CN113388150B - 用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法、包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法、包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。该方法包括：提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～5wt％，固含量的50wt％以上由对位芳纶纳米纤维构成；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤，包括在第一温度下对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，第一温度≤0℃；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤，包括在第二温度下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，第二温度为0～220℃。本申请实施例的方法可以实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。

Description

用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法、包含对位芳 纶纳米纤维的气凝胶
技术领域
本申请属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法以及包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。
背景技术
气凝胶是一种具有超高孔隙率的三维多孔材料，是目前已知的密度最低的合成材料之一。大量纳米级细小气孔使气凝胶具有极小的表观密度和热导率，高的孔隙率和比表面积赋予气凝胶良好的轻质、隔热、隔音及高效吸附等性能。对位芳纶作为高性能纤维的代表，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、膨胀系数低等一系列优异性能，广泛应用于军事、航空航天、机电、建筑等领域。将对位芳纶制备成气凝胶无疑会赋予对位芳纶新的性能并大大扩展其应用范围。
目前制备对位芳纶纳米纤维气凝胶主要是将化学劈裂法制备的对位芳纶纳米纤维用有机介质(乙醇)置换成凝胶，然后再经过深冷(液氮)和低温冷冻干燥制备成气凝胶。
上述方法存在制备对位芳纶纳米纤维气凝胶过程需要多种有机介质，操作繁琐，条件苛刻，尤其是需要深冷冷冻及冷冻干燥等问题，导致制备气凝胶的过程不仅成本高而且难以连续大规模制备，不适于大规模生产对位芳纶纳米纤维气凝胶。
发明内容
本申请第一方面的实施例提供一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法，包括：
提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～5wt％，该包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量的50wt％以上由对位芳纶纳米纤维构成；
用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤，包括在第一温度下对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，其中，第一温度≤0℃；
用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤，包括在第二温度下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，其中，第二温度为0～220℃。
根据本申请的方法，通过对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶在适当温度下进行冷冻、干燥处理，得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。该方法通过控制上述水凝胶中对位芳纶纳米纤维的含量，可以简单有效地控制包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的孔隙率和力学强度。此外，根据本申请的方法操作条件简单，成本低，可以实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。
在本申请方法的可选的实施方式中，提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶包括：将对位芳纶纳米纤维的水分散液进行脱水处理，以提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量≥0.05wt％。
在本申请方法的可选的实施方式中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶还包括第一组分，该第一组分选自对位芳纶短纤、间位芳纶短纤、聚酰亚胺纤维短纤、涤纶短纤、腈纶短纤、锦纶短纤、碳纤维短纤、石墨烯、碳纳米管及金属粉末中的至少一者。
在本申请方法的可选的实施方式中，上述金属粉末选自纳米金、纳米银、纳米铜、纳米铝、微米级金粉、微米级银粉、微米级铜粉及微米级铝粉中的至少一者。
在本申请方法的可选的实施方式中，提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶包括：将对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液进行脱水处理，以提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液为宏观均匀状态。
在本申请方法的可选的实施方式中，还包括用于制备对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液的步骤，包括将对位芳纶纳米纤维的水分散液在搅拌下与第一组分混合，或者将对位芳纶纳米纤维的水分散液在搅拌下与第一组分的水分散液混合，从而得到对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液，其中，对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量≥0.05wt％。
在本申请方法的可选的实施方式中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～2.5wt％。
在本申请方法的可选的实施方式中，第一温度为-50～-10℃。
在本申请方法的可选的实施方式中，第二温度为50～100℃。
本申请第二方面提供一种采用根据本申请第一方面的任意一种实施方式的方法获得的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。
在本申请第二方面的可选的实施方式中，该包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的热分解温度为520～560℃。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的热重曲线图。
具体实施方式
为了使本申请的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，当组合物被描述成含有、包含或包括特定组分时，或者当工艺被描述成含有、包含或包括特定的工艺步骤时，预期本申请组合物也主要由所述组分组成或由所述组分组成，并且本申请的工艺也主要由所述工艺步骤组成或由所述工艺步骤组成。
除非另有明确说明，术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”的使用通常应该解释为开放式的且非限制性的。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种以上。
本申请的上述发明内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
对位芳纶气凝胶因其优异的理化性能备受关注。目前，主要通过化学劈裂法制备对位芳纶纳米纤维，并将其制备成包含有机介质(乙醇)的凝胶，然后再经过深冷(液氮)和低温冷冻干燥制备成气凝胶。
但是，上述过程需要多种有机介质，制备成本高，且制备条件苛刻，难以实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。
发明人在研究过程中发现，通过使用特定的包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，不仅可以简单有效地控制包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的孔隙率和力学强度，而且制备条件简单，成本低，可以实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。
鉴于此，提出本申请。
如图1所示，本申请第一方面提供一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法，该方法包括：
步骤S10，提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～5wt％，该包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量的50wt％以上由对位芳纶纳米纤维构成。
在步骤S10中，对位芳纶纳米纤维在包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量中的占比(即，对位芳纶纳米纤维固含量)被控制在规定的范围内。并非意在受限于任何理论或解释，发明人发现水凝胶的对位芳纶纳米纤维固含量是影响所得包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的结构和性能的重要因素，因此可以通过控制水凝胶的对位芳纶纳米纤维固含量，获得具有期望的结构和性能的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。
如图1所示，本申请的方法还包括用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤S20，包括在第一温度下对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，其中，第一温度≤0℃。
在步骤S20中，对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理时，可以采用冰盐浴、干冰浴等常用的低温技术，以在第一温度下对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，也可以采用冷冻隧道进行低温处理等工业生产中常用的低温技术，以在第一温度下对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理。无论采取何种低温技术，只要能对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶在第一温度下进行冷冻处理即可，在此不作特别限定。
如图1所示，本申请的方法还包括用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤S30，包括在0～220℃的第二温度下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。
在步骤S30中，在第二温度下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，可以为在第二温度下对包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体进行常压干燥或减压干燥。无论采取何种干燥方式，只要不破坏形成的气凝胶结构即可，在此不作特别限定。
并非意在受限于任何理论或解释，发明人发现在步骤S30中，对冷冻体进行干燥的温度也是影响所得到的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的结构和性能的重要因素；通过控制气凝胶中对位芳纶纳米纤维的固含量，并通过控制第二温度为0～220℃，可以使得到的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶表现出高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、膨胀系数低等优异的性能。
根据本申请第一方面提供的用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法，通过对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻、干燥处理，得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。该方法通过控制上述水凝胶中的对位芳纶纳米纤维固含量，并控制对冷冻体进行干燥的温度，可以简单有效地控制包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的孔隙率和力学强度。例如，本申请方法所得的气凝胶具有合适的密度，并且具有优良的压缩强度。此外，根据本申请的方法操作条件简单，成本低，可以实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。
在一些实施例中，提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶可以包括：将对位芳纶纳米纤维的水分散液进行脱水处理，以提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量≥0.05wt％。
上述脱水处理可以选自过滤、真空辅助过滤、加热蒸发、离心浓缩等能够分离固体和水的所有方法，该脱水处理不明显影响对位芳纶纳米纤维的性质即可。在一个具体例子中，可以采用过滤的方式对对位芳纶纳米纤维的水分散液进行脱水处理，通过该方式得到的包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其固含量可以通过控制过滤时间进行调节。
在一些实施例中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶还可以包括第一组分，该第一组分选自对位芳纶短纤、间位芳纶短纤、聚酰亚胺纤维短纤、涤纶短纤、腈纶短纤、锦纶短纤、碳纤维短纤、石墨烯、碳纳米管及金属粉末中的至少一者。添加上述第一组分可以进一步改进得到的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的强度、模量、耐温性、耐腐蚀性等性能。
在一些实施例中，上述金属粉末可以选自纳米金、纳米银、纳米铜、纳米铝、微米级金粉、微米级银粉、微米级铜粉及微米级铝粉中的至少一者。
在包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶中还包括第一组分的实施例中，提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶可以包括：将对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液进行脱水处理，以提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液为宏观均匀状态。
在包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶中还包括第一组分的实施例中，该用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法还可以包括用于制备对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液的步骤，该步骤具体可以包括：将对位芳纶纳米纤维的水分散液在搅拌下与第一组分混合，或者将对位芳纶纳米纤维的水分散液在搅拌下与第一组分的水分散液混合，从而得到对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液，其中，对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量≥0.05wt％。
在一些实施例中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量可以优选为0.5～2.5wt％。
在一些实施例中，第一温度可以优选为-50～-10℃。
如此，可以兼具平衡生产能耗和生产效率，有利于包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的大规模连续制备。
在一些实施例中，第二温度可以优选为50～100℃。
在根据本申请的方法中，用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤中，在0℃下进行对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理即可，不需特别限制冷冻处理的温度；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤中，在0～220℃的温度下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体即可。也就是说，根据本申请的方法可以使用较温和的低温条件对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，并且用于干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的温度条件也很容易达到，甚至可以在常温条件下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体。
而根据化学劈裂法，用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤中，通常需要在深冷条件下对对位芳纶纳米纤维水凝胶进行冷冻处理；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤中，通常需要采取冷冻干燥的手段对对位芳纶纳米纤维的冷冻体进行干燥。例如，申请号为CN201710263470.0的专利中记载了使用化学劈裂法制备对位芳纶纳米纤维气凝胶的技术方案，该技术方案中，需要在液氮冷冻下在对位芳纶纳米纤维水凝胶进行冷冻处理，并且，对位芳纶纳米纤维的冷冻体进行干燥时，需要控制干燥温度为-80～-50℃。
可见，根据本申请的方法，制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的过程中，操作简便，条件温和，可以极大程度的减少对位芳纶纳米纤维气凝胶的生产成本，实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。
在根据本申请的实施例中，对位芳纶纳米纤维可以为直径在10-70纳米之间的对位芳纶纳米纤维。
在根据本申请的方法中，制备包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的原料均可以包括对位芳纶纳米纤维的水分散液，该对位芳纶纳米纤维的水分散液可以通过聚合一步法制备。
在一些实施例中，用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法还可以包括：提供通过聚合一步法制备的对位芳纶纳米纤维的水分散液，以制备包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶。
在一些实施例中，提供通过聚合一步法制备的对位芳纶纳米纤维的水分散液可以包括：
1)制备对位芳纶冻胶体，包括：在含助溶盐的溶液中使对苯二胺和对苯二甲酰氯反应，从而得到对位芳纶冻胶体；
2)制备对位芳纶纳米纤维悬浮液，包括：使用分散剂和凝固剂处理上述对位芳纶冻胶体，从而得到对位芳纶纳米纤维的悬浮液；
3)制备对位芳纶纳米水分散液，包括：洗涤上述对位芳纶纳米纤维的悬浮液，从而得到对位芳纶纳米纤维的水分散液。
在一些实施例中，制备对位芳纶冻胶体具体包括：在氮气保护下，将经过除水处理的溶剂加入反应容器中，在搅拌下加入助溶盐，加热至助溶盐溶解，得到助溶盐的溶液；在冷水浴下将助溶盐的溶液冷却至0～15℃，将对苯二胺加入反应容器中，待其溶解后，得到第一混合溶液；将反应体系降温至-15～0℃，加入对苯二甲酰氯，以1000～2500r/min的速率搅拌至反应体系出现凝胶现象，得到对位芳纶冻胶体。
在上述第一混合溶液中，对苯二胺的浓度为0.3～0.5mol/L。上述对苯二甲酰氯和对苯二胺的摩尔配比为(1.007～1.012):1。上述助溶盐和对苯二胺的质量比为(0.25～2):1。上述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或六甲基磷酰胺酰胺类溶剂中至少一种，助溶盐选自氯化钙、氯化锂或氯化镁中的至少一种。
在一些实施例中，制备对位芳纶纳米纤维悬浮液具体包括：向上述对位芳纶冻胶体中加入分散剂，该分散剂的添加量为制备对位芳纶冻胶体所使用的溶剂的5～50倍；待冻胶体溶胀后，在3000～5000r/min的速率下对其进行搅拌，以使其变成均一体系；提高搅拌速率至4000～6000r/min，加入凝固剂，得到含有对位芳纶纳米纤维的均匀稳定悬浮液，或将上述均一体系注入到高速搅拌的凝固浴中，得到含有对位芳纶纳米纤维的均匀稳定悬浮液；加热浓缩上述含有对位芳纶纳米纤维的均匀稳定悬浮液，得到高浓度对位芳纶纳米纤维悬浮液。
上述分散剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或六甲基磷酰胺酰胺类有机物中的至少一种，凝固剂选自水、丙酮、甲醇、乙醇、丙醇或丁醇液体醇类中的至少一种。
在一些实施例中，制备对位芳纶纳米水分散液具体包括：用水多次洗涤上述高浓度对位芳纶纳米纤维悬浮液，以除去制备过程中存在的杂质；洗涤完成后在搅拌下加入适量的水，从而得到对位芳纶纳米纤维的水分散液。
上述洗涤可以通过离心或逆流洗涤技术实现，对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量可以通过控制加入的水量进行调节。
在一些实施例中，在所得对位芳纶纳米纤维的水分散液中，对位芳纶纳米纤维的直径在10-70纳米之间。
本申请实施例第二方面提供一种采用本申请第一方面任一实施例提供的方法获得的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。
本申请第二方面提供的气凝胶具有合适的密度，并且具有优良的压缩强度。
在一些实施例中，该包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的热分解温度为520～560℃。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
测试部分：
下述实施例中，气凝胶的密度由气凝胶的质量除以体积获得。
包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的热失重分析曲线由热重分析仪(TGA5500，TAInstruments)测得。测试温度范围为30-800℃，升温速率为10℃/min。
包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的比压缩强度由万能试验机(ZWICKZ020，ZWICK)测得。测试样品大小约为20mm*20mm*20mm。以2mm/min的压缩速率压缩测试样品，得到压缩应力-应变曲线。从所得压缩应力-应变曲线中取压缩应变为70％时对应的压缩应力，并将该压缩应力除以样品面积作为比压缩强度。
实施例1
利用聚合一步法制备固含量为0.05wt％的对位芳纶纳米纤维的水分散液；将上述对位芳纶纳米纤维的水分散液置于带式过滤机中，在真空辅助下脱水得到固含量为0.5wt％的对位芳纶纳米纤维水凝胶，所得水凝胶呈具有塑性但是失去自由流动性的状态；将上述对位芳纶纳米纤维水凝胶转移到温度为-10℃的冷冻隧道中进行冷冻，得到对位芳纶纳米纤维冷冻体；将上述对位芳纶纳米纤维冷冻体置于干燥器中，在0℃下脱水干燥，干燥完成后得到对位芳纶纳米纤维气凝胶。相比于水凝胶，所得对位芳纶纳米纤维气凝胶的体积有一定的收缩但未发生明显变形。
对本实施例制备得到的对位芳纶纳米纤维进行热重分析，如图2所示，其分解温度约为550℃。
实施例2
利用聚合一步法制备固含量为0.5wt％的对位芳纶纳米纤维的水分散液；将浓度为0.5wt％的氧化石墨烯水分散液在搅拌下加入上述对位芳纶纳米纤维的水分散液中，并混合均匀，在混合均匀的分散液中，对位芳纶纳米纤维占固含量的50wt％；真空辅助过滤脱水得到对位芳纶纳米纤维/氧化石墨烯水凝胶，该对位芳纶纳米纤维/氧化石墨烯水凝胶的固含量为1wt％，所得水凝胶呈具有塑性但是失去自由流动性的状态；将水凝胶转移到温度为-40℃的冷冻隧道中进行冷冻，得到对位芳纶纳米纤维/氧化石墨烯冷冻体；将对位芳纶纳米纤维/氧化石墨烯冷冻体置于干燥器中，在50℃下脱水干燥，干燥完成后得到对位芳纶纳米纤维/氧化石墨烯复合气凝胶。相比于水凝胶，对位芳纶纳米纤维/氧化石墨烯复合气凝胶的体积有一定的收缩但未发生明显变形。
实施例3
利用聚合一步法制备固含量为0.1wt％的对位芳纶纳米纤维的水分散液；将长度为6mm的对位芳纶短纤分散到水中，搅拌均匀，得到浓度为0.5wt％的对位芳纶短纤分散液；将对位芳纶纳米纤维的水分散液和对位芳纶短纤分散液在搅拌下混合均匀，在混合均匀的分散液中，对位芳纶纳米纤维占固含量的80wt％；在80℃、搅拌条件下脱除一半的水，得到冻胶状水凝胶；停止搅拌，继续加热脱水到水凝胶的固含量为2.5wt％，得到对位芳纶纳米纤维/对位芳纶短纤水凝胶，所得水凝胶呈具有塑性但是失去自由流动性的状态；将对位芳纶纳米纤维/对位芳纶短纤水凝胶转移到温度为0℃的冷冻隧道中进行冷冻，得到对位芳纶纳米纤维/对位芳纶短纤冷冻体；将对位芳纶纳米纤维/对位芳纶短纤冷冻体置于干燥器中，在100℃下脱水干燥，干燥完成后得到对位芳纶纳米纤维/对位芳纶短纤复合气凝胶。相比于水凝胶，对位芳纶纳米纤维/对位芳纶短纤复合气凝胶体积有一定的收缩但未发生明显变形。
实施例4
利用聚合一步法制备固含量为0.1wt％的对位芳纶纳米纤维的水分散液；将直径为10纳米左右的纳米金水分散液(固含量0.1wt％)在搅拌条件下加入到对位芳纶纳米纤维水分散液中，并搅拌混合到宏观颜色均匀状态，在该混合分散液中，对位芳纶纳米纤维占固含量的80wt％；在60℃、搅拌条件将混合分散液浓缩为固含量为5wt％的对位芳纶纳米纤维/纳米金水凝胶，所得水凝胶呈具有塑性但是失去自由流动性的状态；将对位芳纶纳米纤维/纳米金水凝胶转移到温度为-50℃的冷冻隧道中进行冷冻，得到对位芳纶纳米纤维/纳米金冷冻体；将对位芳纶纳米纤维/纳米金冷冻体置于干燥器中，在220℃下脱水干燥，干燥完成后得到对位芳纶纳米纤维/纳米金复合气凝胶。相比于水凝胶，对位芳纶纳米纤维/纳米金复合气凝胶的体积有一定的收缩但未发生明显变形。
对比例1
利用聚合一步法制备固含量为0.05wt％的对位芳纶纳米纤维的水分散液；将上述对位芳纶纳米纤维的水分散液置于带式过滤机中，在真空辅助下脱水得到固含量为6wt％的对位芳纶纳米纤维水凝胶，所得水凝胶呈具有塑性但是失去自由流动性的状态；将上述对位芳纶纳米纤维水凝胶转移到温度为-10℃的冷冻隧道中进行冷冻，得到对位芳纶纳米纤维冷冻体；将上述对位芳纶纳米纤维冷冻体置于干燥器中，在0℃下脱水干燥，干燥完成后得到对位芳纶纳米纤维气凝胶。相比于水凝胶，所得对位芳纶纳米气凝胶的体积有一定收缩。
对比例2
利用聚合一步法制备固含量为0.05wt％的对位芳纶纳米纤维的水分散液；将上述对位芳纶纳米纤维的水分散液置于带式过滤机中，在真空辅助下脱水得到固含量为0.4wt％的对位芳纶纳米纤维水凝胶，所得水凝胶呈具有塑性但是失去自由流动性的状态；将上述对位芳纶纳米纤维水凝胶转移到温度为-10℃的冷冻隧道中进行冷冻，得到对位芳纶纳米纤维冷冻体；将上述对位芳纶纳米纤维冷冻体置于干燥器中，0℃下脱水干燥，干燥完成后得到呈分散状态、无法团聚的对位芳纶纳米纤维气凝胶。
对比例3
利用聚合一步法制备固含量为0.05wt％的对位芳纶纳米纤维的水分散液；将上述对位芳纶纳米纤维的水分散液置于带式过滤机中，在真空辅助下脱水得到固含量为0.5wt％的对位芳纶纳米纤维水凝胶；将上述对位芳纶纳米纤维水凝胶在-196℃的液氮中进行冷冻，得到对位芳纶纳米纤维冷冻体，但所得冷冻体发生了破裂；将上述对位芳纶纳米纤维冷冻体置于干燥器中，0℃下进行脱水干燥，干燥完成后得到呈破裂状态的对位芳纶纳米纤维气凝胶。
从对比例3可以看出，经液氮冷冻后，对位芳纶纳米纤维水凝胶破裂，得到的对位芳纶纳米纤维气凝胶体积收缩明显，呈破裂状态。
对上述实施例1-4及对比例1-3得到的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶进行密度和比压缩强度的表征，具体结果见下表1。
表1实施例和对比实施例的气凝胶的密度和比压缩强度测试结果
编号 密度(mg/cm<sup>3</sup>) 比压缩强度(kN*m/kg)
实施例1 20 4.85
实施例2 40 6.63
实施例3 50 5.32
实施例4 70 6.87
对比例1 210 2.42
对比例2 9.6 1.23
对比例3 12 1.07
由以上表征结果可知，根据本申请的方法，控制包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶固含量以及冷冻温度、干燥温度在合适的范围内，可制备得到一定密度范围的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。与对比例1-3相比，根据本申请的方法的实施例1-4制备得到的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶在具有合适的密度的同时，表现出了更高的比压缩强度，具有更优异的性能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法，包括：
提供聚合一步法制备的对位芳纶纳米纤维的水分散液，所述对位芳纶纳米纤维的水分散液中，对位芳纶纳米纤维的直径为10-70纳米；
用于制备所述对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液的步骤，包括将所述对位芳纶纳米纤维的水分散液在搅拌下与所述第一组分混合，或者将所述对位芳纶纳米纤维的水分散液在搅拌下与所述第一组分的水分散液混合，从而得到所述对位芳纶纳米纤维和所述第一组分的水分散液，其中，所述第一组分选自对位芳纶短纤、间位芳纶短纤、聚酰亚胺纤维短纤、涤纶短纤、腈纶短纤、锦纶短纤、碳纤维短纤、石墨烯及金属粉末中的至少一者；所述对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量≥0.05wt%；所述对位芳纶纳米纤维和所述第一组分的水分散液为宏观均匀状态；
将所述对位芳纶纳米纤维和所述第一组分的水分散液进行脱水处理，以提供包含所述对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，所述包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为2.5~5wt%，所述固含量的50wt%以上由所述对位芳纶纳米纤维构成，所述包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶还包括所述第一组分；
用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤，包括在第一温度下对所述包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，从而得到所述包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，其中，所述第一温度为-50~0℃；
用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤，包括在第二温度下干燥所述包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，从而得到所述包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，其中，所述第二温度为100~220℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属粉末选自纳米金、纳米银、纳米铜、纳米铝、微米级金粉、微米级银粉、微米级铜粉及微米级铝粉中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一温度为-50~-10℃。
4.一种采用权利要求1至3中任一项所述的方法获得的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。
5.根据权利要求4所述的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，所述包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的热分解温度为520~560℃。
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