[發明專利]聚酰胺氣凝膠纖維、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201810443578.2
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN110468461B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 張學同;劉增偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: D01F6/90
• 分類號: D01F6/90;D01D5/247
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種聚酰胺氣凝膠纖維、其制備方法及應用。所述聚酰胺氣凝膠纖維具有連通的三維多孔網絡結構，所述三維多孔網絡結構由聚酰胺納米結構搭接形成。所述制備方法包括：提供聚酰胺紡絲溶液，采用凝膠紡絲法、濕法紡絲法、干法紡絲法和3D打印法等制備聚酰胺凝膠纖維，對所述聚酰胺凝膠纖維進行干燥處理，獲得聚酰胺氣凝膠纖維。本發明的聚酰胺氣凝膠纖維具有獨特的三維多孔網絡結構、極低的熱導率、較高孔隙率、一定的可紡性和優異的骨架結構穩定性，可以應用于紡織等領域中。另外，獲得的聚酰胺氣凝膠纖維可填充不同的功能材料且不影響骨架材料的穩定性，具有巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種新型的功能性纖維，尤其涉及一種聚酰胺氣凝膠纖維及其制備方法與應用，屬于納米多孔材料及功能纖維技術領域。

背景技術

纖維材料歷史悠久，自公元前五千年，人類便開始使用棉麻等天然纖維。自十九世紀初合成纖維誕生以來，由于其組分可控結構可設計等優勢極大推動了纖維材料的發展，纖維的種類不斷增多，發展出了差別化纖維、高性能纖維、功能纖維以及智能纖維等等不同種類的纖維。經過數十年的發展，纖維材料的結構也逐漸變的復雜，從開始的單一實心纖維發展出了異形纖維與超細纖維等不同的形貌，同時纖維的隔熱保溫性能也隨纖維形貌的變化有了一次次的提升與擴展。但與天然纖維材料相比，化學纖維材料的隔熱保溫性能并沒有明顯突出的優勢，并且在性價比以及環境保護方面處于劣勢地位。而隨著人類生活水平的提高，現有纖維材料的隔熱保溫性能已經逐漸不能滿足生產生活的需求，因此急需一種新型的纖維材料填補隔熱保溫領域的缺口。

另一方面，氣凝膠材料是采用氣體置換凝膠狀中的液體成分，同時保持凝膠網絡不發生塌縮得到的材料。氣凝膠最初誕生于十九世紀三十年代，由美國加州太平洋大學化學家Sterven.S.Kistler發明。其首次采用超臨界干燥技術，將濕凝膠中的液體成分替換為氣體并保持凝膠骨架結構完整，由此得到氣凝膠。氣凝膠具有極低的表觀密度(0.003～0.3g/cm³)、大比表面積(100～1600m²/g)、高孔隙率(80％～99.8％)和低熱導率[10-40mW/(m·K)]的特點。氣凝膠材料的低熱導率主要有三個原因：1、氣凝膠的骨架結構是納米尺度的，在氣凝膠材料內部，納米尺度的骨架會形成無限長路徑效應，使固體熱傳導需要經過很長的路徑，并且氣凝膠材料中的固體含量一般僅僅只在10％以下；2、氣凝膠的孔徑一般是在40nm以下，這個孔徑小于空氣的分子自由程，因此會阻止氣體分子在氣凝膠內部的熱傳導；3、氣凝膠內部的空氣是靜止的，靜止空氣存在會阻止氣凝膠內部的空氣熱對流。結合這三點以及在較低溫度下，熱輻射較少，因此氣凝膠在較低溫度下具有良好的隔熱性能。

經過八十多年的發展，氣凝膠材料已逐步實現商業化，并在諸多領域具有重要的應用。最常見的氣凝膠形態為塊狀，由于氣凝膠的力學性能一般較差且脆性大，獲取連續纖維狀的氣凝膠(也就是氣凝膠纖維)在技術上難度很大。目前已經出現的氣凝膠纖維有氧化石墨烯氣凝膠纖維、石墨烯氣凝膠纖維、氧化鈦氣凝膠纖維、纖維素氣凝膠纖維和聚偏氟乙烯氣凝膠纖維等，但種類仍然偏少，且獲得的氣凝膠纖維應用領域仍然有限。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種聚酰胺氣凝膠纖維及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

本發明的又一目的在于提供前述聚酰胺氣凝膠纖維的應用。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種聚酰胺氣凝膠纖維，它具有連通的三維多孔網絡結構，所述三維多孔網絡結構由聚酰胺納米結構搭接形成，所述聚酰胺納米結構的尺寸為10nm～500nm。

在一些實施例中，所述聚酰胺氣凝膠纖維的材質包括聚酰胺。

在一些實施例中，所述三維多孔網絡結構由孔徑在2nm以下的微孔、孔徑為2～50nm的介孔和孔徑為50nm～500μm的大孔組成。

本發明實施例還提供了前述聚酰胺氣凝膠纖維的制備方法，其包括：