【摘 要】
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人们长期处在寒冷环境下身体健康会受到影响,甚至会产生生命威胁。保暖材料可以储存大量静止空气以减少热量损失,被广泛应用于诸多领域。人们长久以来使用的天然保暖材料由于具有易虫蛀、吸湿后保暖性能下降等缺点,逐渐被合成保暖材料取代。但由于纤维细度的限制,合成保暖材料的保暖性能难以继续提升。静电纺纤维材料以其特有优点从众多材料中脱颖而出,在防寒保暖方面具有巨大的应用潜力。然而当前的静电纺超细纤维材料多为致密
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人们长期处在寒冷环境下身体健康会受到影响,甚至会产生生命威胁。保暖材料可以储存大量静止空气以减少热量损失,被广泛应用于诸多领域。人们长久以来使用的天然保暖材料由于具有易虫蛀、吸湿后保暖性能下降等缺点,逐渐被合成保暖材料取代。但由于纤维细度的限制,合成保暖材料的保暖性能难以继续提升。静电纺纤维材料以其特有优点从众多材料中脱颖而出,在防寒保暖方面具有巨大的应用潜力。然而当前的静电纺超细纤维材料多为致密的二维膜,虽有研究者制备出具有蓬松立体结构的静电纺纤维材料,但存在结构稳定性差的缺陷,不能承受压缩和水洗。因此,亟待开发具有优异机械性能和水洗性能的高效保暖材料。本文首先使用聚砜（PSU）、聚酰胺酸（PAA）作为主体聚合物构建三维（3D）纤维网络,经过亚胺化处理制备得到了超轻超弹的聚砜/聚酰亚胺（PSU/PI）超细保暖纤维絮片。研究了亚胺化工艺对纤维絮片形貌结构和化学结构的影响,确定了160/180/200°C为最优的亚胺化温度。研究了聚合物配比对纤维絮片的结构和各项性能的影响,结果表明PSU/PAA质量比为8/2时材料的蓬松结构最好,孔隙率高达99.7%,体积密度仅为3.6mg cm-3;同时,纤维间产生的粘结结构赋予了絮片良好的力学性能和结构稳定性,材料可在承受500Pa的压缩应力后恢复原有形态;具有最佳的保暖性能,导热系数低至25.6m W m-1 K-1。进一步引入低表面能氟化聚氨酯（FPU）以提高絮片的疏水性,研究了FPU含量对絮片的形貌结构及各项性能的影响。结果表明FPU的引入不会破坏絮片的蓬松结构、力学性能和保暖性能,通过考察不同FPU含量的纤维絮片的疏水性能,最终确定了FPU的最佳添加量为10wt%。深入研究了PSU/PI/FPU的各项性能,结果表明,PSU/PI/FPU在经过100次压缩循环（应变=60%）后只产生了4%的微小塑性变形,具有优异的力学性能和结构稳定性;PSU/PI/FPU的体积分数低至3.6mg cm-3、孔隙率高达99.7%,具有轻质特性,同时这种蓬松多孔结构赋予了材料优异的保暖性能,导热系数为25.5m W m-1 K-1;其导热系数在100次压缩之后仍能保持在25.7m W m-1 K-1以下,在不同湿度环境下也能保持稳定;除此之外,材料的各项性能在多个水洗周期后仍保持稳定,具有一定的可水洗性能。最后对比了PSU/PI/FPU超细纤维保暖絮片与现有保暖材料的结构与性能。实验结果显示,PSU/PI/FPU具有远小于市售保暖絮片的纤维直径（3.4μm）和平均孔径（15.08μm）,导热系数低于大多数现有保暖材料;水洗后PSU/PI/FPU超细纤维保暖絮片的蓬松结构保持得最好,且导热系数几乎没有下降(25.7m W m-1 K-1)。阐明了纤维细化与材料保暖性能提升的内在关联,展现了PSU/PI/FPU超细纤维保暖絮片的优异特性和在防寒保暖领域的应用前景。
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