[发明专利]一种由高软化点聚碳硅烷制备碳化硅纤维的方法

权利要求书

1.一种由高软化点聚碳硅烷制备碳化硅纤维的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将低分子量聚碳硅烷与含有双键-C=C-基团的有机硅烷化合物以质量比1:0.12～0.16混合后，置于反应容器中，加入Si-H加成反应催化剂，用氮气置换空气后，预充压力8～12MPa，先加热到75～85℃反应0.8～1.2h，再按45～55℃/h的速度加热至340～360℃，保温1～3h，反应结束后冷却至室温，得粗产物，在氮气保护下减压蒸馏至170～190℃，冷却至室温后得高软化点聚碳硅烷；或将低分子量聚碳硅烷与含有双键-C=C-基团的有机硅氮烷化合物以质量比1:0.16～0.20混合后，置于反应容器中，加入Si-H加成反应催化剂，用氮气置换空气后，在常压下边搅拌边加热至150～180℃反应3.5～4.5h，同时蒸馏出二甲苯，再按45～55℃/h的速度加热至340～360℃，保温1～3h，反应结束后冷却至室温得高软化点聚碳硅烷；其中，所述低分子量聚碳硅烷的软化点为180～220℃，数均分子量为1400～1600；

（2）将步骤（1）所得高软化点聚碳硅烷置于熔融纺丝装置的纺丝筒中，在氮气保护下升温加热至440～470℃，待其熔融为均匀熔体并脱除残余气泡后，在380～400℃，0.1～0.6MPa压力下，以350～500m/min的速度进行熔融纺丝，经过集束、收丝，得直径为10～14μm的连续聚碳硅烷纤维；

（3）将步骤（2）所得连续聚碳硅烷纤维置于不熔化处理装置中用氮气置换空气后，通入非氧烯烃或炔烃类有机化合物作为活性气氛，先升温至90～110℃，再以10～30℃/min的速度加热至300～350℃，保温1.5～4h后，冷却至室温，得聚碳硅烷不熔化纤维；

（4）将步骤（3）所得聚碳硅烷不熔化纤维置于高温炉中，在氮气保护下，以100～200℃/h的速度升温至1400～1600℃，保温处理0.8～2h，得低氧含量碳化硅纤维。

2.根据权利要求1所述由高软化点聚碳硅烷制备碳化硅纤维的方法，其特征在于：将步骤（1）替换为：以1.1～1.3mL二甲苯/g纺丝级聚碳硅烷的比例，将纺丝级聚碳硅烷溶于二甲苯中，以二甲苯与丙酮质量比1:3.5～4.5边搅拌边加入丙酮，静置4～8h后，将上层清液倒出，将底层沉淀倒入三口烧瓶中减压蒸馏至150～200℃除去残留二甲苯与丙酮，得高软化点聚碳硅烷；其中，所述纺丝级聚碳硅烷的软化点为205～220℃，数均分子量为1620。

3.根据权利要求1或2所述由高软化点聚碳硅烷制备碳化硅纤维的方法，其特征在于：将步骤（4）替换为：将步骤（3）所得聚碳硅烷不熔化纤维置于高温炉中，在氮气保护下以100～150℃/h加热升温至1000℃，同时在400～1000℃温度区间以流速800～1000mL/min通入氢气浓度为50～70vol%的H₂/N₂混合气，进行热解与脱碳处理，当温度达到1000℃时将H₂/N₂混合气替换为氮气，在氮气保护下以100～200℃/h的速度升温至1300～1600℃，保温1～2h，得近化学计量比碳化硅纤维。

4.根据权利要求1所述由高软化点聚碳硅烷制备碳化硅纤维的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述低分子量聚碳硅烷的合成方法为：将聚二甲基硅烷置于常压高温合成装置中，抽真空置换氮气后，在氮气保护下加热至415～425℃，保温1.5～2.5h，热解后以8～12℃/h的速度加热至440～450℃，保温4～8h，反应结束后冷却至室温，得粗产物，将其溶解于二甲苯后过滤除去不溶物，将滤液置于蒸馏装置中蒸馏除去二甲苯后，再加热到345～355℃进行减压蒸馏1～2h，冷却至室温，得棕黄色树脂状低分子量聚碳硅烷。

5.根据权利要求1或4所述由高软化点聚碳硅烷制备碳化硅纤维的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述含有双键-C=C-基团的有机硅烷或硅氮烷化合物为含有2个乙烯基的有机硅烷或硅氮烷化合物，且组分中不含O、Cl元素，其中，含有2个乙烯基的有机硅烷化合物为二甲基二乙烯基硅烷，含有2个乙烯基的有机硅氮烷化合物为四甲基二乙烯基二硅氮烷。