聚碳硅烷纖維低氧不熔化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高性能陶瓷纖維制備領(lǐng)域，具體涉及一種聚碳硅烷纖維的低氧不熔化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚碳硅烷纖維是聚碳硅烷通過熔融紡絲制備得到的有機(jī)聚合物纖維，也是制備碳化硅陶瓷纖維的原絲。為避免原絲在無機(jī)化過程中熔融，必須在原絲熔融之前使其交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這個(gè)過程即為不熔化。聚碳硅烷纖維經(jīng)不熔化后，可以在高溫?zé)o機(jī)化過程中保持纖維形狀。聚碳硅烷的不熔化方法對(duì)碳化硅纖維的組成、結(jié)構(gòu)和性能具有極其重要的作用。
[0003]目前，聚碳硅烷纖維的不熔化方法有空氣不熔化法、紫外光不熔化法、電子束輻照不熔化法、射線輻照不熔化法和化學(xué)氣相不熔化法等。其中，空氣不熔化方法最為簡單低廉，但同時(shí)引入大量的氧元素，嚴(yán)重影響碳化硅纖維的耐高溫和抗氧化性能；紫外光不熔化方法必須要求聚碳硅烷中具備紫外光活性的基團(tuán)，并不適用于常規(guī)的聚碳硅烷；電子束輻照不熔化法和射線不熔化方法則需要昂貴的電子束發(fā)生設(shè)備和射線發(fā)生設(shè)備，大大增加了纖維制造的成本?；瘜W(xué)氣相不熔化是經(jīng)過氣固反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，一方面對(duì)聚碳硅烷原料的軟化點(diǎn)要求較高，需要高于250°C，另一方面聚碳硅烷纖維的不熔化程度及其均勻性很大程度上取決于氣流場和溫度場的分布，在聚碳硅烷纖維的不同位置，其氣氛濃度和溫度都有很大差異，往往造成聚碳硅烷纖維的不熔化程度的均勻性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種聚碳硅烷纖維低氧不熔化方法。其主要特點(diǎn)是:可以采用較低軟化點(diǎn)的高線性聚碳硅烷，原絲質(zhì)量較好；工藝控制簡便，成本較低，能夠批量進(jìn)行聚碳硅烷纖維低氧不熔化。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種聚碳硅烷纖維低氧不熔化方法，包括以下步驟:
[0006](I)將聚碳硅烷纖維原絲卷繞到聚碳硅烷纖維原絲筒上。原絲筒采用不銹鋼網(wǎng)筒，直徑為200?450mm，長度為300?450mm，網(wǎng)眼尺寸為I?3cm ;每筒原絲質(zhì)量不超過200g ；
[0007](2)將聚碳硅烷纖維原絲置于帶出入氣系統(tǒng)和鼓風(fēng)系統(tǒng)的烘箱中；每次處理量不超過8筒；
[0008](3)開啟鼓風(fēng)鼓風(fēng)系統(tǒng)，以120?180°C /h的速度升溫至100?140°C，恒溫I?3h，以去除纖維中吸附的水；
[0009](4)以10?30 °C /h的速度升溫至160?180 °C，恒溫2?4h ;
[0010](5)往鼓風(fēng)烘箱中通入氮?dú)?，氮?dú)饪蛇x用純度99.9%的普氮、99.99%的純氮或純度99.999%的高純氮；流量控制為I?20L/min ;邊通入氮?dú)膺吚^續(xù)升溫，以5?15°C /h的速度升溫至190?210°C，恒溫I?4h ;
[0011](6)停止加熱，自然冷卻，冷卻至180°C停止通入氮?dú)?；冷卻至80°C關(guān)閉鼓風(fēng)裝置；冷卻至室溫，可得到低氧聚碳硅烷不熔化纖維。
[0012]優(yōu)選的，步驟(I)中，原絲筒采用不銹鋼網(wǎng)筒，直徑為250?350mm，長度為350?400mm,網(wǎng)眼尺寸為I?2cm ；
[0013]進(jìn)一步，步驟(2)中，所述聚碳硅烷纖維原絲的放置方式是將原絲筒套在不銹鋼桿上，然后將不銹鋼桿兩端放置于放絲架上；
[0014]優(yōu)選的，步驟(3)中，以150?180°C /h的速度升溫至130?140°C，恒溫I?2h，以去除纖維中吸附的水；
[0015]優(yōu)選的，步驟⑷中，以20?30°C /h的速度升溫至175?180°C，恒溫2?3h ;
[0016]優(yōu)選的，步驟(5)中，氮?dú)膺x用純度99.9%的普氮；
[0017]優(yōu)選的，步驟(5)中，氮?dú)饬髁靠刂茷??10L/min ；
[0018]優(yōu)選的，步驟(5)中，以5?10°C /h的速度升溫至195?200°C，恒溫I?2h。
[0019]基于加熱情況下聚碳硅烷中S1-H鍵與氧反應(yīng)化學(xué)方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)了聚碳硅烷纖維低氧不熔化方法，通過減少反應(yīng)環(huán)境中氧的分壓，實(shí)現(xiàn)聚碳硅烷纖維的低氧不熔化。
[0020]本發(fā)明聚碳硅烷纖維低氧不熔化方法有如下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)本發(fā)明低氧不熔化方法，減少氧的引入，從實(shí)施例可以看出，經(jīng)過本發(fā)明方法所制備的聚碳硅烷不熔化纖維，其S1-H鍵反應(yīng)程度60?70%，凝膠含量多95wt%,氧含量低于7wt%，與空氣不熔化方法制備得到的聚碳硅烷不熔化纖維(氧含量約為12?15% )相比，氧含量有明顯下降；
[0022](2)可以使用線性度較高、紡絲性好的低軟化點(diǎn)聚碳硅烷作為原料，紡絲工藝性好，可以保證原絲的質(zhì)量；
[0023](3)與成熟的空氣不熔化方法制備碳化硅纖維相比，各工序設(shè)備無需改變，不會(huì)增加設(shè)備成本，也便于實(shí)現(xiàn)批量化制備；可以使用成本低廉的普氮，纖維成本無明顯增加；
[0024](4)本發(fā)明制備的聚碳硅烷不熔化纖維均勻性好。在連續(xù)長度上每隔25mm取樣表征其不熔化均勻性，凝膠含量在90?95wt %之間，氧含量在5?7wt %之間，表現(xiàn)出很好的均勻性。
【附圖說明】
[0025]圖1是實(shí)施例1所用聚碳硅烷原絲的紅外光譜(IR)圖；
[0026]圖2是實(shí)施例1所得低氧不熔化聚碳硅烷原絲的紅外光譜(IR)圖；
[0027]圖3是實(shí)施例1所得低氧不熔化聚碳硅烷原絲的在連續(xù)長度上的凝膠含量和氧含量分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]實(shí)施例1
[0030](I)將聚碳硅烷纖維原絲卷繞到聚碳硅烷纖維原絲筒上，共卷繞4筒，每筒原絲重量為100g。原絲筒采用不銹鋼網(wǎng)筒，直徑為250mm，長度為400mm，網(wǎng)眼尺寸為lcm; (2)將聚碳硅烷纖維原絲置于帶出入氣系統(tǒng)和鼓風(fēng)系統(tǒng)的烘箱中。聚碳硅烷纖維原絲的放置方式是將4個(gè)原絲筒分別套在4根100mm長、端口為20 X 20mm的不銹鋼桿上，每根桿上放置兩筒，然后將不銹鋼桿兩端放置于放絲架上；(3)開啟鼓風(fēng)系統(tǒng)，以180°C /h的速度升溫至130°C，恒溫lh，以去除纖維中吸附的水；⑷以30°C /h的速度升溫至175°C，恒溫2h ; (5)往鼓風(fēng)烘箱中通入氮?dú)?，氮?dú)饪蛇x用純度99.9%的普氮、流量控制為10L/min ;邊通入氮?dú)膺吚^續(xù)升溫，以5°C /h的速度升溫至195°C，恒溫Ih ; (6)停止加熱，自然冷卻，冷卻至180°C停止通入氮?dú)?，冷卻至80°C關(guān)閉鼓風(fēng)裝置，冷卻至室溫，取出纖維，可得到低氧聚碳硅烷不熔化纖維。
[0031]圖1和圖2分別是聚碳硅烷原絲和低氧不熔化纖維的紅外光譜(IR)圖。得到的低氧不熔化聚碳硅烷纖維S1-H鍵反應(yīng)程度為72% ;圖3是實(shí)施例1所得低氧不熔化聚碳硅烷纖維在連續(xù)長度上的凝膠含量和氧含量分布圖，纖維凝膠含量超過94wt%，不熔化纖維的氧含量不超過6.0wt %。從凝膠含量和氧含量分布可以看出，各位置纖維不熔化程度較為均勻。
[0032]實(shí)施例2
[0033](I)將聚碳硅烷纖維原絲卷繞到聚碳硅烷纖維原絲筒上，共卷繞4筒，每筒原絲重量為200g。原絲筒采用不銹鋼網(wǎng)筒，直徑為300mm，長度為350mm，網(wǎng)眼尺寸為lcm; (2)將聚碳硅烷纖維原絲置于帶出入氣系統(tǒng)和鼓風(fēng)系統(tǒng)的烘箱中。聚碳硅烷纖維原絲的放置方式是將4個(gè)原絲筒分別套在4根100mm長、端口為20 X 20mm的不銹鋼桿上，每根桿上放置兩筒，然后將不銹鋼桿兩端放置于放絲架上；(3)開啟鼓風(fēng)系統(tǒng)，以150°C /h的速度升溫至130°C，恒溫lh，以去除纖維中吸附的水；⑷以30°C /h的速度升溫至175°C，恒溫2h ;(5)往鼓風(fēng)烘箱中通入氮?dú)?，氮?dú)饪蛇x用純度99.9%的普氮、流量控制為7L/min ;邊通入氮?dú)膺吚^續(xù)升溫，以10°C /h的速度升溫至200°C，恒溫Ih ; (6)停止加熱，自然冷卻，冷卻至180°C停止通入氮?dú)猓鋮s至80°C關(guān)閉鼓風(fēng)裝置，冷卻至室溫，取出纖維