[发明专利]一种有机硅树脂转化制备Si-C-O陶瓷纤维的方法

说明书

本发明提供一种有机硅树脂转化制备Si‑C‑O陶瓷纤维的方法，采用紫外辐射交联或活性气氛交联完成硅树脂原纤维的不熔化，再通过高温烧成制得Si‑C‑O陶瓷纤维。紫外辐射通过使有机硅树脂分子产生自由基实现原纤维的交联过程，活性气氛通过与Si‑OH反应实现交联，从而完成纤维的不熔化过程，形成不熔且不溶的三维网络结构，使原纤维在后续的高温裂解过程中不会出现熔融并丝。该方法能降低Si‑C‑O陶瓷纤维的生产成本，使得所得Si‑C‑O陶瓷纤维具有较好的力学性能。

技术领域

本发明属于先驱体转化陶瓷领域，具体的涉及一种由有机硅树脂转化制备Si-C-O陶瓷纤维的方法。

背景技术

SiC纤维具有优异的耐高温性能和力学性能，与金属、陶瓷、聚合物有良好的相容性，是非常理想的无机增强纤维，在航空航天、武器装备以及核工业等高技术领域具有广阔的应用前景，但目前SiC纤维昂贵的价格是限制其应用领域进一步拓展的最重要原因之一。含氧SiC纤维即Si-C-O纤维在1200℃下有良好的使用性能，与氧化物纤维相比有更好的耐温性能和耐酸碱腐蚀性，与SiC纤维相比具有制备成本低廉的优势，近年来越来越受到研究者的广泛关注。

制备Si-C-O纤维现有技术中常用方法包括：1)利用含苯基、丙基的硅树脂转化制备陶瓷纤维及复合材料，通过将分别含有苯基和丙基的两种硅树脂按一定比例混合，先驱体经熔融纺丝得到硅树脂原纤维，使用紫外辐照+热交联的不熔化工艺制备Si-C-O纤维，纤维内部结构中存在明显的两相分离，导致纤维结构疏松，基本无使用性能。2)使用日本迈图公司生产的YR3370硅树脂作为先驱体，通过熔融纺丝制备原纤维，通过气氛不熔化制备出低碳含量的Si-C-O纤维，并研究了不同气氛下不熔化以及纤维的抗氧化性能，由于所制备的纤维含有较多孔洞和缺陷，并且碳含量低，导致Si-C-O纤维主要由SiO₂和自由碳组成，力学性能较差。

现将有机硅树脂用于制备Si-C-O陶瓷纤维，所得纤维丝结构中孔洞量较大，或存在明显的两相分离，或碳含量低，导致纤维的力学性能较差，远远无法满足Si-C-O陶瓷纤维的使用要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了有机硅树脂转化制备Si-C-O陶瓷纤维的方法，该方法能降低Si-C-O陶瓷纤维的生产成本，并保证所得Si-C-O陶瓷纤维的各项性能的同时，使得所得Si-C-O陶瓷纤维在1200℃下仍然具有较好的力学性能。

包括以下步骤：在惰性气氛中加热有机硅树脂后进行熔融纺丝，得到硅树脂原纤维，硅树脂原纤维经过交联后得到不熔化纤维，对不熔化纤维进行裂解得到Si-C-O陶瓷纤维；交联为紫外辐射交联或活性气氛交联。有机硅树脂为以Si-O键构成主链的有机硅聚合物，其分子结构单元为：

其中，n>5烷基R₁、R₂、R₃独立的选自氢、C₁～C₆的烃基、-OCH₃。例如SR8803、YR3370、SR249或RSN6018。本发明提供方法未详述的各方法均按现有技术中的对应参数进行即可。

本发明中，C₁～C₆均指基团中所包含的碳原子数。

本发明中“烷基”是由烷烃化合物分子上失去任意一个氢原子所形成的基团。

本发明中“烃基”是由烃类化合物分子上失去任意一个氢原子所形成的基团；烃类化合物包括烷烃化合物(直链烷烃、支链烷烃和环烷烃)、烯烃化合物、炔烃化合物和芳烃化合物。如甲苯失去苯环上甲基对位的氢原子所形成的对甲苯基，或者甲苯失去甲基上任意一个氢原子形成的苄基等。

本发明提供方法通过对单一硅树脂所得硅树脂原纤维，进行紫外辐射交联或活性气氛交联，并结合后续的裂解，从而得到了具有较好力学性能的Si-C-O陶瓷纤维。