聚氨酯弹性体凭借优异的柔韧性和超高的弹性恢复能力，广泛应用于柔性机器人、柔性电子、汽车配件、运动装备等纺织及新材料领域。但市面上常规商用聚氨酯存在明显短板，难以同时兼顾高强度与高韧性，极大束缚了材料的拓展应用。如何研发一款高强、高韧且可循环回收的聚氨酯弹性新材料，一直是纺织新材料领域的研究难点。

近期，青岛大学姜义军教授团队将芳纶纳米纤维（ANF）引入富含氢键的聚氨酯（PU）体系，并结合湿法纺丝工艺，成功制备出高强度、高韧性、可回收的ANF-PU纳米复合纤维材料。ANF-PU弹性体具有优异的透明度，且对UV-A、UV-B、UV-C的阻隔效果显著优于常规商用聚氨酯材料。相关研究成果发表于《Composites Part B：Engineering》上。

从力学性能来看，ANF-PU纳米复合纤维材料兼具有超高韧性（490 MJ／m3）、高强度（167 MPa）、高真实应力（1.67 GPa），优于常规商用聚氨酯弹性纤维及同类聚氨酯纳米复合纤维。材料能够同时实现高强与高韧，主要归因于纤维材料内部多级取向排布的ANFs与PU多重动态氢键的协同作用。除此之外，该纤维材料耐反复拉伸、高温下力学结构稳定，还具备优异的可回收性能，在柔性机器人、柔性可穿戴设备等领域具备巨大应用潜力。

ANF-PU纳米复合纤维的制备流程示意图

通过原位合成PU弹性体、ANF胶体分散液并利用湿法纺丝制备ANF-PU纳米复合纤维材料。在PU原位聚合阶段加入ANF胶体悬浮液，ANF分子链自带的羧基、羟基，可与PU硬段分子链的羰基、氨基搭建高密度协同氢键网络，实现高浓度ANF在PU基体中均匀分散。纺丝后的半成品再经过湿拉伸、多级捻合，进一步优化ANF与PU的取向结构；随后复合纤维在张力下退火以强化两相界面氢键结合，确保纤维内部组分紧密堆叠。

ANF-PU纳米复合纤维的力学性能

实验表明，ANF-PU纳米复合纤维的强度随着ANF的添加量改变，当添加量由0提升至45%时，纤维强度、韧性逐步提升。ANF添加量为45%时，ANF-PU纳米复合纤维的力学强度、韧性、真实应力均达峰值；若添加量提升至60%，过量ANF容易团聚，造成复合纤维力学性能下降。对比常规商用聚氨酯弹性纤维及同类聚氨酯纳米复合纤维，45%ANF-PU纳米复合纤维不仅兼具高强度与高韧性，拉伸伸长性能也更突出。

ANF-PU纳米复合纤维材料的循环拉伸性能

此外，ANF-PU纳米复合纤维材料还具有良好的拉伸循环性能和热机械稳定性。依托氢键可逆性，研究人员采用溶剂辅助法成功回收了ANF-PU纳米复合纤维，回收获得的复合纤维力学性能与原纤维几乎无差别，循环利用价值突出。

ANF-PU纳米复合纤维的稳定性及可回收性能

综上，ANF-PU纳米复合纤维材料具备高强韧、可回收、热稳定性好等多重优势，在柔性机器人、柔性电子设备、汽车内饰等众多领域具有潜在的应用前景。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836826004257

（来源：易丝帮）