[发明专利]聚酰亚胺气凝胶纤维及其制备方法

说明书

本发明提供一种聚酰亚胺气凝胶纤维及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤S1，提供聚酰胺酸溶液；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进行纺丝，得到聚酰胺酸凝胶纤维；步骤S4，将所述聚酰胺酸凝胶纤维进行亚酰胺化，得到聚酰亚胺凝胶纤维；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。

技术领域

本发明涉及纤维材料的制备技术领域，具体涉及聚酰胺气凝胶纤维及其制备方法。

背景技术

纤维材料历史悠久，从几千年前人类开始使用的棉麻等天然纤维，到19世纪诞生的合成纤维，经过了近百年的发展。目前，人类生活生产的各个领域广泛应用各种人工合成的纤维，例如，日常服饰布料用的纤维，工业上用于过滤和高强度应用的纤维，芯片和和电子器件上使用的智能纤维，等等。与天然纤维相比，合成纤维在性能、强度、精密度等方面有质的飞跃，但在保温性能方面尚未取得太大的进展。随着人们生活水平的提高和生产水平的改进，急需一种新型的简易、可纺织的具有良好保温效果的纤维材料来满足人们对服饰保暖以及工业保暖方面的需求。

气凝胶材料由于其特殊的多孔网络结构而具有热导率低，密度小等特点，自诞生以来一直备受关注。经过几十年的发展，气凝胶材料已经从最初的二氧化硅气凝胶发展成为拥有多种种类的庞大材料家族，其中包括石墨烯气凝胶、纤维素气凝胶、金属气凝胶、碳气凝胶、聚酰亚胺气凝胶等。目前市场上的气凝胶粘板、气凝胶板等也广泛应用于工业保温，航空航天等领域。尽管与天然纤维材料如棉麻相比，气凝胶材料具有更好的保温效果，但气凝胶材料大多为粉状、块状或片状，其可纺性较差，这限制了其在服饰等领域的更好应用。因此，如何将气凝胶材料制备成可纺织的气凝胶纤维将成为气凝胶材料在保温隔热领域中更广泛应用的重要因素。

在众多材料中，聚酰亚胺被称为综合性能最高的有机高分子材料之一。聚酰亚胺可以通过纺丝技术形成纤维，例如，被广泛应用于膜分离领域的中空聚酰亚胺纤维。尽管聚酰亚胺纤维具有良好的机械性能和防火性能，但传统纺织的聚酰亚胺纤维不具有类似气凝胶拥有的典型的三维网络结构。因此，亟待开发一种可纺织的聚酰亚胺气凝胶纤维。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种聚酰亚胺气凝胶纤维及其制备方法。与现有聚酰亚胺气凝胶纤维相比，该聚酰亚胺气凝胶纤维通过引入交联剂使其具有分子尺度的三维网络结构，从而赋予其较低的热导率和良好的透气性，良好的机械性能和可纺性。

本发明还提供一种聚酰亚胺气凝胶纤维的制备方法。与现有工艺相比，本工艺简单，反应条件温和，反应时间短，反应过程不需要外加能量。且反应原料和反应产物污染小，反应原料商业易得。工艺流程可连续，可用于连续大规模生产。

本发明包括如下两个方面：

第一方面，本发明提供一种聚酰亚胺气凝胶纤维，其特征在于，其具有由聚酰亚胺纳米纤维相互交联形成三维网络结构，所述聚酰亚胺气凝胶纤维的纤度为0.07-7D，密度为80-150mg/cm³，导热率为0.015W/m·K—0.025W/m·K，所述三维网络结构的孔径尺寸为50-200nm。

第二方面，本发明提供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；

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进行纺丝，得到聚酰胺酸凝胶纤维；

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来确保三维网络结构不坍塌，得到所述聚酰亚胺气凝胶纤维。