ANF 芳綸納米纖維

ANF芳綸納米纖維對位芳綸纖維(PPTA)作為一種高性能纖維,具有高彈性、高模量、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異特性,納米化后不僅能保留原有的優(yōu)點,還會獲得NPFs的部分優(yōu)勢,并且活性基團的增多也會解決PPTA難以與其他材料復合的問題。將芳綸納米纖維(ANF)作為納米增強材料添加進聚合物中,從而改善聚合物的機械性能、熱性能、光性能成為研究熱點(圖1)。圖1ANF在聚合物復合領域的應用Figure1ApplicationofANFinthefieldofpolymeANF的制備方法目前主要通過兩種方法制備ANF:使用商品PPTA纖維制備ANF的自上而下法,使用單體聚合自組裝的方式制備ANF的自下而上法。自上而下法有：靜電紡絲法、機械劈裂法、去質(zhì)子化法。靜電紡絲是一種常用的制備NPFs的方法,它簡單靈活、成本低廉,其原理是將聚合物溶液或熔體作為紡絲液在高壓電場中噴射,在電場作用下,噴射出的液滴固化形成NPFs[2]。雖然靜電紡絲能夠較為簡便地制備ANF,但是也存在紡絲參數(shù)苛刻,得到的ANF直徑分布較寬、難以控制等缺點,而且由于使用濃硫酸與高壓電場,所以制備過程較為危險,對設備也具有一定腐蝕性。圖2ANF靜電紡絲裝置示意圖(Copyright2015Wiley版權(quán)許可)Figure2SchematicdiagramoftheANFelectrospinningdevice(ReprintedwithpermissionfromRef.;Copyright2015Wiley)機械劈裂法是指在機械力的作用下使宏觀PPTA纖維不斷微纖化直至形成ANF的方法。械劈裂法具有操作簡單、制備省時的特點,但是制備出的ANF尺寸不均一,限制了其大規(guī)模應用。去質(zhì)子化法就是將宏觀PPTA纖維脫去酰胺鍵上的質(zhì)子,從而形成ANF的方法。ANF具有設備簡單、尺寸均勻等優(yōu)勢,是實驗室研究中最為常用的方法。而宏觀PPTA纖維是由單體縮聚后紡絲得來,自下而上法制備ANF同樣以單體為原料聚合,但是在聚合過程中需要加入分散劑或機械輔助分散。ANF改性聚合物ANF改性聚合物分為改性樹脂和塑料、改性橡膠、改性纖維和改性功能高分子四方面。ANF具有高強度、高模量、高表面活性基團、良好化學穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性的特點,與聚合物之間可以形成強的界面作用,既可以增強聚合物本身,又能改善聚合物的界面性能,是一種理想的聚合物增強材料,目前已經(jīng)應用于聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、環(huán)氧樹脂等多種樹脂和塑料材料的復合改性中。圖5ANF的過濾分散過程(a)與不同形狀的ANF水凝膠(b)(Copyright2021Wiley版權(quán)許可)Figure5FiltrationanddispersionprocessofANF(a)withdifferentshapesofANFhydrogels(b)(ReprintedwithpermissionfromRef.;Copyright2021Wiley)填料是改善橡膠強度、增強橡膠加工性能的一種配合劑,一般認為,填料的長徑比越大,分散性越強,填充效果越好。由于ANF具有極高的長徑比,因此對橡膠基體的增強作用非常顯著。采用“自下而上”的方法在橡膠溶液中制備ANF時,可能很難避免ANF的凝膠化;采用“自上而下”方法制備的ANF在加入橡膠基體之前,一般都需要加以改性,以屏蔽表面的負電荷。涂覆是ANF改性纖維材料最常用的方法,利用ANF與PPTA纖維的相容性,使ANF與PPTA纖維復合,形成的復合材料在力學性能和介電性能方面有所提高。功能高分子在物理功能、化學功能等方面具有特殊性能,但在機械強度、熱性能等方面較為普通,添加ANF可以顯著改善上述性能。ANF前景發(fā)展ANF的應用方向也較為多樣,不僅能用于聚合物材料的增強,還可以利用其極佳的成膜性,與聚合物復合并以高強耐熱膜