近年来，高强度静电纺纳米纤维膜在组织工程、过滤、锂离子电池隔膜等诸多领域得到了广泛的应用。提高静电纺丝纳米纤维膜的机械强度一直是一个重要的研究课题。在这项工作中，首次在聚环氧乙烷（PEO）的辅助下，通过静电纺丝对芳纶纳米纤维分散体制备了超高强度对位芳纶纳米纤维膜。研究了纺丝溶液的流变性和溶液性质以确定其最佳组成。通过对静电纺丝工艺参数的探究以获得均匀形态的膜。为了获得更高的强度，通过调整纳米纤维、随机膜、定向膜和纳米纤维束的排列和取向制备了不同形式的膜。其中，纤维直径相对均匀，在100～200nm之间。对于随机和定向膜，由于PEO可以作为物理交叉点实现对纳米纤维的焊接，通过热处理大大提高膜的机械性能。与未经处理的膜相比，拉伸强度分别增加到40.36和65.82MPa，分别提高了308和83%。同时，纳米纤维膜的形貌不受影响，孔隙率分别小幅下降至76%和52%，降低了8%和2%。此外，水洗2h的随机膜在热处理后强度可达83.56MPa。对于纳米纤维束，其拉伸强度超过400MPa。该工作成功制备了超高强度的静电纺对芳纶纳米纤维膜，在锂离子电池隔膜、过滤材料、增强复合材料等高性能多功能材料领域具有广阔的应用前景。
图1.ANFs/PEO电纺膜制备示意图。
图2.ANFs/PEO溶液的流变特性。（a）对于0.01至2wt％浓度范围内的ANF分散体而言，其G'和G''与频率的函数关系。（b）纯PEO溶液的粘度与PEO浓度的关系图。说明了半稀缠结和半稀非缠结区域中拟合线的斜率以及缠结浓度。（c）PEO分子量不同（12A/12P（z））和（e）PEO含量不同（12A/（x）P（100））的ANFs/PEO溶液的表观粘度与剪切速率之间的函数关系。（d）PEO分子量不同和（f）PEO含量不同的ANFs/PEO溶液的表观粘度（在100/s的剪切速率下）图。
图3.PEO分子量不同的ANFM-R的SEM图像：（a）300k，（b）1000k，（c）2000k，（d）4000k和（e）7000k。
图4.PEO（100）含量不同的ANFM-R的SEM图像：（a）0.5wt％，（b）0.7wt％，（c）1.0wt％，（d）1.2wt％和（e）1.5wt％。
图5.使用不同接收器制备的ANFMs的表面和横截面SEM图像以及纤维直径分布。（a,b,g）ANFM-R,（c,d,h）ANFM-O,和（e,f,i）ANFB。插图：（a）较高放大倍率下的SEM图像，（b）水接触角照片和较高放大倍率下的横截面SEM图像，（c）ANFM-O的表面SEM图像和2D-WAXD衍射轮廓，（d）较高放大倍率下的横截面SEM图像，（e）ANFB表面的较低放大倍率SEM图像，（f）较高放大倍率下的横截面SEM图像和2D-WAXD衍射轮廓。
图6.热处理后ANFs/PEO NFMs的表面和横截面SEM图像。（a,b）ANFM-R和（c,d）ANFM-O。插图：（b）水接触角照片和高倍放大SEM图像，（d）2D-WAXD衍射轮廓和高倍放大SEM图像。（e）纤维焊接示意图。
图7.（a）不同热处理温度和（b）不同热处理时间下ANFM-R的典型应力-应变曲线。（c,d）热处理前后由不同接收器制备的ANFM-R和ANFM-O的典型应力-应变曲线和拉伸性能。（e,f）不同转速下ANFB的机械性能。
图8.ANFM-R在不同热压（a）时间和（b）温度下的孔隙率和孔径。ANFM-R在不同热压（c）时间和（d）温度下的水接触角。
图9.（a）不同温度下的纯PEO、纯K49纤维和ANFM-R以及（b）在80℃下洗涤不同时间的ANFM-R的热重分析曲线。（c）未经洗涤的ANFM-R的SEM图像。（d）在80℃下洗涤6小时的ANFM-R的SEM图像。（e）（d）中对应区域的放大SEM图像。（f）在80℃下洗涤不同时间的ANFM-R的典型应力-应变曲线。（g）在80℃下洗涤不同时间的ANFM-R的拉伸性能。
