一种含硅芳基乙炔树脂熔体纺丝纤维的制备方法与流程

本发明涉及一种含硅芳基乙炔树脂熔体纺丝纤维的制备方法。

背景技术：

含硅芳基乙炔是一种引入硅元素的芳基多炔材料，由乙炔基芳烃为单体聚合而成的高性能聚合物。其分子链主链上含有硅元素和刚性的苯环结构。与传统的耐高温树脂相比，芳基乙炔树脂具有许多优点：单体粘度低，易于浸渍成型；固化过程中无小分子挥发，固化后交联密度高，具有很好的机械性能和耐热性能；吸水率较低，热解后残炭率高。因此芳基乙炔树脂适用于制备陶瓷前躯体、高性能复合材料基体、耐烧蚀材料、耐高温涂层等多种用途。

1997年，日本的Itoh等人第一次使用氧化镁催化剂合成了含有硅氢的芳基乙炔树脂，称为MSP树脂(M Itoh,K Inoue，Macromolecules，1997，30:694-701.)。该聚合物在850℃时的热失重5％，1000℃时的残留率在94％。2000年，法国的Buvat等人合成了以苯乙烯封端的聚(亚甲硅基对苯乙炔)树脂，称为BLJ树脂(P Buvat,F Jousse,et al.International SAMPE Symposium and Exhibition,2000,46:134-144)。BLJ树脂有着良好的加工性能和耐热性。国内华东理工大学的黄发荣等人制备了多种结构的含硅芳基乙炔树脂(CN-100540577C等)。但以上研究均关注于含硅芳基乙炔树脂，关注于制备含硅芳基乙炔纤维的研究很少。

静电纺丝技术分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝。与溶液静电纺丝相比，熔体静电纺丝不需要使用溶剂，排除了溶剂对实验的影响，也不用再纤维中去除残留的溶剂。这意味着熔体静电纺丝技术相比于溶液静电纺丝技术对环境更友好更通用，不用回收溶剂，不用考虑通风问题，简单易实施，也降低了纺丝成本。利用该方法得到的纤维表面光滑，形貌良好，粗细均匀。该制备方法操作性好，产品的产量较高，价格相对低廉。近些年来开发和完善熔体静电纺丝技术已成为研究热点。

随着科学技术的发展进步，在航空航天、汽车制造、电子电器等领域，特别是高速飞行和宇宙航行领域，对聚合物基复合材料的耐高温性能提出更高的要求。通用型耐高温聚合物材料，如：环氧树脂、酚酸树脂、聚氨酯、聚酰胺及聚酰亚胺等传统的复合材料树脂基体已不能满足高科技领域发展对材料的要求。研究开发新型耐高温复合材料聚合物是当前航空航天、交通、电子等领域发展的基础，具有非常重要的意义。含硅芳基乙炔纤维有着优异的耐热性能，介电性能和成碳性能，在碳/碳复合材料领域、航空航天、交通、能源动力、国防、陶瓷前驱体、电子器件等方面有着应用潜力。

技术实现要素：

本发明将含硅芳基乙炔原料高温熔融，再利用静电力的作用将其纺成微米级纤维，最小的直径可以达到数个微米。为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

(1)设置熔体电纺装置，设置一定的接收距离，将料筒温度加热到一定的温度，带温度稳定后，加入一定量的含硅芳基乙炔树脂原料，加热一定时间，使含硅芳基乙炔树脂原料在料筒内熔融；

(2)当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，加上一定的电压，使熔体在高压静电的电场力作用下喷射到接收装置上，得到含硅芳基乙炔纤维。

其中，优选地，步骤(1)中所述的温度为130-190℃，特别优选为150℃；

优选地，步骤(1)中所述的加热时间为1-5min，特别优选为1min；

优选地，步骤(1)中所述的接收距离为3-8cm，特别优选为6cm；

优选地，步骤(2)中所述的电压为25-50kV，特别优选为40kV。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

(1)熔体静电纺丝技术将原料直接纺丝，不添加其他可能有毒的成分，保证所纺纤维的安全性；

(2)由于纺丝过程无溶剂的挥发，纤维表面光滑，纺丝效率大大提高,节约了能源和成本；

(3)熔体静电纺丝法制备的将含硅芳基乙炔纤维是连续的长纤维，纤维直径小，比表面积大，可作为高耐热材料用于航空航天、交通、能源动力、国防、陶瓷前驱体、电子器件等方面。

附图说明

图1是例1的SEM图像

图2是例1的TGA图像

图3是例2的SEM图像

图4是例4的SEM图像

具体实施方式

实施实例1

将熔体纺丝装置温度设定为130℃，待温度稳定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压35kV。接收距离为6cm，开始纺丝。纺丝20min后，取出纤维。图1为所得的以苯乙炔封端的含硅芳基乙炔纤维的SEM照片，从图中可以观察到纤维的形貌良好，粗细均匀，表面较为光滑。纤维的平均直径为17.80μm。对纤维进行TGA测试，结果如图4所示，发现在400℃时纤维的残留率在94％左右，说明纤维具有良好的耐热性能。并且以下实施例均400℃时纤维的残留率在94％左右，说具有非常类似的效果都具有良好的耐热性能。

实施实例2

将熔体纺丝装置温度设定为150℃，待温度稳定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压35kV。接收距离为6cm，开始纺丝。纺丝10min后，取出纤维。图2为所得的以苯乙炔封端的含硅芳基乙炔纤维的SEM照片，从图中可以观察到纤维的形貌良好，粗细均匀，表面较为光滑。纤维的平均直径为5.23μm。对纤维进行TGA测试，发现纤维具有良好的耐热性能。

实施实例3

将熔体纺丝装置温度设定为190℃，待温度稳定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压35kV。接收距离为6cm，开始纺丝。纺丝10min后，取出纤维。由SEM观察到纤维的形貌良好，粗细均匀，表面较为光滑。纤维的平均直径为8.10μm。对纤维进行TGA测试，发现纤维具有良好的耐热性能。

实施实例4

将熔体纺丝装置温度设定为150℃，待温度稳定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压40kV。接收距离为3cm，开始纺丝。纺丝10min后，取出纤维。图3为所得的以苯乙炔封端的含硅芳基乙炔纤维的SEM照片，从图中可以观察到纤维的形貌良好，粗细均匀，表面较为光滑。纤维的平均直径为10.36μm。对纤维进行TGA测试，发现纤维具有良好的耐热性能。

实施实例5

将熔体纺丝装置温度设定为150℃，待温度稳定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压40kV。接收距离为8cm，开始纺丝。纺丝10min后，取出纤维。由SEM观察到纤维的形貌良好，粗细均匀，表面较为光滑。纤维的平均直径为29.35μm。对纤维进行TGA测试，发现纤维具有良好的耐热性能。

实施实例6

将熔体纺丝装置温度设定为150℃，待温度稳定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压25kV。接收距离为7cm，开始纺丝。纺丝10min后，取出纤维。纤维的平均直径为62.53μm。对纤维进行TGA测试，发现纤维具有良好的耐热性能。

实施实例7

将熔体纺丝装置温度设定为150℃，待温度稳定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压50kV。接收距离为7cm，开始纺丝。由SEM观察到的纤维的平均直径为17.80μm。对纤维进行TGA测试，发现纤维具有良好的耐热性能。

实施实例8

将熔体纺丝装置温度设定为130℃，待温度稳定后，加入0.1g的PMDSEPE原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压35kV。接收距离为7cm，开始纺丝。纺丝10min后，取出纤维。由SEM观察到纤维的形貌良好，粗细均匀，表面较为光滑。纤维的平均直径为23.87μm。对纤维进行TGA测试，发现纤维具有良好的耐热性能。

实施实例9

将熔体纺丝装置温度设定为150℃，待温度稳定后，加入0.1g的PMDSEP-1原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压35kV。接收距离为7cm，开始纺丝。纺丝10min后，取出纤维。由SEM观察到纤维的形貌良好，粗细均匀，表面较为光滑。纤维的平均直径为15.66μm。对纤维进行TGA测试，发现纤维具有良好的耐热性能。

实施实例10

将熔体纺丝装置温度设定为150℃，待温度稳定后，加入0.1g的PMDSEPE-5原料，恒温1min后，使原料在料筒中充分熔融。当熔体开始通过喷头向下滴出时，开启高压直流发生器电源，纺丝电压40kV。接收距离为7cm，开始纺丝。纺丝10min后，取出纤维。由SEM观察到纤维的形貌良好，粗细均匀，表面较为光滑。纤维的平均直径为17.12μm。对纤维进行TGA测试，发现纤维具有良好的耐热性能。