[发明专利]一种聚铝硅氮烷陶瓷先驱体的制备及熔融纺丝方法

说明书

本发明公开了一种聚铝硅氮烷陶瓷先驱体的制备及熔融纺丝方法。本发明采用聚硅氮烷液态低聚物与乙酰丙酮铝为原料，在350～380℃下热聚合5h～8h得到纺丝性能优异的聚铝硅氮烷先驱体；PASZ经熔融纺丝、空气预氧化处理后，在氮气保护管式炉中，经不同温度600～1400℃下烧制，得到连续的SiAlCN(O)纤维。本发明采用热聚合方法，通过控制聚硅氮烷低聚物与乙酰丙酮铝的比列及聚合工艺调控聚铝硅氮烷分子结构，获得聚铝硅氮烷具有高分子量，Mw最高为11275g/mol，且熔融状态下表现为剪切变稀，具有良好的纺丝性能；聚合工艺简单可控，易实现工程产业化。

技术领域

本发明属于陶瓷纤维领域，具体涉及一种聚铝硅氮烷陶瓷先驱体的制备及熔融纺丝方法。

背景技术

随着氮化硅等陶瓷纤维应用领域的不断扩大，为了满足Si₃N₄陶瓷纤维在更耐高温、以及应用于一些特殊环境的更高要求，研究者们逐渐开始对聚硅氮烷(PSZ)陶瓷先驱体进行物理和化学改性，通过引入B、Al、Fe、Zr、Ti、Co等异质元素制备具有不同特殊性能的Si₃N₄纤维。例如Fe、Co的引入可以提高Si₃N₄纤维的电导率，并具有磁性；B的引入可以制备具有吸波性能的Si₃N₄纤维；Al的引入也受到研究者的关注，研究表明纤维中含有微量的铝元素具有极好的高温稳定性。Salameh等通过二甲基乙胺铝烷络合物与聚硅氮烷反应合成一系列聚铝硅氮烷，并研究了其高温热解行为和微观结构的演变(SALAMEH C,BERNARD S,GERVAIS C,et al.Chemistry of a series of aluminum-modified polysilazanes:Synthesis,pyrolysis behaviour and microstructural evolution[J].Journal of theEuropean Ceramic Society,2018.)。Funayama等使用全氢聚硅氮烷与二异丙醇铝合成聚铝硅氮烷，但却未展开对其纺丝性能的研究(FUNAYAMA O,TASHIRO Y,AOKI T,etal.Synthesis and Pyrolysis of Polyaluminosilazane[J].Journal of the CeramicSociety of Japan,2010,102(1190):908-912.)。李松等使用聚甲基乙烯基硅氮烷与异丙醇铝在不同温度下合成了聚铝硅氮烷，研究了合成温度对聚铝硅氮烷陶瓷化过程和陶瓷产率的影响(李松,张跃.合成温度对聚铝硅氮烷的结构和陶瓷化过程的影响[J].无机化学学报,2011,27(5):943-950.)。李耀等通过先驱体转化法制备聚铝硅氮烷前驱体，并裂解陶瓷化得到SiAlCN纳米多孔陶瓷(李耀,郭康康,朱亚平等.前驱体转化法制备SiAlCN纳米多孔陶瓷[J].材料科学与工程学报,2018,036(005):834-840.)。

目前，国内外关于Si₃N₄陶瓷纤维的制备工艺已有很多报道。然而关于聚铝硅氮烷纺丝性能及含铝Si₃N₄陶瓷纤维研究的报道较少。区别于上述文献报道的含铝化合物直接改性聚硅氮烷高聚物，本发明通过聚硅氮烷低聚物与乙酰丙酮铝反应生成纺丝性能优异的聚铝氮硅烷(PASZ)，经熔融纺丝、空气预氧化不熔化处理、高温裂解制备得到SiAlCN(O)纤维。

发明内容

为了解决目前聚铝硅氮烷聚合与纺丝所存在的问题，本发明提供了一种聚合装置简单，聚合工艺可控，聚合效率高的聚铝硅氮烷制备方法。所制备聚铝硅氮烷先驱体分子结构可控，主链为含铝的线性结构。经熔融纺丝测试证明其纺丝性能优异，可进行连续的纺制与卷绕，且通过空气预氧化不熔化处理、高温裂解烧结制备陶瓷纤维。

本发明采用的技术方案如下：

一种聚铝硅氮烷陶瓷先驱体的制备及熔融纺丝方法，包括以下步骤：