一种具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺的制作方法

本发明属于无机非金属材料表面改性领域，涉及一种具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺。

背景技术：

1、连续氧化铝纤维因具有耐酸碱、耐腐蚀、高温绝缘抗氧化等优异性能，在航空、航天和轨道交通等方面有着广阔的应用前景。但氧化铝纤维因其特殊的性能，导致其在抗菌、导电及催化等领域受到限制，而金属及金属氧化物则拥有抗菌、导电及催化性能，所以可通过一定工艺在氧化铝纤维表面制备出连续均匀的皮层包裹氧化铝纤维，使其拥有皮芯结构，根绝趋肤效应和纳米催化效应，促使纤维拥有导电、抗菌及催化等性能。

2、就目前皮芯结构的制备而言，方法多种多样，例如常见的制备工艺有电镀、化学镀、气相沉积等。但氧化铝纤维绝缘不导电所以不能使用电镀，又因为氧化铝纤维脆性大所以气相沉积不太适用，且气相沉积的设备较为昂贵。化学镀工艺操作简单、设备低廉，实验可控，是一种较好处理的制备工艺，但同时存在一些缺陷，即由于氧化铝纤维具有耐酸碱性，传统的粗化工艺无法实现纤维表面粗糙化，贵金属离子无法沉积，如何达到有效施镀成为了需要解决的核心问题。并且目前化学镀工艺制备过程中，存在的前处理贵金属的引入造成的水污染严重，镀液反应不完全等问题。

技术实现思路

1、本发明针对传统氧化铝纤维化学施镀中存在的问题提出一种新型的具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺。

2、为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

3、一种具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺,将粗化后的纤维置于吸附剂和偶联剂混合溶液中浸泡，然后置于含有金属离子的皮层原液中浸泡施镀，得到含有皮芯结构的氧化铝纤维。

4、作为优选，所述吸附剂为甜菜碱、壳聚糖、琼脂中的任意一种；所述偶联剂为丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、异丙氧基三酞酸酯中的任意一种；混合溶液中吸附剂的质量分数为3-15%，偶联剂的质量分数为2-10%。

5、作为优选，具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺，步骤如下：

6、（1）将纤维置于酸性溶液中浸泡；浸泡完成后取出，置于碱性溶液中浸泡；

7、（2）将步骤（1）中浸泡后的纤维用去离子水充分冲洗，然后置于配制好的吸附剂和偶联剂的混合溶液中，浸泡；

8、（3）将（2）中浸泡后的纤维用去离子水充分冲洗后，然后置于皮层原液中浸泡施镀；

9、（4）待施镀完成后，取出纤维冲洗，烘干，得到含有皮芯结构的氧化铝纤维产品。

10、作为优选，步骤（1）中酸性溶液ph为2-4，酸性溶液中浸泡时间为2-10min；碱性溶液ph为10-13，碱性溶液中浸泡时间为0.5-6min。

11、作为优选，步骤（2）中浸泡时间为5-35min。

12、作为优选，步骤（3）皮层原液中金属离子浓度为0.5-2mol/l，施镀温度为50-80℃，施镀时间为5-25min；皮层原液中金属离子为铜离子、镍离子、银离子中的任意一种。

13、作为优选，步骤（1）中酸性溶液为硝酸溶液、硫酸溶液、盐酸溶液中的任意一种；碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钡溶液中的任意一种。

14、本发明所采用的连续氧化铝纤维的牌号包括但不限于735、857、996，纤维无需经过单独的胶层去除步骤，而直接通过强酸性溶液浸泡后，氧化铝纤维表面被粗化处理，使胶层变得凹凸不平，纤维表面粗糙度增加。然后对纤维进行浸碱处理，中和纤维凹凸表面残留的酸。进一步通过去离子水充分冲洗后将纤维表面可能残存的酸或碱去除，并进一步清除表面杂质，为纤维后续施镀提供条件。在施镀前，将纤维浸泡于特定成分和含量的吸附剂溶液中，具有吸附金属离子的高分子材料和树脂类吸附剂，附着在纤维表面的凹凸不平处，吸附剂溶液中的物质组成和比例对于纤维表面的改性作用影响很大，吸附剂溶液中除了吸附剂外，还包含一定比例的偶联剂，使得吸附剂在偶联剂的作用下附着在纤维表面。通过控制后期施镀液的温度，使得皮层原液中游离的金属离子进一步被吸附剂大量吸附，金属离子在镀液中被还原出后就被吸附剂强有力的吸附在纤维表面，不断累积，从而实现皮芯结构的制备。偶联剂的内部分子可以和吸附剂分子之间产生较强的分子间作用，可被表面积较大的氧化铝纤维牢牢吸附，从而实现吸附剂附着的作用。这一处理步骤提高了施镀液中金属离子的利用率，提高了施镀的效率和镀层的稳定性。

15、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

16、1.本发明所提出的工艺对氧化铝纤维施镀前的预处理工艺进行了改良，通过吸附剂和偶联剂的联合处理，提高了后期施镀过程中金属离子的利用率，减少了贵重金属离子的用量，成本低廉，环境友好。

17、2.产品氧化铝纤维表面皮芯结构的形态可控，且氧化铝纤维原始状态没有限制，颗粒状、长短不同的氧化铝纤维均适用。

18、3.工艺简单，成品合格率高，适合大规模工业生产推广。

技术特征：

1.一种具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺,其特征在于，将粗化后的纤维置于吸附剂和偶联剂混合溶液中浸泡，然后置于含有金属离子的皮层原液中浸泡施镀，得到含有皮芯结构的氧化铝纤维。

2.根据权利要求1所述具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺,其特征在于，所述吸附剂为甜菜碱、壳聚糖、琼脂中的任意一种；所述偶联剂为丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、异丙氧基三酞酸酯中的任意一种；混合溶液中吸附剂的质量分数为3-15%，偶联剂的质量分数为2-10%。

3.根据权利要求1或2所述具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺,其特征在于，步骤如下：

4.根据权利要求3所述具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺,其特征在于，步骤（1）中酸性溶液ph为2-4，酸性溶液中浸泡时间为2-10min；碱性溶液ph为10-13，碱性溶液中浸泡时间为0.5-6min。

5.根据权利要求3所述具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺,其特征在于，步骤（2）中浸泡时间为5-35min。

6.根据权利要求3所述具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺,其特征在于，所述步骤（3）中，皮层原液中金属离子浓度为0.5-2mol/l，施镀温度为50-80℃，施镀时间为5-25min；皮层原液中金属离子为铜离子、镍离子、银离子中的任意一种。

7.根据权利要求3所述具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺,其特征在于，步骤（1）中酸性溶液为硝酸溶液、硫酸溶液、盐酸溶液中的任意一种；碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钡溶液中的任意一种。

技术总结本发明属于无机非金属材料表面改性领域技术领域，涉及一种具有皮芯结构的功能化氧化铝纤维的制备工艺。将粗化后的纤维置于吸附剂和偶联剂混合溶液中浸泡，然后置于含有金属离子的皮层原液中浸泡施镀，得到含有皮芯结构的氧化铝纤维。本发明所提出的工艺对氧化铝纤维施镀前的预处理工艺进行了改良，通过吸附剂和偶联剂的联合处理，提高了后期施镀过程中金属离子的利用率，减少了贵重金属离子的用量，成本低廉，环境友好。产品氧化铝纤维表面皮芯结构的形态可控，且氧化铝纤维原始状态没有限制，颗粒状、长短不同的氧化铝纤维均适用。工艺简单，成品合格率高，适合大规模工业生产推广。技术研发人员：张健,王丽华,刘凤娇,马晓东,吴南春,马小民受保护的技术使用者：国装新材料技术（江苏）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5