[發(fā)明專利]一種有機硅樹脂轉(zhuǎn)化制備Si-C-O陶瓷纖維的方法

有效

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• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108264352B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 茍燕子;李浩;王浩;簡科;邵長偉;王小宙;王兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/622;D01F6/76
• 代理公司: 長沙國科天河知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

本發(fā)明提供一種有機硅樹脂轉(zhuǎn)化制備Si?C?O陶瓷纖維的方法，采用紫外輻射交聯(lián)或活性氣氛交聯(lián)完成硅樹脂原纖維的不熔化，再通過高溫燒成制得Si?C?O陶瓷纖維。紫外輻射通過使有機硅樹脂分子產(chǎn)生自由基實現(xiàn)原纖維的交聯(lián)過程，活性氣氛通過與Si?OH反應(yīng)實現(xiàn)交聯(lián)，從而完成纖維的不熔化過程，形成不熔且不溶的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使原纖維在后續(xù)的高溫裂解過程中不會出現(xiàn)熔融并絲。該方法能降低Si?C?O陶瓷纖維的生產(chǎn)成本，使得所得Si?C?O陶瓷纖維具有較好的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷領(lǐng)域，具體的涉及一種由有機硅樹脂轉(zhuǎn)化制備Si-C-O陶瓷纖維的方法。

背景技術(shù)

SiC纖維具有優(yōu)異的耐高溫性能和力學(xué)性能，與金屬、陶瓷、聚合物有良好的相容性，是非常理想的無機增強纖維，在航空航天、武器裝備以及核工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但目前SiC纖維昂貴的價格是限制其應(yīng)用領(lǐng)域進一步拓展的最重要原因之一。含氧SiC纖維即Si-C-O纖維在1200℃下有良好的使用性能，與氧化物纖維相比有更好的耐溫性能和耐酸堿腐蝕性，與SiC纖維相比具有制備成本低廉的優(yōu)勢，近年來越來越受到研究者的廣泛關(guān)注。

制備Si-C-O纖維現(xiàn)有技術(shù)中常用方法包括：1)利用含苯基、丙基的硅樹脂轉(zhuǎn)化制備陶瓷纖維及復(fù)合材料，通過將分別含有苯基和丙基的兩種硅樹脂按一定比例混合，先驅(qū)體經(jīng)熔融紡絲得到硅樹脂原纖維，使用紫外輻照+熱交聯(lián)的不熔化工藝制備Si-C-O纖維，纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在明顯的兩相分離，導(dǎo)致纖維結(jié)構(gòu)疏松，基本無使用性能。2)使用日本邁圖公司生產(chǎn)的YR3370硅樹脂作為先驅(qū)體，通過熔融紡絲制備原纖維，通過氣氛不熔化制備出低碳含量的Si-C-O纖維，并研究了不同氣氛下不熔化以及纖維的抗氧化性能，由于所制備的纖維含有較多孔洞和缺陷，并且碳含量低，導(dǎo)致Si-C-O纖維主要由SiO₂和自由碳組成，力學(xué)性能較差。

現(xiàn)將有機硅樹脂用于制備Si-C-O陶瓷纖維，所得纖維絲結(jié)構(gòu)中孔洞量較大，或存在明顯的兩相分離，或碳含量低，導(dǎo)致纖維的力學(xué)性能較差，遠遠無法滿足Si-C-O陶瓷纖維的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了有機硅樹脂轉(zhuǎn)化制備Si-C-O陶瓷纖維的方法，該方法能降低Si-C-O陶瓷纖維的生產(chǎn)成本，并保證所得Si-C-O陶瓷纖維的各項性能的同時，使得所得Si-C-O陶瓷纖維在1200℃下仍然具有較好的力學(xué)性能。

包括以下步驟：在惰性氣氛中加熱有機硅樹脂后進行熔融紡絲，得到硅樹脂原纖維，硅樹脂原纖維經(jīng)過交聯(lián)后得到不熔化纖維，對不熔化纖維進行裂解得到Si-C-O陶瓷纖維；交聯(lián)為紫外輻射交聯(lián)或活性氣氛交聯(lián)。有機硅樹脂為以Si-O鍵構(gòu)成主鏈的有機硅聚合物，其分子結(jié)構(gòu)單元為：

其中，n>5烷基R₁、R₂、R₃獨立的選自氫、C₁～C₆的烴基、-OCH₃。例如SR8803、YR3370、SR249或RSN6018。本發(fā)明提供方法未詳述的各方法均按現(xiàn)有技術(shù)中的對應(yīng)參數(shù)進行即可。

本發(fā)明中，C₁～C₆均指基團中所包含的碳原子數(shù)。

本發(fā)明中“烷基”是由烷烴化合物分子上失去任意一個氫原子所形成的基團。

本發(fā)明中“烴基”是由烴類化合物分子上失去任意一個氫原子所形成的基團；烴類化合物包括烷烴化合物(直鏈烷烴、支鏈烷烴和環(huán)烷烴)、烯烴化合物、炔烴化合物和芳烴化合物。如甲苯失去苯環(huán)上甲基對位的氫原子所形成的對甲苯基，或者甲苯失去甲基上任意一個氫原子形成的芐基等。

本發(fā)明提供方法通過對單一硅樹脂所得硅樹脂原纖維，進行紫外輻射交聯(lián)或活性氣氛交聯(lián)，并結(jié)合后續(xù)的裂解，從而得到了具有較好力學(xué)性能的Si-C-O陶瓷纖維。