气凝胶纤维兼具纤维(柔性、高长径比)和气凝胶(高孔隙率、低导热系数)的优良特性,是制备先进隔热保温纺织品的理想选择。但是,力学性能差是制约气凝胶纤维应用和发展的瓶颈。研究表明,商用纱线可显著提高复合材料的力学性能;外疏内密(芯层为纱线壳层为气凝胶)的核壳结构可使气凝胶纤维兼具优异的力学强度和隔热性能。然而,现有的制备方法复杂,仍需开发一种简单、灵活的制备方法以推动气凝胶纤维的大规模生产和应用。
界面聚电解质络合(IPC)纺丝是基于带相反电荷的聚电解质在界面处自发地产生交联形成不溶性聚电解质复合物,从而形成纤维。IPC纺丝广泛应用于制备核壳纤维,但是,传统的IPC无法在一根纤维上实现芯层为致密纤维、壳层为疏松气凝胶的差别化结构设计。本团队提出了一种新型的“长纱辅助界面聚电解质络合(YAIPC)纺丝”技术,制备了具有独特外疏内密核壳结构的涤/棉长纱增强纳米纤维素/壳聚糖气凝胶纤维(LPCF-CNF/CSAF)。其中, 核层长纱提供力学支撑,壳层气凝胶提供隔热功能,从而使制备的纳米纤维素/壳聚糖气凝胶纤维表现出优异的力学性能(~100 MPa, 31.5 MJ m-3)和隔热功能(34.3 mW m-1 K-1)。该研究为高性能气凝胶纤维的制备提供了一种新方法。
该研究工作以“Tough and thermal insulating cellulose-based aerogel fiber via long yarn-assisted interfacial polyelectrolyte complexation spinning”为题发表在Carbohydrate Polymers,2024,344,122501,论文第一作者为硕士研究生朱锦涛,通讯作者为徐英俊、尹园园,该研究得到了山东省自然科学基金(RZ2100001481)和青年人才托举工程项目(2022QNRC001)的资助。