CN114455846B - 一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法 - Google Patents
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114455846B CN114455846B CN202210060172.2A CN202210060172A CN114455846B CN 114455846 B CN114455846 B CN 114455846B CN 202210060172 A CN202210060172 A CN 202210060172A CN 114455846 B CN114455846 B CN 114455846B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mullite
- nanofiber
- fiber
- solution
- prepared
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 176
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 175
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 115
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 114
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 72
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 8
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 29
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 27
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 27
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 21
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 19
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 10
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- XNDZQQSKSQTQQD-UHFFFAOYSA-N 3-methylcyclohex-2-en-1-ol Chemical compound CC1=CC(O)CCC1 XNDZQQSKSQTQQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 7
- JGDITNMASUZKPW-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.Cl[Al](Cl)Cl JGDITNMASUZKPW-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 7
- 229940009861 aluminum chloride hexahydrate Drugs 0.000 claims description 7
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 7
- XBIUWALDKXACEA-UHFFFAOYSA-N 3-[bis(2,4-dioxopentan-3-yl)alumanyl]pentane-2,4-dione Chemical compound CC(=O)C(C(C)=O)[Al](C(C(C)=O)C(C)=O)C(C(C)=O)C(C)=O XBIUWALDKXACEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N methyltrimethoxysilane Chemical compound CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(triethoxy)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C=C FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 4
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 22
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 97
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 30
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 25
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 19
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 4
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 4
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 description 2
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000242 pagocytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 2
- 238000009704 powder extrusion Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910003849 O-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003872 O—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002800 Si–O–Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000006136 alcoholysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000002468 ceramisation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000578 dry spinning Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 229940085805 fiberall Drugs 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- -1 hydroxyl ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229940057995 liquid paraffin Drugs 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000935 solvent evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/06—Mineral fibres, e.g. slag wool, mineral wool, rock wool
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/005—Manufacture of flakes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
- C04B35/185—Mullite 3Al2O3-2SiO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/62227—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres
- C04B35/62231—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres based on oxide ceramics
- C04B35/6224—Fibres based on silica
- C04B35/62245—Fibres based on silica rich in aluminium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/624—Sol-gel processing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6562—Heating rate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6567—Treatment time
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
本发明涉及一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法，该材料由以下制备方法制得：(1)取硅源、铝源分散于溶剂中，加入去离子水和催化剂，调节pH为5～7，进行水解反应，然后加入聚合物溶液，得到纺丝溶液；(2)通过静电纺丝将纺丝溶液制成前驱体纤维材料；(3)对前驱体纤维材料进行煅烧，即得目的产物。本发明通过在莫来石纳米单纤维上引入孔，降低了空气分子的热传导和固体传热效应，提高了陶瓷纤维材料的隔热性能，絮片的垂直取向结构提升了材料强度。与现有技术相比，本发明絮片材料厚度较大，层间剥离强度较高，隔热性能较好，可直接制备出尺寸及厚度较大的陶瓷纤维絮片，可满足大型设备隔热领域的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于静电纺纳米纤维技术领域，涉及一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法。
背景技术
莫来石(3Al2O3·2SiO2)纤维是一种耐高温晶体纤维，使用温度高达1500℃，在高温有氧环境下具有优异的热稳定性和抗蠕变性，同时材料还具有良好的介电性能和化学稳定性，因此其被广泛用作航空航天、机械、冶金等领域的隔热材料、高温结构材料和纤维增强体。目前，制备莫来石纤维的方法主要有熔融法、超细微粉挤出法、溶胶-凝胶法等，其中，熔融法是以符合莫来石组成的硅源和铝源为原料，加入助熔剂形成混合物，将混合物在高温下熔化，牵引成纤，该方法由于助熔剂的引入，纤维在高温下会生成玻璃相，从而降低纤维品质。超细微粉挤出法对原料的混合均匀性要求较高，且在后续煅烧处理时溶剂的挥发容易造成纤维表面开裂，形成气孔，严重损伤纤维的强度。溶胶凝胶法是以金属盐或醇盐为原料，经过水解、聚合、浓缩，形成具有一定粘度和可纺性的溶胶，然后利用玻璃棒拉丝或干法纺丝的方法制成纤维，再经干燥和热处理得到莫来石纤维，该方法具有结构可调、莫来石化温度低的优点，但其制备出的纤维直径只能达到微米数量级，纤维直径粗，孔径大，隔热性能有待进一步提升，同时纤维内晶粒尺寸大、晶界少，外力作用下晶界处易开裂，且裂纹传播扩展效应强，使得材料脆性大。
当莫来石纤维的直径与组成纤维的晶粒尺寸降低至纳米数量级时，纤维会获得一定的柔性，且由纳米纤维搭接所形成的隔热材料具有高孔隙率和曲折的网孔通道，使热量在材料内部的传输路径变长，传播损耗增大，同时较小的纤维直径能加强对热辐射的散射作用，因此材料具有较低的导热系数。公开号为CN108585817A的中国发明专利申请了一种制备莫来石纳米纤维的方法，将硅源、铝源溶解在溶剂中，经搅拌和热处理，原料发生水解-缩聚反应，形成前驱体凝胶，前驱体凝胶加入助纺试剂后形成纺丝前驱体溶液；采用静电纺丝工艺制备纤维，再进行干燥和高温煅烧，在高温陶瓷化过程中，以纺丝前驱体溶液中的Al-O-Si结构为基础，通过结构重排，在较低温度下(1000℃左右)便可生成莫来石相，得到莫来石纳米纤维。公开号为CN110117841A的中国发明专利申请了一种电纺双相前驱体制备莫来石纳米纤维的方法，其分别配置含Si-O-Si结构的硅源和含Al-O-Al结构的铝源，将两种溶液均匀混合在一起并加入助纺溶液，得到具有双相前驱体，即Al-O-Al和Si-O-Si混合结构的静电纺丝前驱体溶液并通过静电纺丝得到纤维，在后续高温煅烧工艺中，体系中发生相转变，Si-O-Si结构中的Si和Al-O-Al结构中的Al相互扩散，经成核生长，在较高温度下(1200℃以上)形成莫来石，双相溶胶内部较高的析晶势阻使得析出的莫来石晶体在高温下不会发生急剧长大，从而促进纤维致密化，得到具有良好机械性能的莫来石纳米纤维。公开号为CN103225130A的中国发明专利申请了一种非水解溶胶-凝胶法结合静电纺丝制备莫来石纳米纤维的方法，不经过金属醇盐水解过程，直接通过反应物之间的缩聚反应形成凝胶，得到颗粒细小、比表面积高的氧化物粉体，在高温煅烧中经成核生长得到直径较小的莫来石纳米纤维。
上述方法制备的莫来石纤维多为实心结构，由于单纤维内本征固体热传导作用强，材料的隔热性能难以进一步提升。通过在单纤维内引入孔结构，增加纤维内缺陷浓度以及构筑基元间的界面数量，可减小声子自由程，增加界面处声子的散射作用，降低固体传热效应，同时纤维内部的孔洞也将进一步限制空气分子的热传导运动，从而降低材料的导热系数。公开号为CN102234847A的中国发明专利申请了一种多孔无机氧化物纳米纤维及其制备方法，利用微乳液电纺法，将制孔的小分子油类添加到无机氧化物前驱体的溶液中乳化形成水包油型微乳液，在静电纺丝过程中由于拉伸和溶剂蒸发导致破乳发生，油滴混合变大，并沿纤维轴向拉伸，再经煅烧结晶化去除油类，最终获得介孔和大孔复合孔道结构的多孔无机氧化物纤维。公开号为CN102584211A的中国发明专利申请了一种低温静电纺丝制备微纳米多孔陶瓷纤维，通过在低温下静电纺丝，再经冷冻干燥和烧结制备出微纳米多孔陶瓷纤维，以实现纤维的多孔结构构筑。公开号为CN106868632A的中国发明专利申请了一种同轴静电纺丝制备多孔莫来石纤维的方法，以莫来石溶胶和聚合物溶液的混合液作为外液，液态石蜡作为内液，采用同轴静电纺丝工艺制备莫来石凝胶/PVP复合纤维，再经高温煅烧后获得多孔莫来石纤维。莫来石多孔纳米纤维隔热性能优异，但在通信设备隔热、大型制冷***隔热、汽轮机隔热等大型设备隔热领域，上述方法制备出的莫来石纤维材料尺寸有限，难以实际应用。上述方法制备出的多孔莫来石纤维均为二维膜状材料，厚度有限，若达到较好的隔热性能，需多层堆叠使用，但层间剥离强度低，易分层，难以满足其在火电核电、船舶制造、冶炼冶金等行业中大型设备隔热的应用需求。
因此，需要开发一种制备多孔莫来石纳米纤维基的大尺寸、大厚度的絮片材料的方法，以充分发挥莫来石纤维的隔热性能，满足大型设备隔热领域的实际应用要求。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法，目的是解决现有技术中莫来石纤维材料隔热性能难以进一步提升、厚度有限或堆叠使用时层间剥离强度低、易分层等缺陷。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的技术方案之一提供了一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，该絮片材料由若干层多孔的莫来石纳米纤维片在垂直方向上蓬松堆积而成，同一纤维片层内的纤维相互交织，形成稳定的互锁结构，且相邻纤维片层间由纵向贯穿的纤维提供桥接作用。这种结构赋予材料良好的层间剥离强度。
进一步的，所述莫来石纳米纤维片的纤维直径为50nm～1μm，纤维上的孔洞孔径为1～350nm，其中，微孔的数量占比为1～3％，介孔的数量占比为10～50％，其余为大孔。
进一步的，该絮片材料的厚度为1～30cm，体积密度为1～50mg/cm3，常温导热系数为0.03～0.07W·m-1·k-1，层间剥离强度为1～20N/m，层数为10～20层/cm。
本发明的技术方案之二提供了上述絮片材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)取硅源、铝源分散于溶剂中，加入去离子水和催化剂，调节pH为5～7，进行水解反应，得到莫来石溶胶，然后加入聚合物溶液，得到纺丝溶液；
(2)通过静电纺丝将所得纺丝溶液制成前驱体纤维材料；
(3)对所得前驱体纤维材料进行煅烧，即得目的产物。
进一步的，步骤(1)中，所述硅源为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
进一步的，步骤(1)中，所述铝源为铝粉、异丙醇铝、九水合硝酸铝、六水合氯化铝或乙酰丙酮铝中的一种或多种。
进一步的，步骤(1)中，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮或乙酰丙酮中的一种或多种。
进一步的，步骤(1)中，催化剂为甲酸、乙酸、盐酸、硫酸、硝酸、乙二酸、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种或多种。
进一步的，步骤(1)中，莫来石溶胶中硅源、铝源、溶剂、去离子水以及催化剂的摩尔比为1：(1～5)：(3～50)：(5～40)：(0.005-0.09)。
进一步的，步骤(1)中，水解反应的时间为4-8h。
进一步的，步骤(1)中，莫来石溶胶的平均胶粒尺寸＞10nm。
进一步的，步骤(1)中，聚合物溶液中的溶质为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯或聚丙烯腈中的一种或多种，聚合物溶液中的溶剂为去离子水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或多种。
进一步的，步骤(1)中，聚合物溶液的浓度为2～30wt％。
进一步的，步骤(2)中，静电纺丝过程中纺丝电压为10～100kV，接收距离为10～50cm，灌注速度为1～100mL/h，相对湿度为20％～70％。
进一步的，步骤(3)中，煅烧温度为400～1300℃，煅烧时间为10～200min，升温速率为1～10℃/min，煅烧氛围为空气或氧气。
本发明是通过上述步骤制备出一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，其具体机理如下：
本发明中利用溶胶-凝胶法制备具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，以无机盐或金属醇盐为主要原料，在液相下均匀混合并发生水解或醇解反应，同时进行缩聚反应，制备均一的无机溶胶体系，随后进一步加入纺丝助剂，利用静电纺丝工艺制备出前驱体纤维材料，再经高温煅烧去除聚合物模板得到莫来石纤维材料。本发明中将无机水解液的pH值控制在较高范围内(pH＞5)，以制备平均胶粒尺寸较大的莫来石溶胶，这是因为当溶液酸性强时，反离子H+浓度高，反离子密集的包围作用抑制了SiO2的水解电离产物SiO3 2-离子吸附到胶核上，从而限制了胶粒的长大，同时在较强的酸性环境中，无机前驱体水解速度快而聚合速度慢，体系中胶粒生长速度大于形核率，因此在较强的酸性条件下，制备出的溶胶中胶粒粒径较小；反之，当溶液酸性弱时，水解产物可迅速缩聚成致密的胶体颗粒，这些颗粒之间再通过Si-O-Si、Al-O-Al及Si-O-Al键桥互相连接，形成胶粒尺寸较大的网络结构。由于前驱体溶胶中初生胶粒尺寸较大，由此制得的前驱体纤维在煅烧过程中晶粒聚合所需的吞噬驱动力高，导致纤维烧结致密化程度低，在单根纤维中留有较多孔洞，形成多孔莫来石纳米纤维。本发明中具有垂直取向结构的絮片材料的成型是由于纺丝液pH大于无机源等电点，胶粒表面吸附氢氧根离子而带负电，相邻纤维带有相同电荷而相互排斥，使得纤维自动远离接收平板的方向延伸而发生堆垛，最终形成具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
本发明制备的一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料由具有多孔结构的莫来石纤维构成，纤维内部的孔洞将限制空气分子的热传导运动，同时，孔结构还增加了纤维内缺陷浓度以及构筑基元间的界面数量，可减小声子自由程，增加界面处声子的散射作用，降低固体传热效应，从而降低材料的导热系数。此外，絮片整体具有垂直取向结构，部分贯穿于絮片的纤维提高了絮片的层间剥离强度，还起到一定支撑作用，能够纺制较厚的絮片，充分发挥莫来石多孔纳米纤维的隔热性能，满足大型设备隔热领域的实际应用要求。
经过高温煅烧，纤维絮片中的聚合物被分解，杂质也被去除，纤维的晶型发生改变，形成稳定的结晶结构，纤维呈现表面光滑的状态。煅烧温度过低，聚合物未充分去除，且晶型转变尚未完成，但随着煅烧温度的增加，晶相和晶粒尺寸发生转变，纤维的力学性能得到提升，随温度进一步增加，纤维絮片热收缩率增加，对产品尺寸造成一定影响，且纤维变脆，力学性能变差，所以煅烧温度也不宜过高。
纺丝过程中的温湿度对纺丝液喷出后溶剂挥发和纤维固化时间有很大影响；接受距离决定了纤维到达接受基材前的飞行时间和能否充分鞭动牵伸；电压影响电场的强弱，对于纤维的成丝和在电场中的运动状态至关重要；灌注速度会影响喷出射流的粗细和单位时间内纺丝液的挤出量，从而影响纤维直径和溶剂的挥发；纺丝液中的原料配比和搅拌时间等条件会影响化学反应程度和粘度、表面张力、电导率等性质，从而导致纤维性质和溶液在电场中行为发生很大变化。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)生产设备和制备方法简单，工艺路线成熟、稳定，只需要调整试剂比例和控制纺丝液pH值，即可实现对溶胶体系中离子电荷平衡和水解-缩聚反应的调控，从而制备具有多孔结构的莫来石纳米纤维，而不需改造传统静电纺丝设备和纺丝工艺；
(2)本发明通过在莫来石纳米单纤维上引入孔，同时降低了空气分子的热传导和固体传热效应，将陶瓷纤维材料原本优异的隔热性能进一步提高，絮片的垂直取向结构提升了材料的强度，提高了材料的实用性；
(3)本发明纺丝溶液性质稳定，可纺性良好，且由于同层内纤维的互锁结构和纵向贯穿相邻纤维片层的纤维的桥接作用，可直接制备出尺寸及厚度较大的陶瓷纤维絮片，材料结构稳定性好，层间剥离强度高，不易分层，能够满足大型设备隔热领域的应用需求；
(4)本发明制得的产品厚度为1～30cm，体积密度为1～50mg/cm3，常温导热系数为0.03～0.07W·m-1·k-1，层间剥离强度为1～20N/m，其具有优异的隔热和力学性能，且尺寸、厚度能够满足各个隔热领域的需求，有助于充分发挥莫来石纤维在隔热领域的性能。
附图说明
图1为实施例5制备的纤维基絮片材料表面的扫描电镜图；
图2为实施例14制备的纤维基絮片材料表面的扫描电镜图；
图3为实施例14制备的纤维基絮片材料的截面图；
图4为实施例14制备的纤维基絮片材料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
实施例1：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将5g四乙氧基硅烷、15g异丙醇铝分散于15g甲醇中，加入15g去离子水和0.2g草酸，调节溶液pH为6，搅拌4h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PVP水溶液，继续搅拌6h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为10kV，接收距离为15cm，灌注速度为10mL/h，相对湿度为50％～60％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为200min，升温速率为5℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为300～1000nm，孔洞直径1～350nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比15％，其余为大孔，厚度为10cm，体积密度为20mg/cm3，常温导热系数为0.07W·m-1·k-1，层间剥离强度为5N/m。
实施例2：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将5g四乙氧基硅烷、15g异丙醇铝分散于15g甲醇中，加入15g去离子水和0.2g草酸，调节溶液pH为6.5，搅拌4h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PVP水溶液，继续搅拌8h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为10kV，接收距离为20cm，灌注速度为10mL/h，相对湿度为50％～60％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为200min，升温速率为5℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为300～1000nm，孔洞直径1～350nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比18％，其余为大孔，厚度为13cm，体积密度为25mg/cm3，常温导热系数为0.06W·m-1·k-1，层间剥离强度为7N/m。
实施例3：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将5g四乙氧基硅烷、15g异丙醇铝分散于15g甲醇中，加入15g去离子水和0.2g草酸，调节溶液pH为6，搅拌4h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为3wt％的PVP水溶液，继续搅拌8h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为15kV，接收距离为25cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为50％～60％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为200min，升温速率为5℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为300～1000nm，孔洞直径1～300nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比19％，其余为大孔，厚度为20cm，体积密度为35mg/cm3，常温导热系数为0.05W·m-1·k-1，层间剥离强度为7N/m。
实施例4：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将8g四甲氧基硅烷、15g异丙醇铝分散于15g乙醇中，加入15g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为5，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PEO水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为20kV，接收距离为20cm，灌注速度为20mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为700℃，煅烧时间为100min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为300～1000nm，孔洞直径1～300nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比22％，其余为大孔，厚度为15cm，体积密度为30mg/cm3，常温导热系数为0.05W·m-1·k-1，层间剥离强度为9N/m。
实施例5：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将8g四甲氧基硅烷、15g异丙醇铝分散于15g乙醇中，加入15g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为5.5，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PEO水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为20kV，接收距离为20cm，灌注速度为20mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为700℃，煅烧时间为100min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为200～1000nm，孔洞直径1～250nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比20％，其余为大孔，厚度为15cm，体积密度为50mg/cm3，常温导热系数为0.07W·m-1·k-1，层间剥离强度为10N/m。
本实施例制备的莫来石纤维如图1所示，纤维直径较细，表面光滑，但孔结构并不明显，孔占纤维体积比例较低，纤维较为致密，絮片体积密度偏大。同时，孔结构较少导致絮片的导热系数偏高。
实施例6：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将8g四甲氧基硅烷、15g异丙醇铝分散于15g乙醇中，加入15g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PEO水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为40kV，接收距离为30cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为700℃，煅烧时间为100min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为160～1000nm，孔洞直径1～250nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比20％，其余为大孔，厚度为25cm，体积密度为32mg/cm3，常温导热系数为0.05W·m-1·k-1，层间剥离强度为10N/m。
实施例7：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将8g四甲氧基硅烷、15g六水合氯化铝分散于20g乙醇中，加入10g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PEO水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为30kV，接收距离为30cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为80min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为150～1000nm，孔洞直径1～250nm，微孔数量占比2％，介孔数量占比25％，其余为大孔，厚度为20cm，体积密度为30mg/cm3，常温导热系数为0.04W·m-1·k-1，层间剥离强度为12N/m。
实施例8：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将8g四甲氧基硅烷、15g六水合氯化铝分散于20g乙醇中，加入15g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PEO水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为30kV，接收距离为30cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为80min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为170～1000nm，孔洞直径1～250nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比22％，其余为大孔，厚度为25cm，体积密度为35mg/cm3，常温导热系数为0.05W·m-1·k-1，层间剥离强度为11N/m。
实施例9：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将8g四甲氧基硅烷、15g六水合氯化铝分散于20g乙醇中，加入15g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PEO水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液；
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为40kV，接收距离为40cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为80min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为150～1000nm，孔洞直径1～250nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比25％，其余为大孔，厚度为25cm，体积密度为35mg/cm3，常温导热系数为0.06W·m-1·k-1，层间剥离强度为11N/m。
实施例10：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将15g甲基三甲氧基硅烷、15g乙酰丙酮铝分散于20g乙醇中，加入20g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为3wt％的PVA水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为40kV，接收距离为40cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为60min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为130～280nm，孔洞直径1～230nm，微孔数量占比1～3％，介孔数量占比20～40％，其余为大孔，厚度为25cm，体积密度为40mg/cm3，常温导热系数为0.06W·m-1·k-1，层间剥离强度为11N/m。
实施例11：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将15g甲基三甲氧基硅烷、15g乙酰丙酮铝分散于20g乙醇中，加入15g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为3wt％的PVA水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为40kV，接收距离为30cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为60min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为100～1000nm，孔洞直径1～240nm，微孔数量占比2％，介孔数量占比30％，其余为大孔，厚度为25cm，体积密度为30mg/cm3，常温导热系数为0.04W·m-1·k-1，层间剥离强度为12N/m。
实施例12：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将15g甲基三甲氧基硅烷、15g乙酰丙酮铝分散于20g乙醇中，加入10g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为3wt％的PVA水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为25kV，接收距离为30cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为80min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为120～1000nm，孔洞直径1～200nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比25％，其余为大孔，厚度为20cm，体积密度为25mg/cm3，常温导热系数为0.06W·m-1·k-1，层间剥离强度为10N/m。
实施例13：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将10g四乙氧基硅烷、8g九水合硝酸铝、10g异丙醇铝分散于25g N,N-二甲基甲酰胺中，加入10g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌4h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PVP水溶液，继续搅拌6h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为40kV，接收距离为40cm，灌注速度为40mL/h，相对湿度为50％～60％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为60min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为80～1000nm，孔洞直径1～150nm，微孔数量占比3％，介孔数量占比35％，其余为大孔，厚度为30cm，体积密度为40mg/cm3，常温导热系数为0.05W·m-1·k-1，层间剥离强度为14N/m。
实施例14：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将10g四乙氧基硅烷、8g九水合硝酸铝、10g异丙醇铝分散于25g N,N-二甲基甲酰胺中，加入5g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌4h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PVP水溶液，继续搅拌6h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为30kV，接收距离为40cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为40％～50％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为60min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为50～1000nm，孔洞直径1～150nm，微孔数量占比3％，介孔数量占比40％，其余为大孔，厚度为30cm，体积密度为35mg/cm3，常温导热系数为0.03W·m-1·k-1，层间剥离强度为17N/m。
如图2，可见莫来石纤维具有明显孔结构，孔占纤维体积比例提高，絮片体积密度有所下降，同时，孔的增多能够进一步降低莫来石纤维絮片的导热系数，提高其隔热能力。由图3和图4可见，制备出的纤维絮片由多层莫来石纤维累积而成，截面可观察到明显的垂直取向的层状结构。
实施例15：
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将10g四乙氧基硅烷、8g九水合硝酸铝、10g异丙醇铝分散于25g N,N-二甲基甲酰胺中，加入5g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌4h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PVP水溶液，继续搅拌6h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为40kV，接收距离为40cm，灌注速度为40mL/h，相对湿度为40％～50％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为60min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为50～1000nm，孔洞直径1～150nm，微孔数量占比3％，介孔数量占比33％，其余为大孔，厚度为30cm，体积密度为37mg/cm3，常温导热系数为0.04W·m-1·k-1，层间剥离强度为16N/m。
实施例16：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将四乙氧基硅烷改为等摩尔的乙烯基三乙氧基硅烷。
实施例17：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将四乙氧基硅烷改为四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷(摩尔比1：1：1)的混合物，该混合物的总的物质的量与实施例1中四乙氧基硅烷的物质的量相同。
实施例18：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将异丙醇铝改为等摩尔的铝粉。
实施例19：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将异丙醇铝改为九水合硝酸铝、六水合氯化铝、乙酰丙酮铝(摩尔比1：1：1)的混合物，该混合物的总的物质的量与实施例1中异丙醇铝的物质的量相同。
实施例20：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将甲醇改为等摩尔的丙醇。
实施例21：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将甲醇改为等摩尔的N,N-二甲基乙酰胺。
实施例22：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将甲醇改为等摩尔的丙酮。
实施例23：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将甲醇改为等摩尔的乙酰丙酮。
实施例24：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将甲醇改为乙醇、丙醇、N,N-二甲基甲酰胺(摩尔比1：1：1)的混合物，该混合物的总的物质的量与实施例1中甲醇的物质的量相同。
实施例25：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将草酸改为等摩尔的甲酸。
实施例26：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将草酸改为等摩尔的乙酸。
实施例27：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将草酸改为等摩尔的盐酸。
实施例28：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将草酸改为等摩尔的硫酸。
实施例29：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将草酸改为等摩尔的硝酸。
实施例30：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将草酸改为等摩尔的氢氧化钠。
实施例31：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将草酸改为等摩尔的氢氧化钾。
实施例32：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将草酸改为等摩尔的氨水。
实施例33：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将草酸改为甲酸、乙酸、盐酸(摩尔比1：1：1)的混合物，该混合物中酸的总的物质的量与实施例1中草酸的物质的量相同。
实施例34：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将搅拌4h进行水解反应改为搅拌6h进行水解反应。
实施例35：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将5wt％的PVP水溶液改为2wt％的PVP水溶液。
实施例36：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将5wt％的PVP水溶液改为30wt％的PVP水溶液。
实施例37：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将5wt％的PVP水溶液改为5wt％的聚丙烯腈水溶液。
实施例38：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将5wt％的PVP水溶液改为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯的水溶液，其中聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯(质量比1：1：1)的总浓度为5wt％。
实施例39：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将5wt％的PVP水溶液改为5wt％的PVP的N,N-二甲基甲酰胺溶液。
实施例40：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将5wt％的PVP水溶液改为5wt％的PVP的N,N-二甲基乙酰胺溶液。
实施例41：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将5wt％的PVP水溶液改为5wt％的PVP的二甲基亚砜溶液。
实施例42：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将5wt％的PVP水溶液改为5wt％的PVP的溶液，该溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜(质量比1：1：1)的混合物。
实施例43：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将调节纺丝电压为10kV改为调节纺丝电压为100kV。
实施例44：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将接收距离为15cm改为接收距离为10cm。
实施例45：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将接收距离为15cm改为接收距离为50cm。
实施例46：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将灌注速度为10mL/h改为灌注速度为1mL/h。
实施例47：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将灌注速度为10mL/h改为灌注速度为100mL/h。
实施例48：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将相对湿度为50％～60％改为相对湿度为20％～30％。
实施例49：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将相对湿度为50％～60％改为相对湿度为60％～70％。
实施例50：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将煅烧温度为500℃改为煅烧温度为400℃。
实施例51：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将煅烧温度为500℃改为煅烧温度为1300℃。
实施例52：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将煅烧时间为200min改为煅烧时间为10min。
实施例53：
与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将升温速率为5℃/min改为升温速率为1℃/min。
对比例1：
与实施例9相比，绝大部分均相同，除了将煅烧温度改为1500℃。
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将8g四甲氧基硅烷、15g六水合氯化铝分散于20g乙醇中，加入15g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌8h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PEO水溶液，继续搅拌4h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为40kV，接收距离为40cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为30％～40％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为1500℃，煅烧时间为80min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为150～1000nm，孔洞直径1～250nm，微孔数量占比1％，介孔数量占比12％，其余为大孔，厚度为18cm，体积密度为50mg/cm3，常温导热系数为0.08W·m-1·k-1，层间剥离强度为3N/m。
对比例1中，煅烧温度高于本发明限定范围，纤维力学性能差，脆性大，断裂应力和断裂应变低。本发明中，随煅烧温度的增加，纤维的断裂应力和断裂应变都呈现先增加后减低的趋势；纤维的平均直径降低；纤维结构由无定形结构转化为结晶结构。煅烧温度低于本发明限定范围时，制备的纤维直径较粗，且聚合物尚未充分去除，纤维内部仍处于无定形结构，力学性能较差，煅烧温度高于本发明限定范围时，纤维开始变脆，断裂应力和断裂应变开始降低，力学性能变差。
对比例2：
与实施例14相比，绝大部分均相同，除了将pH调整为3。
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将10g四乙氧基硅烷、8g九水合硝酸铝、10g异丙醇铝分散于25g N,N-二甲基甲酰胺中，加入5g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为3，搅拌4h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PVP水溶液，继续搅拌6h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为30kV，接收距离为40cm，灌注速度为30mL/h，相对湿度为40％～50％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为60min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为50～1000nm，纤维无多孔结构，厚度为30cm，体积密度为55mg/cm3，常温导热系数为0.06W·m-1·k-1，层间剥离强度为16N/m。
对比例2中，pH值处于本发明限定范围之外，在较强的酸性环境中，无机前驱体水解速度快而聚合速度慢，体系中胶粒生长速度大于形核率，因此在较强的酸性条件下，制备出的溶胶中胶粒粒径较小；反之，当溶液酸性弱时，水解产物可迅速缩聚成致密的胶体颗粒。由于前驱体溶胶中初生胶粒尺寸较小，制得的纤维在煅烧过程中晶粒聚合所需的吞噬驱动力低，导致纤维烧结致密化程度高，难以形成多孔结构的莫来石纳米纤维。
对比例3：
与实施例15相比，绝大部分均相同，除了将水的添加量改为50g。
一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法：
(1)将10g四乙氧基硅烷、8g九水合硝酸铝、10g异丙醇铝分散于25g N,N-二甲基甲酰胺中，加入50g去离子水和0.1g草酸，调节溶液pH为6，搅拌4h进行水解反应，制备出莫来石溶胶，然后加入浓度为5wt％的PVP水溶液，继续搅拌6h，得到均相静电纺丝液。
(2)将步骤(1)制得的静电纺丝液加入灌注装置，调节纺丝电压为40kV，接收距离为40cm，灌注速度为40mL/h，相对湿度为40％～50％，开始静电纺丝，并通过接收装置接收制成的莫来石前驱体纤维材料。
(3)将步骤(2)制得的莫来石前驱体纤维材料置于煅烧装置进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为60min，升温速率为10℃/min，煅烧氛围为空气，得到具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料。
最终制得的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，纤维直径为50～1000nm，纤维无多孔结构，厚度为30cm，体积密度为48mg/cm3，常温导热系数为0.06W·m-1·k-1，层间剥离强度为15N/m。
对比例3中，去离子水的摩尔比处于本发明限定范围之外，当原料配比中水的比例升高，水解-缩聚反应条件发生变化，去离子水比例的增加使得水解反应进行更加充分，水解速度加快使得体系中胶粒生长速度大于体系的形核率的条件不能被满足，胶粒粒径变小，纤维烧结后致密化程度高，难以形成具有多孔结构的莫来石纳米纤维。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料，其特征在于，该絮片材料由若干层多孔的莫来石纳米纤维片在垂直方向上蓬松堆积而成，同一纤维片层内的纤维相互交织，形成稳定的互锁结构，且相邻纤维片层间由纵向贯穿的纤维提供桥接作用；
所述莫来石纳米纤维片的纤维直径为50nm~1μm，纤维上的孔洞孔径为1~350nm，其中，微孔的数量占比为1~3%，介孔的数量占比为10~50%，其余为大孔；
该絮片材料的厚度为1~30cm，体积密度为1~50mg/cm3，常温导热系数为0.03~0.07 W·m-1·k-1，层间剥离强度为1~20N/m，层数为10~20层/cm；
该絮片材料的制备方法包括以下步骤：
（1）取硅源、铝源分散于溶剂中，加入去离子水和催化剂，调节pH为5~7，进行水解反应，得到莫来石溶胶，然后加入聚合物溶液，得到纺丝溶液；
（2）通过静电纺丝将所得纺丝溶液制成前驱体纤维材料；
（3）对所得前驱体纤维材料进行煅烧，即得目的产物；
步骤（1）中，莫来石溶胶中硅源、铝源、溶剂、去离子水以及催化剂的摩尔比为1：（1~5）：（3~50）：（5~40）：（0.005-0.09）；
步骤（3）中，煅烧温度为400~1300℃，煅烧时间为10~200min，升温速率为1~10℃/min；
步骤（1）中，所述硅源为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种；
步骤（1）中，所述铝源为铝粉、异丙醇铝、九水合硝酸铝、六水合氯化铝或乙酰丙酮铝中的一种或多种；
步骤（1）中，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮或乙酰丙酮中的一种或多种；
步骤（1）中，催化剂为甲酸、乙酸、盐酸、硫酸、硝酸、乙二酸、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种或多种；
步骤（1）中，聚合物溶液中的溶质为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯或聚丙烯腈中的一种或多种，聚合物溶液中的溶剂为去离子水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或多种；
步骤（1）中，聚合物溶液的浓度为2~30wt%。
2.如权利要求1所述的一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取硅源、铝源分散于溶剂中，加入去离子水和催化剂，调节pH为5~7，进行水解反应，得到莫来石溶胶，然后加入聚合物溶液，得到纺丝溶液；
（2）通过静电纺丝将所得纺丝溶液制成前驱体纤维材料；
（3）对所得前驱体纤维材料进行煅烧，即得目的产物。
3.根据权利要求2所述的一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，水解反应的时间为4-8h；
步骤（1）中，莫来石溶胶的平均胶粒尺寸＞10nm。
4.根据权利要求2所述的一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，静电纺丝过程中纺丝电压为10~100kV，接收距离为10~50cm，灌注速度为1~100mL/h，相对湿度为20%~70%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210060172.2A CN114455846B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210060172.2A CN114455846B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114455846A CN114455846A (zh) | 2022-05-10 |
| CN114455846B true CN114455846B (zh) | 2024-01-23 |
Family
ID=81408956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210060172.2A Active CN114455846B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114455846B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115322413B (zh) * | 2022-05-20 | 2023-08-15 | 湘潭大学 | 一种柔性介电储能材料及其制备方法和用途 |
| CN115159992B (zh) * | 2022-07-15 | 2023-06-06 | 浙江理工大学 | 一种泰勒锥的形成和复合陶瓷纤维制备装置与方法 |
| CN116289184A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-06-23 | 东华大学 | 柔性陶瓷纳米纤维絮片的制备方法及应用 |
| CN116813368A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-09-29 | 东华大学 | 弹性层状结构二氧化钛陶瓷纳米纤维体型材料的制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008138554A1 (de) * | 2007-05-15 | 2008-11-20 | Clariant Finance (Bvi) Limited | Spinnmasse für die herstellung von aluminiumoxid- und mullitfasern |
| CN101717257A (zh) * | 2009-12-01 | 2010-06-02 | 西安交通大学 | 溶胶凝胶法制备氧化铝基连续纤维的工艺 |
| CN102776603A (zh) * | 2012-07-10 | 2012-11-14 | 东华大学 | 一种通过静电纺制备多孔中空纳米氧化铝纤维的方法 |
| CN103011778A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-03 | 山东大学 | 一种多孔氧化铝纳米纤维及其制备方法 |
| CN107010970A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-04 | 常州达奥新材料科技有限公司 | 一种高温体积稳定型冒口材料的制备方法 |
| CN107653518A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-02 | 中南大学 | 一种高取向度连续超细/纳米氧化铝基陶瓷纤维束材料及其制备方法 |
| CN107893263A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-04-10 | 中南大学 | 一种适用于制备高均质连续多孔氧化铝基陶瓷超细/纳米纤维的纺丝助剂 |
| CN109851336A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-06-07 | 中南大学 | 一种高模量致密连续莫来石纳米陶瓷纤维及其制备方法 |
-
2022
- 2022-01-19 CN CN202210060172.2A patent/CN114455846B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008138554A1 (de) * | 2007-05-15 | 2008-11-20 | Clariant Finance (Bvi) Limited | Spinnmasse für die herstellung von aluminiumoxid- und mullitfasern |
| CN101717257A (zh) * | 2009-12-01 | 2010-06-02 | 西安交通大学 | 溶胶凝胶法制备氧化铝基连续纤维的工艺 |
| CN102776603A (zh) * | 2012-07-10 | 2012-11-14 | 东华大学 | 一种通过静电纺制备多孔中空纳米氧化铝纤维的方法 |
| CN103011778A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-03 | 山东大学 | 一种多孔氧化铝纳米纤维及其制备方法 |
| CN107010970A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-04 | 常州达奥新材料科技有限公司 | 一种高温体积稳定型冒口材料的制备方法 |
| CN107653518A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-02 | 中南大学 | 一种高取向度连续超细/纳米氧化铝基陶瓷纤维束材料及其制备方法 |
| CN107893263A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-04-10 | 中南大学 | 一种适用于制备高均质连续多孔氧化铝基陶瓷超细/纳米纤维的纺丝助剂 |
| CN109851336A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-06-07 | 中南大学 | 一种高模量致密连续莫来石纳米陶瓷纤维及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114455846A (zh) | 2022-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114455846B (zh) | 一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法 | |
| Jia et al. | Flexible ceramic fibers: Recent development in preparation and application | |
| Li et al. | Research progress of ultrafine alumina fiber prepared by sol-gel method: A review | |
| US20210213411A1 (en) | Anisotropic lamellar inorganic fiber aerogel materials and preparation method thereof | |
| US8647557B2 (en) | Method for producing sheets including fibrous aerogel | |
| CN101905974B (zh) | 陶瓷纳米复合纤维的静电纺丝制备方法 | |
| CN109851336B (zh) | 一种高模量致密连续莫来石纳米陶瓷纤维及其制备方法 | |
| CN107224883B (zh) | 一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺 | |
| WO2018188280A1 (zh) | 一种钇铝石榴石连续纤维的制备方法 | |
| CN108187503B (zh) | 一种蒙脱土增强型壳聚糖复合醋酸纤维素薄膜的制备方法 | |
| US9816206B2 (en) | Carbonaceous metal/ceramic nanofibers | |
| CN111575917B (zh) | 一种高比表面积类蜂巢结构纳米纤维材料及其制备方法 | |
| CN107653518B (zh) | 一种高取向度连续超细/纳米氧化铝基陶瓷纤维束材料及其制备方法 | |
| CN113149655B (zh) | 一种涡流场辅助-静电纺丝制备三维纳米纤维陶瓷气凝胶的方法 | |
| CN104746149B (zh) | 静电纺丝结合复溶剂技术制备多孔纳米纤维的方法 | |
| CN104496469A (zh) | 同轴静电纺丝技术制备致密微纳米陶瓷纤维的方法 | |
| CN109097841B (zh) | 一种各向异性纳米纤维聚偏氟乙烯基复合介质及其制备方法 | |
| CN113831581A (zh) | 一种高弹性抗辐射纳米纤维气凝胶材料及其制备方法 | |
| CN111116221A (zh) | 一种耐高温的莫来石纳米纤维气凝胶的制备方法 | |
| CN101590434A (zh) | 一种稀土铈掺杂氧化铝纳米纤维催化剂载体材料及其制备方法 | |
| KR20120082857A (ko) | 섬유 형태의 고분자/에어로겔을 포함하는 시트 및 그 제조방법 | |
| CN115652479B (zh) | 一种静电纺丝法制备碳化硅中空微球的方法 | |
| CN114804894A (zh) | 一种多元复相微纳陶瓷纤维及其制备方法、应用 | |
| CN110117841B (zh) | 一种电纺双相前驱体制备莫来石纳米纤维的方法 | |
| CN115557790A (zh) | 一种弹性SiC陶瓷海绵材料及其制备方法、应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |