随着高性能纤维在航空航天、防护服装、轨道交通等领域的广泛应用，芳纶材料凭借其卓越的热稳定性、阻燃性和力学性能成为行业关键材料。然而，芳纶材料的高结晶度与分子间强氢键结构也带来了难降解、难循环的问题。当前，大量废旧芳纶材料被焚烧或填埋，不仅造成资源浪费，也带来环境压力。如何利用废旧芳纶纤维进行循环再制造仍是一项挑战。

近日，江南大学魏取福教授、吕婧教授和王清清副教授在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Sustainable aramid filaments generated from waste aramid via proton-donor-regulated wet spinning strategy”。研究通过质子供体调控的湿法纺丝策略，高效制备出新型可持续再生芳纶纳米纤维。其中，刚性芳纶纳米纤维（ANF）构筑致密“支架网络”，柔性聚乙烯醇（PVA）作为“粘结相”形成仿生“砖-泥”结构，实现了纤维的强度与韧性协同增强。基于该策略制备的ANF/PVA复合纤维不仅具备优异的可缝纫、可编织性能，还可通过染整、镀银、冷冻干燥等方式制备彩色纤维、导电纤维、水凝胶纤维与气凝胶纤维等多种形态结构，广泛适用于热防护、人工韧带、智能纺织、导电织物等前沿领域。

研究人员通过化学剥解将废弃芳纶纤维转化为芳纶纳米纤维（ANF），随后引入可形成氢键网络的聚乙烯醇（PVA）构筑“砖-泥”仿生结构，再经湿法纺丝制得可连续牵伸的再生ANF/PVA复合纤维，实现了纤维级再生与结构重构。

图1. 再生ANF纤维制备与多种后处理应用

在湿法纺丝过程中，ANF/PVA混合溶液注入凝固浴后发生溶胶-凝胶转变：溶剂DMSO逐步扩散出凝固浴，水分子渗入，诱导ANF链段质子化重构氢键网络，同时与PVA发生协同作用，形成致密交联的水凝胶结构。该水凝胶纤维具备优异的初始强度与柔韧性，有效承受牵引张力，防止断丝与拉断现象，大幅提高连续纺丝的稳定性与效率。此外，较慢的凝胶速率为ANF链段提供充足时间进行有序排列与取向重排，进一步增强纤维结构致密性与力学性能，是实现高性能再生芳纶纤维的关键。

图2. ANF/PVA水凝胶纤维形成过程及其对连续湿法纺丝的支撑作用

干燥后的ANF/PVA纤维展现出优异的力学性能，拉伸强度高达546.5 MPa，杨氏模量23.3 GPa，韧性达21.1 MJ/m3。该性能提升得益于“砖-泥”仿生结构中刚性ANF纳米纤维与柔性PVA链段形成的多重氢键交联网络，不仅增强了纤维的结构完整性，还有效缓解了微裂纹扩展。同时，通过调控凝固浴中的质子供体浓度，实现了溶胶-凝胶转变速率的精准调节，使得ANF链段在纺丝牵引过程中得以充分取向与定向排列。小角X射线散射结果进一步证实了不同pH条件下纤维取向度的变化，取向度越高，干纤维强度越优，揭示了纤维增强的微观机制。

图3. 再生ANF/PVA纤维的力学性能以及调控机理

在具备优异力学性能的基础上，ANF/PVA再生纤维还展现出广泛的功能拓展潜力。通过染色凝固浴处理，可获得彩色纤维，适用于美观与标识需求；冷冻干燥处理可制备气凝胶纤维，具备优异的热绝缘性能，在热防护织物中表现出显著优势；水凝胶纤维，柔软富弹性，有望应用于人工韧带与组织支架等生物医用场景。此外，通过银氨溶液化学还原，可在纤维表面构建导电网络，获得导电ANF纤维，可稳定驱动LED发光，具备良好的电热转换能力与耐反复弯折性能，适用于可穿戴智能纺织品、电热调温织物等领域。

图4. 再生芳纶纳米纤维的性能分析与多功能应用

所制备的ANF/PVA复合纤维具备良好的可循环再加工能力。经过多轮溶解-纺丝循环处理后，其力学性能仅轻微下降，拉伸强度仍保持在428 MPa，结构稳定性良好，表现出显著的可持续利用潜力。热重分析和红外光谱对比进一步证实了材料结构与热稳定性的保持。

图5. 再生ANF纤维的循环再生过程

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164005

（来源：易丝帮）