本发明属于纤维材料，尤其是一种混合仿生气凝胶纤维及制备方法与应用，适用于-50℃~300℃极端温度环境下的防护应用。
背景技术：
1、气凝胶纤维作为一种兼具高孔隙率、低密度和优异隔热性能的纤维材料，在极端环境防护、柔性电子器件及智能纺织品领域具有重要应用价值。然而，传统无机气凝胶纤维(如二氧化硅基)普遍存在脆性大、抗拉伸性能差(拉伸强度＜1 mpa)等问题，在动态应力或宽温域(-50~300℃)场景中易断裂失效。
2、为解决上述问题，现有技术通过仿生设计与可再生材料复合提升气凝胶纤维性能，例如，北京林业大学团队采用气泡-冰双模板策略构建的富勒穹顶结构纳米纤维素气凝胶纤维，通过cnf骨架与聚氨酯连接点的协同作用，实现了24 mw·m-1·k-1的超低导热率和91%的压缩回弹率，但其工艺需结合化学气相沉积(cvd)疏水改性，能耗与成本仍待优化；西南林业大学开发的氧化竹纤维素/聚乙烯醇(pva)复合气凝胶纤维(cnpa)在-100~500℃宽温域下展现稳定性能，但其制备依赖多次氧化与超声处理，且pva的亲水性导致纤维在潮湿环境中易膨胀变形。总而言之，现有技术存在的主要问题为：(1)界面结合弱：纤维素/粘胶物理共混依赖氢键，极端温度下热膨胀差异引发分层；(2)工艺兼容性差：仿生结构(如砂-浆互锁)需石油基聚合物或复杂模板，难以适配生物基材料；(3)孔隙结构失衡：冷冻干燥法制备的纤维存在>100μm大孔，隔热性能波动大。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对背景技术存在的技术问题，本发明提供一种混合仿生气凝胶纤维及制备方法与应用，该气凝胶纤维兼具低导热系数、高力学强度以及极端温度耐性，能够解决传统纤维结构致密化与孔隙率难以平衡的难题，有效拓展气凝胶纤维在防寒保暖等领域的应用前景。
2、技术方案：本发明所述的一种混合仿生气凝胶纤维，由以下组分制备而成：纤维素分散液、硅烷偶联剂与粘胶的质量比为(1~3):(0.2~0.8): (5~10)。
3、优选地，所述纤维素分散液为细菌纤维素、羧基化纳米纤维素或纤维素纳米纤维中的至少一种。
4、优选地，所述硅烷偶联剂为双(三乙氧基硅基)乙烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。
5、本发明公开了一种混合仿生气凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：
6、步骤1：将氢氧化钠加入纤维素分散液中调节ph至碱性，加入粘胶和硅烷偶联剂，经超声搅拌制得混合纺丝液；
7、步骤2：将混合纺丝液通过湿法纺丝装置挤出至凝固浴中牵伸，得到湿纤维，经冷冻干燥后获得混合仿生气凝胶纤维。
8、优选地，步骤1中粘胶浓度为5~10wt%。
9、优选地，步骤2中湿法纺丝针孔直径为0.5~1mm，挤出速率为100~500μl/min。
10、优选地，所述凝固浴由硫酸、硫酸钠和水按质量比(5~10):(5~10):(80~90)组成。
11、本发明还公开了一种混合仿生气凝胶纤维在制备极端环境防护材料中的应用，所述防护材料包括车辆内饰、防寒服装或户外家具面料。
12、本发明提供了一种混合仿生气凝胶纤维及制备方法与应用，实现以下技术效果：
13、1、本发明采用纤维素分散液、硅烷偶联剂与粘胶混合制得，纤维素作为可再生的高性能增强材料，可通过化学改性(如硅烷偶联剂接枝)改善其与聚合物基体的界面结合，而粘胶纤维作为再生纤维素纤维的代表，具有吸湿性好、可纺性优异及成本低等优势，其湿法纺丝工艺成熟，可通过调整凝固浴条件调控纤维形貌与力学性能，两者的复合具有天然相容性基础：一方面，纤维素的刚性骨架可弥补粘胶纤维模量不足的缺陷；另一方面，粘胶纺丝液在凝固再生过程中形成的柔性网络可为纤维素提供物理锚定点，模拟天然“砂-浆”结构的互锁机制，从而协同提升复合纤维的强韧性与结构稳定性，兼顾生物基原料与低能耗工艺需求；制得的粘胶气凝胶纤维兼具低导热系数、高力学强度以及极端温度耐性，拉伸强度达62.2mpa(对比例纯粘胶气凝胶纤维：13.2mpa)，-50℃低温下断裂伸长率保持>80%；能够解决传统纤维结构致密化与孔隙率难以平衡的难题，有效拓展了粘胶气凝胶纤维在防寒保暖等领域的应用前景；
14、2、该气凝胶纤维采用仿生多级互锁结构，以硅烷偶联剂改性的纤维素纳米纤维为刚性骨架(“砂”)，粘胶纺丝液为柔性连接相(“浆”)，通过湿法纺丝与冷冻干燥工艺构建类砂-水泥的互锁网络，利用纤维素的模量优势与粘胶的柔韧性协同提升纤维强韧性；
15、3、该气凝胶纤维具有界面化学-物理协同增强，硅烷偶联剂在纤维素与粘胶基体间形成共价键连接，减少极端温度下的界面应力集中，抑制分层与孔隙塌缩，高温250℃后孔隙率保留率>90%；
16、4、该气凝胶纤维的孔隙结构可控，通过调控纺丝液浓度、凝固浴条件及冷冻干燥参数，形成梯度孔隙分布，从而降低导热系数波动，梯度孔隙结构(孔径50nm~10μm)使导热系数稳定在18~22mw·m-1·k-1，同时维持纤维柔韧性；
17、5、该制备工艺节能环保，全程无水有机溶剂，能耗降低40%(对比cvd法)。
1.一种混合仿生气凝胶纤维，其特征在于，由以下组分制备而成：纤维素分散液、硅烷偶联剂与粘胶的质量比为(1~3):(0.2~0.8): (5~10)。
2.根据权利要求1所述的混合仿生气凝胶纤维，其特征在于，所述纤维素分散液为细菌纤维素、羧基化纳米纤维素或纤维素纳米纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的混合仿生气凝胶纤维，其特征在于，所述硅烷偶联剂为双(三乙氧基硅基)乙烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。
4.一种如权利要求1~3任一所述的混合仿生气凝胶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的混合仿生气凝胶纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中粘胶浓度为5~10wt%。
6.根据权利要求1所述的混合仿生气凝胶纤维的制备方法，其特征在于，步骤2中湿法纺丝针孔直径为0.5~1mm，挤出速率为100~500μl/min。
7.根据权利要求1所述的混合仿生气凝胶纤维的制备方法，其特征在于，所述凝固浴由硫酸、硫酸钠和水按质量比(5~10):(5~10):(80~90)组成。
8.一种如权利要求1~3任一所述的混合仿生气凝胶纤维在制备极端环境防护材料中的应用，所述防护材料包括车辆内饰、防寒服装或户外家具面料。