氮化物纤维的浸润剂及其涂覆方法技术

本发明专利技术公开了一种连续氮化物陶瓷纤维用浸润剂及其涂覆方法，该连续氮化物陶瓷纤维用浸润剂，由硅溶胶集束剂和聚氨酯上浆剂组成。通过两步法先涂硅溶胶再涂聚氨酯，一方面通过纳米尺寸的硅溶胶填补纤维表面缺陷和纳米孔隙，解决了纤维上浆时吸附量大的问题，另一方面通过硅溶胶在纤维表面成膜，改变了纤维表面化学结构，可降低束丝强度的离散性，有利于后续编织，还可有效改善连续纤维的外观、柔韧性以及毛丝现象。

The wetting agent of nitride fiber and its coating method

The invention discloses a continuous nitrides ceramic fiber wetting agent and a coating method. The continuous nitride ceramic fiber is composed of silica sol cluster agent and polyurethane sizing agent. By two steps first coated with silica sol and then coated with polyurethane, a silica sol nano fiber surface defect and nano pore filling, solves the problem of large amount of adsorption fiber sizing, on the other hand through the silica sol form film on the surface of the fiber, change the chemical structure of the fiber surface, can reduce the discreteness of yarn strength the following is conducive to weaving, also can effectively improve the continuous fiber appearance, flexibility and fuzz phenomenon.

【技术实现步骤摘要】
氮化物纤维的浸润剂及其涂覆方法
本专利技术涉及连续陶瓷纤维的浸润剂及其涂覆方法，尤其是涉及一种氮化物纤维的浸润剂及其涂覆方法。
技术介绍
耐高温陶瓷纤维材料具有耐高温、高强度、高模量、抗蠕变、抗烧蚀、抗氧化、透波、吸波等性能，耐高温氮化物陶瓷纤维具有耐高温透波性能，其在近空间飞行器、航天飞行器、战略武器等航空航天方面具有重要作用。氮化物陶瓷纤维主要通过有机聚合物先驱体转化法制得，其原理是合成含有目标陶瓷元素组成，并且具有良好的可纺性、陶瓷产率高的前躯体聚合物，然后通过纺丝制备成有机纤维，再通过化学反应使其交联成为立体网状结构的热固性纤维，最后高温裂解、高温陶瓷化处理得到陶瓷纤维。目前，氮化物陶瓷纤维在批量化生产和实际应用中存在的主要问题有：(1)制备过程中束丝比较松散，且有较多的毛丝和断丝，严重影响了纤维的连续化生产；(2)束丝强度较低，而且随着束丝长度的增加，强度明显下降；(3)纤维表面缺陷较多，在编制、成型复合材料等实际应用过程中易造成严重的纤维损伤。这些问题很大程度上限制了氮化物纤维的应用，浸润剂在连续纤维制备和编织应用中具有十分重要的作用，也被称为上浆剂、上胶剂等。通过合适的上浆处理，可以有效地收拢束丝，弥补纤维表面缺陷，从而提高纤维的束丝强度和实用性能。特别是在连续纤维增强的树脂基复合材料领域，国内外在碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的浸润剂方面开展了广泛的研究，对上述纤维的性能提升和广泛应用奠定了重要的技术基础。比如在碳纤维的浸润剂方面，浸润剂的配方、交联试剂、涂覆方法以及测试方法等均进行了大量的、卓有成效的工作，可以参见如下文献：Theroleofsizingresins,couplingagentsandtheirblendsontheformationoftheinterphaseinglassfibercomposites.Polymer，1998(39)，2607-2613；SurfaceandwettabilitypropertyanalysisofCCF300carbonfiberswithdifferentsizingorwithoutsizing.MaterialsandDesign2011(32):941–946；碳纤维用上胶剂的研究，纤维复合材料，2001(3)：3-4；碳纤维浸润剂含量测定方法的研究.玻璃纤维，2014(3):17-21。有关碳纤维上浆装置也有公开专利，如申请号CN201621290872.7、CN201520973857.1的专利。比如在玻璃纤维方面，国内外从浸润剂配制工艺，拉丝工艺以及配方对可编织性、复合材料材料性能方面开展了系统研究，参考文献如下：上浆剂对玻璃纤维纱线可编织性的影响研究，东华大学学报(自然科学版)，2004(32):96-99；浸润剂技术与玻璃纤维及玻璃钢制品之间的关系I/II，玻璃纤维，2003(3-4)：21-24；Environmentalresistanceandmechanicalperformanceofalkali-resistantglassfiberswithsurfacesizings,JournalofNon-CrystallineSolids，2003(325):230–241。特别是开发了适应于不同基体或用途的浸润剂，可参考相关专利(申请号CN201710165873.1、CN201611115209.8、CN201610963045.8等)。美国麦可门公司研发和制造了多品种的玻璃纤维浸润剂，荷兰帝斯曼集团开始在上海生产玻璃纤维浸润剂。浸润剂对连续陶瓷纤维的作用主要有两个方面：一是减少成品纤维在包装、运输、编织等过程的磨损，二是提高连续纤维的可编织性能，适应于各种编织方式。因此，陶瓷纤维对浸润剂有其特殊的要求，完全不同于碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等浸润剂。碳化硅纤维表面存在富碳层，一般的固态树脂都可以用作浸润剂的组分，而氮化硅纤维的表层存在较多的氮化物和氧化物，以及纳米级的孔洞，使用通常浸润剂则导致集束过紧，束丝柔性差，易脆断。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，依据氮化物纤维的表面特性，提供一种氮化物纤维用的双组分浸润剂及其分步涂覆方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种氮化物纤维的浸润剂，包含硅溶胶集束剂和聚氨酯上浆剂；所述硅溶胶集束剂是为增强合成纤维集束性，提高其纤度和强度，而在纺丝油剂中所加的表面活性剂，优选的，尺寸在50nm以下的硅溶胶粒子分散在无水乙醇中制成的，硅溶胶在无水乙醇中的浓度范围为0.1～1wt％；优选的，硅溶胶在无水乙醇中的分散方式为超声分散；选择所述硅溶胶作为集束剂，是由于硅溶胶的分散性和渗透性好，易于渗入束丝内部，同时硅溶胶无色透明，介电常数低，不会显著影响氮化物纤维的外观和介电性能；所述聚氨酯上浆剂，是一种或者多种能成膜的高分子物质，其作用就是制成整理浆浸轧在织物上，使之附着在织物表面，干燥后形成皮膜将织物表面包裹，从而赋予织物平滑、厚实、丰满、硬挺的手感；优选聚氨酯水溶液，由水溶性聚氨酯分散于水中制成，聚氨酯在水中的浓度范围为0.5～2wt％；选择聚氨酯水溶液作为上浆剂，是因为聚氨酯的包覆性好、已固化，且避免了“热粘冷脆”的缺点，涂覆后纤维耐折耐磨，更加适应于复杂编织和机器编织；优选的，水溶性聚氨酯在水中的分散方式为超声分散；优选的，水溶性聚氨酯分散于去离子水中。上述所选用各材料均为化学纯，纯度>95％，金属含量低于100ppm，均通过市场购买途径获得。本专利技术还提供一种氮化物纤维用浸润剂的涂覆方法，包括以下步骤：S1，配置硅溶胶，装入储罐；配置聚氨酯水溶液，装入浆槽；所述硅溶胶集束剂优选尺寸在50nm以下，浓度范围为0.1～1wt％的硅溶胶粒子分散在无水乙醇中；优选的，硅溶胶在无水乙醇中的分散方式为超声分散；所述聚氨酯水溶液，由水溶性聚氨酯分散于水中制成，优选聚氨酯在水中的浓度范围为0.5～2wt％；优选的，水溶性聚氨酯在水中的分散方式为超声分散；优选的，水溶性聚氨酯分散于去离子水中；S2，以硅溶胶为集束剂，将氮化物纤维束丝穿过浸胶孔，然后通过烘道I烘干，保证连续涂覆过程的一致性，烘道I的温度范围为80～120℃；进一步的，为使新鲜的浸润剂不断流入浸胶孔，避免浓度变化对涂覆效果的影响，两个浸胶孔位于圆筒形不锈钢外壁，以120度角对称分布在前后两侧，均处于纤维走丝直线上；优选的，浸胶孔的直径为4-7mm，优选5mm；S3经步骤S2得到的氮化物纤维束丝，以聚氨酯水溶液为上浆剂，采用浸胶槽浸胶，拉丝浸胶后，经过烘道Ⅱ烘干，即完成上浆剂涂覆，烘道Ⅱ的温度范围为150～250℃；更进一步，综合考虑时间效率和纤维拉伸强度因素，优选的，步骤S2和步骤S3中，氮化硅纤维的拉丝速度范围为0.5～2m/min。本专利技术通过两步法先涂硅溶胶再涂聚氨酯，一方面通过纳米尺寸的硅溶胶填补纤维表面缺陷和纳米孔隙，解决了纤维上浆时吸附量大的问题，另一方面通过硅溶胶在纤维表面成膜，改变了纤维表面化学结构，避免直接用水相浸润剂时集束过紧过硬的问题。本专利技术可以应用于氮化物纤维的浸润与涂覆，如氮化硅纤维、氮化硼纤维、SiBN纤维等，采用本专利技术制备的浸润剂和两本文档来自技高网...

【技术保护点】
氮化物纤维的浸润剂，其特征在于：包含硅溶胶集束剂和聚氨酯上浆剂，所述硅溶胶集束剂是尺寸在50nm以下的硅溶胶粒子分散在无水乙醇中制成，硅溶胶在无水乙醇中的浓度范围为0.1～1wt％；所述聚氨酯上浆剂，是聚氨酯水溶液，由水溶性聚氨酯分散于水中制成，聚氨酯在水中的浓度范围为0.5～2wt％。

【技术特征摘要】
1.氮化物纤维的浸润剂，其特征在于：包含硅溶胶集束剂和聚氨酯上浆剂，所述硅溶胶集束剂是尺寸在50nm以下的硅溶胶粒子分散在无水乙醇中制成，硅溶胶在无水乙醇中的浓度范围为0.1～1wt％；所述聚氨酯上浆剂，是聚氨酯水溶液，由水溶性聚氨酯分散于水中制成，聚氨酯在水中的浓度范围为0.5～2wt％。2.根据权利要求1所述的氮化物纤维的浸润剂，其特征在于，硅溶胶在无水乙醇中的分散方式为超声分散；水溶性聚氨酯超声分散于去离子水中。3.一种如权利要求1或2所述的氮化物纤维的浸润剂涂覆方法，包括以下步骤：(1)配置硅溶胶，装入储罐；配置聚氨酯水溶液，装入浆槽；所述硅溶胶集束剂是尺寸在50nm以下的硅溶胶粒子分散在无水乙醇中制成，硅溶胶在无水乙醇中的浓度范围为0.1～1wt％；所述聚氨酯上浆剂，是聚氨酯水溶液，由水溶性聚氨酯分散于水中制成，聚氨酯在水中的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵长伟，王军，王浩，简科，王兵，王小宙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43