[發明專利]一種硅系納米纖維補強劑的制備方法

有效

• 申請號: 201810034056.7
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108221087B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 劉瑞來;林皓;胡家朋;趙瑨云;徐婕;付興平;趙升云;吳芳芳
• 申請（專利權）人: 晉江瑞碧科技有限公司;武夷學院
• 主分類號: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10;D01F6/54;D01F1/10;C04B35/80
• 代理公司: 31290 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 金碎平

本發明公開了一種硅系納米纖維補強劑的制備方法，其包括如下步驟：S1、將聚丙烯腈溶解于N,N?二甲基乙酰胺/二甲亞砜/甲基吡咯烷酮三元混合溶劑中，得到聚丙烯腈溶液；S2、將所述聚丙烯腈溶液進行淬火后，得到第一前驅體；S3、將所述第一前驅體分散于乙醇中，加入十六烷基三甲基溴化銨、濃氨水和蒸餾水，滴加γ?氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇分散液，反應5～10h，得到聚丙烯腈/二氧化硅復合納米纖維；S4、將所述聚丙烯腈/二氧化硅復合納米纖維依次進行預氧化、低溫碳化、高溫碳化和高溫燒結后，得到SiC納米纖維，即所述硅系納米纖維補強劑。本發明原材料來源廣泛易得、成本低廉、工藝簡單、適合于大量工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種硅系納米纖維補強劑的制備方法，屬于補強材料技術領域。

背景技術

碳化硅(硅系)的耐熱性和耐氧化性均優于碳纖維，化學穩定性好，拉伸強度高達2～4GPa，主要應用于耐高溫和增強材料，廣泛應用于金屬基、陶瓷基及聚合物基復合材料的補強。目前碳化硅纖維主要以有機硅化合物為原料經紡絲、碳化或氣相沉積而制得。

毛仙鶴等人利用化學氣相交聯法，以環己烯和1-己炔為反應氣氛，對聚碳硅烷纖維進行化學氣相交聯不熔化處理，得到β晶型碳化硅纖維(毛仙鶴,等.硅酸鹽學報,2016,34,16)。王亦菲等人采用熱交聯工藝改進傳統的空氣不熔工藝，在盡可能少引入氧的情況下實現聚碳硅烷纖維不熔化處理，得到碳化硅纖維(王亦菲,國防科技大學學報,2005,27,24)。Tang等人利用輻射交聯和氧處理相結合方法，快速制備碳化硅纖維(Tang M,etal.Journal of Materials Science,2009,44,3905)。以上方法得到的碳化硅纖維為微米級結構，無法得到納米級結構纖維。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種硅系納米纖維補強劑的制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種硅系納米纖維補強劑的制備方法，其包括如下步驟：

S1、將聚丙烯腈溶解于N,N-二甲基乙酰胺/二甲亞砜/甲基吡咯烷酮三元混合溶劑中，得到聚丙烯腈溶液；

S2、將所述聚丙烯腈溶液在-40～-10℃下進行淬火后，用乙醇除去所述N,N-二甲基乙酰胺/二甲亞砜/甲基吡咯烷酮三元混合溶劑，冷凍干燥后得到第一前驅體；

S3、將所述第一前驅體分散于乙醇中，加入十六烷基三甲基溴化銨、濃氨水(質量分數為25％)和蒸餾水，控制pH值為9～10后，以0.02～0.1mL/s的速率滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇分散液，滴加結束后反應5～10h，將反應產物進行離心分離，收集固體部分用乙醇進行洗滌后，在-70℃下冷凍干燥，得到聚丙烯腈/二氧化硅復合納米纖維；

溶液pH值的選擇對二氧化硅的生成有很大影響，pH值太低，不利于二氧化硅的生成，pH值過高，不利于γ-氨丙基三乙氧基硅烷的水解；γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇分散液滴加速度太慢，生產效率低，滴加速度太快，二氧化硅轉化率降低；