，其中滲透物優(yōu)選從外部穿過半滲透的壁進(jìn)入空腔內(nèi)并由纖維的兩端引出，但物質(zhì)分離也可以以相反的方向進(jìn)行。這種微空心纖維經(jīng)證明，在微-、超微-、毫微范圍具有很好的分離效果。被分離出的物質(zhì)可以在微空心纖維上采用顯微鏡進(jìn)行觀察。這種物質(zhì)分離例如可用于氣體/氣體混合物諸如空氣或液體、血液或水的凈化或分離，而且也適用于熱氣體或熔融物的分離或凈化。為此有時建議，對微空心纖維附著一分離涂層，該層厚度優(yōu)選小于或等于2.5μm，尤其是小于0.5μm并且特別優(yōu)選為約0.1μm。分離層可主要由無機(jī)或有機(jī)的分子篩，諸如由沸石材料構(gòu)成，或由無機(jī)或有機(jī)的分離層，例如由酯、硅烷或硅氧烷構(gòu)成?？梢圆捎弥T如化學(xué)蒸氣沉積方法或物理蒸氣沉積方法、電鍍和/或沉積方法等已知的方法進(jìn)行涂覆。
另外也可以對附著有無機(jī)分離層的陶瓷微空心纖維進(jìn)行焙燒處理。另外也可以在下述綠色微空心纖維上配置分離層并對此總復(fù)合體進(jìn)行焙燒處理。
對陶瓷微空心纖維也可以通過較強(qiáng)的焙燒處理使之密實和不可滲透。主要通過燒結(jié)或玻璃化實現(xiàn)材料的密實。本發(fā)明的這種微空心纖維基于其具有密實焙燒(dichtgebrannte)處理的壁尤其是高真空密封的、良好光導(dǎo)的和可在水中或空氣中漂浮的。
經(jīng)焙燒處理的本發(fā)明的微空心纖維基于其無機(jī)特性因而也是耐腐的、耐火的、防銹的、耐氣候變化的、生理上可接受的、適于生態(tài)保護(hù)的、透明的、保溫的以及通常電絕緣的和抗氧化的?？梢园堰@種纖維視為安全纖維并且通常可被電磁輻射所穿透。它們不具有致癌的針狀礦物特性。視組分和生產(chǎn)工藝條件，該種纖維通常是透明的及無色或有色的。但這種纖維也可以是不透明的。其每纖維長度的重量(纖維)為約10至100克/公里(特)，典型值為40克/公里。本發(fā)明的空心纖維主要根據(jù)其化學(xué)成分通常可耐達(dá)1000℃的高溫，尤其可耐達(dá)1300℃的高溫，甚至耐1300℃以上高得多的高溫和溫度變化。
在制備本發(fā)明的微空心纖維時優(yōu)選用含有陶瓷材料前體物和在熱作用下可去除的粘合劑的乳狀液、分散液和/或懸浮液以已知的方法成形成綠色、微空心纖維并在熱作用下去除掉粘合劑。另一種方案是將分散液涂覆在由有機(jī)實心纖維構(gòu)成的芯子上，接著在熱作用下同時去除掉芯子和粘合劑。分散液可以具有不同的分散介質(zhì)量，例如可含有達(dá)95重量％的分散介質(zhì)，優(yōu)選含有約20至70重量％的分散介質(zhì)。如果粘合劑例如是熱塑的和沒有顯著的分解即可熔化成低粘度的坯料，也可以不用分散介質(zhì)。某些情況表明，綠色微空心纖維已經(jīng)有有益的用途，因而可以省去最后的熱處理。
根據(jù)本發(fā)明，尤其可以考慮采用下述材料作為陶瓷前體物或前體粘土礦，尤其是高嶺土、伊利石、蒙脫石、諸如氫氧化鋁等金屬氫氧化物、諸如AlOOH等混合的金屬氫氧化物/金屬氧化物、混合的金屬氧化物/金屬鹵化物、諸如BeO、MgO、Al2O3、ZrO2和ThO2等金屬氧化物、諸如Al(NO3)3等金屬硝酸鹽、金屬醇鹽，尤其是鋁醇鹽，諸如Al(iPrO)3、Al(仲-BuO)3、硅鋁酸鎂、長石(Feldspaete)、沸石、波美石(Boehmite)或兩種或多種上述材料的混合物。
在對Al2(OH)5Cl2-3H2O進(jìn)行熱處理時先后產(chǎn)生下述變化，其中最后獲得α-Al2O3
陶瓷前體材料的平均粒度優(yōu)選小于約2μm，尤其是小于約1μm并且尤其優(yōu)選小于約0.1μm。優(yōu)選陶瓷前體材料是以膠體形式存在的，即作為溶膠或凝膠體或分子溶解的。在溶膠狀態(tài)和凝膠狀態(tài)之間可以可逆轉(zhuǎn)換。根據(jù)本發(fā)明采用的粘合劑在優(yōu)選的實施方式中對膠體的陶瓷前體材料起著保護(hù)膠體的作用，例如聚乙烯醇、明膠或蛋白。
對于根據(jù)本發(fā)明方法在熱作用下可去除掉的粘合劑的選擇沒有嚴(yán)格的限制。當(dāng)然優(yōu)選的是，粘合劑可成膜。其中例如可以是尿素、聚乙烯醇、蠟、明膠、瓊脂、蛋白、糖化物等。必要時還可以采用諸如粘結(jié)劑、沖淡劑、消泡劑和防腐劑等有機(jī)助劑。陶瓷材料的前體和在熱作用下可以去除掉的粘合劑的混合物以分散液形式存在，其中對該概念應(yīng)從廣義上加以理解。其中尤其涉及乳狀液、懸浮液，它們通常為膏狀物。對分散介質(zhì)的選擇有很大的自由度。通常采用水。但也可以考慮諸如乙醇或丙酮等有機(jī)溶劑作為液體，必要時也可以考慮采用前者與水的混合物。這里所謂的溶膠-凝膠-工藝尤其是有益的，例如以所述的聚乙烯醇為基礎(chǔ)。
優(yōu)選的分散液含有約20至70重量％陶瓷前體材料、約10至40重量％粘合劑、0至約70重量％分散介質(zhì)以及至多約30重量％任選的組分。
為對本發(fā)明的微空心纖維進(jìn)行成型，可采用任何一種成形方法，尤其是吹制方法(Blasverfahren)、擠壓方法、真空擠壓方法或紡絲方法，以及在WO94/23829中討論的方法，采用該方法時制備了含有聚合物粘合系統(tǒng)的膏狀物。當(dāng)然在采用此方法時要用微晶形式的陶瓷粉，此點通常在實施本發(fā)明方法時并不適合。換句話說，只有排除掉此類微晶物，才能保證本發(fā)明致力的成果。
可在大約室溫或熔融的有機(jī)物質(zhì)或物質(zhì)混合物的熔融物溫度下進(jìn)行濕擠壓、熔體擠壓或干擠壓形式的擠壓。就所述的成型工藝而言，紡絲方法是特別有益的。其特征在于，將分散液加入紡絲裝置的加料容器或壓力容器中，分散液在約20至400℃溫度下被輸送流經(jīng)紡絲裝置并被擠壓穿過噴嘴環(huán)孔或噴嘴異型孔(Duesenprofiloeffungen)，孔徑或孔寬優(yōu)選為約0.1至150μm，在噴嘴孔范圍內(nèi)產(chǎn)生的分流在中心被芯子和/或吹氣裝置分離并且該分流通過加熱、照射或滲入反應(yīng)組分被固化成綠色微空心纖維，并且必要時在熱作用下去除掉粘合劑。所述紡絲裝置優(yōu)選是用于生產(chǎn)化學(xué)長絲的設(shè)備，但該設(shè)備不一定需要加熱。也可以采用通用的紡絲裝置，該裝置必要時要針對噴嘴和固化裝置進(jìn)行適配調(diào)整。綠色微空心纖維的固化例如是通過對從噴孔中出來進(jìn)入外部環(huán)境的分散介質(zhì)的蒸發(fā)實現(xiàn)的，該外部環(huán)境相對于紡絲活塞具有較低的壓力。該固化也可以通過加入粘合劑或陶瓷材料的反應(yīng)組分實現(xiàn)固化。反應(yīng)組分可以是氣態(tài)并與輸出的纖維成反向流動，或液態(tài)的并作為輸出的纖維穿過其中的凝固浴。
本發(fā)明方法的優(yōu)點在于，通常不需要對陶瓷原料加熱或加溫或僅在噴嘴后就綠色微空心纖維而言出于對原料的固化而需要加熱或加溫。紡絲裝置設(shè)計優(yōu)選具有大量的噴嘴。在具有噴嘴的擠壓頭后連接的通道大多可以保持相當(dāng)短并且優(yōu)選為約0.1至0.3m長。與化學(xué)纖維生產(chǎn)相比，紡絲裝置盡管其物料流常常在明顯低的溫度下，但工作壓力與制備化學(xué)纖維時相同。在采用本發(fā)明方法時，物料流的溫度通常僅略高于室溫。
在采用熔體擠壓方法時，溫度的選擇應(yīng)確保有機(jī)熔融物的良好可加工性，因而這里在個別情況下選用的溫度達(dá)400℃。但要注意的是，紡絲裝置中的物料流是不中斷的。
微空心纖維管孔可以通過在噴嘴范圍內(nèi)在分流中引入的芯子或吹入諸如氧、氮、空氣或其它的混合氣等流體的裝置產(chǎn)生。噴嘴孔的設(shè)計應(yīng)能在最窄的空間內(nèi)規(guī)則排列設(shè)置大量的，例如幾千個噴嘴。當(dāng)例如分別有一個芯子或必要時多個扭轉(zhuǎn)的芯子，例如非常細(xì)的纖維，對準(zhǔn)噴嘴流向的中心時，則環(huán)形孔或不具有環(huán)形截面的異型孔不需要拉條固定(Stegfoemige Halterung)也行。在吹制法時，可在沒有或有一或多個芯子的情況下使用噴射嘴。所述噴嘴孔的直徑或最大寬度在采用各種制備方法時，優(yōu)選為約150μm，尤其是約120μm，并且特別優(yōu)選為80μm或甚至50μm，尤其是在焙燒時收縮幅度較大的材料時。對于收縮幅度較小的材料，優(yōu)選采用的孔的直徑或最大寬度約為90μm，尤其優(yōu)選為60μm并且特別優(yōu)選為30μm。在有些情況下，孔的直徑或最大寬度是燒制的本發(fā)明空心纖維的直徑或異型寬度的幾倍，這是因為通常在焙燒處理時會出現(xiàn)劇烈的收縮，該由初始尺寸至最終尺寸的收縮常常約為50至95％(加工余量(Technisch Aufmaβ))。在收縮較小時，該數(shù)值在10至60％范圍內(nèi)。
在采用本發(fā)明的紡絲方法時，紡絲速度優(yōu)選在約400至8000m/分鐘之間。
與化學(xué)纖維的紡絲方法相反，構(gòu)成膜和長絲的紡絲坯料常常僅在室溫條件下，并不象化學(xué)纖維在約200至500℃溫度下由噴嘴出來。構(gòu)成有待形成的微空心纖維的股的紡絲坯料的分流可通過加熱或通過紫外線、可見光或紅外線的照射或通過滲入空氣被固化成綠色微空心纖維，并且必要時進(jìn)行干燥。其中該加熱可以通過熱風(fēng)、熱對流或輻射熱實現(xiàn)并且通常在達(dá)僅100℃溫度條件下進(jìn)行。在綠色微空心纖維固化后，對其還可以進(jìn)行牽伸，以便改變其壁厚和外徑并且改善和改變纖維的特性，以及強(qiáng)度和必要時還有滲透性。構(gòu)成微空心纖維的股(分流)，其壁厚在固化前優(yōu)選約為0.5至50μm以及其外徑優(yōu)選約為1至160μm。以及在固化后其壁厚優(yōu)選約為0.4至45μm，尤其優(yōu)選約1至25μm，以及外徑為0.8至155μm，尤其為8至55μm并且特別優(yōu)選約為12至24μm，壁厚外徑的變化優(yōu)選在≤+/-5％范圍內(nèi)，尤其在≤+/-2％范圍內(nèi)。
對在未焙燒處理狀況下的將作為紡織空心纖維應(yīng)用的微空心纖維可在由噴嘴出來后并在通過加熱固化后進(jìn)行卷繞并且必要時也可以不經(jīng)附加處理對其進(jìn)行切斷并繼續(xù)加工。對這類纖維可以進(jìn)行交織、編織、氈合、扭結(jié)和其它的紡織加工以及必要時金屬化。
可將未經(jīng)焙燒處理的或經(jīng)焙燒處理的微空心纖維加工成單晶纖維、短纖維、長纖維、切段纖維、切片(Haeckseln)、無紡紗布(Gelegen)、長絲、織物、無紡布、緯編織物、針織物、氈墊、粗紗、薄膜、紙板(Papierlagen)、線、繩或網(wǎng)等并可繼續(xù)加工成長絲組件(Filament-Modulen)、層壓制品、預(yù)成形體、預(yù)浸膠體(Prepreg)等。例如可以將長絲制成圓盤或矩形墊形狀的層載體(Schichttraeger)，必要時可以將許多長絲堆疊加工成組件(Modulen)、其中該組件可以作為膜組件加以應(yīng)用。
在制備本發(fā)明微空心纖維的整個過程中可以插入或后置其它的工藝步驟。對微空心纖維的加工以及繼續(xù)加工都是根據(jù)已知的方法步驟采用已知的裝置進(jìn)行的。對未經(jīng)焙燒處理的陶瓷微空心纖維可根據(jù)已知的工業(yè)陶瓷方法進(jìn)行焙燒處理，從而制成陶瓷材料。其中例如涉及下述焙燒處理方法煤氣燒制-、保護(hù)氣體燒制-或電燒制方法。
本發(fā)明的經(jīng)焙燒處理的微空心纖維具有上述尺寸。
本發(fā)明的未焙燒處理或綠色微空心纖維以及經(jīng)焙燒處理的陶瓷微空心纖維具有所有對紡織纖維典型和必要的特性，以便例如加工成無紡紗布、長絲、織物、編織物、氈墊、無紡布和薄膜。由于本發(fā)明的微空心纖維的尺寸誤差很小，因而其外徑的分散帶也很小。故在實施合適的方法時不會產(chǎn)生直徑小于3μm、被視為致癌的微空心纖維。本發(fā)明的微空心纖維可以作為所謂的無端纖維加以應(yīng)用并且是無接頭的。這種纖維的制備相應(yīng)有利于環(huán)境保護(hù)，不會對環(huán)境造成損害并且另外可以再生。這種纖維可以取代尤其是由聚合物、碳等制成的已知的無管孔的纖維和空心纖維以及線和繩等。
尤其被視為意外的效果是，固化的綠色微空心纖維可進(jìn)行編織并且具有與商用聚合纖維相符的抗拉強(qiáng)度。另一意外的效果是，本發(fā)明的陶瓷微空心纖維可配有一個分離層，燒制時在分離層和纖維壁間沒有明顯的梯度。另一意外的效果是，由純氧化鋁構(gòu)成的原材料通過擠壓制備成的本發(fā)明的陶瓷微空心纖維的壁厚為約0.9μm和外徑為約6μm，采用對工業(yè)陶瓷通用的拉力試驗機(jī)進(jìn)行測量時，其在斷裂前的抗拉強(qiáng)度為3600Mpa。
本發(fā)明的半滲透微空心纖維也可以以單晶纖維、短纖維、長纖維、切段纖維、切片、無紡紗布、長絲、織物、無紡布、緯編織物、針織物、紙板、線、氈墊、粗紗、薄膜、繩、網(wǎng)等形式用作膜，例如用于透析，以及微透析和電滲折，用于確定分子量的滲壓計，作為分子篩用于液體和/或氣體的分離，作為催化劑載體，作為諸如病毒、病菌、真菌、孢子、灰塵、熱氣體、懸浮灰或煙灰過濾器等過濾器，作為壓電陶瓷用于隔熱或作為諸如透析、骨骼、牙齒或組織載體移植物等植入物。在制冷時滯留物流可穿流過充填有經(jīng)焙燒處理的微空心纖維的總固定床反應(yīng)器；其中滲透物優(yōu)選由微空心纖維的內(nèi)部經(jīng)其管孔的開口由纖維端出來或與此相反。半滲透的或密實焙燒的濾布適用于例如發(fā)電廠用于對熱氣體過濾的過濾分離器。
本發(fā)明密封的微空心纖維也可以以單晶纖維、短纖維、長纖維、切段纖維、切片、無紡紗布、長絲、織物、無紡布、緯編織物、針織物、氈墊、粗紗、薄膜、紙板、線、繩、網(wǎng)等形式用于隔熱、作為耐高溫的輸送帶、作為壓電陶瓷、作為高真空密封纖維用于諸如激光的光傳輸、作為航天器的耐熔化層、用于電子焊機(jī)、真空室、真空泵和其它真空裝置的密封和加襯、作為金屬/陶瓷復(fù)合物、用于復(fù)合材料、作為配筋替代鋼筋和其它建筑物配筋、作為電子流變學(xué)領(lǐng)域的元件，例如作為液體載體和液體導(dǎo)體，用于專用紙和專用薄膜的安全薄膜、作為充氣薄膜，例如用于食品和血的保存、作為載體材料用于防偽貨幣、用于耐火和防腐紙品(Papierqualitaete)、作為基體對金屬熔體配筋或作為諸如頂桿的薄壁聚合物構(gòu)件的基體。
下面將對照下述實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
例1采用德國巴納格公司(Firma Barnag)制的紡絲裝置用于制備陶瓷微空心纖維，該裝置就有關(guān)的噴嘴直徑、在噴嘴孔范圍內(nèi)的芯子和/或吹氣裝置的定位和用于固化纖維股的裝置等與本發(fā)明優(yōu)選方法的特殊條件適配。作為陶瓷原材料采用由溶膠-凝膠-工藝制備的陶磁坯料，該坯料通過將于水中的Al2(OH)5Cl2,5H2O和于水中的聚乙烯醇混合而獲得。其中20公斤水用40公斤聚乙烯醇和60公斤Al2(OH5)Cl2,5H2O。其中制備出的溶膠經(jīng)攪拌變成凝膠或溶膠凝膠。將獲得的膏狀坯料充入紡絲裝置的加料容器中并用擠壓機(jī)螺桿無氣泡地將坯料壓入擠壓頭內(nèi)。輸送溫度約在25℃。膏狀坯料通過擠壓頭的3000個以上的環(huán)形噴嘴孔成形，其中在每個噴嘴范圍內(nèi)的同軸設(shè)備(Schikanen)被用于作為芯子。擠壓頭的下側(cè)與烘干筒熱隔離。纖維股在烘干筒內(nèi)通過紅外線和熱對流被加熱到約140℃并因此被烘干和實現(xiàn)充分的固化，因而在接著的紡織處理時不會產(chǎn)生無意的尺寸變化。紡絲速度約為1200m/分鐘。獲得的綠色微空心纖維的壁厚約為5.5μm并且外徑約為33μm。

圖1示出未焙燒處理或綠色微空心纖維。通過對仍具有少量的設(shè)定比例的殘余水份的該綠色空心纖維的牽伸，在室溫條件下牽伸比例為1∶1.2，其壁厚變成約4.5μm并且其外徑變成約28μm。該微空心纖維經(jīng)緩慢地加熱到1600℃后，保持1小時并緩慢地降溫。燒制好的微空心纖維的壁厚約為0.9μm并且外徑約6μm。
例2和3根據(jù)例1本發(fā)明的微空心纖維采用以瓷或沸石的硅鋁酸鎂基的坯料制備而成。在表1中本發(fā)明燒制成的微空心纖維的平均尺寸及其特性與已知的纖維做了對比。
權(quán)利要求
1．由陶瓷材料制成的微空心纖維，其特征在于該纖維的壁厚為約0.01至15μm并且其外徑為約0.5至35μm。
2．依照權(quán)利要求1的微空心纖維，其特征在于該纖維的壁厚約為0.3至6μm，尤其是約為0.5至3μm。
3．依照權(quán)利要求1或2的微空心纖維，其特征在于其外徑約為1至25μm，尤其是約為1至10μm。
4．依照權(quán)利要求1至3中任一項的微空心纖維，其特征在于該纖維主要由氧化物的、硅酸鹽的、氮化物的和/或碳化物的陶瓷材料構(gòu)成。
5．依照權(quán)利要求1至4中任一項的微空心纖維，其特征在于該纖維的壁厚和外徑的誤差不大于6％。
6．依照權(quán)利要求1至5中任一項的微空心纖維，其特征在于該纖維具有半滲透性的壁。
7．依照權(quán)利要求1至5中任一項的微空心纖維，其特征在于該纖維具有密實焙燒的壁。
8．依照權(quán)利要求6的微空心纖維，其特征在于在壁的外表面上有一分離層。
9．依照權(quán)利要求8的微空心纖維，其特征在于分離層的厚度等于或小于2.5μm。
10．制備微空心纖維，尤其是制備依照權(quán)利要求1至9中任一項的微空心纖維的方法，其特征在于將一種分散液以已知的方式成形為綠色微空心纖維并且必要時在熱作用下去除掉粘合劑，所述分散液含有陶瓷材料的前體物和一種在熱作用下可以去除的粘合劑。
11．依照權(quán)利要求10的方法，其特征在于可采用吹制、擠壓、真空擠壓或紡絲方法制備綠色微空心纖維。
12．依照權(quán)利要求10或11的方法，其特征在于采用紡絲方法，其中分散液被加入一紡絲裝置的加料容器或壓力容器內(nèi)，分散液在溫度約為20至400℃的情況下被輸送流經(jīng)紡絲裝置并擠壓穿過噴嘴環(huán)形孔或噴嘴異形孔，在噴嘴孔范圍內(nèi)產(chǎn)生的分流在中心被芯子和/或吹氣裝置分離并且該分流通過加熱、照射或通過滲入反應(yīng)組分被固化成綠色微空心纖維。
13．依照權(quán)利要求10至12中任一項的方法，其特征在于綠色微空心纖維經(jīng)焙燒縮合成半滲透的微空心纖維。
14．依照權(quán)利要求10至12中任一項的方法，其特征在于綠色微空心纖維被燒制成密封的微空心纖維。
15．依照權(quán)利要求10至14中任一項的方法，其特征在于在綠色或陶瓷微空心纖維上形成一分離層。
16．依照權(quán)利要求15的方法，其特征在于對由無機(jī)的分離層覆蓋的微空心纖維進(jìn)行焙燒處理。
17．依照權(quán)利要求11至16中任一項的方法，其特征在于制備無端的微空心纖維。
18．依照權(quán)利要求11至17中任一項的方法，其特征在于可將微空心纖維加工成單晶纖維、短纖維、長纖維、切段纖維、切片、無紡紗布、長絲、織物、無紡布、緯編織物、針織物、氈墊、粗紗、薄膜、紙板、線、繩或網(wǎng)等。
19．依照權(quán)利要求11至17中任一項的方法，其特征在于微空心纖維被繼續(xù)加工成長絲組件、層壓制品、預(yù)成形體或預(yù)浸膠體等。
20．依照權(quán)利要求1至10中至少一項的陶瓷微空心纖維的應(yīng)用，用于制備膜、分子篩、催化劑載體、過濾器、壓電陶瓷、植入物、耐高溫的輸送帶、耐熔保護(hù)層、金屬/陶瓷復(fù)合物或其它的復(fù)合材料、建筑物的配筋、電子流變學(xué)領(lǐng)域的元件、安全薄膜、充氣薄膜、載體材料、耐火和防腐紙品、金屬熔體的基體或薄壁聚合物構(gòu)件的基體及制冷器件的基體、滲壓計、用于隔熱、光傳輸或密封和加襯。
21．依照權(quán)利要求11-19中至少一項的方法制備的綠色微空心纖維的應(yīng)用，用于制備膜、分子篩、催化劑載體、過濾器、壓電陶瓷、植入物、耐高溫的輸送帶、耐熔保護(hù)層、金屬/陶瓷復(fù)合物或其它的復(fù)合材料、建筑物的配筋、電子流變學(xué)領(lǐng)域的元件、安全薄膜、充氣薄膜、載體材料、耐火和防腐紙品、金屬熔體的基體或薄壁聚合物構(gòu)件的基體及制冷器件的基體、滲壓計、用于隔熱、光傳輸或密封和加襯。
全文摘要
本發(fā)明提出一種由陶瓷材料制成的微空心纖維,其壁厚為約0.01至15μm并且外徑為約0.5至35μm。優(yōu)選采用下述方法制備微空心纖維,其中將含有陶瓷材料前體物和在熱作用下可以去除的粘合劑的分散液以已知的方式成形成綠色微空心纖維并且必要時在熱作用去除掉粘合劑。
文檔編號D02G3/16GK1211966SQ97192439
公開日1999年3月24日 申請日期1997年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月21日
發(fā)明者K·瑞納貝克 申請人:K·瑞納貝克