[发明专利]柔性莫来石纤维气凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明公开了柔性莫来石纤维气凝胶材料及其制备方法。制备柔性莫来石纤维气凝胶材料的方法包括：将聚合物材料与溶剂混合，得到聚合物溶液；将聚合物溶液与莫来石前驱体和催化剂混合，得到纺丝前驱体溶液；对纺丝前驱体溶液进行溶液喷射纺丝处理，得到含有聚合物材料、莫来石前驱体和催化剂的复合纤维气凝胶材料；对复合纤维气凝胶材料进行热处理，得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。该柔性莫来石纤维气凝胶材料具有良好的柔韧性、可压缩性、耐火性、耐高低温性和隔热保温性能，并且不存在粉化的问题；该柔性莫来石纤维气凝胶材料制备过程简单可控，成本低，效率高，可重复性好，在防火服、航空航天、高温空气过滤等领域具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及耐火材料隔热技术领域，具体而言，本发明涉及制备柔性莫来石纤维气凝胶的方法以及通过该方法制备得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。

背景技术

近年来，具有多孔三维网络结构的气凝胶材料，包括碳纳米管气凝胶、生物质来源的气凝胶、石墨烯气凝胶、无机纳米纤维气凝胶和碳纤维气凝胶等由于具有高的可压缩性和大应变回弹性而受到越来越多的关注。其中，无机气凝胶材料具有轻量、比表面积大、热导率低、化学稳定性和热稳定性好等优点，引起了科研人员的极大兴趣。凭借这些优势，无机气凝胶材料已经被广泛应用于各种各样的领域，包括热绝缘、水处理、催化剂载体、能量吸收、高温空气过滤等。然而，传统的无机气凝胶材料一般都是由无机氧化物，如氧化硅纳米颗粒、氧化铝纳米晶、氮化硼纳米片等制备而得，无机材料固有的脆性极大地限制了它们的实际应用。因此，开发具有良好柔韧性、高可压缩性和耐高温性能的无机气凝胶材料具有重要的意义。

目前，科研人员已经通过一些方法得到了高度可压缩的无机纤维气凝胶材料。一种有效的方法是直接将无机纳米纤维组装成柔性的无机纤维气凝胶材料[Si,Y.；Wang,X.；Dou,L.；Yu,J.；Ding,B.Ultralight and Fire-Resistant Ceramic NanofibrousAerogels with Temperature-Invariant Superelasticity.Sci.Adv.,2018,4,eaas8925.]。无机纳米纤维通常采用静电纺丝的方法制备，由于直接纺丝沉积的原因，静电纺丝得到的纳米纤维通常随机堆积成无纺布形式。尽管通过合理设计接收装置可以制备得到无机纳米纤维基气凝胶，但获得具有规则形状的真正的三维气凝胶仍然很困难。此外，直接静电纺丝得到的气凝胶具有无序的结构，因而抗压缩性能很差。另一种制备无机纤维气凝胶的方法是化学气相沉积(CVD)。Su等[Ultralight,Recoverable,and High-Temperature-Resistant SiC Nanowire Aerogel.ACS Nano,2018,12,3103-3111.]采用CVD法制备了SiC纳米线气凝胶，该气凝胶具有高的压缩性、优异的抗压缩疲劳性能、良好的耐高温氧化和耐热性能、低的热导率和对有机溶剂的高吸收能力。Xu等[Double-Negative-Index Ceramic Aerogels for Thermal Superinsulation.Science,2019,363,723-727.]采用CVD法制备了一种具有双曲结构的三维氮化硼无机气凝胶，该气凝胶具有负的线性热膨胀系数(-1.8×10^-6/℃)和负的泊松比(-0.25)，并且具备超轻、高力学强度和超级隔热的优点。虽然研究人员已经取得了一些研究成果，但当前这些制备柔性无机气凝胶的方法效率低、成本高、工艺复杂，不能大规模应用，因而急需开发一种大规模制备高可压缩、耐高温柔性无机气凝胶的简便、高效的方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出制备柔性莫来石纤维气凝胶的方法以及通过该方法制备得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。该柔性莫来石纤维气凝胶材料具有良好的柔韧性、可压缩性、耐火性、耐高低温性和隔热保温性能，并且不存在粉化的问题；同时，该气凝胶材料由莫来石前驱体通过溶液喷射纺丝法制备而得，制备过程简单可控，成本低，效率高，可重复性好，在防火服、航空航天、高温空气过滤等领域具有良好的工业化应用前景。