近期，青岛大学特型非织造材料研究团队在2024年PLA中空纤维气凝胶工作基础上持续研究。开发了同轴湿法纺丝技术制备PLA中空纤维，硅烷偶联剂VTMS为交联剂，通过VTMS水解-缩合反应和冷冻干燥制备PLA中空纤维气凝胶，分析PLA纤维气凝胶在不同环境条件（温度、湿度等）下的隔热能力。

相关研究成果以题目为“Preparation and thermal insulation of polylactic acid hollow fiber aerogels”的论文发表于《ACS Applied Polymer Materials》期刊。

研究亮点：

（1）PLA中空纤维气凝胶的密度在20-40 mg/cm³范围内，且VTMS已成功交联在PLA纤维内部，形成清晰交联点，三维网络结构完整，压缩性能优异，在60%应变下应力可达3.68 kPa，100次循环压缩后仍保持良好的结构稳定性。

（2）在密度与厚度相近条件下，中空截面PLA气凝胶的隔热性能显著优于实心截面气凝胶，在热源（60℃）与冷源（-60℃）条件下分别实现22.64℃与37.54℃的温差，高于实心气凝胶的20.38℃与36.54℃。在高度相近时，中空气凝胶的隔热性能随密度降低而提升，密度最小的样品在高低温环境下均表现出最大温差。在密度相近时，气凝胶隔热性能随厚度增加而增强，厚度越大传热路径越长、热阻越高，隔热效果越显著。

（3）中空PLA气凝胶在低温环境下的隔热性能（实现温差44.71℃）明显优于高温环境（实现温差22.48℃）。在高温条件下，环境湿度升高可使气凝胶隔热能力增强（实现温差提高2.05℃），而在低温条件下，湿度升高会导致内部传热加剧，隔热性能下降（实现温差降低1.48℃）。

Fig.1 (a) Macroscopic feature of H-PLA aerogel under compression and rebound state; (b) Stress-strain curves of S-PLA aerogel under different compression; (c) Cyclic compression curve of S-PLA aerogel under 60% compression; (d) Young’s modulus and energy loss coefficient of S-PLA aerogel at cyclic compression; (e) Stress-strain curves of H-PLA aerogel under different compression; (f) Cyclic compression curve of H-PLA aerogel under 60% compression; (g) Young’s modulus and energy loss coefficient of H-PLA aerogel at cyclic compression. 

Fig.2 Investigation of the correlation between PLA aerogels structure characteristics and their thermal insulation performance: (a,d) The thermal insulation abilities of S-PLA and H-PLA aerogel placed on hot source and cold source; (b,e) The thermal insulation abilities of H-PLA aerogels with different densities under hot source and cold source; (c,f) The thermal insulation abilities of H-PLA aerogels with different heights under hot source and cold source. 

Fig.3 Investigation of the influence of temperature and humidity on thermal insulation performance of H-PLA aerogels: Temperature fluctuation under (a) hot source and (c) cold source; humidity factors under (b) hot source and (d) cold source. 

团队与背景

该研究由青岛大学纺织服装学院、非织造材料与产业用纺织品创新研究院、特型非织造材料山东省工程研究中心明津法教授团队完成，课题组2023级硕士张寅为论文第一作者，明津法老师为通讯作者。明津法教授团队长期致力于特型非织造材料与产业用纺织品、功能纤维材料等研究，先后在Advanced Industrial and Engineering Polymer Research、Applied Materials Today、Journal of Hazardous Materials、International Journal of Biological Macromolecules、ACS Applied Materials & Interfaces、Sustainable Materials and Technologies、ACS Omega等期刊发表系列研究论文，聚焦于辐射制冷、隔热保温、空气过滤、防冰/除冰、抗菌等领域。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsapm.6c01658 

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