[发明专利]一种通过共价键交联提升芳纶纳米纤维机械性能的方法

说明书

本发明公开了一种通过共价键交联提升芳纶纳米纤维机械性能的方法，包括以下步骤：1)将二甲基亚砜、芳纶纤维和KOH混合，室温下搅拌一周至溶液呈现暗红色，得到芳纶纳米纤维悬浮液；2)加入去离子水稀释ANF悬浮液后搅拌；3)将ANF悬浮液抽滤后再分散于NaOH水溶液，使其内部酰胺键部分水解，得到水解后的芳纶纳米纤维；4)对水解后的芳纶纳米纤维加入HCl酸化至pH中性，抽滤；5)将抽滤水解后的芳纶纳米纤维分散在Tris缓冲液中，加入DA室温反应；6)通过真空辅助过滤、压榨、干燥得到PDA‑ANF复合材料。制得的复合材料具有制备工艺简单、机械性能优异等特点。

技术领域

本发明涉及属于造纸工业和材料工业交叉领域，具体涉及一种通过共价键交联提升芳纶纳米纤维机械性能的方法。

背景技术

芳纶纳米纤维具有优异的机械性能，耐温性能以及灵活的可设计性，广泛的应用在聚合物的增强中，然而针对于芳纶纳米纤维本身强度提高的研究甚少，由于芳纶纤维本身存在的界面结合问题，使得其应用受到很大的限制。相比于宏观芳纶，纳米芳纶纤维一定程度上有所改善，然而依旧存在活性基团太少的问题，与基体进行结合时能够发挥作用的基团数目有限，从而很难发挥其优势。

目前，针对于芳纶纳米纤维的表面改性的方法尚且没有研究，然而针对于芳纶纤维的表面处理，已经有超声空化，酸碱溶液处理，等离子体轰击等等这些方法，然而这些方法均对芳纶纤维本身产生一定的破坏，与此同时等离子体攻击，超声空化都存在能耗大，设备昂贵的缺陷，因此急需探寻一种新的表面改性方法，从本质上提高芳纶纳米纤维的强度。

发明内容

为解决现有技术中芳纶纳米纤维轻度差的问题，发明目的在于提供一种通过共价键交联提升芳纶纳米纤维机械性能的方法，这种方法得到的复合材料具有机械性能(拉伸强度：234.90MPa，韧性：32.03MJ/m³)优异、制备工艺简单等特点，改善了芳纶纳米纤维与聚合物之间的结合能力，将拓宽芳纶纳米纤维在轻质高强领域的应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种通过共价键交联提升芳纶纳米纤维机械性能的方法，包括以下步骤：

1)将二甲基亚砜、芳纶纤维和KOH混合，室温下搅拌一周至溶液呈现暗红色，得到芳纶纳米纤维悬浮液；

2)加入去离子水稀释ANF悬浮液后搅拌；

3)将ANF悬浮液抽滤后再分散于NaOH水溶液，使其内部酰胺键部分水解，得到水解后的芳纶纳米纤维；

4)对水解后的芳纶纳米纤维加入HCl酸化使pH为中性，抽滤；

5)将抽滤水解后的芳纶纳米纤维分散在Tris缓冲液中，加入DA室温反应；

6)通过真空辅助过滤、压榨及干燥处理，得到复合材料。

作为本发明的进一步改进，其特征在于，所述芳纶纤维为对位芳纶纤维。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，所述芳纶纤维和KOH的质量比为1:1.5。

作为本发明的进一步改进，步骤2)中，去离子水的加入量为芳纶纳米纤维悬浮液质量的3～5倍；搅拌时间为0.5～2h。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中，NaOH水溶液浓度为1％～15％，水解时间为5～30min。

作为本发明的进一步改进，步骤4)中，HCl的浓度1～4mol/L。

作为本发明的进一步改进，步骤5)中，Tris缓冲液浓度为0.4～1.2g/L，加入DA反应时间为2～24h。

作为本发明的进一步改进，步骤6)中，真空辅助抽滤成型，随后在压力≤4MPa下压榨8～10min，最后100～110℃下干燥5～10min。