皮芯双组分纤维法制备连续碳化硅纤维的生产工艺

摘要

涉及一种制备连续SiC纤维的生产工艺。首先将高分子聚合物溶解在溶剂中制成皮液，然后将分散剂、高分子聚合物、SiC粉末、烧结助剂溶解或分散在溶剂中制成芯液。将皮液和芯液在压力下从皮芯复合喷丝组件的微孔挤出，皮液包覆在芯液的外部。用湿法或干法使液流线固化，所得纤维经拉伸和干燥后卷绕得原纤维。其芯部是由高分子粘结起来的陶瓷粉末，皮部是纯高分子。原纤维在空气中低温氧化处理，在高纯度Ar气氛下高温烧结获得芯部为SiC纤维而皮部为碳纤维的连续纤维。最后氧化去除表皮的碳，得连续的烧结SiC纤维。其纤维直径可降到20μm以下，化学成分接近计量纯的SiC，α-SiC的含量高于90％，相对密度可高达98％以上。

主权项

1、皮芯双组分纤维法制备连续碳化硅纤维的生产工艺，其特征在于工艺步骤如下：1)将高分子材料溶解在溶剂中制成皮液，所说的高分子为高分子聚合物聚丙烯腈PAN或粘胶，PAN的分子量Mw＝35000～95000，所说的溶剂为二甲基酰胺DMF或二甲基乙酰胺DMA或二甲基亚砜DMSO，当高分子聚合物为PAN时，皮液中PAN浓度为14％～35％，当高分子聚合物为粘胶时，粘胶的落球粘度为30～350s，NaOH含量为4％～7％，熟成度为6～10ml 10％NH4Cl；2)配制芯液，将分散剂溶解于芯部高分子聚合物所用的溶剂中，再加入SiC粉末和烧结助剂并球磨成陶瓷浆料，然后将芯液用高分子溶液加入到陶瓷浆料中，继续球磨获得均匀的芯液；所说的分散剂为NP-10、JA-28；烧结助剂为B粉末或Al2O3和Y2O3的混合粉末，Al2O3和Y2O3的重量比为1/(0.5～1.5)；如果皮液选用PAN，芯液的高分子溶液中高分子为分子量在15000～22000间的PAN或醋酸纤维素，溶剂为DMF、DMA或DMSO，高分子溶液浓度为5％～25％；如皮液高分子聚合物为粘胶，芯液的高分子溶液中高分子聚合物为粘胶、聚乙烯醇PVA或聚醋酸乙烯PVAC，溶剂为水，高分子溶液浓度为5％～25％；芯液中分散剂的重量为芯部SiC粉末重量的1％，B粉末的重量为SiC粉末重量的0.2％～0.8％，Al2O3和Y2O3的混合粉末重量为SiC粉末重量的5％～20％，高分子聚合物的重量为SiC粉末重量的5％～15％，芯液中固体的含量占溶液总重量的40％～70％；3)将配制好的皮液和芯液在分别通过纺丝计量泵后，用烛状过滤器过滤，然后将过滤后的皮液和芯液通过皮芯复合喷丝组件进行纺丝，纺丝时皮液的温度为30～50℃，芯液的温度为30～100℃，纺丝压力为0.2～20Mpa；喷丝板的孔径小于1mm，喷丝板的孔数为1～200；4)从喷丝组件挤压出来的液流线采用湿纺或干纺制备成原纤维；5)将原纤维在200～230℃空气中加热10～60min进行低温氧化处理，低温处理时，纤维在管式炉中连续运行，进给罗拉速度为0.01～0.2m/min，卷绕罗拉速度比进给罗拉速度高1％～5％；6)氧化处理后的纤维进入高温管式炉中进行连续烧结，炉管内通Ar气，炉管两端汞封，炉管内的高温温度区为1850～2250℃，纤维通过高温区的时间为5～60min，进给罗拉速度0.001～0.05m/min，卷绕罗拉速度比进给罗拉速度低10％～20％；7)烧结后的纤维经空气加热氧化去除外部的碳纤维层获得连续的SiC纤维，去碳氧化温度为550～750℃，时间为20～60min。