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Polymer-Encapsulated Aerogel Fibers Prepared via Coaxial Wet Spinning with Stepwise Coagulation for Thermal Insulation

纺纱 气凝胶 复合材料 材料科学 保温 同轴 聚合物 纳米纤维 多孔性 纤维 制作 化学工程 病理 替代医学 工程类 电气工程 图层(电子) 医学
作者
Hongrui Sun,Wenxuan Mu,Xihua Cui,Zhiguang Xu,Tao Zhang,Yan Zhao
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (1): 552-559 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsapm.2c01648
摘要

Polymer-encapsulated aerogel fibers with high porosity, low density, and good mechanical properties are promising candidates for thermal insulation materials. However, the fabrication of polymer-encapsulated aerogel fibers needs complex processes, which hinders continuous and large-scale fabrication. Herein, we developed a simple yet efficient strategy to continuously fabricate polymer-encapsulated aerogel fibers through coaxial wet spinning followed by conventional freeze drying. The coaxial wet-spinning step features stepwise coagulations containing an inner aerogel precursor as the first coagulation bath and a subsequent water bath as the second coagulation bath. The morphology of polymer-encapsulated aerogel fibers exhibits a porous aerogel network structure of the core layer and porous sheath layer. Thus, the as-prepared aerogel fiber, with cellulose acetate/poly(acrylic acid) (CA/PAA) as the sheath layer and a cellulose nanofiber (CNF) aerogel as the core, possesses low sheath layer density (0.25 g cm–3) and high aerogel core porosity (99.34%). Due to the good mechanical properties of the CA/PAA sheath, the CA/PAA@CNF aerogel fiber shows a high tensile strength of 5.83 MPa. Moreover, the CA/PAA@CNF aerogel fiber exhibits an excellent thermal insulation performance (0.054 W m–1 K–1) ascribed to the multistage porous structure of the fiber, which can significantly reduce heat convection and heat transfer. The good mechanical properties and excellent thermal insulation performance endow the polymer-encapsulated aerogel fibers with promising application in the field of personal thermal management.
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