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·1290· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷
1.3.6 扫描电子显微镜表征 2.2 ANFs/PVA 复合膜的力学性能分析
测试样品有芳纶纳米纤维分散液和复合膜两 ANFs/PVA 复合膜的力学性能曲线见图 2。由图
种，利用 SEM 分别对芳纶纳米纤维分散形态和 2 可以看出，在芳纶纳米纤维质量分数为 6.0%处
ANFs/PVA 复合膜的膜空气侧和膜玻璃板侧的表面 ANFs/PVA 的抗拉强度最大，为 17.86 MPa。当芳纶
形貌进行观察。测试前，在 15 mA 的电流下喷金处 纳米纤维加入量较少时，可以部分提高聚乙烯醇的
理 1 min，增加导电性，防止样品被破坏。 力学性能，但当加入芳纶纳米纤维的量过多时，芳
1.3.7 原子力显微镜表征 纶纳米纤维逐渐聚集，复合体系内部发生相分离与
测试前将芳纶纳米纤维分散液滴到清洗干净的 应力集中，导致力学性能下降，从而难以起到力学
硅片上，干燥。测试时慢速测量，得出样品的形貌、 性能增强的作用。抗拉强度最大点的存在实际上在
尺寸等信息。 成膜过程中也能体现。当加入少量芳纶纳米纤维时，
两者共混的铸膜液成膜性较好，但当芳纶纳米纤维
2 结果与讨论 加入质量分数超过 10%后，成膜性明显下降，膜的
稳定性也明显下降。研究发现，当芳纶纳米纤维质
2.1 芳纶纳米纤维分散液的制备
量分数超过 20%时，复合材料难以成膜。推测这是
强碱作用于芳纶纳米纤维分子的机理见下式。 因为，在对位芳纶中，被苯环分离的酰胺基团与苯
环形成大 π 键共轭结构，内旋转位能高，使分子链
呈刚性平面棒状。按照 Dupont 公司给出的模型 [16] ，
相互平行的芳纶平面分子链间通过酰胺氢键结合成
片状结构，平行的片状结构之间则通过范德华力相
互结合成晶粒，晶粒沿纤维轴取向并按纤维径向分
使用叔丁醇钾和甲醇为添加剂，在 50 ℃下制备
布。由此认为，分子链的共价键和刚性赋予纤维高
芳纶纳米纤维分散体。叔丁醇钾是一种强碱分散剂，
的耐热性，沿纤维轴高度取向的分子链赋予了纤维
通过夺取芳纶链酰胺上的 H 来削弱分子链间的氢键
高强度和高模量。在芳纶纳米纤维中芳纶分子自身
作用，增大链间静电排斥，甲醇作为质子转移剂可
之间由于负电荷的存在而相互排斥，又由于范德华
以加快这个过程的进行。作为一个动态平衡的可逆
力和氢键作用而相互吸引，从而保持了纳米尺寸纤
过程，强碱可以将一大簇由氢键和其他作用力搅缠
维分散形态。但是，如果向聚乙烯醇基体中加入大
在一起的分子链分散开，又不至于完全的分散成单
[4]
链，从而形成了芳纶纳米纤维分散体 。 量的芳纶纳米纤维，由于聚乙烯醇分子插入到芳纶
纳米纤维分子链之间，打乱了原有的分散形态，从
在制备芳纶纳米纤维的过程中，要控制好搅拌
而导致芳纶纳米纤维的结构被破坏，从而难以成膜。
速度，太慢会影响制备效率，太快则会影响纳米尺
因此，存在一个最佳的填充量，即芳纶纳米纤维质
寸芳纶纳米纤维的产生。质量分数为 2.0%的芳纶纳
量分数为 6.0%时，薄膜的抗拉强度可以达到 17.86 MPa，
米纤维分散液的 AFM 和 SEM 图见图 1。由图 1 可
与纯聚乙烯醇膜相比较提高了 59.2%；断裂伸长率
以观察到，芳纶纳米纤维呈细长线状，彼此之间相
达到 442%，与纯聚乙烯醇膜相比较提高了 17.6%。
互交织成网状结构，粗细均匀，且较为致密，长度
可达 1 μm，而直径仅为 20~30 nm。利用此纳米纤维
增强聚合物材料时，不仅利用了纳米纤维本身的高
强度和高结晶度，而且利用了纳米纤维网状缠结的
结构，这样形成的复合材料才能均匀、各向同性，
网络结构对于保证材料的均一性起到关键作用 [15] 。
图 2 ANFs/PVA 复合膜的力学性能曲线
Fig. 2 Mechanical performances of ANFs/PVA composite films
2.3 ANFs/PVA 复合膜的光学透过性能分析
图 1 芳纶纳米纤维的 AFM（a）和 SEM（b）图 由于两相结构的特点，大多数共混物是不透明
Fig. 1 AFM (a) and SEM (b) images of aramid nanofibers 的或半透明的，这种情况限制了共混物的应用。减
