一种仿生微纳米纤维气凝胶及其制备方法

摘要

本发明提出一种仿生微纳米纤维气凝胶及其制备方法，该方法以PMIA/BMI纳米纤维和PAI/BMI微米纤维为原料制备混合分散液，混合分散液经快速冷冻、真空冷冻干燥及热处理得到仿生微纳米纤维气凝胶；混合分散液中PMIA与PAI的质量比为1：3‑3：1；其中，混合分散液采用先分别制备PMIA/BMI纳米纤维分散液和PAI/BMI微米纤维分散液，随后将二者混合制得；或采用在PMIA/BMI纳米纤维分散液中加入PAI/BMI微米纤维后均质分散制得。本发明所制备仿生微纳米纤维气凝胶具有超弹性，优异的隔热、耐高温和阻燃性能；制备方法流程简单、绿色环保、成本低。

权利要求

1.一种仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，以PMIA/BMI纳米纤维和PAI/BMI微米纤维为原料制备混合分散液，所述混合分散液经快速冷冻、真空冷冻干燥及热处理得到所述仿生微纳米纤维气凝胶；所述混合分散液中PMIA与PAI的质量比为1：3‑3：1；其中，所述混合分散液采用：S1，将PMIA/BMI纳米纤维于第一醇类溶剂中均质分散制得PMIA/BMI纳米纤维分散液；

S2，将PAI/BMI微米纤维于第二醇类溶剂中均质分散制得PAI/BMI微米纤维分散液；S3，将所述PMIA/BMI纳米纤维分散液和所述PAI/BMI微米纤维分散液混合得到所述混合分散液；

或采用：

S1，将PMIA/BMI纳米纤维于第一醇类溶剂中均质分散制得PMIA/BMI纳米纤维分散液；

S2，将PAI/BMI微米纤维于所述PMIA/BMI纳米纤维分散液中均质分散制得所述混合分散液。

2.根据权利要求1所述的仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，所述混合分散液中PMIA与PAI的质量比为1：1。

3.根据权利要求1所述的仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，所述PMIA/BMI纳米纤维通过静电纺丝工艺制得，包括将PMIA和BMI溶于N，N‑二甲基乙酰胺中得到PMIA/BMI纺丝液，随后通过静电纺丝设备制得所述PMIA/BMI纳米纤维；其中所述PMIA/BMI纺丝液中PMIA浓度为12wt%‑18wt%。

4.根据权利要求1所述的仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，所述PAI/BMI微米纤维通过静电纺丝工艺制得，包括将PAI和BMI溶于有机溶剂中得到PAI/BMI纺丝液，随后通过静电纺丝设备制得所述PAI/BMI微米纤维；其中所述PAI/BMI纺丝液中PAI的浓度为22wt%‑

28wt%，所述有机溶剂包括二甲基亚砜、N,N‑二甲基甲酰胺、N‑甲基吡咯烷酮或N,N‑二甲基乙酰胺。

5.根据权利要求1所述的仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，所述PMIA/BMI纳米纤维中纳米纤维的直径为140‑514nm。

6.根据权利要求1所述的仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，所述PAI/BMI微米纤维中微米纤维的直径为847‑2081nm。

7.根据权利要求1所述的仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，所述PMIA/BMI纳米纤维分散液中PMIA/BMI纳米纤维的长径比为179.28‑371.57。

8.根据权利要求7所述的仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，所述混合分散液中PAI/BMI微米纤维的长径比为16.29‑39.52。

9.根据权利要求1所述的仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，所述第一醇类溶剂和第二醇类溶剂分别独立选自叔丁醇或叔丁醇水溶液。

10.一种采用权利要求1‑9任一项所述制备方法制得的仿生微纳米纤维气凝胶。

说明书

一种仿生微纳米纤维气凝胶及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及气凝胶材料领域，具体涉及一种仿生结构间位芳纶/聚酰胺酰亚胺微纳米纤维气凝胶及其制备方法。

背景技术

[0002] 间位芳纶（PMIA）纤维材料具有耐高温、柔软质轻、电绝缘、高强等优点，广泛应用于高温烟气过滤、电绝缘、阻燃隔热等领域。值得注意的是，间位芳纶（PMIA）作为柔性高分子，其断裂强度高于普通涤纶、棉、尼龙等，伸长率较大、手感柔软、可纺性好，还具有优异的阻燃、耐高温性能，且耐久性极佳，可考虑作为制备柔软舒适性能及热性能的气凝胶原料。CN114481680A通过溶液喷吹气体纺丝法制备了超细间位芳纶纤维膜及海绵，通过对所制得超细间位芳纶纤维膜和海绵进行脱盐脱碱、制备悬浆及真空冷冻干燥后得到超细间位芳纶气凝胶；所制备超细间位芳纶气凝胶保留了蓬松结构，具有良好的隔热性能，但是其微观结构较弱，易压缩变形，弹性较差。

发明内容

[0003] 针对现有技术中的不足，本发明公开一种仿生微纳米纤维气凝胶及其制备方法，该制备方法结合静电纺丝、均质分散、冷冻干燥及热处理，所制得半互穿仿生结构间位芳纶/聚酰胺酰亚胺微纳米纤维气凝胶具有优异的隔热性能、超弹性、耐高温性和阻燃性能。

[0004] 为了实现以上技术目的，一方面，本发明提出一种仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，该方法以PMIA/BMI纳米纤维和PAI/BMI微米纤维为原料制备混合分散液，所述混合分散液经快速冷冻、真空冷冻干燥及热处理得到所述仿生微纳米纤维气凝胶；所述混合分散液中PMIA与PAI的质量比为1：3‑3：1；其中，所述混合分散液采用：

[0005] S1，将PMIA/BMI纳米纤维于第一醇类溶剂中均质分散制得PMIA/BMI纳米纤维分散液；S2，将PAI/BMI微米纤维于第二醇类溶剂中均质分散制得PAI/BMI微米纤维分散液；S3，将所述PMIA/BMI纳米纤维分散液和所述PAI/BMI微米纤维分散液混合得到所述混合分散液；

[0006] 或采用：

[0007] S1，将PMIA/BMI纳米纤维于第一醇类溶剂中均质分散制得PMIA/BMI纳米纤维分散液；S2，将PAI/BMI微米纤维于所述PMIA/BMI纳米纤维分散液中均质分散制得所述混合分散液。

[0008] 为了充分发挥间位芳纶优异的柔性及热性能，本发明技术方案通过静电纺丝技术分别制备了功能性的间位芳纶/双马来酰亚胺（BMI）纳米纤维，和功能性的聚酰胺酰亚胺（PAI）/BMI微米纤维，随后通过均质分散、冷冻干燥工艺得到的微纳米纤维气凝胶的未加固气凝胶，随后经热处理使得双马来酰亚胺和聚酰胺酰亚胺、以及双马来酰亚胺和间位芳纶之间形成半互穿聚合物网络，使得微纳米纤维间发生交联结构，得到所述仿生微纳米纤维气凝胶。采用扫描电子显微镜（SEM）分析发现，所述PMIA纳米纤维和PAI微米纤维在交联剂BMI的作用下分别形成了半互穿的仿生丝瓜络结构，且PMIA/PAI微纳米纤维间发生交联形成了仿生丁香叶叶脉结构。

[0009] 在上述技术方案中，采用有机溶剂将耐高温的交联剂双马来酰亚胺与间位芳纶和聚酰胺酰亚胺溶解以制备相应的纺丝液。作为进一步的方案，为了提高静电纺丝所制备间位芳纶纳米纤维和聚酰胺酰亚胺微米纤维的质量和性能，本发明研发团队探索并优化了所制间位芳纶纺丝液中间位芳纶及双马来酰亚胺含量，优化了所制备聚酰胺酰亚胺纺丝液中聚酰胺酰亚胺及双马来酰亚胺的含量，及优化了所用有机溶剂的种类。

[0010] 作为进一步的方案，所制备间位芳纶纳米纤维中纤维直径为140‑514nm。

[0011] 作为进一步的方案，所制备聚酰胺酰亚胺微米纤维中纤维直径为847‑2081nm。

[0012] 作为进一步的方案，本发明研发团队探索并优化了所述PMIA/BMI纳米纤维分散液中PMIA/BMI纳米纤维的长径比；更进一步探索并优化所述混合分散液中PAI/BMI微米纤维的长径比。

[0013] 作为进一步的方案，本发明研发团队对步骤（1）中所用分散溶剂进行了探索和优化，所述第一醇类溶剂和第二醇类溶剂分别独立选自叔丁醇或叔丁醇水溶液；其中所述叔丁醇水溶液为叔丁醇含量w满足20wt%≤w＜100wt%的叔丁醇水溶液。

[0014] 另一方面，本发明提出了由上述制备方法制得的仿生结构间位芳纶/聚酰胺酰亚胺微纳米纤维气凝胶。

[0015] 与现有的技术相比，本发明仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法在间位芳纶纳米纤维气凝胶引入了聚酰胺酰亚胺/双马来酰亚胺微米纤维，通过冷冻干燥及热处理工艺促进了间位芳纶纳米纤维间的氢键作用以及间位芳纶纳米纤维与聚酰胺酰亚胺微米纤维中的双马来酰亚胺的热聚合交联作用，使得微米纤维和微米纤维之间、微米纤维和纳米纤维之间、纳米纤维和纳米纤维之间形成了充足的连接节点，赋予了所制备仿生微纳米纤维气凝胶独特的网络结构，即微纳米纤维相互间交联、刚柔耦合的微观结构；所制得仿生微纳米纤维气凝胶具有超轻的质量、超弹性、优异的隔热性能、耐高温性和阻燃性能，拓宽了间位芳纶纳米纤维材料的应用范围；该制备方法工艺流程简单、绿色环保、成本低。

附图说明

[0016] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0017] 图1为实施例2不同PMIA浓度纺丝液所制备PMIA/BMI纳米纤维的电镜形貌图；

[0018] 图2为实施例3不同PAI浓度纺丝液所制备PAI/BMI微米纤维的电镜形貌图；

[0019] 图3为实施例4不同均质时间PMIA/BMI纳米纤维分散液及混合分散液的状态对比图；

[0020] 图4为实施例5.1‑5.3、对比例5.1‑5.2气凝胶的宏观形貌图；

[0021] 图5为对比例5.1、实施例5.2和对比例5.2所制备气凝胶的微观形貌图；

[0022] 图6为实施例5.1‑5.3、对比例5.1‑5.2气凝胶的热导率对比图；

[0023] 图7为实施例5.1‑5.3、对比例5.1‑5.2气凝胶在60%应变下的应力‑应变曲线；

[0024] 图8为实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶在系列应变下的应力‑应变曲线；

[0025] 图9示出了实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶的耐疲劳性能测试结果；

[0026] 图10示出了实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶的阻燃性能测试过程。

具体实施方式

[0027] 为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，给出了本发明的较佳实施例。但应当理解为这些实施例仅用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不限于本发明的保护范围。

[0028] 实施例1

[0029] 一种仿生结构间位芳纶/聚酰胺酰亚胺微纳米纤维气凝胶的制备方法，该方法以PMIA/BMI纳米纤维和PAI/BMI微米纤维为原料制备混合分散液，所述混合分散液经快速冷冻、真空冷冻干燥及热处理得到所述仿生微纳米纤维气凝胶；所述混合分散液中PMIA与PAI的质量比为1：3‑3：1；其中，所述混合分散液采用：

[0030] S1，将PMIA/BMI纳米纤维于第一醇类溶剂中均质分散制得PMIA/BMI纳米纤维分散液；S2，将PAI/BMI微米纤维于第二醇类溶剂中均质分散制得PAI/BMI微米纤维分散液；S3，将所述PMIA/BMI纳米纤维分散液和所述PAI/BMI微米纤维分散液混合得到混合分散液；

[0031] 或采用：

[0032] S1，将PMIA/BMI纳米纤维于第一醇类溶剂中均质分散制得PMIA/BMI纳米纤维分散液；S2，将PAI/BMI微米纤维于所述PMIA/BMI纳米纤维分散液中均质分散制得所述混合分散液。

[0033] 可选的，所述混合分散液中PMIA与PAI的质量比为1：1。

[0034] 可选的，所述PMIA/BMI纳米纤维通过静电纺丝工艺制得，包括将PMIA和BMI溶于N，N‑二甲基乙酰胺中得到PMIA/BMI纺丝液，随后通过静电纺丝设备制得所述PMIA/BMI纳米纤维；其中所述PMIA/BMI纺丝液中PMIA浓度为12wt%‑18wt%。

[0035] 需注意，本实施例中对采用静电纺丝工艺制备PMIA/BMI纳米纤维的参数进行了优化：注射器可选为10、20ml，针头可选为20、21、22G；注射泵的速度0.3‑0.8ml/L，纺丝电压16‑25kV，接收距离14‑20cm，接收辊转速为40‑100rpm。

[0036] 可选的，所述PMIA/BMI纳米纤维分散液中PMIA/BMI纳米纤维的直径为140‑514nm。

[0037] 可选的，所述PAI/BMI微米纤维通过静电纺丝工艺制得，包括将PAI和BMI溶于有机溶剂中得到PAI/BMI纺丝液，随后通过静电纺丝设备制得所述PAI/BMI微米纤维；其中所述PAI/BMI纺丝液中PAI的浓度为22wt%‑28wt%，所述有机溶剂包括二甲基亚砜（DMSO）、N,N‑二甲基乙酰胺（DMAc）、N,N‑二甲基甲酰胺（DMF）或N‑甲基吡咯烷酮（NMP）。

[0038] 需注意，本实施例中对采用静电纺丝工艺制备PAI/BMI微米纤维的参数进行了优化：注射器可选为10、20ml，针头可选为20、21、22G；注射泵的速度0.2 0.5ml/L，电压为8.3~ ~14.3kV，接收距离为18 22cm，接收辊转数为60 100rpm。
~ ~

[0039] 可选的，所述PAI/BMI微米纤维中微米纤维的直径为847‑2081nm。

[0040] 需注意，本实施例对静电纺丝的温湿度条件不做限定，可选为在25±5℃，25±5%温湿度的条件下进行静电纺丝。

[0041] 基于大量探索实验，本实施例中混合分散液可以采用方法一：首先分别制备PMIA/BMI纳米纤维分散液、PAI/BMI微米纤维分散液，随后将两个分散液混合制得混合分散液的方式来制备，即S1，将PMIA/BMI纳米纤维于第一醇类溶剂中均质分散制得PMIA/BMI纳米纤维分散液；S2，将PAI/BMI微米纤维于第二醇类溶剂中均质分散制得PAI/BMI微米纤维分散液；S3，将所述PMIA/BMI纳米纤维分散液和所述PAI/BMI微米纤维分散液混合得到所述混合分散液；也可以采用方法二：先制备PMIA/BMI纳米纤维分散液，随后将PAI/BMI微米纤维加入到PMIA/BMI纳米纤维分散液中均质分散制得所述混合分散液，即S1，将PMIA/BMI纳米纤维于第一醇类溶剂中均质分散制得PMIA/BMI纳米纤维分散液；S2，将PAI/BMI微米纤维于所述PMIA/BMI纳米纤维分散液中均质分散制得所述混合分散液。

[0042] 需注意，本实施例中对PMIA/BMI纳米纤维均质分散的操作条件不做限定，可选的，PMIA/BMI纳米纤维分散液制备的均质分散操作在均质分散机中进行，均质分散机的转速为15000 20000r/min，均质时间为5‑15min。本实施例中对PAI/BMI微米纤维均质分散的操作~
条件不做限定，可选的，PAI/BMI微米纤维分散液制备的均质分散操作在均质分散机中进行，10000 15000r/min，均质时间为30 60s。
~ ~

[0043] 当采用方法二进行混合分散液制备时，将PAI/BMI微米纤维加入到所述PMIA/BMI纳米纤维分散液后，可采用10000 15000r/min，均质约30 60s的时间，即在相对于PMIA/BMI~ ~纳米纤维分散液制备时采用更低的转速及均质时间，得到所述混合分散液。

[0044] 进一步需注意，当采用方法二制备混合分散液，在进行将PAI/BMI微米纤维加入到所述PMIA/BMI纳米纤维分散液的操作时，可选择将PAI/BMI微米纤维或纤维膜剪切成较小的膜碎片（比如1cm×1cm膜碎片、1.5cm×1.5cm膜碎片或不规则尺寸膜碎片等，可根据具体工况调整膜碎片的尺寸），随后将膜碎片直接加入所述PMIA/BMI纳米纤维分散液进行均质分散，也可采用将膜碎片先分散于第二醇类溶剂中、随后再与所述PMIA/BMI纳米纤维分散液混合并均质分散。

[0045] 可选的，所述第一醇类溶剂和第二醇类溶剂分别独立选自叔丁醇或叔丁醇水溶液。本发明研发团队通过接触角测试发现，静电纺丝工艺所制备PMIA/BMI纳米纤维和PAI/BMI微米纤维在叔丁醇或不同浓度叔丁醇水溶液中的浸润性不同，因此在具体的混合分散液制备过程中，可分别选择合适的第一醇类溶剂和第二醇类溶剂用于浸润PMIA/BMI纳米纤维和PAI/BMI微米纤维。在实际操作中所述第一醇类溶剂和第二醇类溶剂可均为叔丁醇，或均为浓度相同的叔丁醇水溶液，也可分别为叔丁醇含量不同的叔丁醇，或叔丁醇水溶液。

[0046] 可选的，所述PMIA/BMI纳米纤维分散液中PMIA/BMI纳米纤维的长径比为179.28‑371.57。

[0047] 进一步可选的，所述混合分散液中PAI/BMI微米纤维的长径比为16.29‑39.52。

[0048] 可选的，快速冷冻的温度为‑25℃，冷冻时间为6‑24h，冷冻完成后进行真空冷冻干燥；真空冷冻干燥的条件为约‑40℃、4Pa的真空环境下冷冻干燥24 96h。~

[0049] 可选的，热处理操作的温度为180 220℃，进一步可选为200℃；热处理时间为0.5‑~3h。

[0050] 实施例2

[0051] 基于实施例1所示仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，本实施例对所制间位芳纶纺丝液中间位芳纶的添加量进行了探索和优化。需注意，本实施例所示具体工艺流程仅为较优展示，并不由此限定本发明的保护范围。

[0052] 具体的，本实施例将间位芳纶原液、双马来酰亚胺、N,N‑二甲基乙酰胺依次加入玻璃容器，在50 70℃下的水浴锅搅拌3 5h，然后静置消除气泡，得到间位芳纶质量分数为~ ~12wt%、14wt%、16wt%、18wt%，双马来酰亚胺的质量分数为2.4wt%、2.8wt%、3.2wt%、3.6wt%的
4组间位芳纶纺丝液。可选的，本实施例中所用间位芳纶原液包含N,N‑二甲基乙酰胺和间位芳纶，两者质量比为80：20。

[0053] 随后将所得4组浓度不同间位芳纶纺丝液分别倒入10ml的针管注射器中，采用22G针头进行静电纺丝，其中，静电纺丝的参数为：纺丝电压为19kV、接收距离为20cm、收集辊转数为100rpm、助推速度为0.3ml/h，在温度25±5℃、湿度30±10%的范围内进行。

[0054] 图1示出了采用不同浓度的间位芳纶纺丝液所制备间位芳纶纳米纤维的扫描电镜图。通过对比观察扫描电镜下纳米纤维的形貌：当纺丝液间位芳纶质量分数为12wt%时，所制备纳米纤维形成了珠粒且纤维直径不匀；当纺丝液间位芳纶质量分数为14wt%，所制备纳米纤维的直径较小，且无明显缠结现象；当纺丝液间位芳纶质量分数为16wt%时，所制备纳米纤维形貌有明显的改观，直径分布均匀、粗细适中，且断头和缠结现象很少；当纺丝液质量分数为18wt%时，所制备纳米纤维分布松散且粗细均匀。故本发明技术方案中所述PMIA/BMI纺丝液中PMIA浓度可选为12wt%‑18wt%，进一步可选为14wt‑18wt%。综合考虑到当间位芳纶的浓度较高时会造成纺丝液黏度较高，造成在纺丝操作时不易挤出，故所述PMIA/BMI纺丝液中PMIA浓度更进一步可选为16wt%。

[0055] 进一步的，通过纤维直径测量纺丝液间位芳纶质量分数为16wt%和18wt%纺丝液所制备纳米纤维的直径，得到本发明所述PMIA/BMI纳米纤维中纳米纤维的直径为140‑514nm。

[0056] 实施例3

[0057] 基于实施例1所示仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，本实施例对所制PAI/BMI纺丝液中间位PAI的添加量进行了探索和优化。需注意，本实施例所示具体工艺流程仅为较优展示，并不由此限定本发明的保护范围。

[0058] 具体的，在制备时采用分子量为200000的PAI粉末于玻璃容器中，随后加入溶剂DMSO和BMI粉末，设定PAI质量为22wt%、25wt%、28wt%，BMI浓度分别为4.4wt%、5wt%、5.6wt%的三种不同浓度的PAI/BMI纺丝液；混合后在恒温水浴锅50 80℃搅拌3 5h，得到PAI/BMI纺~ ~丝液。在纺丝电压为11.31kV，流速为0.5ml/h，接收距离为18cm，接收辊转数为60rpm，温湿度为25℃、30±5%的条件下进行纺丝得到所述PAI/BMI微米纤维。

[0059] 图2示出了采用不同浓度的PAI纺丝液所制备的PAI/BMI微米纤维的扫描电镜图，通过对比观察扫描电镜下观察微米纤维形貌：当纺丝液中PAI浓度为22wt%时纺丝液的黏度较低，喷出的纤维相对较细，易形成液滴状及出现蛛丝断头现象；随着质量分数的增加，纤维可以被充分拉伸，当质量分数为25wt%时，PAI纤维形貌有明显改观，纤维直径分布较为均匀，粗细适中，无明显的断头和缠结现象；当质量分数为28wt%时，PAI纤维分布较为松散，粗细均匀。因此，本发明技术方案中所述PAI/BMI纺丝液中PAI的浓度可选22wt%‑28wt%，进一步可选为25wt%。

[0060] 进一步的，通过纤维直径测量PAI浓度为25wt%和28wt%纺丝液所制备微米纤维的直径，得到本发明所述PAI/BMI微米纤维中微米纤维的直径为847‑2081nm。

[0061] 实施例4

[0062] 基于实施例1所示仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，本实施例对所述PMIA/BMI纳米纤维分散液中PMIA/BMI纳米纤维的长径比及所述混合分散液中PAI/BMI微米纤维的长径比进行了探索和优化。

[0063] 本实施例以采用PMIA质量分数为16wt%纺丝液所制备PMIA/BMI纳米纤维，将PMIA/BMI纳米纤维剪成1×1cm左右的碎快，取0.5g置于100ml叔丁醇水溶液（第一醇类溶剂）中，使用高速均质机以15000 20000r/min的速度进行均质分散，不同均质分散时间下分散液的~状态如图3中的①‑④所示。

[0064] 观察PMIA/BMI纳米纤维的均质状态：均质前PMIA/BMI纳米纤维的状态如图3中的①；当均质6min（图3中的②），纳米纤维已完全均质成分散的纳米纤维，但此时纳米纤维的长径比较大，纳米纤维之间会发生缠结现象而导致分散不匀；当均质12min（图3中的③），纳米纤维经高速均质后长径比进一步减小，使得缠结的纳米纤维分散均匀，由图3中的③的电镜图得出PMIA/BMI纳米纤维的长径比范围为179.28‑371.57。

[0065] 进一步的，本实施例采用方法二所示方法制备混合分散液，取0.5g由PAI质量分数为25wt%纺丝液所制备PAI/BMI微米纤维置于100ml叔丁醇水溶液（第二醇类溶剂），随后加入上述PMIA/BMI纳米纤维分散液中，以10000 15000r/min的转速均质60s后，PAI/BMI微米~纤维已分散均匀（图3中的④），通过电镜图得出混合分散液中PAI/BMI微米纤维的长径比为
16.29‑39.52；PMIA/BMI纳米纤维长径比基本不变。制备得到微纳米纤维混合分散液，用于后续微纳米纤维气凝胶的制备。

[0066] 需注意，本实施例所用第一醇类溶剂和第二醇类溶剂均为40wt%叔丁醇水溶液。

[0067] 需注意，本实施例在均质分散操作完成后将分散后的物料转移至试剂瓶中进行拍照记录，图3无意于表征原料之间或原料与溶剂的配比关系。

[0068] 实施例5

[0069] 基于实施例1所示仿生微纳米纤维气凝胶的制备方法，所述混合分散液中PMIA与PAI的质量比进行探索和优化。

[0070] 具体的，本实施例采用方法一所示方法制备混合分散液：

[0071] S1，采用0.5g由PMIA质量分数为16wt%纺丝液所制备PMIA/BMI纳米纤维于100ml的40wt%叔丁醇水溶液中均质分散，得到PMIA/BMI纳米纤维分散液。

[0072] S2，采用0.5g由PAI质量分数为22wt%纺丝液所制备PAI/BMI微米纤维于100ml的40wt%叔丁醇水溶液中均质分散，得到PAI/BMI微米纤维分散液。

[0073] S3，将上述两种分散液以体积比作为变量，分别配制PMIA/BMI纳米纤维分散液与PAI/BMI微米纤维分散液体积比为100:0、75:25、50:50、25:75、0:100的混合分散液（分别标记为对比例5.1、实施例5.1、实施例5.2、实施例5.3、对比例5.2）。

[0074] 分别取10ml上述实施例和对比例混合分散液置于直径为3cm的圆柱形模具中，在‑25℃下，冷冻6h后，随后采用冷冻干燥机真空干燥48h，在200℃下热处理2h后赋予了微纳米纤维超弹性。

[0075] 图4示出了示出了实施例5.1‑5.3、对比例5.1‑5.2所制备气凝胶的宏观形貌。由图4中可证实，虽然通过相同的工艺和热处理，由于混合分散液中PMIA与PAI质量比的不同，所制得气凝胶的收缩率不同，PAI/BMI微米纤维相比于PMIA/BMI纳米纤维具有更好的耐高温性能，在200℃的热处理下，PMIA/BMI纳米纤维气凝胶（对比例5.1）收缩较为明显，而PAI微米纤维气凝胶（对比例5.2）则无明显收缩。

[0076] 图5示出了对比例5.1、实施例5.2和对比例5.2所制备气凝胶的微观结构以及交联结构。该微观结构及交联结构至少受到3方面因素的影响：

[0077] 1）本实施例所示气凝胶制备过程中采用叔丁醇水溶液作为PAI/PMIA微纳米纤维分散液，在快速冷冻时，叔丁醇水溶液在各个方向上形成冰晶，随后经过真空干燥使得冰晶升华，形成大量次生孔；

[0078] 2）如图5对比例5.1所示，次生孔孔壁的纤维在经过热处理后，PMIA/BMI纳米纤维中的BMI单体小分子会发生聚合反应，在纳米纤维间表面形成交联结构，不仅加固了次生孔壁，还一并赋予了PMIA/BMI纳米纤维气凝胶宏观的超弹性。相应的，如图5对比例5.2所示，PAI/BMI微米纤维在热处理下形成半互穿聚合物网络及交联结构，加固了PAI/BMI微米纤维气凝胶的次生孔壁；在实施例5.1‑5.3中形成了仿生丝瓜络结构。

[0079] 3）如图5实施例5.2所示，PMIA/PAI微纳米纤维间发生了交联结构。间位芳纶由于特殊的分子结构呈现柔性分子链性能，而作为公知，微米纤维的刚性远高于纳米纤维，本发明研发团队受到了丁香叶粗细叶脉启发制备了PMIA/PAI微纳米纤维，实施例5.2所示仿生微纳米纤维气凝胶相比于PMIA纳米纤维形成了刚柔耦合结构，具有更佳的机械性能从而拓宽了间位芳纶纳米纤维材料的应用场景和领域。

[0080] 本实施例进一步测试了实施例5.1‑5.3、对比例5.1‑5.2气凝胶的热导率，具体的，采用热常数分析仪型号为（Hot Disk TPS 3500）选用5501探头型号，在常温下（25℃）对气凝胶进行热导率的测量。

[0081] 如图6所示，对比例5.1和实施例5.1所示气凝胶具有较高的导热系数，分别为34.26和33.87mW/m·K，其高导热率归因于PMIA纳米纤维的过度聚集，结合图4可知两者的收缩率明显大于其它气凝胶，这可能是导致其热导率较大的主要原因。但值得注意的是，并非气凝胶中PMIA纳米纤维的含量越低则热导率越低，当微纳米纤维质量比为1：1（实施例
5.2）时气凝胶的孔径适中且收缩率较小，热导率为31.73 mW/m·K，即其隔热性能更佳。

[0082] 本实施例进一步测试了实施例5.1‑5.3、对比例5.1‑5.2气凝胶的力学性能。

[0083] 具体的，本实施例中进行了一系列的压缩试验。图7示出了实施例5.1‑5.3、对比例5.1‑5.2气凝胶在60%应变下的应力‑应变曲线。结果显示，实施例5.1‑ 5.3仿生微纳米纤维气凝胶的应力大于对比例5.1和对比例5.2气凝胶的应力，且实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶的应力最大。

[0084] 实施例5.1‑5.3仿生微纳米纤维气凝胶受到压缩载荷时，PMIA/BMI纳米纤维间、PMIA/BMI纳米纤维和PAI/BMI微米纤维、PAI/BMI微米纤维间所形成的交联点赋予了PMIA‑50高应力。虽然PAI/BMI微米纤维呈刚性，但由于PAI/BMI微米纤维的长径比远低于PMIA/BMI纳米纤维，故对比例5.2在交联时相邻的PAI微米纤维交联点较少，低交联不利于应力传递导致气凝胶的应力较低。此外，由于对比例5.1气凝胶的收缩率高于对比例5.2气凝胶，从而对比例5.1的最大应力略高于对比例5.2气凝胶。

[0085] 本实施例进一步测试了实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶的弹性。

[0086] 具体的，图8示出了实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶在40% 80%的一系列应变下~的应力‑应变的关系曲线。当应变为40%时，最大应力为0.388kPa，当应变达到80%时，最大应力为2.052kPa；当ε（应变）≤18%时，为线弹性区；当18＜ε≤60%时，为平台区；当ε＞60%时，为致密区，随着应变的增加，应力值急速增长。值得注意的是，实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶在80%应变下压缩，去除外力后几乎可以恢复到初始高度，表现出了优异的超弹性能。

[0087] 本实施例进一步测试了实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶的耐疲劳性能。

[0088] 具体的，图9示出了对实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶进行1000次加载卸载耐疲劳压缩试验的结果：当应变为50%、加载速率为12mm/min，经1000压缩后仅产生12.5%塑性变形，最大应力保留率为84.21%，体现出了良好的压缩恢复性能，该仿生微纳米纤维气凝胶可长期使用。

[0089] 本实施例进一步测试了实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶的阻燃性能。

[0090] 具体的阻燃性能演示过程如图10所示：当实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶与高温火焰接触时并没有发生燃烧，表现出了优异的阻燃性能；另外，但实施例5.2仿生微纳米纤维气凝胶脱离火焰后表现出快速的自熄性能，可在实际应用中有效地避免火灾伤害。

[0091] 需注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明；本实施例所例举数据并不定限定本技术方案，只是展示其中一种具体的工况。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单改进和润饰，都应当视为属于本发明保护的范围。