DOI: 10.1016/j.coco.2021.100681
在寒冷環境中更容易發生健康風險，因此人們對保暖設備的需求很大。通過直接靜電紡絲制備的蓬松纖維海綿在保溫領域中有著廣闊的應用前景，但由于其力學穩定性差、易燃燒等缺點，在高溫環境下的應用往往受到限制。如何制備出既具有良好的力學性能，又具有阻燃性能和高效保溫性能的復合材料仍然是一項巨大的挑戰。在此，研究者報告了一種一步制備具有阻燃功能的超彈性輕質3D纖維海綿的方法。該策略的前提是聚砜（PSU）在高濕度環境下可以形成穩定的蓬松結構，而聚氨酯（PU）可以吸收外力引起的變形能。OP-100A的添加提高了PSU/PU纖維海綿的碳化速度，并改善了其阻燃性能。由于采用了聚合物組合策略，所制備的海綿纖維具有出色的拉伸性能（斷裂伸長率達到160％）和獨特的壓縮彈性性能，經過100次壓縮測試后幾乎沒有塑性變形。此外，這種纖維海綿在超輕性能、阻燃性能和保溫性能方面也具有明顯的優勢。該材料的成功制備為超彈性、輕質、阻燃保溫材料的研發開辟了一條新的途徑。
圖1.（a）PSU/PU纖維海綿的制備示意圖。（b）照片顯示超輕PSU/PU纖維海綿可以站在花的頂端。（c）PSU/PU纖維海綿的層狀波紋微結構的SEM。（d）大尺寸PSU/PU纖維海綿，寬度為35厘米。
圖2.具有不同含量PU的PSU/PU纖維海綿的SEM圖像：（a）0，（b）20，（c）40，（d）60wt％，插圖是其蓬松宏觀形態的相應光學照片。（e）由不同含量的PU制備的PSU/PU纖維海綿的體積和孔隙率密度。（f）PSU-DMAc-水系統和PU-DMAc-水系統的線性濁點圖。（g）三元相圖中分別為PSU-DMAc-水系統和PU-DMAc-水系統的濁點曲線。（h）由不同含量的PU制備的PSU/PU纖維海綿的拉伸σ-?曲線。（i）聚氨酯增強單纖維的原理示意圖。
圖3.具有不同含量OP-100A的PSU/PU纖維海綿的SEM圖像：（a）0，（b）10，（c）20，（d）30wt％。（e）具有不同含量OP-100A的PSU/PU纖維的平均直徑和具有不同含量OP-100A的PSU/PU紡絲溶液的電導率。（f）由不同含量OP-100A制備的FR PSU/PU纖維海綿的LOIs。具有不同含量OP-100A的FR PSU/PU纖維海綿的垂直可燃性數字照片：（g）0，（h）10，（i）20，（j）30wt％。PSU/PU纖維以及（k）N和（l）P的對應元素映射圖像。FR PSU/PU纖維海綿在（m）氮氣或（n）空氣氣氛下的TGA結果。
圖4.（a）FR PSU/PU-20纖維海綿在20％、40％、60％和80％等不同應變下的壓縮σ-?曲線。（b）對FR PSU/PU-20纖維海綿進行100次循環疲勞壓縮試驗，其中ε=50％。（c）最大應力、壓縮模量和能量損耗系數與壓縮循環的關系。（d）FR PSU/PU-20纖維海綿在不同溫度下的σ-?壓縮曲線，其中ε=50％。（e）圖像顯示FR PSU/PU-20纖維海綿可以從較大的壓縮變形中快速恢復。（f）對FR PSU/PU-20纖維海綿進行100次循環疲勞拉伸試驗，其中ε=20％（插入圖片顯示了拉伸試驗）。
圖5.（a）FR PSU/PU纖維海綿的傳熱機理示意圖。（b）FR PSU/PU纖維海綿的導熱系數與PU濃度的關系。（c）含不同濃度OP-100A的FR PSU/PU纖維海綿的熱導率。（d）PSU/PU纖維海綿在不同溫度下的熱導率。（e）PSU/PU纖維海綿在不同壓縮循環后的熱導率。（f）PSU/PU纖維海綿的疏水性。
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