[发明专利]一种高力学强度的芳纶纳米纤维杂化薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高力学强度的芳纶纳米纤维杂化薄膜及其制备方法，所述薄膜以质量份计，包括如下组分：芳纶纳米纤维100份，氧化石墨烯3‑15份。本发明利用水合质子化效应在促进芳纶纳米纤维的结构重组的同时，诱导纳米纤维的有序凝胶化自组装，便捷地调控薄膜材料的厚度；以二维氧化石墨烯增强相填充一维纳米纤维基体，有效地发挥相组份之间的界面兼容优势，极大地提高了芳纶纤维复合薄膜材料的机械力学性能。

技术领域

本发明属于纤维类聚合物复合材料制备技术领域，特别是一种具有高机械力学性能的芳纶纤维杂化薄膜及其制备方法。

背景技术

聚合物复合薄膜是聚合物复合材料的一种，相对于宏观三维尺寸的材料，聚

合物薄膜可以在保持块体材料性能的同时又在二维方向存在各向异性，在电容器件，生物透滤、光电特性和防腐隔热等方向应用广泛。为适应实际苛刻的应用环境，提升使用寿命，采用简单高效的合成方法制备出高机械力学性能的聚合物薄膜具有重大的实用价值。

聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)是一种高性能对位芳纶纤维，基本重复单元为-[-CO-C₆H₄-CONH-C₆H₄NH-]-。PPTA分子链之间存在由氢键、π-π堆叠共轭和范德华力所组成的强劲作用力，赋予了宏观芳纶纤维纱线高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀、阻燃性强、抗疲劳、稳定性强等诸多优点，其优越的比强度与比模量超越了一般的纤维类材料。为拓宽芳纶纤维复合材料在工业领域的应用，必须破坏纤维之间的氢键和π-π作用力，使芳纶纤维纳米功能化。文献《ACS nano,2015,9(3):2489-2501》中报道了以碳纳米管为力学补强填料，采用抽滤法自组装技术制备得到了力学强度更高的对位芳纶纳米纤维/碳纳米管杂化薄膜材料。文献《ACS nano,2017,11(7):6682-6690》同样以抽滤自组装技术制备得到了以芳纶纳米纤维为补强相的还原氧化石墨烯杂化薄膜材料。其中，当芳纶纳米纤维的质量分数为25％时，杂化薄膜的拉伸强度最高可达100.6MPa。此薄膜材料的拉伸强度相对于纯还原氧化石墨烯薄膜提高了350％，然而，与芳纶纳米纤维薄膜相比并未得到提高，且断裂伸长率降低了60％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芳纶纳米纤维杂化薄膜及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种芳纶纳米纤维杂化薄膜，以质量份计，包括如下组分：

芳纶纳米纤维100份，氧化石墨烯3-15份。

进一步的，芳纶纳米纤维的平均尺寸为：直径30-40nm，长度5-10μm。

上述芳纶纳米纤维杂化薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将氧化石墨烯的DMSO分散液与芳纶纳米纤维的DMSO溶液共混，室温下搅拌1h以上，其中，共混液中，芳纶纳米纤维为100质量份，氧化石墨烯为3-15质量份；

步骤二，向步骤一的共混液中加入去离子水，升温搅拌2小时以上，再室温陈化2h；

步骤三，经真空抽滤除去溶剂，得到凝胶状的氧化石墨烯/芳纶纳米纤维复合材料，室温下干燥后从微孔滤膜上剥开，真空干燥6h，制得所述的芳纶纳米纤维杂化薄膜。

进一步的，步骤二中，每100mL共混液中加入125～200mL去离子水。

进一步的，步骤二中，升温至80±5℃搅拌2小时以上。

进一步的，步骤三中，真空抽滤装置采用砂芯漏斗配制直径为47mm的微孔滤膜。

进一步的，步骤三中，真空抽滤压力为-0.1MPa。