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第 8 期 顾云智，等: 芳纶纳米纤维增强聚乙烯醇复合膜的制备与性能 ·1291·

小分散颗粒的尺寸，使纳米粒子的粒径小于可见光 与 C—N 伸缩耦合振动峰和 C==O 的伸缩振动峰，
–1
的波长，可以改进共混物的透明性，这也是纳米复 及在 1417 cm 处 CH—OH 的弯曲振动峰发生了红
合材料的一个优势所在 [17] 。虽然纯聚乙烯醇膜的透 移，这些现象都表明复合薄膜中聚乙烯醇和芳纶纳
光性很好，但是聚乙烯醇的折光率为 1.5，芳纶在平 米纤维之间有分子间氢键作用 [20] 。正是由于这种氢
行于纤维轴方向的折光率为 2.0，垂直于纤维轴方向 键作用，使得芳纶纳米纤维与聚乙烯醇基体的界面
的折光率为 1.6，由于折光率不匹配，二者共混膜理 产生了强烈的黏合，导致拉伸过程中应力从 PVA 到
论上是不透明的。而纳米级别的芳纶纳米纤维可以 芳纶纳米纤维的转移，而芳纶纳米纤维本身具有很
[6]
消除填充物与基体之间折射率不匹配的问题 ，若 高的机械强度，使得纳米复合膜表现出良好的机械
芳纶纳米纤维能良好分散于聚乙烯醇基体中，复合 性能 [21] 。
膜也应该保持很好的光学透过性。ANFs/PVA 复合
膜的透光性能曲线见图 3。

图 3 ANFs/PVA 复合膜的透光性能
Fig. 3 Transmittance performances of ANFs/PVA composite
films

从图 3 可以看出，纯聚乙烯醇膜的透光度为
93.32%，雾度为 9.76%，随着芳纶纳米纤维加入量
的增加，复合膜的透光度有所下降，雾度有所上升，
但变化不大，仍呈现高度透明的状态。当芳纶纳米

纤维加入量为 6%时，ANFs/PVA 复合膜的透光度为 图 4 不同芳纶纳米纤维质量分数的 ANFs/PVA 复合膜
82.63%，雾度为 27.56%。说明芳纶纳米纤维在聚乙 的 FTIR 图（a）和局部放大 FTIR 图（b）
烯醇基体中保持了良好的分散性。 Fig. 4 FTIR spectra of ANFs/PVA composite films

2.4 ANFs/PVA 复合膜的红外光谱分析
在红外光谱图中，聚乙烯醇的羟基特征峰与芳
不同芳纶纳米纤维质量分数的 ANFs/PVA 复合
纶的酰胺特征峰峰位置移动较微弱。这主要是由于
膜的红外光谱图见图 4。由图 4 可知，纯的 PVA 膜 二者均有强烈的分子内氢键作用存在，干扰了对界
–1
在 3265 cm 处有强的—OH 伸缩振动峰，1417 cm –1 面氢键引起的峰变化的观察 。聚乙烯醇基体与分
[5]
–1
处为 CH—OH 的弯曲振动峰，1089 cm 处为 C—O
的伸缩振动峰 [18] 。纯芳纶纳米纤维膜的酰胺基团有 散在其中的芳纶纳米纤维分子间氢键作用的示意图
–1
3 个特征峰，在 3313 cm 处有 N—H 的伸缩振动峰， 见图 5。
–1
在 1540 cm 处为 N—H 变形与 C—N 伸缩耦合振动
–1
[5]
峰，在 1639 cm 处为 C==O 的伸缩振动峰 。对于
共混体系，较强的相互作用会产生有关基团的红外
吸收谱带移动或峰形的不对称加宽 [19] 。将纯 PVA 膜
和芳纶纳米纤维膜的红外谱图与共混膜红外谱图进
–1
行比较发现，复合膜在 3200~ 3300 cm 的特征峰为
N—H 伸缩振动峰与 O—H 伸缩振动峰共同作用的

结果，可以观察到，随着芳纶纳米纤维填充量的增
–1
加，ANFs/PVA 复合膜在 3200~3300 cm 处 O—H 图 5 芳纶纳米纤维与聚乙烯醇的分子间氢键作用
Fig. 5 Schematic illusion of hydrogen bondings between
与 N—H 的伸缩振动混合宽峰发生蓝移；N—H 变形 ANFs and PVA