本研究提出了一种制备串珠状芳纶纳米纤维复合材料的新技术,该技术属于纳米复合材料科学领域。通过多重氢键诱导自组装技术,实现了芳纶纳米纤维的串珠状结构构建。该方法首先将芳纶纳米纤维均匀分散于氢键供体溶液中,形成多重氢键体系,随后在芳纶纳米纤维表面进行原位水解和缩聚,制备出纳米微球,形成具有串珠结构的芳纶纳米纤维。这种结构的纳米纤维被进一步加工成聚合物复合材料,其表面基团能够与填料形成协同增强网络,即使少量添加也能显著提升材料的力学强度和耐磨性,展现出卓越的物理机械性能。该制备方法有效解决了芳纶纳米纤维表面惰性问题,增强了其与聚合物基质的结合力,并改善了分散性。
背景技术
芳纶纳米纤维既保留了宏观芳纶纤维的结构特性与优异的机械性能、热稳定性和低密度;同时,独特的纳米尺度是构建高性能复合材料极具潜力的“增强构筑单元”,在纳米复合材料领域引起了极大的关注。
虽然芳纶纳米纤维具有大长径比、高比表面积、纤维精细程度高、均一性好、对聚合物有良好的增强作用等优势,但纳米纤维分子链存在强烈的分子内与分子间氢键作用和π-π堆积效应(酰胺键和苯环),这种特殊的结构使得纤维易存在絮聚、在基质材料中分布不均匀、界面结合强度弱等问题。因此,寻找一种简易、快捷、有效的芳纶纳米纤维表面功能化改性技术,提高纳米芳纶/聚合物复合材料的界面结合强度,对于实现芳纶纳米纤维在高性能聚合物领域的应用具有重要意义。
现有技术常采用二甲基亚砜(DMSO)的强碱溶液使芳纶纳米纤维去质子化,然后对溶解于DMSO中的聚合物增强改性,或者在DMSO体系中对其进行表面化学改性后用于聚合物增强。这种方法采用强碱溶液,后处理困难,并且芳纶纳米纤维在体系中的浓度较低,很难实现工业化。为了解决该问题,现有技术采用水分散型芳纶纳米纤维,或者采用硅烷偶联剂处理水分散型芳纶纳米纤维,或者采用粘合剂对水分散型芳纶纳米纤维表面改性,然后与橡胶胶乳共絮凝制备芳纶纳米纤维增强材料。但是,这些方法对聚合物的增强效果有待进一步提高。
实现思路