[发明专利]一种皮芯结构气凝胶复合纤维、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种皮芯结构气凝胶复合纤维、其制备方法及应用。所述制备方法包括：使气凝胶颗粒与聚合物材料通过皮芯复合纺丝法，即气凝胶颗粒与熔融状态的聚合物材料通过导管结构或狭缝结构于喷丝孔末端进行同步复合，同步进行拉丝、冷却，形成皮芯结构气凝胶复合纤维，所述皮芯结构气凝胶复合纤维包括：包含气凝胶颗粒的芯，以及，包覆所述芯的皮层，所述皮层包含聚合物材料。本发明的制备方法具备生产技术简单、气凝胶‑聚合物复合均匀、气凝胶结构保存完整、生产设备成熟等优点，所获皮芯结构气凝胶复合纤维具备优异的隔热性能、保温效果、隔音性能、吸附过滤性能、热稳定性、无尘及经济环保等特点，在服装、家纺、工业保温、吸附过滤等领域具有巨大应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种气凝胶复合纤维的制备方法，特别涉及一种皮芯结构聚合物-气凝胶复合纤维及其制备方法，以及其在合成保温复合纤维、合成复合纤维制品中的应用，属于合成纤维制备技术领域。

背景技术

气凝胶被称为“蓝烟”或“固态烟”，是一种超轻、多孔的新型纳米材料，具有高比表面积、高孔隙率、低密度、超高绝热性能、超低介电常数以及低折射系数等优异性能，在隔热保温、节能环保、石油化工、药物释放、航空航天等领域具有广阔的应用前景。当前市场气凝胶逐渐走出军用，在工业及民用市场日渐成熟，其产品应用形态也丰富多样，包括气凝胶颗粒、气凝胶毡、气凝胶布、气凝胶膜、气凝胶涂料、气凝胶纤维及气凝胶板等。其中气凝胶纤维是气凝胶众多产品形态中最具应用活性的产品形态，可进一步加工成气凝胶布、气凝胶毡、气凝胶线、气凝胶棒等，具有巨大应用潜能。同时气凝胶纤维制备技术也是最为不成熟，如何保证纤维本身的柔韧性及可加工性的同时，继承气凝胶的优异特性并解决相关副作用，成为气凝胶从业人员的研究难点。

当前气凝胶纤维仍停留在科学研究阶段，其工艺技术主要有三种：

1)采用原位复合制备气凝胶毡工艺，将纤维浸渍于溶胶中，再凝胶老化，经过置换、改性、超临界干燥等工序获得气凝胶复合纤维。但此方法获得气凝胶纤维性能较差且掉粉严重，不利于进一步加工成型，同时掉粉使得其性能并不稳定。

2)采用有机气凝胶制备工艺，将有机溶胶经过静电纺丝等工序拉丝，在一定条件下凝胶，形成气凝胶纤维凝胶；再通过改性、干燥工序获得有机气凝胶纤维。如孙丹丹等人(孙丹丹，聚酰亚胺气凝胶纤维及薄膜的制备[D].北京：北京航空航天大学，2013)采用此工艺成功制备出聚酰亚胺气凝胶纤维，但此工艺的过程复杂且制备出的气凝胶纤维力学性能仍待进一步提升。

3)采用熔融共混拉丝工艺，将气凝胶颗粒与聚合物材料在一定温度下熔融共混，再经过拉丝纺织工艺，形成气凝胶复合纤维；如国外专利Dempsey,Robert R..Syntheticfiber containing aerogel and polymer materials,and methods of making andarticles comprising the same[p]:WO2017087511,2017-05-26.及中国专利CN103388193A等，采用熔融共混拉丝工艺，将气凝胶与聚合物材料一定温度下熔融共混得到复合母粒，再熔融喷丝形成气凝胶复合纤维。但此工艺缺陷也较为突出，如气凝胶颗粒较轻，很难与聚合物材料混合均匀；一般聚合物与气凝胶极性相当，聚合物熔融时很容易进入气凝胶孔洞内，导致气凝胶失效等问题。

因此，鉴于现存聚合物-气凝胶复合纤维产品问题及制备工艺存在的技术问题，开发一种高效、简单且有效的气凝胶复合纤维制备工艺较为迫切。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种皮芯结构气凝胶复合纤维及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的又一目的在于提供前述皮芯结构气凝胶复合纤维的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种皮芯结构气凝胶复合纤维的制备方法，其包括：