本發(fā)明屬于高性能纖維制造，特別涉及一種芳綸多孔纖維及其制備方法。

背景技術：

1、多孔材料因其輕質、高比表面積、高比強度，被廣泛應用于凈化分離、隔熱保溫、包裝防護等領域。塊狀多孔材料脆性較大，受到彎曲或沖擊時容易碎裂，同時塊狀多孔材料的可設計性相對較低。然而，纖維多孔材料本身具有較大的比表面積，當它們交織成三位網絡時，形成了極為發(fā)達的表面結構，使其在吸附、過濾、毛細導液等方面表現卓越。

2、芳綸纖維具有高強、高模、耐高溫、耐化學腐蝕性優(yōu)異等特點。近些年，多孔芳綸纖維逐漸受到研究人員的重視。然而，芳綸聚合體容易在聚合過程中沉淀析出，同時芳綸樹脂溶解性較差，極大的限制了其加工應用。目前報道的多孔對位芳綸纖維的制備通常采用有機堿性溶劑將芳綸纖維刻蝕成芳綸納米纖維，進一步采用濕法紡絲獲得多孔芳綸纖維。?專利cn202110880290.3提供了“原位疏水改性芳綸納米氣凝膠纖維及其制備方法與應用”，將對位芳綸溶解分散在有機堿性溶劑中，采用濕法紡絲經過溶膠-凝膠轉變得到芳綸納米氣凝膠纖維。然而，該方法中對位芳綸在有機堿性溶劑中的溶解時間較長，同時根據濕法紡絲技術的特點，在凝固浴中初生絲束產生易“皮-芯”層結構，導致纖維內部結構不均勻，且制備的多孔芳綸纖維的孔隙率及比表面積低。

3、專利cn202310097628.7采用含咪唑基團的雜環(huán)樹脂漿液中加入金屬離子化合物，通過濕法紡絲和干燥技術制備多孔雜環(huán)芳綸纖維。該方法通過在芳綸主鏈上引入苯并咪唑單元，利用金屬配位鍵構建芳綸與金屬離子的交聯體系，得到結構均勻的多孔纖維。?但是，該方法中采用的含咪唑單元的單體價格較高，同時該體系下溶膠-凝膠轉變速度與紡絲速度匹配存在一定困難，很難實現連續(xù)大規(guī)模生產。

技術實現思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種芳綸多孔纖維及其制備方法，該芳綸多孔纖維具有均勻的孔結構和較高的孔隙率，并且相較于已有的芳綸納米氣凝膠纖維具有更高的強度，在隔熱防護領域具有良好的應用前景。

2、本發(fā)明提供了一種芳綸多孔纖維，由芳綸樹脂漿液與異氰酸酯共混制備而成；其中，所述的芳綸樹脂結構式為：；其中，n的范圍為30-100。

3、優(yōu)選地，所述異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種。

4、本發(fā)明還提供了一種芳綸多孔纖維的制備方法，包括以下步驟：

5、（1）以無水氯化鈣為助溶劑，n-甲基吡咯烷酮為溶劑，將對苯二胺、對苯二甲酰氯通過溶液聚合制備芳綸樹脂漿液；

6、（2）在步驟（1）得到的芳綸樹脂漿液中加入異氰酸酯攪拌并混合均勻，得到混合漿液；

7、（3）以步驟（2）得到的混合漿液為紡絲液，通過濕法紡絲制備芳綸凝膠初生纖維；

8、（4）將步驟（3）得到的芳綸凝膠初生纖維經過溶劑梯度置換，制備得到芳綸凝膠纖維，然后經過冷凍干燥，得到多孔芳綸纖維。

9、優(yōu)選地，所述步驟（1）中的對苯二甲酰氯和對苯二胺的摩爾比為1.04~1.09:1；無水氯化鈣與對苯二胺的摩爾比為1:1。

10、優(yōu)選地，所述步驟（1）中的溶液聚合溫度為-10℃~5℃，時間為20~50min。

11、優(yōu)選地，所述步驟（1）中的芳綸樹脂漿液的固含量為3%~8%。

12、優(yōu)選地，所述步驟（2）中的異氰酸酯與芳綸樹脂的質量比為1:4~1:9。

13、優(yōu)選地，所述步驟（2）中的攪拌時間為3~8min。

14、優(yōu)選地，所述步驟（3）中的濕法紡絲條件為：紡絲液溫度為60~80℃；噴絲孔直徑為60~100μm，紡絲速度為30~50m/min；凝固浴中溶劑與水的體積比為1:1~3:7，凝固浴溫度為30~50℃；負拉伸比為-70~-40%。

15、優(yōu)選地，述步驟（4）中的溶劑置換采用的溶劑為叔丁醇。

16、優(yōu)選地，所述步驟（4）中的冷凍干燥時間不少于24h。

17、本發(fā)明中通過在芳綸樹脂漿液中引入異氰酸酯，濕法紡絲凝固浴主要由溶劑和水組成，將紡絲液經過噴絲頭擠出后進入凝固浴中，此時異氰酸酯和凝固浴中的水反應生成二氧化碳氣體逸出，在初生絲束中留下孔隙結構，提高最終制備多孔纖維的比表面積和孔隙率。此外，對位芳綸大分子與副產物（聚脲）之間能形成氫鍵網絡促進體系凝膠化過程，形成更加均勻的三維網絡結構，得到結構均勻的多孔纖維。

18、有益效果

19、（1）本發(fā)明通過在芳綸樹脂漿液中引入異氰酸酯，所述異氰酸酯在凝固浴中與水發(fā)生反應，生成二氧化碳氣體，氣體逸出后在纖維內部留下孔隙，實現了原位、自發(fā)地在纖維中引入多孔結構，能顯著增加纖維地比表面積和孔隙率。

20、（2）本發(fā)明中異氰酸酯和水的副反應物為聚脲。聚脲和芳綸大分子之間形成密集的氫鍵，氫鍵網絡促進了體系的凝膠化過程，有助于形成更穩(wěn)固、更均勻的三維網絡結構，不僅使得最終制備的多孔纖維結構均一，避免了局部缺陷，而且這種網絡結構有望增強纖維的力學強度，克服了傳統(tǒng)多孔材料的常伴隨強度下降問題。

21、（3）本發(fā)明中無需使用有機發(fā)泡劑或其他化學致孔劑，避免了這些物質可能待料的環(huán)境問題和殘留風險，復合綠色化學和可持續(xù)制造的發(fā)展，做到節(jié)能減排，減少投入成本。

22、（4）本發(fā)明的多孔芳綸纖維具有均勻的孔結構和較高的孔隙率，并且相較于已有的芳綸納米氣凝膠纖維具有更高的強度，在隔熱防護領域具有良好的應用前景。

1.一種芳綸多孔纖維，其特征在于，由芳綸樹脂漿液與異氰酸酯共混制備而成；其中，所述的芳綸樹脂結構式為：；其中，n的范圍為30-100。

2.根據權利要求1所述的芳綸多孔纖維，其特征在于：所述異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種。

3.一種如權利要求1~2任一所述的芳綸多孔纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的對苯二甲酰氯和對苯二胺的摩爾比為1.04~1.09:1；無水氯化鈣與對苯二胺的摩爾比為1:1。

5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的溶液聚合溫度為-10℃~5℃，時間為20~50min。

6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的芳綸樹脂漿液的固含量為3%~8%。

7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中的異氰酸酯與芳綸樹脂的質量比為1:4~1:9。

8.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3）中的濕法紡絲條件為：紡絲液溫度為60~80℃；噴絲孔直徑為60~100μm，紡絲速度為30~50m/min；凝固浴中溶劑與水的體積比為1:1~3:7，凝固浴溫度為30~50℃；負拉伸比為-70~-40%。

9.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（4）中的溶劑置換采用的溶劑為叔丁醇。

10.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（4）中的冷凍干燥時間不少于24h。