一种Al2O3基复合功能纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及特种纤维制备相关技术领域，具体为一种Al

背景技术

氧化铝纤维外观呈白色，光滑、柔软、富有弹性、犹如脱脂棉，它集晶体材料和纤维材料特性于一体，纤维直径为3-7um，强度可达1～3GPa，使用温度达1450℃-1600℃，熔点达1840℃，有较好的耐热稳定性。银有较好的杀菌抑菌作用，高氧化态银的还原势极高，足以使其周围空间产生原子氧，原子氧具有强氧化性可以灭菌，Ag

如能在氧化铝纤维表面实现银金属镀层或吸附，既能实现吸附催化、杀菌抑菌的效果，又使得氧化铝纤维具备导电的性能，因而可应用于过滤净水领域，电力传输等领域。然而现有技术缺乏对于氧化铝纤维表面镀银的相关研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Al

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种Al

S1.纤维预处理：将目标氧化铝纤维加热处理后置于溶剂中浸没浸泡预处理，得到预处理纤维；

S2.粗化：将预处理纤维浸没浸泡于粗化液中粗化处理，得到粗化纤维；

S3.敏化：将粗化纤维浸没浸泡在锡金属盐溶液中进行敏化处理，得到敏化纤维；

S4.活化：采用活化溶液浸没浸泡敏化纤维进行活化处理，得到活化纤维；

S5.预镀：将活化纤维浸没浸泡放于镀液1中进行预镀处理，得到预镀纤维；

S6.纤维镀银：将活化纤维放入镀液2中进行镀银处理，得到Al

进一步，步骤S1所述加热处理包括：将目标氧化铝纤维加热至100-500℃，保温30-100min。

进一步，步骤S1所述溶剂包括：乙醇、丙酮、甲醇、二甲基亚砜、异丙醇中的至少一种；所述预处理包括：对浸没浸泡中的纤维于30-50℃下进行超声波震荡5-20min，然后用去离子充分冲洗至纤维表面无残留溶剂。

进一步，步骤S2所述粗化液包括：50-68％wt的酸溶液或30-50％wt的碱溶液；所述粗化处理包括：首先于30-70℃环境中，以粗化液浸没浸泡预处理纤维5-15min；然后取出纤维以去离子水冲洗纤维至去离子水pH＝7±0.1。

进一步，步骤S3所述锡金属盐溶液为质量浓度5g/L-100g/L的氯化亚锡溶液；所述敏化处理包括：室温下，首先将粗化纤维浸没浸泡在锡金属盐溶液中5-10min；然后用去离子水充分冲洗纤维。

进一步，步骤S4所述活化溶液包括：质量浓度为2-10g/L的氯化钯或硝酸银溶液；所述活化处理包括：室温下，将敏化纤维浸没浸泡在活化溶液中5-10min。

进一步的，步骤S5所述镀液1中，每100ml镀液1包括：硫酸铜或氯化铜8-12g、酒石酸1g-3g、甲醛2ml、EDTA-2Na 0.1g、并用pH调节剂调节至pH为10-13。

进一步的，所述预镀处理包括：将活化纤维浸没浸泡于镀液1中1-3min，之后去离子水反复冲洗预镀处理后的纤维至中性，得到所述预镀纤维。

进一步，步骤S6所述镀液2的配置方法包括：

以质量份数计，

(1)配置10-20份0.8-1.2mol/L的银氨水试剂；

(2)向银氨水试剂中依次加入4-6份络合剂、0.5-2份稳定剂；

(3)加入10-20份去离子水并加入pH调节剂调节银氨水试剂的pH至10-13；

(4)加入0.01-0.5份还原剂。

进一步，所述银氨水试剂的配置方法包括：首先，准备0.1mol/L的硝酸银试剂若干；然后，向硝酸银试剂中滴加浓氨水至刚刚产生褐色沉淀后又消失；之后滴加了浓氨水的向硝酸银试剂中滴加质量浓度为8-12g/L的氢氧化钠或氢氧化钾至溶液呈深褐色，并调节pH值为11-13；最后再次滴加浓氨水至溶液深褐色消失，并变澄清透明即可。

优选的，所述络合剂包括：浓度为5-20g/L的酒石酸溶液、酒石酸钾钠溶液、EDTA-2钠溶液中的至少一种。

优选的，所述稳定剂包括：浓度为5-20mg/L的烷基硫磺酸钠溶液、烷基苯磺酸钠溶液、月桂酸钠溶液、乙酸钠溶液中的至少一种。

优选的，所述还原剂包括：浓度为2-20mg/L的甲醛溶液、蔗糖溶液、葡萄糖溶液中的至少一种。

优选的，所述pH调节剂为：氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。

进一步的，步骤S6所述镀银处理包括：于40-70℃环境中将活化纤维浸没浸泡于镀液中，期间缓慢搅拌镀液，至镀液澄清后取出纤维，于真空环境中78-85℃干燥。

本发明至少具有以下优点之一：

1.采用本发明Al

2.本发明整个Al

附图说明

图1为本发明实施例1所得Al

图2为本发明实施例1所得Al

图3为本发明实施例2所得Al

图4为本发明实施例3所得Al

图5为本发明对比例1所对应SEM图。

图6为本发明对比例2所对应SEM图。

图7为本发明对比例3所对应SEM图。

图8为本发明对比例4所对应SEM图。

图9为本发明对比例4所对应EDS图。

图10为本发明对比例5所对应SEM图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案、技术效果更加清楚明白，以下结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

纤维表面金属化有主要有电镀、化学镀、溅射三种工艺。其中电镀要求待镀物体能够导电，作为电极一端，使用直流电源对其进行电镀；溅射分为电子束蒸发、磁控溅射等不同类型，但均需要使用较为昂贵设备，且操作均需专业人员进行操作，技术门槛较高；化学镀操作方便、对待镀物体无特定要求，被广泛应用于表面改性，然而现有技术主要对表面含有极性基团的纤维进行镀银处理，如碳纤维、尼龙纤维、涤纶纤维等

因此，为了对表面缺少极性基团的氧化铝纤维进行镀银，本申请提供了一种Al

S1.纤维预处理：将目标氧化铝纤维加热处理后置于溶剂中浸没浸泡预处理，得到预处理纤维；

S2.粗化：将预处理纤维浸没浸泡于粗化液中粗化处理，得到粗化纤维；

S3.敏化：将粗化纤维浸没浸泡在锡金属盐溶液中进行敏化处理，得到敏化纤维；

S4.活化：采用活化溶液浸没浸泡敏化纤维进行活化处理，得到活化纤维；

S5.纤维镀银：将活化纤维放入镀液中进行镀银处理，得到Al

采用本发明Al

同时本发明克服了现有技术难以在氧化铝纤维表面镀银的技术难题。

此外，本发明整个Al

本发明示例性的提供了一种加热处理方法，包括：将目标氧化铝纤维加热至100-500℃，保温30-100min。该步骤可以将氧化铝纤维中的胶体成本排除。加热操作根据需要可以选择马弗炉、电阻炉、真空炉等。

本发明示例性的提供了一种溶剂，包括：乙醇、丙酮、甲醇、二甲基亚砜、异丙醇中的至少一种。

本发明示例性的提供了一种预处理方法，包括：对浸没浸泡中的纤维于30-50℃下进行超声波震荡5-20min，然后用去离子充分冲洗至纤维表面无残留溶剂。采用本发明溶剂和预处理方法，可以将氧化铝纤维中含杂的油类物质和其他杂质尽可能剔除，避免这些杂质影响后续化学镀银的效果。

本发明示例性的提供了一种粗化液，包括：50-68％wt的酸溶液或30-50％wt的碱溶液。

本发明示例性的提供了一种粗化处理方法，包括：首先于30-70℃环境中，以粗化液浸没浸泡预处理纤维5-15min；然后取出纤维以去离子水冲洗纤维至去离子水pH＝7±0.1。粗化处理可以使得原本光滑的氧化铝纤维表面出现一定的粗糙度，以使得后续银金属镀层可以与氧化铝纤维表面紧固结合，避免镀层脱落等问题。

本发明示例性的提供了一种锡金属盐溶液，为：质量浓度5g/L-100g/L的氯化亚锡溶液。

本发明示例性的提供了一种敏化处理方法，包括：室温下，首先将粗化纤维浸没浸泡在锡金属盐溶液中5-10min；然后用去离子水充分冲洗纤维。采用氯化亚锡溶液对粗化处理的纤维进行敏化处理，可使得后续活化氧化铝纤维时，其表面可以形成均匀的反应点，避免出现镀层缺口。

本发明示例性的提供了一种活化溶液，包括：质量浓度为2-10g/L的氯化钯或硝酸银溶液。

本发明示例性的提供了一种活化处理方法，包括：室温下，将敏化纤维浸没浸泡在活化溶液中5-10min。活化处理可以在氧化铝纤维表面形成分布均匀且密集的反应点，可使得镀液可在反应点反生化学反应，从而将镀液中的金属原子通过氧化还原反应置换至氧化铝纤维表面，形成镀层。

本发明示例性的提供了一种镀液1，该镀液1中，每100ml镀液1包括：硫酸铜或氯化铜8-12g、酒石酸1g-3g、甲醛2ml、EDTA-2Na 0.1g、并用pH调节剂调节至pH为10-13。

本发明示例性的提供了一种预镀处理方法，包括：将活化纤维浸没浸泡于镀液1中1-3min，之后去离子水反复冲洗预镀处理后的纤维至中性，得到预镀纤维。采用特定配置的镀液1对活化纤维进行预镀反应，可以将镀液中的铜原子以氧化还原反应的方式置换至氧化铝纤维表面，从而在氧化铝纤维表面形成预镀层。

本发明示例性的提供了一种镀液2，该镀液2的配置方法包括：

以质量份数计，

(1)配置10-20份0.8-1.2mol/L的银氨水试剂；

(2)向银氨水试剂中依次加入4-6份络合剂、0.5-2份稳定剂；

(3)加入10-20份去离子水并加入pH调节剂调节银氨水试剂的pH至10-13；

(4)加入0.01-0.5份还原剂。

本发明示例性的提供了一种镀银处理方法，包括：于40-70℃环境中将活化纤维浸没浸泡于镀液中，期间缓慢搅拌镀液，至镀液澄清后取出纤维，于真空环境中78-85℃干燥。采用特定配置的镀液2对预镀纤维进行镀银反应，可以将镀液中的银原子以氧化还原反应的方式置换至氧化铝纤维表面的预镀层，从而将氧化铝纤维表面的预镀层置换为镀银层，实现在氧化铝纤维表面镀上一层镀银层。

本发明示例性的提供了一种银氨水试剂，配置方法为：首先，准备0.1mol/L的硝酸银试剂若干；然后，向硝酸银试剂中滴加浓氨水至刚刚产生褐色沉淀后又消失；之后滴加了浓氨水的向硝酸银试剂中滴加质量浓度为8-12g/L的氢氧化钠或氢氧化钾至溶液呈深褐色，并调节pH值为11-13；最后再次滴加浓氨水至溶液深褐色消失，并变澄清透明即可。

本发明示例性的提供了一种络合剂，包括：浓度为5-20g/L的酒石酸溶液、酒石酸钾钠溶液、EDTA-2钠溶液中的至少一种。

本发明示例性的提供了一种稳定剂，包括：浓度为5-20mg/L的烷基硫磺酸钠溶液、烷基苯磺酸钠溶液、月桂酸钠溶液、乙酸钠溶液中的至少一种。

本发明示例性的提供了一种还原剂，包括：浓度为2-20mg/L的甲醛溶液、蔗糖溶液、葡萄糖溶液中的至少一种。

本发明示例性的提供了一种pH调节剂，为：氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。

为更详细的解释本申请技术方案，以下结合具体实施例、对比例对本申请技术进行进一步具体表述。

实施例1

一种Al

S1.纤维预处理：取长度20cm的氧化铝纤维若干，于马弗炉内200℃保温50min后置于无水酒精中浸没浸泡，于30℃下进行超声波震荡5min，得到预处理纤维；

S2.粗化：将预处理纤维浸没浸泡于68％wt的浓硝酸中，于50℃环境中浸没浸泡预处理纤维5min；然后取出纤维以去离子水冲洗纤维至去离子水pH＝7±0.1，得到粗化纤维；

S3.敏化：将粗化纤维浸没浸泡在5g/L的氯化亚锡溶液中5min，去离子水充分冲洗后，得到敏化纤维；

S4.活化：将敏化纤维浸没浸泡在2g/L的硝酸银溶液中5min，得到活化纤维；

S5.纤维镀银：

配制银氨试剂：首先，准备0.1mol/L的硝酸银试剂200mL；然后，向硝酸银试剂中滴加浓氨水至刚刚产生褐色沉淀后又消失；之后滴加了浓氨水的向硝酸银试剂中滴加10g/L的氢氧化钠至溶液呈深褐色，并调节pH值为11-13；最后再次滴加浓氨水至溶液深褐色消失，并变澄清透明即可。

配制镀液：取所配制银氨试剂若干，依次加入络合剂、稳定剂、氢氧化钾，所述络合剂为酒石酸钾钠，浓度为5g/L，稳定剂为烷基硫磺酸钠，浓度为5mg/L，去离子水若干，氢氧化钾若干，将镀液PH调整至12.5，还原剂为甲醛，其浓度为2mg/L；银氨水试剂：络合剂：稳定剂：去离子水：还原剂的份数比为20：5：1：10：0.01。

将S4所得活化纤维浸没浸泡于配制的镀液中，水浴加热，温度控制在40℃，反应中缓慢搅拌镀液，至镀液澄清反应停止时，取出镀银后纤维，真空80℃烘干，即得到Al

图1为本实施例Al

表1.Al

实施例2

一种Al

S1.纤维预处理：取长度50cm的氧化铝纤维若干，于马弗炉内400℃保温50min后置于无水酒精中浸没浸泡，于40℃下进行超声波震荡5min，得到预处理纤维；

S2.粗化：将预处理纤维浸没浸泡于68％wt的浓硝酸中，于50℃环境中浸没浸泡预处理纤维5min；然后取出纤维以去离子水冲洗纤维至去离子水pH＝7±0.1，得到粗化纤维；

S3.敏化：将粗化纤维浸没浸泡在5g/L的氯化亚锡溶液中5min，去离子水充分冲洗后，得到敏化纤维；

S4.活化：将敏化纤维浸没浸泡在5g/L的硝酸银溶液中5min，得到活化纤维；

S5.纤维镀银：

配制银氨试剂：首先，准备0.1mol/L的硝酸银试剂200mL；然后，向硝酸银试剂中滴加浓氨水至刚刚产生褐色沉淀后又消失；之后滴加了浓氨水的向硝酸银试剂中滴加10g/L的氢氧化钠至溶液呈深褐色，并调节pH值为11-13；最后再次滴加浓氨水至溶液深褐色消失，并变澄清透明即可。

配制镀液：取所配的制银氨水试剂若干，依次加入络合剂、稳定剂、氢氧化钾，所述络合剂为酒石酸钾钠，浓度为5g/L，稳定剂为烷基硫磺酸钠，浓度为5mg/L，去离子水若干，氢氧化钾若干，将镀液pH调整至12，还原剂为甲醛，其浓度为4mg/L；银氨水试剂：络合剂：稳定剂：去离子水：还原剂的份数比为15：5：1：12：0.02。

将S4所得活化纤维浸没浸泡于配制的镀液中，水浴加热，温度控制在50℃，反应中缓慢搅拌镀液，至镀液澄清反应停止时，取出镀银后纤维，真空80℃烘干，即得到Al

图3为本实施例Al

实施例3

一种Al

S1.纤维预处理：取长度1cm的氧化铝纤维若干，于马弗炉内400℃保温30min后置于无水酒精中浸没浸泡，于40℃下进行超声波震荡10min，得到预处理纤维；

S2.粗化：将预处理纤维浸没浸泡于68％wt的浓硝酸中，于50℃环境中浸没浸泡预处理纤维10min；然后取出纤维以去离子水冲洗纤维至去离子水pH＝7±0.1，得到粗化纤维；

S3.敏化：将粗化纤维浸没浸泡在5g/L的氯化亚锡溶液中5min，去离子水充分冲洗后，得到敏化纤维；

S4.活化：将敏化纤维浸没浸泡在3g/L的硝酸银溶液中5min，得到活化纤维；

S5.纤维镀银：

配制银氨试剂：首先，准备0.1mol/L的硝酸银试剂200mL；然后，向硝酸银试剂中滴加浓氨水至刚刚产生褐色沉淀后又消失；之后滴加了浓氨水的向硝酸银试剂中滴加10g/L的氢氧化钠至溶液呈深褐色，并调节pH值为11-13；最后再次滴加浓氨水至溶液深褐色消失，并变澄清透明即可。

配制镀液：取所配的制银氨水试剂若干，依次加入络合剂、稳定剂、氢氧化钾，所述络合剂为酒石酸钾钠，浓度为10g/L，稳定剂为烷基硫磺酸钠，浓度为5mg/L，去离子水若干，氢氧化钾若干，将镀液pH调整至12.5，还原剂为甲醛，其浓度为2mg/L；银氨水试剂：络合剂：稳定剂：去离子水：还原剂的份数比为10：5：1：20：0.02。

将S4所得活化纤维浸没浸泡于配制的镀液中，水浴加热，温度控制在60℃，反应中缓慢搅拌镀液，至镀液澄清反应停止时，取出镀银后纤维，真空80℃烘干，即得到Al

图4为本实施例Al

通过图1，图3，图4可知，采用本发明Al

对比例1

其余步骤与实施例1相同，区别在于不进行粗化处理。

如图5所示，不进行粗化处理所得的Al

对比例2

其余步骤与实施例1相同，区别在于不进行敏化处理。

如图6所示，不进行敏化处理，即使后续进行了活化处理和预镀、镀银处理，仍然不能在氧化铝纤维表面镀上银金属层。SEM表现为纤维表面仅有少量附着物。

对比例3

其余步骤与实施例1相同，区别在于不进行活化处理。

如图7所示，不进行活化处理，即使之前进行了敏化处理和后续进行预镀、镀银处理，也很难在氧化铝纤维表面镀上银金属层。SEM表现为纤维表面几乎没有附着物。

对比例4

其余步骤与实施例1相同，区别在于镀液2为银氨水试剂。

当镀液2中仅含有银氨水试剂时，虽然如图8所示也能在氧化铝纤维表面镀上大量的金属元素层，但是从EDS测试结果看，氧化铝纤维表面仍然存在较多的铜元素，即此时的镀液2不能有效的将金属铜镀层完全置换为金属银镀层，其元素扫描结果如下图9所示。

对比例5

其余步骤与实施例1相同，区别在于不进行预镀处理。

如图10所示，不进行预镀处理，也能在氧化铝纤维表面镀上金属银层，但是在相同条件下，氧化铝纤维表面附着的金属镀层物显著少于实施例1，且镀层与纤维间的附着力明显弱于实施例1，可见先进行预镀处理，在氧化铝纤维表面镀上充足的铜金属层，再通过镀液2将铜金属层置换为银金属层的方式，可以显著提高氧化铝纤维的表面镀银量。其原因在于：预镀铜层一方面提供了银镀层生长质点，促进后面银镀层的生长。另一方面纤维表面十分光滑，预镀处理所形成的薄膜层，在后续银镀层生长时候作为过渡层，提高镀层与基体纤维间的附着力，达到改善银镀层耐摩擦性能。因此采用本发明预镀铜层再镀银层的方式得到的氧化铝基复合功能纤维有较好的持久使用及耐磨性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。