[發(fā)明專利]耐高溫聚碳硅烷先驅(qū)體及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910081032.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109824905B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳寶林;侯振華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西嘉捷信達(dá)新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C08G77/60
• 分類號(hào): C08G77/60;D01F9/10
• 代理公司: 北京酷愛(ài)智慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11514
• 代理人: 高江玲

本發(fā)明涉及一種耐高溫聚碳硅烷先驅(qū)體及其制備方法。以PDMS為原材料，向其中引入Al(OH)₃，高溫下Al(OH)₃煅燒得納米級(jí)γ?Al₂O₃，粒徑5～10nm，與PDMS分解產(chǎn)物發(fā)生加成取代反應(yīng)；之后繼續(xù)向體系中引入含鋯有機(jī)先驅(qū)體，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，Zr可以阻止Al₂O₃晶粒的長(zhǎng)大，由此制得高溫性能良好的碳化硅纖維。具體地，通過(guò)在先驅(qū)體中引入難熔金屬，使得制備得到的碳化硅纖維先驅(qū)體異質(zhì)元素含量高，分子量分布窄，可紡性好，陶瓷轉(zhuǎn)化率高；且由此制備得到的碳化硅纖維強(qiáng)度高，耐高溫性能好，綜合性能優(yōu)異。此外，本發(fā)明利用CO₂氣體高溫高壓下對(duì)混合聚合物的溶解促進(jìn)作用，使得反應(yīng)傳熱更為均勻，反應(yīng)更為徹底。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫聚碳硅烷先驅(qū)體及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著新型再入式飛行器的高速發(fā)展，飛行器推重比不斷增大，燃燒室溫度升高，一些關(guān)鍵部位的溫度可達(dá)2000℃以上；因而該領(lǐng)域?qū)τ诓牧系母邷亓W(xué)性能和耐熱性能提出了更高的要求。眾所周知，基于強(qiáng)度高、模量大、抗熱震性能好等優(yōu)點(diǎn)，碳化硅纖維成為一種公認(rèn)的可承受超高溫的新型熱防護(hù)材料；與此同時(shí)，其制備工藝也受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。其中，先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法是目前研究最多、應(yīng)用最廣的碳化硅纖維的制備方法之一，其將有機(jī)先驅(qū)體通過(guò)熔融紡絲、不熔化處理、高溫?zé)Y(jié)轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)陶瓷纖維，具有工藝簡(jiǎn)單、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、陶瓷產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。換句話說(shuō)，先驅(qū)體的性能對(duì)碳化硅陶瓷材料有著至關(guān)重要的影響。因此，為了進(jìn)一步提高碳化硅纖維的耐熱性能，提供一種新型的有機(jī)先驅(qū)體材料尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種耐高溫聚碳硅烷先驅(qū)體及其制備方法。本發(fā)明以聚二甲基硅烷(PDMS)為原材料，向其中引入Al(OH)₃，高溫下Al(OH)₃煅燒得納米級(jí)γ-Al₂O₃，粒徑5～10nm，與PDMS分解產(chǎn)物發(fā)生加成取代反應(yīng)；之后繼續(xù)向體系中引入含鋯有機(jī)先驅(qū)體，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，Zr可以阻止Al₂O₃晶粒的長(zhǎng)大，由此制得高溫性能良好的碳化硅纖維。此外，利用CO₂氣體高溫高壓下對(duì)混合聚合物的溶解促進(jìn)作用，使得反應(yīng)傳熱更為均勻，反應(yīng)更為徹底。

為此，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種耐高溫聚碳硅烷先驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：S1：將原料聚二甲基硅烷注入Al(OH)₃中，通CO₂置換反應(yīng)體系內(nèi)空氣，之后進(jìn)行升溫和保溫處理，冷卻至室溫；S2：將S1得到的產(chǎn)物溶于二甲苯中，調(diào)節(jié)pH值至3～4，之后加熱并攪拌，真空抽濾，取溶液相；S3：向溶液相中加入聚鋯氧烷，加熱至60～80℃并攪拌均勻，直至體系粘稠度增大時(shí)進(jìn)行真空干燥；S4：向真空干燥后的產(chǎn)物中通CO₂置換反應(yīng)體系內(nèi)空氣，并保持持續(xù)通入CO₂氣體，之后進(jìn)行升溫和保溫處理，冷卻至室溫；S5：將S4得到的產(chǎn)物溶于四氫呋喃，之后減壓蒸餾收集118～120℃餾分，得到最終產(chǎn)物。

優(yōu)選地，S1之前還包括步驟S0：將六水氯化鋁溶液加熱，于攪拌條件下緩慢滴加過(guò)量的碳酸鈉溶液以生成沉淀；將沉淀陳化后進(jìn)行清洗，然后真空干燥；之后研磨過(guò)篩，得到Al(OH)₃；其中，六水氯化鋁溶液的質(zhì)量濃度20～35g/L，碳酸鈉溶液的質(zhì)量濃度10～20g/L，碳酸鈉與六水氯化鋁的質(zhì)量比為(2.5～5)：1。

優(yōu)選地，S0中：將六水氯化鋁溶液加熱至80～90℃，采用去離子水或無(wú)水乙醇反復(fù)清洗5～8次；真空干燥的溫度為60～80℃，且將研磨后的沉淀過(guò)400目篩。