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聚酰亚胺气凝胶纤维与织物制备及其红外伪装性能研究

聚酰亚胺气凝胶纤维与织物制备及其红外伪装性能研究

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作者：卜晓辰浙江大学

学位级别：硕士

纤维材料作为一种最古老最基本的商品,在人类发展历程中始终占据着重要地位。近几十年以来,随着合成纤维工业的飞速发展,具有特殊性能的纤维材料不断问世,其应用领域也从传统的服装领域拓展到航空航天、环境能源、生物医药等高新尖端领... 详细信息

纤维材料作为一种最古老最基本的商品,在人类发展历程中始终占据着重要地位。近几十年以来,随着合成纤维工业的飞速发展,具有特殊性能的纤维材料不断问世,其应用领域也从传统的服装领域拓展到航空航天、环境能源、生物医药等高新尖端领域,成为发展国民经济与国防军工的重要基础材料与战略物资。气凝胶纤维作为一种新型纤维材料,因其高孔隙率、低密度以及优异的隔热保温性能而受到广泛关注,被视为下一代保暖纤维,有望颠覆羽绒,替代超细纤维,在纺织、环境、能源等诸多领域具有重要的应用前景。然而,目前气凝胶纤维的发展面临着强度不足和功能单一这两方面的挑战,这极大地限制了这一新型纤维材料的实际应用。本文基于冷冻纺丝技术,创新地开发了蒸汽涂覆法,成功制备了单组分仿生核壳结构聚酰亚胺气凝胶纤维,具备高孔隙率、高拉伸强度、以及优异的隔热性能与耐温性能。在此基础上,成功制备了大尺寸高性能的聚酰亚胺气凝胶织物,解决了气凝胶纤维强度不足而限制应用的问题。进一步地,基于气凝胶织物优异的隔热性能与耐温性能,开发了可快速升温、耐高温的气凝胶电热织物,探索了其在适应性红外伪装领域的潜在应用,为拓展气凝胶织物功能和应用提供了新思路。

关键词：气凝胶纤维冷冻纺丝聚酰亚胺隔热耐温适应性红外伪装

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北极熊毛的力学性能研究及其仿生织物制备

北极熊毛的力学性能研究及其仿生织物制备

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作者：邵子钰浙江大学

学位级别：硕士

经过亿万年的进化和自然选择,天然材料通常具有人工合成材料难以获得的复杂多级结构,并具有这些复杂结构所赋予的优异性能。比如,具有层状砖-泥结构的贝壳珍珠母具有轻质高强的特性,而天然蜘蛛丝是高强高韧纤维的典型代表。因此,研究天... 详细信息

经过亿万年的进化和自然选择,天然材料通常具有人工合成材料难以获得的复杂多级结构,并具有这些复杂结构所赋予的优异性能。比如,具有层状砖-泥结构的贝壳珍珠母具有轻质高强的特性,而天然蜘蛛丝是高强高韧纤维的典型代表。因此,研究天然生物材料的复杂多级结构并对其进行仿生制备是发展高性能材料的有效途径之一。生活在寒冷极地的北极熊具有十分特殊的中空毛发,其壳层致密,由沿轴向紧密排列的微纤组成;内部核层多孔,具有垂直于纤维轴向的片层孔结构。这一特殊结构使得北极熊毛具有优异的保温性能。在寒冷多风的严酷地区,稳定的力学性能是北极熊毛发挥其保温性能的基础,而复杂的多级结构则是北极熊毛稳定力学性能的来源。基于此,本文对北极熊毛的微观结构进行了深入的研究,通过扫描电子显微镜、动态热机械分析、原位小角X射线散射等方式对北极熊毛的室温及低温力学性能进行了探索。研究发现,北极熊毛具有由纳米级蛋白质分子至微米级纤维的多级复杂结构,并且可以在极低的环境温度中保持优于多数合成纤维的韧性。除在北极寒冷的空气中保持体温稳定外,北极熊毛的表面疏水性质使其可以在水下捕获空气,从而具有优异的水下保温隔热性能。受此启发,本文通过冷冻纺丝结合表面超疏水修饰的方法,制备了具有表面超疏水性能以及内部取向孔结构的超疏水保温隔热织物,在进入水中时可以在其粗糙的纤维表面以及纤维之间捕获空气,从而在空气中和水中都具有突出的保温效果。

关键词：仿生材料北极熊毛天然纤维低温韧性冷冻纺丝隔热织物

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仿生多孔隔热纤维及织物

仿生多孔隔热纤维及织物

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作者：王玉洁浙江大学

学位级别：硕士

在日常生活中,保持体温对于人类健康至关重要。目前,要维持人体在室内的热舒适性通常是通过空调等设备对房间或者整个建筑进行温度调节,但这会造成大量的能源浪费。因此,人们开始更多地关注于通过可穿戴设备或衣物直接对人体周围的微环... 详细信息

在日常生活中,保持体温对于人类健康至关重要。目前,要维持人体在室内的热舒适性通常是通过空调等设备对房间或者整个建筑进行温度调节,但这会造成大量的能源浪费。因此,人们开始更多地关注于通过可穿戴设备或衣物直接对人体周围的微环境进行温度调控。在这一方面,许多动物毛发为人们提供了丰富的灵感。通过对动物毛发的功能研究和仿生制备,将为新型多功能、高性能多孔纤维材料的设计和开发提供崭新的思路。在极端环境中,使用热管理织物可以有效地保障人体维持正常体温,从而保持人体健康和提高劳动效率。受北极熊毛启发,基于冷冻纺丝技术,制备了高效隔热、抗拉伸、耐高温和阻燃的聚酰亚胺气凝胶纤维材料。通过构筑取向多孔结构,同时实现了高孔隙度、高拉伸强度、高效隔热等性能。通过简单的表面改性等方法,可以使纤维及织物具有多功能性,例如耐酸碱、储热调温等。因为聚酰亚胺的耐高温和阻燃特点,由这种多孔纤维编织的织物将有望应用于消防服等特殊防护装备。为了进一步探究多孔结构对纤维保温隔热性能的影响,我们使用COMSOL Multiphysics建立了多孔纤维传热模型。通过改变材料热导率、纤维孔隙率等参数验证了模型的可靠性。在此基础上,从生物模型北极熊毛的结构特征出发,研究了纤维孔径、核壳结构等参数对其保温隔热性能的影响,以期为高效隔热纤维的优化设计和制备提供理论基础。

关键词：仿生材料冷冻纺丝聚酰亚胺气凝胶隔热智能织物仿真模拟多孔纤维结构优化

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