聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法及装置制造方法
【专利摘要】聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法及装置，所述方法是将聚碳硅烷纤维浸渍于过氧化物或偶氮化合物自由基引发剂的溶液中；烘干后置于加热装置中，抽真空，置换氮气或氩气后，将含乙烯基的硅烷或含乙烯基的硅氮烷气化后在装置内循环；在轴心加热的温度场下，进行两段式升温加热，冷却至室温，即得无氧不熔化聚碳硅烷纤维。本发明还包括一种聚碳硅烷纤维无氧不熔化装置，包括气化室（1）、循环风机（2）、反向扰流板（3）、轴心加热圆辊（4）和管式炉（5）。本发明具有如下优点：采用化学气相不熔化方法，避免氧的引入；在较低温度下实现聚碳硅烷纤维的不熔化；活性气氛气流场均匀；轴心加热使不同位置纤维加热均匀。
【专利说明】聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种聚碳硅烷纤维的交联方法及装置，具体涉及一种聚碳硅烷纤维无 氧不熔化方法及装置。
【背景技术】
[0002] 聚碳硅烷纤维是聚碳硅烷纺丝制备的有机聚合物纤维，也是碳化硅陶瓷纤维的原 纤维。为避免原纤维在无机化过程中熔融而失去纤维形状，必须在原纤维熔融之前使其形 成三维网络结构，这个过程即为不熔化。聚碳硅烷纤维经不熔化后，不再熔融，可以在高温 无机化过程中保持纤维形状。聚碳硅烷的不熔化方法对碳化硅纤维的组成、结构和性能具 有极其重要的作用。
[0003]目前，聚碳硅烷纤维的不熔化方法有空气不熔化法、紫外光不熔化法、电子束辐照 不熔化法、射线辐照不熔化法和化学气相不熔化法等。其中，空气不熔化方法最为简单低 廉，但同时引入大量的氧元素，严重影响碳化硅纤维的耐高温和抗氧化性能；紫外光不熔化 方法必须要求聚碳硅烷中具备紫外光活性的基团，并不适用于常规的聚碳硅烷；电子束辐 照不熔化法和射线不熔化方法则需要昂贵的电子束发生设备和射线发生设备，大大增加了 纤维制造的成本。
[0004] 化学气相不熔化方法是利用低沸点的活性化学物质，在较低温度下气化从而与聚 碳硅烷纤维发生气固化学反应，使聚碳硅烷分子链相互交联，达到不熔化的目的。该方法的 优点是理论上不增加纤维的氧含量，设备结构简单，成本较低，适于规模化生产。但由于化 学气相不熔化是经过气固反应实现的，聚碳硅烷纤维的不熔化程度及其均匀性很大程度上 取决于气流场和温度场的分布。由于常规装置都是基于循环空气烘箱，当装入聚碳硅烷纤 维进行化学气相不熔化时，在聚碳硅烷纤维的不同位置，其气氛浓度和温度都有很大差异， 往往造成聚碳硅烷纤维的不熔化程度的均匀性较差。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种无氧条件下，无氧不熔化温度低，不熔化 程度均匀的聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法。
[0006] 本发明进一步要解决的技术问题是，提供一种实施所述聚碳硅烷纤维无氧不熔化 方法，同时结构简单，成本较低，工艺控制简便，能够批量进行聚碳硅烷纤维无氧不熔化的 装直。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种聚碳硅烷纤维无氧不熔化方 法，包括以下步骤： (1) 将聚碳硅烷纤维浸渍于过氧化物或偶氮化合物自由基引发剂的溶液中，并卷绕成 聚碳硅烷纤维原丝筒； (2) 将浸渍后的聚碳娃烧纤维原丝筒在40?70°C下烘干至含水量< 0. 5wt% ; (3) 将烘干后的聚碳硅烷纤维原丝筒置于无氧不熔化装置的加热装置中，将整个系统 抽真空至< lOPa后置换氮气或氩气至常压，重复至少两次，再将含乙烯基的硅烷或含乙烯 基的硅氮烷气化后在装置内循环； (4)进行两段式升温加热：a、以5?22°C /h的速度升温至100?180°C，恒温2?18h ; b、再以10?50°C /h的速度升温至350?450°C，恒温0. 5?4h，冷却至室温，即得无氧不 熔化聚碳硅烷纤维。
[0008] 进一步，步骤（1)中，所述自由基引发剂过氧化物或偶氮化合物的分子结构如下： 过氧化物：f-O-O-R2,偶氮化合物：Ri-NzN-R 2 ;其中，R1与R2是丙基、异丙基、叔丁基、异 丁基、苯基或苯甲酰基，R1和R 2含有或不含有取代基腈基、卤素或烷基。
[0009] 优选的，步骤（1)中，过氧化物为过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基或过氧化二异 丙苯，偶氮化合物为偶氮二异丁腈或偶氮苯。
[0010] 进一步，步骤（1)中，所述自由基引发剂的溶剂为水、乙醇、丙酮或二甲基甲酰胺中 的一种或两种以上的混合物，自由基引发剂的质量浓度为1?20% ;所述浸渍采用连续法浸 渍，聚碳硅烷纤维与浸渍液的质量比为1?25:1，浸渍速度为0. 5?3m/min，单位长度浸渍 时间为4?24s。
[0011] 优选的，步骤（1)中，所述自由基引发剂的质量浓度为5?15%;所述浸渍采用连续 法浸渍，聚碳娃烧纤维与浸渍液的质量比为2?20:1，浸渍速度为0. 6?2m/min，浸渍时间 6 ?20s〇
[0012] 进一步，步骤（3)中，所述聚碳硅烷纤维原丝筒的放置方式是将烘干后的原丝筒套 在轴心加热的圆辊上。
[0013] 进一步，步骤（3)中，所述氮气或氩气纯度均> 99. 99%。
[0014] 进一步，步骤（3)中，所述含乙烯基的硅烷或含乙烯基的硅氮烷的质量为浸渍前的 聚碳硅烷纤维质量的45?200%。
[0015] 优选的，步骤（3)中，所述含乙烯基的硅烷或含乙烯基的硅氮烷的质量为浸渍前的 聚碳娃烧纤维质量的50?160%。
[0016] 进一步，步骤（3)中，含乙烯基的硅烷或含乙烯基的硅氮烷的分子结构如下： 含乙烯基的硅烷：
【权利要求】
1. 一种聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法，包括以下步骤： (1) 将聚碳硅烷纤维浸渍于过氧化物或偶氮化合物自由基引发剂的溶液中，并卷绕成 聚碳硅烷纤维原丝筒； (2) 将浸渍后的聚碳娃烧纤维原丝筒在40?70°C下烘干至含水量< 0. 5wt% ; (3) 将烘干后的聚碳硅烷纤维原丝筒置于无氧不熔化装置的加热装置中，将整个系统 抽真空至< l〇Pa后置换氮气或氩气至常压，重复至少两次，再将含乙烯基的硅烷或含乙烯 基的硅氮烷气化后在装置内循环； (4) 进行两段式升温加热：a、以5?22°C/h的速度升温至100?180°C，恒温2?18h ; b、再以10?50°C /h的速度升温至350?450°C，恒温0. 5?4h，冷却至室温，即得无氧不 熔化聚碳硅烷纤维。
2. 根据权利要求1所述聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法，其特征在于：步骤（1)中，所述 自由基引发剂过氧化物或偶氮化合物的分子结构如下： 过氧化物：f-O-O-R2,偶氮化合物：Ri-NzN-R2 ;其中，R1与R2是丙基、异丙基、叔丁基、异 丁基、苯基或苯甲酰基，R1和R2含有或不含有取代基腈基、卤素或烷基。
3. 根据权利要求1或2所述聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法，其特征在于：步骤（1)中， 过氧化物为过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基或过氧化二异丙苯，偶氮化合物为偶氮二异 丁腈或偶氮苯。
4. 根据权利要求1?3之一所述聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法，其特征在于：步骤（1) 中，所述自由基引发剂的溶剂为水、乙醇、丙酮或二甲基甲酰胺中的一种或两种以上的混合 物，自由基引发剂的质量浓度为1?20% ;所述浸渍采用连续法浸渍，聚碳硅烷纤维与浸渍 液的质量比为1?25:1，浸渍速度为0. 5?3m/min，单位长度浸渍时间为4?24s。
5. 根据权利要求1?4之一所述聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法，其特征在于：步骤（3) 中，所述聚碳硅烷纤维原丝筒的放置方式是将烘干后的原丝筒套在轴心加热的圆辊上；所 述氮气或氩气纯度均> 99. 99% ;所述含乙烯基的硅烷或含乙烯基的硅氮烷的质量为浸渍 前的聚碳硅烷纤维质量的45?200%。
6. 根据权利要求1?5之一所述聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法，其特征在于：步骤（3) 中，含乙烯基的硅烷或含乙烯基的硅氮烷的分子结构如下： 含乙烯基的硅烷：
含乙稀基的娃氣烧：
其中，R1与R2是甲基、乙基、苯基、乙烯基或烯丙基。
7. 根据权利要求1?6之一所述聚碳硅烷纤维无氧不熔化方法，其特征在于：步骤（3) 中，含乙稀基的娃烧为-乙稀基娃烧、四乙稀基娃烧或_乙稀基甲基苯基娃烧，含乙稀基的 娃氣烧为-甲基四乙稀基娃氣烧或四甲基-乙稀基娃氣烧。
8. -种用于实施权利要求1?7之一所述方法的聚碳硅烷纤维无氧不熔化装置，其特 征在于：包括：气化室（1)、循环风机（2)、反向扰流板（3)、轴心加热圆辊（4)和管式炉（5); 气化室（1)、循环风机（2)和管式炉（5)顺序连接，整个系统内密闭；管式炉（5)中放置轴心 加热圆棍（4)，侧壁上安装至少6个反向扰流板（3)。
9. 根据权利要求8所述聚碳硅烷纤维无氧不熔化装置，其特征在于：所述气化室（1)的 一端与循环风机（2)的进气口连接，循环风机（2)的出气口与管式炉（5)的进气端（51)连 接，管式炉（5)的出气端（52)与气化室（1)的另一端连接。
10. 根据权利要求8或9所述聚碳硅烷纤维无氧不熔化装置，其特征在于：所述气化室 (1)内置加热盘管；所述反向扰流板（3)呈喇叭形，大口外径与管式炉（5)内径相同，小口朝 向管式炉（5)的进气端（51)，反向扰流板（3)与管壁夹角为45?60° ;所述轴心加热圆棍 (4)的轴线与管式炉（5)的轴线重叠，轴心加热圆辊（4)外包裹网筒（41)，原丝筒套在网筒 (41)上。
【文档编号】D01F11/08GK104088034SQ201410327896
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】邵长伟, 王军, 王浩, 宋永才, 简科, 王小宙 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学