下图是一张来自陕西省纺织科学研究院有限公司张亮儒团队的氧化铝纤维织物的照片。肉眼可见这块氧化铝纤维布有着相当不错的织造效果，不仅平整光洁，挺括匀整，而且纹路清晰。

张亮儒等人开发的氧化铝长丝成品织物

类似这样的氧化铝纤维布其实并不是新鲜事物，但绝对是一个有技术门槛的产品。编制它的原料连续氧化铝纤维是以Al₂O₃为主要成分，含有少量 SiO₂、B₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂、MgO 等氧化物的关键战略材料。因具有高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化等优异性能，以及表面活性好，易与陶瓷、金属等材料复合等优势，连续氧化铝纤维及其增强复合材料在航空航天、国防军工等领域有良好的应用前景。

而要得到如上图那般强度高且平整光滑的氧化铝纤维布，必须要从原料开始重视。Al₂O₃纤维的主要制备方法有以下几种：

1、卜内门法

卜内门法是早期一种较为简便的制备方法，通过将羟基乙酸铝和其他添加剂在一定条件下混合，使之成为一定黏度的黏稠溶液，与提高成丝能力的有机高分子聚乙烯醇充分混合得到纺丝液，经过纺丝、干燥以及在1000 ℃条件下进行烧结等处理得到多晶Al₂O₃纤维。但该方法制得的产品多为短纤维，纤维强度较差。

卜内门法应用案例：Saffil®氧化铝纤维毯

2、熔融抽丝法

熔融抽丝法是1971年美国TYCO研究所开发的一种制备方法，通过在高温下向Al₂O₃熔体内插入钼制细管，利用毛细现象，熔融液刚好升到毛细管的顶端，然后由顶端缓慢向上拉伸得到α-Al₂O₃连续纤维。此方法可以制得形状较为复杂的连续纤维，但产品性能不易控制，纤维质量较差。

3、浸渍法

浸渍法是制备Al₂O₃纤维膜最为常见的方法，浸渍法中一般以水溶液作为溶剂，用具有较好亲水性的黏胶纤维作为基体纤维，基体纤维经过无机盐溶液浸渍，其中无机盐并不附着在纤维表面，而是以分子状态分散在黏胶纤维中，从而有利于纤维的形成，经过干燥和烧结处理得到具有功能化的Al₂O₃材料，从而实现材料在吸附性能、催化性能等方面的增强。

4、预聚合法

预聚合法是将一种铝氧烷聚合物首先溶解在有机溶剂中，随后加入硅酸盐或有机硅化合物将

混合物浓缩成黏稠液体，通过干法纺丝将其纺成前驱体纤维，然后聚合物在空气中发生高温裂解，在600℃形成含Al₂O₃和二氧化硅的无机纤维，最后在 1000 ℃以上进一步烧结， Al₂O₃结晶形成微晶聚集的连续Al₂O₃纤维。

5、淤浆法

淤浆法是以Al₂O₃粉末为主要原材料，加入分散剂、流变助剂、烧结助剂等，在一定条件下制成可纺混合物，再经过挤出成纤、干燥、烧结等步骤制备Al₂O₃连续纤维。

6、溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是制备高纯度且均匀的Al₂O₃纤维最通用的方法之一，通过控制前驱体溶胶的

粒径、采用较低的煅烧温度即可得到均匀的Al₂O₃纤维，该方法通常选用异丙醇铝、羧酸铝、硝酸铝及氯化铝等作为前驱体。

应用案例：3M™Nextel™312高温连续陶瓷氧化物纱线制成的柔性编织套管

7、静电纺丝法

静电纺丝工艺结合溶胶-凝胶法是一种制备Al₂O₃纳米纤维膜的新方法，该方法有望解决亚微米Al₂O₃纤维在制备方面的问题。该方法制备工艺流程为：1)首先制备无机溶胶或溶液，包括聚合物模板和以部分醇盐为主要成分的无机物前驱体溶液；2)对前驱体溶液进行静电纺丝，通过调节纺丝条件及环境参数制备较为均匀的前驱体纤维；3)在一定的温度梯度下对前驱体纤维进行高温煅烧将其转化为相应的Al2O3纤维。该方法所使用的仪器较为简单，操作方便，制得的纤维具有直径较小、孔隙率高、表面光滑等优良特性，但生产成本较高，目前无法实现量产。

提高质量的关键点：另有研究表明，连续氧化铝纤维的抗拉强度随纤维致密度降低或晶粒尺寸增加而显著降低。因此有效调控纤维的组织结构是获得高性能氧化铝纤维的关键，像烧结过程就是调控氧化铝纤维组织结构的最重要环节。

比如说美国3M公司、CHANDRADASS等和MCARDLE等通过引入α-Al₂O₃、Fe₂O₃等形核助剂降低过渡相 Al₂O₃向 α-Al₂O₃的转变温度，进而降低烧结温度，使得 α-Al₂O₃ 纤维的晶粒尺寸显著下降。SCHMUCKER等、LI等、CHATTERJEE等通过添加SiO₂有效抑制了烧结过程中氧化铝晶粒的过度生长。LI等引入Fe₂O₃、SiO₂等添加剂，采用两步烧结法获得具有致密细晶组织的氧化铝纤维。

自由烧结(a)以及加张烧结(b)工艺在1500 ℃烧结10 min的氧化铝纤维表面形貌，前者仍存在一定的弯曲度、纤维束疏松且存在较多毛刺

氧化铝纤维布的“编制”要点

氧化铝纤维织物是氧化铝纤维的重要应用形式之一，可分为氧化铝纤维非织造布（非织造布、氧化铝纤维毡等）、氧化铝纤维编织物（编织带、绳索等）、氧化铝纤维机织物（平纹、斜纹、缎纹、单向布等）等。在开头提及的张亮儒团队主要研究的正是氧化铝长丝平纹织物的开发技术。

由于氧化铝长丝高模、易脆断、断裂伸长率低，决定了其在织造过程中易出现不耐磨、劈丝、毛羽纠缠以及堵塞磁眼和钢筘过纱通道等现象。因此若想将织物应用于高端领域，就要尽可能保持长丝的形态结构，维护强度模量，减少织造加工对长丝的损伤。

氧化铝纤维可采用类似的剑杆织机进行编织

根据张亮儒等人研究，要取得较好的织造效果，可实施以下改良措施：1）减少摩擦，包括：简化经纱过纱通道，降低对长丝的磨损，定做特殊的钢筘，减小了经纱与筘齿接触面积等；2）引纬改造与纬纱张力控制，长丝束从纱筒上被动引出时会被筒边摩擦，所以提前将整筒长丝退绕成游离状态再进行引纬；3）对经纱张力调节做了一定的改动，采用电子感应张力调节装置和菱形织口，有利于保证经纱张力均匀，减少纤维磨损；4）低车速织造，能够保证在织造过程中及时清理磁眼中的纤维毛丝。

结语

氧化铝长丝性能优越，随着氧化铝纤维产业的逐渐成熟，其应用领域在不断拓展，相关的复合材料性能优势明显。为了更好地满足其实际应用和需求，对相关技术进行探讨具有重要意义。如果您也有此想法，欢迎关注即将在4月17-19日在无锡举办的“2023年全国氧化铝粉体与制品创新发展论坛（第七届）”，与业内大咖一同探讨相关技术的发展与应用。

资料来源：

1、张亮儒,尉寄望,卢晨,等. 氧化铝长丝织物的开发[J]. 棉纺织技术,2022,50(z1):53-56. DOI:10.3969/j.issn.1001-7415.2022.z1.011.

2、曾佳琪,赵丽,唐海洲,等. 氧化铝纤维的制备及其应用研究现状[J]. 合成纤维工业,2021,44(5):65-70. DOI:10.3969/j.issn.1001-0041.2021.05.013.

3、彭劭恒,姚树伟,王娟,等. 加张烧结下连续氧化铝纤维的组织结构演变规律[J]. 粉末冶金材料科学与工程,2022,27(5):542-549. DOI:10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022038.

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