CN114934394B - 一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，其包括柔性纤维膜的制备；二氧化硅溶胶的制备；将所述气凝胶二氧化硅溶胶涂布于所述柔性纤维膜上，静置处理后，得到纤维复合凝胶膜；将所述纤维复合凝胶膜进行老化处理、表面修饰处理以及热处理后，得到纤维复合凝胶柔性膜。本发明制备的纤维复合凝胶柔性膜中的纤维长径比大且晶界特殊，具有较高的表面能和力学性能，与气凝胶具有更优异的界面结合，使得在0.1mm‑0.3mm较薄的情况下，依然能保证力学强度和柔韧性，且具有显著的耐热性和保温隔热性。

Description

一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法
技术领域
本发明涉及气凝胶复合材料制备领域，具体而言，涉及一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法。
背景技术
气凝胶材料因其独特的纳米多孔网络结构，具有高孔隙率、低密度、高比表面积和低温下热导率低等优异性能，正因如此，当处于高温时，气凝胶材料对红外辐射有很高的透明性，辐射传热会使其隔热效果就会显著下降，且由于气凝胶内部是由弱连接的纳米颗粒组成的三维固体，该结构特点会引起力学性能急剧下降、导致材料脆性大，在强度和柔韧性方面存在固有局限性，使其加工、处理变得困难，限制了其在隔热领域的大范围应用。为了更广泛地应用气凝胶，必须解决上述问题。添加适量纤维级份，是目前工业化生产中应对上述不足的常用解决方法。通过引入纤维，一能减少辐射传热，二能获得纤维的骨架支撑及对裂纹扩展的阻碍作用，防止干燥过程中因干燥毛细管压力引起的气凝胶收缩或孔洞塌陷，改善了力学性能和隔热性能。
目前市面上常见纤维复合气凝胶产品大致有两种，一种是有机纤维气凝胶复合材料，其柔性较好，厚度小，但有机纤维强度有限且耐受温度较低，在较低的热辐射下就极易燃烧，应用范围不广；另一种无机纤维气凝胶复合材料厚度大，力学性能占优，具有抗拉、耐热及耐腐蚀等特点，但无法在较薄的厚度下，同时兼具柔性和出色的强度。
综上，经过申请人的海量检索，在纤维复合凝胶柔性膜制备领域，仍然存在亟待解决的上述问题。
发明内容
基于此，为了解决现有技术中柔性膜的力学性能差、厚度大、不能同时满足强度和柔韧性的问题，本发明提供了一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，具体技术方案如下：
一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，包括以下步骤：
柔性纤维膜的制备；
二氧化硅溶胶的制备；
将所述二氧化硅溶胶涂布于所述柔性纤维膜上，静置处理后，得到纤维复合凝胶膜；
将所述纤维复合凝胶膜进行老化处理、表面修饰处理以及热处理后，得到纤维复合凝胶柔性膜。
进一步地，所述柔性纤维膜为柔性纳米二氧化硅纤维膜。
进一步地，所述凝胶为二氧化硅气凝胶。
进一步地，所述柔性纳米二氧化硅纤维膜的制备方法包括以下步骤：
制备前躯体聚合物溶胶，球磨处理控制所述前躯体聚合物溶胶处于亚稳态，然后将亚稳态的前躯体聚合物溶胶进行静电纺丝处理，得到前躯体纤维薄膜，再将所述前躯体纤维薄膜进行热处理以及煅烧处理，得到柔性纳米二氧化硅纤维膜。
进一步地，所述二氧化硅溶胶包括以下制备原料：正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、二甲基甲酰胺、盐酸以及氨水。
进一步地，所述前躯体聚合物溶胶包括以下制备原料：聚乙烯醇水溶液、正硅酸乙酯水解液和NaCl，且按照质量比，所述聚乙烯醇水溶液与所述正硅酸乙酯水解液的比例为1:2，所述NaCl的的添加量占所述聚乙烯醇水溶液与所述正硅酸乙酯水解液总质量的0.3wt％～1wt％。
进一步地，所述聚乙烯醇水溶液，由分子量在20000～40000的聚乙烯醇颗粒溶解于去离子水中得到，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为23～27wt％。
进一步地，所述正硅酸乙酯水解液由去离子水、正硅酸乙酯、以及乙二酸依次混合搅拌得到，且所述正硅酸乙酯和去离子水按摩尔比为0.8～1：7.9～8.2，所述去离子水和所述乙二酸的摩尔比为0.9～1:0.0021～0.0024。
进一步地，所述前躯体纤维薄膜进行热处理的温度为100℃～150℃，时间为0.5h～1h。
进一步地，所述煅烧处理的温度为700℃～900℃，且升温速率为2℃/min～5℃/min。
上述方案中制备的纤维复合凝胶柔性膜中的的纤维长径比大且晶界特殊，具有较高的表面能和力学性能，与气凝胶具有更优异的界面结合，使得在0.1mm-0.3mm较薄的情况下，依然能保证力学强度和柔韧性，且因二氧化硅材料性质具有显著的耐热性；纤维复合凝胶柔性膜结构中的气凝胶骨架减少了固态热传导，纳米级孔减少了气体热传导和对流传热，柔性纤维膜减少辐射传热，使得纤维复合凝胶柔性膜具有优异的隔热性能，热传导系数<0.022w/mk；前躯体聚合物溶胶经过球磨处理后处于亚稳态，使得胶体尺寸减小更均匀，能获得长径比更大的纳米纤维，当纳米纤维堆积形成的纤维膜，经过高温弯曲牵伸、杂化纳米纤维的热处理，诱导晶粒有序生长，在晶体间构建了非晶弹性晶界，宏观上体现为纤维膜拥有显著的柔韧性，使得纤维与气凝胶结合的比表面积也进一步增加，可以在裂纹弯曲偏转时吸收更多能量，起明显的增韧效果，有助于进一步提高纤维复合凝胶柔性膜的力学强度，拉伸强度＞2.4Mpa，弯曲强度＞2.0Mpa。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备的纤维复合凝胶柔性膜的红外光谱数据示意图；
图2为本发明实施例1中柔性纳米二氧化硅纤维膜的SEM示意图；
图3为本发明实施例1中制备的纤维复合凝胶柔性膜的局部微观形貌示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，包括以下步骤：
柔性纤维膜的制备；
二氧化硅溶胶的制备；
将所述二氧化硅溶胶涂布于所述柔性纤维膜上，静置处理后，得到纤维复合凝胶膜；
将所述纤维复合凝胶膜进行老化处理、表面修饰处理以及热处理后，得到纤维复合凝胶柔性膜。
在其中一个实施例中，所述柔性纤维膜为柔性纳米二氧化硅纤维膜。
在其中一个实施例中，所述凝胶为二氧化硅气凝胶。
在其中一个实施例中，所述柔性纳米二氧化硅纤维膜的制备方法包括以下步骤：
制备前躯体聚合物溶胶，球磨处理控制所述前躯体聚合物溶胶处于亚稳态，然后将亚稳态的前躯体聚合物溶胶进行静电纺丝处理，得到前躯体纤维薄膜，再将所述前躯体纤维薄膜进行热处理及煅烧处理，得到柔性纳米二氧化硅纤维膜。
在其中一个实施例中，所述二氧化硅溶胶包括以下制备原料：正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、二甲基甲酰胺、盐酸以及氨水。
在其中一个实施例中，所述前躯体聚合物溶胶包括以下制备原料：聚乙烯醇水溶液、正硅酸乙酯水解液和NaCl，且按照质量比，所述聚乙烯醇水溶液与所述正硅酸乙酯水解液的比例为1:2，所述NaCl的的添加量占所述聚乙烯醇水溶液与所述正硅酸乙酯水解液总质量的0.3wt％～1wt％。
在其中一个实施例中，所述聚乙烯醇水溶液，由分子量在20000～40000的聚乙烯醇颗粒溶解于去离子水中得到，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为23～27wt％。
在其中一个实施例中，所述正硅酸乙酯水解液由正硅酸乙酯、去离子水以及乙二酸混合搅拌得到，且所述正硅酸乙酯和去离子水按摩尔比为0.8～1：7.9～8.2，所述去离子水和所述乙二酸的摩尔比为0.9～1:0.0021～0.0024。
在其中一个实施例中，所述球磨时间为20～40min。
在其中一个实施例中，所述前躯体纤维薄膜进行热处理的温度为100℃～150℃，时间为0.5h～1h。
在其中一个实施例中，所述前驱体纤维前驱体纤维薄膜放置于耐高温弯曲板上进行热处理。
在其中一个实施例中，所述煅烧处理的温度为700℃～900℃，且升温速率为2℃/min～5℃/min。
在其中一个实施例中，所述静电纺丝处理的条件为：电压为20KV～25KV，推样速度为1mL/h～3mL/h，采集距离为20cm～25cm，采集滚筒转速50rpm～80rpm，滑台往复移动速度为100cm/min-120cm/min，环境温度为23℃-25℃，相对湿度为40％～50％。
在其中一个实施例中，所述柔性纳米二氧化硅纤维膜的厚度为0.05mm～0.25mm。
在其中一个实施例中，所述纳米二氧化硅纤维膜组成的纤维直径为500～800nm。
在其中一个实施例中，所述正硅酸乙酯、所述无水乙醇、所述去离子水、所述二甲基甲酰胺、所述盐酸、所述氨水的摩尔比为1:3～7:2～5:0.25～0.45:10-4～10-5:4×10-4～3.57×10-3。
在其中一个实施例中，所述气凝胶涂布于所述柔性纤维膜上采用电控喷雾涂布工艺。
在其中一个实施例中，所述电控喷雾涂布工艺的条件为：电喷雾涂布精度为0.0003mm-0.0005mm，涂布厚度为0.05mm～0.25mm，涂布空间为真空环境，静置时间为2h～4h。
在其中一个实施例中，所述老化处理为将所述纤维复合凝胶膜放入到体积比为1:4的正硅酸乙酯和无水乙醇的混合溶液中。老化处理能促进已经形成的硅凝胶骨架进一步生长和固化，增加最后气凝胶的机械强度。
在其中一个实施例中，所述老化处理的时间为12h～24h。
在其中一个实施例中，所述表面修饰处理为将老化处理后的纤维复合凝胶膜放置于修饰液中，浸泡8h～12h。修饰处理的作用是置换凝胶网络空洞中的溶剂，同时将凝胶骨架表面极性的羟基替换成憎水的烷基，能降低溶剂的表面张力和减少骨架表面的脱水缩聚反应，避免接下来干燥过程中出现气凝胶骨架破坏的现象，从而保证气凝胶的强度。
在其中一个实施例中，按照体积比，所述修饰液包括10～15vol％三甲基氯硅烷：85～90vol％正己烷。
在其中一个实施例中，纤维复合凝胶膜修饰处理后的热处理温度为120℃～150℃，干燥时间为2h～4h。
上述方案中制备的纤维复合凝胶柔性膜中的的纤维长径比大且晶界特殊，具有较高的表面能和力学性能，与气凝胶具有更优异的界面结合，使得在0.1mm-0.3mm较薄的情况下，依然能保证力学强度和柔韧性，且因二氧化硅材料性质具有显著的耐热性；纤维复合凝胶柔性膜结构中的气凝胶骨架减少了固态热传导，纳米级孔减少了气体热传导和对流传热，柔性纤维膜减少辐射传热，使得纤维复合凝胶柔性膜具有优异的隔热性能，热传导系数<0.022w/mk；前躯体聚合物溶胶经过球磨处理后处于亚稳态，使得胶体尺寸减小更均匀，能获得长径比更大的纳米纤维，当纳米纤维堆积形成的纤维膜，经过高温弯曲牵伸、杂化纳米纤维的热处理，诱导晶粒有序生长，在晶体间构建了非晶弹性晶界，宏观上体现为纤维膜拥有显著的柔韧性，使得纤维与气凝胶结合的比表面积也进一步增加，可以在裂纹弯曲偏转时吸收更多能量，起明显的增韧效果，有助于进一步提高纤维复合凝胶柔性膜的力学强度，拉伸强度＞2.4Mpa，弯曲强度＞2.0Mpa。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1：
一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，包括以下步骤：
将分子量为20000的聚乙烯醇在搅拌的条件下添加至去离子水中，配制质量分数为26wt％的聚乙烯醇水溶液；
按正硅酸乙酯和去离子水按摩尔比为0.8：7.9，去离子水和乙二酸的摩尔比为0.9:0.0021，去离子水和正硅酸乙酯先搅拌均匀，然后加入乙二酸，搅拌配制制成正硅酸乙酯的水解液；
将聚乙烯醇水溶液和正硅酸乙酯水解液按质量比为1:2混合后，再在混合液中分别加入混合液质量分数0.3wt％的NaCl颗粒，搅拌得前驱体聚合物溶胶，然后将前驱体聚合物溶胶放入到球磨罐中球磨20min，得到亚稳态前驱体聚合物溶胶，静电纺丝后得到前驱体纤维薄膜，且静电纺丝条件为：施加电压为21KV，推样速度为1.5mL/h，采集距离为22cm，采集滚筒转速55rpm，滑台往复移动速度为105cm/min，环境温度为23℃，相对湿度为40％；本实施例中通过扫描电子显微镜对前驱体纤维进行直径检测，控制纤维直径在500nm左右，通过数显薄膜测厚仪对前驱体纤维薄膜进行厚度测试，控制纤维膜的厚度为0.2mm；
将前驱体纤维薄膜放置于耐高温弯曲板上干燥，高温弯曲板放置于150℃的真空干燥箱中，干燥时间为1h，然后放入到马弗炉中，以5℃/min,的升温速率，在900℃中煅烧，得到柔性纳米二氧化硅纤维膜；
称取摩尔比为1:4:3:0.3:10-4:4×10-4的正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、二甲基甲酰胺、盐酸、氨水，先把正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水加入烧杯中搅拌混合均充分后，逐滴加入盐酸，再加入二甲基甲酰胺和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶；
将柔性纳米二氧化硅纤维膜放入到喷雾涂布机中，涂布作业空间为真空环境。其中，把二氧化硅凝胶作为涂布机的喷涂原料，涂布精度设置为0.0003mm，涂布厚度设置为0.2mm，启动设备进行喷涂，喷涂完成后，静置4h，得到纤维复合凝胶膜；
将所述纤维复合凝胶膜放入到体积比为1:4的正硅酸乙酯和无水乙醇混合溶液中，老化24h；
按15vol％三甲基氯硅烷：85vol％正己烷的配比混合得到修饰液，将老化后的纤维复合凝胶膜放入到修饰液中浸泡12h，然后放置于150℃的烘箱中干燥4h，最终得到纤维复合凝胶柔性膜。
本实施例中的纤维复合凝胶柔性膜厚度为0.3mm，热导率为0.018w/mk，拉伸强度2.8Mpa，弯曲强度2.2Mpa。
实施例2：
一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，包括以下步骤：
将分子量为30000的聚乙烯醇在搅拌的条件下添加至去离子水中，配制质量分数为27wt％的聚乙烯醇水溶液；
按正硅酸乙酯和去离子水按摩尔比为0.9：8，去离子水和乙二酸的摩尔比为1:0.0022，去离子水和正硅酸乙酯先搅拌均匀，然后加入乙二酸，搅拌配制制成正硅酸乙酯的水解液；
将聚乙烯醇水溶液和正硅酸乙酯水解液按质量比为1:2混合后，再在混合液中分别加入混合液质量分数0.5wt％的NaCl颗粒，搅拌得前驱体聚合物溶胶，然后将前驱体聚合物溶胶放入到球磨罐中球磨30min，得到亚稳态前驱体聚合物溶胶，静电纺丝后得到前驱体纤维薄膜，且静电纺丝条件为：电压为22KV，推样速度为3mL/h，采集距离为25cm，采集滚筒转速60rpm，滑台往复移动速度为110cm/min，环境温度为24℃，相对湿度为45％，得到前驱体纤维薄膜。本实施例通过扫描电子显微镜对前驱体纤维进行直径检测，控制纤维直径在600nm左右，通过数显薄膜测厚仪对前驱体纤维薄膜进行厚度测试，控制纤维膜的厚度为0.15mm；
将前驱体纤维薄膜放置于耐高温弯曲板上干燥，高温弯曲板放置于120℃的真空干燥箱中，干燥时间为1h，然后放入到马弗炉中，以3℃/min,的升温速率，在800℃中煅烧，得到柔性纳米二氧化硅纤维膜；
称取摩尔比为1:5:4:0.37:10-4:4.1×10-4的正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、二甲基甲酰胺、盐酸、氨水，先把正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水加入烧杯中搅拌混合均充分后，逐滴加入盐酸，再加入二甲基甲酰胺和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶；
将柔性纳米二氧化硅纤维膜放入到喷雾涂布机中，涂布作业空间为真空环境。其中，把二氧化硅凝胶作为涂布机的喷涂原料，涂布精度设置为0.0003mm，涂布厚度设置为0.15mm，启动设备进行喷涂，喷涂完成后，静置2.5h，得到纤维复合凝胶膜；
将所述纤维复合凝胶膜放入到体积比为1:4的正硅酸乙酯和无水乙醇混合溶液中，老化20h；
按10vol％三甲基氯硅烷：90vol％正己烷的配比混合得到修饰液，将老化后的纤维复合凝胶膜放入到修饰液中浸泡10h，然后放置于130℃的烘箱中干燥3.5h，最终得到纤维复合凝胶柔性膜。
本实施例制备的纤维复合凝胶柔性膜的厚度在0.2mm，热导率为0.019w/mk，拉伸强度2.5Mpa，弯曲强度2.5Mpa。
实施例3：
一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，包括以下步骤：
将分子量为22000的聚乙烯醇在搅拌的条件下添加至去离子水中，配制质量分数为25wt％的聚乙烯醇水溶液；
按正硅酸乙酯和去离子水按摩尔比为1：8.2，去离子水和乙二酸的摩尔比为1:0.0021，去离子水和正硅酸乙酯先搅拌均匀，然后加入乙二酸，搅拌配制制成正硅酸乙酯的水解液；
将聚乙烯醇水溶液和正硅酸乙酯水解液按质量比为1:2混合后，再在混合液中分别加入混合液质量分数0.7wt％的NaCl颗粒，搅拌得前驱体聚合物溶胶，然后将前驱体聚合物溶胶放入到球磨罐中球磨40min，得到亚稳态前驱体聚合物溶胶，静电纺丝后得到前驱体纤维薄膜，且静电纺丝条件为：施加电压为22KV，推样速度为1mL/h，采集距离为23cm，采集滚筒转速70rpm，滑台往复移动速度为110cm/min，环境温度为25℃，相对湿度为40％，得到前驱体纤维薄膜。本实施例中通过扫描电子显微镜对前驱体纤维进行直径检测，控制纤维直径在700nm左右，通过数显薄膜测厚仪对前驱体纤维薄膜进行厚度测试，控制纤维膜的厚度为0.15mm；
将前驱体纤维薄膜放置于耐高温弯曲板上干燥，高温弯曲板放置于100℃的真空干燥箱中，干燥时间为1h，然后放入到马弗炉中，以2℃/min,的升温速率，在800℃中煅烧，得到柔性纳米二氧化硅纤维膜；
称取摩尔比为1:7:2:0.25:10-5:3.57×10-3的正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、二甲基甲酰胺、盐酸、氨水，先把正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水加入烧杯中搅拌混合均充分后，逐滴加入盐酸，再加入二甲基甲酰胺和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶；
将柔性纳米二氧化硅纤维膜放入到喷雾涂布机中，涂布作业空间为真空环境。其中，把二氧化硅凝胶作为涂布机的喷涂原料，涂布精度设置为0.0003mm，涂布厚度设置为0.15mm，启动设备进行喷涂，喷涂完成后，静置1.5h，得到纤维复合凝胶膜；
将所述纤维复合凝胶膜放入到体积比为1:4的正硅酸乙酯和无水乙醇混合溶液中，老化18h；
按12vol％三甲基氯硅烷：88vol％正己烷的配比混合得到修饰液，将老化后的纤维复合凝胶膜放入到修饰液中浸泡8h，然后放置于120℃的烘箱中干燥2.5h，最终得到纤维复合凝胶柔性膜。
本实施例制备的纤维复合凝胶柔性膜厚度在0.1mm左右，热导率为0.021w/mk，拉伸强度2.4Mpa，弯曲强度2.8Mpa。
对比例1：
与实施例1的区别在于，直接将制备的二氧化硅气溶胶进行涂布，溶胶喷涂厚度为0.3mm，其他步骤与实施例1相同，获得二氧化硅气凝胶膜。
对比例2：
与实施例1相比区别在于，只制备柔性纳米二氧化硅纤维膜，控制纤维膜的厚度为0.2mm，其他步骤与实施例1相同。
对比例3：
与实施例2相比区别在于，前驱体聚合物溶胶不进行球磨，且纺制好的前驱体纤维薄膜放置在耐高温直板上干燥，其他与实施例2相同，获得纤维复合凝胶膜。
对比例4：
与实施例2相比区别在于，通过扫描电子显微镜对前驱体纤维进行直径检测，控制纤维直径在900-1000nm左右，其他与实施例2相同，获得纤维复合凝胶膜。
对比例5：
与实施例3相比区别在于，采用柔性涤纶纤维膜替代柔性二氧化硅纤维膜，柔性涤纶纤维膜纤维直径、薄膜厚度均与实施例3中的柔性二氧化硅纤维膜相同，其他与实施例3相同。
对实施例1-3制备的纤维复合凝胶柔性膜、对比例1制备的二氧化硅气凝胶薄膜，对比例2制备的柔性二氧化硅纤维膜，对比例3-4制备的纤维复合凝胶柔性膜以及对比例5制备的纤维复合凝胶柔性膜，采用对应的检测仪器对其耐受温度测试、厚度测试、导热系数测试、拉伸强度测试，弯曲强度测试，结果如下表1所示。
表1：
由表1的数据分析可知，本发明制备的实施例1-3的无机纤维增强气凝胶柔性超薄膜，耐温等级900℃以上，厚度可控制在0.1～0.3mm，热导率＜0.022w/mk，拉伸强度＞2.4Mpa，弯曲强度＞2.0Mpa，突破无机纤维增强气凝胶材料的厚度限制，同时兼具显著的柔性和出色的机械强度，可应用于精细电子产品、柔性能源和可穿戴纺织品领域。
对比例1中制备的二氧化硅气凝胶膜，导热系数虽然优异，但是拉伸和弯曲强度都极低，不能进行应用。
对比例2中制备的柔性纳米二氧化硅纤维膜，由于没有气凝胶特殊的纳米多孔网络结构，热导率是较大，隔热效果不佳。
对比例3中制备的纤维复合凝胶膜，没有在二氧化硅纤维膜制备时，对前驱体聚合物溶胶进行球磨，所以纺织出来长径比较小的纳米纤维，且纺制好的前驱体纤维薄膜放置在耐高温直板上干燥，未能构建了非晶弹性晶界，宏观上体现为纤维膜拥的柔韧性欠佳，致使复合材料力学强度的提高不明显。
对比例4中制备的纤维复合凝胶膜，所采用得柔性二氧化硅纤维膜的直径接近微米级别，使得纤维与气凝胶结合的比表面积较小，可以在裂纹弯曲偏转时吸收的能量也较少，致使复合材料力学强度的提高不明显。
对比例5制备的有机纤维增强气凝胶柔性超薄膜，物理强度与实施例1-3相近，但是耐受温度以及导热系数都不及本发明产品。
另外，图1为本发明实施例1中制备的纤维复合凝胶柔性膜的红外光谱数据示意图，从图1中可以看出本发明纤维复合凝胶柔性膜纯石英相多，石英熔点高，具有显著的耐高温效果；
图2为本发明实施例1中纳米二氧化硅柔性纤维膜的SEM示意图，从图2中可以看出，纤维连续且直径处于纳米级，即长径比大，容易和气凝胶形成较好的界面结合；
图3为本发明实施例1中制备的纤维复合凝胶柔性膜的局部微观形貌示意图，从图3中可以看出柔性纤维膜与气凝胶的结合性优异。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
柔性纤维膜的制备；
二氧化硅溶胶的制备；
将所述二氧化硅溶胶涂布于所述柔性纤维膜上，且所述二氧化硅溶胶涂布于所述柔性纤维膜上采用电控喷雾涂布工艺，所述电控喷雾涂布工艺的条件为：电喷雾涂布精度为0.0003mm-0.0005mm，涂布厚度为0.05mm～0.25mm，涂布空间为真空环境，静置时间为2h～4h，静置处理后，得到纤维复合凝胶膜；
将所述纤维复合凝胶膜进行老化处理、表面修饰处理以及热处理后，得到纤维复合凝胶柔性膜；其中，所述柔性纤维膜为柔性纳米二氧化硅纤维膜，且所述纳米二氧化硅纤维膜组成的纤维直径为500～800nm；
所述柔性纳米二氧化硅纤维膜的制备方法包括以下步骤：
制备前躯体聚合物溶胶，球磨处理控制所述前躯体聚合物溶胶处于亚稳态，然后将亚稳态的前躯体聚合物溶胶进行静电纺丝处理，得到前躯体纤维薄膜，再将所述前躯体纤维薄膜放置于耐高温弯曲板上进行热处理，且热处理的温度为100℃～150℃，时间为0.5h～1h，再煅烧处理，得到柔性纳米二氧化硅纤维膜；
其中，所述前躯体聚合物溶胶包括以下制备原料：聚乙烯醇水溶液、正硅酸乙酯水解液和NaCl，且按照质量比，所述聚乙烯醇水溶液与所述正硅酸乙酯水解液的比例为1:2，所述NaCl的的添加量占所述聚乙烯醇水溶液与所述正硅酸乙酯水解液总质量的0.3wt％～1wt％。
2.根据权利要求1所述的纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅溶胶包括以下制备原料：正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、二甲基甲酰胺、盐酸以及氨水。
3.根据权利要求2所述的纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液，由分子量在20000～40000的聚乙烯醇颗粒溶解于去离子水中得到，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为23～27wt％。
4.根据权利要求3所述的纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯水解液由去离子水、正硅酸乙酯、以及乙二酸依次混合搅拌得到，且所述正硅酸乙酯和去离子水按摩尔比为0.8～1：7.9～8.2，所述去离子水和所述乙二酸的摩尔比为0.9～1:0.0021～0.0024。
5.根据权利要求4所述的纤维复合凝胶柔性膜的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的温度为700℃-900℃，且升温速率为2℃/min～5℃/min。
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