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摘要：自上世纪50年代开始，纤维材料的研究由高性能化、功能化，逐步向智能化方向发展。高性能纤维包括高强度纤维、耐化学纤维、耐热纤维等各种具有优异基础性能的纤维。高分子复合物纤维，各组分可以达到分子层面上的相容性，给我们提供了一个功能纤维和智能纤维设计开发的平台。本文详细阐述了各类高分子复合物纤维的研究现状，并展望高分子复合物纤维的未来发展。
关键词：高分子；复合纤维；发展；研究
1高分子复合物材料基本概念及合成加工技术概述
高分子复合物一般是指两种大分子通过次价力形成的复合物，主要包括静电力（库仑力）、氢键、范德华力以及电荷转移作用。而最常见、研究最多的则是氢键和静电力这两种次价力。两种大分子通过氢键作用形成的复合物，称之为氢键复合物，能形成这种复合物的大分子一般都含有-OH，-COOH，-NH2或醚键等基团。常见的有聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸（PMAA）等丙烯酸系列聚合物，聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）等含羟基聚合物，聚氧化乙烯（PEO）等聚醚类以及聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）等聚酯类。
高分子材料（macromolecular material）主要是指以高分子化合物為基础的一种合成材料。高分子材料的基本成分主要以聚合物为主，或者是以高分子材料中含有的聚合物的性质为高分子材料主要性能指标的一类材料的总称。高分子材料的名称由来主要是由于其材料构成结构中相对分子质量非常大的化合物构成的一类材料，一般来说这类超大分子的分子量通常会大于 10000。高分子材料主要包括像合成橡胶、合成塑料、合成纤维、合成涂料、合成胶粘剂以及高分子基的复合材料等，其中生命的存在形式就是高分子，所以任何生命体都可以看作为是一个高分子的高等级的集合体。
最近 50 年来，高分子复合物合成工业取得了很大进展。例如，利用挤出机的结构改进造粒机，大大提高了产量。合成橡胶的广泛应用，使橡胶工业用品、雨衣、胶鞋等生活用品得到了广泛的应用。特种合成橡胶在航空、航天、军事等特殊环境和高新技术领域有着巨大的应用潜力。就汽车工业而言，现代工业化社会对汽车节能、高速、美观、环保、乘坐舒适性和安全可靠性的重要性越来越重要。目前，高分子聚合物加工主要集中在高生产率、高性能、低成本、快速交货等方面。成型工艺主要是短周期、多品种、精深加工。
2高分子复合物纤维的制备与性质
2.1聚电解质复合物纤维
分子链上带有大量可电离基团的聚合物称为聚电解质，包括人工合成的聚电解质，例如聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠，以及生物质来源的聚电解质，例如海藻酸、壳聚糖等，带有相反电荷的聚电解质之间会因相互静电作用而形成聚电解质复合物。聚电解质复合物具有特殊的物理化学性质，其在过滤分离、医用、传感、电池隔膜等方面具有应用价值。然而聚电解质复合物难以溶解、熔融，制备纤维面临很大的困难。近年来发展的一些方法，例如界面复合拉伸和同轴纺丝的方法可分别实现聚电解质复合物纤维和中空纤维的制备。
通过界面拉伸的方法可以制备聚电解质复合物纤维，带相反电荷的2种聚电解质溶液接触的时候，会在界面上形成非常粘稠的复合物层，此时如果将界面上复合物不断拉出，可以得到复合物纤维.例如将壳聚糖溶液滴入结兰胶中，在界面上形成复合物后，将复合物从界面拉出，得到壳聚糖-结兰胶聚电解质复合物纤维。随后，Yamamoto等利用界面复合拉伸的方法制备了不同的聚电解质复合物纤维，例如壳聚糖-聚谷氨酸，壳聚糖-DNA、聚赖氨酸-结兰胶等聚电解质复合物纤维。
2.2立构复合物纤维
化学组成完全相同但立体结构不同的高聚物间形成的复合物称为立构复合物。立构复合通常发生在对映异构体之间以及等规高聚物和间规高聚物之间。
被广泛和深入研究的立构复合物主要有2种：等规和间规聚甲基丙烯酸甲酯（i-PMMA，s-PMMA））的立构复合物以及左旋和右旋聚乳酸（PLLA和PDLA）的立构复合物，立构复合物与单组分高聚物相比，能形成新的晶体结构，具有更好的热学性能，利用其制备的纤维具有更好的力学与耐热性能。
Tsuji等将聚乳酸立构复合物的氯仿溶液用湿法纺丝和干法纺丝制备了纤维。湿法纺丝得到的纤维缺陷高，力学性能较低。干法纺丝的纤维力学性能则随着牵伸倍数增加而提升。DSC测试表明复合物纤维中既存在着立构复合物晶体也存在着单一组分高聚物的晶体。无论是湿法纺丝还是干法纺丝，立构复合物晶体的比例随着牵伸倍数的增加而升高。
在熔融纺丝制备立构复合物纤维时，能够通过改变纺丝工艺和后处理条件调节立构复合物的性能。Takasaki通过熔融纺丝制备聚乳酸立构复合物纤维，发现高收集速度、低挤出温度，更易获得立构复合物晶体含量更高的纤维。
Yamane将熔融纺丝制备的聚乳酸立构复合物纤维分别在60-120?C下热拉伸，在170-200?C下热退火。结果表明，不同的热牵伸和热退火温度对纤维的结晶行为有明显的影响。静电纺丝也用于制备立构复合物纤维。Tsuji等发现升高纺丝电压，纤维内PLLA和PDLA单相晶体含量降低，而立构复合物晶体含量升高。那兵教授的研究工作表明当PLLA与PDLA的质量相等时，立构复合物晶体占据了晶区的主要成分，而PLLA与PDLA质量不等时，立构复合物晶体对单相晶体的形成具有限制效应。
2.3阻燃纤维素复合材料
木质功能材料主要进行了气凝胶结构木材的物理性质、提高超疏水木材机械稳定性的方法等研究。纤维素功能材料主要进行了掺铈TiO2/纤维素复合气凝胶的制备及表征、壳聚糖/纤维素气凝胶球的制备及其甲醛吸附性能、疏水纤维素/氧化铁复合气凝胶的制备和表征、疏水性纤维素气凝胶球的制备及其吸附性能研究、阻燃纤维素复合材料的相关检测等。阻燃功能材料主要进行了氧浓度对阻燃纤维素燃烧特性的影响、阻燃木材组分产烟性与其热解的关系、NCC/APP/SiO2胶体的层层自组装及在WPC中的阻燃应用、天然纤维增强聚丙烯复合材料的阻燃剂选择等。根据前期主要实验研究以及阻燃纤维素研究热点，对课题实验研究方案进行优化。
2.4氢键复合物纤维
氢键是一种次级作用力，在物质体系和生命体系中起到了至关重要的作用.高分子氢键复合物早在20世纪40年代末就有报道。随后关于高分子氢键复合物以及氢键作用的高分子混合体系被深入的研究。
形成高分子氢键复合物，需要氢键给体类高分子和氢键受体类高分子。典型的氢键给体类高分子包括聚羧酸和聚酚；而受体类高分子包括聚氧化乙烯、聚乙烯甲氧基醚、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素醚等。
高分子氢键复合物不熔融，在加热条件下先发生脱水交联，继续加热发生分解。高分子氢键复合物溶解困难，一些非质子性强极性溶剂可以使其溶解，但是溶解过程非常缓慢。我们的前期研究工作表明，利用碱可以抑制高分子链间的氢键，阻止高分子复合物的形成，得到均相的高黏溶液，这一高黏溶液可以满足纺丝要求，通过喷丝板将其挤入酸性凝固浴，碱被中和，高分子链间氢键形成，纤维凝固成型，如下图所示.
结语：
高分子复合物纤维作为多组分化和功能化纤维发展的一个方向，具有重要的研究意义。在未来的研究中可对原料分子进行相应的改性或合成全新的原料分子，以提升纤维的性能或赋予纤维新的功能。
参考文献：
[1]刘鹏飞，郭乙木，陶伟明.单纤维VS复合物纤维应力传递[J].材料科学与工程学报，2003，（6）：781-784. DOI：10.3969/j.issn.1673-2812.2003.06.001.
关键词：高分子；复合纤维；发展；研究
1高分子复合物材料基本概念及合成加工技术概述
高分子复合物一般是指两种大分子通过次价力形成的复合物，主要包括静电力（库仑力）、氢键、范德华力以及电荷转移作用。而最常见、研究最多的则是氢键和静电力这两种次价力。两种大分子通过氢键作用形成的复合物，称之为氢键复合物，能形成这种复合物的大分子一般都含有-OH，-COOH，-NH2或醚键等基团。常见的有聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸（PMAA）等丙烯酸系列聚合物，聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）等含羟基聚合物，聚氧化乙烯（PEO）等聚醚类以及聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）等聚酯类。
高分子材料（macromolecular material）主要是指以高分子化合物為基础的一种合成材料。高分子材料的基本成分主要以聚合物为主，或者是以高分子材料中含有的聚合物的性质为高分子材料主要性能指标的一类材料的总称。高分子材料的名称由来主要是由于其材料构成结构中相对分子质量非常大的化合物构成的一类材料，一般来说这类超大分子的分子量通常会大于 10000。高分子材料主要包括像合成橡胶、合成塑料、合成纤维、合成涂料、合成胶粘剂以及高分子基的复合材料等，其中生命的存在形式就是高分子，所以任何生命体都可以看作为是一个高分子的高等级的集合体。
最近 50 年来，高分子复合物合成工业取得了很大进展。例如，利用挤出机的结构改进造粒机，大大提高了产量。合成橡胶的广泛应用，使橡胶工业用品、雨衣、胶鞋等生活用品得到了广泛的应用。特种合成橡胶在航空、航天、军事等特殊环境和高新技术领域有着巨大的应用潜力。就汽车工业而言，现代工业化社会对汽车节能、高速、美观、环保、乘坐舒适性和安全可靠性的重要性越来越重要。目前，高分子聚合物加工主要集中在高生产率、高性能、低成本、快速交货等方面。成型工艺主要是短周期、多品种、精深加工。
2高分子复合物纤维的制备与性质
2.1聚电解质复合物纤维
分子链上带有大量可电离基团的聚合物称为聚电解质，包括人工合成的聚电解质，例如聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠，以及生物质来源的聚电解质，例如海藻酸、壳聚糖等，带有相反电荷的聚电解质之间会因相互静电作用而形成聚电解质复合物。聚电解质复合物具有特殊的物理化学性质，其在过滤分离、医用、传感、电池隔膜等方面具有应用价值。然而聚电解质复合物难以溶解、熔融，制备纤维面临很大的困难。近年来发展的一些方法，例如界面复合拉伸和同轴纺丝的方法可分别实现聚电解质复合物纤维和中空纤维的制备。
通过界面拉伸的方法可以制备聚电解质复合物纤维，带相反电荷的2种聚电解质溶液接触的时候，会在界面上形成非常粘稠的复合物层，此时如果将界面上复合物不断拉出，可以得到复合物纤维.例如将壳聚糖溶液滴入结兰胶中，在界面上形成复合物后，将复合物从界面拉出，得到壳聚糖-结兰胶聚电解质复合物纤维。随后，Yamamoto等利用界面复合拉伸的方法制备了不同的聚电解质复合物纤维，例如壳聚糖-聚谷氨酸，壳聚糖-DNA、聚赖氨酸-结兰胶等聚电解质复合物纤维。
2.2立构复合物纤维
化学组成完全相同但立体结构不同的高聚物间形成的复合物称为立构复合物。立构复合通常发生在对映异构体之间以及等规高聚物和间规高聚物之间。
被广泛和深入研究的立构复合物主要有2种：等规和间规聚甲基丙烯酸甲酯（i-PMMA，s-PMMA））的立构复合物以及左旋和右旋聚乳酸（PLLA和PDLA）的立构复合物，立构复合物与单组分高聚物相比，能形成新的晶体结构，具有更好的热学性能，利用其制备的纤维具有更好的力学与耐热性能。
Tsuji等将聚乳酸立构复合物的氯仿溶液用湿法纺丝和干法纺丝制备了纤维。湿法纺丝得到的纤维缺陷高，力学性能较低。干法纺丝的纤维力学性能则随着牵伸倍数增加而提升。DSC测试表明复合物纤维中既存在着立构复合物晶体也存在着单一组分高聚物的晶体。无论是湿法纺丝还是干法纺丝，立构复合物晶体的比例随着牵伸倍数的增加而升高。
在熔融纺丝制备立构复合物纤维时，能够通过改变纺丝工艺和后处理条件调节立构复合物的性能。Takasaki通过熔融纺丝制备聚乳酸立构复合物纤维，发现高收集速度、低挤出温度，更易获得立构复合物晶体含量更高的纤维。
Yamane将熔融纺丝制备的聚乳酸立构复合物纤维分别在60-120?C下热拉伸，在170-200?C下热退火。结果表明，不同的热牵伸和热退火温度对纤维的结晶行为有明显的影响。静电纺丝也用于制备立构复合物纤维。Tsuji等发现升高纺丝电压，纤维内PLLA和PDLA单相晶体含量降低，而立构复合物晶体含量升高。那兵教授的研究工作表明当PLLA与PDLA的质量相等时，立构复合物晶体占据了晶区的主要成分，而PLLA与PDLA质量不等时，立构复合物晶体对单相晶体的形成具有限制效应。
2.3阻燃纤维素复合材料
木质功能材料主要进行了气凝胶结构木材的物理性质、提高超疏水木材机械稳定性的方法等研究。纤维素功能材料主要进行了掺铈TiO2/纤维素复合气凝胶的制备及表征、壳聚糖/纤维素气凝胶球的制备及其甲醛吸附性能、疏水纤维素/氧化铁复合气凝胶的制备和表征、疏水性纤维素气凝胶球的制备及其吸附性能研究、阻燃纤维素复合材料的相关检测等。阻燃功能材料主要进行了氧浓度对阻燃纤维素燃烧特性的影响、阻燃木材组分产烟性与其热解的关系、NCC/APP/SiO2胶体的层层自组装及在WPC中的阻燃应用、天然纤维增强聚丙烯复合材料的阻燃剂选择等。根据前期主要实验研究以及阻燃纤维素研究热点，对课题实验研究方案进行优化。
2.4氢键复合物纤维
氢键是一种次级作用力，在物质体系和生命体系中起到了至关重要的作用.高分子氢键复合物早在20世纪40年代末就有报道。随后关于高分子氢键复合物以及氢键作用的高分子混合体系被深入的研究。
形成高分子氢键复合物，需要氢键给体类高分子和氢键受体类高分子。典型的氢键给体类高分子包括聚羧酸和聚酚；而受体类高分子包括聚氧化乙烯、聚乙烯甲氧基醚、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素醚等。
高分子氢键复合物不熔融，在加热条件下先发生脱水交联，继续加热发生分解。高分子氢键复合物溶解困难，一些非质子性强极性溶剂可以使其溶解，但是溶解过程非常缓慢。我们的前期研究工作表明，利用碱可以抑制高分子链间的氢键，阻止高分子复合物的形成，得到均相的高黏溶液，这一高黏溶液可以满足纺丝要求，通过喷丝板将其挤入酸性凝固浴，碱被中和，高分子链间氢键形成，纤维凝固成型，如下图所示.
结语：
高分子复合物纤维作为多组分化和功能化纤维发展的一个方向，具有重要的研究意义。在未来的研究中可对原料分子进行相应的改性或合成全新的原料分子，以提升纤维的性能或赋予纤维新的功能。
参考文献：
[1]刘鹏飞，郭乙木，陶伟明.单纤维VS复合物纤维应力传递[J].材料科学与工程学报，2003，（6）：781-784. DOI：10.3969/j.issn.1673-2812.2003.06.001.