[发明专利]一种可控微结构的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种可控微结构的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将聚酰亚胺制成纳米纤维分散溶液；步骤2：对所述纳米纤维分散溶液进行冷冻结晶以制造微构型，得到纳米纤维分散溶液结晶相；步骤3：去除所述纳米纤维分散溶液结晶相的冰晶，得到未交联的纳米纤维骨架；步骤4：加热所述未交联的纳米纤维骨架以稳定构型，得到聚酰亚胺纳米纤维气凝胶。通过控制冷冻速度、温度梯度的手段，来定向控制溶剂冷冻成核，从而控制聚酰亚胺纳米纤维的骨架搭建，决定材料的宏观功能特性。该方法相比传统的方法，方法简便，便于控制工艺参数，可提高操作效率和产品成功率。

技术领域

本发明涉及新材料新工艺领域，具体涉及一种可控微结构的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的制备方法。

背景技术

目前制备聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的技术主要以超临界法为主。超临界法通过前驱体的溶胶-凝胶化过程，直接影响凝胶三维网络的组成与结构，在很大程度上决定了材料的性能及功能，这种高交联密度的纳米网络虽然导热率大幅降低，但不利于应力分散，加之无机材料本体刚而脆的特征，使得此类气凝胶难以成型加工，使用过程中易于破裂。而调控材料微观上的空间分布手段主要是依靠化学合成的方法，此方法过程复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可控微结构的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种可控微结构的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将聚酰亚胺制成纳米纤维分散溶液；步骤2：对所述纳米纤维分散溶液进行冷冻结晶以制造微构型，得到纳米纤维分散溶液结晶相；步骤3：去除所述纳米纤维分散溶液结晶相的冰晶，得到未交联的纳米纤维骨架；步骤4：加热所述未交联的纳米纤维骨架以稳定构型，得到聚酰亚胺纳米纤维气凝胶。

本发明的有益效果是：通过控制冷冻速度、温度梯度的手段，来定向控制溶剂冷冻成核，从而控制聚酰亚胺纳米纤维的骨架搭建，决定材料的宏观功能特性。该方法相比传统的方法，方法简便，便于控制工艺参数，可提高操作效率和产品成功率。所制备的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶具有轻质、高弹和低温下保持回弹性的特性。克服传统制备方法需要凝胶化和溶剂置换或者其他化学催化手段进行气凝胶微结构调控的复杂方法，通过局部或者全局制冷，控制冷冻速率，制冷循环对聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的微观孔结构进行精细调控。克服了目前基于溶胶凝胶法制备得的材料力学强度低、脆性、易破碎的缺点；以及基于冷冻、冻干的工艺方法缺乏可控调节的能力，不能有效调节材料微观构型，制备手段受限，材料内部易产生由于收缩不均引起的缺陷。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述步骤1中，所述纳米纤维分散溶液的制备方法为对聚酰亚胺剪切后置于溶剂中进行超声分散得到均质纳米纤维分散溶液，所述均质纳米纤维分散溶液的浓度为8g/L-400g/L。

采用上述进一步方案的有益效果是聚酰亚胺制成纳米纤维在溶剂中物理均质分布，使其分散。

进一步，所述超声分散的时间为0.5-3小时，所述溶剂为1，4-二氧六环或苯酚。

采用上述进一步方案的有益效果是合适的时间得到更均质的溶液；上述溶剂采用本发明方法效果突出。

进一步，所述步骤2中，所述冷冻结晶过程为所述纳米纤维分散溶液置于具有温度梯度的环境，得到具温度梯度样品，再进行冷冻结晶，得到所述纳米纤维分散溶液结晶相。

采用上述进一步方案的有益效果是通过控制冷冻速度、温度梯度的手段，来定向控制溶剂冷冻成核，从而控制聚酰亚胺纳米纤维的骨架搭建，决定材料的宏观功能特性。

进一步，所述温度梯度的温度范围为4-20℃，所述温度梯度为2℃/cm，置于所述具有温度梯度环境的时间为30min-1h；所述冷冻结晶的温度为-120℃ˉ10℃，所述冷冻结晶的时间为0.5-1h。