[发明专利]一种低粘度、高产率的液态聚碳硅烷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低粘度、高产率的液态聚碳硅烷及其制备方法，具体步骤为依次制备混合物质1、制备混合物质2，发生反应，获得粗产物，进行提纯过滤获得最终产物。该制备方法是首先在纳米SiO₂表面溶液法接枝马来酸酐，马来酸酐表面含有羟基和酐基，能与纳米SiO₂表面形成氢键，具有良好的结合性能；同时，马来酸酐反应活性高且稳定。在过氧化物自由基的作用下，马来酸酐以化学结合的方式接枝到二乙烯基苯，实现了在液体物质中的均匀分布；最终获得的聚碳硅烷PCS，合成产率达90％以上；陶瓷产率达85％以上；由此制备的碳化硅纤维强度高，高温氧化环境下强度保留率高。

技术领域

本发明属于聚碳硅烷的新材料制备领域，特别涉及一种低粘度、高产率的液态聚碳硅烷及其制备方法。

背景技术

碳化硅纤维由于其超高的强度、模量，以及良好的耐高温、抗热震性能，在航空航天、火箭导弹等高科技领域热结构件展现了巨大的应用前景。先驱体转化法是制备碳化硅纤维研究最多、应用最广泛的方法之一。有机先驱体通过高温下熔融纺丝、不熔化处理、高温烧结等过程转化为无机碳化硅纤维，具有工艺简单、可设计性强等优点。其中，聚碳硅烷(PCS)是最为常用的先驱体材料之一。聚碳硅烷具有元素组成简单、非目标组成元素少、分子可设计性强等优点，是制备聚碳硅烷的理想先驱体。但聚碳硅烷目前仍然存在粘度大、可纺性不足，产率较低等问题，由此制备的碳化硅纤维强度和耐热性能仍然难以满足使用要求。在聚碳硅烷中均匀引入强度、模量更高的无机填料，有望提高陶瓷产物的力学性能及热学性能。

发明内容

为了解决上述技术难题，本发明提供了一种低粘度、高产率的液态聚碳硅烷的制备方法，具体步骤为

(1)制备混合物质1

将纳米SiO₂放入烧杯中，倒入去离子水，水浴加热至60-80℃并保持温度不变；向其中加入马来酸酐并机械搅拌5-10min，使马来酸酐溶解；随后加入过氧化苯甲酰BPO为引发剂，超声震荡至去离子水挥发；随后将烧杯放入干燥箱中，于60-80℃干燥12-24小时，得到混合物质1；

(2)制备混合物质2

二乙烯基苯DVB置于三口烧瓶中，向其中加入混合物质1；向其中加入纳米氧化铝粉末，搅拌8-12小时，使混合物质1和纳米氧化铝在其中分布均匀，得到混合物质2；

(3)发生反应，获得粗产物

聚二甲基硅烷PDMS蒸馏，取103-105℃馏分，与混合物质2一起置于高压釜中，通入氮气置换釜内气体3-5次，加压至5-10Mpa，设置合适的升温过程和降温过程处理，获得粗产物；

(4)提纯过滤获得产物

将粗产物取出，溶于有机溶剂中，过滤；对液态产物抽真空减压蒸馏，得最终产物聚碳硅烷PCS。

作为改进，步骤(1)中SiO₂、马来酸酐、过氧化苯甲酰质量比为100：(2-10)：(2-10)。

作为改进，步骤(2)中，二乙烯基苯DVB与混合物质1、纳米氧化铝的质量之比为：100：(5-10)：(5-10)。

作为改进，步骤(3)中，升温和降温处理的具体步骤为：以5-10℃/min的速度升温至180-200℃，以2-4℃/min的速度升温至420-460℃，保温1-2小时，随炉冷却至室温，获得粗产物；其中升温过程及降温过程中保持通入惰性气体，流量10-20ml/min。

作为改进，步骤(4)中，有机溶剂为二甲苯或苯乙烯。

有益效果：本发明制备的聚碳硅烷PCS，合成产率达90％以上；陶瓷产率达85％以上；由此制备的碳化硅纤维强度高，高温氧化环境下强度保留率高。

具体实施方式