一种碳化硅纤维及其制备方法技术

本发明专利技术属于高性能纤维制备技术领域，具体涉及一种碳化硅纤维及其制备方法。所述碳化硅纤维以含氰基聚碳硅烷或含羧基聚碳硅烷为原料，经过纺丝、紫外光辐射、微波辐射以及高温烧成制备而成。本发明专利技术以含氰基或含羧基聚碳硅烷为原料，制备的先驱体纤维可以在紫外光辐射和微波辐照下进行不熔化处理，无需经过空气不熔化处理工序，制备得到的碳化硅纤维氧含量低。制备得到的碳化硅纤维氧含量低。制备得到的碳化硅纤维氧含量低。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于高性能纤维制备
，具体涉及一种碳化硅纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅纤维具有耐高温性、耐酸碱性、抗氧化、密度低等优点，在航空航天、核能、武器等尖端领域都有广阔的应用前景。其中先驱体转化法具有可以制备连续的细直径(30μm以下)碳化硅纤维、先驱体高分子聚合物易于加工可设计、适合批量制备、易于工业化生产、生产效率高等优点，是目前占据主要地位的工业化制备碳化硅纤维的方法。先驱体转化法主要由日本东北大学的Yajima教授研究小组于20世纪70年代首先专利技术的，其制备过程主要分为以下四步：先驱体的制备、纺丝、不熔化处理、高温烧成。
[0003]目前碳化硅纤维的不熔化方式主要有：(1)空气不熔化(Nature,1976,264(5583):238
‑
239)，该方法是在空气中加热至一定温度并保温一段时间，使其纤维内部的Si
‑
H等基团氧化成Si
‑
O
‑
Si交联结构来达到不熔化的目的；空气不熔化所需时间较长，而且空气不熔化会导致纤维的氧含量达到10％以上，在后续高温烧成形成碳化硅SO
x
C
y
杂相，在1200℃时，该相会分解成SiO和CO气体，使纤维的连续相遭到破坏，纤维性能的大大降低；(2)电子辐射交联，日本Okamura等人(J.Am.Ceram.Soc.,1995,78:1013
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1017)首次在惰性气体中使用电子束进行固化交联，制备出氧含量少于0.5％的碳化硅纤维，该方法已经被日本的碳公司使用，并开发出性能优异Hi
‑
Nicalon纤维，该纤维在1550℃下保温1h，纤维强度仍然可以达到1.8GPa，但是这种方法对设备要求苛刻、制备成本高昂；(3)化学气相交联，这种方法需要在不饱和烃类或者含氯化合物的气氛中加热，使气相化合物与碳化硅纤维中的Si
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H等活性基团反应，形成交联结构；毛仙鹤等人(材料研究学报,2007(02):177
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182)采用环己烯作为不熔化气氛，制备氧含量在5％左右的碳化硅纤维；但是化学气相固化容易造成环境污染，实验重复性差，不适于批量制备，工业化生产；(4)热固化，这是利用碳化硅纤维本身的Si
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H、Si
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CH3等活性基团进行交联固化，中国专利(CN108277555B)制备出含乙烯基的聚碳硅烷，采用干法纺丝制备出纤维，最后直接热固化得到氧含量不足1％的碳化硅纤维，但是该方法需要对聚碳硅烷进行分级处理，程序复杂，难以满足规模化生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种碳化硅纤维及其制备方法。
[0005]本专利技术的一个目的通过以下技术方案来实现：
[0006]一种碳化硅纤维，其以含氰基聚碳硅烷或含羧基聚碳硅烷为原料，经过纺丝、紫外光辐射、微波辐射以及高温烧成制备而成。
[0007]上述碳化硅纤维中，优选地，含氰基聚碳硅烷为分子主链含有CH3SiHCH2结构单元、分子支链含有
‑
C≡N的化合物。含氰基聚碳硅烷的软化点和分子量不做特别限制，作为列举，含氰基聚碳硅烷的软化点≥140℃，重均分子量大于＞1500g/mol。
[0008]上述碳化硅纤维中，优选地，含羧基聚碳硅烷为分子主链含有CH3SiHCH2结构单元、
分子支链含有
‑
COOH的化合物。含羧基聚碳硅烷的软化点和分子量不做特别限制，作为列举，含羧基聚碳硅烷的软化点≥140℃，重均分子量大于＞1500g/mol。
[0009]上述碳化硅纤维中，优选地，含氰基聚碳硅烷或含羧基聚碳硅烷中包含异质元素，所述异质元素不限。进一步地，所述异质元素为金属元素，再进一步地，所述异质元素包括铝、铁、钛、锆、钴、镍、硼、镧、钇、铌等中的一种或几种。当含氰基聚碳硅烷或含羧基聚碳硅烷包含异质元素时，以其为原料制备碳化硅纤维，可以更有效地降低碳化硅纤维中的氧含量，且赋予碳化硅纤维某些功能属性，如吸波、电磁屏蔽等。异质元素在含氰基或含羧基聚碳硅烷中的含量不作限制，任何含量的异质元素均在本专利技术的保护范围内。
[0010]含氰基聚碳硅烷以及包含异质元素的含氰基聚碳硅烷的制备方法不做限制，任何制备方法获得的含氰基聚碳硅烷以及包含异质元素的含氰基聚碳硅烷均在本专利技术的保护范围内，作为列举，可以参考中国专利CN109354691B的方法制备。
[0011]含羧基聚碳硅烷以及包含异质元素的含羧基聚碳硅烷的制备方法不做限制，任何制备方法获得的含羧基聚碳硅烷以及包含异质元素的含羧基聚碳硅烷均在本专利技术的保护范围内，作为列举，可以参考中国专利CN109354692B的方法制备。
[0012]上述碳化硅纤维中，优选地，所述纺丝为熔融纺丝、干法纺丝或静电纺丝。
[0013]当纺丝为熔融纺丝时，优选地，所述熔融纺丝的工艺条件包括：将含氰基或含羧基聚碳硅烷置于纺丝料筒中，在惰性气氛下加热至250～300℃，在压力作用下(列举为0.01～1Mpa)，通过喷丝孔喷丝，经纺丝滚筒收集，得到直径在5～20μm的先驱体纤维。
[0014]当纺丝为静电纺丝时，优选地，所述静电纺丝的工艺条件包括：喷丝孔内径为0.5～2mm，纺丝电压为10～20kV，喷丝头与收丝器的距离为5～40cm，供料速率为10～50μL/min。
[0015]当纺丝为干法纺丝时，优选地，所述干法纺丝的工艺条件包括：在惰性气氛保护下，将纺丝溶液于纺丝装置内升至50～150℃，保温0.5～5h，在压力作用下，通过喷丝孔将其喷出，形成先驱体纤维。
[0016]上述碳化硅纤维中，优选地，所述紫外光辐射的条件包括：紫外光的波长为185～400nm，辐射时间为1～180min。辐射时间可以列举为1、2、5、10、30、50、80、100、150、180min中的任意一个值，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。优选地，所述紫外光辐射在能发射紫外光的容器内进行，发射紫外光的容器可以列举为紫外灯箱。
[0017]上述碳化硅纤维中，优选地，所述微波辐射的条件包括：微波的频率为800～3000MHz，辐射时间为1～180min。辐射时间可以列举为1、2、5、10、30、50、80、100、150、180min中的任意一个值，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。优选地，所述微波辐射在微波炉中进行。
[0018]本专利技术采用紫外光辐射结合微波辐射进行不熔化处理，由此获得的碳化硅纤维不粘结，且氧含量低。
[0019]上述碳化硅纤维中，优选地，所述高温烧成的条件包括：在惰性气氛下以1～20℃/min升温速率升温至1000～1800℃，并于此温度下保温0.5～5h。升温速率可以列举为1、2、5、8、10、12、15、20℃/min中的任意一个值，但不限于所列举的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅纤维，其特征在于，所述碳化硅纤维以含氰基聚碳硅烷或含羧基聚碳硅烷为原料，经过纺丝、紫外光辐射、微波辐射以及高温烧成制备而成。2.根据权利要求1所述的碳化硅纤维，其特征在于，含氰基聚碳硅烷为分子主链含有CH3SiHCH2结构单元、分子支链含有
‑
C≡N的化合物；和或，含羧基聚碳硅烷为分子主链含有CH3SiHCH2结构单元、分子支链含有
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COOH的化合物。3.根据权利要求1所述的碳化硅纤维，其特征在于，含氰基聚碳硅烷或含羧基聚碳硅烷中包含异质元素。4.根据权利要求3所述的碳化硅纤维，其特征在于，所述异质元素包括铝、铁、钛、锆、钴、镍、硼、镧、钇、铌中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的碳化硅纤维，其特征在于，所述纺丝为熔融纺丝、干法纺丝或静电纺丝。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫高明，谢富成，何流，黄庆，
申请(专利权)人：宁波杭州湾新材料研究院，
类型：发明
国别省市：