DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.119712

芳纶纳米纤维（ANF）和纤维素纳米纤维（CNF）的规模化制备仍面临着生产成本高、制备周期长等严峻挑战。在此，本文提出了一种可行的自上而下的策略，以实现废旧资源的高效回收，进一步实现高附加值纳米纤维的规模化生产。研究了作为纳米级构建体的ANF/CNF及其对碳纤维/酚醛复合材料力学性能的增强作用。ANF/CNF增强复合材料在拉伸、弯曲、剪切和纳米压痕试验中的相关强度和模量分别提高了118.1%（拉伸强度）、141.2%（拉伸模量）、142.2%（弯曲强度）、354.4%（弯曲模量）、38.8%（剪切强度）和94.4%（弹性模量）。总体而言，本工作为利用废弃资源制备低成本ANF/CNF提供了有价值的参考，有助于纳米纤维在制备高性能先进功能材料中的广泛应用。

图1.（a-d）带子、织物、手套和废纸的数码照片。（e-l）带子、织物、手套和废纸纤维的SEM图像。（m-p）通过ImageJ软件对100根纳米纤维进行直径分布分析。

图2.用废纤维制备ANF和CNF。（a）通过废芳纶纤维的去质子化过程获得高附加值的ANF。（b）芳纶纤维的去质子化机理。（c）利用废纸制备高附加值的CNF。（d）不同搅拌时间下ANF/DMSO溶液的数码照片。（e）ANF和（f）CNF的制备机理示意图。

图3.由（a）带、（b）织物、（c）手套和（d）废纸制备的ANF和CNF的SEM和TEM图像。（a3-d3）通过ImageJ软件对100根纳米纤维进行直径分布分析。（e）废料和纳米纤维的特性粘度和（f）分子量。（g）带子、织物、手套、ANF、CNF和废纸的XRD图谱，（h）TGA，（i）DTG曲线和（j）相关数据。

图4.（a）由废纤维制备ANF和CNF、（b）ZIF-8/PDA-CF以及（c）ANF/CNF增强碳纤维/酚醛复合材料的示意图。

图5.在碳纤维/酚醛复合材料中引入ANF/CNF的不同方式比较。（a）原始样品（P0），（b）直接添加ANF/CNF混合悬浮液以制备复合材料（P1），（c）原位沉积ANF并直接添加CNF以制备复合材料（P2）。

图6.（a）原始CF、（b）ZIF-8-CF和ZIF-8纳米晶体、（d1-d2）ANF-ZIF-8-CF和（e1-e2）ANF-芳纶纤维的SEM照片。（c1-c4）ZIF-8-CF的EDS映射图像。（f）原始CF、ZIF-8、ZIF-8-CF和ANF-ZIF-8-CF的XRD图谱，（g）TGA-DTG曲线和（h）拉曼散射。

图7.P0、P1和P2的力学性能试验。（a）拉伸试验、（b）弯曲试验、（c）剪切试验和（d）纳米压痕试验的示意图。（e-h）上述试验的相关载荷-位移曲线和载荷-深度曲线。（i）P0、P1和P2的拉伸强度和模量，（j）弯曲强度和模量，（k）剪切强度和最大载荷以及（l）硬度和弹性模量。

图8.（a）储能模量、（b）损耗模量和机械损耗（tanδ）的动态热机械分析。（c）应力-应变曲线和（d）相关数据的压缩率/恢复率。（e）ANF/CNF增强复合材料（0.14g）可以承受70g的金属板（重量约为复合材料的500倍），插图显示一块立在花上的样品。（f-g）ANF/CNF的界面强化机制示意图。（h）P0和（i1-i2）P2的横截面形态。

图9.（a）P0、P1和P2的动摩擦系数，（b）平均摩擦系数和磨损率。（c）样品不同界面失效模式示意图。（d1-3）,（e1-3）P0、P1和P2的表面粗糙度和形态（未磨损）。（d4-6）,（e4-6）P0、P1和P2的表面粗糙度和形态（磨损）。