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对位芳纶纳米纤维制备方法(一)

9月23日

对位芳纶纳米纤维(ANF)是指长度通常为5 ~ 10 μm,直径为3 ~ 30 nm的纳米尺度纤维,其不仅保留了芳纶优异的力学性能、耐热性及电绝缘性能,还具有高比表面积、高长径比、良好的溶剂分散性和丰富的界面活性位点等优势。然而由于芳纶本身具有高强度、高模量及耐腐蚀等特点,因而在纳米化制备过程中存在一定难度,国内外对其研究主要集中于两种方法 ——“自上而下”法和“自下而上”法,本篇介绍“自上而下”法。

静电纺丝法

静电纺丝技术是目前连续制备纳米纤维最直接且应用最广泛的方法之一,其核心原理是利用高压静电场实现聚合物溶液射流拉伸。具体工艺为将对位芳纶溶解于特定溶剂中配置成具有一定浓度的纺丝液,在高压电场作用下,注射器针头处的液滴被拉伸形成“泰勒锥”并喷射出带电射流,带电射流经拉伸、溶剂挥发后沉积得到ANF膜。该方法工艺简单、可通过调控工艺参数灵活调节纤维直径,同时具备良好的通用性

喷射纺丝法

喷射纺丝法以高速气流替代高压电场作为拉伸驱动力。ANF溶液从喷丝孔挤出,先经压缩空气雾化为微小液滴,再被高速气流强力拉伸细化。相较于静电纺丝,该工艺不受溶液导电性限制,且纤维制备产率大幅提升,更具工业化生产潜力。然而,由于芳纶微晶表面的羰基与N—H基团之间的强氢键作用以及芳香环之间的π-π堆积作用,导致芳纶难以雾化,因此需要对芳纶进行碱前处理,即利用质量分数10%的NaOH溶液进行回流预处理,使得芳纶聚合物主链断裂且其表面带有部分阴离子电荷,从而可借助静电排斥力促进其解离为纳米纤维。

化学剥离法

化学剥离法通过化学试剂削弱纤维内部原纤间结合力,实现宏观纤维向纳米纤维的解离制备。该工艺将对位芳纶短切纤维分散于强碱-有机溶剂复合体系中,经加热搅拌促使碱离子破坏聚合物分子链间的氢键网络,再结合低速搅拌或超声辅助处理,促使原纤充分剥离、均匀分散,最终获得稳定的ANF悬浮液。该方法对设备要求低、操作简单,且可有效保留芳纶原纤维的高结晶度与热稳定性能

化学-机械联合处理法

化学-机械联合处理法是在化学剥离法基础上改良的制备工艺,借助化学溶胀与机械外力的双重作用,解决单一化学剥离效率低、剥离不充分、单一机械剥离易损伤原纤结构的问题,具有剥离效率高、纤维结构完整、工艺可控性强等优点,是目前制备高性能、高长径比ANF的主流工艺之一。

更多内容,请关注纺织导报2026年第5期《芳纶纳米纤维制备方法研究进展》一文。

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