[发明专利]PI短切纤维增强柔性二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种PI短切纤维增强柔性二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法，属于高性能多孔材料技术领域。它包括聚酰亚胺纤维填充于二氧化硅气凝胶多孔结构内部，得到柔性增强的复合材料，该复合材料在压缩50％形变下可恢复至原长的60％～80％。本发明设计的制备方法以去离子水为溶剂，聚酰亚胺短切纤维为增强相，通过表面活性剂控制溶胶粘度，从而能均匀分散不同长度的短切纤维，并且优化了置换工序，制得的复合材料不仅机械性能良好，而且具备良好的隔热保温性能。

技术领域

本发明涉及气凝胶材料，属于高性能多孔材料技术领域，具体地涉及一种PI短切纤维增强柔性二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

气凝胶是一种低密度、低热导率的新型纳米多孔超级绝热材料，独特的纳米网络结构赋予了其良好的隔热保温性能。与此同时，由于气凝胶的高孔隙率、高比表面积和极小的声阻抗，相比于传统的轻质隔声材料而言，加速了声波在其孔隙中传播的能量损耗，表现出更好的隔声性能。因此气凝胶作为一种轻质隔热降噪材料具有极大的应用潜力；但是气凝胶的机械性能限制了其应用的扩展。

表面活性剂能在界面上吸附，大大降低界面张力，改变溶剂体系的界面化学性质。同时，表面活性剂也会在溶液内部自聚形成多种形式的分子有序组合体，如胶束、反胶束、囊泡和液晶等。这些分子有序组合体表现出多种多样的应用功能。其中基于胶束及其他分子有序组合体的增溶作用，衍生出胶束催化、形成微乳液以及作为化学反应介质和微反应器。即适量的表面活性剂能够使得具有疏水性的三官能团硅源能够在水体系中进行水解缩合反应，延缓凝胶过程中的相分离，并得到一种骨架结构更加连续的二氧化硅气凝胶。

近年来，韧性更高，综合性能优越的有机纤维逐渐进入研究者的视野。有机纤维被用来作为增强相被用来改善气凝胶的机械性能，特别是对于短切纤维这类更易于添加的增强相。通过以短切纤维为增强相增强柔性气凝胶，使得这类复合材料更具有“弹性”，从而具有阻尼减振降噪的功能。

中国发明专利(申请公布号：CN106311155A，申请公布日：2017-01-11)公开了一种可净化尿液的改性纤维素气凝胶及其制备方法，其主要是利用传统有机纤维如棉短绒纤维增强二氧化硅气凝胶，由于传统有机纤维的耐受温度为200℃～300℃，使得复合纤维的耐热性能较差。

中国发明专利(申请公布号：CN108503327A，申请公布日：2018-09-07)公开了一种低成本气凝胶保温材料、制备方法及其应用，其主要通过将气凝胶粉、短切纤维和有机溶剂混合，得到共混料，将所述共混料成型及干燥处理，得到气凝胶保温材料。由于有机纤维增强二氧化硅气凝胶中纤维与气凝胶之间的结合效果差，导致复合材料在压缩过程中容易发生基体与纤维之间的分离，出现掉粉掉渣的现象。

中国发明专利(申请公布号：CN101973752A，申请公布日：2011-02-16)公开了玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法，通过将玻璃纤维和二氧化硅气凝胶复合形成，但由于只能添加单一长度的短切纤维，并不能实现复合材料对力学、热学和隔声性能之间的有效调控。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种PI短切纤维增强柔性二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法，该制备方法以去离子水为溶剂，聚酰亚胺短切纤维为增强相，通过表面活性剂控制溶胶粘度，从而能均匀分散不同长度的短切纤维，并且优化了置换工序，制得的复合材料不仅机械性能良好，而且具备良好的隔热保温性能。

为实现上述目的，本发明公开了一种PI短切纤维增强柔性二氧化硅气凝胶复合材料，它包括聚酰亚胺纤维填充于二氧化硅气凝胶多孔结构内部，得到柔性增强的复合材料，所述复合材料在压缩50％形变下可恢复至原长的60％～80％。

进一步地，所述聚酰亚胺纤维的长度为1mm～10mm。

进一步地，所述复合材料的导热率在0.020～0.027W/(m·K)之间。