專利名稱：應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ito類纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO類纖維的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)作為銦資源大國(guó)，具有豐富的生產(chǎn)ITO納米微粉的原材料一金屬銦，每年銦產(chǎn)量居世界首位(50t)，但銦年消費(fèi)量卻極少，還不至7t，這主要是因?yàn)?，我?guó)目前產(chǎn)的金屬銦主要供外銷，對(duì)其高技術(shù)產(chǎn)品的深加工尚不及美國(guó)、歐洲和日本，像ITO靶材、ITO薄膜等鋼的深加工廣品主要罪進(jìn)口。因此，研究ITO廣品的生廣技術(shù)和工藝，開(kāi)發(fā)聞品質(zhì)的ITO納米微粉產(chǎn)品，對(duì)于改變目前我國(guó)這種出口原材料進(jìn)口加工產(chǎn)品的被動(dòng)局面，充分合理地利用我國(guó)豐富的銦資源，提高其科技含量和應(yīng)用價(jià)值，并進(jìn)一步振興我們的民族工業(yè)，提高我國(guó)的綜合國(guó)力，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著信息技術(shù)和光電產(chǎn)品的飛躍發(fā)展，η型半導(dǎo)體材料摻錫氧化銦納米微粉以其良好的導(dǎo)電性能、較高的可見(jiàn)光范圍內(nèi)的透光率和化學(xué)穩(wěn)定性以及與基體的良好結(jié)合性能，已越來(lái)越受到廣泛關(guān)注，逐漸成為一種重要的新型功能材料，已在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如平面顯示(液晶顯示器(IXD)、有機(jī)電致發(fā)光顯示器(OLED))、太陽(yáng)能電池、傳感器、電致變色靈巧窗、汽車擋風(fēng)玻璃、冰柜的透明隔熱層、微波屏蔽和防護(hù)鏡以及太陽(yáng)能電池等功能性玻璃和軍事航空等方面。此外，因?yàn)镮TO粉末具有高可見(jiàn)光透過(guò)率和中遠(yuǎn)外波段優(yōu)良的紅外反射性能及微波衰減性能:對(duì)可見(jiàn)光的透過(guò)率達(dá)95%以上，對(duì)紅外光的發(fā)射率大于70%，對(duì)紫外的吸收率大于85%，對(duì)微波的衰減達(dá)85%以上，這種新型材料有可能實(shí)現(xiàn)紅外和雷達(dá)及可見(jiàn)光隱身的一體化，可望解決寬頻譜輕質(zhì)偽裝隱身材料難題.目前，制備ITO膜的方法有很多，包括磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法，噴霧熱解法、真空蒸發(fā)法和溶膠.凝膠法等，其中最為成熟的是磁控濺射法，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，但其關(guān)鍵技術(shù)被美日德等國(guó)所壟斷，并且所需設(shè)備非常復(fù)雜，需要高壓或大功率直流電源，設(shè)備投資高；其次，該法的影響因素非常復(fù)雜，尤其是ITO靶材質(zhì)量的影響，要獲得高性能的ITO薄膜，必須首先制備出高質(zhì)量的ITO靶材，這些缺點(diǎn)使其應(yīng)用受到大大限制。其它幾種方法基本處于實(shí)驗(yàn)室階段，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全意義上的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。其中，溶膠-凝膠法作為上世紀(jì)八十年代興起的一種新的技術(shù)，以其多方面的優(yōu)點(diǎn)，立刻在眾多方法中脫穎而出，利用這種技術(shù)制得的ITO膜均勻度可達(dá)分子或原子尺度；成膜溫度低，可避免雜相的生成；化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)及機(jī)械穩(wěn)定性好，適合在嚴(yán)酷條件下使用；可在任意形狀的基體上成膜；通過(guò)選擇溶劑、調(diào)整濃度、添加催化劑，可以改變?nèi)苣z性質(zhì)，控制膜厚，最重要的一點(diǎn)是該方法無(wú)需真空裝置，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，可大面積成膜，易于產(chǎn)業(yè)化。因此，采用溶膠一凝膠法在較低成本下制備出性能優(yōu)異的ITO膜，對(duì)于迅速形成我國(guó)完全國(guó)產(chǎn)化的ITO膜產(chǎn)業(yè)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。隨著共混分散加工的飛速發(fā)展，對(duì)加工中各種組分的細(xì)化、分散效果及最終混合物的混合狀態(tài)，形態(tài)結(jié)構(gòu)要求越來(lái)越高，相應(yīng)地出現(xiàn)了種類繁多的適應(yīng)不同混合工藝要求的混煉設(shè)備，如雙螺桿擠出機(jī)，盤式擠出機(jī)，行星螺桿擠出機(jī)，還有近兩年推向市場(chǎng)的往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)，以及螺桿震動(dòng)連續(xù)混煉機(jī)，這些設(shè)備在改性領(lǐng)域發(fā)揮著很好的作用。應(yīng)當(dāng)肯定，機(jī)械設(shè)備是完成混合、分散工藝、實(shí)現(xiàn)改性的重要工具。三螺桿密煉擠出機(jī)的出現(xiàn)為混合、分散工藝提供了新的技術(shù)平臺(tái)，因?yàn)槌实冗吶切闻帕械娜輻U在中心區(qū)間形成了一個(gè)閉合空間，由于螺紋元件是三個(gè)頭的，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，在螺桿的任一截面，中心區(qū)間的面積將由小變大變化三次，如0°時(shí)區(qū)間面積最小，旋轉(zhuǎn)60°時(shí)變?yōu)樽畲?，之后又逐漸變小到120°時(shí)回到最小，如此循環(huán)，如螺桿長(zhǎng)頸比為30，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，每分鐘的變化次數(shù)為30X3X500=45000次，即45000次壓力脈動(dòng)。顯而易見(jiàn)，雙螺桿只有一個(gè)嚙合點(diǎn)，三螺桿有三個(gè)嚙合點(diǎn)，僅就此而言，一臺(tái)三螺桿擠出機(jī)相當(dāng)于三臺(tái)雙螺桿擠出機(jī)，物料在嚙合點(diǎn)處受到雙倍圓周速度的強(qiáng)烈剪切，加上加熱器加熱物料將很快塑化。同時(shí)，由于每次壓縮比都達(dá)到43倍，形成特定的密練分散超強(qiáng)功能。單螺桿沒(méi)有嚙合區(qū)，雙螺桿有一個(gè)嚙合區(qū)，一字排列的三螺桿有兩個(gè)嚙合區(qū)，三角形排列的三螺桿有三個(gè)嚙合區(qū)。三螺桿擠出機(jī)嚙合區(qū)增多使得碾壓面積成倍增加，運(yùn)轉(zhuǎn)中對(duì)物料構(gòu)成了高效的擠壓、破碎、揉捏、壓延、拉伸作用。因此，螺桿每旋轉(zhuǎn)一周都會(huì)增加物料混煉、均化、揉捏和剪切的次數(shù)，設(shè)備的混煉、熔融和分散混合的能力更強(qiáng)，正是這種高效的混捏作用，使三螺桿無(wú)需單螺桿或雙螺桿的大直徑、大長(zhǎng)徑比，就可獲得同等質(zhì)量同等產(chǎn)量的生產(chǎn)條件，充分體現(xiàn)出三螺桿擠出機(jī)高效的混合均化特性、結(jié)構(gòu)上的緊湊性和經(jīng)濟(jì)性。共混物的廣泛應(yīng)用和市場(chǎng)需求量的不斷增大，人們對(duì)共混物材料的性能要求也不斷提高，但大多數(shù)共混物的各組分間是熱力學(xué)不相容的，不相容的共混物分散相相疇粗大、兩相之間的界面作用薄弱，力學(xué)性能差、實(shí)用價(jià)值降低，而通過(guò)不同的加工條件可改善制品的微觀結(jié)構(gòu)、提高制品的使用性能。三螺桿共混物混煉擠出過(guò)程，將不可避免地對(duì)分散相在基體中的分散形態(tài)及兩相界面產(chǎn)生影響。一方面，共混物三螺桿動(dòng)態(tài)混煉擠出機(jī)螺桿的軸向螺紋的高速運(yùn)動(dòng)引起了大分子鏈段的擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)，減小了大分子鏈段、鏈段之間的相互纏結(jié)及分子滑移阻力，使分子解纏、取向更加容易，分散相和連續(xù)相的界面面積增大，分散相粒子的分布更加均勻，形狀更規(guī)則；另一方面，共混物三螺桿動(dòng)態(tài)混煉擠出機(jī)的螺桿嚙合間隙的周期性變化導(dǎo)致間隙內(nèi)的分散相粒子受到振動(dòng)研磨，引起的純拉伸流場(chǎng)亦有利于分散相的破碎，從而使分散相粒子粒徑減小，分散混合效果提聞。熔噴纖維生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的拓展促進(jìn)了高性能聚合物的使用，以滿足產(chǎn)業(yè)用紡織品的特別需求，如纖維細(xì)度小，耐高溫、耐化學(xué)性、良好的強(qiáng)度和彈性、醫(yī)療用產(chǎn)品舒適性、與食品接觸的安全性等要求。超臨界流體，是指某種物質(zhì)在臨界點(diǎn)臨界溫度，臨界壓力以上，所具有不同于液體或氣體的獨(dú)特物性的流體，既具有氣體的特性又具有液體的特性，因此可以說(shuō)，超臨界流體是存在于氣體、液體這兩種流體狀態(tài)以外的第三流體。超臨界流體具有與液體相近的密度，因而有很強(qiáng)的溶劑強(qiáng)度，同時(shí)具有與氣體相近的粘度，流動(dòng)性比液體好得多，傳質(zhì)系數(shù)也比液體大得多。且流體的密度、溶劑強(qiáng)度和粘度等性能均可通過(guò)壓力和溫度的變化方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而有廣泛的應(yīng)用前景。采用超臨界CO2進(jìn)行萃取已得到廣泛研究和工業(yè)應(yīng)用。在聚合物加工中采用超臨界CO2雖然不多，但已得到相當(dāng)?shù)闹匾暫蛷V泛的研究，如超臨界CO2為介質(zhì)的聚合反應(yīng)、采用超臨界CO2向聚合物中加入添加劑、超臨界CO2溶脹聚合得到共混物和復(fù)合材料、聚合物分級(jí)、萃取齊聚物和溶劑、微球和微纖制備、結(jié)晶等。在微孔聚合物制備中使用超臨界流體具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)傳質(zhì)系數(shù)高，可在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡濃度，因而縮短了加工時(shí)間，使微孔聚合物制備的工業(yè)應(yīng)用成為可能。(2)在相同溫度下，使用超臨界CO2可達(dá)到更高的平衡濃度，因而可得到更高的泡孔密度和更小的泡孔直徑。(3)由于超臨界流體溶入聚合物可大大降低聚合物的粘度，從而減少了熔噴壓力并提高熔體的流動(dòng)性。通過(guò)改變超臨界流體的溫度或壓力，可以得到處于氣態(tài)和液態(tài)之間的任一密度；在臨界點(diǎn)附近，壓力和溫度的微小變化可導(dǎo)致密度的巨大變化。由于粘度、介電常數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)和溶解能力都與密度有關(guān)，因此可以方便地調(diào)節(jié)壓力和溫度來(lái)控制超臨界流體的物理化學(xué)性質(zhì)。微孔聚合物的制備主要基于氣體過(guò)飽和法。基本過(guò)程為:首先使高壓氣體(CO2和隊(duì))溶解于聚合物中形成聚合物/氣體飽和體系；然后通過(guò)壓力驟降和(或)溫度驟升使之進(jìn)入過(guò)飽和狀態(tài)，從而大量氣核同時(shí)引發(fā)和增長(zhǎng)；最后通過(guò)淬火等方法使微孔結(jié)構(gòu)定型。傳統(tǒng)泡沫塑料物理發(fā)泡的改進(jìn)在于嚴(yán)格控制溫度、壓力、時(shí)間等工藝參數(shù)，使得大量氣核能夠同時(shí)引發(fā)，且不歸并成大泡，從而得到微孔結(jié)構(gòu)。采用過(guò)飽和原理制備微孔聚合物的工藝方法，根據(jù)操作的連續(xù)程度不同主要有分步法、半連續(xù)法以及擠出、注塑、滾塑等連續(xù)法。分步法及半連續(xù)法由于形成聚合物/氣體飽和體系所需時(shí)間由氣體向聚合物基體的擴(kuò)散速度決定，因而耗時(shí)長(zhǎng)，無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，主要應(yīng)用于理論研究。而與實(shí)際三螺桿密煉擠出機(jī)熔噴加工相一致的連續(xù)法的出現(xiàn)，使得微孔ITO類纖維的實(shí)際應(yīng)用成為可能。微孔ITO類纖維的力學(xué)性能主要取決與微孔結(jié)構(gòu)(包括:孔尺寸、孔密度、孔分布、和孔取向)以及分子鏈取向。而通過(guò)優(yōu)化工藝，控制微孔結(jié)構(gòu)和分子鏈取向可以得到性能優(yōu)良的微孔ITO類纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO超細(xì)纖維的方法，以滿足平面顯示(液晶顯示器(IXD)、有機(jī)電致發(fā)光顯示器(OLED))、太陽(yáng)能電池、傳感器、電致變色靈巧窗、汽車擋風(fēng)玻璃、冰柜的透明隔熱層、微波屏蔽、防護(hù)鏡以及太陽(yáng)能電池等功能性玻璃和寬頻譜輕質(zhì)偽裝隱身材料等軍事難題等方面的需求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO類纖維的方法，其特征在于:包括如下步驟:
(1)將銦前軀體、錫前軀體、表面活性劑、機(jī)粘結(jié)劑和溶膠穩(wěn)定助劑一起混合在溶劑中，按離子比為銦錫比例按90:10-80:20的比例稱取，其中金屬離子濃度調(diào)整在0.6M-0.7M之間，將以上材料導(dǎo)入裝有內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)均勻攪拌混合得到共混物；
(2)將超臨界流體導(dǎo)入高壓反應(yīng)釜內(nèi)與上述共混物混合并維持壓力為7-17MPa,在一定保溫溫度下攪拌使原料混合均勻，同時(shí)在超臨界流體中反應(yīng)合成24小時(shí)。(3)將上述均勻混合材料定量喂入螺桿，在螺桿進(jìn)料段被輸送和均勻共混，繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體；
(4)在過(guò)濾器部分，均相體經(jīng)過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑；
(5)在計(jì)量泵部分，均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻
度；
(6)均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出；
(7)從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時(shí)，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)；同時(shí)，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維；
(8)經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入烘箱，再進(jìn)行烘干和鍛燒工藝就可以制備出ITO超細(xì)微孔類纖維。將其加熱到100°C左右進(jìn)行烘干，再經(jīng)高溫600°C - 1000°C鍛燒5-25小時(shí)，使其氧化成In2O3和SnO2,隨爐冷卻至室溫，制備出淺黃色納米ITO超細(xì)微孔類纖維。所述的銦前軀體為丁氧基銦(In(OC4H9)3)、異丙氧基銦(In(OC3H7)3)、五水硝酸銦、銦醇鹽等，但不局限于此；所述的銦醇鹽包括甲醇銦、乙醇銦、異丁醇銦。所述的錫前軀體為丁氧基錫(Sn(OC4H9)4)或異丙氧基錫(Sn (OC3H7)4)、氯化錫、錫醇鹽等，但不局限于此；所述的錫醇鹽包括乙醇錫、丙醇錫、正丁醇錫。所述的溶劑為乙醇、丁醇、異丙醇(IPA)、乙酰丙酮等，但不局限于此。所述的溶膠穩(wěn)定助劑氨水、DTA氫氧化銨溴化十六烷三甲基胺(CTAB)、二元醇、一酸、乙酰丙酮等，但不局限于此。所述的表面活性劑為吐溫-80等，但不局限于此。所述的有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙烯醇PVA、聚乙二醇(PEG)等，但不局限于此。所述超臨界流體為超臨界N2, H2O或者超臨界C02。所述超臨界流體為超臨界N2時(shí)，其溫度為5(T380°C，壓力為7 40MPa，超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1:400-1 =IO0所述超臨界流體為超臨界CO2時(shí)，其溫度為5(T380°C，臨界壓力為7 40MPa，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Γ :10ο所述均相體與外界的壓力差為7 40MPa，熔噴速率為l(T2000cm3/s。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)顯著，采用本發(fā)明的以三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備聚合物微孔ITO類纖維的方法，可制得超細(xì)(20-90000nm)的微孔ITO類纖維。所制備微孔ITO超細(xì)纖維可滿足平面顯示(液晶顯示器(LCD)、有機(jī)電致發(fā)光顯示器(OLED))、太陽(yáng)能電池、傳感器、、電致變色靈巧窗、汽車擋風(fēng)玻璃、冰柜的透明隔熱層、微波屏蔽、防護(hù)鏡以及太陽(yáng)能電池等功能性玻璃和寬頻譜輕質(zhì)偽裝隱身材料等軍事難題等方面的需求。


圖1是應(yīng)用超臨界流體熔噴紡絲制備微孔ITO類纖維的方法原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實(shí)施例1
將以In(NO3)3.4.5H20和SnCl.5Η20為前驅(qū)物，將其溶于硝酸中，然后加入氨水，經(jīng)過(guò)攪拌和洗滌處理，得到白色凝膠狀沉淀，再加入適量硝酸得到溶膠，再加入適量去離子水，將溶膠中的金屬離子濃度調(diào)整在0.6M.0.7M之間，導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物；將溫度為50-380°C，壓力為7-40MPa的超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17 MPa)，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl:10。使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑。均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度。如圖1所示，圖中箭頭A表示均相混合物熔體的注入方向，箭頭B表示牽伸用熱空氣流動(dòng)方向，箭頭C表示冷空氣流動(dòng)方向。均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)1、孔流區(qū)2和膨化區(qū)3從模頭噴絲孔擠出，熔噴速率為10-2000 cm3/s。從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時(shí)，受到兩側(cè)290-320°C高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時(shí)，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維。將其加熱到100°C左右進(jìn)行烘干，再經(jīng)高溫6000C - 1000°C鍛燒5-25小時(shí)，使其氧化成In2O3和SnO2,隨爐冷卻至室溫，制備出淺黃色納米ITO超細(xì)微孔類纖維。實(shí)施例2
將五水硝酸銦晶體加入乙酰丙酮，以DTA作為溶膠穩(wěn)定助劑形成液體，氯化錫溶解在微量乙醇形成液體，將以上液體同時(shí)導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物；將80°C，16MPa超臨界CO2的超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17 MPa)，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl:10。使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑；均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度；均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出；從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時(shí)，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時(shí)，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維；將其加熱到100°C左右進(jìn)行烘干，再經(jīng)高溫600°C -1000°C鍛燒5-25小時(shí)，使其氧化成In2O3和SnO2,隨爐冷卻至室溫，制備出淺黃色納米ITO超細(xì)微孔類纖維。實(shí)施例3
將三氯化銦和二氯化錫為前驅(qū)物，將其分別溶于乙酰丙酮和無(wú)水乙醇中，而后同時(shí)導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物；將50°C，7MPa超臨界N2的超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17 MPa)，超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1=100~1:10o使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑。均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度。均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出。從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時(shí)，受到兩側(cè)290°C高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時(shí)，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維。將其加熱到100°C左右進(jìn)行烘干，再經(jīng)高溫600°C - 1000°C鍛燒5-25小時(shí)，使其氧化成In2O3和SnO2,隨爐冷卻至室溫，制備出淺黃色納米ITO超細(xì)微孔類纖維。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO類纖維的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將銦前軀體、錫前軀體、表面活性劑、機(jī)粘結(jié)劑和溶膠穩(wěn)定助劑一起混合在溶劑中，按銦錫離子比為90:10-80:20的比例稱取，其中金屬離子濃度調(diào)整在0.6M-0.7M之間，導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物；其中表面活性劑為1/1000-1%、有機(jī)粘結(jié)劑為1%-5%和溶膠穩(wěn)定助劑為1/1000-5/1000的添加比例； (2)將超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持壓力為7-17MPa,在5(T380°C度下攪拌使原料混合均勻，同時(shí)在超臨界流體中反應(yīng)合成20-28小時(shí)；繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體； (3)在過(guò)濾器部分，均相體經(jīng)過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑； (4)在計(jì)量泵部分，均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度； (5)均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出； (6)從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時(shí)，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)；同時(shí)，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷 卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維； (7)經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入烘箱，再進(jìn)行烘干和鍛燒工藝就可以制備出ITO超細(xì)微孔類纖維。
2.將其加熱到100°C左右進(jìn)行烘干，再經(jīng)高溫600°C- 1000°C鍛燒5-25小時(shí)，使其氧化成In2O3和SnO2,隨爐冷卻至室溫，制備出淺黃色納米ITO超細(xì)微孔類纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO類纖維的方法，其特征在于:所述的銦前軀體為丁氧基銦、異丙氧基銦、五水硝酸銦或銦醇鹽，所述的銦醇鹽為甲醇銦、乙醇銦或異丁醇銦； 所述的錫前軀體為丁氧基錫或異丙氧基錫、氯化錫或錫醇鹽，所述的錫醇鹽為乙醇錫、丙醇錫或正丁醇錫； 所述的溶劑為乙醇、丁醇、異丙醇或乙酰丙酮； 所述的溶膠穩(wěn)定助劑為氨水、DTA氫氧化銨溴化十六烷三甲基胺、二元醇、一酸或乙酰丙酮； 所述的表面活性劑為吐溫-80 ； 所述的有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙烯醇PVA或聚乙二醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界N2、或超臨界C02。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界N2時(shí)，其溫度為5(T380°C，壓力為7 40MPa，超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1:400-1 =IO0
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界CO2時(shí)，其溫度為5(T380°C，臨界壓力為7 40MPa，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl =IO0
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO類纖維的方法，其特征在于:所 述的均相體與外界的壓力差為7 40MPa，熔噴速率為l(T2000cm3/s。
全文摘要
一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔ITO類纖維的方法，將銦前軀體、錫前軀體、表面活性劑、機(jī)粘結(jié)劑和溶膠穩(wěn)定助劑一起混合在溶劑中，將以上材料導(dǎo)入反應(yīng)釜內(nèi)均勻攪拌得到共混物，將超臨界流體導(dǎo)入高壓反應(yīng)釜內(nèi)與上述共混物混合均勻，將上述均勻混合材料定量喂入螺桿形成均相體，均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出，形成超細(xì)微孔類纖維，烘干后高溫氧化制備出淺黃色納米ITO超細(xì)微孔類纖維。所制備微孔ITO超細(xì)纖維可滿足平面顯示、太陽(yáng)能電池、傳感器、電致變色靈巧窗、汽車擋風(fēng)玻璃、冰柜的透明隔熱層、微波屏蔽、防護(hù)鏡以及太陽(yáng)能電池等功能性玻璃和寬頻譜輕質(zhì)偽裝隱身材料等軍事難題等方面的需求。
文檔編號(hào)D01D10/06GK103184585SQ20111044308
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者張迎晨, 吳紅艷 申請(qǐng)人:中原工學(xué)院