仿生弹性体纤维的构筑及其结构与性能研究

自然界的创造力总是令人惊奇。道法自然，从自然界受到启发，采用仿生学原理，设计、合成并制备新型仿生材料，是近年快速崛起和发展的研究领域。.天然蜘蛛丝是一种生物蛋白弹性体纤维，具有高比强度（约为钢铁的5倍）、优异弹性（约为芳纶的10倍）和坚韧性（断裂能为纤维中最高），为自然界产生最好的结构和功能材料之一，它在航空航天、军事、建筑、医学等领域表现出广阔的应用前景。最近，受蜘蛛丝启发，天然蜘蛛丝仿生材料的研究迎来了机遇，已取得重要进展，但仍存在一定局限性。.本项目采用仿生学原理，集成天然蜘蛛丝主链及微观结构仿生、超分子作用仿生、多层次结构仿生、成丝过程仿生等理念，以聚氨酯弹性体为主体材料，与交联丁腈橡胶纳米粒子复合并引入锌元素，构筑天然蜘蛛丝仿生弹性体纤维，并探究材料特别是微观结构与力学性能间的关系和规律。该纤维期望用于航空航天耐油密封及隔音降噪阻尼器件、电缆护套、宇航服装、防弹衣、降落伞等。

蜘蛛丝是一种“具有独特微结构和众多引人注目功能”的天然生物弹性体纤维。依托该项目，我们希望通过直接模仿蜘蛛丝的纺丝过程，设计、制备出具有多尺度微结构的仿生弹性体纤维，并探讨其纤维形成机理及其结构与性能间的关系。在综述相关研究进展的基础上，我们已成功制备了两种具有多尺度微结构“超精细粉末丁腈橡胶/热塑性聚氨酯（UFPNBR/TPU）”和“纳米二氧化硅/热塑性聚氨酯（nano-SiO2/TPU）”弹性体复合纤维，并具体探讨了纤维形成过程中相关条件的影响，最终还推断纤维的形成机理主要为一种“扩散-凝固-自组装-微相分离”集成机理。围绕该项目进行相关研究，已发表SCI论文4篇（综述论文2篇、研究论文2篇），国际会议论文1篇，参著英文书1章节，申请国家发明专利1项。