【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于納米多孔材料及功能纖維，涉及一種芳香族聚酰胺氣凝膠纖維，尤其涉及一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、2021年，國(guó)際頂級(jí)權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《science》第250期中，列出可以改變世界的十種新材料，氣凝膠獨(dú)占多項(xiàng)世界紀(jì)錄，位居十大新材料之首。氣凝膠基于極高的孔隙率、極低的密度、高比表面積和超高孔體積等獨(dú)特的特性在隔熱保溫、吸附分離、吸聲降噪等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。目前關(guān)于氣凝膠的研究主要集中在塊體或者膜狀材料，由于它們的脆弱性和再加工性差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了氣凝膠材料的發(fā)展。將氣凝膠制備成纖維狀，在保持其氣凝膠特性的同時(shí)，還賦予其纖維纖細(xì)柔長(zhǎng)的特性，這將進(jìn)一步拓寬氣凝膠材料的應(yīng)用領(lǐng)域。氣凝膠纖維具有易大規(guī)模制備、優(yōu)秀的柔韌性和可再加工性等優(yōu)勢(shì)，在可穿戴器件、柔性器件、保暖織物、智能織物和便攜式器件等領(lǐng)域具有不可小覷的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼耍絹?lái)越多的研究人員將目光聚焦到氣凝膠纖維，尤其是芳香族聚酰胺氣凝膠纖維。
2、芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、超高的力學(xué)強(qiáng)度和低熱導(dǎo)率等優(yōu)勢(shì)，是目前最有可能走向?qū)嶋H應(yīng)用的氣凝膠纖維之一。氣凝膠纖維的回彈性是其在實(shí)際應(yīng)用中保障耐久性和循環(huán)使用穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。由于芳香族聚酰胺氣凝膠纖維高孔隙率和高柔軟度，在實(shí)際應(yīng)用中氣凝膠纖維容易受到擠壓或彎曲變形，比如作為保暖纖維或者智能織物等。然而目前方法制備的大多數(shù)芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的回彈性比較差。另外，由于芳香族聚酰胺結(jié)構(gòu)中大量酰胺鍵的存在，芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的表面潤(rùn)濕性表現(xiàn)為親水性（水靜態(tài)
3、更重要的是，在本領(lǐng)域技術(shù)人員的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)熱退火處理的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維相比于未經(jīng)過(guò)退火處理的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維較難實(shí)現(xiàn)表面的疏水化，這主要是因?yàn)楦邷責(zé)崽幚硎狗枷阕寰埘０繁砻娴暮豕倌軋F(tuán)幾乎被去除，從而導(dǎo)致一些疏水改性劑很難通過(guò)化學(xué)或者物理作用與芳香族聚酰胺結(jié)合。綜上所述，制備具有回彈性且表面疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有一定的挑戰(zhàn)性，而且這種具有回彈性且表面疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維在實(shí)際應(yīng)用中具有不可忽略的必要性和重要性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的主要目的在于提供一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維及其制備方法，以解決芳香族聚酰胺氣凝膠纖維由于其親水性，其多孔結(jié)構(gòu)在常溫常壓下很容易吸水造成骨架收縮坍塌等棘手問(wèn)題。
2、本專(zhuān)利技術(shù)的另一目的還在于提供所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的應(yīng)用。
3、為實(shí)現(xiàn)前述專(zhuān)利技術(shù)目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用的技術(shù)方案包括：
4、本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例提供了一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的制備方法，其包括：
5、以疏水改性劑對(duì)芳香族聚酰胺氣凝膠纖維進(jìn)行表面改性處理，制得改性芳香族聚酰胺氣凝膠纖維；
6、對(duì)所述改性芳香族聚酰胺氣凝膠纖維進(jìn)行退火處理，制得高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維。
7、在一些實(shí)施方案中，所述疏水改性劑包括氟碳樹(shù)脂、硅烷類(lèi)化合物、硅烷類(lèi)聚合物中任意一種或兩種以上的組合。
8、在一些實(shí)施方案中，所述退火處理的升溫速率為1℃/min~20℃/min，最高溫度保持在150~650℃，退火處理的時(shí)間為1min~10h，冷卻速率為1℃/min~20℃/min。
9、本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例還提供了由前述制備方法制得的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維。
10、進(jìn)一步地，所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有高回彈性，其經(jīng)壓縮、彎曲、折疊變形后，能夠100%恢復(fù)，所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的徑向最大壓縮回彈極限為1?~?99%；所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的表面潤(rùn)濕性表現(xiàn)為疏水性，且水的靜態(tài)接觸角為90°~160°。
11、本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例還提供了所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維于智能織物、可穿戴設(shè)備、人體熱管理、環(huán)境治理、傳感、吸聲降噪、隔熱保溫或纖維絮片等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果至少包括：
13、1）本專(zhuān)利技術(shù)制備的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維相比于之前技術(shù)制備的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有優(yōu)異的回彈性和表面疏水性，在實(shí)現(xiàn)回彈性的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)表面的疏水化；
14、2）本專(zhuān)利技術(shù)提供的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有獨(dú)特的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、較低的熱導(dǎo)率、較高孔隙率、較高的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，具有優(yōu)異的骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐水洗性和自清潔能力，可以滿足實(shí)際應(yīng)用，如應(yīng)用于紡織等領(lǐng)域；
15、3）本專(zhuān)利技術(shù)提供的制備方法可以得到高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維，彌補(bǔ)了芳香族聚酰胺氣凝膠纖維研究中的空白，促進(jìn)了芳香族聚酰胺氣凝膠纖維在智能織物、可穿戴設(shè)備、隔熱保溫和纖維絮片等領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。
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1.一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述疏水改性劑包括氟碳樹(shù)脂、硅烷類(lèi)化合物的任意一種或兩種的組合；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述表面改性處理包括化學(xué)氣相沉積技術(shù)、冷等離子體處理技術(shù)、表面浸漬涂層技術(shù)中的任意一種或兩種以上的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述退火處理的升溫速率為1℃/min~20℃/min，最高溫度保持在150~650℃，退火處理的時(shí)間為1min~10h，冷卻速率為1℃/min~20℃/min；和/或，所述退火處理在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行，用于形成保護(hù)性氣氛的保護(hù)性氣體包括氮?dú)狻鍤狻⒑夂投趸贾械娜我庖环N或兩種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述芳香族聚酰胺紡絲液包括由芳香族聚酰胺和濃硫酸組成的芳香族聚酰胺分子溶液；和/或，所述芳香族聚酰胺紡絲液包括由芳香族聚酰胺、有機(jī)溶劑和堿形成的均相的芳香族
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述紡絲技術(shù)包括凝膠紡絲技術(shù)、濕法紡絲技術(shù)、干法紡絲技術(shù)、干噴濕紡技術(shù)、干法冷凍紡絲技術(shù)、3D打印技術(shù)、模具成絲技術(shù)、同軸濕法紡絲技術(shù)、同軸3D打印技術(shù)、同軸干法冷凍紡絲技術(shù)中的任意一種或兩種以上的組合，優(yōu)選為濕法紡絲技術(shù)和/或同軸濕法紡絲技術(shù)；
8.?由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述制備方法制得的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維，所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有高回彈性，其經(jīng)壓縮、彎曲、折疊變形后，能夠100%恢復(fù)，所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的徑向最大壓縮回彈極限為1?~?99%；所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的表面潤(rùn)濕性表現(xiàn)為疏水性，且水的靜態(tài)接觸角為90°~160°。
9.?根據(jù)權(quán)利要求8所述的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維，其特征在于：所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的拉伸強(qiáng)度為0.1~300?MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1~80%；
10.權(quán)利要求8或9所述的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維于智能織物、可穿戴設(shè)備、人體熱管理、環(huán)境治理、傳感、吸聲降噪、隔熱保溫或纖維絮片領(lǐng)域中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述疏水改性劑包括氟碳樹(shù)脂、硅烷類(lèi)化合物的任意一種或兩種的組合；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述表面改性處理包括化學(xué)氣相沉積技術(shù)、冷等離子體處理技術(shù)、表面浸漬涂層技術(shù)中的任意一種或兩種以上的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述退火處理的升溫速率為1℃/min~20℃/min，最高溫度保持在150~650℃，退火處理的時(shí)間為1min~10h，冷卻速率為1℃/min~20℃/min；和/或，所述退火處理在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行，用于形成保護(hù)性氣氛的保護(hù)性氣體包括氮?dú)狻鍤狻⒑夂投趸贾械娜我庖环N或兩種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述芳香族聚酰胺紡絲液包括由芳香族聚酰胺和濃硫酸組成的芳香族聚酰胺分子溶液；和/或，所述芳香族聚酰胺紡絲液包括由芳香族聚酰胺、有機(jī)溶劑和堿形成的均相的芳香族聚酰胺納米纖維分散液；
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【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張學(xué)同，李玉珍，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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