下圖是一張來自陜西省紡織科學研究院有限公司張亮儒團隊的氧化鋁纖維織物的照片。肉眼可見這塊氧化鋁纖維布有著相當不錯的織造效果，不僅平整光潔，挺括勻整，而且紋路清晰。

張亮儒等人開發的氧化鋁長絲成品織物

類似這樣的氧化鋁纖維布其實并不是新鮮事物，但絕對是一個有技術門檻的產品。編制它的原料連續氧化鋁纖維是以Al₂O₃為主要成分，含有少量 SiO₂、B₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂、MgO 等氧化物的關鍵戰略材料。因具有高比強度、高比模量、耐高溫、抗氧化等優異性能，以及表面活性好，易與陶瓷、金屬等材料復合等優勢，連續氧化鋁纖維及其增強復合材料在航空航天、國防軍工等領域有良好的應用前景。

而要得到如上圖那般強度高且平整光滑的氧化鋁纖維布，必須要從原料開始重視。Al₂O₃纖維的主要制備方法有以下幾種：

1、卜內門法

卜內門法是早期一種較為簡便的制備方法，通過將羥基乙酸鋁和其他添加劑在一定條件下混合，使之成為一定黏度的黏稠溶液，與提高成絲能力的有機高分子聚乙烯醇充分混合得到紡絲液，經過紡絲、干燥以及在1000 ℃條件下進行燒結等處理得到多晶Al₂O₃纖維。但該方法制得的產品多為短纖維，纖維強度較差。

卜內門法應用案例：Saffil?氧化鋁纖維毯

2、熔融抽絲法

熔融抽絲法是1971年美國TYCO研究所開發的一種制備方法，通過在高溫下向Al₂O₃熔體內插入鉬制細管，利用毛細現象，熔融液剛好升到毛細管的頂端，然后由頂端緩慢向上拉伸得到α-Al₂O₃連續纖維。此方法可以制得形狀較為復雜的連續纖維，但產品性能不易控制，纖維質量較差。

3、浸漬法

浸漬法是制備Al₂O₃纖維膜最為常見的方法，浸漬法中一般以水溶液作為溶劑，用具有較好親水性的黏膠纖維作為基體纖維，基體纖維經過無機鹽溶液浸漬，其中無機鹽并不附著在纖維表面，而是以分子狀態分散在黏膠纖維中，從而有利于纖維的形成，經過干燥和燒結處理得到具有功能化的Al₂O₃材料，從而實現材料在吸附性能、催化性能等方面的增強。

4、預聚合法

預聚合法是將一種鋁氧烷聚合物首先溶解在有機溶劑中，隨后加入硅酸鹽或有機硅化合物將

混合物濃縮成黏稠液體，通過干法紡絲將其紡成前驅體纖維，然后聚合物在空氣中發生高溫裂解，在600℃形成含Al₂O₃和二氧化硅的無機纖維，最后在 1000 ℃以上進一步燒結， Al₂O₃結晶形成微晶聚集的連續Al₂O₃纖維。

5、淤漿法

淤漿法是以Al₂O₃粉末為主要原材料，加入分散劑、流變助劑、燒結助劑等，在一定條件下制成可紡混合物，再經過擠出成纖、干燥、燒結等步驟制備Al₂O₃連續纖維。

6、溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是制備高純度且均勻的Al₂O₃纖維最通用的方法之一，通過控制前驅體溶膠的

粒徑、采用較低的煅燒溫度即可得到均勻的Al₂O₃纖維，該方法通常選用異丙醇鋁、羧酸鋁、硝酸鋁及氯化鋁等作為前驅體。

應用案例：3M?Nextel?312高溫連續陶瓷氧化物紗線制成的柔性編織套管

7、靜電紡絲法

靜電紡絲工藝結合溶膠-凝膠法是一種制備Al₂O₃納米纖維膜的新方法，該方法有望解決亞微米Al₂O₃纖維在制備方面的問題。該方法制備工藝流程為：1)首先制備無機溶膠或溶液，包括聚合物模板和以部分醇鹽為主要成分的無機物前驅體溶液；2)對前驅體溶液進行靜電紡絲，通過調節紡絲條件及環境參數制備較為均勻的前驅體纖維；3)在一定的溫度梯度下對前驅體纖維進行高溫煅燒將其轉化為相應的Al2O3纖維。該方法所使用的儀器較為簡單，操作方便，制得的纖維具有直徑較小、孔隙率高、表面光滑等優良特性，但生產成本較高，目前無法實現量產。

提高質量的關鍵點：另有研究表明，連續氧化鋁纖維的抗拉強度隨纖維致密度降低或晶粒尺寸增加而顯著降低。因此有效調控纖維的組織結構是獲得高性能氧化鋁纖維的關鍵，像燒結過程就是調控氧化鋁纖維組織結構的最重要環節。

比如說美國3M公司、CHANDRADASS等和MCARDLE等通過引入α-Al₂O₃、Fe₂O₃等形核助劑降低過渡相 Al₂O₃向 α-Al₂O₃的轉變溫度，進而降低燒結溫度，使得 α-Al₂O₃ 纖維的晶粒尺寸顯著下降。SCHMUCKER等、LI等、CHATTERJEE等通過添加SiO₂有效抑制了燒結過程中氧化鋁晶粒的過度生長。LI等引入Fe₂O₃、SiO₂等添加劑，采用兩步燒結法獲得具有致密細晶組織的氧化鋁纖維。

自由燒結(a)以及加張燒結(b)工藝在1500 ℃燒結10 min的氧化鋁纖維表面形貌，前者仍存在一定的彎曲度、纖維束疏松且存在較多毛刺

氧化鋁纖維布的“編制”要點

氧化鋁纖維織物是氧化鋁纖維的重要應用形式之一，可分為氧化鋁纖維非織造布（非織造布、氧化鋁纖維氈等）、氧化鋁纖維編織物（編織帶、繩索等）、氧化鋁纖維機織物（平紋、斜紋、緞紋、單向布等）等。在開頭提及的張亮儒團隊主要研究的正是氧化鋁長絲平紋織物的開發技術。

由于氧化鋁長絲高模、易脆斷、斷裂伸長率低，決定了其在織造過程中易出現不耐磨、劈絲、毛羽糾纏以及堵塞磁眼和鋼筘過紗通道等現象。因此若想將織物應用于高端領域，就要盡可能保持長絲的形態結構，維護強度模量，減少織造加工對長絲的損傷。

氧化鋁纖維可采用類似的劍桿織機進行編織

根據張亮儒等人研究，要取得較好的織造效果，可實施以下改良措施：1）減少摩擦，包括：簡化經紗過紗通道，降低對長絲的磨損，定做特殊的鋼筘，減小了經紗與筘齒接觸面積等；2）引緯改造與緯紗張力控制，長絲束從紗筒上被動引出時會被筒邊摩擦，所以提前將整筒長絲退繞成游離狀態再進行引緯；3）對經紗張力調節做了一定的改動，采用電子感應張力調節裝置和菱形織口，有利于保證經紗張力均勻，減少纖維磨損；4）低車速織造，能夠保證在織造過程中及時清理磁眼中的纖維毛絲。

結語

氧化鋁長絲性能優越，隨著氧化鋁纖維產業的逐漸成熟，其應用領域在不斷拓展，相關的復合材料性能優勢明顯。為了更好地滿足其實際應用和需求，對相關技術進行探討具有重要意義。如果您也有此想法，歡迎關注即將在4月17-19日在無錫舉辦的“2023年全國氧化鋁粉體與制品創新發展論壇（第七屆）”，與業內大咖一同探討相關技術的發展與應用。

資料來源：

1、張亮儒,尉寄望,盧晨,等. 氧化鋁長絲織物的開發[J]. 棉紡織技術,2022,50(z1):53-56. DOI:10.3969/j.issn.1001-7415.2022.z1.011.

2、曾佳琪,趙麗,唐海洲,等. 氧化鋁纖維的制備及其應用研究現狀[J]. 合成纖維工業,2021,44(5):65-70. DOI:10.3969/j.issn.1001-0041.2021.05.013.

3、彭劭恒,姚樹偉,王娟,等. 加張燒結下連續氧化鋁纖維的組織結構演變規律[J]. 粉末冶金材料科學與工程,2022,27(5):542-549. DOI:10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022038.

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