摘 要：為實(shí)現(xiàn)廢棄芳綸高品質(zhì)資源化利用，結(jié)合浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化和冷凍干燥法，利用廢棄芳綸成功制備了柔性、透明且隔熱的芳綸納米纖維（ANFs）超薄氣凝膠膜。優(yōu)化了ANFs氣凝膠膜成型工藝，并借助FESEM、BET、FTIR、UV-Vis、TG及FLIR對所制ANFs薄膜的微觀形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)、透光性及熱學(xué)性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明：ANFs被成功剝離，平均直徑為18.32 nm；所制ANFs氣凝膠膜成型良好，具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其比表面積和孔隙率分別達(dá)52.73 m²/g和92.43%；ANFs氣凝膠膜具有超高的透明性和防紫外性（紫外透過率接近0%），在500～780 nm范圍內(nèi)透過率均大于70%，最高達(dá)90.70%；此外，所制ANFs氣凝膠膜熱穩(wěn)定性良好，具有優(yōu)異的隔熱性能和柔性，四層薄膜隔熱溫差達(dá)28℃。該超薄透明ANFs氣凝膠膜制備工藝簡單且成本低，具有透光、防紫外及隔熱特性，在防護(hù)膜領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：廢棄芳綸；芳綸納米纖維；超薄氣凝膠膜；高透光性；隔熱性

中圖分類號：TB33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）09-0056-09

收稿日期：2023-12-28

網(wǎng)絡(luò)出版日期：2024-03-20

基金項(xiàng)目：河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專項(xiàng)（212102210550）；河南省高等學(xué)校青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（2021GGJS108）；中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技指導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目（2020058， 2017004）

作者簡介：李勇（1998—），男，河南商丘人，碩士研究生，主要從事高分子材料的再生和功能化改性方面的研究。

通信作者：周偉濤，E-mail：weitao.zhou@zut.edu.cn

芳綸強(qiáng)度高、耐高溫、可加工性強(qiáng)，常被用于制作繩索、防護(hù)服及復(fù)合材料增強(qiáng)相等，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事及民用防護(hù)領(lǐng)域^［1-2］。目前，中國作為芳綸材料的生產(chǎn)和使用大國，芳綸年產(chǎn)量約2.6萬噸，占世界總量的1/3^［3］。在上述制品的加工及使用過程中，勢必產(chǎn)生大量廢棄芳綸。芳綸材料價格昂貴，且降解選擇性差，處置不當(dāng)將造成資源浪費(fèi)和環(huán)境危害^［4］。因此，廢棄芳綸處理及回收利用受到越來越多的關(guān)注。

芳綸由于其分子鏈高度取向，具有極強(qiáng)的分子間作用力，使得自身具有化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、阻燃和溶解性差等特點(diǎn)^［5］，導(dǎo)致廢棄芳綸的回收較難，成本較高。已見報(bào)道的廢棄芳綸處理方法主要有填埋法、燃燒熱回收法、機(jī)械回收法和化學(xué)回收法等^［6-8］。目前，多數(shù)廢棄芳綸是通過填埋法或燃燒熱回收法進(jìn)行處理，但此法附加值較低且污染較大；機(jī)械回收法是將廢棄芳綸破碎，研磨轉(zhuǎn)化為漿粕或直接應(yīng)用于復(fù)合材料增強(qiáng)相^［9-10］，此法操作簡潔、高效，但回收產(chǎn)物性能較差，附加值較低^［11］；傳統(tǒng)化學(xué)回收法是將芳綸溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿等溶液，但此回收條件較為苛刻，回收后得到的單體不易利用^［12］。近年來，Yang等^［13］首次將芳綸溶于氫氧化鉀（KOH）/二甲基亞砜（DMSO）的混合液，利用去質(zhì)子化法成功自上而下地制備芳綸納米纖維（Aramid nanofibers， ANFs）。此法效率高、速度快，所制ANFs具有長徑比大、比表面積高、結(jié)合力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)^［14］，可用于制備纖維^［15］、膜^［16］、水凝膠^［17］及氣凝膠^［18-19］等材料，尤其是ANFs氣凝膠保溫隔熱材料^［21］。但已見報(bào)道的ANFs基材料多以芳綸纖維為原料，對于廢棄芳綸中ANFs的提取、性能及應(yīng)用鮮有報(bào)道。

已有研究表明超過使用壽命的廢棄芳綸纖維，僅力學(xué)性能輕微損傷，處置不當(dāng)將是高值資源的巨大浪費(fèi)^［20］。因此，本文以廢棄芳綸為原料，利用去質(zhì)子化法剝離ANFs，再結(jié)合浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化和冷凍干燥法制備了柔性、透明且隔熱的ANFs超薄氣凝膠膜。通過單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化ANFs濃度和凝固浴溫度等成膜工藝，探討ANFs構(gòu)筑超薄氣凝膠膜的可行性。借助FESEM、BET、FTIR探究ANFs氣凝膠膜的微觀形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)，利用UV-Vis、TG及FLIR研究所制ANFs氣凝膠膜的透光性、防紫外性能及隔熱性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

廢舊芳綸（W-PPTA，來源于廢棄芳綸纖維（細(xì)度400 D）以及面料（密度623 g/m²），使用年限2～3年，深圳市纖谷科技有限公司）；硅片（6英寸拋光晶片，寧波賽邦芯微電子科技有限公司）；氫氧化鉀（KOH），二甲基亞砜（DMSO），叔丁醇（t-BuOH），無水乙醇，溴化鉀（KBr），均為分析純，購于上海麥克林生化科技股份有限公司；超純水（DI）（自制）。

1.2 ANFs的剝離

將W-PPTA破碎成3～5 mm片段后于乙醇中60 W超聲30 min，以去除雜質(zhì)。取0.2 g預(yù)處理W-PPTA和0.3 g KOH加入一定量的DMSO/HO（體積比25∶1）溶液中，室溫下以800 r/min機(jī)械攪拌8 h得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.4%、0.6%和0.8%的ANFs分散液，并于4℃冷藏備用。

1.3 ANFs氣凝膠膜的制備

以硅片為基底，在上述的 ANFs分散液中浸漬-提拉3次，使得ANFs分散液在硅片上均勻成型。后分別置于0、40、60、80℃的凝固?。?0%t-BuOH溶液）中1 min，取出用DI水和無水乙醇反復(fù)洗滌，得ANFs水凝膠薄膜，經(jīng)-70℃急凍后，再利用冷凍干燥法制得ANFs氣凝膠薄膜。

1.4 結(jié)構(gòu)表征

將ANFs均勻分散到水中稀釋1000倍后，用透射電子顯微鏡TEM（Jeol 2100 Plus 日本電子株式會社）對剝離的ANFs進(jìn)行形貌觀察，并利用粒徑分析軟件測量纖維直徑分布。

將不同工藝所得ANFs氣凝膠膜噴金60 s后，在場發(fā)射超高分辨率掃描電鏡（Tescan Mira3 Zeiss Sigma 500，德國卡爾·蔡司集團(tuán)）下進(jìn)行縱面及橫截面形貌觀察（加速電壓15 kV）。

利用ALPHA II 型傅里葉變換紅外光譜儀，用KBr壓片法測試W-PPTA和ANFs氣凝膠膜的特征吸收峰。掃描分辨率4 cm^-1，范圍4000～400 cm^-1。

1.5 性能測試

采用全自動比表面及孔隙度分析儀BET（USA Quantachrome Nova 2000e）檢測氣凝膠比表面積和孔結(jié)構(gòu)測試。在N氛圍下150℃脫氣處理8 h。

用式（1）計(jì)算孔隙率P：

式中：ρ為氣凝膠表觀密度，g/cm³; ρ為氣凝膠骨架密度，g/cm³。

利用Cary5000型UV-Vis光譜儀測試ANFs氣凝膠膜在可見光（380～780 nm）的吸收光譜，重復(fù)測量3次，并根據(jù)式（2）計(jì)算其平均透過率T：

T=∑⁷⁸⁰T/（780-380）（2）

式中：T為某一波長下的薄膜透過率，%。

將ANFs氣凝膠膜（150 mm×20 mm）在25℃、50%相對濕度放置4 h，采用伺服控制拉力試驗(yàn)機(jī)（YG065H）測試其機(jī)械性能，控制夾具距離為50 mm，拉伸速率為10 mm/min，測量3次取平均。并按照式（3）計(jì)算出韌性大小：

式中：U是單位體積吸收的能量，J/m³；σ是應(yīng)力，MPa；ε是應(yīng)變，m；ε是失效應(yīng)變，m。

在N氛圍下采用熱重分析儀（Discovery SDT650）對ANFs氣凝膠薄膜進(jìn)行熱學(xué)性能測試。測試條件：溫度范圍35～800℃，升溫速率20℃/min。

將制備好的ANFs氣凝膠薄膜（2 cm×2 cm）緊貼在熱板上，將熱板溫度分別設(shè)定為40、80、120℃。采用紅外熱成像儀（FLIR E86， USA）對ANFs氣凝膠薄膜的熱防護(hù)性能進(jìn)行測試，記錄熱板與ANFs氣凝膠薄膜表面的溫度。

2 結(jié)果與討論

2.1 ANFs氣凝膠膜成型工藝優(yōu)化

廢棄芳綸中剝離ANFs并制備氣凝膠膜在80℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時的工藝流程如圖1（a）所示。機(jī)械破碎后廢棄芳綸纖維形貌如圖1（b）所示，可以看出廢棄芳綸經(jīng)機(jī)械破碎后纖維皮層逐漸脫落，并逐漸原纖化；剝離產(chǎn)物的透射電鏡照片如圖1（c）所示，可以觀察到大量均勻分散的ANFs，其平均直徑為18.32 nm，表明ANFs制備成功。為了了解膜特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用SEM觀察其截面形貌，如圖1（d）所示。從圖1（d）中可以看出，纖維膜厚度為0.6 μm，具有明顯的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過N吸附-脫附法測試分析了ANFs氣凝膠膜的比表面積，結(jié)果如圖1（e）所示。從圖1（e）中觀察到其具有典型的H3型氮?dú)馕?解吸等溫線，從而證實(shí)了此氣凝膠膜是層狀的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚集體，并存在大量介孔結(jié)構(gòu)^［22］，其平均孔徑約7.92 nm，對應(yīng)比表面積和孔隙率分別達(dá)52.73 m²/g、92.43%。通過對所制ANFs氣凝膠薄膜對折180°后觀察其柔性，從圖1（f）中可以看出，ANFs氣凝膠可以較好地對折，且對折后的無死折，表現(xiàn)出良好的柔性。從ANFs氣凝膠膜實(shí)物圖1（g）中觀察到薄膜后的黑色卡紙，證明其具有高的透光率。

當(dāng)凝固浴溫度80℃時，不同分散液濃度下得到的氣凝膠膜形貌如圖2所示。從圖2（a）—（d）可以看出，所制備的ANFs氣凝膠薄膜都呈現(xiàn)出三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由圖2（a）可以觀察到，ANFs分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時所得氣凝膠膜中可以觀察到明顯的ANFs，且ANFs間有明顯的黏連，呈無規(guī)分散的多孔結(jié)構(gòu)，其厚度約0.46 μm；隨著ANFs分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.2%提升到0.6%，如圖2（b）—（c）所示，薄膜厚度逐漸增加到1.36 μm，且ANFs黏連現(xiàn)象加劇，表面黏連愈發(fā)明顯，ANFs邊緣逐漸模糊不清；繼續(xù)增大ANFs分散液濃度，如圖2（d）所示，表面孔洞幾乎被完全覆蓋，膜表面變得平整，且厚度增加至2.13 μm。當(dāng)ANFs氣凝膠膜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%時，其骨架密度分別為35.07、40.70、47.42、53.41 mg/cm³?？梢?，隨著濃度增加，氣凝膠密度呈上升趨勢。這是由于ANFs成膜過程中溶劑和凝固劑之間的雙擴(kuò)散不充分所導(dǎo)致，使得部分芳綸小分子片段殘留并附著于ANFs表面，造成纖維間存在黏連現(xiàn)象，這些小分子片段主要源自廢棄芳綸材料在長期應(yīng)用過程中的自然降解^［23］。從上述結(jié)果可知，ANFs氣凝膠薄膜形貌和厚度可調(diào)控。

凝固浴溫度對于材料的成型至關(guān)重要。在ANFs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時，不同溫度下ANFs氣凝膠薄膜形貌如圖3所示。從圖3（a）—3（d）中可以看出，0℃和80℃時，ANFs氣凝膠膜表面粗糙；可以觀察到較為明顯的ANFs纖維且ANFs間存在一定的小分子物黏連。這是由于0℃條件下，雙擴(kuò)散速率慢，部分小分子物均勻分散于ANFs表面；當(dāng)溫度升至80℃，分子間氫鍵削弱，小分子從膜表面脫離后溶于凝固浴中，所以產(chǎn)生了分子間黏連現(xiàn)象。40℃和60℃時，氣凝膠膜形貌如圖3（b）—（c）所示，可以看到氣凝膠膜表面平整，纖維完全被覆蓋，這是因?yàn)闇囟壬邔?dǎo)致溶劑和凝固劑的雙擴(kuò)散速率變快，分散液中的ANFs更容易遷移到纖維表面，所以薄膜表面黏連現(xiàn)象愈發(fā)明顯。

2.2 ANFs氣凝膠薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)

ANFs氣凝膠膜和廢棄芳綸纖維的紅外光譜如圖4所示。從圖4中可以看出W-PPTA和ANFs的紅外譜圖基本一致，都顯示了典型的芳綸特征峰，1646 cm^-1和1546 cm^-1處的峰分別歸屬于CO的伸縮振動（酰胺I）和芳香環(huán)上的N—H的拉伸振動峰（酰胺II）^［24］，表明所得到ANFs結(jié)構(gòu)和W-PPTA基本一致。相較于W-PPTA在3434 cm^-1處出現(xiàn)的N—H的伸縮振動峰，ANFs氣凝膠薄膜N—H的伸縮振動峰（3420 cm^-1處）向低波數(shù)移動，發(fā)生紅移現(xiàn)象^［15］。且從圖4中觀察也可以發(fā)現(xiàn)，在3332 cm^-1處出現(xiàn)較為明顯的吸收峰^［25］；這是因?yàn)锳NFs氣凝薄膜相較于廢棄芳綸，暴露出更多的酰胺鍵和氨基，薄膜中的小分子與ANFs形成分子間氫鍵，從而使得伸縮振動峰的峰值發(fā)生分化。

2.3 ANFs氣凝膠膜的光學(xué)性質(zhì)

良好的可見光透過率能夠使膜材料具有美觀性及隱蔽性，能夠更好地滿足特殊用途材料的苛刻要求^［26］。通過ANFs氣凝膠薄膜覆蓋自制色卡對比照片（見圖5（a）），可以觀察到薄膜遮擋前后自制色卡清晰度稍有降低，但透過ANFs氣凝膠薄膜可以清晰看到色卡中“ZUT”邊緣，表明其具有良好的透過率；ANFs氣凝膠薄膜對不同顏色色卡透過率有一定差異。相比而言，薄膜對黃色系的透過率略低，圖案清晰度明顯低于黃色光范圍以外的色卡，這是由ANFs氣凝膠薄膜自身微黃/棕屏蔽所致。

ANFs氣凝膠膜的UV-Vis光譜圖如圖5（b）所示。從圖5（b）中可以看出，在500～780 nm光范圍內(nèi)，隨af7jUlJlY6kmuGeA4B9YiZ61FK/VXWpc1TkEiusE+yM=著厚度不斷增加，氣凝膠膜均具有良好的可見光透過率，出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)ANFs氣凝膠薄膜附著在手背上時，薄膜的可見光透過率和隱蔽性完美體現(xiàn)。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時，平均透過率為85.07%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.4%的ANFs氣凝膠膜平均透過率最佳，可達(dá)90.70%。這是由于ANFs氣凝膠薄膜具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，光線在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生多次散射，導(dǎo)致平均透過率降低^［27］。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步升高，薄膜厚度不斷增加，平均透過率也不斷降低。

不同厚度ANFs氣凝膠膜的透光率如表1所示，從表中也可以看出在500～780 nm之間的可見光透過率大多在85%左右，且受薄膜的厚度影響明顯。且此外，在紫外區(qū)200～380 nm范圍內(nèi)，所有的ANFs氣凝膠膜的紫外光透過率都接近于零，表明其具有優(yōu)異的紫外防護(hù)性，原因是芳綸中含有較多的苯環(huán)和酰胺鍵，可以吸收大部分的紫外線。

2.4 ANFs氣凝膠膜的力學(xué)性能

ANFs氣凝膠膜的力學(xué)測試結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，隨著ANFs分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增加，氣凝膠膜的力學(xué)性質(zhì)有出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。在分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時，由于ANFs氣凝膠膜厚度僅為0.46 μm，太薄未能完成力學(xué)性能測試。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，ANFs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的氣凝膠膜力學(xué)性能較弱，其斷裂強(qiáng)度和伸長率分別為4.99 MPa和3.07%；從圖6中可以看出，當(dāng)分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時，氣凝膠膜的斷裂強(qiáng)度達(dá)到最佳，為14.71 MPa，但其伸長率略有降低為2.64%。這是由于小分子片段之間的黏連并與ANFs之間形成氫鍵，導(dǎo)致ANFs氣凝膠膜強(qiáng)度提升和伸長降低。繼續(xù)增加ANFs質(zhì)量分?jǐn)?shù)至0.8%，其斷裂強(qiáng)度和伸長率下降明顯，分別為10.04 MPa和2.04%。這是由于ANFs氣凝膠膜表面小分子物質(zhì)聚集，并造成嚴(yán)重的黏連現(xiàn)象，而內(nèi)部三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)明顯，使得樣品力學(xué)性能降低。

2.5 ANFs氣凝膠膜的熱性能

W-PPTA及ANFs氣凝膠薄膜的TG-DTG曲線如圖7所示。W-PPTA熱重曲線如圖7（a）所示，從圖中可以觀察到有3個失重臺階，100℃處失重對應(yīng)水分蒸發(fā)，失重2.22%；439.15℃處的W-PPTA中的小分子分解（失重率3.94%）以及586.89℃W-PPTA主鏈分解（失重率48.17%）。

ANFs氣凝膠薄膜的熱分解曲線如圖7（b）所示，可以看出，相較于W-PPTA失重曲線，第一階段（150℃以內(nèi)）由吸附的CO被去除、水分和溶劑蒸發(fā)等原因造成的失重（6.77%）比例提高；這是由于 ANFs 氣凝膠薄膜有著較高的比表面積和孔隙率，并且暴露出較多的酰胺鍵和氨基，這與紅外測試結(jié)果一致。第二階段（200～240℃）有部分失重（3.93%），這與W-PPTA中的第二臺階分解含量相仿；這是芳綸材料在自然使用過程中，由于受到光的作用或空氣中氧的作用而導(dǎo)致分子量降低等化學(xué)變化^［28］。并且，由于芳綸分散液制備時，在堿和二甲基亞砜作用下，主鏈之間的分子間氫鍵進(jìn)一步斷裂^［20］，鏈與鏈的作用力降低，導(dǎo)致其熱解溫度下降。第三階段（460～800℃，主要熱解階段）ANFs氣凝膠薄膜的主鏈開始熱解，這與廢棄芳綸熱解溫度相似，但最大熱解速率相較于廢棄芳綸有所降低。此外，熱解后兩種樣品的殘固率約為初始質(zhì)量的42%。這也對于熱防護(hù)起到了至關(guān)重要的作用。

當(dāng)分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%，ANFs氣凝膠薄膜紅外熱成像圖如圖8所示。ANFs氣凝膠薄膜表現(xiàn)出良好的隔熱性能。隨著溫度的變化，4層的ANFs氣凝膠薄膜（單層厚度1.36 μm）在不同溫度范圍中（40～120℃）的隔熱溫差ΔT可以達(dá)到7～28℃。這主要是因?yàn)锳NFs氣凝膠薄膜具有豐富的孔洞和較高的孔隙率^［29］，很大程度上可以阻隔熱量的傳遞，從而使ANFs氣凝膠膜展現(xiàn)出優(yōu)異的隔熱性能。綜上可知，制備具有多孔結(jié)構(gòu)的ANFs氣凝膠薄膜，不僅保留芳綸材料良好的熱穩(wěn)定性，也使其在高溫隔熱等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

本文利用廢棄芳綸（W-PPTA）成功剝離出芳綸納米纖維（ANFs），結(jié)合浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化和冷凍干燥法，并優(yōu)化ANFs分散液濃度及凝固浴溫度等工藝參數(shù)，制備出具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的ANFs超薄氣凝膠膜，此法極大地促進(jìn)了廢棄芳綸纖維的回收和資源化利用研究。主要結(jié)論如下：

a）所制ANFs樣品的平均孔徑為7.92 nm，比表面積和孔隙率分別達(dá)52.73 m²/g和92.43%，表明ANFs氣凝膠膜被成功制備，且膜的厚度在0.5～2.0 μm范圍內(nèi)可調(diào)。

b）ANFs氣凝膠薄膜展現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，在500～780 nm范圍內(nèi)的透過率均超過70%，最高達(dá)90.70%，紫外光透過率幾乎為零。同時，ANFs氣凝膠膜還具有出色的彎曲性和貼敷性，可作為熱防護(hù)膜材料應(yīng)用于智能電子器件、柔性可穿戴領(lǐng)域。

c）ANFs氣凝膠膜具有高的熱穩(wěn)定性（>450℃），4層ANFs氣凝膠薄膜（單層厚度1.36 μm）在120℃下隔熱溫差ΔT可達(dá)28℃，表現(xiàn)出優(yōu)異的隔熱性能。

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Fabrication and heat insulation performance of ultra-thin and transparent aramid nanofiber aerogel films

LI Yong^a，b， ZHOU Weitao^{a，b，c}， HAN Lu^a，c， LI Yiming^a， DU Shan^b，d

（a. Research Institute of Textile and Clothing Industries; b. Key Laboratory of Green Dyeing & Finishing Technology In Zhengzhou; c. Zhengzhou Key Laboratory of Smart Fabrics & Flexible Electronics Technology; d. College of Textiles， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou 451191， China）

Abstract： Aramid materials are extensively employed in the fields of aerospace， electronic devices， and intelligent wearables owning to their remarkable attributes of high strength， robust processability， commendable temperature resistance， and corrosion resistance. The widespread utilization of aramid unavoidably generates a substantial quantity of aramid wastes.

To maximize the utilization of aramid wastes， this study successfully produced ultra-thin aramid nanofiber （ANFs） aerogel films with high transparency and flexibility. This was achieved through the combination of immersion precipitation phase inversion and freeze-drying techniques， with waste aramid as the raw material. The morphologies， chemical structure， optical properties， thermal stability and insulation of the resulting ANFs aerogel films were characterized by using FESEM， FTIR， UV-Vis， TG-DTG and FILR. The results demonstrated the average diameter of ANFs is 18.32 nm. In comparison to aramid waste， the main chemical structures of the ANFs did not undergo significant changes， but there was noticeable improvement in the content of free amino groups. Additionally， to regulate the morphology of ANFs aerogel film， the film forming process parameters and coagulation bath temperature were optimized. These factors played a role in determining the morphologies of the fabricated films. The thickness of the fabricated ANFs aerogel film ranged from 0.5 to 2 μm， and such thickness could be controlled by manipulating the concentration of the ANFs solution and the coagulation bath temperature. The cross-sectional analysis of the ANFs films reveals the presence of intricate three-dimensional network structures. The as-fabricated exhibit notable characteristics of ANFs aerogel films， including a specific surface area of 52.73 m²/g， a porosity of 92.43% and a pore size of 7.92 nm. Furthermore， the integrated performance of these aerogel films was evaluated， demonstrating their exceptional transparency. Within the visible range of 500-780 nm， the transmittance of these films exceeds 70%， with the highest transmittance reaching 90.70%. Notably， the ANFs aerogel films exhibit an almost negligible UV transmittance rate， approaching 0%， indicating dramatic UV resistance. The ANFs aerogel films demonstrate remarkable thermal insulation capacities， as evidenced by a temperature difference of 28℃ between a heat source （120℃） and the surface of the four-layer ANFs aerogel films （with a single layer thickness of 1.36 μm）. Furthermore， these films exhibit favorable thermal stability with a minimum decomposition temperature （T） of 450℃. Additionally， the films exhibit exceptional flexibility and conformability.

This paper presents the construction of aerogel films with integrated performance， utilizing exfoliated ANFs derived from aramid fiber wastes. This approach enables the efficient utilization of aramid waste resources. The research employs rigorous evaluation methods to provide valuable insights into the formation of aerogel films. The obtained results serve as reference for the design， development， continuous and batch production， and utilization of desirable ANFs aerogel films.

Keywords： waste aramid; aramid nanofiber; ultra-thin aerogel film; high transparency; thermal insulation