近年來，高強度靜電紡納米纖維膜在組織工程、過濾、鋰離子電池隔膜等諸多領域得到了廣泛的應用。提高靜電紡絲納米纖維膜的機械強度一直是一個重要的研究課題。在這項工作中，首次在聚環氧乙烷（PEO）的輔助下，通過靜電紡絲對芳綸納米纖維分散體制備了超高強度對位芳綸納米纖維膜。研究了紡絲溶液的流變性和溶液性質以確定其最佳組成。通過對靜電紡絲工藝參數的探究以獲得均勻形態的膜。為了獲得更高的強度，通過調整納米纖維、隨機膜、定向膜和納米纖維束的排列和取向制備了不同形式的膜。其中，纖維直徑相對均勻，在100～200nm之間。對于隨機和定向膜，由于PEO可以作為物理交叉點實現對納米纖維的焊接，通過熱處理大大提高膜的機械性能。與未經處理的膜相比，拉伸強度分別增加到40.36和65.82MPa，分別提高了308和83%。同時，納米纖維膜的形貌不受影響，孔隙率分別小幅下降至76%和52%，降低了8%和2%。此外，水洗2h的隨機膜在熱處理后強度可達83.56MPa。對于納米纖維束，其拉伸強度超過400MPa。該工作成功制備了超高強度的靜電紡對芳綸納米纖維膜，在鋰離子電池隔膜、過濾材料、增強復合材料等高性能多功能材料領域具有廣闊的應用前景。
圖1.ANFs/PEO電紡膜制備示意圖。
圖2.ANFs/PEO溶液的流變特性。（a）對于0.01至2wt％濃度范圍內的ANF分散體而言，其G'和G''與頻率的函數關系。（b）純PEO溶液的粘度與PEO濃度的關系圖。說明了半稀纏結和半稀非纏結區域中擬合線的斜率以及纏結濃度。（c）PEO分子量不同（12A/12P（z））和（e）PEO含量不同（12A/（x）P（100））的ANFs/PEO溶液的表觀粘度與剪切速率之間的函數關系。（d）PEO分子量不同和（f）PEO含量不同的ANFs/PEO溶液的表觀粘度（在100/s的剪切速率下）圖。
圖3.PEO分子量不同的ANFM-R的SEM圖像：（a）300k，（b）1000k，（c）2000k，（d）4000k和（e）7000k。
圖4.PEO（100）含量不同的ANFM-R的SEM圖像：（a）0.5wt％，（b）0.7wt％，（c）1.0wt％，（d）1.2wt％和（e）1.5wt％。
圖5.使用不同接收器制備的ANFMs的表面和橫截面SEM圖像以及纖維直徑分布。（a,b,g）ANFM-R,（c,d,h）ANFM-O,和（e,f,i）ANFB。插圖：（a）較高放大倍率下的SEM圖像，（b）水接觸角照片和較高放大倍率下的橫截面SEM圖像，（c）ANFM-O的表面SEM圖像和2D-WAXD衍射輪廓，（d）較高放大倍率下的橫截面SEM圖像，（e）ANFB表面的較低放大倍率SEM圖像，（f）較高放大倍率下的橫截面SEM圖像和2D-WAXD衍射輪廓。
圖6.熱處理后ANFs/PEO NFMs的表面和橫截面SEM圖像。（a,b）ANFM-R和（c,d）ANFM-O。插圖：（b）水接觸角照片和高倍放大SEM圖像，（d）2D-WAXD衍射輪廓和高倍放大SEM圖像。（e）纖維焊接示意圖。
圖7.（a）不同熱處理溫度和（b）不同熱處理時間下ANFM-R的典型應力-應變曲線。（c,d）熱處理前后由不同接收器制備的ANFM-R和ANFM-O的典型應力-應變曲線和拉伸性能。（e,f）不同轉速下ANFB的機械性能。
圖8.ANFM-R在不同熱壓（a）時間和（b）溫度下的孔隙率和孔徑。ANFM-R在不同熱壓（c）時間和（d）溫度下的水接觸角。
圖9.（a）不同溫度下的純PEO、純K49纖維和ANFM-R以及（b）在80℃下洗滌不同時間的ANFM-R的熱重分析曲線。（c）未經洗滌的ANFM-R的SEM圖像。（d）在80℃下洗滌6小時的ANFM-R的SEM圖像。（e）（d）中對應區域的放大SEM圖像。（f）在80℃下洗滌不同時間的ANFM-R的典型應力-應變曲線。（g）在80℃下洗滌不同時間的ANFM-R的拉伸性能。
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