[發明專利]一種超細氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201010250232.4
• 申請日: 2010-08-11
• 公開（公告）號: CN101949073A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 王應德;鄭德釧;王浩;藍新艷;王軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10;D01F1/10;D01D5/00;D01D1/02;D01D10/02;D01D10/00
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 趙靜華

技術領域

本發明涉及一種超細氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法。

背景技術

T.?Ishikawa,?H.?Yamaoka,?Y.?Harada,?T.?Fujii?and?T.?Nagasawa.?A?general?process?for?in?situ?formation?of?functional?surface?layers?on?ceramics[J].?Nature,?2002,?416:?64-67.公開了采用先驅體原位轉化法，以聚碳硅烷為原料，與低分子添加物鋯酸四丁酯合成先驅體，再經過熔融紡絲制得連續聚碳硅烷/鋯酸四丁酯纖維，將該纖維置于空氣中進行不熔化處理得到不熔化纖維，將不熔化纖維置于高溫爐中惰性氣氛保護下進行高溫燒成，制得氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維。這種纖維具有高強度、高耐溫性、高抗氧化性等優點；但是這種熔融紡絲法制備的纖維直徑仍較大，尤其是采用熔融紡絲制備氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維，需要制備聚碳硅烷/鋯酸四丁酯先驅體，其可紡性受鋯酸四丁酯含量及其分散性等因素影響制約。此外，由于聚碳硅烷（軟化點為200~220℃）常溫下為固體、鋯酸四丁酯（沸點為310℃）常溫下為液體，在制備先驅體時蒸餾過程也難于控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超細氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法。以實現制備出梯度分布纖維性能更好、直徑達到超細水平，并具有吸收遠紅外的特性。

?本發明的技術方案是：將聚碳硅烷和鋯酸四丁酯共溶于二甲苯中，通過靜電紡絲得到原纖維，然后經過熟化熱處理、空氣預氧化、高溫燒成，最終得到超細氧化鋯/碳化硅徑向梯度纖維。纖維直徑大小通過靜電紡絲的工藝條件進行控制。

本發明包括以下步驟：

（1）配制紡絲溶液：以聚碳硅烷和鋯酸四丁酯按質量比為1∶1~9∶1，以二甲苯為溶劑，配制聚碳硅烷/鋯酸四丁酯溶液，并用超聲分散30分鐘；

（2）靜電紡絲：紡絲條件是：針頭內徑為0.5~1.5mm，電壓為12~30kV，收絲距離為15~25cm，供料速率為10~50μl/min，鋁箔收絲，制得聚碳硅烷/鋯酸四丁酯原纖維；

（3）熟化熱處理：將上述原纖維置于烘箱中，在空氣下在80~120℃保溫30~120小時，得到聚碳硅烷/鋯酸四丁酯熟化纖維；

（4）空氣預氧化：將上述熟化纖維置于氧化爐中，在氧化性氣氛中按照15~25℃/h升溫，并在190~220℃保溫0.5~1.5小時，冷卻至室溫后得到不熔化聚碳硅烷/鋯酸四丁酯纖維；

（5）高溫燒成：將上述不熔化纖維置于高純氬氣保護下的高溫爐中，升溫至1200~1450℃，并在該溫度下保溫1小時，得到超細氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維。

所述聚碳硅烷是軟化點為200~220℃的固體。

所述鋯酸四丁酯是質量分數為80~90%的鋯酸四丁酯的正丁醇溶液。

所述聚碳硅烷與正丁醇和二甲苯的混合溶劑比為1∶1~1.4∶1g/ml。

本發明采用二甲苯作溶劑，由于聚碳硅烷和鋯酸四丁酯在二甲苯中的溶解性比較好，紡絲液的配制比較簡單，且溶液的可紡性好；用靜電紡絲取代了傳統的熔融紡絲工藝，它打破了傳統的涂層觀念，在纖維制備的前期的先驅體引入低分子添加物，然后在后期的預氧化、燒成定型。纖維以碳化硅為基體、表面層為氧化鋯且沿徑向含量遞減，直徑小、比表面積大。

附圖說明

圖1為實施例1制備的超細氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的掃描電鏡照片；

圖2為實施例1制備的超細氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維表面的能譜測試位置圖；

圖3為實施例1制備的超細氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維截面的能譜測試位置圖。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

（1）配制紡絲溶液：將聚碳硅烷固體（軟化點為200~220℃）和85%鋯酸四丁酯的正丁醇溶液按照聚碳硅烷與鋯酸四丁酯的質量比為4∶1共溶于二甲苯中，按聚碳硅烷和溶劑（二甲苯和正丁醇）比為1.1∶1g/ml配制聚碳硅烷/鋯酸四丁酯溶液，并用超聲分散30分鐘；

（2）靜電紡絲：紡絲條件是：針頭內徑為0.8mm，電壓為15kV，收絲距離為20cm，供料速率為20μl/min，鋁箔收絲，制得聚碳硅烷/鋯酸四丁酯原纖維；

（3）熟化熱處理：將上述原纖維置于烘箱中，在空氣下80℃保溫120小時，得到聚碳硅烷/鋯酸四丁酯熟化纖維；