CN110846741A - 柔性莫来石纤维气凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了柔性莫来石纤维气凝胶材料及其制备方法。制备柔性莫来石纤维气凝胶材料的方法包括：将聚合物材料与溶剂混合，得到聚合物溶液；将聚合物溶液与莫来石前驱体和催化剂混合，得到纺丝前驱体溶液；对纺丝前驱体溶液进行溶液喷射纺丝处理，得到含有聚合物材料、莫来石前驱体和催化剂的复合纤维气凝胶材料；对复合纤维气凝胶材料进行热处理，得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。该柔性莫来石纤维气凝胶材料具有良好的柔韧性、可压缩性、耐火性、耐高低温性和隔热保温性能，并且不存在粉化的问题；该柔性莫来石纤维气凝胶材料制备过程简单可控，成本低，效率高，可重复性好，在防火服、航空航天、高温空气过滤等领域具有良好的工业化应用前景。

Description

柔性莫来石纤维气凝胶材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料隔热技术领域，具体而言，本发明涉及制备柔性莫来石纤维气凝胶的方法以及通过该方法制备得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。

背景技术

近年来，具有多孔三维网络结构的气凝胶材料，包括碳纳米管气凝胶、生物质来源的气凝胶、石墨烯气凝胶、无机纳米纤维气凝胶和碳纤维气凝胶等由于具有高的可压缩性和大应变回弹性而受到越来越多的关注。其中，无机气凝胶材料具有轻量、比表面积大、热导率低、化学稳定性和热稳定性好等优点，引起了科研人员的极大兴趣。凭借这些优势，无机气凝胶材料已经被广泛应用于各种各样的领域，包括热绝缘、水处理、催化剂载体、能量吸收、高温空气过滤等。然而，传统的无机气凝胶材料一般都是由无机氧化物，如氧化硅纳米颗粒、氧化铝纳米晶、氮化硼纳米片等制备而得，无机材料固有的脆性极大地限制了它们的实际应用。因此，开发具有良好柔韧性、高可压缩性和耐高温性能的无机气凝胶材料具有重要的意义。

目前，科研人员已经通过一些方法得到了高度可压缩的无机纤维气凝胶材料。一种有效的方法是直接将无机纳米纤维组装成柔性的无机纤维气凝胶材料[Si,Y.；Wang,X.；Dou,L.；Yu,J.；Ding,B.Ultralight and Fire-Resistant Ceramic NanofibrousAerogels with Temperature-Invariant Superelasticity.Sci.Adv.,2018,4,eaas8925.]。无机纳米纤维通常采用静电纺丝的方法制备，由于直接纺丝沉积的原因，静电纺丝得到的纳米纤维通常随机堆积成无纺布形式。尽管通过合理设计接收装置可以制备得到无机纳米纤维基气凝胶，但获得具有规则形状的真正的三维气凝胶仍然很困难。此外，直接静电纺丝得到的气凝胶具有无序的结构，因而抗压缩性能很差。另一种制备无机纤维气凝胶的方法是化学气相沉积(CVD)。Su等[Ultralight,Recoverable,and High-Temperature-Resistant SiC Nanowire Aerogel.ACS Nano,2018,12,3103-3111.]采用CVD法制备了SiC纳米线气凝胶，该气凝胶具有高的压缩性、优异的抗压缩疲劳性能、良好的耐高温氧化和耐热性能、低的热导率和对有机溶剂的高吸收能力。Xu等[Double-Negative-Index Ceramic Aerogels for Thermal Superinsulation.Science,2019,363,723-727.]采用CVD法制备了一种具有双曲结构的三维氮化硼无机气凝胶，该气凝胶具有负的线性热膨胀系数(-1.8×10^-6/℃)和负的泊松比(-0.25)，并且具备超轻、高力学强度和超级隔热的优点。虽然研究人员已经取得了一些研究成果，但当前这些制备柔性无机气凝胶的方法效率低、成本高、工艺复杂，不能大规模应用，因而急需开发一种大规模制备高可压缩、耐高温柔性无机气凝胶的简便、高效的方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出制备柔性莫来石纤维气凝胶的方法以及通过该方法制备得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。该柔性莫来石纤维气凝胶材料具有良好的柔韧性、可压缩性、耐火性、耐高低温性和隔热保温性能，并且不存在粉化的问题；同时，该气凝胶材料由莫来石前驱体通过溶液喷射纺丝法制备而得，制备过程简单可控，成本低，效率高，可重复性好，在防火服、航空航天、高温空气过滤等领域具有良好的工业化应用前景。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备柔性莫来石纤维气凝胶材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将聚合物材料与溶剂混合，得到聚合物溶液；(2)将所述聚合物溶液与莫来石前驱体和催化剂混合，得到纺丝前驱体溶液；(3)对所述纺丝前驱体溶液进行溶液喷射纺丝处理，得到含有聚合物材料、莫来石前驱体和催化剂的复合纤维气凝胶材料；以及(4)对所述复合纤维气凝胶材料进行热处理，得到所述柔性莫来石纤维气凝胶材料。由此，该方法利用莫来石前驱体通过溶液喷射纺丝方法制备得到柔性莫来石纤维气凝胶材料，制备过程简单可控，成本低，效率高，可重复性好，易于工业化实施，且制备得到的莫来石纤维气凝胶材料具有良好的柔韧性、可压缩性、耐火性、耐高低温性和隔热保温性能，并且不存在粉化的问题。

另外，根据本发明上述实施例的制备柔性莫来石纤维气凝胶材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述聚合物材料包括选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚酰胺、聚己内酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯胺、聚酰亚胺和聚碳酸酯中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，溶剂包括选自水、甲酸、四氢呋喃、丙酮、丁酮、正己烷、环己烷、正庚烷、乙腈、N-甲基吡咯烷酮、1,2-丙二醇、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、乙二胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和四氯化碳中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述聚合物材料与所述溶剂的质量比为(2～30):100。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述混合在20～100℃的温度、50～1000rpm的搅拌转速下进行0.2～10h完成。

在本发明的一些实施例中，所述莫来石前驱体包括硅源和铝源，所述硅源包括选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的至少之一，所述铝源包括选自硝酸铝、硫酸铝、乙酸铝、异丙醇铝、氯化铝、乙酰丙酮铝中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述莫来石前驱体中，所述硅源与所述铝源的摩尔比为1:(3～4)。

在本发明的一些实施例中，所述催化剂包括选自磷酸、硫酸、盐酸、硝酸、甲酸、醋酸、氢氟酸、高氯酸、三氟乙酸、柠檬酸、硼酸、草酸和马来酸中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述莫来石前驱体、所述催化剂、所述聚合物溶液的质量比为(5～150):(0.01～5):(102～130)。

在本发明的一些实施例中，所述溶液喷射纺丝处理包括：利用压缩空气将所述纺丝前驱体溶液从溶液喷射纺丝设备的喷丝口喷出，使得到的纤维沉积在接收装置上；其中，所述纺丝前驱体溶液的挤出速度为0.5～12mL/h，所述喷丝口与所述接收装置之间的距离为20～100cm，所述压缩空气的气流流速为1～50m/s。

在本发明的一些实施例中，所述热处理包括：以0.1～5℃/min的升温速度将所述复合纤维气凝胶材料升温至900～1800℃，保温0～24h，然后降温至20～25℃。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种柔性莫来石纤维气凝胶材料。根据本发明的实施例，该柔性莫来石纤维气凝胶材料是由上述实施例的制备柔性莫来石纤维气凝胶的方法制备得到的。由此，该柔性莫来石纤维气凝胶材料具有良好的柔韧性、可压缩性、耐火性、耐高低温性和隔热保温性能，并且不存在粉化的问题，在防火服、航空航天、高温空气过滤等领域具有良好的工业化应用前景。

另外，根据本发明上述实施例的柔性莫来石纤维气凝胶材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述柔性莫来石纤维气凝胶材料的体积密度为2～150mg/cm³。

在本发明的一些实施例中，所述柔性莫来石纤维气凝胶材料中莫来石纤维的平均直径为0.1～5μm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的制备柔性莫来石纤维气凝胶材料的方法流程示意图；

图2是实施例1中制备得到的柔性莫来石纤维气凝胶材料的实物图；

图3是实施例1中制备得到的柔性莫来石纤维气凝胶材料的SEM图；

图4是实施例1中制备得到的柔性莫来石纤维气凝胶材料的XRD图谱；

图5是实施例1中制备得到的柔性莫来石纤维气凝胶材料的压缩性展示图片；

图6是实施例1中制备得到的柔性莫来石纤维气凝胶材料的柔性展示图片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备柔性莫来石纤维气凝胶材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将聚合物材料与溶剂混合，得到聚合物溶液；(2)将聚合物溶液与莫来石前驱体和催化剂混合，得到纺丝前驱体溶液；(3)对纺丝前驱体溶液进行溶液喷射纺丝处理，得到含有聚合物材料、莫来石前驱体和催化剂的复合纤维气凝胶材料；以及(4)对复合纤维气凝胶材料进行热处理，得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。由此，该方法利用莫来石前驱体通过溶液喷射纺丝方法制备得到柔性莫来石纤维气凝胶材料，制备过程简单可控，成本低，效率高，可重复性好，易于工业化实施，且制备得到的莫来石纤维气凝胶材料具有良好的柔韧性、可压缩性、耐火性、耐高低温性和隔热保温性能，并且不存在粉化的问题。

下面进一步对根据本发明实施例的制备柔性莫来石纤维气凝胶材料的方法进行详细描述。参考图1，根据本发明的实施例，该方法包括：

S100：获得聚合物溶液

该步骤中，将聚合物材料与溶剂混合，得到聚合物溶液。

根据本发明的实施例，上述聚合物材料可以包括选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚酰胺、聚己内酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯胺、聚酰亚胺和聚碳酸酯中的至少之一。上述聚合物材料的来源广泛、廉价易得，且与莫来石材料具有良好的相容性，适于与莫来石材料复合形成高性能的柔性莫来石纤维气凝胶材料。

根据本发明的实施例，上述溶剂的具体种类并不受特别限制，只要能够使聚合物材料、莫来石前驱体和催化剂等组分良好地分散即可。根据本发明的具体示例，上述溶剂可以包括选自水、甲酸、四氢呋喃、丙酮、丁酮、正己烷、环己烷、正庚烷、乙腈、N-甲基吡咯烷酮、1,2-丙二醇、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、乙二胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和四氯化碳中的至少之一。上述溶剂的来源广泛、廉价易得，且可以为聚合物材料、莫来石前驱体和催化剂等组分提供良好的分散性能。

根据本发明的实施例，上述聚合物材料与溶剂的质量比可以为(2～30):100，例如2:100、5:10、15:100、20:100、25:100、30:100等。如果聚合物材料的用量过低，则无法得到纤维，如果聚合物材料的用量过高，一则聚合物材料不易于全部溶解，二则聚合物溶液粘度过高，难以从喷射纺丝设备的喷丝口喷出形成纤维。

根据本发明的实施例，上述混合可以在20～100℃的温度、50～1000rpm的搅拌转速下进行0.2～10h完成。具体的，混合温度可以为20℃、40℃、60℃、80℃、100℃等，搅拌转速可以为50rpm、100rpm、200rpm、400rpm、600rpm、800rpm、1000rpm等，混合时间可以为0.2h、1h、2h、4h、8h、10h等。上述搅拌的具体形式并不受特别限制，例如可以采用机械搅拌或磁力搅拌等。通过在以上条件下将聚合物材料与溶剂混合，聚合物材料的分散效果更佳，制备得到的柔性莫来石纤维气凝胶材料性能更佳。

S200：获得纺丝前驱体溶液

该步骤中，将聚合物溶液与莫来石前驱体和催化剂混合，得到纺丝前驱体溶液。具体的，可以将莫来石前驱体与催化剂分别加入到聚合物溶液中，也可以将莫来石前驱体与催化剂混合后一同加入到聚合物溶液中。

根据本发明的实施例，上述莫来石前驱体包括硅源和铝源，所述硅源可以包括选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的至少之一，所述铝源可以包括选自硝酸铝、硫酸铝、乙酸铝、异丙醇铝、氯化铝、乙酰丙酮铝中的至少之一。通过采用上述硅源和铝源，可以制备得到高品质的莫来石纤维。

根据本发明的实施例，在上述莫来石前驱体中，硅源与铝源的摩尔比可以为1:(3～4)，例如1:3、1:3.3、1:3.5、1:3.8、1:4等。如果铝源的用量过低，则通过热处理无法得到莫来石纤维，如铝源的用量过高，则也无法得到莫来石纤维。

根据本发明的实施例，上述催化剂可以包括选自磷酸、硫酸、盐酸、硝酸、甲酸、醋酸、氢氟酸、高氯酸、三氟乙酸、柠檬酸、硼酸、草酸和马来酸中的至少之一。在上述催化剂的作用下，硅源与铝源可以形成高品质的莫来石，进而通过溶液喷射纺丝获得高品质的莫来石纤维。另外，上述催化剂均可采用市售的常规产品，不必对其浓度进行调整。

根据本发明的实施例，上述莫来石前驱体、催化剂、聚合物溶液的质量比可以为(5～150):(0.01～5):(102～130)。具体的，莫来石前驱体的质量份可以为5、20、40、80、120、150等，催化剂的质量份可以为0.01、0.05、0.1、1、3、5等，聚合物溶液的质量份可以为102、105、110、120、130等。如果莫来石前驱体的用量过低，则得到的莫来石纤维量小，产率低，如果莫来石前驱体的用量过高，则纺丝效果变差。

S300：溶液喷射纺丝处理

该步骤中，对纺丝前驱体溶液进行溶液喷射纺丝处理，得到含有聚合物材料、莫来石前驱体和催化剂的复合纤维气凝胶材料。

根据本发明的实施例，上述溶液喷射纺丝处理包括：利用压缩空气将纺丝前驱体溶液从溶液喷射纺丝设备的喷丝口喷出，使得到的纤维沉积在接收装置上；其中，纺丝前驱体溶液的挤出速度可以为0.5～12mL/h(例如0.5mL/h、1mL/h、3mL/h、6mL/h、9mL/h、12mL/h等)，喷丝口与接收装置之间的距离可以为20～100cm(例如20cm、30cm、60cm、80cm、100cm等)，压缩空气的气流流速可以为1～50m/s(例如1m/s、5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s、50m/s等。通过在以上条件下利用纺丝前驱体溶液进行溶液喷射纺丝，获得的复合纤维气凝胶材料中的莫来石纤维的直径可控，制备得到的柔性莫来石纤维气凝胶材料性能更佳。另外，需要说明的是，上述溶液喷射纺丝设备的具体种类并不受特别限制，可以采用本领域常见的喷射纺丝设备。

根据本发明的实施例，上述接收装置的具体种类并不受特别限制，例如可以为有孔的金属网、塑料网和无纺布中的一种或多种的组合。

S400：热处理

该步骤中，对上述复合纤维气凝胶材料进行热处理，得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。

根据本发明的实施例，上述热处理包括：以0.1～5℃/min的升温速度将所述复合纤维气凝胶材料升温至900～1800℃，保温0～24h，然后降温至室温(约20～25℃)。具体的，升温速度可以为0.1℃/min、1℃/min、3℃/min、5℃/min等，热处理温度可以为900℃、1200℃、1500℃、1800℃等，保温时间可以为0h、1h、6h、12h、24h等。通过在上述条件下对含有聚合物材料、莫来石前驱体和催化剂的复合纤维气凝胶材料进行热处理，聚合物材料会被分解成二氧化碳、水等小分子，进而将聚合物材料除去，得到莫来石纤维气凝胶材料，使得莫来石纤维气凝胶材料具有优异的耐火性能、良好的耐高低温性能和热绝缘性能。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种柔性莫来石纤维气凝胶材料。根据本发明的实施例，该柔性莫来石纤维气凝胶材料是由上述实施例的制备柔性莫来石纤维气凝胶的方法制备得到的。由此，该柔性莫来石纤维气凝胶材料具有良好的柔韧性、可压缩性、耐火性、耐高低温性(材料在-196℃和1300℃的条件下仍具有良好的柔韧性和可压缩性)和隔热保温性能(热导率低至0.029W·m^-1·K^-1)，并且不存在粉化的问题，在防火服、航空航天、高温工业窑炉、建筑保温、高温空气过滤、催化剂载体等领域具有良好的工业化应用前景。

根据本发明的实施例，上述柔性莫来石纤维气凝胶材料的体积密度可以为2～150mg/cm³，例如2mg/cm³、10mg/cm³、20mg/cm³、40mg/cm³、60mg/cm³、80mg/cm³、100mg/cm³、120mg/cm³、150mg/cm³等。

根据本发明的实施例，上述柔性莫来石纤维气凝胶材料中莫来石纤维的平均直径可以为0.1～5μm，例如0.1μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、5μm等。

另外，需要说明的是，前文针对“制备柔性莫来石纤维气凝胶材料的方法”所描述的全部特征和优点同样适用于该“柔性莫来石纤维气凝胶材料”，在此不再一一赘述。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

按照以下方法制备柔性莫来石纤维气凝胶材料：

(1)聚合物溶液配制：将15g聚氧化乙烯添加到100g去离子水中，在室温条件(约25℃)下以800rpm的转速搅拌溶解4h，得到聚合物材料与溶剂质量比为15：100的聚氧化乙烯溶液；

(2)纺丝前驱体溶液配制：将43g异丙醇铝、36g硝酸铝、21g正硅酸乙酯和0.2g磷酸添加到上述聚氧化乙烯溶液中，通过搅拌得到具有一定粘度的纺丝前驱体混合溶液；

(3)溶液喷射纺丝：采用溶液喷射纺丝法用流速为15m·s^-1的压缩空气将纺丝前驱体溶液以5mL·h^-1的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口80cm的金属网接收装置上，得到复合纤维气凝胶；

(4)热处理：将得到的复合纤维气凝胶以1℃/min的速度从室温升高到1100℃，保温1h，降至室温后得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。

所得柔性莫来石纤维气凝胶材料产品的体积密度为22mg·cm^-3，室温热导率为0.032W·m^-1·K^-1，纤维的平均直径为0.6μm。

制备得到的柔性莫来石纤维气凝胶材料产品实物图如图2所示。对该产品进行SEM、XRD表征，结果分别如图3和图4所示。对该产品的柔性和压缩性进行测试，参考图5和6，在50％的应变条件下压缩10000个循环后，塑性变形只有约5％，产品压缩80％的应变并能够完全回复，最大压缩应变能够达到90％，表现出良好的抗压缩疲劳性能。

实施例2

按照以下方法制备柔性莫来石纤维气凝胶材料：

(1)聚合物溶液配制：将8g聚乙烯吡咯烷酮添加到100g去离子水中，在60℃条件下以800rpm的转速搅拌溶解0.5h，得到聚合物材料与溶剂质量比为8：100的聚乙烯吡咯烷酮溶液；

(2)纺丝前驱体溶液配制：将46g异丙醇铝、41g硝酸铝、23g正硅酸乙酯和0.2g磷酸添加到上述聚乙烯吡咯烷酮溶液中，通过搅拌得到具有一定粘度的纺丝前驱体混合溶液；

(3)溶液喷射纺丝：采用溶液喷射纺丝法用流速为15m·s^-1的压缩空气将纺丝前驱体溶液以5mL·h^-1的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口80cm的金属网接收装置上，得到复合纤维气凝胶；

(4)热处理：将得到的复合纤维气凝胶以1℃/min的速度从室温升高到1100℃，保温1h，降至室温后得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。

所得柔性莫来石纤维气凝胶材料产品的体积密度为19mg·cm^-3，室温热导率为0.030W·m^-1·K^-1，纤维的平均直径为0.7μm。

实施例3

按照以下方法制备柔性莫来石纤维气凝胶材料：

(1)聚合物溶液配制：将7g聚乙烯醇添加到100g去离子水中，在90℃条件下以800rpm的转速搅拌溶解1h，得到聚合物材料与溶剂质量比为7：100的聚乙烯醇溶液；

(2)纺丝前驱体溶液配制：将36g异丙醇铝、32g硝酸铝、18g正硅酸乙酯和0.2g磷酸添加到上述聚乙烯醇溶液中，通过搅拌得到具有一定粘度的纺丝前驱体混合溶液；

(3)溶液喷射纺丝：采用溶液喷射纺丝法用流速为15m·s^-1的压缩空气将纺丝前驱体溶液以5mL·h^-1的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口80cm的金属网接收装置上，得到复合纤维气凝胶；

(4)热处理：将得到的复合纤维气凝胶以0.5℃/min的速度从室温升高到1000℃，保温1h，降至室温后得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。

所得柔性莫来石纤维气凝胶材料产品的体积密度为20mg·cm^-3，室温热导率为0.031W·m^-1·K^-1，纤维的平均直径为0.8μm。

实施例4

按照以下方法制备柔性莫来石纤维气凝胶材料：

(1)聚合物溶液配制：将4g聚氧化乙烯和3g聚乙烯醇添加到100g去离子水中，在90℃条件下以800rpm的转速搅拌溶解0.5h，得到聚合物材料与溶剂质量比为7：100的聚合物溶液；

(2)纺丝前驱体溶液配制：将35g异丙醇铝、40g硝酸铝、19g正硅酸乙酯和0.2g磷酸添加到上述聚合物溶液中，通过搅拌得到具有一定粘度的纺丝前驱体混合溶液；

(3)溶液喷射纺丝：采用溶液喷射纺丝法用流速为15m·s^-1的压缩空气将纺丝前驱体溶液以5mL·h^-1的速度从喷丝口喷出，得到的纤维沉积在距离喷丝口80cm的金属网接收装置上，得到复合纤维气凝胶；

(4)热处理：将得到的复合纤维气凝胶以1℃/min的速度从室温升高到1200℃，保温1h，降至室温后得到柔性莫来石纤维气凝胶材料。

所得柔性莫来石纤维气凝胶材料产品的体积密度为18mg·cm^-3，室温热导率为0.029W·m^-1·K^-1，纤维的平均直径为0.7μm。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制备柔性莫来石纤维气凝胶材料的方法，其特征在于，包括：

(1)将聚合物材料与溶剂混合，得到聚合物溶液；

(2)将所述聚合物溶液与莫来石前驱体和催化剂混合，得到纺丝前驱体溶液；

(3)对所述纺丝前驱体溶液进行溶液喷射纺丝处理，得到含有聚合物材料、莫来石前驱体和催化剂的复合纤维气凝胶材料；

(4)对所述复合纤维气凝胶材料进行热处理，得到所述柔性莫来石纤维气凝胶材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物材料包括选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚酰胺、聚己内酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯胺、聚酰亚胺和聚碳酸酯中的至少之一；

任选地，所述溶剂包括选自水、甲酸、四氢呋喃、丙酮、丁酮、正己烷、环己烷、正庚烷、乙腈、N-甲基吡咯烷酮、1,2-丙二醇、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、乙二胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和四氯化碳中的至少之一。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物材料与所述溶剂的质量比为(2～30):100。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合在20～100℃的温度、50～1000rpm的搅拌转速下进行0.2～10h完成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述莫来石前驱体包括硅源和铝源，所述硅源包括选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的至少之一，所述铝源包括选自硝酸铝、硫酸铝、乙酸铝、异丙醇铝、氯化铝、乙酰丙酮铝中的至少之一；

任选地，所述莫来石前驱体中，所述硅源与所述铝源的摩尔比为1:(3～4)；

任选地，所述催化剂包括选自磷酸、硫酸、盐酸、硝酸、甲酸、醋酸、氢氟酸、高氯酸、三氟乙酸、柠檬酸、硼酸、草酸和马来酸中的至少之一。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述莫来石前驱体、所述催化剂、所述聚合物溶液的质量比为(5～150):(0.01～5):(102～130)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶液喷射纺丝处理包括：利用压缩空气将所述纺丝前驱体溶液从溶液喷射纺丝设备的喷丝口喷出，使得到的纤维沉积在接收装置上；其中，所述纺丝前驱体溶液的挤出速度为0.5～12mL/h，所述喷丝口与所述接收装置之间的距离为20～100cm，所述压缩空气的气流流速为1～50m/s。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理包括：以0.1～5℃/min的升温速度将所述复合纤维气凝胶材料升温至900～1800℃，保温0～24h，然后降温至20～25℃。

9.一种柔性莫来石纤维气凝胶材料，其特征在于，所述柔性莫来石纤维气凝胶材料是由权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的。

10.根据权利要求9所述的柔性莫来石纤维气凝胶材料，其特征在于，所述柔性莫来石纤维气凝胶材料的体积密度为2～150mg/cm³；

任选地，所述柔性莫来石纤维气凝胶材料中莫来石纤维的平均直径为0.1～5μm。

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