溶胶－凝胶法在玻璃纤维中的应用

null 溶胶－凝胶法在玻璃纤维中的应用 学生：禚明 学号：1043106084 溶胶－凝胶法在玻璃纤维中的应用 学生：禚明 学号：1043106084 一 前言一 前言 在工农业生产、科学研究和国防建设中所使用的光学元件，绝大部分是用玻璃制造的，其中主要是以二氧化硅为主要成分的硅酸盐玻璃。制造这些玻璃的传统方法是：将结晶质氧化物或无机盐原料在高温下熔融得到均匀液体，然后通过成型、冷却、固化等一系列过程制成玻璃。 近年来，随着玻璃和非晶态固体材料的应用越来越广泛，对玻璃和非晶态固体材料制造方法的研究开发取得了令人瞩目的进展。除上述的传统方法外，溶胶－凝胶法是近年来发展较为迅速的一种。 null 所谓溶胶凝胶法制备玻璃纤维，就是将金属醇盐在室温或略高于室温水解，得到溶胶，再经过陈化使其胶凝，或在胶凝前进行拉丝，制得块状或纤维状凝胶，然后再将其加热处理，得到整块玻璃或玻璃纤维。 二 玻璃纤维二 玻璃纤维 玻璃一般人之观念为质硬易碎物体，并不适于作为结构用材，但如其抽成丝后，则其强度大为增加且具有柔软性。 众所周知，玻璃纤维是无机非金属材料中的一种新型功能结构材料。由于它具有耐高温、抗腐蚀、强度高、比重轻、吸湿低、延伸小及绝缘好等一系列优异特性， 目前已广泛应用于电子、通讯、核能、航空、航天、兵器、舰艇及海洋开发、遗传工程等高新技术产业， 成为我国二十一世纪不可缺少的可持续发展的高新技术材料。其用途如下：null (1)根据无碱玻纤电绝缘性能好的特性，将玻璃纤维制品用作印制电路板及电机、电缆的包扎与填充材料； (2)根据玻纤的耐化学腐蚀特性，将玻纤制品用作各种过滤袋及空调配套设备： (3)根据玻纤导热性低及吸湿性小的特性，将玻纤制品用作保温隔热材料及层面防水材料： (4)根据玻纤强度大及延伸率小的特性，将玻纤制品用作轮胎帘子线、传动带、输送带及其它增强橡胶制品： (5)根据耐碱玻纤耐碱性好、导热性低的特性，将玻纤制品用作增强水泥材料： (6)根据玻纤强度大、导热性低、延伸率小及吸湿性好的特性，将玻纤制品用作增强石膏材料： (7)根据特种玻纤所具有的各种优导性能， 将玻纤制品制成高硅氧玻纤、高强度玻纤、高弹性模量玻纤、耐辐射玻纤、低介电玻纤、高介电玻纤、半导体玻纤及镀金属玻纤等。 三 溶胶－凝胶法制备玻璃纤维三 溶胶－凝胶法制备玻璃纤维1.1 溶胶-凝胶法制备玻璃纤维优劣 在玻璃纤维的研制领域中，溶胶凝胶法是近十几年来才出现的一种新的制备方法。与常规的熔融法相比，溶胶凝胶法的主要特点是：(1)可以在较低温度下得到玻璃或玻璃纤维(如石英玻璃通常要在1800~C或更高温度熔化制得，而用溶胶凝胶法则可以在8OO℃左右得到石英玻璃)；(2)可以制得均匀性极高和纯度极高的玻璃或玻璃纤维；(3)可以制得某些熔融法难以制得的(如易分相、易析晶的)玻璃或玻璃纤维。 溶胶一凝胶法也存在某些问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ：首先是目前所使用的原料价格比较昂贵，有些原料为有机物，对健康有害；其次通常整个溶胶－凝胶过程所需时间较长，常需要几天或几周；第三是凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩。1.2 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 过程1.2 工艺过程醇 盐溶液 （醇盐＋醇）醇水、催化剂溶 胶粘性溶胶 凝胶纤维玻璃纤维 合混合混放置陈化燥干理处热维纤制拉1.2.1 溶液（醇盐＋醇）的制备1.2.1 溶液（醇盐＋醇）的制备 首先，将金属醇盐原料溶于适当的溶剂配制成均匀透明的溶液。由于金属醇盐在水中的溶解度不大，一般选用醇做溶剂，醇和水的加入量应适量。为保证前期溶液的均相性，在配制过程中需施以强烈搅拌。1.2.2 溶胶的制备1.2.2 溶胶的制备 第二步是制备溶胶。制备溶胶有两种方法：聚合法和颗粒法，两者间的差别是加水量多少。所谓聚合溶胶，是在控制水解的条件下使水解产物及部分未水解的醇盐分子之间继续聚合而形成的，因此加水量很少。此时溶胶具有链状结构，其聚合物是线形的，具有可拉丝性，可制备纤维或薄膜；而粒子溶胶则是在加入大量水，使醇盐充分水解的条件下形成的。此时溶胶逐步向二维和三维网络结构发展，形成粒状聚合物，不具有可拉丝性，可制得块状玻璃。 金属醇盐的水解反应和缩聚反应是均相溶液转变为溶胶的根本原因，控制醇盐的水解缩聚的条件如：加水量、催化剂和溶液的pH值以及水解温度等，是制备高质量溶胶的前提。 主要化学反应如下：null (1)水解反应:非电离式分子前驱物,如金属醇盐M(OR)n(n为金属M的原子价)与水反应:M(OR)n+xH2O →M(OH)x(OR)n－x+xROH 反应可延续进行,直至生成M(OH)n (2)缩聚反应:缩聚反应可分为失水缩聚:-M-OH+HO-M→-M-O-M+H2O和失醇缩聚: -M-OR+HO-M →-M-O-M-+ROH,反应生成物是各种尺寸和结构的溶胶体粒子。 金属醇盐的水解一般都需加入一定的催化剂。最常用的催化剂是盐酸和氨水，用以制备玻璃纤维的水解液一般使用盐酸而不用氨水，因为氨水作为催化剂时，在溶液中形成圆形SiO2粒子,不是线型结构，从而不具有拉丝性，无法制成纤维。酸催化剂主要起两个作用：(1)加速水解反应；(2)有利于得到混溶体系。 1.2.3 粘性溶胶1.2.3 粘性溶胶 第三步是将溶胶通过陈化得到湿凝胶.溶胶在敞口或密闭的容器中放置时,由于溶剂蒸发或缩聚反应继续进行而导致向凝胶的逐渐转变,此过程往往伴随粒子的Ostward熟化,即因大小粒子溶解度不同而造成的平均粒径增加.在陈化过程中,胶体粒子逐渐聚集形成网络结构,整个体系失去流动特性,溶胶从牛顿体向宾汉体转变,并带有明显的触变性,制品的成型如成纤、涂膜、浇注等可在此期间完成 拉制纤维的条件： null 对制备纤维来讲，控制水解和聚合是非常重要的。下面给出了Si(OC2H5)4溶液的水解聚合的两种模型（图1），在水解聚合过程中，随着条件不同，溶液中可能形成线型聚合物，也可能形成粒状聚合物(三维网络)。只有当溶液中存在线型聚合物时，才有可能制成纤维。水解聚合究竟按哪一种模型进行，也就是说究竟是形成线型聚合物，还是形成粒状聚合物，首先取决于原始溶液的成分。null 其次，从溶胶拉制纤维，要求溶胶有合适的粘度，在接近室温时即可发生水解聚合反应，随着发应的进行，溶液粘度增大，其主要原因是聚合物的聚合度的增大和溶液中长形状粒子浓度的增大。一般的当粘度增至102Pa·s以上时，溶胶变为硬块，不再适合拉丝，而且如果加水量较多，粘度增大较快，适合拉丝的时间很短，合理控制加水量可以使粘度增大减缓，从而使可拉丝的时间增长。 null 纤维横断面的形状是溶胶凝胶法的一个问题。研究表明，纤维的断面形状主要取决于溶液的成分，而与制纤维的方法、所用工具的形状以及拉丝时溶液的粘度无关，粘度大则纤维粗，粘度低则纤维细，但不影响断面形状。非圆截面主要是由于纤维收缩大，各方向收缩不均匀所致。太少的水和较多的乙醇都要使纤维有较大的体积收缩，形成不规则形状的纤维截面。 成纤的方法主要有两种，即离心成纤法和平吹成纤法。一般的，后者对胶体性能及其他工艺 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 的要求更为苛刻。胶体粘度，压缩空气的压力大小及环境条件的细微变化都明显改变纤维的性状，主要表现为纤维直径，长度的不稳定及渣球含量的变化，所以操作时需严格控制各个工艺参数。而离心成纤法对胶体牯度，存放时间等无太苛刻的要求。只要严格控制环境的温度、湿度就比较容易制得理想的纤维。 null图1 Si(OC2H5)4溶液中聚合物模型， (a)两种线状聚合物模型； (b)粒状聚合物模型。 1.2.4 凝胶纤维向玻璃纤维的转变1.2.4 凝胶纤维向玻璃纤维的转变 第四步凝胶纤维的干燥和热处理,湿凝胶内包裹着大量溶剂和水,干燥过程往往伴随着很大的体积收缩,因而很容易引起开裂,防止凝胶在干燥过程中开裂是溶胶-凝胶工艺中至关重要而又较为困难的一环。 由于干凝胶比玻璃的自由能高，通过一定程度的加热，可以使拉制的凝胶纤维转变成玻璃纤维。当加热温度高于800℃时，SiO2干凝胶即转变为石英玻璃。而对于多元系统，玻璃化温度则可以更低。在整个加热过程中，不连续网络结构的凝胶转变为连续网络结构的玻璃，同时还伴随着包裹在凝胶中的水和有机物的挥发、孔洞的消失、以及凝胶的收缩(即致密化)。null 对30TiO2·70SiO2凝胶的研究表明，大部分水和有机物在250℃以下已经挥发掉，但在更高温度下凝胶重量继续减轻，其原因之一是高分子量的有机物的继续分解和挥发。对于整块凝胶来讲，升温 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 非常重要，因为凝胶在干燥和玻璃化过程中易于裂成碎块，而对于纤维，碎裂的可能性较小，对升温制度的要求则不象整块凝胶那么严格。null 溶胶凝胶法制备玻璃及玻璃纤维已经显现出可观的应用潜势，从而引起了众多研究者的极大兴趣。到目前为止，已经可以在实验室制出多种不同成分的纤维，例如纯SiO2纤维，SiO2-TiO2，SiO2-A12O3，SiO2－ZrO2，SiO2－ZrO2－Na2O等系统的玻璃纤维。 null 谢谢