中科院研發超級保溫材料,成為下一代保暖纖維的主要發展方向

2020-11-29 紡織導報

中科院研發超級保溫材料，成為下一代保暖纖維的主要發展方向

發表時間：2019/7/2

因防寒服裝對保暖性、輕便性以及功能化的要求越來越高，造成了對其基礎材料——保暖纖維的要求也越來越高。天然纖維與傳統化學纖維的應用潛能幾乎已開發完畢，因此需要對傳統的化學纖維進行結構上的創新以獲得更加良好的保暖性能。上世紀五十年代，美國杜邦公司開發了異形纖維，化學纖維的光澤性、蓬鬆性等特性獲得了極大改善。在眾多的異形纖維之中，中空纖維因為顯著提高了其內部靜止空氣的含量，因此明顯提高了化學纖維的保暖性能。上世紀七十年代，科研人員開發出超細纖維，由超細纖維製作的人造皮革等仿生材料使化學纖維的保暖性能與天然材料平齊。通過對中空纖維和超細纖維的研究發現，纖維材料的保暖性能與纖維材料內部靜止空氣含量成正比，與纖維直徑大小成反比，與整體材料密度成反比。氣凝膠纖維具有孔隙率極高、密度超低等顯著特徵，理論上是隔熱保溫效果最好的一種纖維，有望取代超細纖維、甚至顛覆羽絨，是下一代保暖纖維的最重要發展方向，但氣凝膠的高孔隙率特徵也造成其製備面臨著極大挑戰。


（a）保暖纖維歷史 （b）KNF氣凝膠纖維製造示意圖（c）應用


鑑於此，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員領導的氣凝膠團隊通過溶解杜邦TM Kevlar®獲得納米纖維分散液，然後進行溼法紡絲、特種乾燥等製備出了一種具有高孔隙率（98%）和高比表面積（240 m2/g）的KNF氣凝膠纖維。該氣凝膠纖維具有優異的力學性能，可以任意彎曲、打結、編織等，同時具有優異的隔熱性能，常溫下熱導率僅為0.027 W/（m·K），在低溫下其隔熱性能是棉布的2.8倍，可在-196~300℃的極端環境下長時間發揮隔熱保溫性能。此外，該氣凝膠纖維還具有優異的化學穩定性，可進行染色、疏水化、化學鍍等多種改性，且不損傷氣凝膠主體骨架結構。最後，該氣凝膠纖維也可以通過填充相變材料製備成空調纖維，其熱焓值可達162 J/g，遠超現有商用Outlast空調纖維的熱焓值。


KNF氣凝膠纖維


在寒冷環境下KNF氣凝膠紡織品的保暖性能


相關成果以「Nanofibrous Kevlar Aerogel Threads for Thermal Insulation in Harsh Environments」為題，發表於國際期刊《ACS Nano》(DOI: 10.1021/acsnano.9b01094)上。


（來源：紡織導報官微）

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