[发明专利]一种聚酰亚胺气凝胶纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种聚酰亚胺气凝胶纤维的制备方法。该方法包括：将含有查尔酮结构的二胺以及其他二胺化合物加入到极性非质子溶剂中，搅拌，加入二酐化合物聚合反应，将得到的聚酰亚胺溶液进行冻胶纺丝，然后将得到的聚酰亚胺湿凝胶纤维进行溶剂交换，冷冻干燥。该方法可连续化制备、操作简单、工艺环保，有利于大批量制备，具有很好的产业化前景，得到的聚酰亚胺气凝胶具有轻质、柔韧特性，可进行编织、复合，并应用于极端环境或特殊环境，进一步拓展该类材料的应用范围。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺纤维的制备领域，特别涉及一种聚酰亚胺气凝胶纤维的制备方法。

背景技术

高性能纤维可分为无机高性能纤维与有机高性能纤维等，在国防、航空等高科技领域具有重要的应用。相较碳纤维(ρ≈1.5-2.0g/cm³)、玻璃纤维(ρ≈2.2-2.4g/cm³)等无机高性能纤维，有机高性能纤维的密度更低，比强度和比模量更高，在军工与航天材料减重领域具有极大的应用价值。聚酰亚胺纤维作为有机高性能纤维的代表之一，其分子链中的高密度的酰亚胺环赋予其高机械强度、耐高温、耐辐照等特点，但也使其密度较同类纤维高，可达1.4g/cm³以上。如果进一步降低其物理密度，并结合其本征性的耐高温、耐辐照特性，可进一步发挥其在高端领域的应用优势。

将材料制备成气凝胶材料是使其轻量化以及功能化的有效方法，作为一种多孔材料，气凝胶中的孔隙含量可达80％-99.8％，相较块状、膜状气凝胶材料，纤维状气凝胶材料不仅保持了气凝胶材料的特性，还具有柔韧性好、强度高等的优点。然而，对于聚酰亚胺气凝胶纤维而言，在纺丝成形前加入交联剂及化学环化剂，不可避免在纺丝溶液中形成凝胶结构，使纺丝液流变行为和可纺性严重下降，似乎成为气凝胶纤维制备中不可调和的矛盾。当前气凝胶纤维制备工艺往往较为特殊，例如，浙江大学高超等人将石墨烯凝胶注入到液氮中成形，经冷冻干燥、还原等工序，制备了石墨烯气凝胶纤维(ACS Nano,2012,6(8):7103-7113)。

Karadagli等人以挤出、乙醇置换的方法制备了纤维素气凝胶纤维(The Journalof Supercr itical Fluids,2015,106:105-114.)。这些方法均避免纺丝液迅速发生溶剂交换形成固体纤维，而通过工艺条件设计，使其形成湿凝胶纤维，为制备聚酰亚胺气凝胶纤维的制备提供了参考。

对于聚酰亚胺气凝胶纤维的制备而言，限制纺丝溶液在未进入凝固浴前的凝胶化是制备聚酰亚胺湿凝胶纤维以及气凝胶纤维的关键，目前未有行之有效的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚酰亚胺气凝胶纤维的制备方法，以克服现有技术中聚酰亚胺气凝胶纤维制备中的可纺性与凝胶结构难以调和的矛盾。

本发明提供一种聚酰亚胺气凝胶纤维，将含有查尔酮结构的二胺以及其他二胺化合物与二酐化合物聚合反应，再经喷丝板挤出、光固化、冻胶浴牵伸与卷绕，然后溶剂交换，冷冻干燥得到。

所述含有查尔酮结构的二胺包括：中的至少一种，其中R为CF₃、CH₃或H。

所述其他二胺化合物与二酐化合物均为商业化产品。

所述其他二胺化合物包括：

中的一种或几种。

所述二酐化合物包括：

中的至少一种。

本发明还提供一种聚酰亚胺气凝胶纤维的制备方法，包括：