[Abstract]

聚对苯二甲酰胺（PPTA）的加工一直是一个巨大的挑战。近日，清华大学拓新林副研究员/北京化工大学邱腾教授课题组报道了一种简单的“单体-纳米纤维-宏观产物”（MNM）分层自组装< /span> 构建 3D 全 PPTA 工程材料的方法。该方法主要包括单体制备聚合诱导芳纶纳米纤维（PANFs）和PANF水凝胶制备全PPTA材料。 PANF水凝胶脱水收缩后，可以得到各种3D结构，包括简单的固体块和复杂的蜂窝（HC）。 PANF块体的拉伸强度和压缩屈服强度分别超过62 MPa和90 MPa，与典型的工程塑料相当。密度为360 kg m-3的PANF HC的抗压强度超过24 MPa。

PANF块和PANF HC和Kevlar的热稳定性纤维本身就很好，在氮气氛中500°C前几乎不分解。此外，MNM 工艺在温和的条件下进行，没有高温、高压或腐蚀性溶剂。 MNM工艺是加工具有复杂结构和高性能的全芳族聚酰胺材料的新策略。这将是继PPTA液晶纺丝技术突破后的又一发展。相关论文发表在“Advanced Materials”上，题目是Construction of Aramid Engineering Materials via Polymerization-Induced para-Aramid Nanofiber Hydrogel。

【主图导览】

示意图1 全PPTA材料及典型产品制造工艺（MNM法）示意图。 a) PPTA 的聚合式。 b) PPTA 分子。 c) 在分散体中制备的 PANF。 d）通过过滤从PANF分散体获得的PANF水凝胶。 e) 立方 PANF 水凝胶。 f) 内模为六角尼龙柱的PANF水凝胶。 g) (e) 水凝胶干燥后的 PANF 体。 h) (f) 中的水凝胶干燥后，PANF HC 具有正六边形单元。 i) 散装的莲花形PANF。 j) 由加工过的PANF 散装材料组装而成的联锁“孔明锁”。 k) 具有规则六边形单元的 PANF HC。 l) 具有不规则细胞的PANF HC。 (i)–(l) 中的比例尺为 5 mm。

图 2 PANF、PANF 水凝胶及其特征PANF 块。 a,b) 不同放大倍数下PANF的透射电子显微镜(TEM)图像；比例尺：(a) 和 (b) 分别为 2 m 和 200 nm。 c）具有不同PANF浓度的PANF分散体/PANF水凝胶的宏观状态。 d) 原始月饼状PANF水凝胶和水凝胶干燥收缩后致密化的PANF块；比例尺：10 毫米。月饼上写着“花开满月。e）吸水后PANF体的尺寸变化（20°C，24小时）。f）PANF块的典型后加工方法（抛光、切割和冲压）；比例尺: 4 mm .G) 雕刻 PANF 块体 (挂饰);比例尺: 4 mm. h) 不同放大倍数下 PANF 块的扫描电子显微镜 (SEM) 图像;比例尺: (h) 和插图为 5 m 和 100 nm ，分别。

图 3 具有密度的 PANF 1.40 g cm3 块体的性能和结构分析。 a) PANF 块体的典型拉伸应力-强度曲线。图示为哑铃形PANF 块状样品；比例尺：5 mm。b ) PANF 块与五种工程塑料的抗拉强度比较 c) PANF 块的典型压应力-应变曲线。图示为压缩前后的PANF 块；比例尺：2 mm。d) PANF体与其他塑料或聚合物基复合材料的抗压强度比较。 e）PANF体与其他塑料或聚合物基复合材料的硬度和弹性模量的比较，以纳米压痕为特征。 (b)、(d)和(e)中的误差线是根据差值得到测试样品的平均值。 f) PANF 块和 Kevlar 29 的热重分析 (TGA) 和差示热重分析 (DTA) 曲线。 g) PANF 块板（厚度 = 6.5 mm）背面温度。图示为被测PANF散料板的正反面；刻度：20 毫米。 h) PANF 块、Kevlar 29 和 PANF 絮状物的 XRD 图。插图显示了PANF块的衍射图像。I)PANF体、Kevlar 29和PANF絮体的FTIR光谱。

总结

各种全PPTA 3D素材，包括不同形状的PANF块不同结构的PANF HCs可以通过创新的自下而上的MNM方法成功制备，该方法不涉及高温、高压或剧毒溶剂。 PANF本体的机械强度可与传统工程塑料相媲美，PANF HC的机械强度也非常出色。由纯PPTA、PANF体和PANF HC组成，表现出优异的热稳定性。此外，

文章来源：《机械工程材料》 网址: http://www.jxgcclzz.cn/zonghexinwen/2021/0707/509.html

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