[发明专利]聚酰亚胺气凝胶纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种聚酰亚胺气凝胶纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，提供聚酰胺酸溶液，所述聚酰胺酸溶液由二酐单体与二胺单体以及交联剂在第一有机溶剂中聚合形成，

其中，所述二酐单体为联苯四羧酸二酐、二苯醚四羧酸二酐、苯酮四甲酸酐、双酚A型二酐中的一种或多种，

所述二胺单体为选自4,4'-二氨基二苯醚、4 ,4’-二苯醚二胺、对苯二胺、二异氰酸二苯甲烷酯、二异氰酸甲苯酯、4,4'-二氨基苯酰替苯胺、4,4’-二氨基-2,2’-二甲基-1,1’-联苯中的一种或多种，

所述交联剂选自1,3,5-三（4-氨基苯氧基）苯、三聚氰胺及其衍生物中的一种或多种，

所述第一有机溶剂为选自N-甲基吡咯烷酮，N,N-二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种；

步骤S2，对所述聚酰胺酸溶液进行可纺性处理，得到聚酰胺酸纺丝液；

步骤S3，将所述聚酰胺酸纺丝液使用喷丝头喷入凝固浴中，形成聚酰胺酸凝胶纤维，所述凝固浴为凝固剂在第二有机溶剂中形成的混合物，所述凝固剂为水，所述第二有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮，N,N-二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的任一种，所述凝固浴中，所述第二有机溶剂所占的体积比为50%以下；

步骤S4，将所述聚酰胺酸凝胶纤维进行亚酰胺化，得到具有三维网络结构的聚酰亚胺凝胶纤维；

步骤S5，将所述聚酰亚胺凝胶纤维进行溶剂置换，然后进行冷冻干燥或超临界干燥，得到所述聚酰亚胺气凝胶纤维。

2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸溶液中，聚酰胺酸的质量浓度为15-20 wt%，所述二酐单体、二胺单体和交联剂摩尔比为 (n+1)/n/m，其中n值为10~20，m值为0.5-1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的可纺性处理包括：

步骤S21，将所述聚酰胺酸溶液进行真空脱泡处理；

步骤S22，将脱泡后的所述聚酰胺酸溶液冰水浴以防止凝胶化。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸纺丝液经过计量泵和所述喷丝头，采用湿法纺丝直接喷入所述凝固浴中，形成实心的所述聚酰胺酸凝胶纤维；

或者，所述聚酰胺酸纺丝液经过计量泵和中空纤维喷丝头，采用干湿法纺丝，经过2~5cm气隙后喷入所述凝固浴中，形成中空的所述聚酰胺酸凝胶纤维。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述亚酰胺化通过化学处理或热处理进行，

其中，所述化学处理包括将用清水洗净的所述聚酰胺酸凝胶纤维浸泡在乙酸酐/吡啶的体积比为1:1的溶液中24-48小时，

所述热处理包括将清水洗净的所述聚酰胺酸凝胶纤维加热至300~350℃进行所述亚酰胺化。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，

所述溶剂置换采用乙醇进行多次置换，乙醇：所述聚酰亚胺凝胶纤维的体积比为5~15：1，

此后进行超临界干燥，所述超临界干燥过程中使用超临界流体为超临界CO₂，压力设定为8.5~9 MPa之间，干燥釜温度为40~50 ℃，干燥时间12~24 h，得到所述聚酰亚胺气凝胶纤维。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，

所述溶剂置换采用叔丁醇和水的混合溶液进行多次置换，所述叔丁醇和水的混合溶液中叔丁醇与水的体积比为2:3，所述混合溶液：所述聚酰亚胺凝胶纤维的体积比为5~15：1，

此后进行冷冻干燥，所述冷冻干燥过程中温度为-50 ~-30℃，压强为30~50 Pa，干燥时间24~36 h。

8.一种聚酰亚胺气凝胶纤维，其特征在于，根据权利要求1至7任一项的制备方法制备得到，其具有由聚酰亚胺纳米纤维相互交联形成的三维网络结构，所述聚酰亚胺气凝胶纤维的纤度为0.07-7 D，密度为80-150 mg/cm³，导热率为0.015 W/m•K—0.025 W/m•K，所述三维网络结构的孔径尺寸为50-200 nm。