DOI: 10.1016/j.coco.2021.100681

在寒冷环境中更容易发生健康风险，因此人们对保暖设备的需求很大。通过直接静电纺丝制备的蓬松纤维海绵在保温领域中有着广阔的应用前景，但由于其力学稳定性差、易燃烧等缺点，在高温环境下的应用往往受到限制。如何制备出既具有良好的力学性能，又具有阻燃性能和高效保温性能的复合材料仍然是一项巨大的挑战。在此，研究者报告了一种一步制备具有阻燃功能的超弹性轻质3D纤维海绵的方法。该策略的前提是聚砜（PSU）在高湿度环境下可以形成稳定的蓬松结构，而聚氨酯（PU）可以吸收外力引起的变形能。OP-100A的添加提高了PSU/PU纤维海绵的碳化速度，并改善了其阻燃性能。由于采用了聚合物组合策略，所制备的海绵纤维具有出色的拉伸性能（断裂伸长率达到160％）和独特的压缩弹性性能，经过100次压缩测试后几乎没有塑性变形。此外，这种纤维海绵在超轻性能、阻燃性能和保温性能方面也具有明显的优势。该材料的成功制备为超弹性、轻质、阻燃保温材料的研发开辟了一条新的途径。

图1.（a）PSU/PU纤维海绵的制备示意图。（b）照片显示超轻PSU/PU纤维海绵可以站在花的顶端。（c）PSU/PU纤维海绵的层状波纹微结构的SEM。（d）大尺寸PSU/PU纤维海绵，宽度为35厘米。

图2.具有不同含量PU的PSU/PU纤维海绵的SEM图像：（a）0，（b）20，（c）40，（d）60wt％，插图是其蓬松宏观形态的相应光学照片。（e）由不同含量的PU制备的PSU/PU纤维海绵的体积和孔隙率密度。（f）PSU-DMAc-水系统和PU-DMAc-水系统的线性浊点图。（g）三元相图中分别为PSU-DMAc-水系统和PU-DMAc-水系统的浊点曲线。（h）由不同含量的PU制备的PSU/PU纤维海绵的拉伸σ-ɛ曲线。（i）聚氨酯增强单纤维的原理示意图。

图3.具有不同含量OP-100A的PSU/PU纤维海绵的SEM图像：（a）0，（b）10，（c）20，（d）30wt％。（e）具有不同含量OP-100A的PSU/PU纤维的平均直径和具有不同含量OP-100A的PSU/PU纺丝溶液的电导率。（f）由不同含量OP-100A制备的FR PSU/PU纤维海绵的LOIs。具有不同含量OP-100A的FR PSU/PU纤维海绵的垂直可燃性数字照片：（g）0，（h）10，（i）20，（j）30wt％。PSU/PU纤维以及（k）N和（l）P的对应元素映射图像。FR PSU/PU纤维海绵在（m）氮气或（n）空气气氛下的TGA结果。

图4.（a）FR PSU/PU-20纤维海绵在20％、40％、60％和80％等不同应变下的压缩σ-ɛ曲线。（b）对FR PSU/PU-20纤维海绵进行100次循环疲劳压缩试验，其中ε=50％。（c）最大应力、压缩模量和能量损耗系数与压缩循环的关系。（d）FR PSU/PU-20纤维海绵在不同温度下的σ-ɛ压缩曲线，其中ε=50％。（e）图像显示FR PSU/PU-20纤维海绵可以从较大的压缩变形中快速恢复。（f）对FR PSU/PU-20纤维海绵进行100次循环疲劳拉伸试验，其中ε=20％（插入图片显示了拉伸试验）。

图5.（a）FR PSU/PU纤维海绵的传热机理示意图。（b）FR PSU/PU纤维海绵的导热系数与PU浓度的关系。（c）含不同浓度OP-100A的FR PSU/PU纤维海绵的热导率。（d）PSU/PU纤维海绵在不同温度下的热导率。（e）PSU/PU纤维海绵在不同压缩循环后的热导率。（f）PSU/PU纤维海绵的疏水性。