Page 119 - 《精细化工》2021年第11期

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第 11 期 陈 康，等: PIPD/Cu 纳米纤维气凝胶的制备及性能 ·2265·

源后没有任何余辉，第二次进行灼烧后依然不能点 如图 13 所示。加热 30 s 后， PIPD 纳米纤维气凝胶
燃且无滴落物，被评定为阻燃最高级别（UL-94， 下表面温度为 196.8 ℃时，上表面温度约为 329.4
V-0 级）。图 12c 是 PIPD 纳米纤维气凝胶的 LOI， ℃；当加热 60 s 后，PIPD 纳米纤维气凝胶的下表面
可以看到 PIPD 纳米纤维气凝胶的 LOI 高达 49.2%， 温度为 330 ℃，上表面温度约为 45.3 ℃；当加热
是空气中氧体积分数的 230%。与 PI、可膨胀聚乙 至 90 s 后，此时下表面温度高于 370 ℃，上表面温
烯（EPE）、三聚氰胺（MA）、发泡聚苯乙烯（EPS） 度约为 86.9 ℃。这表明 PIPD 纳米纤维气凝胶有非
等商业化的隔热材料相比，PIPD 纳米纤维气凝胶的 常优异的隔热性能。
LOI 高出 51%~165%。

图 13 PIPD 纳米纤维气凝胶的加热过程热红外图像
Fig. 13 Thermal infrared image of PIPD nanofiber aerogels
heating process

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2.7 PIPD/Cu 气凝胶
为了提高 PIPD 纳米纤维气凝胶的力学性能，
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在 PIPD 纳米纤维气凝胶的制备过程中引入 Cu ，
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Cu 与分子链中的 N、O 形成配位键，构成可逆的
配位交联网络，与氢键网络共同组成双交联网络。
该双交联网络可帮助 PIPD 纳米纤维气凝胶有效实
现应力分散，消耗一定的断裂能，从而增强气凝胶
的力学性能。图 14 为不同组分 PIPD 纳米纤维气凝
胶的应力-应变曲线。

图 12 PIPD 纤维的燃烧测试照片（a），PIPD 纳米纤维
气凝胶垂直燃烧测试照片（b），PIPD 纳米纤维气

凝胶和其他材料的极限氧指数（c）
Fig. 12 PIPD fiber combustion test photos (a), PIPD aerogels 图 14 不同组分 PIPD 纳米纤维气凝胶的应力-应变曲线
vertical combustion test photos (b), PIPD aerogels Fig. 14 Stress-strain curves of PIPD nanofiber aerogels with
and other materials' limiting oxygen index(c) different components

对 PIPD 纳米纤维气凝胶的隔热性能进行测试， 由图 14 可见，随着 PIPD 纤维含量变高，PIPD
分别在 25、100 和 200 ℃下测定 PIPD 纳米纤维气 纳米纤维气凝胶的压缩应力变大：当压缩应变固定
凝胶的热导率，25 ℃下导热系数为 0.046 W/(m·K)， 为 65%时，PIPD 纤维含量从 0.25%增加到 1%的过
100 ℃下导热系数为 0.052 W/(m·K)，200 ℃下导热 程中，PIPD 纳米纤维气凝胶的压缩应力分别为 0.11
系数为 0.061 W/(m·K)。PIPD 纳米纤维气凝胶导热 （0.25%）、0.12（0.5%）、0.15（0.75%）、0.23（1%）
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系数低是因为 PIPD 纳米纤维气凝胶不规则的孔结 MPa。而 PIPD/Cu -0.5%的压缩应力达到 1.9 MPa，
构让空气对流更加困难，而大量的孔壁使得热辐射 是 PIPD-0.5%的约 16 倍。从图 14 插图可以看出，
的效率大幅度降低。随后，对 6 mm 厚的 PIPD 纳米 PIPD/Cu 在 5%应变内的杨氏模量约为 1.32 MPa，
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纤维气凝胶进行加热，并记录其红外热像图，结果 比 PBO 气凝胶的杨氏模量（0.6~1.15 MPa） [13] 高出