对位芳纶纳米纤维基薄膜的力学增强方法与机理
在高分子材料中,芳香族聚酰胺由于富含刚性的苯环骨架而具有较高的力学强度、模量和热分解温度;从分子结构和性质的转变看,它可以被视为有机的聚合物材料向无机的烯碳材料的过渡。其中,由对苯二胺(PPD)和对苯二甲酰氯(TPC)缩聚而成的聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)是芳香族聚酰胺的典型代表,通常被称为对位芳纶或芳纶1414,其主要商业品牌包括Kevlar®(美国杜邦)、Twaron®(日本帝人)、Rusar®(俄罗斯)、Taparan®(烟台泰和新材)和Stararamid®(中蓝晨光)等。合成的PPTA树脂中因含有金属离子而能以溶液状态稳定存在;洗涤干燥后仅能溶解于浓硫酸,因而很难被加工成薄膜,只能通过干喷-湿纺制备成纤维。PPTA纤维可以与树脂、橡胶、金属制备成复合材料实现力学增强与轻量化;可以被制备成芳纶纸和蜂窝结构材料,分别用于电气绝缘和结构减重。如图1a所示,PPTA分子链之间的氢键网络高度有序,若向芳纶树脂中加入水、乙醇或甲酸等质子溶剂,PPTA分子链由于降低的溶解性则析出、聚集、凝胶化;在此过程中,PPTA可以依靠分子间强烈而有序的氢键作用聚集成一维(1D)线状结构,如果通过树脂浓度、第三单体、氢键强度调节等方法合理的控制聚集速度,则可获得纳米纤维,这种PPTA纳米纤维的制备方法被命名为“聚合诱导自组装法”。若将合成的PPTA树脂经过流延、质子溶剂浸渍(聚合诱导自组装)、洗涤、干燥、拉伸取向、热压等工序,则可连续地获得由纳米纤维构成的薄膜材料