CN116288782B - 一种基于聚苯并咪唑的高性能聚合物气凝胶纤维及其制备方法 - Google Patents

一种基于聚苯并咪唑的高性能聚合物气凝胶纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可回收再生的高性能芳杂环气凝胶纤维及其制备方法，所述气凝胶纤维由聚苯并咪唑类聚合物与钴离子配位的络合物通过凝胶纺丝制备得到。本发明制备得到的聚苯并咪唑气凝胶纤维材料，强度高，耐热性好，同时具有优异的隔热保温特性和阻燃性，可回收且工艺过程简单，可广泛应用于各种保温隔热阻燃领域。

Description

一种基于聚苯并咪唑的高性能聚合物气凝胶纤维及其制备 方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，特别涉及一种基于聚苯并咪唑的高性能聚合物气凝胶纤维及其制备方法。
背景技术
消防、应急救援、冶金、航空航天等行业的工作人员经常面对各种潜在的热灾害或极端温度条件，在个体防护方面对防护服的要求越来越高。防护服的材料一般由高性能聚合物组成，除了高性能聚合物的基础热力学性质外，防护服材料的结构也对防护效果有很大影响。气凝胶具有比表面积大、孔隙率高、导热系数低、介电常数低、密度低等特点，将高性能聚合物加工为气凝胶不仅能克服传统无机气凝胶韧性差力学性能不佳的缺点，还能使气凝胶兼具耐温性好及阻燃的优点。中国发明专利CN202111047740.7公开了一种聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法，通过静电纺丝制备聚酰亚胺纳米纤维膜，将其分散在溶剂中后冷冻结晶并进行冷冻干燥，热亚胺化后得到具有交联骨架结构支撑的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶，制备的气凝胶导热系数低，密度低，具有力学柔韧性和良好的压缩回弹性，可用于隔热阻燃等领域。
然而，目前报道的气凝胶绝大部分为模具成型的块体材料，无法满足纺织及服用的要求。若将气凝胶结构与高性能纤维材料结合将有望得到新型柔性、轻质、耐温、隔热、阻燃、可编织防护材料。文献(Liu,Z.；Lyu,J.；Fang,D.；Zhang X.,Nanofibrous KevlarAerogel Threads for Thermal Insulation in Harsh Environments.ACS Nano2019,13,5703-5711.)报道了利用Kevlar纳米纤维分散液进行湿法纺丝，后经溶剂置换和冷冻干燥或超临界干燥得到的可在极端环境下用于隔热的气凝胶纤维。但是这些气凝胶纤维仍存在着基础力学性能不足的缺点(≤15MPa)，将导致其在实际应用中受限，对高性能聚合物气凝胶纤维加工后的回收与再生也鲜有人研究。
通过金属配位键在分子间产生交联可以提高气凝胶的孔隙率和强度，并且通过外界的化学刺激可使金属配位键解离从而有望实现聚合物的回收。然而，对气凝胶纤维而言，若对纺丝原液进行交联将导致可纺性变差甚至无法纺丝成型，若对初生湿纤维进行原位交联则容易在纺丝时发生纤维结构不均甚至交联后结构破坏等问题。因此，如何处理高性能聚合物气凝胶纤维可纺性及其交联结构之间的矛盾，建立结构可控的纺丝成型方式，通过简单的手段得到具有良好力学性能以及优异阻燃隔热性质的气凝胶纤维是这类新材料走向实际应用必须解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于聚苯并咪唑的高性能聚合物气凝胶纤维及其制备方法，克服现在气凝胶纤维力学性能较差、难以回收等问题。
本发明提供了一种基于聚苯并咪唑的高性能聚合物气凝胶纤维，所述气凝胶纤维由聚苯并咪唑类聚合物与钴离子配位的络合物通过凝胶纺丝制备得到；其中，所述聚苯并咪唑类聚合物的结构通式如下：R1和R2是代表不同或相同的脂肪族或芳香族官能团，且n为介于2～1000之间的正整数。
所述络合物具有如下式所示的结构：
其中，x和y是聚醚苯并咪唑的结构单元数，且x、y为介于2～1000之间的正整数，m是钴离子的价态，且m为2或3。
改变与咪唑基团配位的钴离子价态方法：
其中，咪唑基团与Co2+配位时，配位键热力学稳定性较低，动力学不稳定，可以配制成均匀的纺丝液。在凝固浴中加入氧化剂，聚合物纺丝成型过程中，配位络合物中的Co2+可以被氧化为Co3+，形成热力学非常稳定的Co3+配位有机凝胶纤维。将Co2+氧化为Co3+的氧化剂为：过氧化氢、次氯酸、亚氯酸等；将Co3+还原为Co2+的还原剂为：抗坏血酸、焦亚硫酸钠等。
所述聚苯并咪唑类聚合物的咪唑基团与钴离子的摩尔质量比值为2:1～14:1。
本发明还提供了一种基于聚苯并咪唑的高性能聚合物气凝胶纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚苯并咪唑类聚合物溶解于有机溶剂，与溶解在相同溶剂中的钴离子溶液混合，搅拌混合均匀，得到纺丝原液；
(2)将步骤(1)中得到的纺丝原液进行凝胶纺丝，得到有机凝胶纤维；
(3)将步骤(2)得到的有机凝胶纤维于溶剂中浸泡多次完成溶剂置换，完毕后通过冷冻干燥得到气凝胶纤维。
所述步骤(1)中的有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
所述步骤(1)中的钴离子溶液为乙酸钴、氯化钴等二价钴离子盐溶液。
所述步骤(1)中的纺丝原液中将聚苯并咪唑类聚合物占体系总质量的8wt％～12wt％。
所述步骤(2)中的凝胶纺丝的纺丝液温度为30℃，凝固浴温度为10-70℃，纺丝速度为0.2～1m/min，收卷速度为0.2～3.5m/min，凝胶纤维在凝固浴中氧化时间为10-30s。
所述凝固浴为添加了氧化剂(H2O2)的有机溶剂与水的混合物，所述有机溶剂与水的体积比为95:5-90:10，氧化剂的质量为凝固浴体系的5％-10％。
所述步骤(3)中的溶剂置换所用溶剂为叔丁醇与水的混合物，叔丁醇与水的体积比为1:1，每次溶剂置换时间为6h，置换3～4次。
所述步骤(3)中冷冻干燥的温度为-40～-80℃，压力为0.1Pa～40Pa，时间为24h～72h。
所述步骤(3)中得到的气凝胶纤维溶解于含还原剂和乙二胺四乙酸的有机溶剂中，溶解后倒入甲醇中将聚苯并咪唑类聚合物析出，经多次抽滤、洗涤、烘干后得到回收聚合物，再次重复步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)即可得到回收再生气凝胶纤维。
所述有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等非质子极性溶剂中的一种或几种。
洗涤回收聚合物过程中用氢氧化钠溶液中和多余的EDTA和还原剂，再用去离子水继续洗至中性，烘干温度为80～100℃。
有益效果
(1)本发明选用在纺丝过程中改变金属离子价态的方式制备有机凝胶纤维，热力学稳定性较低的Co2+配位避免了较强配位交联使聚合可纺性变差的问题，热力学稳定性较高的Co3+配位使得凝胶纤维均匀多孔且交联结构使气凝胶纤维力学性能得到增强。
(2)本发明直接通过湿法凝胶纺丝工艺和冷冻干燥技术，工艺简单，适用于大规模连续制备高性能聚合物气凝胶纤维。
(3)本发明通过调节金属离子与配体比例、聚合物质量分数、凝固浴组成、氧化剂比例、凝胶纤维拉伸倍率等条件来控制气凝胶纤维的性质与结构，无需改变聚合物分子结构，简单易于操作。
(4)本发明所制备的气凝胶纤维力学性能优异、隔热阻燃性能和热稳定性优异，并且可柔性编织，可广泛应用于极端条件下个体防护等领域。
(5)本发明利用金属配位键的动态交联解离使得气凝胶纤维易被回收利用，通过回收聚合物重新加工制备的高性能聚合物气凝胶纤维依然保持优异性能，大大降低了材料成本。
附图说明
图1为本发明凝胶纺丝制备气凝胶纤维的过程图。
图2为本发明气凝胶纤维在纺丝过程中氧化前后与纯OPBI聚合物的红外光谱图。
图3为实施例1～5中气凝胶纤维的SEM图。
图4为实施例1～5中气凝胶纤维拉伸测试下的应力应变曲线图。
图5为实施例1～5中气凝胶纤维的TG与DTG图。
图6为实施例2中气凝胶纤维所编制织物的热导率随温度的变化。
图7为实施例2中气凝胶纤维所编制织物(右)、棉(中)与涤纶(左)同时放在200℃热台上时的红外热像图。
图8为实施例2中气凝胶纤维所编制织物、棉与涤纶同时放在200℃热台上用于隔热时底部与顶部的温度变化。
图9为实施例2中气凝胶纤维织物与棉布的燃烧对比图。
图10为实施例6中回收的聚合物R-OPBI与原始OPBI的红外谱图。
图11为实施例5～6中再生气凝胶纤维拉伸测试下的应力应变曲线图。
图12为实施例6中再生气凝胶纤维的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例实验中主要的试剂来源：3,3'-二氨基联苯胺(DABz)、4,4'-二羧基二苯基醚(DCDPE)均由阿拉丁试剂有限公司提供，乙酸钴购自上海易势化工有限公司，五氧化二磷(P2O5)、甲烷磺酸(MSA)、二甲亚砜(DMSO)、甲醇和乙二胺四乙酸(EDTA)购于国药化学试剂有限公司获得，使用之前未经进一步纯化。
实施例1
(1)在氮气气氛保护的干燥体系中，向三颈烧瓶中加入49.4g的甲烷磺酸，并加入4.94g的五氧化二磷，室温下搅拌至五氧化二磷溶解完全，然后向反应装置中加入2.5823g4,4'-二羧基二苯基醚(DCDPE)和2.1427g 3,3'-二氨基联苯胺(DABz)，转移至油浴中140℃反应1.5h，得到棕红色粘稠聚合物。聚合产物倒入去离子水中析出，用碳酸氢钠溶液洗涤3次后再用去离子水洗涤2次至中性，每次洗涤在60℃下搅拌6h，最终在80℃真空烘箱中烘干，得到聚醚苯并咪唑聚合物(OPBI)。
(2)取5g步骤(1)得到的OPBI溶解在45g DMSO中，同时将2.215g Co(Ac)2溶解在5gDMSO中。分别溶解后，在磁力搅拌下将Co(Ac)2溶液与OPBI溶液混合，继续搅拌至混合均匀，得到纺丝原液。
(3)将步骤(2)得到的纺丝原液进行凝胶纺丝，纺丝过程中凝固浴为DMSO溶液和30％过氧化氢水溶液按95:5比例混合所得，纺丝速度为0.2m/min，收卷速度为0.2m/min，得到有机凝胶纤维。
(4)将步骤(3)得到的凝胶纤维分别在体积比为75:12.5:12.5、50:25:25、25:37.5:37.5、0:50:50的DMSO与水与叔丁醇混合溶剂中浸泡12h进行溶剂梯度置换，最后在水与叔丁醇1:1的混合溶剂中置换两次，完毕后通过冷冻干燥得到气凝胶纤维OPBI/Co3+-6(95:5)。
实施例2
(1)在氮气气氛保护的干燥体系中，向三颈烧瓶中加入49.4g的甲烷磺酸，并加入4.94g的五氧化二磷，室温下搅拌至五氧化二磷溶解完全，然后向反应装置中加入2.5823g4,4'-二羧基二苯基醚(DCDPE)和2.1427g 3,3'-二氨基联苯胺(DABz)，转移至油浴中140℃反应1.5h，得到棕红色粘稠聚合物。聚合产物倒入去离子水中析出，用碳酸氢钠溶液洗涤3次后再用去离子水洗涤2次至中性，每次洗涤在60℃下搅拌6h，最终在80℃真空烘箱中烘干，得到聚醚苯并咪唑聚合物(OPBI)。
(2)取5g步骤(1)得到的OPBI溶解在45g DMSO中，同时将0.735g Co(Ac)2溶解在5gDMSO中。分别溶解后，在磁力搅拌下将Co(Ac)2溶液与OPBI溶液混合，继续搅拌至混合均匀，得到纺丝原液。
(3)将步骤(2)得到的纺丝原液进行凝胶纺丝，纺丝过程中凝固浴为DMSO溶液和30％过氧化氢水溶液按95:5比例混合所得，纺丝速度为0.2m/min，收卷速度为0.2m/min，得到有机凝胶纤维。
(4)将步骤(3)得到的凝胶纤维分别在体积比为75:12.5:12.5、50:25:25、25:37.5:37.5、0:50:50的DMSO与水与叔丁醇混合溶剂中浸泡12h进行溶剂梯度置换，最后在水与叔丁醇1:1的混合溶剂中置换两次，完毕后通过冷冻干燥得到气凝胶纤维OPBI/Co3+-8(95:5)。
实施例3
(1)在氮气气氛保护的干燥体系中，向三颈烧瓶中加入49.4g的甲烷磺酸，并加入4.94g的五氧化二磷，室温下搅拌至五氧化二磷溶解完全，然后向反应装置中加入2.5823g4,4'-二羧基二苯基醚(DCDPE)和2.1427g 3,3'-二氨基联苯胺(DABz)，转移至油浴中140℃反应1.5h，得到棕红色粘稠聚合物。聚合产物倒入去离子水中析出，用碳酸氢钠溶液洗涤3次后再用去离子水洗涤2次至中性，每次洗涤在60℃下搅拌6h，最终在80℃真空烘箱中烘干，得到聚醚苯并咪唑聚合物(OPBI)。
(2)取5g步骤(1)得到的OPBI溶解在45g DMSO中，同时将0.445g Co(Ac)2溶解在5gDMSO中。分别溶解后，在磁力搅拌下将Co(Ac)2溶液与OPBI溶液混合，继续搅拌至混合均匀，得到纺丝原液。
(3)将步骤(2)得到的纺丝原液进行凝胶纺丝，纺丝过程中凝固浴为DMSO溶液和30％过氧化氢水溶液按95:5比例混合所得，纺丝速度为0.2m/min，收卷速度为0.2m/min，得到有机凝胶纤维。
(4)将步骤(3)得到的凝胶纤维分别在体积比为75:12.5:12.5、50:25:25、25:37.5:37.5、0:50:50的DMSO与水与叔丁醇混合溶剂中浸泡12h进行溶剂梯度置换，最后在水与叔丁醇1:1的混合溶剂中置换两次，完毕后通过冷冻干燥得到气凝胶纤维OPBI/Co3+-10(95:5)。
实施例4
(1)在氮气气氛保护的干燥体系中，向三颈烧瓶中加入49.4g的甲烷磺酸，并加入4.94g的五氧化二磷，室温下搅拌至五氧化二磷溶解完全，然后向反应装置中加入2.5823g4,4'-二羧基二苯基醚(DCDPE)和2.1427g 3,3'-二氨基联苯胺(DABz)，转移至油浴中140℃反应1.5h，得到棕红色粘稠聚合物。聚合产物倒入去离子水中析出，用碳酸氢钠溶液洗涤3次后再用去离子水洗涤2次至中性，每次洗涤在60℃下搅拌6h，最终在80℃真空烘箱中烘干，得到聚醚苯并咪唑聚合物(OPBI)。
(2)取5g步骤(1)得到的OPBI溶解在45g DMSO中，同时将0.735g Co(Ac)2溶解在5gDMSO中。分别溶解后，在磁力搅拌下将Co(Ac)2溶液与OPBI溶液混合，继续搅拌至混合均匀，得到纺丝原液。
(3)将步骤(2)得到的纺丝原液进行凝胶纺丝，纺丝过程中凝固浴为DMSO溶液和30％过氧化氢水溶液按95:5比例混合所得，纺丝速度为0.2m/min，收卷速度为0.4m/min，得到有机凝胶纤维。
(4)将步骤(3)得到的凝胶纤维分别在体积比为75:12.5:12.5、50:25:25、25:37.5:37.5、0:50:50的DMSO与水与叔丁醇混合溶剂中浸泡12h进行溶剂梯度置换，最后在水与叔丁醇1:1的混合溶剂中置换两次，完毕后通过冷冻干燥得到气凝胶纤维OPBI/Co3+-8(95:5)-2。
实施例5
(1)在氮气气氛保护的干燥体系中，向三颈烧瓶中加入49.4g的甲烷磺酸，并加入4.94g的五氧化二磷，室温下搅拌至五氧化二磷溶解完全，然后向反应装置中加入2.5823g4,4'-二羧基二苯基醚(DCDPE)和2.1427g 3,3'-二氨基联苯胺(DABz)，转移至油浴中140℃反应1.5h，得到棕红色粘稠聚合物。聚合产物倒入去离子水中析出，用碳酸氢钠溶液洗涤3次后再用去离子水洗涤2次至中性，每次洗涤在60℃下搅拌6h，最终在80℃真空烘箱中烘干，得到聚醚苯并咪唑聚合物(OPBI)。
(2)取5g步骤(1)得到的OPBI溶解在45g DMSO中，同时将0.735g Co(Ac)2溶解在5gDMSO中。分别溶解后，在磁力搅拌下将Co(Ac)2溶液与OPBI溶液混合，继续搅拌至混合均匀，得到纺丝原液。
(3)将步骤(2)得到的纺丝原液进行凝胶纺丝，纺丝过程中凝固浴为DMSO溶液和30％过氧化氢水溶液按95:5比例混合所得，纺丝速度为0.2m/min，收卷速度为0.6m/min，得到有机凝胶纤维。
(4)将步骤(3)得到的凝胶纤维分别在体积比为75:12.5:12.5、50:25:25、25:37.5:37.5、0:50:50的DMSO与水与叔丁醇混合溶剂中浸泡12h进行溶剂梯度置换，最后在水与叔丁醇1:1的混合溶剂中置换两次，完毕后通过冷冻干燥得到气凝胶纤维OPBI/Co3+-8(95:5)-3。
实施例6
(1)取10g OPBI/Co3+-8(95:5)-3，放入500ml含0.5wt％EDTA和抗坏血酸的DMSO溶液中，在80℃磁力搅拌下，钴离子还原和金属配位键的动态解离使OPBI溶解于DMSO溶液中。将解离溶解后的OPBI倒入甲醇中析出。用氢氧化钠溶液洗涤2次后再用去离子水洗涤3次至中性，每次洗涤在60℃下搅拌6h，最终在80℃真空烘箱中烘干，得到回收聚醚苯并咪唑聚合物(R-OPBI)。
(2)取5g步骤(1)得到的R-OPBI溶解在45g DMSO中，同时将0.735g Co(Ac)2溶解在5g DMSO中。分别溶解后，在磁力搅拌下将Co(Ac)2溶液与OPBI溶液混合，继续搅拌至混合均匀，得到纺丝原液。
(3)将步骤(2)得到的纺丝原液进行凝胶纺丝，纺丝过程中凝固浴为DMSO溶液和30％过氧化氢水溶液按95:5比例混合所得，纺丝速度为0.2m/min，收卷速度为0.6m/min，得到金属配位有机凝胶纤维。
(4)将步骤(3)得到的凝胶纤维分别在体积比为75:12.5:12.5、50:25:25、25:37.5:37.5、0:50:50的DMSO与水与叔丁醇混合溶剂中浸泡12h进行溶剂梯度置换，最后在水与叔丁醇1:1的混合溶剂中置换两次，完毕后通过冷冻干燥得到再生气凝胶纤维
R-OPBI/Co3+-8(95:5)-3。
应用试验例：
1、BET及密度等气凝胶纤维物理性质测试结果：
实施例1产品OPBI/Co3+-6(95:5)比表面积为130.5m2/g，密度为0.28mg/mm3，孔隙率为88.03％。
实施例2产品OPBI/Co3+-8(95:5)比表面积为132.9m2/g，密度为0.47mg/mm3，孔隙率为80.07％。
实施例3产品OPBI/Co3+-10(95:5)比表面积为152.4m2/g，密度为0.37mg/mm3，孔隙率为84.28％。
实施例4产品OPBI/Co3+-8(95:5)-2比表面积为77.3m2/g，密度为0.63mg/mm3，孔隙率为65.27％。
实施例5产品OPBI/Co3+-8(95:5)-3比表面积为88m2/g，密度为0.94mg/mm3，孔隙率为58.09％。
2、红外光谱测试：
图2中，纯OPBI纤维和OPBI/Co2+纤维的红外光谱基本一致，而OPBI/Co3+气凝胶纤维的红外光谱图相较于纯OPBI纤维，905、1665和2850、2920、2965cm-1附近峰强度有所增强，并且在1362、1580cm-1处出现了一个新的峰，表明钴离子氧化为三价后才与咪唑基团配位。
3、气凝胶微观形貌测试：
图3中，实施例1～5制备过程中气凝胶纤维的金属配体配比或拉伸倍率不同，使得气凝胶纤维的孔径与骨架直径不同。
4、力学性能测试：
图4中，实施例1～5制备的气凝胶纤维孔径与骨架直径不同，使得其力学性能不同，提高拉伸倍率明显提升了气凝胶纤维的力学性能，所制备气凝胶纤维的拉伸强度最高可以达到220MPa。
5、热稳定性分析测试：
图5中，实施例1-5制备的气凝胶纤维在135℃左右轻微失重是由于残留在气凝胶中的溶剂挥发，有两个主要的分解温度(Td)分别为539-601℃和713-767℃，这两个主要的分解温度分别为芳香醚键和碳主链的分解。气凝胶的最大分解温度(Td)均高于539℃，在升温至900℃时，气凝胶的残炭率均高于78％，表现出良好的热稳定性。
6、隔热性能测试
图6中，实施例2制备的气凝胶纤维在25℃时导热系数为0.064W m-1K-1，随着温度的升高，气凝胶的导热系数略有增加，在300℃时表现为0.088W m-1K-1的低导热系数。
图7和图8中，通过将实施例2制备的气凝胶纤维编织成织物，与棉和涤纶同时置于不同温度的热台上，通过红外热像仪监测棉、涤纶、气凝胶纤维织物表面和底部热台的温度，证明了其保温隔热性能。
7、阻燃性能测试
图9中，棉织物很容易被点燃，从火焰中取出后燃烧完全，相比之下，实施例2产品没有被点燃，从火焰中拿开后可以自熄。
8、回收聚合物表征
图10中，实施例6中回收的聚合物R-OPBI与原始OPBI的红外谱图基本一致。
图11中，实施例6的回收再生气凝胶纤维的力学性能与实施例5制备的气凝胶纤维气凝胶纤维无明显差别。
图12中，实施例6的回收再生气凝胶纤维的内部结构依然为三维网络结构。

Claims (10)

1.一种基于聚苯并咪唑的高性能聚合物气凝胶纤维，其特征在于：所述气凝胶纤维由聚苯并咪唑类聚合物与钴离子配位的络合物通过凝胶纺丝制备得到；其中，所述聚苯并咪唑类聚合物的结构通式如下：
；
R1和R2是代表不同或相同的脂肪族或芳香族官能团，且n为介于2~1000之间的正整数；
所述气凝胶纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）将聚苯并咪唑类聚合物溶解于有机溶剂，与溶解在相同溶剂中的钴离子溶液混合，搅拌混合均匀，得到纺丝原液；其中，所述钴离子溶液为二价钴离子盐溶液；
（2）将步骤（1）中得到的纺丝原液进行凝胶纺丝，得到有机凝胶纤维；其中，所述凝胶纺丝的凝固浴为添加了氧化剂的有机溶剂与水的混合物，配位络合物中的Co2+被氧化为Co3+；
（3）将步骤（2）得到的有机凝胶纤维于溶剂中浸泡多次完成溶剂置换，完毕后通过冷冻干燥得到气凝胶纤维。
2.根据权利要求1所述的气凝胶纤维，其特征在于：所述聚苯并咪唑类聚合物的咪唑基团与钴离子的摩尔质量比值为2:1~14:1。
3.一种基于聚苯并咪唑的高性能聚合物气凝胶纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚苯并咪唑类聚合物溶解于有机溶剂，与溶解在相同溶剂中的钴离子溶液混合，搅拌混合均匀，得到纺丝原液；其中，所述钴离子溶液为二价钴离子盐溶液；
（2）将步骤（1）中得到的纺丝原液进行凝胶纺丝，得到有机凝胶纤维；其中，所述凝胶纺丝的凝固浴为添加了氧化剂的有机溶剂与水的混合物，配位络合物中的Co2+被氧化为Co3+；
（3）将步骤（2）得到的有机凝胶纤维于溶剂中浸泡多次完成溶剂置换，完毕后通过冷冻干燥得到气凝胶纤维。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的纺丝原液中聚苯并咪唑类聚合物占体系总质量的8wt%~12wt%。
6. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的凝胶纺丝的纺丝液温度为30℃，凝固浴温度为10-70℃，纺丝速度为0.2~1 m/min，收卷速度为0.2~3.5m/min，凝胶纤维在凝固浴中氧化时间为10-30s。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的有机溶剂与水的体积比为95:5-90:10，氧化剂的质量为凝固浴体系的5%-10%。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的溶剂置换所用溶剂为叔丁醇与水的混合物，叔丁醇与水的体积比为1:1，每次溶剂置换时间为6h，置换3~4次。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中得到的气凝胶纤维溶解于含还原剂和乙二胺四乙酸的有机溶剂中，溶解后倒入甲醇中将聚苯并咪唑类聚合物析出，经多次抽滤、洗涤、烘干后得到回收聚合物，再次重复步骤（1）、步骤（2）和步骤（3）即可得到回收再生气凝胶纤维。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
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