[发明专利]聚(硼)硅氮烷纤维的不熔化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚(硼)硅氮烷纤维的不熔化处理方法，特别是涉及一种化学气相反应和 微波反应相结合使聚(硼)硅氮烷纤维实现不熔化的方法。

背景技术

硅基氮化物陶瓷纤维是一种综合性能优异的陶瓷纤维，用其制备的陶瓷纤维增强的陶瓷 基复合材料在航空、航天等领域中具有重要的应用前景。

目前，硅基氮化物陶瓷纤维主要是指SiCN、SiBNC、SiBN陶瓷纤维。对于硅基氮化物陶 瓷纤维的制备，主要采用先驱体转化法制备，操作步骤主要包括先驱体的合成与纺丝、不熔 化处理和高温裂解与烧成等。其中不熔化处理是指将纺丝得到的热塑性聚合物纤维转化为热 固性聚合物纤维的过程，该过程对陶瓷纤维的制备及其最终性能有着重要的影响。

目前，使热塑性聚合物纤维实现不熔化的方法主要有：

(1)空气不熔化

空气不熔化是将先驱体纤维曝露在空气中，在一定的条件(温度、湿度)下使之与空气 中的氧或水分发生反应而支化交联，从而达到不熔化的目的。日本Shin-Etsu化学公司 Takamizawa和Bauer等采用了这种不熔化方法。空气中的水使聚硼硅氮烷在较低温度下发生 水解反应而达到不熔化，这种方法条件温和、操作方便，但是，该方法会在不熔化处理的过 程引入较多的氧从而对纤维的性能不利。

(2)辐射交联

高能辐射交联法是利用高能粒子的能量辐射引发先驱体丝交联，常用的方法有电子束辐 射、离子辐射、微波辐射等。其特征是用这种方法可以制备低含氧量的陶瓷纤维，但是这类 方法设备昂贵，成本很高，目前实际生产中很少采用。日本Shin-Etsu化学公司和法国 Domaine大学分别通过辐射交联的不熔化处理方法得到了含氧量较低的氮化物陶瓷纤维。

(3)化学气相交联

化学气相交联法通过引入特定的活性气氛与纤维反应而实现纤维表面不熔化的方法。显 然该方法有速度快、效率高等特点。如Dow Corning公司通过HPZ先驱体制备SiNC陶瓷纤维时 ，将原丝曝露在三氯硅烷气氛中几秒钟就能实现原丝表面的不熔化。但是该方法往往只能实 现纤维表面的交联，很难使整个纤维真正的不熔化。

(4)热交联

热交联是在一定温度下使纤维中的活性基团自身发生反应，实现不熔化。其优点是在不 熔化过程不会引入异质元素，特别是对于纤维性能不利的元素，如氧元素等。该方法明显的 缺点是不熔化的时间长，效率低，因此，其很难作为一种独立的不熔化处理方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种工艺简单、高效，成本低廉的聚( 硼)硅氮烷纤维的不熔化处理方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：将含Si-H或/和N-H或/和B-H的聚(硼)硅氮烷 原纤维与交联剂反应一段时间，然后将纤维在微波中曝露一定时间，即得到聚(硼)硅氮烷不 熔化纤维。

具体包括如下操作步骤：

(1)将带化学气相不熔化装置和微波发生器的不熔化反应器进行干燥，并且反复抽真 空，充惰性气氛至少三次，以排除其中的空气和水分；

(2)将欲进行不熔化处理的含Si-H或/和N-H或/和B-H的聚(硼)硅氮烷原纤维置于不 熔化反应器中，通入化学交联气氛(即交联剂)10秒-120分钟(优选30秒-35分钟)，然后 通入含N H的化学气氛30秒-60分钟(优选2-30分钟)；

所述化学交联气氛可为卤化物，所述卤化物通式可用下式表达：R¹_a-bMX_b

式中，M＝Si或/和B；X为卤素元素，X＝F、Cl、Br、I(优选X＝Cl)；R¹＝H、甲基、 乙基、丙基、丁基或苯基等有机基团(优选R¹＝H、甲基)；a为目标元素的最高化合价态， b＝1、2、3或4(优选b＝2、3、4)，且(a-b)＝0；

或为YZ

式中，Y＝F、Cl、Br、I(优选Y＝Cl、Br)或H；Z＝F、Cl、Br、I(优选Y＝Cl、Br)， 并且当Y不为H时，Y＝Z；

所述含N-H的化学气氛的化合物通式为：R²_cNH_3-c