一种阻燃隔热的纤维增强聚酰亚胺气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻燃隔热的纤维增强聚酰亚胺气凝胶的制备方法，该方法首先制备聚酰氨酸

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃隔热的纤维增强聚酰亚胺气凝胶的制备方法


[0001]本专利技术属于气凝胶新材料制备技术及热管理领域，主要涉及一种阻燃隔热的纤维增强聚酰亚胺气凝胶的制备方法，具体的说是通过前驱体
PAA
的合成
、
短纤纳
/
微米纤维的制备及均质分散
、
冷冻干燥和热亚胺化处理相结合的耐热性的
3D
多孔结构气凝胶隔热材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]随着工业的迅猛发展和化石能源的枯竭，能源消耗问题变得日益严峻
。
热能管理作为减少能源损失和提高能源效率的关键环节至关重要
。
优秀的隔热材料可以在建筑
、
航空航天以及电池隔离层等领域具有广泛需求，然而大多数隔热材料或机械性能不佳，要么热稳定性较差，从而限制了进一步的应用
。
因此，开发具有高热稳定性的隔热材料以防止能源的流失或者使控制区域的温度保持相对稳定显得尤为重要
。
[0003]作为改变世界的十大新材料之一，超低密度的气凝胶材料已被广泛应用于各种领域，包括航空
、
建筑
、
电力等行业
。
尤其是在隔热领域，由于其超高的孔隙率，气凝胶材料传导热量微乎甚微，从而在理论上可以实现极高的隔热效果
。
因此，通过对隔热原理的分析，这种超高孔隙率的气凝胶材料无疑是高效隔热材料的理想候选者
。
例如中国专利
CN114349490A
公开了“一种二氧化硅气凝胶隔热材料及其制备方法”，所述二氧化硅气凝胶隔热材料采用凝胶注模成型法制备而成，可以在需要隔热的急冷急热的环境下长时间使用，不过无机气凝胶由于其固有的脆性和结晶诱导的粉碎行为表现出高模量和低韧性的弊端
。
[0004]聚合物气凝胶与无机气凝胶相比具有良好的隔热和机械性能
。
在聚合物气凝胶中，聚酰亚胺气凝胶表现出优异的机械性能和高热稳定性，近年来备受关注，例如中国专利
CN115537026A
公开了“一种聚酰亚胺气凝胶及其制备”，所述化学交联聚酰亚胺气凝胶密度为
0.069
～
0.083g/cm3，收缩率为9～
11
％，导热率为
0.025
～
0.029Wm
‑1K
‑1，初始分解温度为
560℃
，可以作为隔热材料应用在各个领域
。
但是聚合物基有机气凝胶在制备过程中表现出严重的体积收缩性，使其在应用领域受到了严重的限制
。
因此需开发一种耐高温的阻燃隔热材料，该隔热材料制备简单
、
便于生产同时具有柔韧的力学性能以达到长期的使用要求
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种阻燃隔热的纤维增强有机聚合物气凝胶的制备方法，在气凝胶孔径之间相容性良好的纳
/
微聚酰亚胺纤维相互交联缠绕气凝胶骨架，显著增强气凝胶的弹性及力学性能
。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]步骤一
、
制备前驱体聚酰胺酸
(PAA)
溶液，利用二酐和二胺在极性溶剂中反应获得前驱体聚酰胺酸
(PAA)
溶液；
[0008]步骤二
、
短纤聚酰亚胺纳
/
微米纤维分散液的制备，通过静电纺丝对
PAA
溶液进行
纺丝，然后热亚胺化处理获得聚酰亚胺纳米纤维，并且通过高速均质机对纳
/
微纤维进行剪切粉碎和分散均质；
[0009]步骤三
、
制备聚酰胺酸盐颗粒，将粘稠状的
PAA
溶液倒入去离子水中析出，研磨后密封保存待用；
[0010]步骤四
、
聚酰胺酸凝胶的制备，将
PAA
颗粒溶解在混合纤维水溶液中，形成具有一定粘度的凝胶状溶液，倒入模具中待用；
[0011]步骤五
、
纤维增强聚酰亚胺气凝胶隔热材料的制备，将模具中的聚酰胺酸凝胶进行低温冷冻，然后冷冻干燥
、
热亚胺化处理得到纤维增强的聚酰亚胺气凝胶隔热材料；
[0012]进一步的，步骤
(1)
中所述制备前驱体聚酰胺酸
(PAA)
溶液，将极性溶剂
(N
，
N
‑
二甲基甲酰胺或
N
，
N
‑
二甲基乙酰胺
)
加入
N2
氛围密封的三口烧瓶中，然后加入二元胺单体4，4’‑
二氨基二苯醚
(ODA)
，通过搅拌
10
～
30min
使二胺完全溶解得到澄清溶液，将反应装置放于0～
5℃
的冰水浴中，多次少量的加入二元酐单体均苯四甲酸二酐
(PMDA)
颗粒
(ODA
与
PMDA
的质量比为
1∶1.08
～
1.1)
，最终得到固含量为
10
～
20
％黄色粘稠状前驱体
PAA
溶液
。
[0013]进一步的，步骤
(2)
中所述短纤聚酰亚胺纳
/
微米纤维分散液的制备，将
PAA
溶液进行静电纺丝，通过调节纺丝环境的温度
、
湿度和纺丝电压
、
流速
、
距离可获得成型性良好的
PAA
纳米纤维膜
。
将获得的纳米纤维膜进行热亚胺化处理，最终得到
PI
纳米纤维膜，并且通过高速分散机
8000
～
13000rpm
对纳
/
微纤维混合液进行
30
～
50min
的剪切粉碎和分散均质，掺杂纳
/
微纤维质量分数为0～
1.5
％
。
[0014]进一步的，步骤
(4)
中所述聚酰胺酸凝胶的制备，在纤维分散液中加入
PAA
固体颗粒，并且滴加三乙胺
TEA(PAA
与
TEA
质量比为
1∶0.5
～
1)
，待颗粒完全溶解，获得了胶体质量分数为2～5％的聚酰胺酸凝胶溶液
。
[0015]进一步的，步骤
(5)
中所述纤维增强聚酰亚胺气凝胶隔热材料的制备，将混合纤维的聚酰胺酸凝胶溶液的模具置于浸泡在液氮
(
‑
196℃)
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种阻燃隔热的纤维增强聚酰亚胺气凝胶的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：聚酰氨酸
(PAA)
溶液的合成，其次通过静电纺丝技术制备纳米纤维，然后将纳
/
微纤维在水溶液中进行高速剪切和均质分散，再将
PAA
固体颗粒加入分散液中形成粘稠的聚酰胺酸凝胶，最后通过低温冷冻
、
冷冻干燥和热亚胺化处理，制得了超高孔隙率的阻燃隔热气凝胶材料
。2.
根据权利要求1所述制备聚酰胺酸溶液，其特征在于：首先将
DMAc
加入
N2氛围密封的三口烧瓶
(
预先
150℃
干燥去水
)
中，然后加入二胺
(ODA)
，通过搅拌
10
～
30min
使二胺完全溶解得到澄清溶液，将反应装置放于0～
5℃
的冰水浴中，多次少量的加二酐
(PMDA)
颗粒
(ODA
与
PMDA
的质量比为
1∶1.08
～
1.1)
，每次间隔时间为
20
～
30min
，加料结束持续搅拌6～
10h
，使反应体系充分聚合，最终得到固含量为
10
～
20
％淡黄色粘稠状前驱体
PAA
溶液
。3.
根据权利要求1所述制备短纤纳
/
微米纤维分散液，其特征在于：将
PAA
溶液倒入配有金属针头的注射器中，然后将锡纸固定在收集辊上并且调节到针尖的距离，使高压电源的正极连接针头，最后通过调节纺丝机纺箱内温度
25
～
30℃
，湿度
25
～
35
％，纺丝电压为
12
～
18kV
，纺丝流速为
0.3
～
0.8mL/h
，纺丝距离为
16
～
22cm
，进行静电纺丝，获得
PAA

【专利技术属性】
技术研发人员：张松楠，张通，段伟东，符浩，钱晓明，
申请(专利权)人：江苏华峰超纤材料有限公司，
类型：发明
国别省市：