CN107779969A - 一种空心陶瓷纤维制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空心陶瓷纤维制备方法，通过紫外线辐照使聚合物纤维表面交联，进而在高温下陶瓷化，表面转化为陶瓷而未交联芯部分解为气体，从而得到环形截面的空心陶瓷纤维。本发明提供方法简便易行，能有效控制空心直径和芯型结构。

Description

一种空心陶瓷纤维制备方法
技术领域
本发明涉及空心陶瓷纤维技术领域，具体的涉及一种空心陶瓷纤维制备方法。
背景技术
本文中空心陶瓷纤维是指直径在5～50微米的连续陶瓷纤维，如果长度较短也称之为陶瓷微管。比如碳化硅陶瓷微管的制备，并且可以被应用于核能制氢和碘硫循环热化学制氢中作为氢分离系统。现有技术中多采用同轴静电纺丝方法制备微纳米空心纤维，所得纤维主要用于催化或光电等功能材料。通过设计喷丝头可以制备数百微米到毫米级的空心纤维，一般称之为膜，主要用作污水处理及特殊物质的分离。直径在5～50微米的连续陶瓷纤维难以通过直接成型方法获得。
该直径5～50微米的空心连续陶瓷纤维，目前尚无通用方法。现有空心陶瓷纤维的制备方法存在工艺复杂，纤维壁厚不均匀等问题。同时现有方法需要对化学气氛和尾气进行处理，增加了生产制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空心陶瓷纤维制备方法，该发明解决表面化学反应交联制备空心陶瓷纤维的工艺复杂、空心壁厚均匀性控制难度大、制造成本高的技术问题。
参见图1，本发明提供一种空心陶瓷纤维制备方法，包括以下步骤：
1)对具有紫外光活性的聚合物纤维进行表面交联化处理，得到表面交联纤维；
2)对所述表面交联纤维进行表面陶瓷化，得到所述空心陶瓷纤维；
所述聚合物纤维：以含有乙烯基的有机硅聚合物与所述含有乙烯基的有机硅聚合物的质量分数1％～5％的添加剂为原料，通过熔融纺丝得到，所述添加剂为卟啉或黄酮。
该方法中未提的物料和参数均可按现有常用参数进行。例如其中的紫外交联参数可以按现有的常用紫外交联参数进行。表面陶瓷化的参数也可按现有纤维陶瓷化处理参数进行处理。
进一步地，所述表面交联化处理参数：紫外光功率600w，紫外光波长为 198nm。
进一步地，所述聚合物纤维通过所述紫外光的速度为0.01～0.1m/h。
进一步地，所述表面陶瓷化为：先以0.01～0.1m/h的速度经过500～800℃的中温管式炉，之后以0.01～0.1m/h的速度经过1200～1500℃的高温管式炉。
参见图1，本发明的另一方面还提供了一种上述方法所用空心陶瓷纤维制备装置，包括：依序纤维连接的退丝机、紫外光通道、中温管式炉、高温管式炉和收丝机，聚合物纤维缠绕于所述退丝机上，所述聚合物纤维依序通过所述紫外光通道、所述中温管式炉、所述高温管式炉后，缠绕于所述收丝机上。
进一步地，所述紫外光辐照通道包括：多个紫外光灯管和不锈钢圆筒，所述紫外光灯管相互间隔地平行固定于所述不锈钢圆筒内壁上。
进一步地，所述紫外光灯管为6～10根。
进一步地，所述紫外光灯管长度为1～3米。
本发明的技术效果：
本发明提供空心陶瓷纤维制备方法，通过在含有乙烯基的有机硅聚合物中添加卟啉或黄酮，使得所得聚合物纤维表面具有较强的紫外交联活性，同时聚合物纤维内部靠近中心处，紫外交联活性较低，避免了以往采用紫外交联时，交联深度过低的问题，从而仅需通过简单的方法即可实现对空心纤维的内部直径的精确控制。
本发明提供的空心陶瓷纤维制备方法，通过在表面陶瓷化步骤中，增加了中温和高温两步处理，使得纤维仅表层发生了无机化，而芯部分解脱除，从而保证了所得纤维的空心陶瓷化。
本发明提供空心陶瓷纤维制备方法，通过紫外线辐照使聚合物纤维表面发生交联，进而在高温下陶瓷化，表面转化为陶瓷而未交联靠近芯部，并使芯部分解为气体，从而得到环形截面的空心陶瓷纤维。本方法简便易行，特别适用于具有紫外活性的聚合物纤维。
具体请参考根据本发明的空心陶瓷纤维制备方法提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。
附图说明
图1是本发明提供的空心陶瓷纤维制备装置示意图；
图2是本发明实施例1中紫外光辐照表面交联处理后聚碳硅烷纤维的红外谱图；
图3是本发明实施例1所得空心碳化硅陶瓷纤维的电子显微镜照片，其中a)为整体图，b)为截面图。
具体实施方式
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
实施例
以下实施例中所用物料和仪器均为市售。
实施例1
(1)将聚甲基乙烯基硅碳烷纤维(卟啉含量为1wt％)置于退丝机，退丝速度为0.1m/h；
(2)将聚合物纤维连续通过3m紫外光通道；
(3)再通过中温管式炉，温度为800℃，进一步通过高温管式炉，温度为 1500℃；
(4)收丝卷绕即得到空心碳化硅陶瓷纤维，空心纤维直径25μm，壳层厚度为8μm。其中紫外光通道中，紫外光功率600w，波长为198nm。
参见图2，聚合物纤维在紫外光照射后发生了明显的交联反应。
参见图3，由图3a)可见，所得纤维的直径均匀；由图3b)可见，所得纤维的空心均匀完整，直径仅15μm，壳层厚度约为6μm，说明本发明提供的方法能较好的控制纤维直径，避免芯型残缺等问题。而且所得纤维内部壁厚均匀。
实施例2
(1)将含乙烯基的聚硼硅氮烷纤维(黄酮含量为5wt％)置于退丝机，退丝速度为0.01m/h；
(2)将聚合物纤维连续通过1m紫外光通道；
(3)再通过中温管式炉，温度为500℃，进一步通过高温管式炉，温度为 1200℃；
(4)收丝卷绕即得到空心硅硼碳氮纤维，空心纤维直径16μm，壳层厚度为5μm。其中紫外光通道中，紫外光功率600w，波长为198nm。
实施例3
(1)将聚甲基乙烯基硅氮烷纤维(卟啉含量为3wt％)置于退丝机，退丝速度为0.05m/h；
(2)将聚合物纤维连续通过1m紫外光通道；
(3)再通过中温管式炉，温度为700℃，进一步通过高温管式炉，温度为 1350℃；
(4)收丝卷绕即得到空心陶瓷纤维，空心纤维直径30μm，壳层厚度为12μm。其中紫外光通道中，紫外光功率600w，波长为198nm。
本领域技术人员将清楚本发明的范围不限制于以上讨论的示例，有可能对其进行若干改变和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管己经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但这样的说明和描述仅是说明或示意性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。
通过对附图，说明书和权利要求书的研究，在实施本发明时本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变形。在权利要求书中，术语“包括”不排除其他步骤或元素，而不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中引用的某些措施的事实不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何参考标记不构成对本发明的范围的限制。

Claims (8)

1.一种空心陶瓷纤维制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对具有紫外光活性的聚合物纤维进行表面交联化处理，得到表面交联纤维；
2)对所述表面交联纤维进行表面陶瓷化，得到所述空心陶瓷纤维；
所述聚合物纤维：以含有乙烯基的有机硅聚合物与所述含有乙烯基的有机硅聚合物的质量分数1％～5％的添加剂为原料，通过熔融纺丝得到，所述添加剂为卟啉或黄酮。
2.根据权利要求1所述的空心陶瓷纤维制备方法，其特征在于，所述聚合物纤维通过所述紫外光的速度为0.01～0.1m/h。
3.根据权利要求2所述的空心陶瓷纤维制备方法，其特征在于，所述表面陶瓷化为：先以0.01～0.1m/h的速度经过500～800℃的中温管式炉，之后以0.01～0.1m/h的速度经过1200～1500℃的高温管式炉。
4.根据权利要求1～3中任意项所述的空心陶瓷纤维制备方法，其特征在于，所述表面交联化处理参数：紫外光功率600w，紫外光波长为198nm。
5.一种如权利要求1～4中任意项所述的空心陶瓷纤维制备方法用制备装置，其特征在于，包括：依序纤维连接的退丝机、紫外光通道、中温管式炉、高温管式炉和收丝机，聚合物纤维缠绕于所述退丝机上，所述聚合物纤维依序通过所述紫外光通道、所述中温管式炉、所述高温管式炉后，缠绕于所述收丝机上。
6.根据权利要求5所述的空心陶瓷纤维制备装置，其特征在于，所述紫外光辐照通道包括：多个紫外光灯管和不锈钢圆筒，所述紫外光灯管相互间隔地平行固定于所述不锈钢圆筒内壁上。
7.根据权利要求6所述的空心陶瓷纤维制备装置，其特征在于，所述紫外光灯管为6～10根。
8.根据权利要求6所述的空心陶瓷纤维制备装置，其特征在于，所述紫外光灯管长度为1～3米。
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