CN112779631A - 柔性碳化硅纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性碳化硅纤维及其制备方法，其中，该方法包括：将高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷按照质量比为(0.5～30)：100：(0.5～40)进行混合，并将得到的纺丝前驱体混合溶液进行纺丝，然后将纺丝得到的含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理，最后将经过不熔化处理的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解，以便得到柔性碳化硅纤维。采用该方法来制备柔性碳化硅纤维，不仅制备方法简单，效率高，成本低，而且制备得到的碳化硅纤维具有较小的直径和良好的柔性，以及优异的耐火性能和良好的耐高温性能，在高温隔热、高温空气过滤、电磁波吸收、复合材料增强等领域有着广阔的应用前景。

Description

柔性碳化硅纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种柔性碳化硅纤维及其制备方法。

背景技术

由于碳化硅具有优异的化学惰性、高温稳定性、低热膨胀系数等特性，碳化硅材料在高温隔热、电磁波吸收、复合材料增强等领域表现出巨大的应用前景。然而，碳化硅材料的脆性极大限制了它的应用。开发一维的碳化硅纤维是解决碳化硅材料脆性的有效方法。当前制备碳化硅纤维的方法包括化学气相沉积、碳热还原法、粉末烧结法、静电纺丝法等。这些方法制备碳化硅纤维还存在工艺复杂、制备效率低、纤维直径大、柔性差等问题。

因而，现有的碳化硅纤维制备技术有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种柔性碳化硅纤维及其制备方法，采用该方法来制备柔性碳化硅纤维，不仅制备方法简单，效率高，成本低，而且制备得到的碳化硅纤维具有较小的直径和良好的柔性，以及优异的耐火性能和良好的耐高温性能，在高温隔热、高温空气过滤、电磁波吸收、复合材料增强等领域有着广阔的应用前景。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备柔性碳化硅纤维的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷按照质量比为(0.5～30)：100：(0.5～40)进行混合，以便得到纺丝前驱体混合溶液；

(2)将所述纺丝前驱体混合溶液进行纺丝，以便得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；

(3)将所述含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理，使得所述复合纤维材料中聚碳硅烷发生交联；

(4)将步骤(3)得到的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解，以便得到柔性碳化硅纤维。

根据本发明实施例的制备柔性碳化硅纤维的方法，通过将高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷按照上述比例进行混合，由于聚碳硅烷分子量小，粘度低，不利于后续进行纺丝，而添加高分子材料可以提高其粘度，从而可以起到辅助纺丝的作用，且可以通过改变纺丝前驱体混合溶液中高分子材料的添加量来调节碳化硅纤维的直径，以便后续得到具有较小纤维直径和良好柔性的碳化硅纤维材料；然后将上述得到的纺丝前驱体混合溶液进行纺丝，可以得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；并且将上述复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理，可以使聚碳硅烷的分子通过氧化发生交联，从而在后续高温热解处理过程中保持纤维状态，若不经不熔化处理，而直接在惰性气氛下高温热解，则复合纤维材料容易发生相互黏连，以至熔融，失去纤维状态；最后将上述不熔化处理后的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解，聚碳硅烷发生裂解生成碳化硅，从而得到柔性碳化硅纤维。由此，采用本申请的方法来制备柔性碳化硅纤维，相对于传统工艺的化学气相沉积、碳热还原法和粉末烧结法，不仅制备方法简单，效率高，成本低，而且制备得到的柔性碳化硅纤维具有较小的直径和良好的柔性。同时，上述柔性碳化硅纤维还具有优异的耐火性能和良好的耐高温性能，在高温隔热、高温空气过滤、电磁波吸收、复合材料增强等领域有着广阔的应用前景。

另外，根据本发明上述实施例的制备柔性碳化硅纤维的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述高分子材料包括聚苯乙烯、聚己内酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯中的至少之一。由此，可以调节纺丝前驱体混合溶液的粘度，有利于后续进行纺丝。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述有机溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、丙酮、乙醇、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、正己烷、乙腈、1,1,1-三氯乙烷、丙烯酸甲酯、苯中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述纺丝前驱体混合溶液的粘度为0.2～100Pa·s。由此，有利于后续进行纺丝。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，采用溶液喷射纺丝技术将所述纺丝前驱体混合溶液用压缩空气从喷丝口喷出进行所述纺丝，并采用接收器接收所述含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料。由此，与传统工艺的静电纺丝技术相比，溶液喷射纺丝设备简单，不需要高压电场，对接收器也没有特殊要求，并且纺丝效率更高，从而可以实现高效、低成本地制备柔性碳化硅纤维。

在本发明的一些实施例中，所述纺丝前驱体混合溶液的挤出速度为0.2～20mL/h，所述喷丝口与所述接收器之间的距离为20～100cm，所述压缩空气的气流流速为1～50m/s。由此，可以得到具有较小纤维直径和良好柔性的碳化硅纤维材料。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述不熔化处理的条件包括：在空气气氛中以0.1～5℃/min的速度从室温升高到170～220℃，保温1～24h，然后降至室温。由此，可以将聚碳硅烷的分子通过氧化使其交联，从而在后续高温热解处理过程中保持纤维状态。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述高温热解的条件包括：在惰性气氛中以0.1～10℃/min的速度从室温升高到600～2400℃，保温1～24h，然后降至室温。由此，可以得到具有较小纤维直径和良好柔性的碳化硅纤维材料。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种柔性碳化硅纤维。根据本发明的实施例，所述柔性碳化硅纤维采用上述的方法制备得到。由此，该柔性碳化硅纤维具有较小的纤维直径和良好的柔性，且具有优异的耐火性能和良好的耐高温性能，在高温隔热、高温空气过滤、电磁波吸收、复合材料增强等领域有着广阔的应用前景。

另外，根据本发明上述实施例的柔性碳化硅纤维还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述柔性碳化硅纤维的直径为0.1～20μm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制备柔性碳化硅纤维的方法流程示意图；

图2是根据实施例1的柔性碳化硅纤维的柔性展示图片；

图3是根据实施例1的柔性碳化硅纤维的SEM图像；

图4是根据实施例1的柔性碳化硅纤维的XRD图谱。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备柔性碳化硅纤维的方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：

S100：将高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷按照质量比为(0.5～30)：100：(0.5～40)进行混合

该步骤中，通过将高分子材料加入到有机溶剂中，并在室温～100℃温度条件下以50～1500rpm的转速搅拌溶解0.1～10h，即可得到高分子溶液；然后将聚碳硅烷添加到上述高分子溶液中，并在室温～100℃温度条件下以50～1500rpm的转速搅拌0.5～20h，即可得到纺丝前驱体混合溶液。需要说明的是，上述搅拌方式包括机械搅拌和磁力搅拌。发明人发现，由于聚碳硅烷分子量小，粘度低，不利于后续进行纺丝，而添加高分子材料可以提高其粘度，从而可以起到辅助纺丝的作用，并且可以通过改变纺丝前驱体混合溶液中高分子材料的添加量来调节碳化硅纤维的直径，以便后续得到具有较小纤维直径和良好柔性的碳化硅纤维材料。进一步地，上述高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷的质量比为(0.5～30)：100：(0.5～40)，优选质量比为(2～20)：100：(5～25)。发明人发现，若高分子材料的添加量过少，则溶液粘度过低，无法形成纤维；而若高分子材料的添加量过多，一则高分子材料不易于全部溶解，二则高分子溶液粘度过高，难以从喷射纺丝设备的喷丝口喷出形成纤维；同时，若有机溶剂的添加量过少，则高分子材料不易溶解且溶液粘度过高，无法通过喷射纺丝得到纤维；而若有机溶剂的添加量过多，则溶液粘度过低，无法形成纤维；另外，若聚碳硅烷的添加量过少，则最终得到的碳化硅纤维量较少；而若聚碳硅烷的添加量过多，则聚碳硅烷不能完全溶解，得不到可纺的透明纺丝溶液。由此，采用本申请的质量比一方面有助于后续进行纺丝；另一方面可以保证碳化硅纤维的产量较高。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对高分子材料和有机溶剂的具体类型进行选择，例如，高分子材料包括聚苯乙烯、聚己内酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯中的至少之一；有机溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、丙酮、乙醇、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、正己烷、乙腈、1,1,1-三氯乙烷、丙烯酸甲酯、苯中的至少之一。

进一步地，上述纺丝前驱体混合溶液的粘度为0.2～100Pa·s，优选粘度范围为0.5～30Pa·s。发明人发现，若纺丝前驱体混合溶液的粘度过小，则无法形成纤维；而若纺丝前驱体混合溶液的粘度过大，则纺丝溶液难以从喷丝口喷出形成纤维。由此，采用本申请的粘度有助于进行纺丝。

S200：将纺丝前驱体混合溶液进行纺丝

该步骤中，通过将纺丝前驱体混合溶液进行纺丝，即可得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料。优选地，采用溶液喷射纺丝技术将上述纺丝前驱体混合溶液用压缩空气从喷丝口喷出进行纺丝，并采用接收器接收上述含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料。发明人发现，与传统工艺的静电纺丝技术相比，溶液喷射纺丝设备简单，不需要高压电场，对接收器也没有特殊要求，并且纺丝效率更高，从而可以实现高效、低成本地制备柔性碳化硅纤维。

进一步地，上述纺丝前驱体混合溶液的挤出速度为0.2～20mL/h，喷丝口与接收器之间的距离为20～100cm，压缩空气的气流流速为1～50m/s。发明人发现，若纺丝前驱体混合溶液的挤出速度过低，则柔性碳化硅纤维的制备效率太低；而若纺丝前驱体混合溶液的挤出速度过高，则纺丝前驱体混合溶液不能完全得到纤维，可能会有液滴产生；同时，若喷丝口与接收器之间的距离过小，则纤维不能完全干燥，可能会有液滴产生；而若喷丝口与接收器之间的距离过大，则纤维不能很好地在接收器上沉积；另外，若压缩空气的气流流速过小，则纺丝溶液得不到充分牵伸，从而得不到纤维；而若压缩空气的气流流速过大，则纤维不能很好地在接收器上沉积，纤维会被吹飞。由此，采用本申请的纺丝条件可以进行高效纺丝，且得到的复合纤维材料具有良好的纤维状态和较小的直径。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对接收器的具体类型进行选择，例如，接收器为有孔的金属网、塑料网和无纺布中的至少之一。

S300：将含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理

该步骤中，通过将含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理，可以使聚碳硅烷的分子通过氧化发生交联，从而在后续高温热解处理过程中保持纤维状态，若不经不熔化处理，而直接在惰性气氛下高温热解，则复合纤维材料容易发生相互黏连，以至熔融，失去纤维状态。进一步地，上述不熔化处理的条件包括：在空气气氛中以0.1～5℃/min的速度从室温升高到170～220℃，保温1～24h，然后降至室温。发明人发现，若升温速度过慢，则纤维不熔化处理时间过长，效率太低；而若升温速度过快，则容易造成纤维内部局部过热，发生熔融现象；同时，若不熔化处理温度过低，则聚碳硅烷分子不能充分交联，则后续热解处理容易发生纤维熔融；而若不熔化处理温度过高，则纤维容易发生熔融现象；另外，若保温时间过短，则聚碳硅烷分子不能充分交联，后续热解处理容易发生纤维熔融；而若保温时间过长，则不熔化处理时间过长，效率太低。由此，采用本申请的不熔化处理条件可以对上述复合纤维材料进行高效不熔化处理，且可以避免纤维在不熔化处理过程或者后续热解过程中发生熔融现象。

S400：将步骤S300得到的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解

该步骤中，通过将步骤S300中经过不熔化处理后的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解，聚碳硅烷发生裂解生成碳化硅，从而得到柔性碳化硅纤维。进一步地，上述高温热解的条件包括：在惰性气氛中以0.1～10℃/min的速度从室温升高到600～2400℃，优选900～1600℃，保温1～24h，然后降至室温。发明人发现，若升温速度过慢，则纤维热解时间过长，效率太低；而若升温速度过快，则纤维热解过快，柔性变差；同时，若热解温度过低，则聚碳硅烷不能充分转化为碳化硅，且添加的高分子材料不能被充分去除；而若热解温度过高，则纤维中的晶粒过大，柔性变差；另外，若保温时间过短，则聚碳硅烷不能充分转化为碳化硅，且添加的高分子材料不能被充分去除；而若保温时间过长，则容易造成纤维中晶粒过度长大，使纤维柔性变差。由此，采用本申请的热解条件可以对不熔化处理后的复合纤维材料进行高效热解，得到具有较小纤维直径和良好柔性的碳化硅纤维材料，且可以将添加的高分子材料充分去除。需要说明的是，上述惰性气氛可以为高纯氩气和高纯氮气的至少一种。

发明人发现，通过将高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷按照上述比例进行混合，由于聚碳硅烷分子量小，粘度低，不利于后续进行纺丝，而添加高分子材料可以提高其粘度，从而可以起到辅助纺丝的作用，并且可以通过改变纺丝前驱体混合溶液中高分子材料的添加量来调节碳化硅纤维的直径，以便后续得到具有较小纤维直径和良好柔性的碳化硅纤维材料；然后将上述得到的纺丝前驱体混合溶液进行纺丝，可以得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；并且将上述复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理，可以使聚碳硅烷的分子通过氧化发生交联，从而在后续高温热解处理过程中保持纤维状态，若不经不熔化处理，而直接在惰性气氛下高温热解，则复合纤维材料容易发生相互黏连，以至熔融，失去纤维状态；最后将上述不熔化处理后的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解，聚碳硅烷发生裂解生成碳化硅，从而得到柔性碳化硅纤维。由此，采用本申请的方法来制备柔性碳化硅纤维，相对于传统工艺的化学气相沉积、碳热还原法和粉末烧结法，不仅制备方法简单，效率高，成本低，而且制备得到的柔性碳化硅纤维具有较小的直径和良好的柔性。同时，上述柔性碳化硅纤维还具有优异的耐火性能和良好的耐高温性能，在高温隔热、高温空气过滤、电磁波吸收、复合材料增强等领域有着广阔的应用前景。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种柔性碳化硅纤维。根据本发明的实施例，所述柔性碳化硅纤维采用上述的方法制备得到。由此，该柔性碳化硅纤维具有较小的直径和良好的柔性，且具有优异的耐火性能和良好的耐高温性能，在高温隔热、高温空气过滤、电磁波吸收、复合材料增强等领域有着广阔的应用前景。需要说明的是，上述针对制备柔性碳化硅纤维的方法所描述的特征和优点同样适用于该柔性碳化硅纤维，此处不再赘述。

进一步地，上述柔性碳化硅纤维的直径为0.1～20μm。由此，较小的直径使得该碳化硅纤维具有优异的柔性，解决了传统碳化硅材料脆性大的问题，从而具有良好的工业化应用前景。

下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。

实施例1

步骤1：将聚氧化乙烯和三氯甲烷按照质量比2:100进行混合，并在70℃条件下以800rpm的转速搅拌溶解0.5h，得到高分子材料与有机溶剂质量比为2：100的聚氧化乙烯溶液；然后将聚碳硅烷与上述聚氧化乙烯溶液进行混合(高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷的质量比为2：100：20)，并在70℃条件下以800rpm的转速搅拌溶解1h得到纺丝前驱体混合溶液(粘度为1.2Pa·s)；

步骤2：采用溶液喷射纺丝技术用流速为15m/s的压缩空气将纺丝前驱体溶液以12mL/h的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口60cm的金属网接收器上，得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；

步骤3：将得到的复合纤维材料进行不熔化处理，即在空气气氛下将复合纤维材料以2℃/min的速度从室温升高到200℃，保温4h，随后降至室温；

步骤4：将经过不熔化处理的复合纤维材料在氩气气氛下以2℃/min的速度从室温升高到1200℃，保温1h，得到柔性碳化硅纤维材料，其柔性展示图如图2所示，其SEM图像和XRD图谱分别如图3和图4所示。由图4可知，得到的材料为碳化硅纤维。此外，在得到的材料中还含有少量的残碳。

所得柔性碳化硅纤维的平均直径为1.6μm，且易折叠易弯曲。

实施例2

步骤1：将聚氧化乙烯、N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃按照质量比1:30:70进行混合，并在70℃条件下以1000rpm的转速搅拌溶解0.5h，得到高分子材料与有机溶剂质量比为1：100的聚氧化乙烯溶液；然后将聚碳硅烷与上述聚氧化乙烯溶液进行混合(高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷的质量比为1：100：20)，并在70℃条件下以1000rpm的转速搅拌溶解0.5h得到纺丝前驱体混合溶液(粘度为0.7Pa·s)；

步骤2：采用溶液喷射纺丝技术用流速为15m/s的压缩空气将纺丝前驱体溶液以12mL/h的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口60cm的金属网接收器上，得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；

步骤3：将得到的复合纤维材料进行不熔化处理，即在空气气氛下将复合纤维材料以2℃/min的速度从室温升高到210℃，保温4h，随后降至室温；

步骤4：将经过不熔化处理的复合纤维材料在氩气气氛下以2℃/min的速度从室温升高到800℃，保温2h，得到柔性碳化硅纤维材料。

所得柔性碳化硅纤维的平均直径为7.4μm，且易折叠易弯曲。

实施例3

步骤1：将聚乙烯吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃按照质量比10:30:70进行混合，并在70℃条件下以1000rpm的转速搅拌溶解0.5h，得到高分子材料与有机溶剂质量比为10：100的聚乙烯吡咯烷酮溶液；然后将聚碳硅烷与上述聚乙烯吡咯烷酮溶液进行混合(高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷的质量比为10：100：20)，并在70℃条件下以1000rpm的转速搅拌溶解0.5h得到纺丝前驱体混合溶液(粘度为0.9Pa·s)；

步骤2：采用溶液喷射纺丝技术用流速为15m/s的压缩空气将纺丝前驱体溶液以12mL/h的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口60cm的金属网接收器上，得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；

步骤3：将得到的复合纤维材料进行不熔化处理，即在空气气氛下将复合纤维材料以2℃/min的速度从室温升高到210℃，保温4h，随后降至室温；

步骤4：将经过不熔化处理的复合纤维材料在氩气气氛下以2℃/min的速度从室温升高到800℃，保温2h，得到柔性碳化硅纤维材料。

所得柔性碳化硅纤维的平均直径为2.7μm，且易折叠易弯曲。

实施例4

步骤1：将聚氧化乙烯和三氯甲烷按照质量比3:100进行混合，并在70℃条件下以800rpm的转速搅拌溶解0.5h，得到高分子材料与有机溶剂质量比为3：100的聚氧化乙烯溶液；然后将聚碳硅烷与上述聚氧化乙烯溶液进行混合(高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷的质量比为3：100：20)，并在70℃条件下以800rpm的转速搅拌溶解1h得到纺丝前驱体混合溶液(粘度为1.5Pa·s)；

步骤2：采用溶液喷射纺丝技术用流速为15m/s的压缩空气将纺丝前驱体溶液以12mL/h的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口60cm的金属网接收器上，得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；

步骤3：将得到的复合纤维材料进行不熔化处理，即在空气气氛下将复合纤维材料以2℃/min的速度从室温升高到200℃，保温4h，随后降至室温；

步骤4：将经过不熔化处理的复合纤维材料在氮气气氛下以2℃/min的速度从室温升高到1200℃，保温1h，得到柔性碳化硅纤维材料。

所得柔性碳化硅纤维的平均直径为2.1μm，且易折叠易弯曲。

实施例5

步骤1：将聚苯乙烯、甲苯和丙酮按照质量比10:90:10进行混合，并在70℃条件下以1000rpm的转速搅拌溶解2h，得到高分子材料与有机溶剂质量比为10：100的聚苯乙烯溶液；然后将聚碳硅烷与上述聚苯乙烯溶液进行混合(高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷的质量比为10：100：20)，并在70℃条件下以1000rpm的转速搅拌溶解0.5h得到纺丝前驱体混合溶液(粘度为1.1Pa·s)；

步骤2：采用溶液喷射纺丝技术用流速为17m/s的压缩空气将纺丝前驱体溶液以8mL/h的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口40cm的金属网接收器上，得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；

步骤3：将得到的复合纤维材料进行不熔化处理，即在空气气氛下将复合纤维材料以3℃/min的速度从室温升高到220℃，保温6h，随后降至室温；

步骤4：将经过不熔化处理的复合纤维材料在氩气气氛下以5℃/min的速度从室温升高到1200℃，保温6h，得到柔性碳化硅纤维材料。

所得柔性碳化硅纤维的平均直径为1.5μm，且易折叠易弯曲。

实施例6

步骤1：将聚己内酯、二甲基亚砜和三氯甲烷按照质量比10:10:90进行混合，并在70℃条件下以1000rpm的转速搅拌溶解0.5h，得到高分子材料与有机溶剂质量比为10：100的聚己内酯溶液；然后将聚碳硅烷与上述聚己内酯溶液进行混合(高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷的质量比为10：100：15)，并在70℃条件下以800rpm的转速搅拌溶解1h得到纺丝前驱体混合溶液(粘度为0.9Pa·s)；

步骤2：采用溶液喷射纺丝技术用流速为17m/s的压缩空气将纺丝前驱体溶液以10mL/h的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口50cm的金属网接收器上，得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；

步骤3：将得到的复合纤维材料进行不熔化处理，即在空气气氛下将复合纤维材料以4℃/min的速度从室温升高到170℃，保温8h，随后降至室温；

步骤4：将经过不熔化处理的复合纤维材料在氮气气氛下以8℃/min的速度从室温升高到1400℃，保温8h，得到柔性碳化硅纤维材料。

所得柔性碳化硅纤维的平均直径为1.7μm，且易折叠易弯曲。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制备柔性碳化硅纤维的方法，其特征在于，包括：

(1)将高分子材料、有机溶剂和聚碳硅烷按照质量比为(0.5～30)：100：(0.5～40)进行混合，以便得到纺丝前驱体混合溶液；

(2)将所述纺丝前驱体混合溶液进行纺丝，以便得到含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料；

(3)将所述含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料在空气气氛下进行不熔化处理，使得所述复合纤维材料中聚碳硅烷发生交联；

(4)将步骤(3)得到的复合纤维材料在惰性气氛下进行高温热解，以便得到柔性碳化硅纤维。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述高分子材料包括聚苯乙烯、聚己内酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯中的至少之一。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述有机溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、丙酮、乙醇、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、正己烷、乙腈、1,1,1-三氯乙烷、丙烯酸甲酯、苯中的至少之一。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述纺丝前驱体混合溶液的粘度为0.2～100Pa·s。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，采用溶液喷射纺丝技术将所述纺丝前驱体混合溶液用压缩空气从喷丝口喷出进行所述纺丝，并采用接收器接收所述含有高分子材料和聚碳硅烷的复合纤维材料。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纺丝前驱体混合溶液的挤出速度为0.2～20mL/h，所述喷丝口与所述接收器之间的距离为20～100cm，所述压缩空气的气流流速为1～50m/s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述不熔化处理的条件包括：在空气气氛中以0.1～5℃/min的速度从室温升高到170～220℃，保温1～24h，然后降至室温。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述高温热解的条件包括：在惰性气氛中以0.1～10℃/min的速度从室温升高到600～2400℃，保温1～24h，然后降至室温。

9.一种柔性碳化硅纤维，其特征在于，所述柔性碳化硅纤维采用权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的柔性碳化硅纤维，其特征在于，所述柔性碳化硅纤维的直径为0.1～20μm。

Images