聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法及裝置製造方法
2023-05-11 14:45:36 2
聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法及裝置製造方法
【專利摘要】聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法及裝置，所述方法是將聚碳矽烷纖維浸漬於過氧化物或偶氮化合物自由基引發劑的溶液中；烘乾後置於加熱裝置中，抽真空，置換氮氣或氬氣後，將含乙烯基的矽烷或含乙烯基的矽氮烷氣化後在裝置內循環；在軸心加熱的溫度場下，進行兩段式升溫加熱，冷卻至室溫，即得無氧不熔化聚碳矽烷纖維。本發明還包括一種聚碳矽烷纖維無氧不熔化裝置，包括氣化室（1）、循環風機（2）、反向擾流板（3）、軸心加熱圓輥（4）和管式爐（5）。本發明具有如下優點：採用化學氣相不熔化方法，避免氧的引入；在較低溫度下實現聚碳矽烷纖維的不熔化；活性氣氛氣流場均勻；軸心加熱使不同位置纖維加熱均勻。
【專利說明】聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法及裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種聚碳矽烷纖維的交聯方法及裝置，具體涉及一種聚碳矽烷纖維無 氧不熔化方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 聚碳矽烷纖維是聚碳矽烷紡絲製備的有機聚合物纖維，也是碳化矽陶瓷纖維的原 纖維。為避免原纖維在無機化過程中熔融而失去纖維形狀，必須在原纖維熔融之前使其形 成三維網絡結構，這個過程即為不熔化。聚碳矽烷纖維經不熔化後，不再熔融，可以在高溫 無機化過程中保持纖維形狀。聚碳矽烷的不熔化方法對碳化矽纖維的組成、結構和性能具 有極其重要的作用。
[0003]目前，聚碳矽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，但同時引入大量的氧元素，嚴重影響碳化矽纖維的耐高溫和抗氧化性能；紫外光不熔化 方法必須要求聚碳矽烷中具備紫外光活性的基團，並不適用於常規的聚碳矽烷；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髮生設備和射線發生設備，大大增加了 纖維製造的成本。
[0004] 化學氣相不熔化方法是利用低沸點的活性化學物質，在較低溫度下氣化從而與聚 碳矽烷纖維發生氣固化學反應，使聚碳矽烷分子鏈相互交聯，達到不熔化的目的。該方法的 優點是理論上不增加纖維的氧含量，設備結構簡單，成本較低，適於規模化生產。但由於化 學氣相不熔化是經過氣固反應實現的，聚碳矽烷纖維的不熔化程度及其均勻性很大程度上 取決於氣流場和溫度場的分布。由於常規裝置都是基於循環空氣烘箱，當裝入聚碳矽烷纖 維進行化學氣相不熔化時，在聚碳矽烷纖維的不同位置，其氣氛濃度和溫度都有很大差異， 往往造成聚碳矽烷纖維的不熔化程度的均勻性較差。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種無氧條件下，無氧不熔化溫度低，不熔化 程度均勻的聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法。
[0006] 本發明進一步要解決的技術問題是，提供一種實施所述聚碳矽烷纖維無氧不熔化 方法，同時結構簡單，成本較低，工藝控制簡便，能夠批量進行聚碳矽烷纖維無氧不熔化的 裝直。
[0007] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種聚碳矽烷纖維無氧不熔化方 法，包括以下步驟： (1) 將聚碳矽烷纖維浸漬於過氧化物或偶氮化合物自由基引發劑的溶液中，並卷繞成 聚碳矽烷纖維原絲筒； (2) 將浸漬後的聚碳娃燒纖維原絲筒在40?70°C下烘乾至含水量< 0. 5wt% ; (3) 將烘乾後的聚碳矽烷纖維原絲筒置於無氧不熔化裝置的加熱裝置中，將整個系統 抽真空至< lOPa後置換氮氣或氬氣至常壓，重複至少兩次，再將含乙烯基的矽烷或含乙烯 基的矽氮烷氣化後在裝置內循環； (4)進行兩段式升溫加熱：a、以5?22°C /h的速度升溫至100?180°C，恆溫2?18h ; b、再以10?50°C /h的速度升溫至350?450°C，恆溫0. 5?4h，冷卻至室溫，即得無氧不 熔化聚碳矽烷纖維。
[0008] 進一步，步驟（1)中，所述自由基引發劑過氧化物或偶氮化合物的分子結構如下： 過氧化物：f-O-O-R2,偶氮化合物：Ri-NzN-R 2 ;其中，R1與R2是丙基、異丙基、叔丁基、異 丁基、苯基或苯甲醯基，R1和R 2含有或不含有取代基腈基、滷素或烷基。
[0009] 優選的，步驟（1)中，過氧化物為過氧化二苯甲醯、過氧化二叔丁基或過氧化二異 丙苯，偶氮化合物為偶氮二異丁腈或偶氮苯。
[0010] 進一步，步驟（1)中，所述自由基引發劑的溶劑為水、乙醇、丙酮或二甲基甲醯胺中 的一種或兩種以上的混合物，自由基引發劑的質量濃度為1?20% ;所述浸漬採用連續法浸 漬，聚碳矽烷纖維與浸漬液的質量比為1?25:1，浸漬速度為0. 5?3m/min，單位長度浸漬 時間為4?24s。
[0011] 優選的，步驟（1)中，所述自由基引發劑的質量濃度為5?15%;所述浸漬採用連續 法浸漬，聚碳娃燒纖維與浸漬液的質量比為2?20:1，浸漬速度為0. 6?2m/min，浸漬時間 6 ?20s〇
[0012] 進一步，步驟（3)中，所述聚碳矽烷纖維原絲筒的放置方式是將烘乾後的原絲筒套 在軸心加熱的圓輥上。
[0013] 進一步，步驟（3)中，所述氮氣或氬氣純度均> 99. 99%。
[0014] 進一步，步驟（3)中，所述含乙烯基的矽烷或含乙烯基的矽氮烷的質量為浸漬前的 聚碳矽烷纖維質量的45?200%。
[0015] 優選的，步驟（3)中，所述含乙烯基的矽烷或含乙烯基的矽氮烷的質量為浸漬前的 聚碳娃燒纖維質量的50?160%。
[0016] 進一步，步驟（3)中，含乙烯基的矽烷或含乙烯基的矽氮烷的分子結構如下： 含乙烯基的矽烷：
【權利要求】
1. 一種聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法，包括以下步驟： (1) 將聚碳矽烷纖維浸漬於過氧化物或偶氮化合物自由基引發劑的溶液中，並卷繞成 聚碳矽烷纖維原絲筒； (2) 將浸漬後的聚碳娃燒纖維原絲筒在40?70°C下烘乾至含水量< 0. 5wt% ; (3) 將烘乾後的聚碳矽烷纖維原絲筒置於無氧不熔化裝置的加熱裝置中，將整個系統 抽真空至< l〇Pa後置換氮氣或氬氣至常壓，重複至少兩次，再將含乙烯基的矽烷或含乙烯 基的矽氮烷氣化後在裝置內循環； (4) 進行兩段式升溫加熱：a、以5?22°C/h的速度升溫至100?180°C，恆溫2?18h ; b、再以10?50°C /h的速度升溫至350?450°C，恆溫0. 5?4h，冷卻至室溫，即得無氧不 熔化聚碳矽烷纖維。
2. 根據權利要求1所述聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法，其特徵在於：步驟（1)中，所述 自由基引發劑過氧化物或偶氮化合物的分子結構如下： 過氧化物：f-O-O-R2,偶氮化合物：Ri-NzN-R2 ;其中，R1與R2是丙基、異丙基、叔丁基、異 丁基、苯基或苯甲醯基，R1和R2含有或不含有取代基腈基、滷素或烷基。
3. 根據權利要求1或2所述聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法，其特徵在於：步驟（1)中， 過氧化物為過氧化二苯甲醯、過氧化二叔丁基或過氧化二異丙苯，偶氮化合物為偶氮二異 丁腈或偶氮苯。
4. 根據權利要求1?3之一所述聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法，其特徵在於：步驟（1) 中，所述自由基引發劑的溶劑為水、乙醇、丙酮或二甲基甲醯胺中的一種或兩種以上的混合 物，自由基引發劑的質量濃度為1?20% ;所述浸漬採用連續法浸漬，聚碳矽烷纖維與浸漬 液的質量比為1?25:1，浸漬速度為0. 5?3m/min，單位長度浸漬時間為4?24s。
5. 根據權利要求1?4之一所述聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法，其特徵在於：步驟（3) 中，所述聚碳矽烷纖維原絲筒的放置方式是將烘乾後的原絲筒套在軸心加熱的圓輥上；所 述氮氣或氬氣純度均> 99. 99% ;所述含乙烯基的矽烷或含乙烯基的矽氮烷的質量為浸漬 前的聚碳矽烷纖維質量的45?200%。
6. 根據權利要求1?5之一所述聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法，其特徵在於：步驟（3) 中，含乙烯基的矽烷或含乙烯基的矽氮烷的分子結構如下： 含乙烯基的矽烷：
含乙稀基的娃氣燒：
其中，R1與R2是甲基、乙基、苯基、乙烯基或烯丙基。
7. 根據權利要求1?6之一所述聚碳矽烷纖維無氧不熔化方法，其特徵在於：步驟（3) 中，含乙稀基的娃燒為-乙稀基娃燒、四乙稀基娃燒或_乙稀基甲基苯基娃燒，含乙稀基的 娃氣燒為-甲基四乙稀基娃氣燒或四甲基-乙稀基娃氣燒。
8. -種用於實施權利要求1?7之一所述方法的聚碳矽烷纖維無氧不熔化裝置，其特 徵在於：包括：氣化室（1)、循環風機（2)、反向擾流板（3)、軸心加熱圓輥（4)和管式爐（5); 氣化室（1)、循環風機（2)和管式爐（5)順序連接，整個系統內密閉；管式爐（5)中放置軸心 加熱圓棍（4)，側壁上安裝至少6個反向擾流板（3)。
9. 根據權利要求8所述聚碳矽烷纖維無氧不熔化裝置，其特徵在於：所述氣化室（1)的 一端與循環風機（2)的進氣口連接，循環風機（2)的出氣口與管式爐（5)的進氣端（51)連 接，管式爐（5)的出氣端（52)與氣化室（1)的另一端連接。
10. 根據權利要求8或9所述聚碳矽烷纖維無氧不熔化裝置，其特徵在於：所述氣化室 (1)內置加熱盤管；所述反向擾流板（3)呈喇叭形，大口外徑與管式爐（5)內徑相同，小口朝 向管式爐（5)的進氣端（51)，反向擾流板（3)與管壁夾角為45?60° ;所述軸心加熱圓棍 (4)的軸線與管式爐（5)的軸線重疊，軸心加熱圓輥（4)外包裹網筒（41)，原絲筒套在網筒 (41)上。
【文檔編號】D01F11/08GK104088034SQ201410327896
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月11日 優先權日:2014年7月11日
【發明者】邵長偉, 王軍, 王浩, 宋永才, 簡科, 王小宙 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學