[发明专利]含锆聚碳硅烷的制备方法

说明书

本发明涉及一种含锆聚碳硅烷的制备方法，包括步骤：将经过预处理的聚二甲基硅烷和正丁醇锆粉体溶于二甲苯中，然后加入催化剂，加热搅拌至溶剂完全挥发，得到混合均匀的反应原料；将反应原料置于反应釜内，通入惰性气氛，并预加反应压力；设置升温程序，反应结束后降至室温，得到含锆粗产物；将含锆粗产物加入二甲苯中，充分溶解后过滤，在收集的滤液中通入惰性气氛，升温至340～380℃，抽真空蒸馏，收集馏分，得到含锆聚碳硅烷。本发明在反应原料聚二甲基硅烷中以物理方式引入正丁醇锆，通过控制反应时间和温度，制备出分子量高、分子分布窄、具有良好可纺性的含锆聚碳硅烷，从而使制备的碳化硅纤维转化率高，断头率显著降低。

技术领域

本发明涉及碳化硅陶瓷材料技术领域，具体涉及一种含锆聚碳硅烷的制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)纤维由于其优异的力学性能和耐高温性能，在航空航天、武器装备等尖端领域展现了极大的应用前景。先驱体转化法是目前应用最多、技术最成熟的制备超高温抗氧化碳化硅纤维方法之一，而先驱体则是制备碳化硅纤维的关键原材料。自1975年日本东北大学的Yajima开创性的工作以来，碳化硅纤维先驱体的研究成为当今陶瓷基复合材料制备领域的热点。聚碳硅烷(PCS)是应用最多的先驱体之一。聚碳硅烷制备碳化硅纤维的典型流程是：聚碳硅烷先驱体经过熔融纺丝得PCS纤维束，再经空气氧化反应生成不熔纤维，在惰性气体保护下高温烧结成碳化硅纤维。PCS的组成、结构与关键的物理化学特性对于SiC纤维的性能具有决定性的作用。通常要求先驱体能同时满足以下特征(章颖.聚碳硅烷改性合成研究[D].国防科学技术大学,2005.…宋永才,王岭,冯春祥.聚碳硅烷的分子量分布与可纺性研究[J].高技术通讯,1996(1):6-8.)：(1)组成中非目标元素少，陶瓷转化率高，产物纯；(2)分子流动性好，分子中有活性基团，易于发生交联反应；(3)聚合物具有稳定结构，或可在热分解之前转化为稳定结构；(4)聚合物的结构不影响其加工性；(5)聚合物熔点高，分子量分布窄，具有良好可纺性。因此，制备满足要求的聚碳硅烷先驱体，从而满足多元复相多功能碳化硅陶瓷纤维的需求，是今后发展的一个重要方向。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种含锆聚碳硅烷的制备方法，以通过在反应原料聚二甲基硅烷中以物理方式引入正丁醇锆，通过控制反应时间和温度，制备得到分子量高、分子分布窄、具有良好可纺性的含锆聚碳硅烷；由此制备碳化硅纤维转化率高，断头率显著降低，从而能够满足多元复相多功能碳化硅陶瓷纤维的需求。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明提供了一种含锆聚碳硅烷的制备方法，包括步骤：S1：将经过预处理的聚二甲基硅烷和正丁醇锆粉体溶于二甲苯中，然后加入催化剂，加热搅拌至溶剂完全挥发，得到混合均匀的反应原料；S2：将反应原料置于反应釜内，通入惰性气氛，并预加反应压力；设置升温程序，反应结束后降至室温，得到含锆粗产物；S3：将含锆粗产物加入二甲苯中，充分溶解后过滤，在收集的滤液中通入惰性气氛，升温至340～380℃，抽真空蒸馏，收集馏分，得到含锆聚碳硅烷。优选地，本发明采用的聚二甲基硅烷的分子量为2800～3300。本发明制备得到的含锆聚碳硅烷的数均分子量为1800～2200，软化点为200～240℃。

优选地，S2中，升温程序具体包括：将反应温度于0.5h时升温至180～200℃，保温0.5h；之后1h时升温至250～280℃，保温8～10h；之后1h时升温至420～460℃，保温2～4h。

优选地，S1中，预处理具体包括步骤：将聚二甲基硅烷置于蒸馏装置中，在惰性气氛保护下进行普通蒸馏，收集100～105℃馏分，得到经过预处理的聚二甲基硅烷。

优选地，S1中，正丁醇锆粉体的制备方法包括步骤：将正丁醇锆球磨24～48h，然后过800目筛，获得均匀粉体，即正丁醇锆粉体。