【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無機非金屬陶瓷纖維材料領域，具體涉及一種高溫高強度janus結構氧化鋯-氧化鈦纖維膜的制備方法及應用。
技術介紹
1、隨著航天、航空和高溫隔熱等領域的不斷發展，研制能夠滿足超高溫環境長期使用要求的超高溫隔熱材料是目前的一大熱點。從熱傳遞的基本物理過程得到，熱傳遞主要通過三種方式進行：熱輻射、熱傳導和熱對流。中低溫度下，熱傳導與熱對流是物質傳熱的主要方式。而在高溫時，熱輻射占總傳熱量的比例增大，抑制熱輻射對材料的隔熱性能提升更為明顯。研究發現，通過金屬和無機粉體的紅外反射能力，能夠有效減少熱量因熱輻射形式產生的損耗，達到隔熱的效果。
2、氧化鋯纖維不僅繼承了氧化鋯本身高熔點（2715℃）、低熱導率、抗高溫氧化性能強、紅外反射和散射能力強等固有特性，還具有纖維材料柔韌性好的特點，使得氧化鋯纖維比其它氧化物纖維具有更為優異的耐溫、隔熱、節能效果。
3、二氧化鈦（tio2）是典型的寬帶吸收半導體材料，具有熔點（1850℃）高、折射率極高、禁帶寬度適中、化學穩定性好、儲量豐富、環境友好等優點。其中金紅石型tio2的折射率為2.72，是一種折射率極高的無機氧化物，常作為近紅外反射材料使用。
4、公開號為cn109876763a的中國專利文件，公開了一種二氧化鋯/二氧化鈦復合吸附材料的制備方法，采用離心甩絲工藝經高溫熱處理得到了高質量二氧化鈦-氧化鋯復合纖維，纖維材料增加了與降解物的接觸面積，具有更優異的光催化效果。然而，該方法只使用一種紡絲液得到了兩相混合的纖維且應用領域為催化領域，如果能制
5、中國論文“輕質氧化鋯基纖維隔熱材料的制備及性能研究”（董建紅.?輕質氧化鋯基纖維隔熱材料的制備及性能研究[d].?濟南:?山東大學,?2022.）公開了一種采用不同體系的鋯、鈦前驅體為原料運用并肩紡絲法制備氧化鋯-氧化鈦復合纖維膜的方法，使得低熱導、高強度的氧化鋯與紅外反射能力強的氧化鈦進行有效的結合，實現了纖維膜隔熱性能的綜合提升。然而經進一步研究發現其高溫下處理后的力學性能可進一步提升，因此考慮隔熱材料在長期使用過程中需保持穩定的自身形態以延長使用壽命的重要性質以及纖維膜需要足夠的強度去承受運輸、安裝、應用過程中所受的機械外力的問題，進一步提高纖維膜在高溫下的力學性能具有重要的現實意義。
技術實現思路
1、本專利技術的第一目的是提供一種高溫高強度janus結構氧化鋯-氧化鈦纖維膜的制備方法，通過選用聚乙酰丙酮合鋯、聚乙酰丙酮合鈦兩種同體系的有機聚合物前驅體作為制備janus結構氧化鋯-氧化鈦纖維膜的原料，可以顯著提高纖維膜的拉伸性能；本專利技術的第二目的是提供一種上述方法制備的纖維膜在高溫隔熱材料中的應用。
2、為了達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、一方面，本專利技術提供一種高溫高強度janus結構氧化鋯-氧化鈦纖維膜的制備方法，包括如下步驟：
4、（1）將聚乙酰丙酮合鋯、水合無機釔鹽穩定劑、去離子水、有機聚合物助紡劑溶于甲醇中，加熱攪拌，制得聚乙酰丙酮合鋯紡絲液；
5、（2）將聚乙酰丙酮合鈦、有機聚合物助紡劑和去離子水溶于乙醇中，加熱攪拌，制得聚乙酰丙酮合鈦紡絲液；
6、（3）采用肩并肩靜電紡絲技術將聚乙酰丙酮合鋯紡絲液與聚乙酰丙酮合鈦紡絲液進行紡絲，制得的氧化鋯-氧化鈦前驅體纖維膜，對氧化鋯-氧化鈦前驅體纖維膜進行熱處理，即得高溫高強度janus結構氧化鋯-氧化鈦纖維膜。
7、所述步驟（1）中水合無機釔鹽穩定劑為六水合硝酸釔或六水合氯化釔或八水合硫酸釔中的一種；有機聚合物助紡劑為聚氧化乙烯或聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一種。水合無機釔鹽穩定劑作為晶相穩定劑加入，起到穩定氧化鋯晶型的作用。有機聚合物助紡劑的加入用于調控前驅體溶膠的可紡性，同時滿足纖維不同要求的鋯源、溶劑和有機聚合物助紡劑的最佳配比。
8、所述步驟（1）中，聚乙酰丙酮合鋯、水合無機釔鹽穩定劑、有機聚合物助紡劑、去離子水與甲醇的質量比為1:0.1~0.3:0.007~0.02:0.05~0.1:1.5~4.5。
9、所述步驟（2）中，有機聚合物助紡劑為聚氧化乙烯或聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一種。有機聚合物助紡劑的加入用于調控前驅體溶膠的可紡性，同時滿足纖維不同要求的鈦源、溶劑和有機聚合物助紡劑的最佳配比。
10、所述步驟（2）中，聚乙酰丙酮合鈦、有機聚合物助紡劑、去離子水、乙醇的質量比為1:0.008~0.04:0.1~0.15:2~4。
11、所述步驟（3）中，采用肩并肩靜電紡絲技術將聚乙酰丙酮合鋯紡絲液與聚乙酰丙酮合鈦紡絲液進行紡絲，制得的氧化鋯-氧化鈦前驅體纖維膜，步驟如下，將聚乙酰丙酮合鋯紡絲液和聚乙酰丙酮合鈦紡絲液分別加入至兩支相同的注射器中，兩支注射器分別連接到肩并肩電紡針頭的兩個并列的電紡針頭上，所述針頭的內直徑為0.25~0.4mm，外直徑為0.55~0.7mm，并將注射器固定在推進泵上，設置聚乙酰丙酮合鋯紡絲液推注流速為0.5~1.5ml/h，聚乙酰丙酮合鋯紡絲液與聚乙酰丙酮合鈦紡絲液的流速比為1:1~2，開啟推進泵，使聚乙酰丙酮合鋯紡絲液與聚乙酰丙酮合鈦紡絲液在針頭處匯合，控制紡絲電壓為5~20kv，使紡絲液拉伸成絲，并纏繞在金屬滾筒上，肩并肩電紡針頭口與滾筒之間的間距為15~30cm，滾筒轉速為60~200r/min，環境溫度為20~35℃，空氣相對濕度為30%~55%，制備得到氧化鋯-氧化鈦前驅體纖維膜。
12、電紡纖維膜過程中的紡絲參數關系著纖維的質量，宏觀表現為纖維膜的力學性能。當紡絲電壓過高時，電紡過程中短纖維呈噴射狀從紡絲針頭噴出，所得前驅體纖維長度較短，直徑過細，強度較差；當紡絲距離過小，溶劑揮發不完全，纖維扁平并出現黏連；當紡絲過程中濕度太大、溫度過低時，溶劑揮發不完全且有水凝結在纖維表面，紡絲針頭處出現輕微液滴富集，所得纖維出現黏連。
13、所述步驟（3）中，熱處理在空氣氣氛下進行，熱處理程序為：按0.5~1℃/min的升溫速率從室溫到450℃，接著按2~4℃/min的升溫速率升至1000℃~1200℃，并保溫60-200min。
14、熱處理過程分段處理的原因是：450℃之前主要發生的是前驅體纖維中有機成分（殘存的有機溶劑和配體）的分解反應，隨著熱處理溫度升高，前驅體纖維中的有機物發生劇烈的氧化分解反應，從而會迅速產生大量的co2、h2o等氣體破壞纖維基體，形成危害纖維質量的氣孔裂紋等缺陷，甚至會直接導致纖維的粉化，控制較小的升溫速率有利于降低反應發生劇烈程度，保護纖維基體；450℃之后在保證有機物完全去除的情況下進行快速升溫，能夠有效提高氧化鈦由銳鈦礦相向金紅石相轉變的相變溫度，降低相變引起的體積變化對纖維強度的影響，使纖維膜具有優異的力學性能。
15、另一方面，本專利技術提供一種上述方法制備的高溫本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高溫高強度Janus結構氧化鋯-氧化鈦纖維膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中，水合無機釔鹽穩定劑為六水合硝酸釔或六水合氯化釔或八水合硫酸釔中的一種；有機聚合物助紡劑為聚氧化乙烯或聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一種。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中，聚乙酰丙酮合鋯、水合無機釔鹽穩定劑、有機聚合物助紡劑、去離子水與甲醇的質量比為1:0.1~0.3:0.007~0.02:0.05~0.1:1.5~4.5。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中，有機聚合物助紡劑為聚氧化乙烯或聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一種。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中，聚乙酰丙酮合鈦、有機聚合物助紡劑、去離子水、乙醇的質量比為1:0.008~0.04:0.1~0.15:2~4。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3）中，采用肩并肩靜電紡絲技術將聚乙酰丙酮合鋯紡絲液與聚乙酰
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3）中熱處理在空氣氣氛下進行，熱處理程序為：按0.5~1℃/min的升溫速率從室溫到450℃，接著按2~4℃/min的升溫速率升至1000℃~1200℃，并保溫60-200min。
8.一種如權利要求1-7任一項所述方法制得的高溫高強度Janus結構氧化鋯-氧化鈦纖維膜的應用，其特征在于，所述高溫高強度Janus結構氧化鋯-氧化鈦纖維膜應用于高溫隔熱材料。
...【技術特征摘要】
1.一種高溫高強度janus結構氧化鋯-氧化鈦纖維膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中，水合無機釔鹽穩定劑為六水合硝酸釔或六水合氯化釔或八水合硫酸釔中的一種；有機聚合物助紡劑為聚氧化乙烯或聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一種。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中，聚乙酰丙酮合鋯、水合無機釔鹽穩定劑、有機聚合物助紡劑、去離子水與甲醇的質量比為1:0.1~0.3:0.007~0.02:0.05~0.1:1.5~4.5。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中，有機聚合物助紡劑為聚氧化乙烯或聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一種。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中，聚乙酰丙酮合鈦、有機聚合物助紡劑、去離子水、乙醇的質量比為1:0.008~0.04:0.1~0.15:2~4。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3）中，采用肩并肩靜電紡絲技術將聚乙酰丙酮合鋯紡絲液與聚乙酰丙酮合鈦紡絲液進行紡絲，制得氧化鋯-氧化鈦前驅體纖維膜，步驟如下，將聚乙酰丙酮合鋯紡絲...
【專利技術屬性】
技術研發人員：董建紅，李蘭新，王夢真，亓薇，孫秀萍，張大山，劉通，王琳琳，朱榮振，劉建路，
申請(專利權)人：山東海化集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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