[發明專利]一種一鍋法制備SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的方法

有效

• 申請號: 201410100887.1
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103938296A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 余木火;王會峰;牟世偉;韓克清;唐彬彬;胡建建;柯盛包;邱顯星;賈軍;耿冉;劉新東;陳磊;莊恒飛
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F8/16
• 分類號: D01F8/16;D01D5/08;C08G77/60
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于硅硼氮陶瓷前驅體的制備領域，特別涉及一種一鍋法制備SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的方法。

背景技術

SiBN(C)陶瓷纖維兼具Si₃N₄纖維和BN纖維的優點，同時又能夠彌補這兩種纖維的不足，即具有高強度、高模量、高溫抗氧化性、介電常數低、優異的高溫穩定性，是一類新型陶瓷材料，已成為近年來陶瓷材料領域新的研究熱點，在國防、航空航天、能源等領域具有廣泛的應用前景。

由于Si、B等在氮化物和碳化物中的擴散系數極低，很難采用傳統的粉末燒結方法制備SiBN(C)體系陶瓷，而前驅體轉化法是制備SiBN(C)陶瓷的有效方法，該技術以其優異的實用性和可設計性成為當今SiBN(C)陶瓷纖維制備領域的研究熱點。

目前，前驅體的合成路線可分為聚合物路線和單體路線，聚合物路線是指以含硼化合物對聚硅氮烷等含Si-N鍵的聚合物通過脫氫耦合或硼氫化反應進行改性而得到SiBN(C)陶瓷前驅體。由于聚合物路線是對聚合物的改性，因此通過上述途徑得到的前驅體一般分子量較高，而且加工性能一般。單體路線是指先合成含Si、B、N、C的單體，這種單體常被稱為單源先驅體（Single?Source?Precursor），然后以適當的方式使單源先驅體聚合即可得到SiBN(C)陶瓷前驅體。該方法的優點是所合成的前驅體具有的組成和結構特征往往能保持到目標陶瓷產物中。

但是SiBN(C)陶瓷纖維前驅體有脆性大、強度低等缺點，本發明針對這些不足之處，通過添加共聚單體進行共聚可制備柔性好、強度高的SiBN(C)陶瓷纖維前驅體，為SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的連續紡絲及裂解奠定了基礎。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種一鍋法制備SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的方法，本發明與現有的合成方法相比，工藝簡單，便于操作，通過一步反應即可完成SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的制備；本發明有效的解決SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的脆性，為SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的連續紡絲及裂解奠定基礎。

本發明的一種一鍋法制備SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的方法，包括：

（1）控制反應器溫度為-30～-10℃，攪拌條件下，將甲基二氯硅烷和三氯化硼BCl₃混合溶液加入液態甲胺和溶劑的混合溶液中，室溫反應12-24h，得到的上層液體進行蒸餾，得到SiBN(C)陶瓷纖維前驅體聚合物；其中甲基二氯硅烷、三氯化硼BCl₃、液態甲胺、溶劑的比例關系為5-1mol:1-5mol:1-5L:10-30L；

（2）在氮氣保護下，將聚二甲基硅氧烷加入SiBN(C)陶瓷纖維前驅體聚合物中，升溫到140-300℃，保溫5-150h，脫泡，熔融紡絲，即得SiBN(C)陶瓷纖維前驅體；其中聚二甲基硅氧烷加入量為SiBN(C)陶瓷纖維前驅體聚合物質量的0.5%-20%。

所述步驟（1）中混合好的甲基二氯硅烷和BCl₃溶液通過電磁泵加入甲胺和溶劑的混合溶液中。

所述步驟（1）中溶劑為無水正己烷。

所述步驟（1）中蒸餾溫度為70-120℃。

所述步驟（1）中上層液體為SiBN(C)陶瓷纖維前驅體分子的無水正己烷溶液。

所述步驟（2）中聚二甲基硅氧烷為活性基團封端的聚二甲基硅氧烷，其中活性基團為雙（3-氨丙基）或氯。

所述活性基團封端的聚二甲基硅氧烷的數均分子量Mn為2500-7500。

所述步驟（1）-（2）均在無水無氧條件下進行。

所述步驟（2）中熔融紡絲的工藝參數為真空脫泡1-5h，紡絲壓力為1-10MPa，紡絲溫度為110-150℃，卷繞速度為50-300m/min。

所述步驟（2）中得到的SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的纖維直徑為30-80μm。

有益效果

（1）本發明與現有的合成方法相比，工藝簡單，便于操作，通過一步反應即可完成SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的制備；

（2）本發明有效的解決SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的脆性，為SiBN(C)陶瓷纖維前驅體的連續紡絲及裂解奠定基礎。

附圖說明

圖1為實施例1的陶瓷纖維前軀體的TG曲線；

圖2為實施例1的陶瓷纖維前軀體的紅外譜圖；

圖3為實施例1的陶瓷纖維前軀體表面的SEM圖。

具體實施方式