去年底，武汉纺织大学省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林院士团队的陈凤翔教授在Advanced Fiber Materials发表了题为“Advanced Aramid Fibrous Materials: Fundamentals, Advances, and Beyond”的综述文章。
背景
芳纶纤维（AFs）由于其优异的综合性能，广泛应用于许多尖端领域。因此，研究者通过设计更环保和低成本的合成方法来扩大其适用性，在聚酰胺的骨架或内部结构中加入新的化学成分，以提高其可加工性和功能。研究者们正在进行持续的研究努力，通过设计更环保和低成本的合成方法，在聚酰胺的骨架或内部结构中引入新的化学成分，以增强其加工性和功能性。该综述着重于自芳纶纤维诞生以来的基础研究，并总结了AFs的先进进展和应用。首先，全面讨论了AFs的合成机制和方法以及其结构与性能的关系。随后，作者回顾了使用先进的微纳米尺度改性策略对AFs进行表面功能化的最新进展，以增强界面性能和紫外（UV）防护性能，并总结了各种改性方法的优缺点。然后，作者讨论了AF和芳纶纳米纤维（ANF）在各个领域的应用。最后，强调了AFs未来发展的可能挑战和展望，这有望为下一代先进功能性AF材料提供新的见解，并促进高性能AFs及其复合材料的工业化发展水平。
合成工艺、应用
制备芳纶的关键是寻找绿色、高效、简单、廉价的合成方法，采用低毒或非毒溶剂以及新的聚合催化剂；同时，评估单体合成以及工艺，提高纤维的纵向、横向强度和聚合度，优化纺丝过程。研究人员总结了先进的合成方法，包括界面缩聚、低温缩聚和直接聚合、开环聚合、非水悬浮聚合和微通道反应器。
芳纶的先进合成方法
同时，从微观、原纤维和晶胞结构方面阐述了芳纶的基本结构，并结合性质，揭示了构效关系，重点介绍了纤维的界面性能和抗紫外线性能方面的研究现状。
芳纶的结构及性能
研究人员还介绍了芳纶及其复合材料在先进材料领域的广泛应用，包括增强复合材料、导电、导热、可穿戴传感器、紫外防护以及电磁屏蔽等。由于芳纶纳米纤维具有透明性和高比表面积，在电极、电池隔膜、吸附、过滤等领域具有更广阔的发展前景，为科学研究和工程应用提供了更多的可能性。
芳纶的应用
芳纶纳米纤维的应用
最后，研究人员指出了芳纶的发展方向，包括改进合成方法、改善纤维性能、拓展应用领域等。通过跨学科的研究和合作，芳纶及其复合材料将推动高端设备的发展，进一步在能源、电子、环境资源和空间探索等领域发挥重要作用。
各大芳纶纤维提升了抗UV性能
芳纶纤维的未来展望
由杜邦生产的超高强度的高性能纤维，Kevlar纤维制作的防弹衣在全球范围内享有盛誉。首先，Kevlar纤维被用来替代钢丝制作传送带层。随后，它被用于防护防弹复合材料领域。直到最近，芳纶纤维及其复合材料广泛应用于航天航空、防弹保护、汽车、体育用品、消防救援等领域。由于其卓越的力学性能、轻质、耐高温、阻燃、化学稳定性和绝缘性等优点，芳纶纤维在各种新材料领域受到学者们的研究。
芳纶纤维的潜在应用
具体应用还包括热保护的抗弹道材料、防紫外线织物、导热芳纶纸基复材、智能穿戴纺织品、电磁屏蔽材料、电池隔膜等。
未来需要解决的问题
虽然近年来在基础研究和先进应用方面取得了相当大的成就，但在开发先进的芳纶纤维材料及其复合材料方面仍存在需要解决的重大挑战和障碍。
（1）AFs的理论强度尚未实现。
（2）惰性化学表面和较差的抗紫外线性限制了其在极端环境中的应用。传统的改性方法即使改性纤维的目标性能略有改善，也会破坏木材的原始性质。等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和ALD等新方法由于无法扩大规模和成本高而受到阻碍。
（3）虽然芳纶基复合材料得到了广泛的研究并取得了一定的成果，但重点是提高其力学性能。然而，这些复合材料的功能应用仍然很大程度上是未知的。
（4）大多数用于制备AFs和ANFs的溶剂都是有毒的，而且制备过程非常耗时和耗能。由于ANFs行业不能被大规模生产，因此它甚至还处于起步阶段。
合成和产生具有较高纵向强度、横向强度或聚合度的AFs的过程，以及纺丝过程的改进也将是至关重要的。此外，还需要一种更普遍的方法来改善AFs的缺陷，并进一步扩大其在各种毛毡中的应用。未来开发功能更强的AFs、多功能芳纶基复合材料可用于各种功能应用，如EMI、电化学传感器、LIB分离器和纳米过滤。这些应用为AFs和芳纶基复合材料的未来发展提供了重要的发展方向。这些材料通过最大限度地发挥其多功能潜力，可以简单地克服传统材料的局限性，满足各种新兴行业的需求。
来源 | Advanced Fiber Materials-“Advanced Aramid Fibrous Materials: Fundamentals, Advances, and Beyond”
论文doi：https://doi.org/10.1007/s42765-023-00332-1
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