[发明专利]一种气凝胶复合纤维材料及其制备方法和应用

说明书

本发明适用于复合纤维材料技术领域，提供了一种气凝胶复合纤维材料及其制备方法和应用，该气凝胶复合纤维材料的制备方法包括以下步骤：将气凝胶颗粒分散在聚合物良溶剂中后，得到气凝胶分散液；将聚合物原料溶解于聚合物良溶剂中，得到聚合物溶液；将聚合物溶液与气凝胶分散液进行混合，得到复合分散液；将复合分散液进行纺丝处理，得到所述气凝胶复合纤维材料。本发明实施例制备的具有完整保持气凝胶微观骨架的气凝胶复合纤维材料完整保持了气凝胶的保温隔热性能，并具有一定的阻燃特性和二氧化碳吸附作用，可应用于高性能织物，阻燃制品等军用、工业及民用等领域。

技术领域

本发明属于复合纤维材料技术领域，尤其涉及一种气凝胶复合纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术

气凝胶材料是一种具有典型的双连续纳米结构的多孔材料，具有低密度，高孔隙率，高比表面积，低导热系数，低折射率，高声阻抗等优点，在诸多许多具有极大的应用前景。气凝胶通常是通过纳米粒子构成刚性的三维结构，质脆，难以形成大尺寸的柔性结构或可穿戴制品，这是目前气凝胶研究中存在的普遍问题。如何确保气凝胶形成柔性结构或者复合的柔性的结构，对于拓展气凝胶的用途和规模化应用具有十分重要的意义。

实际上，气凝胶由于其较低的机械性能和挠曲性能，其通常应用于具有固定形状，无较大形变或位移的特定场所。气凝胶的这种特性限制了其在高性能纤维、织物、特种功能纤维制品等领域的应用。赋予气凝胶独特性能的双纳米结构也是造成气凝胶应用限制的主要原因，因此如何在保留气凝胶双纳米结构的前提之下增强其机械性能和挠曲性能是值得关注的研究方向。目前，为了提高气凝胶的机械性能，通常会使用长纤维毡作为增强体，该方法可有效地提高气凝胶制品的机械特性和挠曲性能，并能应用在管道保温领域。但该增强方法主要是利用纤维毡的机械性能，气凝胶颗粒位于纤维之间，并包裹在纤维外表面，在弯折过程之中，气凝胶颗粒会因为挤压而破碎，但由于纤维毡致密的网络结构，使得破碎的气凝胶颗粒不易掉出形成空腔，但在经历多次弯折后，气凝胶颗粒会逐渐细化而脱落，形成较大的空腔，降低复合材料的保温隔热性能。这也是目前传统的气凝胶/纤维复合材料所面临的最大的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种气凝胶复合纤维材料的制备方法，旨在解决背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种气凝胶复合纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：

将气凝胶颗粒分散在聚合物良溶剂中后，得到气凝胶分散液；

将聚合物原料溶解于聚合物良溶剂中，得到聚合物溶液；

将聚合物溶液与气凝胶分散液进行混合，得到复合分散液；

将复合分散液进行纺丝处理，得到所述气凝胶复合纤维材料。

作为本发明实施例的一个优选方案，所述气凝胶颗粒为二氧化硅气凝胶颗粒，在实际应用中也可根据实际需要选择如TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、SnO₂、ITO、WO₃、Fe₂O₃、CuO、ZnO、PbO_x、NdO₂、Y₂O₃等氧化物气凝胶或碳气凝胶等其它非氧化物气凝胶。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述气凝胶颗粒的平均粒径为0.8～30μm。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述聚合物原料为聚乙烯醇(PVA)、聚烯烃、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇缩甲醛、聚酰亚胺、芳纶纤维、尼龙和聚酯中的至少一种。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述聚合物良溶剂为水或四氢呋喃或其它聚合物良溶剂。