Ultralight, highly flexible in situ thermally crosslinked polyimide aerogels with superior mechanical and thermal protection properties via nanofiber reinforcement

材料科学 气凝胶 纳米纤维 聚酰亚胺 复合材料 保温 抗压强度 极限抗拉强度 热导率 多孔性 静电纺丝 大气温度范围 聚合物 图层(电子) 物理 气象学
作者
Yu Pan,Jing Zheng,Yangyang Xu,Xiaogang Chen,Mengmeng Yan,Jinlei Li,Xiaojian Zhao,Yanlai Feng,Yuhan Ma,Mengyuan Ding,Rongwu Wang,Jie He
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:628: 829-839 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.07.144
摘要

Advanced thermal-insulation materials for human use in high-temperature and ultra-low-temperature environments have received extensive attention. However, facile synthesis of aerogels with excellent mechanical and thermal properties via freeze-drying or electrospinning alone is still challenging. We hypothesized that a polyimide aerogel with high mechanical strength and good thermal-insulation performance and suitability for various applications at high and low temperatures could be prepared facilely using a simple and novel preparation strategy that combines electrospinning, freeze-drying, and in situ thermal crosslinking.Polyamideimide (PAI) nanofibers loaded with bismaleimide (BMI) were electrospun and dispersed into a polyamic acid aqueous solution. PAI/BMI-nanofiber-reinforced polyimide (IBNR-PI) aerogels with an interpenetrating network structure were prepared by freeze-drying and heat treatment.The IBNR-PI aerogels possessed extremely low volume density (26 mg cm-3) and high porosity (94.92%). Most importantly, they showed high tensile strength and good compressive fatigue resistance with plastic deformation of only 7% after 1000 compression cycles. The aerogels also showed a significantly low thermal conductivity (30.06 mW m-1 K-1) and excellent thermal insulation over a wide temperature range. Thus, the IBNR-PI aerogels are excellent candidates for thermal-insulation materials at high and low temperatures.
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