[发明专利]柔性碳化硅纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性碳化硅纤维及其制备方法，其中，该方法包括：将高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷按照质量比为(0.5～30)：100：(0.5～40)进行混合，并将得到的纺丝前驱体混合溶液进行纺丝，然后将纺丝得到的含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理，最后将经过不熔化处理的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解，以便得到柔性碳化硅纤维。采用该方法来制备柔性碳化硅纤维，不仅制备方法简单，效率高，成本低，而且制备得到的碳化硅纤维具有较小的直径和良好的柔性，以及优异的耐火性能和良好的耐高温性能，在高温隔热、高温空气过滤、电磁波吸收、复合材料增强等领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种柔性碳化硅纤维及其制备方法。

背景技术

由于碳化硅具有优异的化学惰性、高温稳定性、低热膨胀系数等特性，碳化硅材料在高温隔热、电磁波吸收、复合材料增强等领域表现出巨大的应用前景。然而，碳化硅材料的脆性极大限制了它的应用。开发一维的碳化硅纤维是解决碳化硅材料脆性的有效方法。当前制备碳化硅纤维的方法包括化学气相沉积、碳热还原法、粉末烧结法、静电纺丝法等。这些方法制备碳化硅纤维还存在工艺复杂、制备效率低、纤维直径大、柔性差等问题。

因而，现有的碳化硅纤维制备技术有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种柔性碳化硅纤维及其制备方法，采用该方法来制备柔性碳化硅纤维，不仅制备方法简单，效率高，成本低，而且制备得到的碳化硅纤维具有较小的直径和良好的柔性，以及优异的耐火性能和良好的耐高温性能，在高温隔热、高温空气过滤、电磁波吸收、复合材料增强等领域有着广阔的应用前景。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备柔性碳化硅纤维的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷按照质量比为(0.5～30)：100：(0.5～40)进行混合，以便得到纺丝前驱体混合溶液；

(2)将所述纺丝前驱体混合溶液进行纺丝，以便得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；

(3)将所述含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理，使得所述复合纤维材料中聚碳硅烷发生交联；

(4)将步骤(3)得到的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解，以便得到柔性碳化硅纤维。

根据本发明实施例的制备柔性碳化硅纤维的方法，通过将高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷按照上述比例进行混合，由于聚碳硅烷分子量小，粘度低，不利于后续进行纺丝，而添加高分子材料可以提高其粘度，从而可以起到辅助纺丝的作用，且可以通过改变纺丝前驱体混合溶液中高分子材料的添加量来调节碳化硅纤维的直径，以便后续得到具有较小纤维直径和良好柔性的碳化硅纤维材料；然后将上述得到的纺丝前驱体混合溶液进行纺丝，可以得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；并且将上述复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理，可以使聚碳硅烷的分子通过氧化发生交联，从而在后续高温热解处理过程中保持纤维状态，若不经不熔化处理，而直接在惰性气氛下高温热解，则复合纤维材料容易发生相互黏连，以至熔融，失去纤维状态；最后将上述不熔化处理后的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解，聚碳硅烷发生裂解生成碳化硅，从而得到柔性碳化硅纤维。由此，采用本申请的方法来制备柔性碳化硅纤维，相对于传统工艺的化学气相沉积、碳热还原法和粉末烧结法，不仅制备方法简单，效率高，成本低，而且制备得到的柔性碳化硅纤维具有较小的直径和良好的柔性。同时，上述柔性碳化硅纤维还具有优异的耐火性能和良好的耐高温性能，在高温隔热、高温空气过滤、电磁波吸收、复合材料增强等领域有着广阔的应用前景。

另外，根据本发明上述实施例的制备柔性碳化硅纤维的方法还可以具有如下附加的技术特征：