聚酰亚胺气凝胶(PIAs)由于其优异的耐高温性能、广泛的工作温度范围和灵活性,在热防护材料应用方面受到了广泛的关注,目前被认为是高端制造业的关键材料。其良好的柔韧性、优异的热稳定性和高孔隙率等优良特性使其成为航空航天和空间探索设备(如气动减速器、可回收太空舱和地面探测器等)的最佳隔热材料。然而,由于复杂的应用环境和使用要求,平衡传统PIA的耐高温性和机械强度仍是一项挑战。此外,高收缩率和较差的成型能力限制了材料的多功能发展。因此,设计气凝胶的宏观形状和微观结构是实现低收缩率、强保温性和高机械强度的必要条件。
图8. 制备的PIAs的综合性能:(a)制备的PIAs与先前报道的气凝胶和泡沫的导热性和耐温性的比较;(b)制备的PIAs与之前报道的气凝胶的密度和收缩率的比较。
本文通过共聚改性-化学亚胺化法制备了综合性能优异的PIA。研究了不同二酐单体配比对PIA密度、收缩率、孔隙率、热稳定性、导热性和力学性能的影响。嵌段共聚PIAs表现出优异的热、机械和绝缘性能,具有良好的热稳定性,在空气中的Td5%值为512.6°C,导热系数最低为15.1 mW·m?1K?1,这些特性使它们成为先进热管理材料的理想候选者。此外,制备的PIA显示出优异的机械性能,其拉伸强度和模量分别高达17.633和468.41 MPa,在类似密度下超过商用PI泡沫TEEK-HH的40倍以上。PIAs的柔韧性、低密度(0.079 g/cm3)、高机械强度(17.633 MPa)、高温稳定性和有效的隔热性能使其在航空航天和汽车工业中具有广泛的应用潜力,如耐高温整流罩、气动减速器、可回收胶囊隔热材料和各种形状的隔热结构材料。
通讯作者简介
徐宝升,北京理工大学先进结构技术研究院,副教授,博导,副院长。主要从事新型防隔热材料及结构研究,包括新型气凝胶、特种涂层、耐低温树脂材料、新型柔性防隔热材料及结构等。现为某计划重点项目专家组成员,Journal of Advanced Ceramics、《现代陶瓷技术》、《热喷涂技术》等编辑委员会委员、Gels 特刊(Gels as High-Performance Thermal Insulation Materials)客座编辑,中国复合材料学会热防护复合材料分会副主任委员,中国航天第三专业信息网先进材料技术专业委员会委员、中国机械制造工艺协会绿色分会理事等。主持和参与国家自然科学基金重大项目课题、某国家重大和重点项目等多项。曾获“2017年度中国复合材料优秀博士学位论文”、 中国航空学会技术发明二等奖等奖项。至今在国内外著名期刊发表论文100余篇,申请、授权发明专利20余项。
原文链接:
Chen, Y., et al., Ultralight, low-shrinkage copolyimide aerogels with excellent mechanical strength for flexible thermal protection. Chemical Engineering Journal, 2024. 497: p. 154353.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154353
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