[發(fā)明專利]一種可控微結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺納米纖維氣凝膠的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111533944B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙海峰;袁子豪;盛強(qiáng);趙寧;錢振超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L79/08
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 尉保芳

本發(fā)明涉及一種可控微結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺納米纖維氣凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：將聚酰亞胺制成納米纖維分散溶液；步驟2：對所述納米纖維分散溶液進(jìn)行冷凍結(jié)晶以制造微構(gòu)型，得到納米纖維分散溶液結(jié)晶相；步驟3：去除所述納米纖維分散溶液結(jié)晶相的冰晶，得到未交聯(lián)的納米纖維骨架；步驟4：加熱所述未交聯(lián)的納米纖維骨架以穩(wěn)定構(gòu)型，得到聚酰亞胺納米纖維氣凝膠。通過控制冷凍速度、溫度梯度的手段，來定向控制溶劑冷凍成核，從而控制聚酰亞胺納米纖維的骨架搭建，決定材料的宏觀功能特性。該方法相比傳統(tǒng)的方法，方法簡便，便于控制工藝參數(shù)，可提高操作效率和產(chǎn)品成功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料新工藝領(lǐng)域，具體涉及一種可控微結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺納米纖維氣凝膠的制備方法。

背景技術(shù)

目前制備聚酰亞胺納米纖維氣凝膠的技術(shù)主要以超臨界法為主。超臨界法通過前驅(qū)體的溶膠-凝膠化過程，直接影響凝膠三維網(wǎng)絡(luò)的組成與結(jié)構(gòu)，在很大程度上決定了材料的性能及功能，這種高交聯(lián)密度的納米網(wǎng)絡(luò)雖然導(dǎo)熱率大幅降低，但不利于應(yīng)力分散，加之無機(jī)材料本體剛而脆的特征，使得此類氣凝膠難以成型加工，使用過程中易于破裂。而調(diào)控材料微觀上的空間分布手段主要是依靠化學(xué)合成的方法，此方法過程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可控微結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺納米纖維氣凝膠的制備方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種可控微結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺納米纖維氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：步驟1：將聚酰亞胺制成納米纖維分散溶液；步驟2：對所述納米纖維分散溶液進(jìn)行冷凍結(jié)晶以制造微構(gòu)型，得到納米纖維分散溶液結(jié)晶相；步驟3：去除所述納米纖維分散溶液結(jié)晶相的冰晶，得到未交聯(lián)的納米纖維骨架；步驟4：加熱所述未交聯(lián)的納米纖維骨架以穩(wěn)定構(gòu)型，得到聚酰亞胺納米纖維氣凝膠。

本發(fā)明的有益效果是：通過控制冷凍速度、溫度梯度的手段，來定向控制溶劑冷凍成核，從而控制聚酰亞胺納米纖維的骨架搭建，決定材料的宏觀功能特性。該方法相比傳統(tǒng)的方法，方法簡便，便于控制工藝參數(shù)，可提高操作效率和產(chǎn)品成功率。所制備的聚酰亞胺納米纖維氣凝膠具有輕質(zhì)、高彈和低溫下保持回彈性的特性。克服傳統(tǒng)制備方法需要凝膠化和溶劑置換或者其他化學(xué)催化手段進(jìn)行氣凝膠微結(jié)構(gòu)調(diào)控的復(fù)雜方法，通過局部或者全局制冷，控制冷凍速率，制冷循環(huán)對聚酰亞胺納米纖維氣凝膠的微觀孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。克服了目前基于溶膠凝膠法制備得的材料力學(xué)強(qiáng)度低、脆性、易破碎的缺點(diǎn)；以及基于冷凍、凍干的工藝方法缺乏可控調(diào)節(jié)的能力，不能有效調(diào)節(jié)材料微觀構(gòu)型，制備手段受限，材料內(nèi)部易產(chǎn)生由于收縮不均引起的缺陷。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：

進(jìn)一步，所述步驟1中，所述納米纖維分散溶液的制備方法為對聚酰亞胺剪切后置于溶劑中進(jìn)行超聲分散得到均質(zhì)納米纖維分散溶液，所述均質(zhì)納米纖維分散溶液的濃度為8g/L-400g/L。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是聚酰亞胺制成納米纖維在溶劑中物理均質(zhì)分布，使其分散。

進(jìn)一步，所述超聲分散的時(shí)間為0.5-3小時(shí)，所述溶劑為1，4-二氧六環(huán)或苯酚。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是合適的時(shí)間得到更均質(zhì)的溶液；上述溶劑采用本發(fā)明方法效果突出。

進(jìn)一步，所述步驟2中，所述冷凍結(jié)晶過程為所述納米纖維分散溶液置于具有溫度梯度的環(huán)境，得到具溫度梯度樣品，再進(jìn)行冷凍結(jié)晶，得到所述納米纖維分散溶液結(jié)晶相。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是通過控制冷凍速度、溫度梯度的手段，來定向控制溶劑冷凍成核，從而控制聚酰亞胺納米纖維的骨架搭建，決定材料的宏觀功能特性。

進(jìn)一步，所述溫度梯度的溫度范圍為4-20℃，所述溫度梯度為2℃/cm，置于所述具有溫度梯度環(huán)境的時(shí)間為30min-1h；所述冷凍結(jié)晶的溫度為-120℃ˉ10℃，所述冷凍結(jié)晶的時(shí)間為0.5-1h。