一種靜電紡絲技術(shù)制備氧化鋯納米纖維的方法及其制得的產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)氧化物纖維技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鋯納米纖維的制備方法及其制得的廣品。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋯陶瓷纖維具有高熔點(diǎn)、低熱導(dǎo)率、氧化還原性能穩(wěn)定、生物相容性好等諸多特性，在結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、隔熱部件、氣敏元件、多相催化、生物材料等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。由于氧化鋯熔點(diǎn)高且熔體粘度低，因此不宜采用熔融法進(jìn)行氧化鋯纖維的制備。目前，氧化鋯纖維的主要制備方法有:溶液浸漬法、溶膠凝膠法、共混紡絲法、靜電紡絲法等。其中，靜電紡絲法具有簡(jiǎn)單高效、產(chǎn)品品質(zhì)高、性能穩(wěn)定、易于工業(yè)化等特點(diǎn)，從而引起廣泛的興趣與關(guān)注。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)所采用的靜電紡絲法，首先是將鋯鹽制備成溶膠紡絲液，靜電紡絲后再進(jìn)行燒結(jié)制備而得到氧化鋯纖維。而作為原料的鋯鹽，通常采用的是氧氯化鋯、醋酸鋯、正丙醇鋯，并由此而帶來(lái)以下技術(shù)缺陷:1、雖然氧氯化鋯是最為經(jīng)濟(jì)普遍的鋯鹽，但是產(chǎn)物中殘留的氯離子很難完全去除，使得產(chǎn)品的質(zhì)量受到影響；而醋酸鋯、正丙醇鋯，不僅價(jià)格昂貴，而且紡絲液的制備步驟繁瑣，不利于氧化鋯纖維技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。2、由于纖維前驅(qū)體為鋯鹽，在后序的排膠及燒結(jié)過(guò)程中，伴隨著母鹽的熱分解，晶化過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，從而嚴(yán)重影響了纖維的強(qiáng)度及韌性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以氧化鋯懸浮液作為紡絲液、采用靜電紡絲技術(shù)制備氧化鋯納米纖維的方法，以解決現(xiàn)有靜電紡絲技術(shù)以鋯鹽作為纖維前驅(qū)體所帶來(lái)的原料成本高、紡絲液制備步驟繁瑣、嚴(yán)重影響產(chǎn)品性能和質(zhì)量等問(wèn)題，從而促進(jìn)氧化鋯纖維技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。本發(fā)明的另一目的在于提供利用上述方法制得的氧化鋯納米纖維產(chǎn)品。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明提供的一種靜電紡絲技術(shù)制備氧化鋯納米纖維的方法，包括以下步驟:
[0007](I)在去離子水中加入氧化鋯納米粉體，并添加聚乙二醇，攪拌混合并調(diào)整體系pH值為1.5?3.5，得到納米氧化錯(cuò)懸浮液；所述納米氧化錯(cuò)懸浮液中氧化錯(cuò)納米粉體的含量為5?17wt% ；
[0008](2)在所述納米氧化鋯懸浮液中加入聚合物攪拌改性，得到靜電紡絲溶液；
[0009](3)將所述靜電紡絲溶液加入帶不銹鋼針頭的注射器中進(jìn)行靜電紡絲，得到氧化鋯纖維前軀體；
[0010](4)將所述氧化鋯纖維前軀體進(jìn)行排膠、煅燒，獲得氧化鋯納米纖維。
[0011]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(2)中聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、二甲基酰胺、聚環(huán)氧乙烷、聚乳酸中的一種或其組合；得到的靜電紡絲溶液其粘度為1000?2000mPa.S。
[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(3)中紡絲溫度為20?35°C，靜電紡絲液的噴出速度為1.0?4.0ml/h，外加電場(chǎng)強(qiáng)度為10?30kv，紡絲接收距離為15?30cm。所述步驟(4)中排膠溫度為600?800°C，煅燒溫度為1200?1500°C。
[0013]上述方案中，本發(fā)明所述步驟(I)中氧化鋯納米粉體的平均晶粒尺寸為20?120nmo
[0014]此外，為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，本發(fā)明所述步驟⑴的氧化鋯中摻雜有氧化釔、氧化鈰、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈧中的一種或其組合。
[0015]本發(fā)明利用上述方法制得的氧化鋯納米纖維產(chǎn)品，其平均直徑為200?5000nm，由平均晶粒尺寸50?500nm的氧化鋯顆粒組成；其晶型為四方相、立方相中的一種或其組入口 ο
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017](I)本發(fā)明以納米氧化鋯懸浮液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以鋯鹽制備的凝膠作為紡絲液，不僅極大地簡(jiǎn)化了紡絲液的制備步驟，顯著提高了產(chǎn)量，而且解決了以鋯鹽為原料所帶來(lái)的殘留氯離子的影響、或原料成本高等問(wèn)題，同時(shí)也有利于提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。
[0018](2)本發(fā)明通過(guò)采用不同粒徑的納米氧化鋯粉體原料，能夠簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化鋯纖維一維形貌的控制。
[0019](3)本發(fā)明通過(guò)采用不同穩(wěn)定元素與不同摻雜含量的納米氧化鋯原料，能夠制備得到不同性能的氧化鋯納米纖維，從而能夠更好地滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一制得的四方相釔穩(wěn)定氧化鋯納米纖維的XRD圖譜；
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一制得的四方相釔穩(wěn)定氧化鋯納米纖維的低倍SEM照片；
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一制得的四方相釔穩(wěn)定氧化鋯納米纖維的高倍SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明以平均晶粒尺寸為20?120nm的氧化鋯納米粉體為原料，且氧化鋯中摻雜有氧化釔、氧化鈰、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈧中的一種或其組合。
[0025]實(shí)施例一:
[0026]本實(shí)施例一種靜電紡絲技術(shù)制備氧化鋯納米纖維的方法，其步驟如下:
[0027](I)在去離子水中加入釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體，并添加聚乙二醇(PEG)，在超聲條件下攪拌混合并調(diào)整體系PH值為3.5，得到納米氧化鋯懸浮液；納米氧化鋯懸浮液中釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體的含量為8wt%，聚乙二醇的添加量為釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體的2.5wt % ；
[0028](2)在納米氧化鋯懸浮液中加入聚環(huán)氧乙烷，攪拌24小時(shí)調(diào)整懸浮液粘度至1200mPa.s，得到靜電紡絲溶液；
[0029](3)將靜電紡絲溶液栗入帶不銹鋼針頭的注射器中，在溫度25°C、紡絲液噴出速度2.2ml/h、外加電場(chǎng)強(qiáng)度12kV、紡絲接收距離25cm條件下進(jìn)行靜電紡絲，得到氧化鋯纖維前軀體；
[0030](4)將氧化鋯纖維前軀體在溫度600°C下排膠，再于溫度1200°C下煅燒，獲得四方相釔穩(wěn)定氧化鋯納米纖維(見(jiàn)圖1)。
[0031]如圖2所示，本實(shí)施例制備得到的四方相釔穩(wěn)定氧化鋯納米纖維直徑均勻、連續(xù)性好，具有很好的柔韌性。如圖3所示，纖維產(chǎn)品表面光滑致密，沒(méi)有明顯的氣孔和裂紋；纖維產(chǎn)品的平均直徑為230n