[发明专利]高分子量高线性的聚碳硅烷及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种高分子量高线性的聚碳硅烷及其制备方法与应用。制备方法包括：S1：将聚二甲基硅烷蒸馏，收集102～105℃馏分；S2：将馏分裂解，得硅烷低聚物；S3：将硅烷低聚物溶于二甲苯中，均匀搅拌，之后加入炔丙基酚醛和二乙烯基苯，加热并搅拌，得混合溶液；S4：将混合溶液裂解，之后纯化，得到最终产物。采用本发明提供的技术方案，以聚二甲基硅烷(PDMS)为主要原料，将PDMS低温分解产物硅烷低聚物与DVB和PN混合，加热碳碳双键与硅氢键发生硅氢化反应，形成线性含苯环低聚物；再加热缩聚，形成高分子量、高线性的聚碳硅烷；该产物分子量大，软化点高；支化度小，可纺织性能好，是制备SiC纤维的理想前驱体。

技术领域

本发明涉及碳化硅陶瓷制备技术领域，具体涉及一种高分子量高线性的聚碳硅烷及其制备方法与应用。

背景技术

碳化硅(SiC)纤维基于其超高的强度和模量以及良好的耐高温、耐烧蚀性能，在航空航天、火箭导弹和武器装备等高科技领域展现了极大的应用前景。与此同时，碳化硅纤维的制备一直是国内外学者关心的重点课题，其中，先驱体制备法是目前应用最多、技术最成熟的方法之一。先驱体转化法作为制备碳化硅纤维的重要方法，先驱体的性能对碳化硅纤维的性能有着至关重要的影响。

近年来，聚碳硅烷(PCS)是制备碳化硅纤维的良好先驱体之一，也是应用最广泛的先驱体。然而，目前合成PCS先驱体的产率较低，且聚碳硅烷合成成本较高；此外，PCS的分子量难以提升，软化点低，进而导致由此制备的碳化硅纤维强度低，分子支化程度严重，碳化硅纤维的可纺性能差。

基于此，提供一种新型的能够有效制备高分子量、高线性的聚碳硅烷先驱体的方法显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种高分子量高线性的聚碳硅烷及其制备方法与应用。采用本发明提供的技术方案，以聚二甲基硅烷(PDMS)为主要原料，将PDMS低温分解产物硅烷低聚物与DVB和PN混合，加热碳碳双键与硅氢键发生硅氢化反应，形成线性含苯环低聚物；再加热缩聚，形成高分子量、高线性的聚碳硅烷；该产物分子量大，软化点高；支化度小，可纺织性能好，是制备SiC纤维的理想前驱体。

为此，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高分子量高线性的聚碳硅烷的制备方法，包括以下步骤：S1：将聚二甲基硅烷进行蒸馏，收集102～105℃馏分；S2：将馏分裂解，于馏分中通入惰性气体，进行升温和保温处理，自然冷却至室温，得到硅烷低聚物；S3：将硅烷低聚物溶于二甲苯中，均匀搅拌，得到第一混合溶液；之后向第一混合溶液中加入炔丙基酚醛和二乙烯基苯，加热并搅拌，得第二混合溶液；S4：将第二混合溶液裂解，于第二混合溶液中通入惰性气体，进行升温和保温处理，自然冷却至室温，得到最终产物。

优选地，S4中还包括纯化处理：将自然冷却至室温后的产物溶于二甲苯，过滤，抽真空减压蒸馏，最终得到淡黄色聚碳硅烷。

优选地，S1：蒸馏操作于惰性气体氛围下进行，且惰性气体流量为60～100mL/min。

优选地，S2中：升温和保温处理具体包括：以1～2℃/min的速率升温至400～420℃并保温24～30h；惰性气体流量为150～200mL/min。

优选地，S3中：硅烷低聚物与二甲苯的质量之比为(20～30)：100；炔丙基酚醛、二乙烯基苯和硅烷低聚物的质量之比依次为(5～20)：(5～10)：100；加热并搅拌具体为：加热至80～90℃保温并搅拌至大部分溶剂挥发。实验过程中，本领域技术人员可以根据实际情况调节搅拌时间，使得溶剂挥发量大于50％即可。

优选地，S4中：升温和保温处理具体包括：以1～2℃升温至160～180℃并保温4～6h，之后以5～6℃升温至440～460℃并保温8～12h。

优选地，制备方法中，惰性气体选用氮气或氩气。