[发明专利]一种高强度纤维素/SiO2

说明书

本发明公开了一种高强度纤维素/SiO₂复合气凝胶长纤维的制备方法，属于复合材料技术领域；该复合气凝胶长纤维由纤维素纳米纤维网络和SiO₂凝胶骨架复合而成，其宏观形态呈长纤维状，其抗拉强度为2~20MPa，比表面积为300~900m²/g，热导率为0.018~0.037W/(m·K)；其制备方法为通过将发酵椰果片（本质为纤维素水凝胶）裁剪成长条状，纯化以后作为基体材料，和SiO₂溶胶复合以后，将其从比其自身直径小的锥孔中牵引出来以实现基体微观结构的二次调控，待SiO₂溶胶在纤维素基体中凝胶化以后即得到高强度、优性能纤维素/SiO₂复合气凝胶长纤维。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种高强度纤维素/SiO₂复合气凝胶长纤维的制备方法。

背景技术

气凝胶是湿凝胶经特殊的干燥处理使得凝胶骨架间的液相被气相所取代，而凝胶骨架完好地保留下来所得到的一种超多孔三维纳米材料,独特的微观结构赋予气凝胶材料以超低的密度、超大的比表面积、超高的孔隙率、超低的热导率等优异的特性，使其在隔热、储能、催化、分离、电池、航空航天等诸多领域具有良好的应用前景。

然而，气凝胶材料独特的微观结构在赋予其诸多优异性能的同时也决定了其固有的高脆性，使其难以满足实际应用的要求；从宏观形态上看，这种高脆性使得气凝胶材料更易于以零维材料（粉体和颗粒）的形式存在，而难以形成应用领域更加广泛的一维材料（纤维）、二维材料（膜和毡）及三维材料（块体）；目前，研究人员通过外物掺杂及前躯体调控等多种方法已经可以很好地改善二维及三维气凝胶材料的力学性能，而对于高强度气凝胶纤维材料的制备仍然缺乏相对有效的方法，相关报道也极少。

申请号为201511029850.5的中国专利申请公开了一种将前驱体加入到酸性凝固浴中制备SiO₂气凝胶纤维的方法，但该方法所需的凝胶陈化时间过长（两天以上），不利于实际生产，而且并没有采取有效措施来改善气凝胶的力学性能，因此所得的气凝胶纤维难有理想的强度；

申请号为201511029873.6的中国专利申请公开了一种将SiO₂前驱体和纤维素溶液的混合液注入酸性凝固浴中制备SiO₂/纤维素复合气凝胶纤维，其力学性能明显改善，但该纤维的可弯曲角度也仅有45^o左右，离实际应用需求仍有较大差距，而且陈化时间依然过长；

申请号为201711472068.X的中国专利申请公开了将SiO₂气凝胶粉体分散于聚合物溶液中，再通过静电纺丝的方法喷出纳米纤维，进而形成柔性复合气凝胶膜的方法，但该方法对气凝胶结构性能造成明显损失，如其比表面积最高也不过55m²/g。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度纤维素/SiO₂复合气凝胶长纤维的制备方法，要解决的技术问题是SiO₂气凝胶材料如何克服高脆性从而可以被加工成高强度、优性能、可编织型气凝胶长纤维，扩展气凝胶材料的应用领域。

本发明采用的技术方案如下：一种高强度纤维素/SiO₂复合气凝胶长纤维,该复合气凝胶长纤维由纤维素纳米纤维网络和SiO₂凝胶骨架复合而成，其宏观形态呈长纤维状。

进一步，该复合气凝胶长纤维的抗拉强度为2~20MPa，比表面积为300~900m²/g，热导率为0.018~0.037W/(m·K)。

上述高强度纤维素/SiO₂复合气凝胶长纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：