Page 63 - 《精细化工》2022年第3期
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第 3 期 卓龙海，等: 轻质高强芳纶纳米纤维/聚酰亚胺复合气凝胶的制备及性能 ·485·
综上所述，ANFs 表面丰富的活性官能团有利于 的杨氏模量和屈服强度为 6.9 MPa 和 0.29 MPa，分
其与 PAA 分子链之间产生紧密结合，ANFs 通过与 别约是 PI 气凝胶的 3.8 倍和 2.2 倍，表明 ANFs 的
PAA 分子链产生的氢键作用实现了 ANFs 在基体中均 加入有效增强了气凝胶的骨架结构，当气凝胶受到
匀、稳定的分散，且 ANFs 优异的力学性能和 ANFs 外部应力时，具有优异力学性能的 ANFs 对气凝胶
与 PAA 分子链间氢键的协同作用致使气凝胶孔径尺 骨架存在支撑作用，使气凝胶获得更优异的力学性
寸减小，进而有效地减小了复合气凝胶的尺寸收缩。 能。由图 5c 可以看出，当 ANFs 添加量为 1%时，
2.4 ANFs/PI 复合气凝胶的力学性能 压缩回弹率没有明显变化，当 ANFs 添加量继续增
图 5 为 PI 气凝胶和 ANFs/PI 复合气凝胶的力学 加时，压缩回弹率逐渐增大，ANFs/PI-4 复合气凝胶
性能及 ANFs/PI-2 复合气凝胶和 ANFs/PI-4 复合气 的压缩回弹率比 PI 气凝胶提升了 37%。同时通过对
凝胶在 70%压缩应变后的截面 SEM 图。从图 5a 和 比图 5d~f 可以发现，PI 气凝胶发生 70%应变后蜂窝
b 可以看出，PI 气凝胶和 ANFs/PI 复合气凝胶的应 状结构坍塌、孔道破裂，ANFs/PI-2 复合气凝胶发生
力-应变曲线均呈现弹性区、屈服区以及致密化区 3 70%应变后，孔道结构较为完整，而 ANFs/PI-4 复
个不同阶段。PI 气凝胶的应力-应变曲线较为平缓， 合气凝胶发生 70%应变后，孔道结构完整、无明显
其杨氏模量和屈服强度分别为 1.8 MPa和 0.13 MPa； 破损。这可能是因为 ANFs 与 PI 产生氢键、共同构
ANFs 的加入使复合气凝胶应变为 0~20%的应力-应 成复合气凝胶骨架结构，且 ANFs 自身大的长径比
变曲线更加陡峭，且杨氏模量和屈服强度均随着 使 ANFs 相互缠绕连接形成网络结构，有效强化了
ANFs 添加量的增加而增大，ANFs/PI-4 复合气凝胶 复合气凝胶的骨架结构，提高了复合气凝胶的柔性。
图 5 ANFs/PI 复合气凝胶的应力-应变曲线（a）、杨氏模量及屈服强度（b）、压缩回弹率（c）；PI 气凝胶（d）、ANFs/PI-2
复合气凝胶（e）、ANFs/PI-4 复合气凝胶（f）70%应变后的 SEM 图
Fig. 5 Stress-strain curves (a), Young′s modulus and yield strength (b), compression rebound rate (c) of ANFs/PI composite
aerogel; SEM images of PI aerogel (d), ANFs/PI-2 composite aerogel (e) and ANFs/PI-4 composite aerogel (f) after
70%
2.5 热稳定性 低约 10 ℃。可能的原因是，将 ANFs 紧密包裹的
图 6a 和 b 分别为 PI 气凝胶和不同 ANFs 添加 PI 基体具有良好的隔热作用，可以降低复合气凝胶
量的 ANFs/PI 复合气凝胶的 TGA 和 DSC 曲线，表 内部温度，减缓 ANFs 的热分解。从图 6b 和表 2 可
2 为 PI 气凝胶和不同 ANFs 添加量的 ANFs/PI 复合 以发现，PI 气凝胶的 T g 为 288 ℃，ANFs/PI 复合气
气凝胶的 5%热失重温度（T 5 ）、10%热失重温度（T 10 ） 凝胶的 T g 在 263 ℃左右，ANFs/PI 复合气凝胶比
和玻璃化转变温度（T g ）。从图 6a 和表 2 可以观察 PI 气凝胶的 T g 约降低 25 ℃，这可能是因为 ANFs
到，ANFs 的 T 5 和 T 10 分别为 468 和 517 ℃，PI 气 在 PI 基体中均匀分散，且纤维直径远大于 PI 分子
凝胶的 T 5 和 T 10 分别为 558 和 591 ℃，而 ANFs/PI 链直径，使复合气凝胶的自由体积大幅增加；而自
复合气凝胶比 PI 气凝胶的 T 5 和 T 10 仅略有降低，降 由体积的增加为 PI 分子链链段运动提供了更大空
