本發(fā)明涉及一種含硅芳基乙炔樹脂熔體紡絲纖維的制備方法。

背景技術(shù)：

含硅芳基乙炔是一種引入硅元素的芳基多炔材料，由乙炔基芳烴為單體聚合而成的高性能聚合物。其分子鏈主鏈上含有硅元素和剛性的苯環(huán)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的耐高溫樹脂相比，芳基乙炔樹脂具有許多優(yōu)點：單體粘度低，易于浸漬成型；固化過程中無小分子揮發(fā)，固化后交聯(lián)密度高，具有很好的機械性能和耐熱性能；吸水率較低，熱解后殘?zhí)柯矢?。因此芳基乙炔樹脂適用于制備陶瓷前軀體、高性能復(fù)合材料基體、耐燒蝕材料、耐高溫涂層等多種用途。

1997年，日本的Itoh等人第一次使用氧化鎂催化劑合成了含有硅氫的芳基乙炔樹脂，稱為MSP樹脂(M Itoh,K Inoue，Macromolecules，1997，30:694-701.)。該聚合物在850℃時的熱失重5％，1000℃時的殘留率在94％。2000年，法國的Buvat等人合成了以苯乙烯封端的聚(亞甲硅基對苯乙炔)樹脂，稱為BLJ樹脂(P Buvat,F Jousse,et al.International SAMPE Symposium and Exhibition,2000,46:134-144)。BLJ樹脂有著良好的加工性能和耐熱性。國內(nèi)華東理工大學(xué)的黃發(fā)榮等人制備了多種結(jié)構(gòu)的含硅芳基乙炔樹脂(CN-100540577C等)。但以上研究均關(guān)注于含硅芳基乙炔樹脂，關(guān)注于制備含硅芳基乙炔纖維的研究很少。

靜電紡絲技術(shù)分為溶液靜電紡絲和熔體靜電紡絲。與溶液靜電紡絲相比，熔體靜電紡絲不需要使用溶劑，排除了溶劑對實驗的影響，也不用再纖維中去除殘留的溶劑。這意味著熔體靜電紡絲技術(shù)相比于溶液靜電紡絲技術(shù)對環(huán)境更友好更通用，不用回收溶劑，不用考慮通風(fēng)問題，簡單易實施，也降低了紡絲成本。利用該方法得到的纖維表面光滑，形貌良好，粗細均勻。該制備方法操作性好，產(chǎn)品的產(chǎn)量較高，價格相對低廉。近些年來開發(fā)和完善熔體靜電紡絲技術(shù)已成為研究熱點。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，在航空航天、汽車制造、電子電器等領(lǐng)域，特別是高速飛行和宇宙航行領(lǐng)域，對聚合物基復(fù)合材料的耐高溫性能提出更高的要求。通用型耐高溫聚合物材料，如：環(huán)氧樹脂、酚酸樹脂、聚氨酯、聚酰胺及聚酰亞胺等傳統(tǒng)的復(fù)合材料樹脂基體已不能滿足高科技領(lǐng)域發(fā)展對材料的要求。研究開發(fā)新型耐高溫復(fù)合材料聚合物是當(dāng)前航空航天、交通、電子等領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)，具有非常重要的意義。含硅芳基乙炔纖維有著優(yōu)異的耐熱性能，介電性能和成碳性能，在碳/碳復(fù)合材料領(lǐng)域、航空航天、交通、能源動力、國防、陶瓷前驅(qū)體、電子器件等方面有著應(yīng)用潛力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明將含硅芳基乙炔原料高溫熔融，再利用靜電力的作用將其紡成微米級纖維，最小的直徑可以達到數(shù)個微米。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

(1)設(shè)置熔體電紡裝置，設(shè)置一定的接收距離，將料筒溫度加熱到一定的溫度，帶溫度穩(wěn)定后，加入一定量的含硅芳基乙炔樹脂原料，加熱一定時間，使含硅芳基乙炔樹脂原料在料筒內(nèi)熔融；

(2)當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，加上一定的電壓，使熔體在高壓靜電的電場力作用下噴射到接收裝置上，得到含硅芳基乙炔纖維。

其中，優(yōu)選地，步驟(1)中所述的溫度為130-190℃，特別優(yōu)選為150℃；

優(yōu)選地，步驟(1)中所述的加熱時間為1-5min，特別優(yōu)選為1min；

優(yōu)選地，步驟(1)中所述的接收距離為3-8cm，特別優(yōu)選為6cm；

優(yōu)選地，步驟(2)中所述的電壓為25-50kV，特別優(yōu)選為40kV。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點：

(1)熔體靜電紡絲技術(shù)將原料直接紡絲，不添加其他可能有毒的成分，保證所紡纖維的安全性；

(2)由于紡絲過程無溶劑的揮發(fā)，纖維表面光滑，紡絲效率大大提高,節(jié)約了能源和成本；

(3)熔體靜電紡絲法制備的將含硅芳基乙炔纖維是連續(xù)的長纖維，纖維直徑小，比表面積大，可作為高耐熱材料用于航空航天、交通、能源動力、國防、陶瓷前驅(qū)體、電子器件等方面。

附圖說明

圖1是例1的SEM圖像

圖2是例1的TGA圖像

圖3是例2的SEM圖像

圖4是例4的SEM圖像

具體實施方式

實施實例1

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為130℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓35kV。接收距離為6cm，開始紡絲。紡絲20min后，取出纖維。圖1為所得的以苯乙炔封端的含硅芳基乙炔纖維的SEM照片，從圖中可以觀察到纖維的形貌良好，粗細均勻，表面較為光滑。纖維的平均直徑為17.80μm。對纖維進行TGA測試，結(jié)果如圖4所示，發(fā)現(xiàn)在400℃時纖維的殘留率在94％左右，說明纖維具有良好的耐熱性能。并且以下實施例均400℃時纖維的殘留率在94％左右，說具有非常類似的效果都具有良好的耐熱性能。

實施實例2

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為150℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓35kV。接收距離為6cm，開始紡絲。紡絲10min后，取出纖維。圖2為所得的以苯乙炔封端的含硅芳基乙炔纖維的SEM照片，從圖中可以觀察到纖維的形貌良好，粗細均勻，表面較為光滑。纖維的平均直徑為5.23μm。對纖維進行TGA測試，發(fā)現(xiàn)纖維具有良好的耐熱性能。

實施實例3

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為190℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓35kV。接收距離為6cm，開始紡絲。紡絲10min后，取出纖維。由SEM觀察到纖維的形貌良好，粗細均勻，表面較為光滑。纖維的平均直徑為8.10μm。對纖維進行TGA測試，發(fā)現(xiàn)纖維具有良好的耐熱性能。

實施實例4

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為150℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓40kV。接收距離為3cm，開始紡絲。紡絲10min后，取出纖維。圖3為所得的以苯乙炔封端的含硅芳基乙炔纖維的SEM照片，從圖中可以觀察到纖維的形貌良好，粗細均勻，表面較為光滑。纖維的平均直徑為10.36μm。對纖維進行TGA測試，發(fā)現(xiàn)纖維具有良好的耐熱性能。

實施實例5

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為150℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓40kV。接收距離為8cm，開始紡絲。紡絲10min后，取出纖維。由SEM觀察到纖維的形貌良好，粗細均勻，表面較為光滑。纖維的平均直徑為29.35μm。對纖維進行TGA測試，發(fā)現(xiàn)纖維具有良好的耐熱性能。

實施實例6

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為150℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓25kV。接收距離為7cm，開始紡絲。紡絲10min后，取出纖維。纖維的平均直徑為62.53μm。對纖維進行TGA測試，發(fā)現(xiàn)纖維具有良好的耐熱性能。

實施實例7

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為150℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.2g的PMEPE原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓50kV。接收距離為7cm，開始紡絲。由SEM觀察到的纖維的平均直徑為17.80μm。對纖維進行TGA測試，發(fā)現(xiàn)纖維具有良好的耐熱性能。

實施實例8

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為130℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.1g的PMDSEPE原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓35kV。接收距離為7cm，開始紡絲。紡絲10min后，取出纖維。由SEM觀察到纖維的形貌良好，粗細均勻，表面較為光滑。纖維的平均直徑為23.87μm。對纖維進行TGA測試，發(fā)現(xiàn)纖維具有良好的耐熱性能。

實施實例9

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為150℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.1g的PMDSEP-1原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓35kV。接收距離為7cm，開始紡絲。紡絲10min后，取出纖維。由SEM觀察到纖維的形貌良好，粗細均勻，表面較為光滑。纖維的平均直徑為15.66μm。對纖維進行TGA測試，發(fā)現(xiàn)纖維具有良好的耐熱性能。

實施實例10

將熔體紡絲裝置溫度設(shè)定為150℃，待溫度穩(wěn)定后，加入0.1g的PMDSEPE-5原料，恒溫1min后，使原料在料筒中充分熔融。當(dāng)熔體開始通過噴頭向下滴出時，開啟高壓直流發(fā)生器電源，紡絲電壓40kV。接收距離為7cm，開始紡絲。紡絲10min后，取出纖維。由SEM觀察到纖維的形貌良好，粗細均勻，表面較為光滑。纖維的平均直徑為17.12μm。對纖維進行TGA測試，發(fā)現(xiàn)纖維具有良好的耐熱性能。